三塘湖盆地牛圈湖区块西山窑组储层微观孔隙结构特征研究

2014-12-03沈孝秀孙卫时建超盛军石坚大陆动力学国家重点实验室西北大学地质学系陕西西安710069

长江大学学报(自科版) 2014年31期

沈孝秀，孙卫，时建超，盛军，石坚（大陆动力学国家重点实验室西北大学地质学系，陕西西安710069）

三塘湖盆地位于西伯利亚板块和哈萨克斯坦板块碰撞接合部位，属叠置在古生代造山带之上，是以发育二叠纪－中新生代陆相沉积为特点的上叠盆地。研究区储层属于扇三角洲前缘亚相沉积［1－3］，储层为典型的低孔、特低渗油藏。前人对该区块储层渗流机理和油水运动规律认识不清，尤其是对微观孔隙结构的认识不够深入。为此，笔者通过铸体薄片、扫描电镜、恒速压汞和核磁共振等分析测试手段，对西山窑组（J2x）储层微观孔隙结构及其对微观孔隙流体渗流的影响进行了较为深入的研究，旨在指导该区的油气生产。

1 储层基本特征

1.1 岩石学特征

据366块砂岩薄片镜下鉴定，并结合岩心观察统计，研究区J2x储层储集岩为砂岩，主要为深灰色、灰色、浅灰色细粒－中粒砂岩，同时含有含砾粗砂岩。在福克的砂岩三角分类图解中，该区砂岩类型主要为长石岩屑砂岩，同时含有部分岩屑砂岩（见图1）。碎屑成分以石英、岩屑为主，其次为长石。其中石英绝对含量13.0%～36.6%，平均25%；长石含量7.4%～32.6%，平均21.0%；岩屑含量37.2%～86.4%，平均43.7%；填隙物含量5.0%～28.5%，平均10.7%。岩屑以火成岩岩屑为主，含量11.0%～44.0%，平均24.9%；变质岩岩屑（包括高变岩、石英岩、片岩、千枚岩、板岩和变质砂岩）含量6.0%～22.0%，平均14.4%；沉积岩岩屑基本没有。从碎屑组成来看，该区J2x储层砂岩的成分成熟度较低［4－6］。

图1 J2x储层砂岩分类三角图

1.2 储层物性特征

通过研究区实测岩心物性分析数据的统计，研究区J2x储层孔隙度分布在1.7%～19.2%，平均值12.4%，频率分布主体集中在10%～16%；渗透率分布在0.05～54.5mD，平均值3.24mD，频率分布主体集中在0.1～0.7mD和2～5mD。研究区J2x孔隙度和渗透率呈正相关性，相关系数偏好，其中J2x储层孔隙度和渗透率相关系数R2为0.4658。研究表明，随着储层物性的变差，孔隙度与渗透率的相关性也越来越弱（见图2）。

造成物性差异的原因主要有：①储层中存在大量的孤立孔隙，彼此间不连通，对储层渗透率贡献较低；②砂岩的有效孔隙度中包括大量的微孔被胶结物填充，如碳酸盐胶结与伊利石胶结使微孔渗流能力变差，导致孔隙度与渗透率的相关性也较差；③低渗透储层的压实程度、微裂缝发育程度与被填充程度也大大影响了其物性的相关性。

图2 研究区J2x储层孔隙度与渗透率相关图

2 储层孔喉类型

2.1 孔隙类型

通过研究区J2x储层铸体薄片、扫描电镜资料统计分析，研究区储层发育的孔隙组合类型主要有粒间孔－溶孔、溶孔－粒间孔、晶间孔－溶孔、溶孔和微孔等。从铸体薄片上较易观察到的孔隙组合类型主要为溶孔、溶孔－粒间孔、晶间孔－溶孔和微孔（见图3）。

2.2 喉道类型

影响储层渗流能力的主要是喉道，而喉道的大小和形态主要取决于岩石的颗粒接触关系、胶结类型以及颗粒本身的形状和大小［7－8］。从图4可以看出砂岩储层岩石喉道的主要类型有：缩径喉道、点状喉道、片状或弯片状喉道和管束状喉道［9－10］。

根据铸体薄片和扫描电镜分析，研究区储层喉道类型以点状喉道为主，次为片状或弯片状喉道，孔隙之间连通性较差，局部孔隙之间无喉道连通（见图4）。

图3 研究区J2x储层孔隙组合类型

图4 研究区J2x储层喉道组合类型

3 储层微观孔隙结构特征研究

对研究区西山窑组储层的样品进行了恒速压汞分析，笔者选取了3块具有代表性的牛103井的1号、湖44－7井的2号和牛101井的3号样品进行研究。通过化验测试具体分析了西山窑组储层的微观孔隙结构特征［11－12］。

3.1 孔隙结构特征分析

恒速压汞孔隙发育特征分析从有效孔隙半径大小及其分布、有效孔隙个数和有效孔隙体积3个方面进行，分析结果如图5所示。

图5 不同样品孔隙半径分布

图6 不同样品喉道半径分布

1号样品孔隙分布范围较宽，且曲线主峰左侧发育一次峰，主峰峰值为140μm，孔隙半径平均值为154.7μm，是3个样品中孔隙平均半径值最大的，孔隙半径分布范围为10～360μm，而主要孔隙半径分布范围为100～200μm。单位体积有效孔隙个数为2092个／cm3，是3个样品中最多的，有效孔隙体积最大，达0.078cm3，具有最大的油气储集空间，储集性能最好。2号样品孔隙半径分布曲线呈110μm和140μm双峰形态分布，孔隙半径平均值为147.2μm，处在3个样品中孔隙平均半径值的中间，孔隙半径分布范围为90～300μm，而主要孔隙半径分布范围为100～190μm，与1号样品相差不大。单位体积有效孔隙个数为1408个／cm3，相对于1号样品来说较少，有效孔隙体积小于1号样品的，为0.039cm3，具有较大的油气储集空间。3号样品孔隙半径分布曲线为单峰，峰值为150μm，孔隙半径平均值为140.1μm，在3个样品中孔隙平均半径值最小，孔隙半径分布范围为70～240μm，而主要孔隙半径分布范围为100～190μm，与1号、2号样品相差不大。但是单位体积有效孔隙个数仅为648个／cm3，3号样品的有效孔隙体积最小，仅为0.010cm3，油气储集空间最小，储集性能最差。

3.2 喉道特征分析

恒速压汞的喉道发育特征也从3个方面进行分析：①有效喉道半径及其分布特征；②有效喉道个数；③有效喉道体积。喉道半径越大表示渗流的通道越宽，喉道个数越多表示渗流的通道个数越多，喉道体积是喉道半径大小、喉道个数等的综合反映。分析结果如图6所示。

1号样品喉道分布范围最宽，粗喉道最多，喉道半径分布范围为0.5～12.5μm，主要喉道半径分布在1.0～9.0μm，最大连通喉道半径为12.05μm，喉道半径平均4.95μm，主流喉道半径平均6.83μm，1号样品喉道粗大，其渗流阻力就小，为储层流体的流动提供了优良的渗流通道；1号样品单位体积有效喉道个数为2101个／cm3，有效喉道体积为0.119cm3，可供流体渗流的喉道通道较多，故其渗流能力是3个样品中最强的。2号样品喉道分布范围较宽，粗喉道占据比例较大，喉道半径分布范围为0.5～1.7μm，主要喉道半径分布在0.5～1.4μm，最大连通喉道半径1.45μm，喉道半径平均0.98μm，主流喉道半径平均为1.07μm；2号样品单位体积有效喉道个数为1394个／cm3，相对1号样品来说较少，有效喉道体积仅为0.087cm3。3号样品喉道分布范围最窄，喉道半径分布范围较小，主要喉道半径分布为0.2～0.7μm，最大连通喉道半径为0.64μm，喉道半径平均0.52μm，主流喉道半径平均0.42μm；3号样品单位体积有效喉道个数为577个／cm3，相对1号、2号样品来说最少，有效喉道体积为0.049cm3，是3个样品中最小的，其喉道发育程度最差，流体在岩样内不容易流动。

3.3 孔喉比特征分析

恒速压汞测试不但能够得出岩样在渗流过程中有效孔隙半径和有效喉道半径的分布，还能够得出岩样在渗流过程中孔喉比的分布情况。

1号样品孔喉比主要分布范围为20～110，平均57.02，孔喉比分布范围较小，比值是3个样品中最小的，说明1号样品主要为一些半径较小的孔隙和半径较大的喉道，有利于流体的流动。2号样品孔喉比曲线为单峰，峰值处对应的孔喉半径比值为200，主要分布范围为80～300。3号样品孔喉比主要分布范围为200～450，在0～100范围内，孔喉半径比分布频率仅为10.37%，且其孔喉比分布范围是3个样品中最大的，说明3号样品存在着较多半径较大的孔隙和半径较小的喉道，不利于流体流动（见图7）。

4 储层微观孔隙渗流特征研究

在恒速压汞研究储层微观孔隙结构的基础上，再利用先进的核磁共振技术对3块样品的微观孔隙流体赋存状态进行了研究［13－14］。

1号样品的可动流体饱和度最高，可达60.5%，可动流体孔隙度为10.16%，气测孔隙度为16.8%，束缚水饱和度仅为39.5%。1号样品的大部分孔隙是允许流体渗流的有效孔隙，孔隙中的大部分流体可以自由流动。2号样品的可动流体饱和度较低，仅为37.55%，可动流体孔隙度为5.93%，气测孔隙度为15.8%，束缚水饱和度可达62.45%。由此可见，2号样品的大部分孔隙为无效孔隙，允许流体渗流的孔隙较少。3号样品的可动流体饱和度为40.78%，可动流体孔隙度仅为5.02%，气测孔隙度为12.3%，束缚水饱和度为59.22%。3号样品的物性要比2号样品差，但是其渗流能力却稍好于2号样品，主要是由于3号样品的孔喉连通性要比2号样品好，且3号样品的黏土充填程度要低于2号样品。

综上分析，在3块样品的孔隙半径分布差别不大的情况下，其渗流能力差异很大，这主要受喉道控制，岩样的喉道半径越大、有效喉道个数越多，喉道体积越大，喉道发育程度就越高，流体在岩样内越容易流动。喉道是影响储层微观孔隙结构特征的主要因素，其决定了孔隙流体的赋存状态和可流动性的差异。因此，增大喉道半径以及增加有效喉道个数对储层的渗流能力具有明显的改善作用，对油田的生产开发具有指导意义。