低渗透储层的微观特征对其宏观性质的影响规律——以榆树林油田扶杨油层为例

綦惠丽，李玉春，张 雁

（1.大庆油田有限责任公司 第二采油厂，黑龙江 大庆 163000； 2.大庆油田有限责任公司 天然气分公司，黑龙江 大庆 163416； 3.东北石油大学 地球科学学院，黑龙江 大庆 163318）

低渗透储层的微观特征对其宏观性质的影响规律
——以榆树林油田扶杨油层为例

綦惠丽1，李玉春2，张 雁3

（1.大庆油田有限责任公司 第二采油厂，黑龙江 大庆 163000； 2.大庆油田有限责任公司 天然气分公司，黑龙江 大庆 163416； 3.东北石油大学 地球科学学院，黑龙江 大庆 163318）

利用岩心物性分析、压汞曲线和镜下分析等资料，研究榆树林油田东16区块扶杨油层的宏、微观特征及二者关系.结果表明：研究区扶杨油层岩性为岩屑长石砂岩，普遍具有碎裂特征，主要孔隙成因类型包括微裂缝、粒间孔、粒内孔和晶间孔，微裂缝对孔隙度的贡献不大，但对渗透率的影响不容忽视.孔隙度主要受孔喉发育程度影响，孔喉半径越大，孔隙度越高.渗透率受反映连通程度的特征结构参数影响较大，二者呈正相关关系，且孔隙度越大，特征结构系数对渗透率的影响越大.退汞效率受特征结构参数影响较大，储层为中孔时，退汞效率随特征结构参数的增大而增大；储层为低孔或特低孔时，退汞效率随特征结构参数的增大而减小.该研究结果对改造低渗储层、提高采收率具有指导意义.

低渗透；孔隙结构；微裂缝；特征结构参数；榆树林油田

0 引言

近年来，随着常规主力油藏相继进入高含水期，约占全国已探明储量2/3的低渗透油藏开发问题成为人们研究的重点[1-2].低渗透油藏在储层性质、流体渗流特征和地层压力等方面表现出不同于常规油藏的开发特征及规律[3-5].低渗透储层孔喉细小、非均质性强、裂缝发育、渗流阻力大，在开发过程中，往往出现油层压力下降快，储层孔隙度和渗透率下降，产油和产液指数低，开发效果较差等现象[6].因此，研究低渗透储层的微观孔隙结构特征及其对宏观性质的影响，是高效合理地开发、改造低渗透油藏的关键.

常规砂岩油藏的渗透率、孔隙度、驱油效率与其微观孔隙结构参数之间关系密切，低渗透储层研究表明，孔隙结构特征与渗透率、孔隙度相关性较差，微观特征对低渗储层孔渗性、驱油效率的影响较常规储层复杂得多[7-14].高辉等研究鄂尔多斯盆地延长组低渗透砂岩储层岩心样品，认为低渗透砂岩储层物性较差的主要原因是对渗透率起主要贡献的较大喉道含量相对较小，同时微裂缝的发育加剧其物性差异[8].胡志明等通过恒速压汞实验比较大庆和长庆油田低渗透样品，认为低渗透储层渗流能力主要受喉道大小分布影响，分布范围较宽、均质性较差的喉道比分布集中、均质性好的喉道油藏渗流能力更强[11].郝明强等分析低渗透含裂缝和不含裂缝的岩心样品，认为在微裂缝性低渗透砂岩中，微裂缝连接各孔隙，对孔隙度贡献小，但对改善渗流能力的作用不容忽视[12].全洪慧等通过真实岩心的驱替实验观察，认为不同的孔隙成因类型驱油过程不同，孔隙类型以残余粒间孔为主的样品显示网状驱替，驱油效率高；以溶蚀孔隙为主的样品因孔喉大小分布不一显示指状驱替，驱油效率较低.有裂缝存在时，驱油效率取决于裂缝渗透率和基质渗透率的相对大小，裂缝渗透率远大于基质渗透率时，水驱油仅发生在裂缝中，驱油效率不高；二者渗透率相近或裂缝渗透率低于基质渗透率时，注入水同时进入孔隙和裂缝，裂缝对最终的水驱油波及面积和驱油效果影响并不很大[13].

笔者对榆树林油田东16区块5口井136个样品进行孔隙结构参数分析及镜下观察，研究微观特征对宏观性质的影响规律，为制定有针对性的开发方案、提高采收率提供理论依据.

1 研究区概况

榆树林油田位于松辽盆地北部中央拗陷区三肇凹陷徐家围子向斜东翼斜坡上，地处长垣东部外围，东北部与尚家油田接壤，北、西、南面分别与汪家屯气田，升平、徐家围子、朝阳沟油田相邻.斜坡上断裂发育，地震T2（相当于扶余油层顶面）、T2-1（相当于杨大城子油层底面）反射层断层相较其他部位明显发育，且均为正断层；延伸方向以近南北向为主，长度为2～5 km，断距为30～50 m，倾角为30°～50°[15].扶杨油层位于下白垩统泉头组四段和泉头组三段地层，属古松花江水系三角洲平原和汇水湖泊沉积地层，为低—特低渗透薄互层为主的复合油藏.在开发过程中，表现产量自然递减幅度较大、注水压力偏高、套管损坏情况较严重、采油速度较低等特低渗透层开采普遍存在的特征.

2 矿物岩石学特征

榆树林油田扶杨油层主要由细砂岩和少量粉砂岩组成，具有低成分成熟度和低结构成熟度的特征[16].通过岩石薄片资料分析，该油层岩性主要为岩屑长石砂岩（见图1），碎屑颗粒主要由长石（平均质量分数为31.87%）、石英（平均质量分数为28.76%）和岩屑（平均质量分数为27.84%）组成，石英和长石可见不同程度的次生加大，使原生孔隙受到破坏，导致储层物性变差；长石、石英的溶蚀现象较为常见，溶蚀孔较孤立，连通性差，储层物性差.此外，在薄片中可见岩石普遍具有碎裂特征，微裂缝较发育，长度为50～500μm，宽度为10～30μm，微裂缝的存在使储层连通性变好.统计扶杨油层914块黏土样品X线衍射和扫描电镜实验结果，研究区目的层胶结物主要包括硅质、长石、黏土矿物和碳酸盐矿物等，黏土矿物主要由伊利石（平均质量分数为40%～52%）、绿泥石（平均质量分数为24%～38%）、高岭石（平均质量分数为7%～17%）和伊蒙混层（平均质量分数为7%～14%）组成.

储层岩石渗透率为（0.03～40.09）×10-3μm2，以低渗、特低渗为主；孔隙度为6.79%～21.21%，以低孔、特低孔为主，二者总体上呈正相关性.当渗透率不大于10×10-3μm2时，二者相关性较差；渗透率大于10×10-3μm2时，随孔隙度增加，渗透率增加较快，二者相关性较好（见图2）.

图1 扶杨油层岩石矿物成分三角图

图2 扶杨油层孔隙度、渗透率交会图

3 微观孔隙结构特征

3.1 孔隙成因类型

统计镜下观察结果，研究区储层主要岩石孔隙类型可分为微裂缝、粒间孔、粒内孔和晶间孔4类.

3.1.1 微裂缝

研究区微裂隙非常发育，微裂隙的存在使原有不太发育的各类孔隙连通性增强、渗透率增大.微裂隙主要由成岩缝、构造缝或构造—成岩缝组成.由铸体薄片观察可见，除少量成岩缝外，砂岩中微裂缝多属构造—成岩缝（见图3（a）），为构造和成岩作用的综合产物，可再划分为粒内缝、粒缘缝和穿粒缝.

粒内缝主要指发育在刚性颗粒（如石英颗粒）内的裂缝和在长石颗粒内的解理缝，裂缝规模小，分布于颗粒内部，开度一般小于10μm（见图3（b））.粒缘缝也称为贴粒缝，主要沿矿物颗粒边缘分布，由于受到强烈溶蚀作用，缝两侧所含易溶组分比例不同，导致其宽窄不一，开度为10～30μm（见图3（c））.穿粒缝往往穿越数颗矿物颗粒以上，因后期溶蚀作用，其开度一般较大，规模与粒缘缝相似（见图3（d））.此3类微裂缝发育与强烈的机械压实作用和后期的构造挤压作用有关.

3.1.2 粒间孔

粒间孔按成因可分为原生粒间孔、残余粒间孔、粒间溶蚀孔以及残余粒间溶孔.

原生粒间孔是在成岩机械压实作用后，由沉积碎屑颗粒之间相互支撑形成的微小空间.此类孔隙大小不一，形态较规则，多呈近三角形外形，研究区极少分布.

残余粒间孔由胶结作用中的自生胶结物部分充填原粒间形成（见图3（e））.

粒间溶蚀孔为不稳定矿物（如长石颗粒）被溶蚀形成的孔隙，溶孔通常不规则，并残留较多未溶物质.粒间扩大溶蚀作用使颗粒边缘被溶蚀成港湾状或参差不齐，一般出现在颗粒表面或孔隙周界某一部位（见图3（f））.此类孔隙连通其他孔隙，提高研究区岩石孔隙度，较好地改善储层渗透性.

残余粒间溶孔是在成岩后期堵塞孔隙的胶结物又被部分溶蚀所致，孔隙微小、连通性差.

图3 扶杨油层不同孔隙成因类型

3.1.3 粒内孔

研究区粒内孔主要为次生粒内孔，多为长石、碎屑等不稳定矿物的粒内溶蚀孔，由于颗粒碎裂后再经溶蚀形成的碎裂溶蚀孔也较为常见（见图3（g）），长石、云母等矿物通常沿解理或双晶面及破碎面发生选择性溶解，形成粒内条状、蜂窝状等形态，溶蚀强烈者形成铸模孔或与粒间溶孔连通，使孔渗性得到较大改善.

3.1.4 晶间孔

晶间孔主要发育在孔隙充填的自生高岭石、绿泥石、伊利石、迪开石等晶体之间，一般孔径较小（见图3（h））；遭受溶蚀后成为扩大的晶间溶蚀孔，有效改善储层渗流能力.

3.2 孔喉分布及特点

分析研究区136块样品毛细管压力实验资料，结果表明，与常规储层毛管压力曲线相比，研究区低渗透储层具有排驱压力高、平台短和分选性差等特点.不同渗透率样品孔喉分布特点略有差异.

渗透率大于10.0×10-3μm2的样品属于一般低渗透储层，孔隙度多大于15%，具有排驱压力较小、孔隙中值半径较大、分选性较好和退汞效率较高等特点.该类孔隙结构中孔喉分布为单峰形态，具有大孔粗喉特征，微孔不发育.样品中天然碎裂缝较发育，且经过次生溶蚀扩大作用，孔缝连通性好，退汞效率较高.

渗透率为（1.0～10.0）×10-3μm2的样品属于特低渗透储层，孔隙度多为11%～15%.孔喉分布可见双峰形态，粗孔喉峰值为0.1～1.6μm，99%的渗透率贡献由粗孔喉提供.与一般低渗储层相比，此类储层更为致密，具有裂隙数目少、缝宽小，小孔喉多、流动能力差和退汞效率低等特点.

渗透率小于1.0×10-3μm2的样品属于超低渗透储层，孔隙度多小于10%，具有排驱压力高、孔隙半径中值小等特点.孔喉半径变化区间小，分选性差，孔喉大小分布曲线上峰值不明显，主要孔喉集中在0.01～0.25μm，较上2类储层细孔喉增加，粗孔喉减少.99%的渗透率贡献由0.025～0.250μm的孔喉提供.该类储层碎裂泥化严重，导致大量层内缝、碎裂缝被堵塞.以窄孔喉为主，局部发育较大孔隙，但与其他孔缝不连通，整体连通性较差.

4 微观孔隙结构影响规律

毛细管压力曲线反映储层宏观特征和微观孔喉分布特征，通过它可获得排驱压力、最大孔喉半径、平均孔喉半径和孔喉半径中值等反映孔喉大小的参数，以及分选系数、相对分选系数、均质系数、迂曲度、孔喉比和特征结构系数等反映孔喉分布及连通程度的参数.根据毛细管压力曲线中的进汞、退汞2条曲线可计算退汞效率，即为水湿性储层中水驱油的驱油效率.

4.1 孔隙度

常规砂岩储层的微观孔喉参数与储层的孔隙度和渗透率相关性较好，其压汞曲线的排驱压力越低，平均孔喉半径越大，平台段越长，反映储层的孔隙结构性质越好，相应的渗透率、驱油效率越高[17-18].表征低渗储层微观孔喉大小、分布、连通性的参数与储层的孔隙度和渗透率相关性均较差[19]，与扶杨油层毛细管压力实验获得的主要孔喉结构参数与孔隙度和渗透率相关性分析结果（见表1）所得结论相同.由表1可见：表征孔喉大小分布的参数如最大孔喉半径、平均孔喉半径、分选系数与孔隙度相关性好于其他参数，说明孔隙度主要受孔喉发育程度影响.扶杨油层主要以低孔、特低孔为主，二者均占其总数的40%以上，此外存在少量中孔和超低孔.由压汞资料统计分析可知，中孔最大孔喉半径为10.0μm，低孔最大孔喉半径为3.0μm，特低孔最大孔喉半径小于1.0μm.

表1 孔隙结构参数与孔隙度、渗透率相关性

研究区样品铸体薄片观察并统计的不同孔隙类型面孔率分布见表2.由表2可见：样品以粒间孔为主，随着面孔率减小，微裂缝所占比例随之减小，说明微裂缝对孔隙度的贡献随孔隙度减小而降低，原因是孔隙度越小，颗粒越细小，泥质质量分数越高，岩石塑性越强，微裂缝越不发育[20].

表2 扶杨油层不同孔隙类型面孔率分布

4.2 渗透率

由表1可见：渗透率与连通性有关的参数（如特征结构参数、最大进汞饱和度等）相关性较高，反映渗透率受连通程度影响较大.

特征结构参数描述渗流特征，为相对分选因数与孔隙结构因数的乘积的倒数，该值越大，孔隙相对分选性越好，孔隙尺寸差异越小.研究区样品特征结构参数与渗透率关系见图4.由图4可见：渗透率随特征结构参数增大而增大，这是由于特征结构参数越大，孔喉分选性越好，迂曲度越小，连通性越好，渗透率增大.此外，孔隙度越大，特征结构参数对渗透率的影响越大.低渗透储层孔道越微细，固液界面分子力和电荷力作用越强，渗流附加阻力越大，渗流速度越小，渗透率越小；低渗透储层中孔道越粗大，固液界面分子力和电荷力作用越弱，岩石颗粒表面对流体渗流的阻力越小，渗透率越大.

4.3 驱油效率

由表1可见：渗透率与退汞效率相关性较差，但受特征结构参数影响较大.研究区样品特征结构参数与退汞效率关系见图5.由图5可见：储层为中孔时，退汞效率随特征结构参数增大而增大；储层为低孔和特低孔时，退汞效率随特征结构参数的增大而减小.

图4 扶杨油层样品特征结构参数与渗透率关系

图5 样品特征结构参数与退汞效率关系

4.3.1 中孔

对比中孔大特征结构参数样品a1和小特征结构参数样品a2的压汞曲线（见图6），二者排替压力一致，说明最大孔喉半径基本相近.曲线上第一个拐点之前的曲线段常反映微裂缝发育状况，其斜率越小，反映微裂缝越粗，对渗透率贡献越大.压汞曲线上样品a1的该段曲线较a2的斜率更小，表明样品a1中的微裂缝比a2中的更发育.

图6 中孔不同特征结构参数样品压汞曲线

由铸体薄片特征可见，样品a2中的微裂缝、尤其是粒缘缝少于样品a1中的（见图7），粒缘缝在后期的溶蚀作用下开度变大，同时将孔隙贯通，使a1样品的连通性更好.

图7 中孔不同特征结构参数样品铸体薄片特征

进汞曲线还反映喉道大小及与之相连的孔隙的多少，压力越大，说明喉道半径越小；汞饱和度变化越大，反映与喉道相连的孔隙越多.由图6可见，在相同汞饱和度下样品a2的进汞压力较a1的大，说明样品a2的喉道较a1的细；由压汞曲线计算样品a2的孔喉比较样品a1的高，可证明此结论；样品a1的进汞曲线较a2的更平缓，反映样品a1中与喉道相连的孔隙更多，进汞量更大.

退汞曲线反映喉道连通情况，退汞曲线和进汞曲线越接近，表明孔喉比越小，退出的汞越多.样品a1的退汞曲线较a2的更平缓，表明样品a1的孔喉道连通性更好、退出的汞更多、驱油效率更高.

4.3.2 低孔—特低孔

分析低孔—特低孔样品，大特征结构参数样品b1、c1和小特征结构参数样品b2、c2的最大孔喉半径相等，裂缝发育情况也较为类似.由孔喉分布曲线（见图8）可见，样品b2、c2中的大孔喉较样品b1中的略少，而小孔喉较样品b1、c1中的多，分选性更好，其结果必然是样品b2、c2进汞量少，退汞量多（见图9），驱油效率高于样品b1、c1的.

图8 低孔—特低孔不同特征结构参数样品孔喉分布和渗透率贡献曲线

图9 低孔—特低孔不同特征结构参数样品压汞曲线

5 结论

（1）榆树林油田扶杨油层岩性为岩屑长石砂岩，受构造断裂影响较大，岩石样品普遍具有碎裂特征，孔隙类型主要包括微裂缝、粒间孔、粒内孔和晶间孔；微裂缝对孔隙度贡献不大，但其起到贯通孔隙、增加孔隙连通程度的作用.

（2）研究区孔隙度主要受孔喉发育程度影响，孔喉半径越大，孔隙度越高.样品以粒间孔为主；随着孔隙度减小，微裂缝所占比例随之减少、对孔隙度贡献降低.

（3）研究区渗透率受连通程度影响较大，总体上渗透率随特征结构参数增大而增大，且孔隙度越大，特征结构系数对渗透率的影响越大.

（4）退汞效率受特征结构参数影响较大，储层为中孔时，退汞效率随特征结构参数增大而增大；储层为低孔和特低孔时，退出效率随特征结构参数的增大而减小.

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Influence of micro-character on macroscopic properties in low permeability reservoir--Take Fuyang reservoir of Yushulin oilfield as example/2012，36（4）：30-36

QI Hui-li1，LI Yu-chun2，ZHANG Yan3
（1.Oil Recovery Plant No.2，Daqing Oilfield Corp.Ltd.，Daqing，Heilongjiang 163000，China；2.Natural Gas Branch of Daqing Oilfield Co.Ltd.，Daqing，Heilongjiang 163416，China；3.College of Geosciences，Northeast Petroleum University，Daqing，Heilongjiang 163318，China）

The influence of microscopic features on the macroscopic properties such as permeability，porous and oil displacement efficiency in low permeability reservoir is much more complex than in conventional reservoir.Understanding the microscopic features and its influence law to macroscopic properties in low permeability reservoir is key to reform low permeability reservoir.In this paper，the microscopic and macroscopic features and their relationship of reservoir in Dong16 Block of Yushulin Oilfield is studied with the data of scanning electron microscopy，thin section，intrusive mercury curve and materials of porosity and permeability.Studies suggest that the reservoir of Fu Yu and Yang is mainly lithic feldspathic.In general it possess the features of fragmentation，the main pore types including micro cracks，intergranular dissolution pore between the grain and in the grain，although the contribution of microcracks to porosity is not big，but its influence to permeability cannot be ignored.Porosity mainly effect by the development degree of pore throat，the bigger radius of pore throat are，the porosity is higher.The permeability is affect by significant parameters which reflect the characteristics of connectivity，it showed a positive correlation between them，and the greater the porosity，the influence of permeability to significant parameters is bigger.Mercury efficiency is also influenced by significant parameters，Mercury efficiency increased with the significant parameters in middle pores，but Mercury efficiency decreased with the significant parameters in low and extra-low pores.The study result has guiding signifi-cance for reconstructing low permeability and improves oil recovery.

low permeability；pore structure characteristics；micro cracks；significant parameters；Yushulin oilfield

TE122.2＋3

A

2095-4107（2012）04-0030-07

DOI 10.3969/j.issn.2095-4107.2012.04.005

2012-06-12；编辑：张兆虹

黑龙江省教育厅科学技术研究指导项目（11555024）

綦惠丽（1972-），女，工程师，主要从事油气田开发工程方面的研究.