新安边地区长7致密油储层孔隙结构对可动流体赋存的影响

吴春燕,王 宁,白 薷, 吴 琳,马 瑶

(1.陕西延长石油(集团) 有限责任公司研究院 陕西省陆相页岩气成藏与开发重点实验室, 陕西 西安 710077; 2.西安石油大学 地球科学与工程学院，陕西 西安 710065)

储层孔隙结构的刻画及可动流体饱和度的评价是储层有效性评价、甜点预测的核心问题,其孔喉是油气储存和渗流能力的主要决定因素之一[1-3]。近年来,随着CT扫描技术、核磁技术及恒速压汞技术在油气地质行业的应用,越来越多的学者认为，储层微观孔隙结构不仅影响着储层的物性,还极大地制约着流体在多孔介质中的流动效率[4-9]。致密油储层低孔特低渗,覆压基质渗透率小于0.1×10-3μm2,具有孔喉细小，孔喉组合关系多样,孔隙结构复杂等特征,导致此类储层中流体流动状态及分布不均,给注水开发、提高采收率都带来极大的困扰[10-16]。

延长油田定边采油厂延长组长7段是典型的致密油储层,主要发育着富含有机质的泥页岩沉积和三角洲-重力流的细粒砂岩沉积,表现为大段泥页岩层系夹多期薄层状砂岩。同时，在局部地区发育较好的烃原岩,是典型的自生自储致密油藏,前人已对此做了大量的研究[17-21]。但是就研究区储层岩性的多样化和孔隙结构的复杂性给储层流体的赋存特征带来哪些影响，未见研究报道。因此,为了进一步认识研究区储层的渗流能力、孔隙空间及流体赋存等问题,以新安边地区延长组长7为研究对象,选取探井储层中极细—细粒砂岩样品,利用铸体图像分析、扫描电镜、恒速压汞及核磁共振等实验手段,对储层的孔隙结构、可动流体特征进行实验研究,探讨微观孔喉结构与可动流体赋存特征之间的关系,揭示影响致密油储层可动流体赋存的主要因素,以期更好地认知储层孔隙的空间结构特征,指导油田高效合理开发。

1 地质概况

延长油田新安边地区构造上处于鄂尔多斯盆地伊陕斜坡构造单元的西部中段定边台地之上,地层平缓,局部发育低幅度隆起,形成了良好的构造-岩性圈闭。新安边地区延长组长7储层主要发育三角洲前缘沉积,油层组的下部主要为湖泊相沉积,发育暗色湖泥和湖底扇微相。通过对研究区7口井32个样品的薄片鉴定及覆压孔渗测试显示,研究区长7储层岩石类型主要为灰黑色、灰色、灰白色的极细—细粒长石砂岩和长石岩屑砂岩,长石质量分数31.04%～47.36%,平均值为41.23%;其次为石英,质量分数17.32%～22.26%,平均值为20.75%;岩屑,质量分数3.12%～15.14%,平均值为8.10%。物性较差,覆压孔隙度平均值为5.53%,渗透率平均值为0.028×10-3μm2。

2 微观孔隙结构特征

2.1 孔喉类型及特征

铸体薄片、扫描电镜实验结果显示(见图1),长7储层孔隙类型有溶蚀孔、粒间孔、晶间孔及微裂缝。储层总面孔率分布在1.68%～8.36%,平均值为5.51%,其中粒间孔平均值为2.48%,溶蚀孔平均值为2.55%,晶间孔和微裂缝平均值的和为0.47%,整体面孔率低,溶蚀孔隙略高于粒间孔隙,主要为长石溶孔。粒间孔单个孔隙较大,连通性较好,孔径大小分布于25～150 μm(见图1A、D);溶蚀孔隙主要表现为长石和岩屑溶蚀现象明显,产生较多的孤立粒内孔隙、微裂隙和粒间溶蚀孔,孔径分布于15～100 μm(见图1B、C、E),形状大小不一,可见个别溶蚀孔隙与粒间孔连接,增强了孔隙之间的连通性;晶间孔以高岭石、绿泥石的晶间孔最为常见,孔径一般小于10 μm(见图1C、E、F),连通能力最弱。发育的喉道类型有缩颈形喉道，片状、弯片状喉道和管束状喉道,以粒间孔缩颈型喉道，粒间孔片状、弯片状喉道，溶蚀孔片状、弯片状喉道以及晶间孔管束状喉道的孔喉匹配形式存在。喉道特征复杂,孔喉组合类型多样,管束状喉道多见于充填在粒间孔隙中的高岭石、绿泥石晶间孔。

为了研究相同岩性条件下不同物性样品的孔隙结构特征与可动流体之间的关系,选取了不同级别渗透率的6个样品进行核磁及恒速压汞测试实验分析。结果显示,目的层平均孔隙半径介于123.41～140.13 μm,分布集中,差异不大;平均喉道半径为0.318～1.937 μm,平均孔喉半径比为370.00～541.95,喉道半径分布范围广,孔喉半径比值变化较大。分析认为,其孔隙半径与物性相关性较差,喉道半径、孔喉半径比与物性具有较好的相关性(见图2)。这说明孔隙半径大小不是储层渗流的决定性因素,对流体流动影响力较小,喉道半径越大,孔喉比值越低,渗透率值越高,越有利于流体的流动。

图2 平均孔喉半径与物性的关系Fig.2 The relationship between average pore-throat radius and physical properties

2.2 孔隙结构类型及特征

根据核磁共振和恒速压汞实验数据，结合铸体薄片和扫描电镜测试结果(见表1),将研究区长7储层孔隙结构划分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三类。

1)Ⅰ类孔隙结构:排驱压力最低,总进汞饱和度高,孔隙进汞毛管曲线与总进汞毛管曲线几乎重合,喉道进汞毛管压力曲线陡峭偏右(代表样品为144号,如图3A)；喉道进汞饱和度为5.27%,孔隙进汞饱和度为94.72%,平均孔隙半径为123.41 μm,平均喉道半径为1.94 μm,喉道半径负偏态分布偏向高值(见图4),表现出喉道半径大,孔隙进汞饱和度远大于喉道进汞量,总进汞量受控于孔隙的特征。T2谱形态无明显台阶,为主峰偏右的单峰型,频谱分布较宽；T2弛豫时间大,主要分布为10～1 000 ms(见图5)；可动流体分布峰明显高于束缚流体,可动流体饱和度为65.38%。分析认为，该类孔隙结构储层的大孔喉相对较多,流动性好,整体表现出中—大孔隙,粒间孔-缩颈型、粒间孔-片状的大喉道特征,是研究区储集能力、连通最好的储层。

2)Ⅱ类孔隙结构:排驱压力较Ⅰ类高,平均值为0.9 MPa,总进汞饱和度平均值为45.06%,孔隙进汞毛管压力曲线与总进汞毛管压力曲线较为接近(代表样品为44号,如图3B)；喉道进汞饱和度为16.31%,孔隙进汞饱和度为28.73%,平均孔隙半径为136.16 μm,平均喉道半径为0.39 μm,喉道半径近正态分布(见图4),提供渗透率贡献的喉道半径集中在0.2～1.7 μm,说明此类样品的孔隙和喉道对总进汞量贡献大小相当。代表性样品23号、18号、44号的T2谱形态为左高右低峰型,主峰偏左。T2弛豫时间分布在0.1～100 ms(见图5)；可动流体饱和度较低,平均值为44.42%,渗透率值介于(0.1～1)×10-3μm2,以微—中孔隙为主,发育粒间孔片状、弯片状喉道和溶蚀孔片状、弯片状喉道,是研究区渗流能力较好的储层。

3)Ⅲ类孔隙结构:排驱压力最高,总进汞饱和度低,平均值为34.63%,总进汞毛管压力曲线陡且短,孔隙进汞毛管压力曲线与喉道毛管压力进汞曲线交叉(代表样品为8号,如图3C),孔隙进汞饱和度(22.22%)高于喉道进汞饱和度(12.21%)；平均孔隙半径为125.78 μm,平均喉道半径为0.30 μm,喉道半径正偏态分布稍偏向低值区域(见图4),说明此类样品有效孔隙与有效喉道体积数量较少。8号、47号样品的T2谱形态虽然呈现左高右低的双峰峰态,但第二峰幅度低窄,接近主峰偏左的单峰型；T2弛豫时间分布于0.1～10 ms(见图5),可动流体饱和度25.72%,渗透率小于0.1×10-3μm2。分析认为，该类孔隙结构储层孔喉单一,小孔喉居多且孤立,发育微细孔隙,能为储集层流体提供流动通道的主要是较小的晶间孔管束状喉道,是研究区渗流能力差的储层。

表1 孔隙结构特征及分类Tab.1 Pore structure characteristics and classification

图3 恒速压汞毛管压力曲线Fig.3 Capillary pressure curve of constant velocity mercury injection

图4 孔隙半径、孔喉半径分布频率Fig.4 Distribution frequency of pore radius and pore throat radius

图5 核磁共振T2谱分布曲线Fig.5 T2 spectrum distribution curve of NMR

3 可动流体赋存的影响因素

特低渗透储层物性差、孔喉组合多样化、孔隙结构复杂等特征导致可动流体赋存存在较大差异。根据实验分析结果,选取物性、孔隙类型、孔隙结构3个方面的9个具体参数作为评价储层可动流体赋存状态的特征参数,解析影响可动流体赋存的主要因素。

3.1 物性的影响

研究区可动流体赋存特征与孔隙度、渗透率的关系如图6A、B所示。由图6A、B可知，其可动流体饱和度与渗透率的相关性较好,与孔隙度的相关性稍差,说明储层的可动流体受控于储层的渗流能力。研究区Ⅲ类孔隙结构8号样品具有平均值以上的孔隙度(7.71%),但可动流体饱和度仅为24.37%,分析认为，由于某些大孔隙是孤立的死孔隙,较大的孔隙被发育的黏土矿物(绿泥石、高岭石)充填或堵塞,形成较多的晶间孔管束状微小喉道(见图1),从而导致其连通性变差，渗透率下降,可动流体饱和度降低。

3.2 孔隙类型的影响

由图6C可知,研究区总面孔率和晶间孔+微裂隙面孔率与可动流体饱和度相关性较差,粒间孔与可动流体饱和度的相关性最好,相关系数为0.607 1,说明粒间孔发育对面孔率的贡献能力较大;而溶蚀孔隙与可动流体饱和度的相关性稍差一些,相关系数为0.338 2,分析认为，大多数长石、岩屑溶蚀后形成的孔隙为孤立的溶蚀孔隙,部分被方解石交代或黏土矿物充填,降低了面孔率,增大了孔喉匹配的复杂性。因此,研究区长7储层发育的粒间孔及溶蚀孔隙有效面孔率可作为可动流体饱和度评价的重要参数之一。

图6 可动流体饱和度与物性、面孔率的关系Fig.6 Relationship between movable fluid saturation and physical properties and face ratio

3.3 孔隙结构的影响

3.3.1 孔喉半径 研究区长7储层可动流体饱和度与平均孔隙半径相关性较差(见图7A),与孔喉半径相关性较好(见图7B),说明流体在储层孔隙中是否流动并不是由孔隙大小决定的,而是受控于孔喉的大小。Ⅰ类144号样品,平均孔隙半径最小,但平均孔喉半径较大,以发育中—大孔隙的粒间孔缩颈型喉道为主,较大的喉道半径增强了孔隙之间的连通性,极大限度地降低了束缚水饱和度。由图7C可知,研究区可动流体饱和度与平均孔喉半径比呈较好负相关性,平均孔喉半径比值越小,可动流体饱和度越高。结合前述结果(见表1)可知,Ⅲ类孔隙结构样品的孔喉半径比值最大,匹配模式为小喉道大孔隙,增大了毛细管排驱压力及渗流阻力,使储层内流体的流动产生卡断,束缚程度加剧,可动流体饱和度降低。分析认为,喉道半径和孔喉匹配关系是反映流体可动能力的关键参数。

图7 可动流体饱和度与孔喉半径的关系Fig.7 Relationship between movable fluid saturation and pore-throat radius

3.3.2 孔喉体积 单位有效孔隙和有效喉道体积反映了储层空间内流体赋存和流通能力(见图8A、B)。由图8A，B可知，可动流体饱和与单位有效孔隙体积成正相关性,相关系数0.635 5,与单位有效喉道体积相关系数为0.444 1,较前者差一些。这说明在特低渗致密油储层中,孔隙结构复杂、孔喉组合关系多样的特点导致了单位有效孔隙体积对可动流体赋存具有更强的控制力,有效孔隙体积越大,孔隙空间内赋存的可动流体含量就越多,而喉道内则多为束缚态流体。因此,孔喉体积大小是影响可动流体赋存特征的重要因素。

3.3.3 孔喉分布 喉道半径的分布情况可用喉道半径分选系数来表征。研究区相对分选系数与可动流体饱和度呈较好的正相关性(见图8C),相对分选系数越大,有效喉道半径分布范围越广(见图4),其大喉道分布相应增多,易形成有效的孔喉网络,促使储集层渗流能力增强,可动流体饱和度增大。由此可见,孔喉分布对可动流体赋存特征也具有重要的影响。

图8 可动流体饱和度与有效孔喉体积、喉道分布的关系Fig.8 Relationship between movable fluid saturation and effective pore-throat volume and throat distribution

4 结论

1)研究区长7储层岩石类型主要为细粒—极细粒的长石砂岩和长石岩屑砂岩,岩性致密,物性较差,面孔率低,孔喉复杂且组合类型多样。

2)根据延长油田勘探开发经验,结合恒速压汞及可动流体饱和度特征将研究区孔隙结构划分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三种类型。Ⅰ类为中大孔隙结构,排驱压力低,喉道半径负偏态分布偏向高值,T2谱为主峰偏右的单峰型,孔喉匹配关系为粒间孔缩颈型喉道型,喉道半径大,孔喉半径比值小,可动流体饱和度明显高于束缚态流体,是研究区渗流能力最好的储层;Ⅱ类为微中孔隙结构,排驱压力较Ⅰ类高,喉道半径近正态分布,T2谱为左高右低峰双峰型,主要为粒间孔片状、弯片状喉道和溶蚀孔片状、弯片状喉道组合类型,可动流体饱和度与束缚态流体相当；Ⅲ类为微细孔隙结构,排驱压力最高,喉道半径正偏态分布稍偏向低值区域,T2谱接近主峰偏左的单峰型,发育晶间孔管束状喉道,喉道半径小,孔喉比大,渗流能力差。其中，Ⅱ类孔隙结构在研究区分布较广,是目前及未来延长油田勘探开发的重点。

3)储层物性、孔喉类型、孔隙结构是影响可动流体赋存特征的3大因素,不可单一地用来评价储层的可动流体赋存特征。喉道半径大小、分布形态及有效孔隙喉道体积是影响可动流体赋存特征的主要因素,大喉道所占比例越多,孔喉半径比越小,喉道分选系数越大,储层渗流能力越强,可动流体饱和度越高。