基于壓汞實驗資料研究低滲透儲層微觀特征——以鄂爾多斯盆地隴東地區(qū)長81儲層為例

孫瑛瑩

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基于壓汞實驗資料研究低滲透儲層微觀特征——以鄂爾多斯盆地隴東地區(qū)長81儲層為例

孫瑛瑩

(西安石油大學地球科學與工程學院，陜西西安 710065)

對鄂爾多斯盆地隴東地區(qū)長81低滲儲層21個樣品進行壓汞測試，主要從毛管壓力曲線形態(tài)、孔喉分布特征和孔隙結構分形特征三個方面對儲層微觀特征進行研究。根據(jù)毛管壓力曲線形態(tài)和壓汞參數(shù)，將研究區(qū)儲層分為四種儲層類型。根據(jù)孔喉分布直方圖的峰型、峰形寬窄和峰型高度研究了儲層的非均質(zhì)程度。通過數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，長81儲層分形維數(shù)和孔隙度、滲透率沒有負相關關系，說明低滲儲層微觀非均質(zhì)性和物性不是簡單的負相關關系。

隴東地區(qū)；長81儲層；孔喉分布；分形維數(shù)

1 研究區(qū)概況

隴東地區(qū)位于鄂爾多斯盆地西南部，構造上屬于陜北斜坡和天環(huán)向斜西南部。長8油層組形成于湖盆鼎盛期，該層砂巖儲層是盆地石油聚集最為集中的層位[1]。沉積以河流和三角洲為主，研究區(qū)發(fā)育上、下兩套巨厚層河流相和三角洲平原亞相的淺灰色灰質(zhì)中砂巖-細砂巖韻律層，層理構造發(fā)育，中間夾薄層泥巖和暗色泥巖。盆地的沉降中心位置為厚層泥巖和薄層砂巖互層[2]。長81儲層孔隙度2.86%～16.68%，平均孔隙度7.99%；儲層滲透率0.005×10-3~1.292×10-3μm2，平均滲透率0.180×10-3μm2。通過研究儲層宏觀非均質(zhì)性發(fā)現(xiàn)，長81儲層有較強層內(nèi)非均質(zhì)性，3個小層層間滲透率平均值接近，其小層的層間非均質(zhì)性較弱，另外長81儲層橫向非均質(zhì)性較強。研究區(qū)長81儲層的成巖作用以壓實和壓溶作用、膠結作用、充填作用、溶蝕作用為主，前三項為破壞性成巖作用，溶蝕作用為建設性成巖作用。依據(jù)儲層分類標準，長81儲層砂體為低孔-特低孔-超低孔、特低滲-超低滲儲層，其強非均質(zhì)性和復雜性的孔隙結構不利于油氣勘探開發(fā)[3]。

2 壓汞曲線形態(tài)

通過對鄂爾多斯盆地隴東地區(qū)壓汞資料的分析，主要參考排驅(qū)壓力、中值壓力、中值半徑和退汞效率四個參數(shù)對儲層進行分類研究，根據(jù)孔喉結構參數(shù)和壓汞曲線形態(tài)，將研究區(qū)儲層劃分為四種類型[4-5]。

Ⅰ類為低排驅(qū)壓力–中細喉型，巖性以中粒巖屑長石砂巖和長石巖屑砂巖為主。毛管壓力曲線中間平臺段較長，平臺段明顯，位置低（圖1），孔喉分選不太好。排驅(qū)壓力較小，小于0.3 MPa，中值壓力相對較小，小于1 MPa，孔喉中值半徑一般為0.6~1.2 μm，最大進汞量大于80%。具有Ⅰ類孔喉結構的地層為物性較好的儲層，在研究區(qū)分布較少。

Ⅱ類較低排驅(qū)壓力-細喉型，巖性以細-中粒巖屑長石砂巖和長石巖屑砂巖為主。毛管壓力曲線中間平臺段較長，位置較低，曲線形態(tài)分布集中（圖1），孔喉分選較好。排驅(qū)壓力較小，為1~2 MPa，中值壓力相對較小，為1~6 MPa，孔喉中值半徑一般為0.3~0.6 μm，最大進汞量為70%～80%。具有Ⅱ類孔喉結構的儲層物性比Ⅰ類儲層差，分布較少。

Ⅲ類較高排驅(qū)壓力-微細喉型，巖性以細巖屑長石砂巖和長石巖屑砂巖為主。毛管壓力曲線形態(tài)一致，中間平臺段短而陡，位置較高（圖1），孔喉分選較差。排驅(qū)壓力較大，為2~2.5 MPa，中值壓力相對較小，為6~10MPa，孔喉中值半徑一般為0.08~0.30μm，最大進汞量為50%~70%，具有Ⅲ類孔喉結構的地層為物性差的儲層，在研究區(qū)分布較廣泛。

Ⅳ類較高排驅(qū)壓力-微喉型，巖性以細巖屑長石砂巖和長石巖屑砂巖為主。毛管壓力曲線形態(tài)差異較大，沒有中間平臺段，曲線非常陡，曲線形態(tài)有差異（圖1），孔喉分選很差。排驅(qū)壓力大，為2~10 MPa，中值壓力為0，孔喉中值半徑小于0.08 μm，最大進汞量為10%~50%，具有Ⅳ類孔喉結構的地層為物性差的儲層，在研究區(qū)分布最為廣泛。

3 孔喉分布

根據(jù)李道品孔喉分類標準[5]，研究區(qū)長81儲層孔隙組合類型主要為大-中孔微喉型。喉道分為微細喉道、微喉道、吸附喉道，研究區(qū)喉道類型以微孔喉為主。喉道是孔隙系統(tǒng)中相對較小的、連通兩個孔隙的狹窄通道[6]。在同一儲層中，由于巖石的顆粒接觸關系、顆粒大小、形狀及膠結類型不同，其喉道的類型也不相同。通過觀察鏡下鑄體薄片，對孔喉分布直方圖形態(tài)進行分析，建立巖石模型（圖2），對一類儲層的鏡下孔喉特征，顆粒分布，巖石的非均質(zhì)程度進行刻畫。

圖1 鄂爾多斯盆地隴東地區(qū)長81壓汞曲線特征

圖2 鄂爾多斯盆地隴東地區(qū)長81儲層微觀特征

Ⅰ類儲層以中細喉為主，從鏡下薄片觀察發(fā)現(xiàn)，粒間孔較發(fā)育，長石溶蝕普遍，長石、石英均再生長，孔隙以中孔隙為主，喉道孔以隙縮小型為主，屬于中孔配細喉（圖2）。Ⅰ類儲層孔隙度8%~20%，滲透率為（0.1~10.0）×10-3μm2，孔喉分布直方圖屬于單峰型，峰形較寬，單峰高度顯著，峰值主要分布為5~50 μm，孔喉發(fā)育良好，非均質(zhì)程度弱，此類儲層占研究區(qū)儲層很小一部分。

Ⅱ類儲層以細喉為主，從鏡下薄片觀察發(fā)現(xiàn)，石英顆粒沿局部再生長，具粒間孔及長石溶孔，孔隙以中、小孔隙為主，喉道以孔隙縮小型、縮頸型為主，屬于小孔配細喉（圖2）。Ⅱ類儲層孔隙度為8%~11%，滲透率為（0.06~0.10）×10-3μm2，孔喉分布直方圖屬于明顯的單峰型，峰形較窄，單峰高度顯著，峰值主要分布為0.7~6 μm，孔喉發(fā)育較好。此類儲層孔隙度與滲透率分布集中，壓汞曲線形態(tài)也同樣接近，可能是因為采樣集中，距離較近。

Ⅲ類儲層以微細喉為主，從鏡下薄片觀察發(fā)現(xiàn)，顆粒分選不好，黏土發(fā)育，粒間孔連通性不好，孔隙以小孔隙為主，喉道以縮頸型、片狀為主，屬于小孔配微細喉（圖2）。Ⅲ類儲層孔隙度為4%~8%，滲透率為（0.02~0.10）×10-3μm2。孔喉分布直方圖屬于單峰型，峰形較窄，單峰高度不顯著，峰值主要分布為0.7～6.0 μm，有較強非均質(zhì)性。相較于Ⅱ類儲層，雖然峰值分布相近，但是Ⅲ類儲層單峰高度較低，說明孔喉分布更加分散。

Ⅳ類儲層以微喉為主，從鏡下薄片觀察發(fā)現(xiàn)，分選差，孔隙分布零星，過于致密使得鑄體很少壓入。孔隙以微小孔隙為主，喉道以縮頸型、片狀為主，屬于微小孔配微喉（圖2）。Ⅳ類儲層孔隙度為3%~6%，滲透率為（0.002~1.000）×10-3μm2，孔喉分布直方圖屬于多峰型，峰形寬，單峰高度不顯著，峰值主要分布在0.4~3.0 μm，說明孔喉分布分散，有較強非均質(zhì)性。Ⅳ類儲層分選差孔喉小，孔喉配置差，但是其中也有滲透率很高的樣品，說明在低滲儲層中，分選越差，滲流性能反而越好，這與常規(guī)儲層分選越好物性越好的特點相反。

4 分形特征

隨著對低滲儲層研究的進一步深入，需要更精細地表征孔喉分布，通過毛管壓力曲線、孔喉分布圖、觀察掃描電鏡和鏡下薄片等方法研究分形特征。分形概念的提出是對自然界中非規(guī)整幾何圖形規(guī)律的總結, 指連續(xù)的卻不可微的幾何維數(shù)嚴格超過拓撲維數(shù)的形態(tài)的集合[7]。

根據(jù)分形幾何原理, 如果儲層孔喉分布符合分形結構，儲層中孔徑大于的孔隙數(shù)目(大于)與有冪函數(shù)關系[8]，（）∝–D, 式中為分形維數(shù)。通過建立毛細管模型，綜合毛管壓力的定義和汞飽和度的定義，得到公式Hg=αc-（2-）

通過數(shù)學整理得：

若巖石樣品中的三維孔隙結構具有分形特征, 則汞飽和度與毛細管壓力之間應存在冪率關系，在雙對數(shù)坐標系下二者為一條直線，直線的斜率代表巖石樣品的分形維數(shù)，分形維數(shù)分布范圍越大，儲層非均質(zhì)性越強。按照上述方法，對研究區(qū)長81儲層的21塊巖石樣品分形維數(shù)進行計算，根據(jù)儲層分類標準，對分形維數(shù)和對應的巖石樣品物性關系進行研究[9]。

Ⅰ類儲層分形維數(shù)為2.073 3~2.441 8，2大于0.95（圖3），該類儲層代表相對高孔高滲的較好儲層，高孔隙度反而對應高分形維數(shù)值。

Ⅱ類儲層分形維數(shù)為2.017 5~2.639 0，2大于0.89，孔隙度滲透率接近分形維數(shù)卻相差很大，說明樣品非均質(zhì)程度差異很大。

Ⅲ類儲層分形維數(shù)為2.191 0~2.462 6，2大于0.96，低滲透率對應分形維數(shù)低值，非均質(zhì)程度低滲透率反而低，這與常規(guī)儲層相反。

Ⅳ類儲層分形維數(shù)為2.691 1~2.871 2，2大于0.90，高分形維數(shù)，滲透率也可以很大。長81儲層分形維數(shù)和孔隙度、滲透率沒有負相關關系，說明低滲儲層微觀非均質(zhì)性和物性不是簡單的負相關。

圖3 分形維數(shù)與物性散點圖

5 結論

（1）根據(jù)毛管壓力曲線形態(tài)、孔喉分選、排驅(qū)壓力、中值壓力、孔喉中值半徑和最大進汞量等參數(shù)，將研究區(qū)長81儲層分為四種類型：Ⅰ類為低排驅(qū)壓力-中細喉型，Ⅱ類為較低排驅(qū)壓力-細喉型，Ⅲ類為較高排驅(qū)壓力-微細喉型，Ⅳ類為較高排驅(qū)壓力-微喉型。

（2）孔喉分布直方圖峰型、峰形寬窄、峰形高度反映了儲層的非均質(zhì)程度，單峰型孔喉分布更加集中，峰形越寬孔喉的非均質(zhì)性越強。在低滲儲層中，分選越差，滲流性能反而好，這與常規(guī)儲層分選越好物性越好的特點相反。

（3）低滲儲層中，具有低孔高分形維數(shù)的儲層，有較強的非均質(zhì)性，滲流能力反而越好。通過數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，長81儲層分形維數(shù)和孔隙度、滲透率沒有負相關關系，說明低滲儲層微觀非均質(zhì)性和物性不是簡單的負相關關系。

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[9] 李云省，鄧鴻斌，呂國祥．儲層微觀非均質(zhì)性的分形特征研究[J]．天然氣工業(yè)，2002，22（1）：37–40，8．

編輯：趙川喜

1673–8217（2017）05–0084–04

TE122.2

A

2017–03–13

孫瑛瑩，1993年生，西安石油大學地球科學與工程學院在讀碩士研究生。

國家重大專項（2011ZX05044）。