浊沸石对储层孔隙结构的影响

2020-04-08杨征世刘红岐刘诗琼

化工设计通讯 2020年2期

杨征世，刘红岐，刘诗琼，唐勇

（1.西南石油大学地球科学与技术学院，四川成都 610500；2.中国石油新疆油田公司勘探开发研究院，新疆克拉玛依 834000）

1 浊沸石成因

浊沸石，化学分子式为Ca[AlSi2O6]2·4H2O，广泛发育在不同类型碎屑岩中。朱世发等在2011年对浊沸石的形成进行了研究，浊沸石的析出受原始物质，地层孔隙水的化学性质、组分、温度和压力等因素控制[1]。研究发现，高pH 值对浊沸石的形成有利，高pH 值，低CO2分压可以有效保存浊沸石。本次研究井区在地质上由于二叠纪末期抬升加剧，隆起顶部的石炭系、二叠系遭到剥蚀。三叠纪盆地持续下沉，三叠纪至白垩纪广泛超覆沉积，呈现向东南倾没的单斜构造。区域经过强烈的抬升、剥蚀和下沉，发育了海西期、燕山期深浅层断裂系统。大气水不断沿断裂系统进入地层，同时大气水顺着断裂系统在地层中流经含凝灰岩层储层时，大气水的盐碱度升高，同时研究区二叠系含有大量火山碎屑岩，因此这些火山物质给浊沸石的形成提供了物质基础，促进了浊沸石的形成。

2 浊沸石影响分析

浊沸石是在碱性环境下生成的矿物，所以其在酸性条件受溶蚀作用可以改善储层物性，增加储层孔隙之间的连通性。通过物性分析表明，含有浊沸石样品的储层物性明显好于不含有浊沸石样品的储层物性，含有浊沸石样品的渗透率分布在（0.2～10）×10-3μm2，不含浊沸石样品的渗透率分布在（0.036～1）×10-3μm2。通过薄片分析表明，当储层不含浊沸石时，孔隙多为孤立孔隙，储层渗透率低；浊沸石含量高时，储层受溶蚀作用强，有利于储层次生孔隙发育。

由于浊沸石本身存在分子孔隙，且在酸性条件下容易发生溶蚀产生次生孔隙，因此通过常规孔渗、压汞、铸体薄片及全岩矿物实验，分析浊沸石对储层物性的影响。结果表明，浊沸石相对含量对孔隙度影响以15%为节点；浊沸石相对含量高于15%时，孔隙度随着浊沸石含量的增加而增大，成正相关趋势，孔隙度分布在6%～15%；浊沸石小于15%时，数据点分布杂乱，浊沸石含量与孔隙度没有明显的变化规律，且孔隙度分布在2%～15%。其原因是由于浊沸石含量高于15%时，孔隙度受溶蚀作用强，而浊沸石对储层孔隙度的影响主要是通过溶蚀作用产生大量的次生孔隙。通过全岩测试表明，浊沸石含量高于15%时，浊沸石含量是方解石、钾长石、石英、斜长石的两倍以上，同时浊沸石存在的样品溶蚀作用强，次生孔隙发育。因此在浊沸石含量高的地层中，溶蚀作用是影响储层孔隙度的主要因素。

3 孔隙结构特征

3.1 孔隙结构类型

储层的储渗能力受孔隙结构、孔隙体积、孔隙半径等因素影响。前人研究表明浊沸石在酸性条件下，可以改善储层物性，为进一步分析浊沸石对储层物性的影响机理，通过压汞实验进行实验测试分析。根据毛管压力曲线形态特征及孔隙结构参数[1]，将毛管压力曲线分为如图1所示的I 型和II 型两类，且I 型浊沸石含量高于II 型；曲线分析表明I 型的孔隙结构好于II 型。

图1 毛管压力曲线

I 型曲线形态呈现下凹趋势，偏细歪度，表明分选差；孔隙度分布在6%～14%，平均值为9.91%；渗透率分布在（0.15～9.67）×10-3μm2，平均值为2.16×10-3μm2；平均排驱压力较低为0.37MPa；中值半径分布在0.05～0.36μm；表明I型的样品具有较好的储层物性。

II 型曲线形态与I 型相反，偏细歪度，分选差；孔隙度分布在5.3%～13.6%，平均值为9.23%；渗透率分布在（5.3～9.95）×10-3μm2，平均值为7.23×10-3μm2；平均排驱压力较低为0.75MPa；中值半径分布在0～0.07μm。I 型孔隙结构的排驱压力低于II 型，I 型的中值半径高于II 型，表明I 型的孔隙结构优于II 型孔隙结构。对比I 型和II 型的储层参数，II 型孔隙度与I 型差别较小，且渗透率高于I 型，与理论情况相反。

3.2 浊沸石对孔隙结构的影响

浊沸石受溶蚀可以增加储层物性，但是溶蚀作用的实质是改善储层微观孔隙结构，即增加了孔隙半径及喉道半径。因此通过压汞实验分析浊沸石受溶蚀作用时对微观孔隙结构的影响。通过对10块压汞实验数据分析，表明浊沸石含量越高，测试样品的中值半径越大，储层物性越好。孔隙喉道大小与集中程度主要影响毛管压力曲线的偏态（歪度），是毛管压力曲线形态倾向于粗孔道还是细孔道的量度，大孔越多，毛管压力曲线越靠近左下方，称之为粗歪度；反之为细歪度。另外，从分析结果中可以看出，浊沸石含量越高，毛管压力曲线越偏向于粗歪度，储层中大孔越多，储层物性越好，表明浊沸石的存在对改善储层物性有积极的影响。

从孔隙半径分布来看，浊沸石含量高孔隙半径越大，越有利于地层流体流动。根据孔隙半径分布图来看，曲线可以分为两种类型。I 型曲线主要是单峰形态，又根据单峰分布的孔隙半径不同，将I 型曲线分为a、b、c 三个小类；II 型曲线主要是双峰形态，且孔隙半径分布位置差异不大，因此II 型曲线不细分（见图2）。

图2 孔隙半径分布曲线

Ia 类：如图2所示，曲线形态成单峰状，浊沸石含量小于15%，孔喉半径主要分布0.035～0.1μm。虽然从实验数据中可知，样品的孔、渗较高，但是薄片分析表明该情况是由少量微裂缝引起，因此a 类曲线在孔隙半径较大的位置，出现孔隙半径分布百分数少量增大的情况，综合表明a 类曲线虽然受少量微裂缝的影响导致孔隙度、渗透率较高，但是主要孔隙还是以小孔为主。

Ib 类：图2 显示b 类分布在a 类和II 型曲线之间，因此该类曲线实质为a 类向II 型曲线的过渡，曲线呈单峰状，孔隙半径分布在0.1～0.29μm；根据研究表明浊沸石含量在大于15%时，浊沸石受溶蚀作用开始影响储层物性的好坏，因此b类曲线浊沸石含量分布在15%～30%。

Ic 类：如图2，曲线为单峰，浊沸石分含量大于60%，孔隙半径分布在0.29～1.15μm，薄片显示随着浊沸石含量的增加，溶蚀作用越强烈，因此储层的微观孔隙结构得到改善，增加储层微观孔隙的半径。

II 型曲线：如图2，曲线呈双峰形态，浊沸石含量分布在30%～60%，孔隙半径分布两个范围，主要集中在0.29～1.15μm，其次分布在0.035～0.1μm。分析表明研究区浊沸石含量平均值为15.7%，因此该区含有浊沸石的孔隙半径分布曲线主要是以a 类、b 类、II 型为主。对比表明，Ib 类、II 型的孔隙半径最好，分布在0.29～1.15μm；因此浊沸石矿物的存在有利于次生孔隙的发育，改善储层孔隙结构，增加孔隙之间的连通性，改善储层物性。