蘇東南地區盒8段儲層微觀孔隙結構特征研究

雒婉瑩,孫衛,龐振宇,張瑞 (西北大學地質學系,大陸動力學國家重點實驗室,陜西西安 710069)

喬宏亮 (中石油長慶油田分公司第二采油廠樊家川作業區,甘肅慶陽 745700)

蘇東南地區盒8段儲層微觀孔隙結構特征研究

雒婉瑩,孫衛,龐振宇,張瑞 (西北大學地質學系,大陸動力學國家重點實驗室,陜西西安 710069)

喬宏亮 (中石油長慶油田分公司第二采油廠樊家川作業區,甘肅慶陽 745700)

采用物性分析、掃描電鏡、鑄體薄片、高壓壓汞、恒速壓汞等技術綜合對鄂爾多斯盆地蘇東南地區盒8段儲層孔隙結構特征進行了研究,探討了該區低孔低滲的原因。研究結果表明,孔隙類型主要為溶孔、晶間孔;孔隙類型組合主要是溶孔-晶間孔及晶間孔-溶孔。喉道類型、大小及喉道分布控制著儲層的滲透性。樣品的孔隙分布范圍不大,主要分布于100～200μm;喉道半徑主要介于0.2～1.5μm;孔喉半徑比分布范圍介于100～350μm。孔隙結構非均質性強、孔隙類型多樣、喉道細小是儲層滲透性差的主要原因。

蘇東南地區;微觀孔隙結構;低滲透氣藏;孔喉

蘇里格氣田位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡西北部,是個復雜的大型氣田,主要產氣層位是中二疊統下石盒子組(P2h)盒8段,儲層低孔、低滲、低豐度且非均質性強,已成為制約天然氣開發的主要因素[1-2]。筆者采用各種巖心分析測試方法對研究區儲層孔隙結構進行分析,并探討造成該種孔隙結構的影響因素,為深入探討低滲透砂巖氣藏儲層的微觀孔隙結構特征,利用掃描電鏡技術、壓汞技術對取自蘇東南地區盒8段儲層的巖心樣品進行測試分析,從微觀角度揭示該類儲層的孔隙結構特征,以期為該區天然氣勘探開發和天然氣儲層綜合評價研究提供理論依據。

1 巖石學特征

通過鏡下薄片觀察,認為蘇東南地區盒8段儲層砂巖類型以巖屑石英砂巖、巖屑砂巖為主,極少量巖屑長石砂巖和石英砂巖。按粒度劃分,砂巖類型以中-粗粒、粗粒砂巖為主,其次為巨-粗粒砂巖,極少量細粒砂巖,碎屑顆粒分選好,磨圓度較差,以次棱角狀為主,膠結類型以孔隙式為主[3]。

研究區盒8段砂巖類型主要為石英砂巖和巖屑石英砂巖,其中盒8上亞段石英含量46.0%～83.0%,平均71.3%;巖屑含量2.0%～26.0%,平均11.6%;缺少長石;巖屑主要以變質巖巖屑為主,平均含量達到13.0%,其次為火山巖巖屑,平均含量3.25%;盒8下亞段石英含量36.0%～88.0%,平均69.2%;巖屑含量1.0%～42.0%,平均12.5%;缺少長石;巖屑主要以變質巖巖屑為主,平均含量14.35%,其次為火山巖巖屑,平均含量3.95%,沉積巖巖屑極少見。

2 物性特征

蘇東南地區盒8段孔隙度為4.45%～10.28%,平均8.49%,主要集中在5%～9.5%,累計頻率達到70%(見圖1(a));滲透率為0.09～1.67m D,平均0.23m D,主要集中在0.15～0.8m D,累計頻率達到72%(見圖1(b))。

從孔隙度與滲透率相關性(見圖1(c))可以看出,隨孔隙度增大,滲透率也增大,總體上孔隙度與滲透率呈正相關,滲透率在一定程度上受孔隙發育程度的控制。不同樣品孔、滲關系的差異在于巖石的微觀孔隙結構,特別是喉道的幾何形狀、大小和分布。對于致密砂巖儲層,微觀孔隙結構復雜,孔隙的大小與分布不是影響儲層滲流能力的唯一因素,因此,對儲層的微觀孔隙結構進行定性地評價和定量的分析顯得尤為重要[4]。

圖1 儲層物性

3 微觀孔隙結構特征

通過對蘇東南地區下石盒子組盒8段儲層巖石樣品進行鑄體薄片和掃描電鏡分析研究,研究區盒8段孔隙主要為溶孔和晶間孔,粒間孔和微裂縫不常見(見表1和圖2(a)),孔隙組合類型主要有晶間孔、晶間孔-溶孔、溶孔-晶間孔(見圖2(b))。不同類型孔隙組成的儲集空間,其滲透性相差較大。若儲層中的溶蝕孔與粒間孔相連通,則為較好的儲集空間,若溶蝕空與較大粒間孔等孔隙連通,則對滲透率的貢獻小。

表1 研究區盒8段孔隙類型

圖2 盒8段孔隙分布圖

1)溶孔 溶蝕作用是鄂爾多斯盆地砂巖氣藏儲層形成孔隙最有利的成巖作用[5]。溶蝕孔主要類型包括巖屑溶孔和長石溶孔,溶孔中殘余絲狀伊利石。巖屑溶孔在研究區目的層普遍發育,是該區最重要的儲集空間之一。面孔率介于0.20%～3.20%,平均1.64%。整體上長石溶孔在目的層不太發育。

2)晶間孔 晶間孔基本上為自生和蝕變高嶺石晶間孔隙,主要由重結晶作用形成。高嶺石結晶粗大,晶間孔較發育,常見于粗-中粒巖屑砂巖。

3)粒間孔及微裂縫 粒間孔及微裂縫在研究區目的層發育較差,粒間孔平均含量僅為0.20%,而微裂縫只在靖42-21井(3067.45m)中見到,其余均不發育微裂縫。

圖3 盒8段典型毛管細壓力曲線分類圖

3.2 毛細管壓力曲線及孔喉分布特征

盒8段儲層屬典型的低孔低滲儲層,儲層的毛細管壓力普遍偏高[6-7],據研究區盒8段儲層20塊代表性的巖石樣品壓汞數據和相應的毛管細壓力曲線圖分析發現:排驅壓力、孔喉分布歪度、分選性和最大進汞飽和度是控制儲層毛管細壓力曲線形態的主要因素。根據這些參數以及相應的毛管細壓力曲線形態,將研究區毛管細壓力曲線分為Ⅰ類、Ⅱ類、Ⅲ類和Ⅳ類4種類型(見圖3)。

1)Ⅰ類 毛細管壓力曲線平臺段明顯,相對地偏向圖的左下方,歪度系數平均為1.59,孔喉分選較差,分選系數(平均值2.57)和均值系數(平均9.77)較小,變異系數(平均值0.26)較大,是因為在整體孔喉半徑較小的背景下儲層發育較多的大孔喉,如巖屑溶孔。此類毛細管壓力曲線所代表的儲層物性好,平均孔隙度大于10%,平均滲透率大于1mD,表明儲層的儲集能力和滲流能力較好。

2)Ⅱ類 毛細管壓力曲線平臺段較明顯,相對地偏向圖的左下方,歪度系數平均為1.75,孔喉分選較差,分選系數(平均2.31)和均值系數(平均11.53)較小,變異系數(平均0.21)較大,大孔喉的發育程度較Ⅰ類儲層少。孔喉連通性一般,排驅壓力和中值壓力明顯增大。此類毛細管壓力曲線所代表的儲層物性較好,孔隙度介于9%～11%,滲透率介于0.4～0.8m D,儲集能力相對較好,滲流能力差異較大。

從氣的一本萬殊論出發，黃宗羲通過氣異性異的人、物之辨，確立了人在天地間的“中心”位置，如他說：“天地間祗有一氣，其升降往來即理也。人得之以為心，亦氣也。”[1](7冊，P42)這里，黃宗羲同樣繼承了其師劉宗周的思想，如劉宗周說：“盈天地間，皆萬物也。人其生而最靈者也。生氣齋于虛，故靈，而心其統也，生生之主也。”[1](8冊，P949)從氣到心的天人關系論，是劉、黃師徒二人對儒家天人合一論的一個新發展。

3)Ⅲ類 毛細管壓力曲線平臺段不明顯,相對地偏向圖的右上方,歪度系數平均為1.630,孔喉分選較差,分選系數(平均2.42)和均值系數(平均10.98)較小,變異系數(平均0.22)較小,大孔喉的發育程度與Ⅱ類儲層相似。孔喉半徑較小,最大孔喉半徑和中值半徑較Ⅱ類儲層減小。孔喉連通性較差,排驅壓力和中值壓力較大,最大進汞飽和度較高。該類毛細管壓力曲線所代表的儲層物性較差,孔隙度介于7%～10%,滲透率介于0.2～0.7m D,儲集能力相對較好,滲流能力相對較差。

4)Ⅳ類 毛細管壓力曲線平臺段不發育,相對地偏向圖的右上方,歪度系數平均為1.576,孔喉分選較好,分選系數(平均2.72)較大,均值系數(平均11.24)較大,變異系數(平均0.24)較小,大孔喉基本不發育。孔喉半徑較小,且分布范圍較窄,最大孔喉半徑和中值半徑較前3類儲層明顯減小。孔喉連通性較差,排驅壓力和中值壓力明顯增大,最大進汞飽和度較低。此類毛細管壓力曲線所代表的儲層物性差,孔隙度介于6%～9%,滲透率介于0.2～0.3m D,儲集能力和滲流能力最差。

3.3 孔隙類型及特征

恒速壓汞孔隙半徑分布如圖4所示,7塊樣品的孔隙半徑平均值分布區間十分接近,根據羅蟄潭孔隙大小分類標準,蘇里格氣田東南部致密砂巖儲層的孔隙屬于大孔隙(見圖4),且孔隙大小和分布區間基本相似,主要孔隙半徑分布區間均介于100～200μm,可以發現主要孔隙半徑呈雙峰,具有多種孔隙類型,分選性較差,只有7號樣品呈現單峰,說明7號樣品孔隙性良好。

3.4 喉道類型及特征

巖石顆粒間連通孔隙的狹窄空間稱為喉道。油氣在儲層中的運移或被驅替都要受喉道的控制[8]。喉道的大小、分布以及幾何形狀,是影響儲層儲集能力和滲流能力的關鍵因素。喉道的大小和形態主要取決于巖石顆粒的接觸關系和膠結類型,以及顆粒的大小和形狀[9]。根據鑄體薄片和掃描電鏡分析,因研究區壓實作用強烈,造成目的層喉道類型主要以管束狀喉道為主,同時還有點狀喉道及片狀喉道。

喉道半徑越大則滲流的通道越寬,根據喉道半徑分類標準,蘇里格氣田東南區盒8致密砂巖儲層大部分為細喉道,少量為中喉道和極細喉道,無粗喉道。各樣品的恒速壓汞喉道半徑分布對比如圖5所示,可以看出喉道半徑分布形態差異較大。喉道主要集中在0.2～1.5μm,呈現的是單峰趨勢,喉道單峰分布以一種孔隙類型為主,分選較好。

圖4 孔隙半徑頻率分布圖

圖5 喉道半徑頻率分布圖

圖6 孔喉半徑比頻率分布圖

3.5 孔喉相關性特征

1)孔喉半徑比 孔喉體積比可反映儲層的孔隙和喉道相對空間的大小,孔喉半徑大小之比可反映儲層的層內非均質性,其值越大說明儲層的孔隙越大、喉道越小,孔喉半徑比越小,說明儲層的孔隙與喉道大小越接近,儲層樣品越均質[10-11]。孔喉半徑比頻率分布圖(見圖6),可以得出孔喉比主要分布在100～350之間。

2)孔喉與物性之間的關系從孔隙半徑平均值與物性關系(見圖7(a))可以看出孔隙半徑與孔隙度、滲透率的相關性很差,基本沒什么規律;但是喉道半徑平均值與物性關系比較好,與孔隙度、滲透率均呈正相關(見圖7(b))。

孔喉半徑比平均值與物性的相關關系(見圖7(c)),孔喉半徑比平均值與孔隙度和滲透率之間呈明顯的負相關關系。樣品的孔喉半徑比分布范圍比較集中,介于100～290之間,隨著滲透率孔隙度的增大,孔喉半徑比平均值分布于高值區的比例減小。

4 結論

1)盒8段儲層孔隙主要以溶孔和晶間孔為主,粒間孔及微裂縫不太發育;孔隙組合類型主要以晶間孔-溶孔、溶孔-晶間孔為主。

2)盒8段儲層孔隙結構具有“大孔隙、小喉道、微裂縫不發育、孔喉連通性差”的特點,而不同滲透率樣品的孔隙半徑大小及分布差別不大,主要集中分布于100～200μm范圍內;喉道半徑比分布范圍介于0.2～1.5μm,孔喉半徑比平均值介于100～350之間。

圖7 孔喉與物性之間的相關關系

3)研究區盒8段儲層物性較差,非均質性較強,孔隙結構類型可分為Ⅰ類、Ⅱ類、Ⅲ類和Ⅳ類4種類型,4種孔隙結構類型的儲集空間組合類型依次變差。恒速壓汞試驗表明,滲透性的差異主要表現在喉道的大小以及分布,由此可見該類儲層好壞主要受喉道的影響,喉道是決定該區開發效果的關鍵控制因素。

4)該研究依據恒速壓汞所測定的微觀孔喉參數特征,并結合高壓壓汞所測的毛管細壓力曲線形態的特征,將研究區盒8段微觀孔隙結構分為4類:Ⅰ類為好儲層;Ⅱ類為較好儲層;Ⅲ類為差儲層;Ⅳ類為非儲層。

[1]王瑞飛,陳明強,孫衛.鄂爾多斯盆地延長組超低滲透砂巖儲層微觀孔隙結構特征研究[J].地質論評,2008,54(2):270-276.

[2]楊縣超,張林,李江,等.鄂爾多斯盆地蘇里格氣田儲層微觀孔隙結構特征[J].地質科技情報,2009,28(3):73-76.

[3]龐振宇,孫衛,李進步,等.低滲透致密氣藏微觀孔隙結構及滲流特征研究:以蘇里格氣田蘇里格氣田蘇48和蘇120區塊儲層為例[J].地質科技情報,2013,32(4):133-138.

[4]王瑞飛,陳明強,孫衛.特低滲透砂巖儲層微觀孔隙結構分類評價[J].地球學報,2008,29(2):213-220.

[5]吳小斌,侯加根,孫衛.特低滲砂巖儲層微觀結構及孔隙演化定量分析[J].中南大學學報(自然科學版),2011,42(11): 3439-3444.

[6]孫衛,楊希濮,高輝.溶孔-粒間孔組合對超低滲透儲層物性的影響——以西峰油田慶陽區長8油層為例[J].西北大學學報(自然科學版),2009,39(3):507-509.

[7]Aguilera R.Ⅰncorporating capillary pressure,pore throat aper-ture radii,height above free-water table,and Winlandr35val-ues on Pickett plots[J].AAPG Bulletin,2002,86(4):606-624.

[編輯]辛長靜

TE122.2+3

A

1673-1409(2014)26-0040-05

2014-03-12

雒婉瑩(1989-),女,碩士生,現主要從事于油氣田地質與開發方面的研究工作。