低渗透砂岩储层孔隙结构对储层质量的影响——以鄂尔多斯盆地姬塬地区长8油层组为例

蔡玥，熊琦，李勇，丁迎超，徐文杰

低渗透砂岩储层孔隙结构对储层质量的影响
——以鄂尔多斯盆地姬塬地区长8油层组为例

蔡玥1，2，熊琦1，李勇1，2，丁迎超1，徐文杰1

（1.长安大学地球科学与资源学院，西安710054；2.长安大学成矿作用及其动力学实验室，西安710054）

应用常规压汞、铸体薄片、扫描电镜和岩石薄片等资料，结合恒速压汞实验，综合研究了鄂尔多斯盆地姬塬地区长8低渗透砂岩储层微观孔隙结构特征及其对储层质量的影响。结果表明，长8储层孔隙类型多样，孔隙结构可划分为4种类型：Ⅰ类低排驱压力-中喉型、Ⅱ类较低排驱压力-细喉型、Ⅲ类中排驱压力-微细喉型和Ⅳ类高排驱压力-微喉型。储层物性与平均孔喉半径、中值孔喉半径、分选系数及最大进汞饱和度均具有正相关性，与结构系数均具有负相关性，而与均值系数、歪度及退汞效率均无明显相关性。恒速压汞测试进一步表明，储层物性与孔隙参数相关性不明显，储层质量主要受喉道的控制。在低渗透储层开发过程中应注重对喉道的有效保护，进而取得更好的开发效果。

低渗透砂岩；孔隙结构特征；储层质量；姬塬地区；鄂尔多斯盆地

0 引言

姬塬地区位于鄂尔多斯盆地中西部，横跨天环坳陷和陕北斜坡2个一级构造单元，表现为一平缓的西倾单斜［1-2］。上三叠统延长组作为研究区的重要含油层段自下而上可以划分为10个油层组（长10～长1）。长期以来姬塬地区的勘探开发重点一直集中在长6油层组及其上部层位［3-6］，对长8油层组（目前的主力上产接替层位）的研究也只是集中在沉积体系［7-10］、成岩作用［11-14］、储层岩石学和物性特征［15］以及成藏机理［16］等方面，而将储层微观孔隙结构特征作为重点的研究相对较少，从而严重制约了油气勘探的进程［2，17］。

储层微观孔隙结构控制和影响着流体的分布及渗流特征，是储层质量评价中不可或缺的一部分［18］，与孔隙结构有关的评价参数是分析低渗透储层质量影响因素的重要依据［2，17］。因此，笔者以常规压汞、铸体薄片、扫描电镜和岩石薄片等资料为基础，结合先进的恒速压汞测试，实现姬塬地区长8储层微观孔隙结构特征的精细表征，进而深入探讨孔隙结构对储层质量的影响，为油田的合理开发和提高采收率提供依据。

1 储层基本特征

1.1 岩石学及物性特征

姬塬地区长8油层组属于浅水三角沉积体系，储集砂体多发育于三角洲前缘水下分流河道和残余河口坝微相中［9-10，15］。岩性为灰色、灰绿色岩屑长石砂岩及长石岩屑砂岩。填隙物主要为化学沉淀的胶结物，其含量高、变化大，以绿泥石和方解石为主，其次为硅质、长石质、高岭石和网状黏土。碎屑颗粒呈次棱角状，点—线接触，颗粒支撑，薄膜-孔隙式胶结，分选中等—较好，具有成分成熟度较低、结构成熟度中等的特征。

对研究区147口井的1 322块岩心物性测试资料进行统计，结果表明：研究区长8储层孔隙度平均为8.67%，主要为6%～12%，占样品总数的91.3%；渗透率平均为0.46 mD，主要为0.05～1.17 mD，占样品总数的83.2%。成岩早期的压实作用和胶结作用可造成砂岩中原生孔隙的大量丧失，而长石和岩屑等不稳定组分发生溶蚀产生的次生孔隙在一定程度上改善了储层物性，晚期的胶结作用最终使得储层致密［11］。受成岩压实、胶结和溶蚀作用的共同影响，姬塬地区长8储层总体物性较差，微观孔隙结构复杂，是典型的低孔、特低—超低渗透储层［12］。

1.2 储集空间类型

铸体薄片和扫描电镜观察可见，姬塬地区长8储层面孔率总体较低，平均仅为3.75%；储层孔隙类型多样，孔径大小相差悬殊且分布不均（表1）。

表1 长8储层孔隙类型统计Table 1The pore types of Chang 8 reservoirs

原生残余粒间孔在长8储层中占主导地位，并且分布不均匀，孔隙形态以三角形或多边形为主，边缘较为平直并被绿泥石薄膜包裹（图版Ⅰ-1～Ⅰ-5），孔隙连通性较差。次生孔隙主要是溶蚀粒间孔和溶蚀粒内孔（图版Ⅰ-6～Ⅰ-9）。粒间孔的溶蚀组分主要为自生长石和方解石，溶蚀粒内孔由长石和部分岩屑及云母等粒内选择性溶蚀而成，其中长石溶蚀粒内孔相对最为发育（图版Ⅰ-10）。与残余粒间孔不同的是，次生溶蚀孔边缘多呈不规则的港湾状，孔隙连通性较好，具有很强的非均质性。此外，孔隙类型中还有含量甚微的填隙物晶间微孔（图版Ⅰ-11）和微裂隙（图版Ⅰ-12）。

2 储层微观孔隙结构分类及特征

2.1 微观孔隙结构分类

根据常规压汞毛管压力曲线、铸体薄片及岩石薄片等资料的综合分析，将姬塬地区长8储层孔隙结构划分为4种类型（图1、表2）：Ⅰ类低排驱压力-中喉型、Ⅱ类较低排驱压力-细喉型、Ⅲ类中排驱压力-微细喉型和Ⅳ类高排驱压力-微喉型。从Ⅰ类到Ⅳ类孔隙结构依次变差，储层质量也相应变差。

Ⅰ类和Ⅱ类孔隙结构主要出现在物性较好的储层中，排驱压力均小于1 MPa，残余粒间孔和溶蚀孔隙相对发育，孔喉连通性较好，孔隙度为7.7%～16.8%，渗透率为0.17～2.02 mD，平均孔喉半径为0.29～1.12 μm，进汞饱和度平均值接近85%，主要发育在三角洲前缘水下分流河道和河口坝砂体中，以Ⅱ类孔隙结构最为常见，分布频率为37.2%。

表2 常规压汞实验孔隙结构特征参数Table 2Pore structure parameters of conventional mercury injection test

Ⅲ类和Ⅳ类孔隙结构分别对应于研究区长8较差储层和非储层，出现频率分别为27.5%和19.6%。Ⅲ类孔隙结构排驱压力为1～2 MPa，粒间孔与溶蚀孔比Ⅰ类和Ⅱ类少，且连通性一般，孔隙度为3.4%～7.5%，渗透率为0.05～0.21 mD，平均孔喉半径为0.15～0.26 μm。Ⅳ类孔隙结构排驱压力大于2 MPa，仅发育少量溶蚀孔和微孔，残余粒间孔几乎不发育，渗透率低于0.05 mD，已不具备储集性能。Ⅲ类～Ⅳ类孔隙结构多出现在水下分流河道边缘砂体及分流间湾的薄层砂体中，个别分布在主河道砂体中，由于后期的成岩作用导致孔隙结构变差。

2.2 微观孔隙结构特征

恒速压汞测试作为新兴的孔隙结构研究手段，在低渗透储层中得到了广泛应用。该测试的先进之处在于能够有效区分孔隙和喉道，并可提供其分布范围，弥补了常规压汞对应同一毛管压力曲线可能会出现不同孔隙结构的缺陷［17-21］。

综合沉积微相、岩石学特征和物性等因素，笔者从目的层段较好的Ⅰ类和Ⅱ类孔隙结构中选取6块样品进行恒速压汞测试，样品涵盖目的层段的超低和特低渗储层，具有一定的代表性（表3）。

目的层段渗透率不同的6块样品中，孔隙半径均接近正态分布［图2（a）］，样品渗透率的变化对孔隙半径分布影响微弱。与孔隙半径分布曲线不同，随着样品渗透率的增加，喉道半径曲线分布形态出现较大差异［图2（b）］，分布范围均有变宽趋势，小半径喉道的数量依次减少，大半径喉道所占比例明显增加。

表3 恒速压汞实验孔隙结构特征参数Table 3Pore structure parameters of Constant-speed mercury injection test

图2 目的层段6块样品的孔隙、喉道半径及孔喉半径比分布曲线Fig.2Distribution curves of pore,throat radius and the radius ratio between pore and throat of six samples in the target zone

恒速压汞在区分孔隙和喉道的同时也给出了孔喉半径比的分布［图2（c）］。目的层段孔喉半径比范围整体较宽，随着样品渗透率的增大，孔喉半径比分布于大值区的概率明显减小。从油田开发角度来看，孔喉半径比的大小影响着开发过程中油气被捕获的几率［18，21］。当孔喉半径比较大时，孔隙结构中的细小喉道数量相对较多，在驱替过程中油气通过细小喉道时更容易发生卡断，油气不易被采出。因此，孔喉之间的配置关系同时决定着研究区长8储层的质量及开发效果。

3 微观孔隙结构对储层质量的影响

3.1孔喉半径参数对储层质量的影响

姬塬地区长8储层平均孔喉半径与孔隙度、渗透率均表现出明显的正相关性［图3（a）］，其中平均孔喉半径与渗透率的相关系数达0.9以上。孔隙度和渗透率均随平均孔喉半径的增大而增大，反映储层质量的优劣与残余粒间孔及次生溶蚀孔的发育程度密切相关，而石英、长石含量高且岩屑组分少、分选较好的储层，其岩石具备孔隙发育的良好条件。中值孔喉半径与孔隙度和渗透率均具有一定的正相关性［图3（b）］，砂岩孔隙度、渗透率同样随中值孔喉半径的增大而增大，反映中值孔喉半径与平均孔喉半径具有较为一致的地质成因。相比较而言，中值孔喉半径与孔隙度、渗透率的分布更离散。类似中值孔喉半径对应的孔隙度、渗透率可能存在较大差异，同时也印证了姬塬地区长8储层砂岩孔喉类型组合的复杂性。

通过从恒速压汞中获取的平均孔隙半径［图3（c）］、平均喉道半径［图3（d）］与物性相关关系图的分析可知：平均孔隙半径与孔隙度、渗透率无明显相关性或具微弱负相关性；平均喉道半径与孔隙度、渗透率均具有正相关性，且与后者的相关性更好。随着渗透率的增加，平均喉道半径呈现增大的趋势，而孔隙半径变化不大仅局部波动，表明储层的质量及储层流体的渗流能力主要由喉道决定。

图3 孔喉半径参数与物性相关关系Fig.3Correlationship between pore and throat radius parameters and reservoir properties

3.2 孔喉统计特征对储层质量的影响

分选系数可以反映孔喉大小分布的均一程度。姬塬地区长8储层砂岩孔喉分选系数与孔隙度和渗透率均表现出正相关性［图4（a）］。当孔喉分选系数增大时，孔隙度和渗透率均随之增大，反映出残余粒间孔和次生溶孔对储层具有建设性作用，尤其是长石溶蚀粒内孔较为发育的储层，其孔喉类型多样且大小分布不均，反映储层沉积-成岩过程中孔喉半径趋于变小且相对均一，小孔喉的大量发育是导致储层质量变差的直接原因，同时也体现出粗喉道对渗透性的改善作用。

与分选系数不同，孔喉结构系数与孔隙度和渗透率均表现为负相关性［图4（b）］。孔喉结构系数可以表征流体在孔隙中渗流的迂回程度，随着孔隙结构系数的增大，孔隙度和渗透率均减小，反映储层沉积-成岩过程中（如不同含量杂基、成岩矿物的封堵作用）孔喉迂回程度发生明显变化［3］，致使部分具有大孔喉砂岩的孔渗性受到一定的影响，从而导致储层质量降低。

均值系数表示孔喉分布的平均位置，与物性具有极微弱的负相关性［图4（c）］，而在中高渗透储层中，均值系数与物性的相关性相对较好［18］。均值系数体现了储层砂岩经历沉积-成岩过程的差异性。例如，在长石大量溶蚀的储层中孔喉大小分散，小孔喉数量较少，储层质量相对较好。歪度系数主要反映喉道众数的相对位置，与物性基本不具相关性［图4（d）］，表明储层砂岩中虽有一定数量由溶蚀作用形成的较大孔喉，但多数小孔喉仍缺乏改造或受胶结封堵，影响低渗透砂岩储层的质量。

3.3 汞饱和度参数对储层质量的影响

最大进汞饱和度表示注入压力达到仪器的最高压力时汞所侵入的孔喉体积百分数［21］，可以表征储层的储集性能。最大进汞饱和度与孔隙度和渗透率均呈正相关关系［图5（a）］，与孔隙度的相关性好于与渗透率的相关性。退汞效率与孔隙度和渗透率的相关性均较差［图5（b）］，这与中高渗透储层的研究认识（退汞效率与孔隙度和渗透率均呈正相关关系）［21］差别很大，表明低渗透储层退汞效率的影响因素较多，孔喉分布状况和孔隙结构均比中高渗透储层复杂，分选系数和结构系数证明了这一点。

图4 孔喉特征参数与物性相关关系Fig.4Correlationship between pore and throat parameters and reservoir properties

图5 汞饱和度参数与物性相关关系Fig.5Correlationship between mercury saturation parameters and reservoir properties

恒速压汞实验可以分别得到孔隙和喉道的进汞饱和度，定量化地反映有效孔隙和喉道的体积大小，二者与物性都呈现出一定的正相关性［图5（c）、图5（d）］。其中，喉道进汞饱和度与渗透率的相关性最好，再次说明储层的质量由喉道大小决定的同时也受喉道分布形态的影响，具有较高有效孔喉体积的样品，其物性相对较好。因此，在姬塬地区长8低渗透砂岩储层的开发中，应采取先进的储层改造措施，充分扩大和增加喉道，有效提高储层质量及渗流能力，进而获得较好的开发效果。

4 结论

（1）姬塬地区长8油层组为典型的低孔、特低—超低渗透储层，孔隙类型多样且分布不均。孔隙结构可划分为4种类型：Ⅰ类低排驱压力-中喉型、Ⅱ类较低排驱压力-细喉型、Ⅲ类中排驱压力-微细喉型和Ⅳ类高排驱压力-微喉型。研究区主要以Ⅱ类孔隙结构为主，从Ⅰ类到Ⅳ类储层的微观孔隙结构依次变差，储层质量也相应变差。

（2）储层孔隙度和渗透率与平均孔喉半径、中值孔喉半径、分选系数、最大进汞饱和度均具有正相关性，与结构系数均具有负相关性，与均值系数、歪度和退汞效率相关性均微弱或无明显相关性。

（3）研究区长8低渗透储层物性与孔隙参数的相关性不明显，储层质量主要由受喉道的大小和分布形态决定，在储层开发过程中应有效地开发和保护喉道以获得更好的开发效果。

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图版Ⅰ说明：1.以残余粒间孔为主，少量粒间溶孔、粒内溶孔，铸体为红色（-），L45井；2.以残余粒间孔为主，部分粒内溶孔，铸体为红色（-），L91井；3.残余粒间孔、溶蚀粒内溶孔和粒间溶孔，铸体为蓝色（-），G271井；4.残余粒间孔，750×，G245井；5.溶蚀粒间孔、溶蚀粒内孔，铸体为红色（-），J296井；6.溶蚀粒间孔、溶蚀粒内孔，铸体为红色（-），L107井；7.部分残余粒间孔、溶蚀粒内孔和粒间溶孔，铸体为蓝色（-），L8井；8.溶蚀粒内孔和粒间溶孔，铸体为蓝色（-），H13井；9.溶蚀粒内孔和粒间溶孔，铸体为蓝色（-），H75井；10.溶蚀粒内孔，950×，G245井；11.填隙物晶间孔，1700×，G245井；12.微裂隙，150×，L33井

（本文编辑：杨琦）

Influence of pore structure on reservoir quality of low permeability sandstone reservoir:A case study from Chang 8 oil reservoir set in Jiyuan area,Ordos Basin

CAI Yue1，2，XIONG Qi1，LI Yong1，2，DING Yingchao1，XU Wenjie1
（1.School of Earth Science and Resources，Chang’an University，Xi’an 710054，China；2.Laboratory of Mineralization and Dynamics，Chang’an University，Xi’an 710054，China）

Based on conventional constant-pressure mercury injection,cast image,scanning electron microscopy and slice observation,combined with constant-speed mercury injection,this paper studied the microscopic pore structure and its influence on reservoir quality of Chang 8 low permeability sandstone reservoirs in Jiyuan area.The result shows that Chang 8 reservoirs developed various pore types and the pore structure can be divided into four categories.The average pore-throat radius,median pore-throat radius,sorting coefficient and maximum mercury saturation have a positive correlation with reservoir properties,have a negative correlation with structure coefficient,and have little correlation with average coefficient,skewness and mercury withdrawal efficiency.Constant-speed mercury injection test further shows that physical properties of Chang 8 low permeability reservoir have little correlation with pore parameters,and reservoir quality are mainly controlled by throat.In the process of low permeability reservoir development,we should protect the throat effectively to achieve better development effect.

lowpermeabilitysandstone；pore structure features；reservoir quality；Jiyuan area；Ordos Basin

2014-04-26；

2014-06-12

国家重大科技专项“碎屑岩层系大中型油气田富集规律与勘探关键技术”（二期）（编号：2011ZX05002）资助

蔡玥（1987-），女，长安大学在读博士研究生，研究方向为储层地质学。地址：（710054）陕西省西安市雁塔路126号长安大学地球科学与资源学院。E-mail：caiyue110687@126.com

李勇（1959-），男，博士，教授，主要从事油气田地质与开发方面的教学和科研工作。E-mail：zyxy_1@chd.edu.cn。

TE112.23

：A

1673-8926（2014）05-0069-06