鄂尔多斯盆地板桥—合水地区长6储层可动流体赋存特征及影响因素

2018-07-11王梦茜

非常规油气 2018年3期

王梦茜，孙　卫，魏　虎

(1.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；2.陕西延长石油(集团)有限责任公司研究院，陕西西安　710075)

在超低渗—低渗储层的储集空间中，岩性致密，喉道细小，孔隙与喉道连通性差，在渗流过程中有大部分流体被毛细管力束缚，具有较大开发难度[1-3]。随着国内外近年来非常规油气资源逐步被勘探开发，核磁共振技术成为一项研究低渗透致密油藏的重要技术，能直观地表征储层内的微观孔隙结构和孔隙内流体的性质和状态，测量数据结果精确度高，目前被广泛应用于非常规油气的研究[4-6]。结合恒速压汞技术及岩心图像分析技术，可以进一步从微观孔隙角度描述可动流体的赋存特征。

研究区板桥—合水地区位于鄂尔多斯盆地陇东地区西南部，长6油层组为三叠系延长组主力油层之一，油层分布稳定且具有较可观的含油性[7]；但受制于低渗透储层特征的影响，储层砂体展布不规则，物性较差，非均质性强，水驱过程复杂多变，目前注采矛盾突出，开发进程缓慢[8-9]。本文结合板桥—合水地区长6油层的储层特征筛选代表性岩心样本展开铸体薄片、核磁共振、恒速压汞、扫描电镜、X衍射及物性研究，对可动流体在孔隙中的赋存状态及其影响因素进行研究。

1　研究区储层岩石学特征

本次研究采集研究区内长6油层共计697块密闭岩心样品进行铸体薄片鉴定。结果表明，板桥—合水地区长6储层为岩屑长石砂岩(图1)，其石英体积分数分布在15.4%～84.2%之间，平均值为41.2%；长石体积分数分布在7.7%～54.8%之间，平均值为21%；岩屑以变质岩和沉积岩岩屑为主，体积分数介于4.3%～36.2%之间，平均值为16.6%(图2)。

图1　长6储层砂岩分类Fig.1　Sandstone classification of Chang-6 reservoir

图2　长6储层碎屑成分及体积分数Fig.2　Clastic rock composition of Chang-6 reservoir

板桥—合水地区的岩性主要为粒径介于0.06～0.24 mm之间的细砂-极细砂岩；整体来看砂岩碎屑颗粒的分选中等，磨圆较差，形状主要为次棱角状，胶结方式以孔隙式、加大-孔隙式胶结为主(图3)。

图3　板桥—合水地区长6储层主要胶结类型扫描电镜图片Fig.3　SEM photographs of main cementation type of Chang-6 reservoir, Banqiao-Heshui area

通过20块试验样品的X射线衍射试验结果得出，研究区长6储层砂岩中的填隙物主要由杂基和胶结物组成(图4)，其成分主要有：水云母、绿泥石、铁方解石、铁白云石、方解石、硅质及少量的高岭石(图5)。

图4　板桥—合水地区长6储层主要填隙物扫描电镜图片Fig.4　SEM photographs of main filler of Chang-6 reservoir, Banqiao-Heshui area

图5　长6储层填隙物体积分数(来自研究区采集岩样20块统计结果)Fig.5　Volume fraction of fillings in Chang-6 reservoir (from 20 rock core samples’ statistical results in study area)

2　可动流体赋存特征

采用核磁共振试验研究可动流体分布，其原理是利用带正电的氢核在磁场中的自旋作用所产生的横向弛豫时间T2，测量饱和水状态时岩石孔隙的大小，T2弛豫时间越大，对应的孔隙尺寸越大。根据前人研究的流体在岩石中流动的弛豫时间界限，将岩石孔隙中的流体分为可动流体与束缚流体[10-11]。低T2值代表氢核的弛豫时间较短，为微孔中的黏土束缚流体；中T2值代表氢核的弛豫时间中等，为小孔隙中的毛细管束缚流体和薄膜水；高T2值代表氢核的弛豫时间较长，为大孔隙中的可动流体。

本次使用Magnet2000核磁共振仪对研究区6块砂岩样品进行核磁共振试验。如图6所示，其横坐标表示弛豫时间T2，代表岩心样品中的流体分子在孔隙壁中碰撞运动的时间长短，间接反映了孔隙尺寸的大小；纵坐标表示不同弛豫时间对应的不同T2信号的强度，间接反映了不同尺寸孔隙的体积。

前人根据鄂尔多斯盆地大量的砂岩岩心离心试验分析数据，将13.895 ms作为流体在岩石中流动的T2弛豫时间界限(适用于表面亲水砂岩岩心)[12-13]。岩石样品中T2弛豫时间大于13.895 ms的孔隙中赋存的流体为可动流体，T2弛豫时间小于13.895 ms的孔隙中赋存的流体为束缚流体。长6储层可动流体分布范围较大，但可动流体饱和度不高，仅为35.31%。从6个样品的T2谱曲线分布形态整体来看，研究区内的T2谱整体形状以单峰型和左峰高右峰低型为主，其中2、5、6号样品呈现出双峰形态，其储层内大小孔隙分布不均，同时存在微孔和大孔，主峰落在束缚流体区域，次峰位于可动流体区；1、3、4号样品呈现出单峰形态，其储层内的孔隙分布较为均匀，并且以微孔和小孔为主，大孔较少，可动流体饱和度低。

根据国内外油气田生产经验，可以可动流体饱和度的高低为标准将储层从好到差划分为5类[14]：可动流体饱和度大于65%的，是Ⅰ类(好)储层；可动流体饱和度介于50%～65% 之间的，是Ⅱ类(较好)储层；可动流体饱和度介于35%～50%之间的，是Ⅲ类(中等)储层；可动流体饱和度介于20%～35%之间的，是Ⅳ类(较差)储层；可动流体饱和度小于20% 的，是Ⅴ类(差)储层。依据这一标准，板桥—合水地区长6段储层以III类储层和Ⅳ类储层为主，本次试验的2号、3号、4号样品的可动流体饱和度分别为42.72%、40.47%、37.03%，均在35%～50%之间，属于Ⅲ类(中等)储层；1号、5号、6号样品的可动流体饱和度分别仅为27.77%、29.89%、33.95%，均在20%～35%之间，属于Ⅳ类(较差)储层(表1，图6)。

表1　板桥—合水地区长6储层核磁共振可动流体饱和度试验测试结果Table 1　NMR experiment data results in Chang-6 reservoir, Banqiao-Heshui area

图6　板桥—合水地区长6储层样品饱和水状态下核磁共振T2谱的频率分布Fig.6　T2 Curves of rock core samples in saturated water state of Chang-6 reservoir in Banqiao-Heshui area

3　可动流体饱和度影响因素分析

在低渗—特低渗储层中，影响储层孔隙中可动流体饱和度大小的因素较为复杂[15-16]。通过对研究区长6储层背景资料的研究，长6储层呈现出较强的非均质性，导致油田开发效果较差。宏观地质因素如沉积环境、成岩作用，微观地质因素如岩样物性、岩石多孔介质中的不同大小孔隙组合类型、储层微裂隙的发育程度、上覆岩石的压实作用、孔隙中胶结物的类型如碳酸盐胶结作用及其含量、次生孔隙发育程度以及黏土矿物充填程度等微观孔喉的发育程度及其配置等都在影响着可动流体的赋存特征。此处主要研究储层物性与微观孔隙结构对可动流体饱和度的影响。

3.1　物性对可动流体饱和度的影响

储层的渗流能力是储层的孔隙结构的直接反映，越好品质的储层，其可动流体饱和度越高。建立可动流体饱和度与储层物性参数(孔隙度、渗透率)的线性回归方程，分别分析其相关程度，作出二者间相关性图(图7)。从图中可以看出，孔隙度、渗透率与可动流体饱和度的相关性弱，相关性系数分别为0.0685和0.098，存在大量无效孔隙，导致可动流体饱和度与物性无明显相关性。总体而言，储层中孔喉的大小、分布范围、有效孔隙体积等沉积、成岩作用控制，均会在不同程度上对可动流体饱和度产生影响，所以，仅用物性参数来推出影响可动流体饱和度变化的原因不具有较强的说服力。除受储层物性、岩样和流体自身的物理化学特性等因素影响外，可动流体饱和度受微观孔隙结构的影响较多。

图7　板桥—合水地区长6储层可动流体饱和度与物性相关性Fig.7　Relationship of physical property of pore structure in Chang-6 reservoir and movable fluid saturation

3.2　微观孔隙结构对可动流体饱和度的影响

目前，储层微观孔隙中可动流体饱和度相差较大，受多重复杂因素共同影响，很难定量表征[17]。通过恒速压汞试验，可获得孔、喉特征参数，它能很好地反映储层微观孔隙结构特征，用于研究储层微观孔隙结构对岩样中可动流体赋存分布的控制。

选取板桥—合水地区长6储层8块岩样进行恒速压汞试验，对试验结果进行整理得到孔、喉特征参数(表2)。据试验结果显示，板桥—合水地区的孔隙进汞饱和度为25.78%，喉道进汞饱和度为21.54%，单位体积喉道个数为1466.25个/cm3，而单位体积孔隙个数为1980.38个/cm3。据孔喉数量配置关系显示，板桥地区平均孔隙半径为132.52 μm；但喉道半径相差较大，平均值为0.51 μm，孔喉半径比平均为462.37。在孔喉特征参数中，引入单位体积孔喉数量配置比(单位体积孔隙个数与单位体积喉道个数的比值)，这一参数用来表征孔喉个数配置的差异。喉道半径、孔喉数量配置比与可动流体饱和度相关性系数分别为0.7693、0.5521，均呈正相关且相关性较好(图8)。

表2　板桥—合水地区长6储层恒速压汞试验结果数据Table 2　Constant velocity mercury injection experiment data of Chang-6 reservoir in Banqiao-Heshui area

孔隙与喉道之间的宽窄差异用孔喉半径比来标定，这个参数能直接导致渗透率产生较大变化。板桥地区长6储层的孔喉半径比与可动流体饱和度相关性系数达0.8918，呈负相关且相关性较好，这表明孔喉半径比越小，孔隙半径与喉道半径的差异程度越低，孔喉均质程度越强，总喉道进汞量越大，可动流体饱和度越大，储层品质越优。但孔喉半径比与孔隙度没有显示出明显相关性。随着孔喉半径比的降低，储层中流体的渗流能力和速率整体上升，为驱替出赋存在其中的油气资源提供优势通道。综合分析数据可知，板桥地区长6储层中喉道半径的大小、孔喉半径比以及孔喉数量配置比是影响可动流体饱和度的主要因素。