西湖凹陷低渗储层微观孔隙结构与渗流特征及其地质意义＊——以HY构造花港组为例<br/>

西湖凹陷低渗储层微观孔隙结构与渗流特征及其地质意义＊——以HY构造花港组为例

2013-04-29刘金水唐健程

中国海上油气 2013年2期

刘金水唐健程

（中海石油（中国）有限公司上海分公司）

目前，低渗等非常规油气资源已成为全球油气勘探的重点领域。2010年美国致密砂岩气资源量为19.8×1012～42.5×1012m3，是常规气资源量（66.5×1012m3）的29.8%～63.9%，可采资源量达13×1012m3；2010年美国致密砂岩气产量达到1 757×108m3，约占天然气总产量的26%。我国低渗天然气资源量约为12×1012m3，截至2011年底低渗天然气累计探明可采储量已占全国天然气探明总储量的40%左右；2011年低渗天然气产量已占全国天然气总产量的25%，低渗天然气已成为我国天然气勘探开发的重要领域［1-3］。

西湖凹陷是我国近海海域油气资源较丰富的沉积凹陷之一，面积约为5.9×104km2，沉积最大厚度超过10 km［4］。随着研究的不断深入，近2年西湖凹陷低渗储层的勘探获得重大突破，发现了一批大型低渗天然气田，HY构造即为其中之一。据最新的初步估算，西湖凹陷低渗气藏资源潜力巨大，约占凹陷内天然气总资源量的80%，低渗气藏构成了西湖凹陷独特的资源分布特征。近期勘探和研究表明，储层微观孔隙结构及其渗流特征是影响西湖凹陷低渗储层渗透性和含油气性的关键因素。本文重点解剖了具有代表性的HY构造低渗储层的微观孔隙结构特征和渗流特征，探讨了其地质意义，以期为西湖凹陷低渗气藏的高效勘探与开发提供科学依据。

1 HY构造花港组低渗储层微观孔隙结构特征

1.1 微观孔隙结构及分类

1.1.1 储层物性特征

HY构造位于西湖凹陷西次凹，是一个大型洼中隆背斜圈闭，花港组发育油气层［5］。花港组3 300 m以下为低渗储层，其岩性为岩屑长石砂岩、长石岩屑砂岩和长石石英砂岩。储层物性测试结果表明：HY构造花港组储层孔隙度分布范围在5%～14%，主要分布在8%～13%之间；渗透率分布范围在0.01～100 mD，主要分布在0.1～10 mD之间。根据前人研究成果［6-7］，结合勘探实践对西湖凹陷低渗砂岩储层级别进行了划分（表1），HY构造花港组储层属于常规低渗和近致密砂岩储层，不同样品的孔、渗相关性特征不同，孔隙度相同的样品其渗透率相差近10倍甚至几十倍，这是由于储层孔隙结构复杂、不同孔隙和喉道类型的连通性相差较大造成的。

表1 西湖凹陷砂岩储层物性类别划分

mD常规中高渗＞16 ＞10常规低渗 12～16 1～10近致密 8～12 0.1～1.0致密＜8 ＜0.1储层分类孔隙度／% 渗透率／

1.1.2 孔隙喉道类型

据铸体薄片和扫描电镜分析，HY构造花港组砂岩储层孔隙类型以扩溶粒间孔、粒间孔为主，两者所占比例约为3∶2，同时发育少量粒内溶孔、铸模孔、高岭石晶间孔，极少见微裂隙；喉道类型以管束状喉道、缩颈型喉道为主，其次为孔隙缩小型喉道、片状或弯片状喉道（图1）。各类孔隙可组合成不同的组合类型，常见的组合类型有原生粒间孔＋扩溶粒间孔＋长石溶孔、扩溶粒间孔＋长石溶孔、原生粒间孔＋扩大的次生粒间孔、原生粒间孔＋长石溶孔＋高岭石晶间孔等，且组合类型不同的储层其渗透性相差较大。研究表明，以扩溶粒间孔和粒间孔为主的储层孔隙度较大，吼道较粗，孔喉搭配关系有利于渗流；若长石粒内溶孔、铸模孔与粒间孔、扩溶粒间孔能形成较好的连通关系，亦能成为较好的储集空间；若长石粒内溶孔、铸模孔与粒间孔、扩溶粒间孔等较大孔隙不能形成较好的连通关系，则对渗透率的贡献小；而晶间孔等孤立孔隙常因喉道细窄且连通性差而使自身的渗滤能力最差［8-14］。

图1 HY构造花港组储层喉道类型及微观特征

1.1.3 孔隙结构类型

研究表明，从毛细管压力曲线形态上可以定性分析岩石的孔喉结构变化特征，这是因为毛细管压力曲线的形态主要受孔隙喉道分选和喉道大小控制［10，15］。依据排驱压力、孔喉分布歪度、孔喉分选和最大进汞饱和度等参数，并结合HY构造花港组岩样高压压汞曲线图（图2），可将该地区花港组储层毛细管压力曲线分为5种类型。

（1）Ⅰ型：高进汞型—低排驱压力—略粗歪度—分选较差

Ⅰ型毛细管压力曲线的排驱压力小于0.1 MPa，歪度分布在0.8～1.3，分选系数主要分布在1.7～2.3，最大进汞饱和度均大于90%。Ⅰ型毛细管压力曲线偏向图2的左下方，具有相对较宽的平台，说明孔喉略粗、分选较差，代表了孔隙度较大、有微裂缝存在的渗透率较高的储层类型特征。

（2）Ⅱ型：高进汞型—中排驱压力—中歪度—分选较好

Ⅱ型毛细管压力曲线的排驱压力为0.1～1.0 MPa，歪度分布在1.0～2.0，分选系数主要分布在0.1～0.5，最大进汞饱和度85%～94%。Ⅱ型毛细管压力曲线略偏离图2的左下方，具有宽的平台，说明孔喉较粗、分选较好，代表了孔隙度较大、渗透率较高的储层类型特征。

（3）Ⅲ型：较高进汞型—较高排驱压力—中歪度—分选好

Ⅲ型毛细管压力曲线的排驱压力为1.0～3.0 MPa，歪度分布在1.0～2.0，分选系数主要分布在0.01～0.10，最大进汞饱和度75%～85%。Ⅲ型毛细管压力曲线略偏向图2的右上方，具有相对较宽的平台，说明孔喉较粗、分选较好，代表了孔隙度较小、渗透率较低的储层类型特征。

（4）Ⅳ型：较高进汞型—高排驱压力—中歪度—分选较好

Ⅳ型毛细管压力曲线的排驱压力为3.0～10.0 MPa，歪度分布在2.0～2.5，分选系数主要分布在0.1～0.3，最大进汞饱和度70%～75%。Ⅳ型毛细管压力曲线偏向图2的右上方，具有窄的平台，说明孔喉较细、分选较好，代表孔隙度较小、渗透率较低的储层类型特征。

（5）Ⅴ型：较低进汞型—高排驱压力—中歪度—分选好

Ⅴ型毛细管压力曲线的排驱压力大于10.0 MPa，歪度分布在2.0～2.5，分选系数小于0.01，最大进汞饱和度55%～70%。Ⅴ型毛细管压力曲线靠近图2的右上方，几乎不具有平台，说明孔喉较细、分选较好，代表岩性致密、孔隙度和渗透率均很低的储层类型特征。

储层毛细管压力曲线类型分析表明：HY构造花港组低渗储层孔隙结构复杂、孔喉类型多样，储层孔隙结构以Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型为主，Ⅳ、Ⅴ型为辅；常规低渗储层孔隙结构多为Ⅰ、Ⅱ型，近致密储层孔隙结构多为Ⅲ、Ⅳ型，而致密储层的孔隙结构则多为Ⅳ型和Ⅴ型。

1.2 微观孔隙结构与物性的关系

1.2.1 孔喉中值半径

孔喉中值半径是指进汞饱和度为50%时所对应的孔喉半径值，它是孔喉大小、分布趋势的度量，该值越大，储层孔隙结构越好。从图3a可以看出，HY构造花港组储层孔喉中值半径与物性呈正相关，即孔喉中值半径随着储层物性的变好而增大，且与渗透率的相关性相对更好；当孔喉中值半径大于2μm时，大喉道减少，样品渗透率增大幅度减弱。

1.2.2 孔喉分选系数

从图3b可以看出，对于HY构造花港组储层而言，孔喉分选系数越小，表明喉道越均匀，细微喉道占总喉道数量的比例越大，而渗透率的贡献主要来源于大喉道，小喉道对渗流不起作用或起极小作用，因此渗透性越差，即孔喉分选系数与渗透率表现出正相关关系。研究表明，过高的孔喉分选系数将导致喉道非均质性变强，孔隙结构变差，不利于有利储层的发育［10-11］。

1.2.3 排驱压力

排驱压力高低反映了最大连通喉道的半径大小，排驱压力越高，则最大连通喉道的半径越小。HY构造花港组储层排驱压力与孔隙度和渗透率都呈现较好的对数、指数负相关关系，尤其是与渗透率的相关性更好。当样品渗透率降低时，排驱压力以指数规律增加；当渗透率小于0.1 mD时，排驱压力增加明显，说明喉道变得细小，汞已很难注入（图3c）。

1.2.4 最大进汞饱和度

从图3d可以看出，HY构造花港组储层最大进汞饱和度与孔隙度和渗透率均呈正相关关系，且与孔隙度的相关性更好。储层岩石的孔隙空间是由孔隙和喉道2部分组成，相对于孔隙而言，喉道所占的体积很小，储层岩石总孔隙空间中主要还是孔隙体积，其大小反映了储层的储集性能，这也是最大进汞饱和度与孔隙度的相关性好于渗透率的原因。

通过上述分析来看，HY构造花港组孔喉中值半径、分选系数及排驱压力等储层孔隙结构表征参数与储层渗透率的相关性好于与孔隙度的相关性，仅最大进汞饱和度与孔隙度的相关程度较渗透率更高，表明储层孔隙结构类型虽然直接影响着储层物性的好坏，但其对储层渗透率的影响表现得更为明显。

2 HY构造花港组低渗储层渗流特征

渗流是流体在多孔介质中的流动，渗流流体的力学性质除与流体本身的性质有关外，还与多孔介质的性质、流体的运动状况以及它们之间的相互作用有关。通过气水两相渗流的相对渗透率曲线能明显反映低渗储层含气时气水两相渗流特征，同时也能反映不同类型储层不同孔隙结构中的水驱气特征和效果［10，12，16］。

HY构造花港组储层相渗实验表明，该区低渗储层束缚水饱和度与孔隙度、渗透率呈较强的相关关系（图4），本区储层束缚水饱和度范围在27.3%～62.5%，平均值为39.6%。由于该区花港组储层残余气饱和度为24.8%～39.7%，平均值为27.0%，明显小于束缚水饱和度平均值，而且气水相渗等渗点值为59.9%～73.5%，平均值为65.0%，远大于50.0%，因此认为该区低渗储层属于亲水性储层。同时，样品中束缚水时的气相渗透率均明显大于残余气时的水相渗透率，也表明了储层润湿性为亲水性。

对HY构造低渗储层进行水驱气相渗实验模拟分析后发现，该区无论是常规低渗储层（图5a），还是近致密砂岩储层（图5b），由于低渗储层孔隙结构非均质性强，水的指进和绕流现象十分严重，使得储层见水后相当一部分气滞留在孔隙喉道中而成为残余气，气相渗透率急剧降低。气相渗透率在达到气、水两相共渗点前，随着含水饱和度的增加，其渗透率急剧减小，而水相渗透率缓慢增大；而在超出共渗点后，随着含水饱和度的增加，水相渗透率增大，气相渗透率几乎无变化。分析认为，该区花港组低渗储层由于微细孔道占孔隙体积的比例很大、粘土矿物含量较高等多种因素的影响，使得气-水两相共渗区的范围小，束缚水饱和度较高，在相对渗透率曲线上表现出了与中、高渗储层明显不同的特征。

图5 HY构造花港组低渗储层气-水相渗曲线

3 地质意义

（1）西湖凹陷HY构造花港组低渗储层孔隙结构复杂、孔喉类型多样，储层孔隙结构参数与物性具有良好的相关关系，尤其是与渗透率的相关性更强。近2年在西湖凹陷低渗气层的勘探实践中，储层渗透率的差异常使气层产能评价时出现迥异的结果，形成这种现象的主要原因之一即为低渗储层孔隙结构的差异。具体表现为：储层孔隙结构以Ⅰ、Ⅱ型为主的常规中低渗气层常具有一定的自然产能，通过常规地层测试可获得商业性气流；储层孔隙结构以Ⅲ、Ⅳ型为主的近致密气层必须经过储层改造来改善储层的渗流能力，才能具有商业产能；而储层孔隙结构以Ⅳ、Ⅴ型为主的致密气层目前尚缺乏有效的产能评价手段，须在今后工作中进行探索和攻关。实践表明，在低渗气藏勘探评价期重要环节之一的气层产能评价阶段，根据储层孔隙结构类型和特征进行分类评价，可有效提高勘探评价效率和成功率，对推进东海西湖凹陷低渗油气资源的勘探具有重要意义。

（2）以HY构造为典型的西湖凹陷花港组低渗砂岩储层多为致密、亲水储层，随着含水饱和度的增加，在达到气水共渗点之前，气相渗透率急剧下降，水相渗透率缓慢上升，在达到共渗点之后，水相渗透率增大，气相渗透率几乎不变化。由于低渗储层的这种渗流特性，使得低渗气层在钻完井或储层改造过程中更易受到钻完井液或压裂液中液相的伤害，产生水锁效应，影响低渗储层含油气性的判断和低渗气层真实产能的评价［16-18］。而在低渗气层开发阶段，由于低渗储层的这种渗流特征，使得低渗气层在见水后气相渗透率急剧下降，其无水期采收率占最终采收率的比例较常规孔渗气层更大，因此低渗气层在储层见水前的采收率预测应受到充分重视。

（3）西湖凹陷低渗储层的孔隙结构特征主要受储层发育的沉积相带、经历的成岩作用以及是否发育异常高压等因素控制。分析认为，以三角洲平原和三角洲前缘为背景的河道砂沉积是西湖凹陷花港组低渗储层形成的物质基础，储层经历的压实作用和溶解作用的强弱直接影响储层的孔喉类型和渗流能力，后期地层异常高压的发育可有效地保护低渗储层的孔喉结构。因此，在异常高压发育区带中的主干河道砂体发育相带和次生孔隙发育带常是优质低渗储层即“甜点”发育区，在广泛发育的低渗储集层中寻找“甜点”是目前西湖凹陷低渗气藏勘探的主要方向。

4 结论

（1）西湖凹陷HY构造花港组低渗储层主要为常规低渗和近致密储层，孔隙类型以扩溶粒间孔、粒间孔为主，喉道类型以管束状喉道、缩颈型喉道为主，孔隙结构以Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型为主，其次为Ⅳ、Ⅴ型。实践表明，在低渗气层产能评价阶段依据孔隙结构类型和特征进行有针对性的分类评价，能够有效提高低渗储层的勘探评价效率和成功率。而目前针对储层孔隙结构以Ⅳ、Ⅴ型为主的近致密气层尚缺乏有效的产能评价手段，须在今后的工作中进行探索与攻关。

（2）西湖凹陷HY构造花港组低渗储层属于亲水性储层，气相渗透率随着含水饱和度增加而急剧下降，达到气-水共渗点后，气相几乎无流动。正是由于低渗储层的这种渗流特征，才使得低渗气层在开发阶段见水后气相渗透率急剧下降，其无水期采收率占最终采收率的比例较常规孔渗气层更大，因此低渗层在储层见水前的采收率预测应受到充分重视。

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