致密储层岩石孔隙结构及渗流能力分析

周航轩，任晓娟，罗向荣

（1.西安石油大学，陕西西安 710065；2.西安石油大学西部低渗-特低渗油藏开发与治理教育部工程研究中心，陕西西安 710065）

致密储层的孔隙结构直接影响岩石的储集性和渗透性。与常规储层相比，致密储层孔喉细小，微观孔喉结构复杂，储层具有较强的非均质性，也使得储层的物性差异较大。在致密储层开发过程中，渗透率是喉道对孔隙连通情况的宏观表现，储层的物性状况是影响流体渗流的首要因素，而流体渗流规律直接影响着油气产能分布，最终影响储层开发效果[1-3]。鄂尔多斯盆地是中国第二大沉积盆地，致密油气储量非常丰富，是中国致密砂岩油气藏的典型代表，其中主要的致密油含油层系为鄂尔多斯盆地中生界上三叠统延长组，沉积时期主要为大型河流-三角洲-湖泊沉积体系，前人[4-6]将延长组划分为10 个油层组（长1～长10），其中延长组主要的致密油富集层系为长6～长8 段，主要发育三角洲前缘亚相和半深湖-深湖亚相沉积[7，8]。为典型的低孔-低渗油藏，本文以鄂尔多斯盆地某区块长6～长8 段为研究对象，通过铸体薄片、毛细管压力曲线等技术资料，分析致密储层多尺度孔隙结构对渗流能力的影响。

1 研究区致密储层孔隙特征

1.1 岩性特征和孔隙类型

前人的研究成果表明[7，9-19]，研究区为典型致密砂岩，其中主力含油层系长6～长8 段的致密储层岩性主要为岩屑长石砂岩和长石岩屑砂岩，岩石成分为石英、长石、岩屑，储层的黏土矿物以绿泥石、高岭石、伊利石、伊蒙混层为主。研究区孔隙类型以残余粒间孔和粒内溶孔为主，有少量的晶间微孔和微裂缝，孔隙组合以粒间孔隙型和粒间-长石溶孔型为主，致密储层以中小孔隙为主，储层主要发育微纳米级孔隙（见图1），孔隙度低，渗透率小，为典型的低孔-特低渗油藏（见表1）。

图1 研究区高压压汞与微米-纳米CT 孔隙半径[9]

表1 研究区岩石特征和孔隙类型

1.2 孔隙结构特征

致密储层微观孔隙结构特征如孔隙和喉道的几何形状、孔隙半径、孔喉半径、连通关系等，直接影响致密储层的储集和渗流能力，研究储层中的微观孔隙结构对致密油藏的认识和开采有着至关重要的影响。研究区含油层系主要发育小孔、微孔孔隙，孔喉主要为纳米级孔喉[12-20]。根据喉道的大小和形态，可分为点状喉道、缩颈型喉道、片状和弯片状喉道以及管束状喉道，其中弯片状喉道、缩颈型喉道较为发育。大多孔喉为微纳米级，孔隙度低，渗透率小（见表2）。

表2 研究区孔径分布及物性特征

2 研究区致密储层裂缝特征

从裂缝张开程度上，可将致密储层裂缝分为宏观裂缝和微观裂缝（见图2），宏观裂缝指可以在岩心、野外露头及测井响应特征上直接观察和描述的裂缝，其张开度一般大于50 μm；微观裂缝指需借助显微镜、CT 扫描等手段进行放大来观察与描述的裂缝，其张开度一般小于50 μm。国内外学者对致密储层进行研究，发现在致密储层中微裂缝普遍发育，对油气的储集和渗流有着重大意义[9，20]。通过文献调研[22-30]，对研究区致密储层裂缝特征进行分析，发现研究区微裂缝较为发育，由于构造应力及沉积运动，发育高角度构造裂缝，主要发育方向为北东向，研究区微裂缝开度较低，长6 段开度平均值为7 μm，长7 段开度平均值为19.9 μm，长8 段开度平均值为15 μm（见表3）。

图2 研究区致密储层主要裂缝类型[29]

表3 研究区致密储层裂缝特征

3 多尺度孔隙结构对渗流能力的影响分析

致密储层岩石的孔隙结构具有复杂性和无序性，无法直接去测量储集层岩石的渗透率，因此通常在简化条件下对岩石渗透率进行研究，对于致密储层岩石的渗流能力分析，建立纯裂缝模型和毛细管束模型，通过布辛列克方程、泊稷叶定律、等效渗流阻力原理，比较致密储层中裂缝和孔隙分别对其渗流能力的影响[31]。

3.1 计算方法

（1）纯裂缝岩石的渗透率计算：根据布辛列克方程，等效渗流阻力原理得裂缝渗透率Kf为：

式中：b-裂缝宽度，cm；Φf-裂缝孔隙度，小数。

（2）溶孔性岩石的渗透率计算，根据泊稷叶定律：

等效渗流阻力原理，溶孔岩石的渗透率Kh为：

式中：r-溶孔的半径，cm；Φh-溶孔性岩石的孔隙度，小数。

3.2 多尺度孔隙结构的渗流能力分析

与常规储层相比，致密储层岩石具有微米、纳米等多尺度特性。研究区致密储层中一般存在的储渗空间为粒间孔隙、粒内孔隙、晶间孔隙、微裂缝以及大的溶蚀孔隙（见图3），利用上述渗透率简化模型对这五种储渗空间分别进行计算，计算结果（见表4），可以看出，在致密储层岩石多尺度孔隙结构中，微裂缝、大孔道的渗透率远大于粒间孔隙、粒内孔隙、晶间孔隙，因此发育的微裂缝、大孔道是致密储层渗流的主控因素。

表4 研究区不同孔隙类型的渗透率计算

图4 研究区不同孔隙类型扫描电镜[7，32]

3.3 致密储层裂缝与孔喉渗流能力对比分析

致密储层渗流过程中，孔喉半径的大小是决定孔隙渗流能力的主要因素，通过建立渗透率简化模型，对研究区长6～长8 致密储层进行裂缝与孔隙的渗透率计算（见表5），发现研究区致密储层中微裂缝的渗透率是微纳米孔的102～105倍，可以判断在致密储层中影响其渗流能力的孔隙结构主要是微裂缝和大孔道，因此对于致密储层的勘探开发，应加强储层微裂缝的研究，以便达到更好的开发效果。

表5 研究区致密储层裂缝与孔喉渗流能力对比

4 结论

（1）研究区长6～长8 储层岩性主要为长石岩屑砂岩和岩屑长石砂岩，主要的渗流空间为大孔道和微裂缝，而主要的储集空间为各种类型的微纳米孔。孔隙度低，渗透率小，为典型的低孔-特低渗油藏。

（2）对研究区不同尺度下的渗透率进行计算，发现致密储层中粒间孔隙、粒内孔隙、晶间孔隙对致密储层渗流能力贡献小，微裂缝、大孔道对致密储层渗流能力贡献较大。

（3）通过简化模型计算，对研究区致密储层渗流能力进行对比分析，发现大孔道、微裂缝的渗透率是微纳米孔的102～105倍。因此大孔道和微裂缝对致密储层的渗流能力、开发效果具有重大影响。