鄂尔多斯盆地姬塬地区黄39-罗1井区长81低渗透储层孔隙结构特征研究

2011-04-10油气资源与勘探技术教育部重点实验室长江大学长江大学地球科学学院湖北荆州434023

长江大学学报(自科版) 2011年31期

(油气资源与勘探技术教育部重点实验室(长江大学）；长江大学地球科学学院，湖北荆州434023）

龚福华(长江大学地球科学学院，湖北荆州434023）

祝旭双(油气资源与勘探技术教育部重点实验室(长江大学），长江大学地球科学学院，湖北荆州434023）

储集岩的孔隙结构是指岩石所具有的孔隙和喉道的几何形状、大小、分布及其相互连通的关系。因为控制储层特征和产能的因素是孔隙的形状、大小及其分布，也就是油气储层的微观孔隙结构特征控制和影响着流体在岩石中的流动分布特征、渗流特征、驱油效率，并最终决定着油气藏产能的大小[1]。早在上世纪70年代我国对孔隙结构的研究始于储集岩毛管力问题，而毛管力是孔隙大小和分布理论研究的基础。目前，对其特征的描述主要依赖于实验方法，包括室内的半渗透隔板法、离心机法、水银注入法、动力毛细管压力法、蒸气压力法等[2]，其中水银注入法应用最为普遍。姬塬地区黄39-罗1井区是长庆油田重点层段开发区，而延长组长81储层具有典型的低孔低渗的特征，因而不能用常规物性分析方法来描述。因此，笔者利用水银注入法对鄂尔多斯盆地姬塬地区黄39-罗1井区长81低渗透储层孔隙结构特征进行研究。

1 储层特征

姬塬地区长81储层砂岩主要为岩屑长石砂岩，填隙物含量较高。碎屑成分杂，主要有石英、长石和岩屑等，成分成熟度低，结构成熟度中等偏好。砂岩粒级以细砂为主，中砂次之。储层粒径分布中砂含量平均为6．19%，细砂含量平均为75．7%，平均粒径一般在0．10～0．15mm。颗粒呈次棱角状，分选中等-好。颗粒支撑，线接触或点-线接触为主，少量凹凸接触。

研究区内陆源碎屑体积分数平均为86．1%，其中石英体积分数为23．7%～36%，平均为29．4%，长石体积分数为20．7%～34%，平均为27．4%，岩屑体积分数为13%～34．8%，平均为25．4%。胶结物含量偏高，部分样品胶结物含量最高可达35%～40%，充填整个孔隙。研究区长81油层砂体渗透率最大值6．29×10-3μm2，最小值0．18×10-3μm2，平均0．98×10-3μm2；孔隙度最大值14．7%，最小值6．9%，平均值10．75%，属于低孔超低渗储层。

2 孔隙结构特征

孔隙和喉道构成了岩石的毛管网络，孔隙和喉道的大小、几何形态、分布及相互连通关系，对储层的渗滤能力、流体分布、油气产层的产能、油水在油层中的运动、水驱油效率及原油采收率的大小起着重要的作用。

2．1 参数分析

储层的微观孔隙结构是影响岩石渗流的重要因素，定量表征孔隙结构的参数很多，主要包括孔喉大小、分选及控制流体运动特征的参数[3]。

1）反映孔喉大小的特征参数反映孔喉大小的特征参数包括最大孔喉半径和孔喉中值半径，具体内容如下：①最大孔喉半径。最大孔喉半径为沿毛细管压力曲线平缓段作切线，与孔隙喉道半径轴相交所对应的值，其反映渗流条件的好坏。研究区长81储层最大孔喉半径分布在0．272～2．59μm，平均1．15μm，最大孔喉半径与渗透率相关性很好(见图1（a））。②孔喉中值半径（R50）。汞饱和度为50%时的毛管压力为饱和中值压力，其所对应的毛管半径称做喉道中值半径。孔喉中值半径越大，孔渗条件就越好。该区中值半径分布在0．03～0．28μm，平均0．11μm。孔喉中值半径与渗透率相关性不是很好（见图1（b）），中值半径整体值偏小，影响储层的物性，是导致该区超低渗的主要原因之一。

图1 长81储层孔隙结构参数与渗透率关系

2）反映孔喉分选性的特征参数反映孔喉分选性的特征参数包括分选系数、变异系数和歪度，具体内容如下：①分选系数。分选系数是储层岩石样品中孔隙喉道大小标准偏差的量度，其直接反映了孔隙喉道分布的集中程度。该区分选系数分布在0．82～2．53之间，平均1．63，表明分选一般，分选系数与渗透率相关性不好(见图1（c））。②变异系数。变异系数通过将标准差作为算术平均数的百分比来表示，以说明样品的分散程度。该区变异系数分布在0．06～0．24，平均0．135，与渗透率相关性不明显（见图1（d））。③歪度。歪度为孔喉频率分布的对称性参数，反映喉道分布相对于平均值来说是偏大喉还是偏小喉。该区歪度分布在-0．82～1．59，平均0．147。

3）反映孔喉渗流能力的特征参数反映孔喉渗流能力的特征参数包括排驱压力、中值压力和退汞效率，具体内容如下：①排驱压力。排驱压力是指孔隙系统中最大连通孔隙喉道所对应的毛细管压力。排驱压力与岩石渗透率有明显的关系，渗透率高的岩样，排驱压力值就低，是划分储集性能的主要指标之一。该区排驱压力在0．28～5．15MPa之间，平均1．69MPa，排驱压力大，显然该区长81储层渗透性很差。排驱压力与渗透率呈负相关性(见图1（e）），随着排驱压力增大，渗透率减小。②中值压力。中值压力为汞饱和度为50%时所对应的毛细管压力值，是毛细管压力分布趋势的量度。该区中值压力在2．57～26．51MPa，平均为9．71MPa，与渗透率呈明显的负相关性(见图1（f））。③退汞效率。退汞效率为在限定的压力范围内，当最大注入压力降到最小压力时从岩样内退出的水银体积占降压前注入的水银总体积的百分数，反映了非润湿相毛管效应的采收率。该区退汞效率偏低，一般在21．9%～45．6%，与渗透率相关性不明显(见图1（g））。

2．2 孔隙特征

1）孔隙类型姬塬地区黄39-罗1井区长81储层孔隙以原生粒间孔(占储层空间36．9%）、长石溶蚀孔隙(占储层空间58．8%）为主，其次为岩屑溶蚀孔隙(占储层空间4%），其他孔隙不发育(占储层空间0．4%），具体内容如下：①原生粒间孔隙。该孔隙为储层经受机械压实作用及多种胶结作用之后剩余的粒间孔隙，其中方解石胶结物的早期析出，大大增强了孔隙的抗压实能力，阻止了进一步的机械压实作用。研究表明，该区由于机械压实作用使原生孔隙丧失14%～21%[4]。原生粒间孔隙丧失的另一个重要因素是绿泥石薄膜胶结，绿泥石薄膜胶结物的分布和膜厚，使得孔隙再一次减少。②次生孔隙，该类孔隙包括长石溶蚀孔隙和岩屑溶蚀孔隙。长石溶解是形成次生孔隙的主要因素，因为长石溶解可以形成沿长石解理面发育的小溶孔带或形成较大的铸模孔。扫描电镜发现，前者普遍发育，大部分可以与粒间孔连通，成为有效孔隙，而后者尽管孔隙大，但分布局限，仅有少量铸模孔与粒间孔连通成为有效孔隙。长81储层经过成岩作用的改造，原生孔隙大大减少，而次生孔隙长石溶蚀孔进一步使储层储集性得到改善。

2）孔隙大小分布根据长庆油田低渗透储层开发的动态特征，结合铸体薄片孔隙图像分析，把长81储层中的孔隙大小分为如下5类[5]：①大孔。孔隙直径大于80μm，薄片中该类孔隙大致相当于颗粒直径或大于颗粒直径，占总孔隙比例6．25%，为粒间孔隙。②中孔。孔隙直径介于80～50μm之间，一般小于颗粒直径，此类孔隙占总孔隙比例12．5%，一般为粒间孔和长石溶孔。③小孔。孔隙直径介于50～10μm之间，与颗粒相比，此类孔隙相当于颗粒的1／3～1／5，以粒间孔、长石溶孔、岩屑溶孔为主，占总孔隙比例56．3%。④细孔。孔隙直径介于10～0．5μm之间，多是岩屑溶孔，占总孔隙比例25%。⑤微孔。孔隙直径小于0．5μm，为晶间孔，不发育。该研究区长81储层孔隙以小孔和细孔为主，二者分别占总孔隙度的比例为56．3%、25%，从而导致储层为低孔特征。

2．3 喉道特征

喉道为连通孔隙的狭窄通道，对储层的渗流能力有决定性影响，喉道的大小和形态主要取决于岩石的颗粒接触关系、胶结类型及颗粒的形状和大小。按饱和度中值半径，长81储层的喉道可分为如下4种类型[6]：①大喉型。R50＞2μm，由于储层压实和胶结作用较弱，砂岩颗粒之间为点-线接触，溶蚀作用较强，部分颗粒接触处的边缘呈凸凹型，因而喉道粗而短。该类喉道的另一成因是喉道本身就是孔隙的缩小部分，与孔隙之间无截然的界限，但该类喉道在该研究区不发育，很少见。②中喉型：R50分布在0．5～2μm之间，由于储层经压实胶结作用较强，孔隙式胶结为主，颗粒为点-线接触，接触处的溶蚀作用使喉道增长并相应扩大。该类喉道主要是连通粒间孔与长石溶蚀孔隙，在该研究区不发育，也很少见。③小喉型。R50分布在0．04～0．5μm之间，该类喉道可长可短，长小喉可穿过4～5个以上砂岩颗粒，短小喉可穿过2～3个砂岩颗粒。长小喉由于压实作用较强，颗粒以线性接触为主，形成细长片状或不规则弯片状喉道，短小喉的是由于薄膜状绿泥石胶结导致原来中喉道半径缩小而成。小喉型是该区长81储层最主要的喉道类型，占总喉道比例的81．25%，主要连通粒间孔、长石溶孔、岩屑溶孔。是水上分流河道微相的主要喉道类型。④微喉道。R50＜0．04μm，其喉道本身就是微孔隙，存在于填隙物之间，占总喉道比例的18．75%，该类喉道比较发育，但对流体的渗流能力的贡献不大。

综上所述，研究区长81储层以小喉型为主，对流体的渗流能力贡献大。微喉型比较发育，但对储层的贡献不大，基本为无效喉道。

3 结构类型划分

研究区长81储层小喉型喉道最为发育，且最大喉道中值半径0．2857μm，平均小喉喉道中值半径不超过0．2μm。根据该研究区32个样品压汞资料分析，将孔隙结构划分为4类：①小喉-偏大型喉道。R50分布在0．5～0．2μm之间。统计的样品中该类样品有5个，占总样品数比例的15．62%。其排驱压力平均值0．73MPa，中值压力平均值3．1MPa，分选系数平均值2．0，喉道中值半径平均值0．24μm(见图2（a））。该类孔隙结构的储集性能较好，见于水上分流河道微相砂体中，但在该研究区不发育。②小喉-中型喉道。R50分布在0．2～0．1μm之间。统计的样品中该类样品有11个，占总样品数比例的34．37%。其排驱压力平均值1．46MPa，中值压力平均值6．17MPa，分选系数平均值1．63，喉道中值半径平均值0．12μm(见图2（b））。该类孔隙结构的储集性能中等偏较好，在研究区长81储层中普遍分布，主要位于三角洲平原亚相分流河道砂体中。③小喉-偏小型喉道。R50分布在0．1～0．04μm之间。统计的样品中该类样品有10个，占总样品数比例的31．25%。其排驱压力平均值1．72MPa，中值压力平均值9．99MPa，分选系数平均值1．62，喉道中值半径平均值0．07μm。该类孔隙结构的储集性能中等偏差，在研究区普遍发育，位于三角洲平原亚相分流河道微相砂体上部和天然堤微相，其形成与沉积作用、成岩作用有密切的关系。④微型喉道。R50＜0．04μm。统计的样品中该类样品有6个，占总样品数比例的18．75%。其排驱压力平均值2．87MPa，中值压力平均值21．26MPa，分选系数平均值1．34，喉道中值半径平均值0．03μm(见图2（c））。该类孔隙结构的储层属于非储层，孔喉内多为束缚水占据。