鄂尔多斯盆地姬塬油田长6储层微观孔隙结构特征及其对水驱油特征的影响

张 茜，任大忠，任强燕，黄 海，刘登科，屈雪峰

(1.西北大学 大陆动力学国家重点实验室/地质学系, 陕西 西安 710069;2.中国石油天然气集团公司 青海油田分公司采油三厂开发室，青海 海西 816400；3.西安石油大学 石油工程学院，陕西 西安 710065; 4.低渗透油气田勘探开发国家工程实验室, 陕西 西安 710018)



·地球科学·

鄂尔多斯盆地姬塬油田长6储层微观孔隙结构特征及其对水驱油特征的影响

张 茜1，任大忠1，任强燕2，黄 海3，刘登科1，屈雪峰4

(1.西北大学 大陆动力学国家重点实验室/地质学系, 陕西 西安 710069;2.中国石油天然气集团公司 青海油田分公司采油三厂开发室，青海 海西 816400；3.西安石油大学 石油工程学院，陕西 西安 710065; 4.低渗透油气田勘探开发国家工程实验室, 陕西 西安 710018)

以姬塬油田长6段典型的特低渗透砂岩油藏为例,应用物性、铸体薄片、扫描电镜、常规压汞、真实砂岩微观模型水驱油实验等资料,探讨储层微观孔隙结构特征及其与水驱油效率的关系。研究结果表明,长6储层空间主要为原生粒间孔，其次为长石溶孔;根据毛管压力曲线形态以及相应的参数,将储层孔隙结构分为Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类、Ⅳ类4种类型,4种类型的孔隙结构对应的储集空间不同,其储集性能和渗流能力依次变差;4种类型的孔隙结构对应的水驱油路径和驱油效率具有明显的差异,孔喉半径是影响驱油效率的关键,渗透率、孔隙度对驱油效率的影响依次变差；同时，水驱油效率与试油产液量具有较好的正相关性。综合分析表明,应用孔隙结构特征与驱油效率的关系能为油藏的科学开发提供可靠的数据。

微观孔隙结构;水驱油效率;物性;长6储层;姬塬油田

姬塬油田位于鄂尔多斯盆地天环拗陷构造带的中部,其长6油层组是长庆油田油气勘探开发的主力层段(见图1)。通过对126口井长6段岩心、物性、铸体薄片、扫描电镜、X线衍射等资料的分析，同时结合前人的研究成果认为，目的层长6沉积时期主要受北东和北西方向的物源影响[1-2];油气主要储集在三角洲前缘亚相水下分流河道砂体中[3-6];砂岩类型主要为灰色—深灰色长石砂岩,其次发育少量细粒岩屑长石砂岩(见图2); 主要陆源碎屑体积百分含量平均为78.1%,石英、长石、岩屑的体积百分含量分别为31.2%，38.0%，8.9%,其中长石主要为斜长石,岩屑主要为变质岩岩屑(见图3);填隙物体积百分含量平均为13.31%,杂基含量低,主要胶结物铁方解石、绿泥石、高岭石、硅质的平均体积百分含量分别为4.30%，3.89%，3.45%，1.13%;孔隙类型以粒间孔、长石溶蚀为主;颗粒接触方式主要为点—线接触,胶结类型以孔隙胶结和薄膜胶结为主;成岩演化阶段处于中成岩A期晚期到中成岩B期早期;储层属于低孔特低渗透储层[7]。

图1 姬塬油田地理位置Fig.1 Tectonic location and synthetical stratum histogram of Jiyuan Oilfield

图2 姬塬地区长6储层砂岩分类图Fig.2 Characters and types of Chang 6 reservoir in Jiyuan Oilfield

图3 姬塬地区长6储层碎屑成分含量图Fig.3 Clastic rock composition of Chang 6 reservoir in Jiyuan Oilfield

鄂尔多斯盆地延长组与延安组油藏的勘探开发实践与理论证明,微观孔隙结构是制约低渗、特低渗、超低渗透油藏开发的关键地质因素,真实砂岩微观模型水驱油实验是研究与验证该类油藏水驱油特征及驱油效率的最佳实验之一[8-12]。为进一步提高和完善油藏评价的品质,本研究采用微观孔隙结构、物性、水驱油特征、试油产液量等多因素对比结合的方法,探讨姬塬油田长6储层微观孔隙结构的特征及其对水驱油特征的影响。

1 储层微观孔隙结构特征

1.1 储集空间类型

根据砂岩扫描电镜和铸体薄片观察资料分析,研究区目的层的主要孔隙为压实、胶结及溶蚀改造后的粒间孔与溶蚀孔,晶间孔与成岩缝不发育;具体表现为总面孔率低(为3.81%，原生粒间孔面孔率为2.3%，长石溶孔面孔率为1.22%)。孔隙多以组合形式出现,以溶孔-粒间孔为主,孔隙内多充填自生胶结矿物和杂基物,孔隙配位程度中等—差,连通程度一般(见图4)。储层孔隙分布特征和孔隙间充填物质直接影响储层的储集和渗流能力。

图4 姬塬油田长6储层铸体薄片及扫描电镜照片Fig.4 Photographs of casting thin sections and SEM of Chang 6 reservoir in Jiyuan Oilfield

1.2 孔隙结构类型及特征

孔隙结构是直接表征储层品质的微观物理属性,孔隙发育特征影响着油气的渗流规律[13-15]。目前，储层孔隙结构的研究方法及分类依据众多[16-19],本研究采用目的层的32块压汞样品,根据压汞实验参数及相应的毛管压力曲线形态,将研究区孔隙结构分为Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类、Ⅳ类4种类型(见表1,图5)。

Ⅰ类以微细—中喉道为主。毛管压力曲线一般表现为偏向图左下方,小于SHg-50的曲线段相对平缓,排驱压力低(0.21～0.10 MPa)(见表1,图5B);主流孔喉半径集中在0.15～3.54 μm,偏粗歪度(0.12～0.26),分选系数为2.1～3.7，平均为2.5;最大进汞饱和度分布在85.0%～94.0%,平均为91.6% (见表1,图5A)。孔隙类型主要为残余粒间孔、长石溶孔等,黏土以绿泥石、高岭石为主(见表1,图6A)。Ⅰ类属于储集性能和渗流能力最好的储层类型,一般位于水下分流河道砂体厚度大的位置(河道中心部位)。

Ⅱ类以微—细喉道为主。毛管压力曲线与Ⅰ类相态相似且整体排驱压力(0.51～2.84 MPa)高于Ⅰ类(见表1,图5B);主流孔喉半径集中在0.07～1.24 μm，歪度(-0.15～0.16)偏正态分布,分选系数在0.1～2.8，平均为2.07;最大进汞饱和度较高为70.0%～91.0%,平均为85.3% (见表1,图5A)。机械压实和胶结程度增强,原生粒间孔隙损失增大,而次生的溶孔和颗粒铸模溶孔、晶间孔发育程度增加(见表1,图6B)。其属于储集性能和渗流能力较好的储层类型,一般位于水下分流河道或与河道中心相连的河道边部。

表1 研究区长6储层常规压汞孔隙结构参数统计表Tab.1 Different structure parameters of Mercury Penetration of Chang 6 reservoir in Jiyuan Oilfield

图5 姬塬地区长6储层毛细管压力曲线分类图Fig.5 The characteristic parameters of capillary pressure curves of Chang 6 Reservoir in Jiyuan Oilfield

Ⅲ类以微喉道为主。毛管压力曲线略偏向图右上方,小于SHg-50的曲线段变化程度大,排驱压力(0.96～5.72 MPa)较前两类高 (见表1,图5B);主流孔喉半径集中在0.04 ～0.61 μm,歪度偏细(-0.41～0.07),分选系数在0.10～3.2，平均为1.2;最大进汞饱和度相对前两类低,在60.0%～88.0%,平均为75.2%(见表1,图5A)。机械压实和胶结程度进一步增强,原生粒间孔隙大量损失,溶孔与晶间孔相对发育,粒间面孔率略低于溶蚀面孔率(见表1,图6C)。与Ⅰ类、Ⅱ类相对比，其单砂体厚度变薄,砂层间与砂体孔隙结构非均质性突出,储集性与渗流性变差。属于储集性能和渗流能力一般的储层类型,主要集中分布在水下分流河道砂体的顶底部、边部及河道薄砂体部位。

Ⅳ类以吸附—微喉道为主。毛管压力曲线靠向图右上方，几乎没有平台,小于SHg-50的曲线段呈均匀上升,排驱压力最高(>2.5 MPa)(见表1,图5B);主流孔喉半径<0.3 μm,细歪度为-0.61～0.10,分选系数0.06～3.6，平均为1.0;最大进汞饱和度50.0%～85.0%,平均为69.7%(见表1,图5A)。压实作用与碳酸盐胶结较强，伊利石为主要黏土矿物胶结，云母与杂基含量较高,原生粒间孔损失殆尽,杂基微孔与晶间微孔发育,长石溶孔发育较弱 (见表1,图6D)。其属于储集性能和渗流能力最差的类型,主要发育在与分流间湾相接的分流河道的边部或分流间湾等微相处。

结上所述,研究区长6储层Ⅰ类孔隙结构储集与渗流能力最好,但发育程度低;Ⅱ类和Ⅲ类孔隙结构最普遍,Ⅳ类为无效储层。

2 水驱油特征及影响因素

2.1 样品水驱油的实验结果

Substituting Eqs. (4) and (5) into Eq. (9), the equation can be further simplified as,

本次样品的水驱油实验是采用西北大学地质学系渗流实验的真实砂岩微观模型流体驱替实验装置,具体实验方法及流程见参考文献[20-23]。

在姬塬地区长6储层微观孔隙结构研究的基础上,筛选与Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类孔隙结构对应的12块岩心样品开展真实砂岩微观模型水驱油实验,实验结果及水驱油微观特征见表2与图7。

表2与图7显示,12块样品的无水期平均驱油效率为21.15%,最终驱油效率为36.41%;水驱油路径表现为均匀驱替、网状—均匀驱替、指状—网状驱替、指状驱替4类,其对应的水驱油效率依次变差；研究样品主要驱替路径为网状—均匀驱替、指状—网状驱替;研究样品的主要残余油形式以绕流残余油与油膜残余油为主。

2.2 不同孔隙类型对应水驱油特征

2.2.1 Ⅰ类孔隙结构类型 Ⅰ类孔隙结构包括4块样品(见表2,图7),平均孔隙度为9.93%,平均渗透率为0.74×10-3μm2;平均孔喉半径为0.687 μm,平均分选系数为2.13,平均最大进汞饱和度为88.62%;无水期驱油效率为21.18%～29.17%,平均值为23.63%,驱替路径主要为网状—均匀驱替及少量均匀驱替;最终期驱油效率为43.68%～48.21%,平均值为45.89%,驱替路径主要为网状—均匀驱替与均匀驱替。Ⅰ类样品物性最好,有效孔喉通道分布相对均匀,水波及面积在平面上主要呈均匀驱替与网状—均匀驱替式扩大,最终几乎全部波及到,残余油类型主要为油膜残余油及部分绕流残余油,因此最终驱油效率高。

图6 姬塬地区长6储层不同孔隙结构类型镜下特征Fig.6 The casting thin slice of the types of pore structures of Chang 6 reservoir in Jiyuan Oilfield

表2 真实砂岩微观模型水驱油实验结果Tab.2 The testing results of waterflooding experiments with the real sandstone micromodels

2.2.2 Ⅱ类孔隙结构类型 Ⅱ类孔隙结构包括5块样品(见表2,图7),平均孔隙度为10.27%,平均渗透率为0.24×10-3μm2;平均孔喉半径为0.294 μm,平均分选系数为1.98,平均最大进汞饱和度为84.22%;无水期驱油效率为19.85%～22.14%,平均值为20.99%,驱替路径主要为指状—网状驱替及少量网状—均匀驱替;最终期驱油效率为31.06%～38.61%,平均值为34.55%,驱替路径主要为网状—均匀驱替与指状—网状驱替。Ⅱ类样品物性相对较好,有效孔喉通道非均质性增强,孔喉大小与分布较Ⅱ类孔隙结构明显变差,水波及面积在平面上主要呈网状—均匀驱替与指状—网状驱替式增大,部分驱替路径由指状—网状驱替向网状—均匀驱替转变；残余油类型主要为绕流残余油与油膜残余油,因此最终驱油效率较高。

图7 姬塬地区长6储层水驱油驱替路径Fig.7 The waterflooding paths of Chang 6 reservoir in Jiyuan Oilfield

2.3 水驱油效率评价

鄂尔多斯盆地延长组与延安组油藏的勘探开发实践与理论证明,微观孔隙结构是制约低渗、特低渗、超低渗透油藏开发的关键地质因素,储层物性是表征储层品质的直观权重参数,试油产液量数据可以直接、客观地评价油藏产能的品质。因此,本研究着重对比孔隙度、渗透率、平均喉道半径与驱油效率的关系，并分析驱油效率与试油产液量数据的相关性(见图8)。

图8 储层物性、孔喉半径、驱有效率、试油产液量参数之间的关系Fig.8 The relationship between physical properties, pore throat redius, oil displacement efficiency and liquid producing of well testing

从图8可以看出, 在姬塬地区长6储层中, 孔隙度与最终驱油效率之间的正相关性较差, 相关系数R2为0.132 6(见图8A); 渗透率与最终驱油效率呈现出中等偏好的正相关性, 相关系数R2为0.684 8(见图8B); 平均孔喉半径与最终驱油效率呈现出较好的正相关性, 相关系数R2为0.887 1(见图8C),显著好于渗透率、孔隙度对驱油效率的影响。由此表明,平均孔喉半径比渗透率、孔隙度更能直观真实地表征出储层受沉积、成岩作用改造后的储层特征及品质。

从图8D可以看出,最终驱油效率与试油产液量呈现出较好的正相关性,相关系数R2为0.808 8。由此说明,真实砂岩微观模型水驱油实验可以直观、简洁、客观、科学地反映现今油藏的非均质性及采油生产能力的变化。同时，综合储层孔隙结构特征与驱油效率的关系能为油藏的科学开发提供可靠的数据。

3 结 论

1)姬塬地区长6储层为致密岩性油藏,有效砂体岩石类型主要为细粒—极细粒长石砂岩,胶结物主要为绿泥石、高岭石、铁方解石;储集空间主要为原生粒间孔，其次为长石溶孔,此外还发育有极少量构造成因的微裂缝;孔隙组合形式以溶孔—粒间孔为主。

2)基于毛管压力曲线形态以及相应的特征参数,将目的层孔隙结构分为4种类型，其孔隙结构对应的孔隙类型不同,其渗流能力以及储集性能依次变差。研究区长6储层Ⅱ类和Ⅲ类孔隙结构发育最普遍。

3)长6储层水驱油效率低,驱替路径主要为网状—均匀驱替、指状—网状驱替,Ⅰ类、Ⅱ类和Ⅲ类孔隙结构的驱油效率依次变差;平均孔喉半径对驱油效率的影响显著好于渗透率、孔隙度,平均喉道半径越大水驱油效率越高,对应的试油产液量越高。

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(编 辑雷雁林)

The feature of the microscopic pore structure and its influence on oil displacement efficiency in Chang 6 Reservoir in Jiyuan Oilfield of Ordos Basin

ZHANG Xi1， REN Da-zhong1， REN Qiang-yan2， HUANG Hai3，LIU Deng-ke1， QU Xue-feng4

(1.Department of Geology/State Key Laboratory of Continental Dynamics, Northwest University, Xi′an 710069, China; 2.Development Section Office of Third Oil Production Plant in Qinghai Oilfield， PetroChina， Haixi 816400， China；3.College of Petroleum Engineering, Xi′an Shiyou University, Xi′an 710065, China; 4.National Engineering Laboratory for Exploration and Development of Low-Permeability Oil/Gas Fields, Xi′an 710018, China)

Taking the Chang 6 typical tight sandstone reservoir in Jiyuan oilfield as an example, the authors make a detail research on the feature of the microscopic pore structure and its influence on the oil displacement efficiency, with a series of experiments, including the techniques of physical properties, casting thin slice, the SEM, particle size, high pressure mercury penetratio and water drive displacement test with real microscopic sandstone models, aiming at several problems in Jiyuan Oilfield of Ordos Basin, strong heterogeneity, complex micro-pore structure, its effect on saturation of mobile fluid and so on. The research shows that the primary pore of the reservoir space is the original intergranular pore and the secondary pore is the feldspar solution pore. Based on the capillary pressure curve and its corresponding parameters, the authors divide the pore structures into four types. Different pore structure corresponds to different reservoir space. Affected by its micro pore structure, the reservoir capacity and percolation ability of the reservoirs get worse successively. Different pore structure corresponds to different waterflooding paths and oil displacement efficiency. Pore throat radius is the key factor that affects the oil displacement efficiency. The influence of permeability and porosity on oil displacement efficiency becomes worse in turn, while the oil displacement efficiency has a good positive correlation with the liquid producing of well testing. Comprehensive analysis shows that reliable data can be provided to the scientific development of reservoir by applying the relationship between the feature of the microscopic pore structure and the oil displacement efficiency.

micro-pore structure; oil displacement efficiency; physical properties; Chang 6 Reservoir; Jiyuan Oilfield

2014-05-03

国家科技重大专项大型油气田及煤层气开发基金资助项目(2011ZX05044);陕西省科技统筹创新工程基金资助项目(2011KTZB01-04-01)

张茜，女，河北安国人，从事油气田地质与开发研究。

TE348

：ADOI：10.16152/j.cnki.xdxbzr.2015-02-021