华庆地区长63储层物性与微观孔隙结构及可动流体饱和度关系

2015-07-02任颖惠杨友运何康宁吴正义

石油地质与工程 2015年4期

关键词：孔喉喉道物性

任颖惠，杨友运，何康宁，吴正义

(西安石油大学地球科学与工程学院，陕西西安 710065)

华庆地区长63储层物性与微观孔隙结构及可动流体饱和度关系

任颖惠，杨友运，何康宁，吴正义

(西安石油大学地球科学与工程学院，陕西西安 710065)

通过对华庆地区长63储层进行恒速压汞测试和核磁共振实验测试，研究了不同岩石物性的储层微观孔喉结构特征。结果表明：虽然岩石物性不同，但孔隙半径数值分布区间差异不大，分布范围和峰值基本接近；随着岩石物性变化，喉道半径数值分布区间差异较大，储层渗透率越大，喉道半径数值分布范围越宽，孔喉结构分选性越差。岩石物性变化与孔喉半径比分布特征有关，物性越好，孔喉半径比的峰值越小，孔喉连通性越好，排驱效果越好。可动流体由孔隙和大喉道中流体共同组成，可动流体饱和度受孔隙和喉道的配置关系影响。

华庆地区；长63储层；微观孔隙结构；恒速压汞；核磁共振

华庆地区构造上位于鄂尔多斯盆地陕北斜坡带的西部，地理位置上处于华池县和庆阳县境内。延长组主要以内陆湖泊相沉积为主，按沉积旋回及含油性可将延长组划分为10个油层组[1]，主力含油层长63是典型的三角洲前缘沉积，主要发育水下分流河道沉积微相，岩性以浅灰色、灰色细-极细粒长石砂岩、岩屑长石砂岩和长石岩屑砂岩为主，成分成熟度低，结构成熟度中等，厚度30～40 m，为本次研究的目的层段。大量物性分析资料统计表明，华庆地区长63储层孔隙度3.4%～14.2%，平均10.16%；渗透率(0.02～1.9)×10-3μm2，平均0.21×10-3μm2，为典型的低孔特低、超低渗储层。

本文运用恒速压汞和核磁共振实验分析技术，研究了长63储层的微观结构特征，并定性分析了微观孔隙结构与可动流体饱和度的关系。

1 恒速压汞实验研究微观孔隙结构

恒速压汞技术是用于检测储层微观孔隙结构特征的一种先进技术[2]，克服了常规压汞技术的不足，能够直观、定量地分析孔隙、喉道、孔喉半径比的大小及分布特征等[3-5]。

1.1 样品测试的基本数据

本次实验选取了研究区具有代表性的3块岩心样品进行恒速压汞实验，见表1，结果显示，3块样品的孔隙度6.5%～12.4%，平均值为8.67%；渗透率(0.034～0.371)×10-3μm2，平均值为0.184×10-3μm2，属于典型的低孔特低、超低渗砂岩储层。表2为恒速压汞测试的孔隙结构特征参数(总进汞饱和度等于孔隙进汞饱和度与喉道进汞饱和度之和)。

1.2 孔隙半径分布特征

表1 实验样品信息及主要参数统计

恒速压汞孔隙特征分析主要从有效孔隙半径大小及其分布、有效孔隙体积两个方面进行讨论。孔隙体积是孔隙大小和孔隙个数的综合反映，一般情况下，孔隙半径越大、孔隙个数越多、孔隙体积越大，则孔隙发育程度越高。

从图1可知，不同渗透率级别的岩心孔隙大小及分布性质差异不大，都具有接近正态的分布特征，且分布范围和峰值也基本接近，主峰分布在100～150 μm，有效孔隙半径分布较为集中。

表2 有效孔、喉发育特征相关参数

图1 孔隙半径分布特征

1.3 喉道半径分布特征

从图2可以看出，物性不同的岩心样品喉道半径分布特征差异较大，随着渗透率的增大，喉道半径的分布范围变宽，且分布频率变小；随着渗透率的减小，喉道半径分布越集中，对应的频率也增大。喉道半径分布范围越宽说明喉道半径分选性越差。从图2可以看出，喉道半径小于2 μm的喉道相对较多，是低孔特低、超低渗砂岩储层的主要渗流空间。

1.4 孔喉半径比分布特征

图2 喉道半径分布特征

图3 孔喉半径比分布特征

从图3可以看出，物性不同的岩心样品孔喉半径比分布特征不同，1号样品主要分布在140～260，峰值在200左右；2号样品分布范围变宽，主要分布在300～700；3号样品主要分布在100～500，峰值在300左右。结果表明，随着渗透率的增大，孔喉半径比的分布范围就越大，峰值所对应的频率就越小，随着渗透率的减小，孔喉半径比分布于小值区的频率逐渐增大，且孔喉半径比的峰值向小值区移动。孔喉半径比越大，则孔隙、喉道之间的差异越大，流体流动时的渗流阻力越大，开发效果往往不好；反之，则说明孔喉之间的差异较小，流体渗流时的阻力也较小，开发效果则相对较好。

1.5 毛细管压力曲线变化特征

研究表明，特低-超低渗储层的微观孔隙结构主要受喉道半径的控制。分析表2可知，微观孔隙结构越好，微观均质系数越小，分选系数越大，反映了喉道以大喉道为主；微观孔隙结构越差，微观均质系数越大，分选系数越小，反映喉道以小喉道为主。低渗-超低渗储层的孔隙半径相差不大，导致总孔隙进汞饱和度差异较大的主要原因是一部分孔隙受到小喉道的控制。只要存在大喉道，则总孔隙进汞饱和度显著增大。

由图4可以看出，汞液首先进入阻力较小的大喉道控制的孔隙内，此时总毛管压力曲线与孔隙毛管压力曲线几乎重合，总进汞饱和度和孔隙进汞饱和度相近，喉道的影响不明显。随着汞液进入的喉道越来越窄，毛管压力逐渐升高，总毛管压力和喉道毛管压力曲线延续从前的趋势，孔隙毛管压力曲线开始上翘。虽然进汞压力急剧增大，但进入孔隙中的汞量急剧减少，喉道进汞饱和度明显增加，这时喉道开始起主要控制作用。汞继续进入更微小的喉道时，总毛细管压力曲线完全取决于喉道毛细管压力曲线的变化。由此可见，对于特低、超低渗储层更应侧重于对微观喉道结构的研究。

图4 代表岩样毛细管压力曲线

根据对实验结果的分析，并结合研究区的区域地质概况，可知研究区储层孔隙结构内的喉道是决定储层物性的关键因素；岩心渗透率低的原因是孔隙结构中喉道半径过于细小，较多大孔隙被小喉道所控制。

2 核磁共振实验研究可动流体饱和度

2.1 实验基本原理

所谓核磁共振就是处在某静磁场中的原子核系统受到相应频率的电磁波作用时，在它的磁能级之间发生的共振跃迁现象[6]。实验中重要的物理量是纵向弛豫时间(T1)和横向弛豫时间(T2)，由于T2测量速度快，在核磁共振测量中，多采用T2测量法，它的大小主要由岩石物性和流体特征共同决定，当岩心真空饱和同一流体后，岩心孔隙内流体的T2弛豫时间大小主要取决于岩石的物性。岩心孔隙内的束缚流体和可动流体在核磁共振T2弛豫时间上有明显区别，因此利用核磁共振T2谱可对岩心孔隙内水的赋存(可动或束缚)状态进行分析，定量给出可动流体饱和度及束缚流体饱和度，从而确定储层含油饱和度的上限[7-8]。

2.2 实验条件及样品基本信息

本次研究核磁共振T2测量使用的是Magnet2000型仪器，实验温度是恒温20 ℃，离心毛管压力为2.07 MPa。本实验主要对华庆地区长63储层岩石的3块典型岩样进行分析，表3是典型样品资料及常规分析结果。

表3 核磁共振细砂岩样品信息

2.3 实验结果分析

表4为华庆地区长63储层三块样品的核磁共振实验测试数据，图5为三块样品的核磁共振T2谱曲线。从曲线特征来看，3块样品的核磁共振T2谱曲线均呈双峰特征，这也是低渗透储层T2的典型特征。1号样品频率分布图呈双峰型，可动流体截止值为11.57 ms，可动流体饱和度为57.73%，束缚水饱和度为42.27%，束缚水饱和度小于可动流体饱和度；2号样品频率分布图呈双峰型，可动流体截止值为9.64 ms，可动流体饱和度为42.99%，束缚水饱和度为57.01%，束缚水饱和度稍大于可动流体饱和度；3号样品频率分布图呈双峰型，可动流体截止值为24.04 ms，可动流体饱和度为38.28%，束缚水饱和度为61.72%，束缚水饱和度大于可动流体饱和度。从各样品T2谱图可以看出，三个样品都具有双峰特征，说明孔隙大小分布中等，既存在微孔又有大孔，大孔受微孔的控制，导致储层物性变差。

表4 核磁共振可动流体实验测试结果

图5 饱和水状态下核磁共振T2谱的频率分布

3 微观孔隙结构与可动流体饱和度的关系

压汞毛细管压力曲线与核磁共振弛豫时间T2分布得到的孔喉半径分布都能够反映岩石孔隙结构，两者的结果具有对应性。孔隙结构是指岩石所具有的孔隙和喉道的几何形状、大小、分布、相互连通情况，以及孔隙与喉道的配置关系等，它是决定储层质量优劣的主要因素之一。储层的质量通常用孔隙度和渗透率来表征，但孔隙度大的储层渗透率不一定高，这主要受孔隙结构的影响，只有孔隙度高、渗透率高的储层才是优质的储层。研究区属于典型的低孔特低渗-超低渗储层，储层孔隙度13.00%～13.56%，渗透率(0.342～2.614)×10-3μm2。孔隙度相差不大，但有效孔隙半径分布较集中，渗透率相差较大，渗透率越高，孔喉半径的分布范围越宽，则喉道分选性越差；渗透率越低，孔喉半径的分布范围越窄，则喉道分选性越好。核磁共振得到的T2谱主要反映孔隙半径的分布情况，不能反映孔喉之间的连通性。由饱和水状态下核磁共振T2谱频率分布图可知，大孔喉对应较大的T2弛豫时间，小孔喉对应较小的T2弛豫时间，T2弛豫时间平均值越大，可动流体饱和度也越大。当物性较差时，可动流体主要处于孔隙中，而喉道中主要为束缚流体，当物性变好时，可动流体一部分位于孔隙中，另一部分位于喉道中，此时可动流体由孔隙和大喉道中的流体共同组成，这表明可动流体饱和度主要受孔隙和喉道的配置关系影响。