不同孔喉匹配关系下的特低渗透砂岩微观孔喉特征差异

高 辉，敬晓锋，张 兰

(1.西安石油大学 石油工程学院 西安 710065； 2.玉门油田分公司 鸭儿峡油田作业区甘肃 酒泉 735200； 3. 玉门油田分公司 老君庙油田作业区，甘肃 酒泉 735200)

不同孔喉匹配关系下的特低渗透砂岩微观孔喉特征差异

高 辉1，敬晓锋2，张 兰3

(1.西安石油大学 石油工程学院 西安 710065； 2.玉门油田分公司 鸭儿峡油田作业区甘肃 酒泉 735200； 3. 玉门油田分公司 老君庙油田作业区，甘肃 酒泉 735200)

因沉积和成岩作用改造不同，渗透率相近或相等的砂岩，微观孔喉特征参数存在明显差异。以吴起地区延长组长6砂岩和牛圈湖地区西山窑组X2砂岩为对象，综合利用物性、铸体薄片和恒速压汞对不同孔喉匹配关系下的微观孔喉特征参数进行了定量对比。结果表明，各渗透率级别样品的孔隙参数差异不大，微观孔喉特征的差异主要体现在喉道上。发育的溶蚀孔和晶间孔造成X2砂岩的弯片状、管束状喉道含量高，喉道半径小且分布范围窄，对渗透率贡献集中，平均喉道半径和主流喉道半径小、大孔喉比含量高。长6砂岩缩颈状、片状和弯片状喉道发育，喉道半径差异大、大喉道含量高的特征归因于发育的原生粒间孔。不同孔喉匹配关系下的特低渗透砂岩，开发过程中应区别对待。

孔隙喉道类型；孔喉差异；特低渗透砂岩；延长组；西山窑组；吴起地区；牛圈湖地区

特低渗透储层普遍存在于国内的多个油田或区块，成为开发的主要潜力区[1-7]。物性差、孔隙喉道细小、溶蚀孔和微裂缝发育是该类储层的主要特征，也是制约该类储层高效开发的关键因素，很多适用于中高渗储层的开发技术政策在用于该类储层时遇到困难或者收效甚微[5-12]。由于受沉积和成岩作用的影响程度不同，特低渗透砂岩的孔喉发育程度和匹配关系存在明显差异。表面上渗透率相近或相等的储层，其孔喉特征参数明显不同，进而表现出不同的开发效果[13]。恒速压汞技术作为目前国际上用于微观孔隙结构研究的最先进技术之一，能够将孔隙和喉道分开，获取更为准确的孔隙结构特征参数，克服了常规压汞技术的缺点，为定量表征孔喉特征参数提供了技术保证[14-23]。笔者以鄂尔多斯盆地吴起地区延长组长6砂岩和三塘湖盆地牛圈湖地区西山窑组X2砂岩样品为研究对象，综合利用物性测试、铸体薄片和先进的恒速压汞技术，定量评价相同渗透率级别样品的孔喉分布特征差异，以期从本质上揭示造成这一现象的主要原因，为开发过程中采取不同的开发技术提供参考依据。

1 实验样品信息

牛圈湖油田位于三塘湖盆地马朗凹陷西北部，物源以北部物源体系为主，次为南物源。主要为扇三角洲前缘沉积，微相主要为扇三角洲前缘水下分流河道沉积，其次为河口坝；西山窑组为主力含油层位[24]。从水下分流河道微相选取3块代表性样品，岩性为细—中粒岩屑砂岩。吴起地区位于鄂尔多斯盆地陕北斜坡中西部，物源来自盆地东北部，发育一套三角洲前缘亚相沉积，水下分流河道、河口坝和分流间湾为主要沉积微相，三叠系延长组长6储层为主力含油层系之一[25]。实验样品取自水下分流河道微相，岩性以中—细粒长石砂岩为主。

为了实现不同孔喉匹配关系下，不同渗透率级别样品的对比，实验样品选取时充分考虑沉积微相、成岩作用特征，并借鉴大量铸体薄片鉴定和物性测试结果，分别选取不同渗透率级别的3组样品进行对比，依次为0.1×10-3μm2lt;Klt;0.5×10-3μm2(A组)，0.5×10-3μm2lt;Klt;1.0×10-3μm2(B组)，Kgt;1.0×10-3μm2(C组)(表1)。

2 孔隙喉道发育程度

根据铸体薄片镜下观察与统计(表2)，牛圈湖地区孔隙类型主要为粒间孔、凝灰质溶孔、长石溶孔和晶间孔，岩屑溶孔发育程度较差。吴起地区粒间孔为最主要的孔隙类型，其次为长石溶孔，岩屑溶孔发育程度差。对比可知，牛圈湖样品的溶蚀孔和晶间孔发育程度高，平均相对含量分别为57.6%和27.6%，而吴起地区粒间孔占支配地位，平均相对含量达到了82.27%。

喉道是岩石中流体运移能力及渗透率大小的主要控制因素，而喉道大小和形态主要取决于岩石的颗粒接触关系、胶结类型以及颗粒本身的形状和大小。根据罗蛰潭、张允诚等人对我国砂岩喉道的分类标准[26]，牛圈湖地区喉道类型以管束状、弯片状为主，其中管束状喉道含量非常高(与该区次生孔隙和高岭石晶间孔发育程度高有关)。而吴起地区多表现为缩颈状、片状和弯片状，管束状喉道含量低(由粒间孔隙发育程度高所决定)(图1)。

表1 吴起和牛圈湖地区实验样品信息Table 1 Information of laboratory samples in Wuqi and Niujuanhu areas

表2 吴起和牛圈湖地区样品孔隙类型统计Table 2 Pore type statistics of samples in Wuqi and Niujuanhu areas %

3 微观孔喉特征的差异

3.1孔隙分布的差异

根据恒速压汞测试结果，牛圈湖地区3块样品的孔隙半径分布区间介于100～260 μm，按渗透率从小到大，3块样品的孔隙半径峰值分别为130,150,120 μm，峰值含量分别为15.44%,14.24%,16.17%。吴起地区3块样品孔隙半径分布区间为100～300 μm，峰值分别为150,150,140 μm，峰值含量依次为12.0%,12.38%,13.51%。对比可见，2个区块各级别渗透率样品的孔隙分布区间、孔隙半径峰值差异和峰值含量差异不大(图2)。

3.2喉道分布的差异

实验样品的喉道分布区间均随着渗透率的增加而变宽，大喉道含量增加，但3组样品的喉道特征参数存在明显差异。主要体现为喉道半径大小、分布区间、喉道峰值含量和半径不同。牛圈湖地区样品的喉道半径小，分布范围窄，小喉道含量高，喉道峰值半径小，峰值含量高。据统计，3块样品的喉道分布区间分别为0.2～0.8,0.2～1.0,0.2～1.9 μm；喉道峰值半径分别为0.6,0.7,0.9 μm，峰值含量依次为35.96%,25.73%,12.22%(图3)。

吴起地区样品的喉道分布区间宽，大喉道含量高，喉道峰值不明显。3块样品的喉道分布区间依次为0.2～1.3,0.2～1.4,0.2～2.6 μm(图3)。据统计，A组中吴起地区样品喉道大于0.5 μm的累计含量为59.18%，而牛圈湖地区为52.91%；B组中吴起地区样品的喉道大于0.5 μm的累计含量为84.35%，喉道大于1.0 μm的累计含量为24.58%，牛圈湖地区该范围样品的含量分别69.42%和0%。C组样品对比也表明，牛圈湖地区样品中无大于2.0 μm的喉道分布，而吴起地区样品该级别喉道的含量为16.45%(表3)。

图1 吴起和牛圈湖地区不同的孔隙、喉道类型Fig.1 Different pore and throat types in Wuqi and Niujuanhu areas

图2 吴起和牛圈湖地区3组样品孔隙半径分布Fig.2 Pore radius distribution of 3 groups of samples in Wuqi and Niujuanhu areas

图3 吴起和牛圈湖地区3组样品喉道半径分布Fig.3 Throat radius distribution of 3 groups of samples in Wuqi and Niujuanhu areas 表3 吴起和牛圈湖地区喉道特征参数统计Table 3 Statistics of throat characteristic parameters in Wuqi and Niujuanhu areas

区块样品编号分组渗透率/10-3μm2平均喉道半径/μm主流喉道半径/μm累计含量/%gt;0．5μmgt;1．0μmgt;1．5μmgt;2．0μm牛圈湖吴起4-1A0．300．520．4252．9100019-1B0．550．620．5669．4200048-1C1．771．031．2193．2046．597．1102A0．320．610．7159．1800011B0．510．840．8884．3524．58003C1．771．461．7195．5374．2045．3616．45

此外对比还发现，吴起地区不同渗透率级别样品的平均喉道半径、主流喉道半径、不同级别喉道的累计含量均要大于牛圈湖地区(表3)。这说明渗透率是微观孔隙结构的宏观表现，是不同喉道综合作用的结果。在渗流时，不是每一个级别的喉道都在提供渗流能力，而是存在一个范围，即为油藏提供渗流能力的喉道半径存在一个下限，这个下限随着样品渗透率的不同而改变，大小反映了控制主要渗流能力的半径范围，其值越大，渗流能力越强。这就要求在储层评价中渗透率参数不能赋予过高的权重，因为该参数不能真实客观反映流体的渗流特性。

3.3喉道对渗透率的贡献差异

基于喉道分布结果，在泊谡叶公式的基础上，评价不同级别喉道对岩心的渗透率贡献大小[13]。对比结果表明，随着渗透率的逐渐增大，较大喉道对渗透率的贡献增加，但2个区块的增加程度不同。牛圈湖地区样品喉道对渗透率的贡献分布集中，贡献峰值大，对应的喉道半径小(图4)。据统计，牛圈湖地区样品喉道对渗透率贡献峰值分别为44.37%,36.86%,12.57%，对应的喉道半径分别为0.6,0.8,1.2 μm；而吴起地区样品的渗透率贡献峰值分别为24.43%,16.57%,9.8%，对应的喉道半径依次为0.9,1.2,2.0 μm。

对比3组样品不同喉道半径对渗透率的贡献(表4)，A、B组中牛圈湖地区样品中小于0.5 μm喉道对渗透率的贡献分别为9.01%和5.51%，小于1.0 μm的喉道对渗透率的贡献均为100%；而吴起地区样品小于1.0 μm喉道对渗透率的贡献分别为95.20%和40.22%。C组中两区块样品小于2.0 μm的喉道对渗透率的贡献分别为100%和55.85%。这一特征表明，相对于牛圈湖地区样品，吴起地区样品的较大喉道对渗透率的贡献更为明显，即为流体提供的渗流通道更为顺畅，渗流阻力更小。

3.4孔喉比分布的差异

对于油田注水开发而言，孔喉比大小决定水驱油渗流过程的驱替类型，较大的孔喉比会因贾敏效应而使附加阻力增加，导致连续油相被卡断成为油滴(珠)的几率增大，水驱油效果变差[27-30]。根据参数统计，实验样品的孔喉比均随着渗透率的增加分布范围变窄，小孔喉比含量增加。牛圈湖地区样品的孔喉比分布范围分别为50～1 200,30～810,20～580，吴起地区样品的分布范围依次为20～640,20～520,20～460。对比可见，牛圈湖地区样品的孔喉比分布范围更宽，大孔喉比含量更高。

图4 吴起和牛圈湖地区3组样品喉道对渗透率贡献Fig.4 Throat contribution to permeability of 3 groups of samples in Wuqi and Niujuanhu areas 表4 吴起和牛圈湖地区喉道对渗透率贡献统计Table 4 Contribution statistics of throat to permeability in Wuqi and Niujuanhu areas

图5 吴起和牛圈湖地区3组样品孔喉半径比分布Fig.5 Pore throat ratio distribution of 3 groups of samples in Wuqi and Niujuanhu areas

4 讨论

特低渗透砂岩储层特殊的微观孔隙结构特征是其有别于常规储层的主要原因，表面上看似渗透率相近或相同的样品，因其不同的孔喉匹配关系，导致微观孔隙结构特征存在较大差异。上述分析可见，2个区块样品的孔隙半径大小及其分布差异不大，但喉道特征参数却明显不同。相对于鄂尔多斯盆地吴起地区样品，牛圈湖地区样品的喉道分布集中、分布范围窄、小喉道含量高且对渗透率的贡献大，平均喉道半径和主流喉道半径小，孔喉比大。

其根本原因在于沉积、成岩作用造成的孔隙发育程度和孔喉匹配关系不同，牛圈湖地区为近源快速沉积，其杂基含量高、颗粒分选差，结构成熟度低，由大颗粒支撑形成的原生粒间孔隙被细小颗粒和泥质杂基充填，凝灰质又使孔隙空间进一步减小。由于塑性岩屑、杂基、凝灰质含量高，这些软组分在压实过程中容易发生变形，使原生粒间孔隙大量减少，仅在填隙物残存少量孔隙，部分样品中几乎见不到。而较高的岩屑、杂基和凝灰质含量及高岭石的广泛发育为溶蚀孔和晶间孔的大量分布提供了物质基础。溶蚀孔的发育对于特低渗透砂岩储层而言至关重要，可以将孔隙之间更好地连通起来，提供更多的渗流通道，而晶间孔可以为油气聚集提供一定的储集空间。但需要注意的是，发育的溶蚀孔多以蜂窝状的形式成束存在，孔隙之间的连通喉道类型主要以多支细小的弯片状、管束状为主，喉道半径差异较小，分布集中；而晶间孔则是粘土矿物将孔隙空间充填后生成，是将大的孔隙割裂成为若干个细小的孔隙空间，连通的喉道以管束状为主，喉道半径虽然差异不大但更加细小。导致该类储层最终的孔喉特征表现形式是孔隙被多支细小的喉道连通，喉道间差异较小且分布集中，但孔喉比较大。

吴起地区处于吴起三角洲砂体的前端，发育三角洲前缘亚相沉积，水下分流河道砂体为最主要的沉积骨架砂体，沉积时水动力相对较强，分选较为充分。虽然粒度较细但杂基含量低、颗粒分选好，成分成熟度较牛圈湖地区高，加之胶结物中绿泥石含量较高，抗压实能力较强，原生粒间孔保存较好，缩颈状、片状和弯片状喉道较发育。由于岩屑、杂基等易溶组分含量低导致溶解作用弱，溶蚀孔含量少，而实验样品中基本无高岭石分布，故晶间孔发育程度差，管束状喉道不发育。此时，喉道类型更加丰富，虽然此时差异程度增加，但大喉道数量增多。已有的研究表明，对于特低渗透砂岩储层而言，对渗透率起主要贡献的是占少数的较大喉道，正是这些含量较少的较大喉道为流体渗流提供了主要通道。该类储层的孔喉特征参数表现为平均喉道半径和主流喉道半径大、喉道分布范围宽、大喉道含量高，孔喉比分布范围窄，大孔喉比含量低。

上述分析可见，不同孔喉匹配关系下的特低渗透砂岩储层，影响开发效果的关键因素(喉道特征参数)存在较大差异，需要针对不同类型储层采取不同的开发措施。对于粒间孔发育程度差，溶蚀孔和晶间孔含量高，喉道类型以弯片状和管束状为主的储层，注重喉道峰值半径范围的喉道开发至关重要，因为这部分喉道含量最高、而且对渗透率起主要贡献，直接影响开发效果的好坏。对于次生孔隙发育程度差，粒间孔含量高、喉道类型多样的储层，因喉道分布范围宽、喉道间差异大、大喉道含量高、非均质性强，应对不同级别的喉道采取相应的措施，应该在保证较小喉道有效开发的基础上，再开发大喉道，这样可取得更好的开发效果。

5 结论

1)牛圈湖地区孔隙类型主要为粒间孔、凝灰质溶孔、长石溶孔和晶间孔，岩屑溶孔发育程度较差，喉道类型以管束状、弯片状为主；吴起地区粒间孔最为发育，溶蚀孔发育程度差，缩颈状、片状和弯片状为主要的喉道类型。

2)2个区块各级别渗透率样品的孔隙大小与分布、孔隙半径峰值含量差异不大，但喉道特征参数存在明显不同。相对而言，牛圈湖样品的喉道半径小，分布范围窄，小喉道含量高，喉道峰值半径小且峰值含量高，喉道对渗透率的贡献更为集中，贡献峰值大且峰值喉道半径小，平均喉道半径和主流喉道半径小，孔喉比分布范围更宽，大孔喉比含量高。

3)渗透率相近或相等的储层，因沉积和成岩作用的改造程度不同，其孔隙、喉道类型和匹配关系存在较大差异。牛圈湖地区储层发育的溶蚀孔和晶间孔是喉道细小、分布集中、孔喉比大的主要原因；而吴起地区喉道半径差异大、大喉道含量高则源于原生粒间孔的较高含量。

4)不同孔喉匹配关系下的储层，因其喉道特征参数之间的明显差异，开发过程中应采取不同的措施区别对待，牛圈湖区块应注重峰值半径范围内喉道的开发，而吴起地区应在保证小喉道有效开发的基础上，再开发大喉道。

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(编辑黄 娟)

Differenceofmicro-porethroatcharacteristicsinextra-lowpermeabilitysandstoneofdifferentporethroatmatchingrelationship

Gao Hui1, Jing Xiaofeng2, Zhang Lan3

(1.CollegeofPetroleumEngineering,Xi’anShiyouUniversity,Xi’an,Shaanxi710065,China;2.YaerxiaOilFieldWorkingQuarter,YumenOilfieldCompany,Jiuquan,Gansu735200,China;3.LaojunmiaoOilFieldWorkingQuarter,YumenOilfieldCompany,Jiuquan,Gansu735200,China)

There are different pore throat matching relationship and micro-pore throat characteristics for similar or equal sandstones because of different deposition and diagenesis reconstruction. Taking the Chang6 sandstone of Yanchang Formation in Wuqi area and the X2sandstone of Xishanyao Formation in Niujuanhu area as the objects, the micro-pore throat characteristics in different pore throat matching relationships are evaluated quantitatively using physical property testing, cast section and constant rate mercury penetration technique. The results show that there are no obvious differences in pore parameters, and the differences of micro-pore throat characteristics are mainly presented in throat parameters for samples with different permeabilities. As to the X2sandstone, the generation of dissolution pores and intercrystal pores leads to high content of curved lamellar and tube bundle throat, small throat radius and narrow distribution, concentrated contribution of throat to permeability, fine average throat radius and main flow throat radius, high content of big pore throat ratio in Niujuanhu area. In the Chang6 sandstone, necking, flaky and curved lamellar throats develop, throat radius vary obviously, and big throats are in high content, which can be explained by the generation of primary intercrystal pores. Different steps should be taken in the development process for extra-low permeability sandstone reservoirs which present different pore throat matching relationships.

pore throat type; differences of pore throat; extra-low permeability sandstone; Yanchang Formation; Xishanyao Formation; Wuqi area; Niujuanhu area

1001-6112(2013)04-0401-06

10.11781/sysydz201304401

TE122.2+3

A

2012-09-01；

2013-05-20。

高辉(1979—)，男，博士，副教授，从事油气田地质与开发方面的教学和科研工作。E-mail: ghtopsun1@163.com。

国家自然科学基金(41102081)、教育部科学技术研究重点项目(212172)、陕西省自然科学基础研究计划(2012JQ5003)和国家科技重大专项(2011ZX05013-005)资助。