川西地区侏罗系致密砂岩储层孔喉特征对渗流能力的影响

江蓉蓉 李 涛 严焕榕 卜 淘

0 引言

致密砂岩气藏在我国资源丰富，广泛分布于四川、 鄂尔多斯、 塔里木和准噶尔等盆地。川西侏罗系致密砂岩气藏平面上分布广泛，垂向上发育多个产气层组，中统沙溪庙组、上统遂宁组、蓬莱镇组均发育工业产层。中国石化已经建成孝泉、新场、合兴场、马井、新都—洛带、什邡和中江等多个大中型致密砂岩气田[1-2]。准确评价气藏渗流能力是决定低渗气藏开发成功与否的关键因素。因此，在开展渗流能力分析评价基础上采取水平井、体积压裂等先进、适用配套技术和合理开发方式[3-5]，是提高气藏采收率、实现川西侏罗系致密砂岩低渗气藏规模、有效开发的关键。侏罗系碎屑岩储层平均孔隙度＜10%，平均渗透率＜0.1 mD，纳米级孔喉占主体，是典型的低孔、低渗致密砂岩储层[6]。储层在岩石组分、储集空间类型、孔喉结构方面具有较强的非均质性，综合分析储层渗透性，评价气藏渗流能力难度较大。本文对川西地区侏罗系各个层组不同气藏开展研究，在岩石组分、储集空间类型和储层物性分析基础上，分析微观孔喉结构特征与储层渗透率关系，研究致密砂岩低渗储层渗流能力主控因素，为川西侏罗系致密砂岩气藏勘探开发提供依据。

1 储层孔喉结构特征及控制因素

1.1 储层孔隙类型

川西侏罗系储层主要孔隙类型为残余粒间孔、粒间溶孔、粒内溶孔（包括铸模孔）、晶间微孔。其中对储层储集性贡献最大的孔隙类型为粒间溶孔、残余粒间孔，两类孔隙超过总孔隙的80%。其中以粒间溶孔为主（图1-a、b），发育少量残余粒间孔。粒间孔隙发育特征，孔径主要分布于10～60 μm间，平均值为16.14 μm。粒间溶孔主要是由于胶结物、黏土杂基和颗粒边缘的溶蚀形成（图1-c、d）。粒内溶孔和铸模孔也较发育，常见长石和岩屑颗粒内溶孔，偶见白云石粒内溶孔，溶蚀强烈时，碎屑颗粒呈蜂巢状或呈残骸状（图1-e）或形成铸模孔（图1-f、g）。

1.2 储层喉道类型与大小

孔喉结构是指岩石具有的孔隙和喉道的几何形状、大小、分布和连通关系[7]，对储层渗流能力有重要影响。川西侏罗系储层喉道类型以片状喉道、微喉道为主，部分高孔渗储层发育点状喉道。

1）点状喉道：长石颗粒强烈溶解，粒间溶孔发育时，在颗粒间形成的短而窄的点状喉道（图1-a、c、d、f）。这类储层孔隙较大，喉道也大，喉道半径多大于2 μm，形成粗孔—粗喉的孔隙结构类型储层，具高孔、高渗特点。

2）片状喉道：砂岩在遭受压实作用或压溶作用时，晶体次生加大，其直接的结果就是导致存在于晶体与晶体之间的孔隙变窄，形成片状喉道。沿颗粒边缘发生溶蚀作用可以形成片状或弯片状喉道（图1-b）。片状喉道以中—粗喉道为主，喉道半径0.06～2 μm之间分布。

3）微喉道：粒间孔隙被伊利石、蒙脱石充填后可片状或弯片状微喉道（图1-h、k）。白云石晶体内部溶蚀呈残骸状，可形成管状微喉道（图1-i）。微喉道的喉道半径小，一般小于0.06 μm。这类储层表现为低孔、低渗特点。

1.3 储层孔喉结构控制因素分析

川西侏罗系储层孔喉结构特征主要受到岩石颗粒组分、成岩作用控制。岩石颗粒的大小、形状、矿物组分对残余粒间孔、溶蚀孔隙发育有重要控制。成岩作用控制原生孔隙保存和次生孔隙发育。

川西侏罗系储层中的残余粒间孔受颗粒影响较大。储层石英和长石的含量较高，颗粒为多边形，残余粒间孔多呈三角形（图1-c、d），孔隙的特征与颗粒的大小、形状及后期压实程度有关。

溶蚀作用是侏罗系砂岩储层次生孔隙形成的主要控制因素，溶蚀孔隙发育受颗粒矿物组分影响。碎屑颗粒中见较多的长石，最易遭受溶蚀。长石颗粒被溶蚀而发育各类孔隙、喉道（图1-a、b、e、f、g），长石沿其内部的解理缝发生溶蚀，形成片状喉道或使喉道增大（图1-e），沿着颗粒边缘溶蚀形成粒间溶孔（图1-a、b）； 粒间溶孔或铸模孔的形状、大小受颗粒控制，长石颗粒易溶蚀形成方形铸膜孔（图1-f），孔隙较大，部分溶蚀，可形成片状—缩颈喉道（图1-b），这类喉道半径相对较大，以中—粗喉道为主。颗粒间有黏土矿物充填，使喉道变小，形成弯片状微喉道（图1-j）。受解理控制，矿物溶蚀呈残骸状（图1-i），可形成片状或管状微喉道。侏罗系不同区块、层段储层的石英、长石、岩屑含量有一定差异（图2），是造成储层孔隙类型和孔喉结构差异的重要因素。

图1 川西地区侏罗系蓬莱镇组储层铸体薄片与扫描电镜下储层特征图

压实作用的减孔强烈，是储层致密化的重要因素之一，不同的压实程度和不同的矿物接触压实，形成不同的孔隙和喉道类型。压实作用较弱原生粒间孔保留相对较好，长石、石英点接触，粒间孔、缩颈喉道发育。压实作用较强，颗粒以线接触为主，多发育片状喉道，压溶及塑性矿物压实形成片状微细喉道（图1-k）。

胶结作用在川西侏罗系储层发育程度中等。胶结物的成分、产状多样，其自生矿物成分主要有方解石（图1-l）、各类黏土矿物、次生石英、次生钠长石等；胶结作用使孔隙减少，形成喉道，黏土矿物的胶结形成片状喉道（图1-h、j）。不同矿物、不同产状的胶结作用使得喉道的类型多样，大小不均，储层渗流能力非均质性变强。

图2 川西侏罗系各个层组储层砂岩碎屑组成三角图注： Ⅰ- 石英砂岩；Ⅱ-长石石英砂岩；Ⅲ-岩屑石英砂岩；Ⅳ-长石砂岩；Ⅴ-岩屑长石砂岩；Ⅵ-长石岩屑砂岩；Ⅶ- 岩屑砂岩

2 渗透率与表征孔喉结构参数的相关性特征

本文利用常规压汞、恒速压汞实验对喉道和孔隙的特征进行研究，分析岩石喉道和孔隙大小及组合特征对储层渗流能力的影响。常规储层喉道半径是控制储层渗透能力关键参数[8-9]。对川西侏罗系致密砂岩分析表明，高渗储层渗透率与常规压汞喉道半径均值的相关性较好，低渗储层渗透率与喉道半径均值的相关性较差。不同类别储层的渗透率与恒速压汞得到的孔喉比值均具有较好相关关系。这一特点表明对于低渗透储层，孔喉比参数相对孔喉半径能更好地反映储层渗透能力。

2.1 渗透率与喉道半径的相关性在高渗段较好，低渗段差

通过常规压汞实验分析不同渗透率值样品的喉道半径与渗透率的相关关系。喉道中值半径与渗透率整体相关系数为0.73（图3），从图中可以看出，低渗储层渗透率与喉道半径均值的相关性很差，以渗透率0.5 mD为界限，低渗透率样品的孔喉中值半径与渗透率相关系数仅为0.42。高渗储层渗透率与喉道半径均值的相关系数达0.92，相关性较好。表明随着渗透率值的增大，喉道半径与渗透率的相关性变好，说明渗透率高的储层，喉道半径能较好反映储层渗流能力，低渗储层喉道半径不能全面反映储层的渗透性。

图3 川西地区侏罗系储层喉道半径与渗透率相关关系图

2.2 渗透率与孔喉比的相关性好

恒速压汞实验不仅能够得到喉道半径、中值喉道半径等常规压汞的实验结果，还能够分别获得喉道半径分布、孔隙半径分布、孔隙—喉道半径比分布等重要的微观孔隙结构特征参数[10-11]。分析表明川西侏罗系致密砂岩渗透率与孔喉比值具有较好的相关性，相关系数达到0.85（图4）。进一步按不同类别储层（吼道及渗透率）统计渗透率与孔喉比值关系，两者之间的相关系数较总体的相关性进一步提高，相关系数达到0.9左右（图5）。表明川西侏罗系致密砂岩低渗储层的孔喉比值是储层渗流能力评价的一项重要参数。

图4 川西侏罗系致密砂岩储层渗透率与孔喉比值关系

3 孔喉比与渗透率关系特征及控制因素分析

图5 川西侏罗系不同类别储层渗透率与孔喉比值关系

川西致密砂岩储层孔喉比值与渗透率具有较好的相关性。通过对孔、喉匹配关系分析，认为孔喉比值不仅反映了储层喉道孔隙特征，还能表征孔隙与喉道匹配的均匀程度。因此，孔喉比分析能够更好地反映致密砂岩低渗储层渗流能力。开展孔隙、喉道及孔隙和喉道匹配关系综合分析，能够更好地分析致密砂岩低渗储层渗流能力

恒速压汞实验模型以毛细管束模型为基础，可以假设多孔介质由大小不同的喉道和孔隙组成，更符合致密砂岩储层小—微孔隙、喉道的结构特征[12]。前面分析表明低渗储层渗透率与喉道半径相关性较差（图3），但与恒速压汞得到的孔喉比值具有较好相关关系（图4），按不同储层类别统计渗透率与孔喉比值相关系数较总体进一步提高（图5）。分析发现上述特点主要是由于低渗储层的孔隙、喉道类型多样，孔喉结构复杂。低渗储层的喉道多为细—微喉，当储层的孔隙度和喉道半径一定的时候，孔喉比值小，表明孔隙半径也小，孔隙度一定的前提就决定了孔隙的数量多，相应喉道的数量也多，孔隙和喉道匹配均匀程度高，储层的渗透性较好。反之，孔喉比值大，表明孔隙半径大，孔隙度一定的前提就决定了孔隙的数量少，相应喉道的数量也少，大的孔隙与少量细—微喉道连通，孔隙和喉道匹配均匀程度较差，储层渗透性较差。

新场、马井、什邡3个气田蓬莱镇组储层孔隙度分布范围相近（表1），但新场、什邡地区渗透率中值为0.42 mD和0.29 mD，显著高于马井地区的渗透率中值0.17 mD。3个地区渗透率的差异主要是由于储层孔隙结构差异造成的。新场、什邡地区储层孔隙类型比较单一，以原生粒间孔、粒间溶孔为主，储层孔喉结构和均质性较好，渗透率较高，孔渗相关性也较高，相关系数为0.7以上（图6）。马井地区储层孔隙类型较多样，包括晶间微孔、粒间孔、粒内孔等，储层非均质性较强，孔喉结构均质性较差，储层渗透率较低，孔渗相关性也较低，相关系数仅为0.58。可以看出，孔喉结构均质性是影响储层渗透率的重要因素。结合前面常规压汞分析渗透率与孔喉半径关系分析，发现高渗储层具有较好的孔、渗相关性和孔喉半径与渗透率相关性。二者相关性一致的特征表明，储层孔隙、喉道的大小及其匹配共同控制了储层的渗流能力。孔喉比值能够较好反映孔隙、喉道特征及其匹配均匀程度。因

表1 川西地区蓬莱镇组致密砂岩孔隙度、渗透率统计表

图6 川西新场、什邡、马井地区蓬莱镇组孔隙度、渗透率分布关系图此，致密砂岩储层渗透率与孔喉比值总体上具有更好的相关关系。

川西蓬莱镇组实验分析与实际产能情况也能够表现出上述特征。孝蓬105井储层孔喉比值较小，渗透率和测试无阻流量较高，什邡2井储层孔喉比值较大，渗透率和无阻流量，明显较孝蓬105井低（图7）。孝蓬105井样品（井段1 160.4 m）为细粒岩屑砂岩，孔隙度13.69%，什邡2井样品（井段1 531.4 m）同样也为细粒岩屑砂岩，孔隙度11.12%，2个样品孔隙度差别不大。孝蓬105井样品，孔喉比平均值为149.2，孔喉匹配的均匀程度较好，孔隙半径平均值 145.2 μm，喉道半径平均值1.17 μm，孔隙半径略小，喉道半径较粗，为大孔细喉型孔喉匹配，测试渗透率为1.217 mD，测试天然气无阻流量为5.33×104m3/d。什邡2井样品，孔喉比平均值为530.6，孔喉匹配的均匀程度较差，孔隙半径平均值165.1 μm，喉道半径平均值0.37 μm，孔隙半径略大，喉道半径较细，为大孔微喉型孔喉匹配，测试渗透率为0.551 mD，测试天然气无阻流量为2.27×104m3/d。

图7 川西蓬莱镇组孔喉比值、渗透率与产能情况关系图

4 结论

1）川西侏罗系致密砂岩储层孔喉结构类型多样。主要孔隙类型为残余粒间孔、粒间溶孔、粒内溶孔、晶间微孔，喉道类型以片状喉道、微喉道为主，部分高孔渗储层发育点状喉道。储层孔喉结构特征主要受到岩石颗粒组分、成岩作用控制。岩石颗粒大小、形状、矿物组分对残余粒间孔、溶蚀孔隙发育有重要控制，成岩作用控制原生孔隙保存和次生孔隙发育。

2）川西侏罗系致密砂岩高渗储层渗透率与常规压汞喉道半径相关性较好，低渗储层渗透率与喉道半径相关性较差。表明低渗储层喉道半径不能全面反映储层的渗透性。不同类别储层渗透率与恒速压汞得到的孔喉比值均具有较好相关关系。

3）川西侏罗系致密砂岩储层的孔隙、喉道类型多样，孔喉结构复杂，储层渗透性不仅与喉道半径相关，也受喉道与孔隙的匹配控制。孔喉比值能较好地反映低渗致密砂岩储层渗流能力，是因为孔喉比值不仅反映了储层喉道、孔隙特征，还能表征孔隙与喉道匹配的均匀程度。

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