低渗透砂岩储层可动流体赋存特征及影响因素研究<br/>——以姬塬油田长6储层为例

低渗透砂岩储层可动流体赋存特征及影响因素研究
——以姬塬油田长6储层为例

2016-12-19刘登科

石油地质与工程 2016年6期

关键词：孔喉喉道微观

马淼，孙卫，刘登科，王斌，张帆

(西北大学地质学系·大陆动力学国家重点实验室，陕西西安 710069)

低渗透砂岩储层可动流体赋存特征及影响因素研究
——以姬塬油田长6储层为例

马淼，孙卫，刘登科，王斌，张帆

(西北大学地质学系·大陆动力学国家重点实验室，陕西西安 710069)

为了评价姬塬地区长6致密砂岩储层，综合应用恒速压汞及核磁共振等实验对储层样品进行了测试，探讨了储层微观孔喉与可动流体的赋存特征及影响因素。研究结果表明,孔喉半径比大、分布范围宽、主流喉道半径小是导致低渗透储层物性差、孔隙结构复杂、可动流体含量低的关键因素，从而使低渗透储层表现出排驱压力高、小喉道发育、可动流体动用程度低等特点;可动流体的充注以及驱替受到孔喉特征与配置关系的影响,流体可动用程度低是致密砂岩储层开发效果较差的重要因素;储层的开发效果可以通过可动流体的赋存特征来预测。

姬塬地区；长6储层;低渗砂岩储层；可动流体；孔隙结构

姬塬地区位于鄂尔多斯盆地伊陕斜坡中西部[1]，地质构造简单，地层平缓，东高西低，倾角一般小于1°。姬塬油田是近年来长庆油田提交规模储量最多、开发效果最好的油田之一[2]，油气资源量丰富，有着良好的勘探前景。但长6油层组存在物性较差、孔喉细小、孔喉结构特征复杂、渗流影响因素多、微观非均质性强等特征，属于典型致密砂岩储层[3-4]。这些不利因素严重影响长6储层的进一步有效开发。本文在地质研究、岩心及薄片观察的基础上，将核磁共振和恒速压汞技术相结合分析微观孔喉结构特征，从微观的角度分析姬塬地区长6致密砂岩储层可动流体赋存特征的变化，为油田今后的有效评价与开发提供合理的依据。

1 核磁共振可动流体测试分析

本次核磁共振实验采用中国石油勘探开发研究院廊坊分院引进的美国MagneT2000型仪器[5]，实验温度为恒温20 ℃。此次实验把13.895 ms作为可动流体与束缚流体T2弛豫时间的界限值。对姬塬地区长6储层三角洲前缘亚相的6块砂岩样品进行核磁共振可动流体测试，样品孔隙度为10.38%～17.00%，平均为13.18%；渗透率为(0.052～0.555)×10-3μm2，平均为0.244×10-3μm2。选取了3块代表性样品，依次为H3井的1号样品、H192井的2号样品、C269井的3号样品，通过分析化验测试具体研究了长6储层的微观孔喉特征和可动流体赋存特征。镜下鉴定结果表明，长6储层长石砂岩含量最高，长石、岩屑含量高，岩屑长石砂岩次之，其它类型少见；岩石颗粒细、分选一般、磨圆差。整体上，储层成熟度较低。

核磁共振实验应用氢核弛豫率与岩样孔隙大小成反比的关系[6-7]，通过研究储层微观孔隙结构，来定量表征微观孔喉对可动流体赋存的影响，从而定量分析储层可动流体饱和度及可动流体赋存状态。

利用核磁共振技术对姬塬地区长6储层样品进行实验，图1为所测试的3块岩样饱和水状态下的核磁共振T2谱。横坐标为T2弛豫时间，纵坐标为岩样不同弛豫时间所占的比例。通常粗大孔喉对应较长的T2弛豫时间，细小孔喉对应较短的T2弛豫时间[8-9]，可知T2弛豫时间谱反映的是流体在大小不同的孔喉半径中的分布情况。

实验结果(表1)显示，可动流体饱和度的级差大，可动流体孔隙度的级差小。可动流体孔隙度能够反映储层的渗透性以及储集性能。因此，可动流体饱和度虽然表征油气的开采程度，但油气采收率同时受层间及层内非均质性的影响，可动流体量低会严重制约低渗透砂岩储层油气的采收率。

表1 核磁共振可动流体实验参数

从3块样品T2谱图(图1)可看出：1号样品可动流体饱和度较高，属于Ⅱ类较好储层。T2谱具有双峰特点，且为左峰低、右峰高型，峰值点位于T2截止值的右侧(图1a)。说明孔隙大小是不均匀分布的，既存在微孔又有大孔，粒间孔发育程度明显高于溶孔与晶间孔，喉道半径大、孔喉连通性好。样品中较大的表面弛豫时间所占比例较大，孔隙流体的比表面类型主要以小的比表面积为主，说明该岩样可动流体较多，其储集能力和流动能力较好。

2号样品可动流体饱和度一般，属于Ⅲ类中等储层。T2谱具有双峰特点，为左高峰、右低峰型，峰值点位于T2截止值的左侧(图1a)；粒间孔的数量减少，溶孔、晶间孔的数量显著增加，喉道半径与个数增加，孔喉连通性由于溶孔、微孔的增加而变好。样品中较小的表面弛豫时间所占的比例较大，其储集性能和渗流能力中等。

3号样品可动流体饱和度较低，属于Ⅳ类较差储层。T2谱具左单峰的特征，峰值点位于T2截止值的左侧(图1a)；表明孔隙类型相对单一，孔隙大小分布均匀，主要为微孔与部分溶孔，而粒间孔不发育，大孔很少，有效喉道半径与个数显著减小，孔喉连通性较差，流体基本上以束缚状态为主；因此流体可动用程度、渗流能力较差。

图1 饱和水状态下核磁共振T2谱的频率分布(a)和累积分布(b)

2 物性对可动流体饱和度影响

依据核磁共振可动流体测试结果(表1)，分别对样品进行可动流体参数与岩样物性相关性分析，来研究物性对可动流体饱和度的控制作用。可动流体参数包括可动流体饱和度与可动流体孔隙度，可动流体所占据的孔隙可被视为有效孔隙。

实验结果表明(图2)，可动流体参数与孔隙度没有明显的相关性，但与渗透率具有较明显的正相关性，可动流体参数伴随渗透率的变大逐渐增加。并且可动流体饱和度与渗透率呈较好的线性相关关系(R2为0.723)。与可动流体孔隙度和物性的相关性相比，可动流体饱和度与物性的相关更好。可动流体孔隙度综合了孔隙度与可动流体两方面的信息，可动流体饱和度是孔隙度、渗透率及岩石微观孔隙结构等多因素综合作用的结果，能更好地表征低渗透储层物性[10]。

3 微观孔喉特征对可动流体赋存状态的影响

对于致密的低孔、低渗岩性砂岩储层，除了储层物性因素外，储层微观孔喉特征也影响着可动流体的变化，而这些微观孔喉特征与核磁共振T2谱之间有一定的响应关系。在恒速压汞实验中，汞以0.000 5mL/min的恒定速度被注入岩样孔隙中。依据汞被注入的过程中压力的起伏，可以把岩样内部的孔、喉区分开，可直接获取孔、喉数量[11-12]，并得到孔喉半径、孔喉半径比等微观特征参数，能够系统全面地研究微观非均质性较强的致密储层。基于6块样品的恒速压汞实验以及核磁共振实验(表1、表2)，分析表征储层微观孔喉特征的相关参数，并从流体的赋存空间、渗流通道来研究储层可动流体的赋存状况。

图2 核磁共振可动流体参数与物性关系

3.1 孔喉半径的影响

表2 代表样品孔喉及可动流体特征参数

注：φ——孔隙度，%；K——渗透率，%；Pd——排驱压力，MPa；R50——中值半径，μm；P50——中值压力，MPa；rp——孔隙半径平均值，μm；r——喉道半径平均值，μm；η——孔喉半径比平均值；RM——主流喉道半径，μm；a——微观均值系数；δ——分选系数；St——总喉道进汞饱和度，%；Sb——总孔隙进汞饱和度，%；Sf——最终进汞饱和度，%；Sm——可动流体饱和度，%；φm——可动流体孔隙度，%

通过比较分析可动流体参数与孔、喉道半径的相关性发现，可动流体参数与孔隙半径平均值之间的相关性很弱，表明孔隙对可动流体参数的影响很小(图3a、b)；可动流体饱和度以及可动流体孔隙度与平均喉道半径呈较强的相关性(图3c、d)。可动流体参数与主流喉道半径呈一定的正相关性，其中可动流体孔隙度与主流喉道半径的正相关性好于可动流体饱和度与主流喉道半径的正相关性(图3e、f)。

图3 可动流体与孔喉半径相关性

分析表明，喉道是连通孔隙的相对细小部分，喉道的大小、数量影响孔隙间的连通程度，进而也影响可动流体含量的变化[13]，大喉道对可动流体饱和度有很强的正效应，即大喉道有利于流体的运移和聚集成藏，也利于开发过程中流体的渗流。可动流体主要赋存在孔隙空间中，但可动流体百分比与孔隙半径较弱的相关性说明，孔隙半径大小对于可动流体百分比的影响是有限的。

3.2 孔喉半径比的影响

由孔喉半径比与可动流体参数之间的相关关系可知，孔喉半径比平均值与可动流体饱和度及可动流体孔隙度均呈负相关(图4)，相关系数R2分别为是0.364、0.612，孔喉半径比与可动流体孔隙度的相关性好于其与可动流体饱和度的相关性。

在油田勘探开发中，流体的驱替方式(卡断式、活塞式)取决于孔喉半径比的大小。孔喉半径比越大、分布范围越广，表明孔、喉差异越大，孔、喉分布越不均匀且微观非均质性越强，赋存在孔喉中的可动流体易被束缚住，驱替时易发生卡断，增加了渗流阻力[14]，不利于油气的运移。

图4 可动流体与孔喉半径比相关关系

3.3 孔喉体积的影响样品的孔、喉体积越大，说明孔、喉道半径越大；有效孔、喉数量越多，有效喉道越发育，流体的储集空间以及渗流路线越多[15]；由于岩石颗粒表面对流体产生的吸附力变小，在驱替过程中可动流体被卡断的可能性很小，可动流体百分比随之提高。孔、喉进汞饱和度在一定程度上定量表征孔、喉体积大小。

通过分析可动流体饱和度与总孔隙、总喉道进汞饱和度的相关性，发现总孔隙进汞饱和度与可动流体饱和度有更好的正相关性，说明大孔隙是可动流体的主要储集空间，其次是与之连通性较好的大喉道。储层孔、喉在被可动流体充注过程中，开始充注较为粗大的孔喉(图5)，然后逐渐充注较为细小的孔喉。

图5 可动流体与孔喉体积相关性

分析可动流体饱和度与孔、喉特征参数的关系(图5、图6)发现，中值半径、分选系数、喉道半径平均值、孔隙半径平均值与可动流体饱和度呈正相关性，中值压力、排驱压力、孔喉半径比平均值、均值系数与可动流体饱和度具负相关性。可以看出可动流体饱和度与中值半径、分选系数、喉道半径平均值相关性相对较好；可动流体饱和度与中值压力、排驱压力、孔喉半径比平均值相关性一般；可动流体饱和度与孔隙半径平均值、均值系数相关性很弱。由此表明，储层分选系数越大、孔喉半径越大、孔喉半径比越小并且孔喉个数越多、有效孔喉连通体积越大，储层可动流体含量越多。由此可知，微观孔喉结构的非均质性与可动流体的赋存状态密切相关。

图6 可动流体饱和度与微观孔喉特征参数相关性

上述对比分析表明，孔、喉体积共同构成了砂岩储层容纳流体的空间，被有效喉道连通的大孔隙是可动流体的主要分布空间[16]；而微孔与小喉道可动流体含量低，主要为束缚流体赋存空间。流体的充注和排驱方式与孔喉特征以及孔喉配置关系有关。作为评价储层可动流体含量的关键参数之一，喉道半径大小可直接表征可动流体对应T2值的大小，喉道半径大且迂回度小，流体主要以可动的形式存在，同时T2弛豫时间受到孔、喉结构非均质性的严重制约。