——以鄂爾多斯盆地蘇里格氣田為例"/>
999精品在线视频,手机成人午夜在线视频,久久不卡国产精品无码,中日无码在线观看,成人av手机在线观看,日韩精品亚洲一区中文字幕,亚洲av无码人妻,四虎国产在线观看 ?任大忠 ,周兆華 ,梁睿翔 ,周 然 ,柳 娜 ,南郡祥
(1.西安石油大學石油工程學院,西安710065;2.西北大學大陸動力學國家重點實驗室,西安710069;3.中國石油勘探開發研究院廊坊分院,河北廊坊065007;4.中國石油長慶油田分公司第八采油廠,西安710021;5.中國石油川慶鉆探工程有限公司鉆采工程技術研究院,西安710021;6.低滲透油氣田勘探開發國家工程實驗室,西安710018;7.中國石油長慶油田分公司勘探開發研究院,西安710018)
致密砂巖氣藏是典型的非常規油氣資源,在勘探開發上已取得了突破性進展。由于致密砂巖氣藏具有復雜的微-納米孔喉系統構成的儲集空間,相對于常規儲層該類油氣運移-聚集復雜程度高[1-3]。黏土礦物作為致密砂巖氣藏重要的成巖期產物之一,其類型、產狀及各不同組分比例等在儲層孔隙結構的評價、滲流規律推導、儲層儲集能力評估、開發方案制定及油氣藏“甜點”預測等方面具有重要意義[4-5]。黏土礦物是致密砂巖氣藏主要的填隙物之一,由于其類型多樣、結構復雜及數目相對龐大,使原本細小的孔喉很容易被黏土礦物充填,儲集空間進一步復雜化且滲流規律更加難尋[6-7]。
近年來,國內外已有許多學者開展了關于黏土礦物對儲層物性、孔隙結構、滲流規律等方面的影響研究,如Stroker等[8]研究認為,復雜化學作用下產生的黏土礦物可以導致孔隙類型及連通性發生變化;Keller等[9]認為低黏土含量樣品孔隙度與滲流門檻相近,而高黏土含量的樣品孔隙度通常低于滲流門檻;Desbois等[1]認為顆粒支撐的儲層黏土礦物直徑通常為幾納米至幾微米;Sakhaee-Pour等[10]證實了隨著黏土礦物含量的增加,儲層滲流規律發生明顯變化,具體表現在滯留環變小及連通性改善;Zapata等[11]認為黏土礦物通常具有較大的比表面積,連續分布,內部相互連通且對應于較高的退汞率,能夠提供具有較大潛力的儲集空間;Xiao等[12]基于壓實作用及黏土礦物膠結,將致密砂巖儲層劃分為3種類型:壓實型、膠結破壞孔隙型及混合型,認為黏土礦物對儲層的控制并不能簡單局限于阻塞孔隙空間及破壞滲流通道;Zhao等[13]認為黏土礦物晶間孔是致密砂巖儲層儲集能力及基質滲流能力重要的貢獻者之一。黏土礦物的相對含量是控制微觀孔隙結構及物性的重要參數[14]。因此,準確評價致密砂巖氣藏黏土礦物的賦存性質及其對儲層性質的影響,可為今后的生產實踐提供理論依據。

圖1 蘇里格氣田位置Fig.1 Structural location of Sulige Gas Field
鄂爾多斯盆地蘇里格氣田橫跨伊陜斜坡、伊蒙隆起及天環凹陷(圖1),是該盆地重要的天然氣富集區之一。其中,二疊系上石盒子組、下石盒子組及山西組是該區主要的含氣層系,蘇里格氣田屬于典型的“低孔、低滲、低壓、低豐度”氣田,儲層常規孔隙度<10%,常規滲透率<1 mD,整體物性致密且微觀非均質性強[15-16]。二疊系上石盒子組、下石盒子組及山西組儲層主要為河流相沉積,地溫梯度約為 30.3 ℃/100 m,壓力系數約為 0.86[17]。上、下石盒子組主要為中粗砂巖、中細砂巖夾泥巖,山西組發育少量煤線。本次研究的15塊樣品主要來源于蘇里格氣田蘇48井區二疊系盒8段、山1段。
盒8段含氣砂巖段共9塊樣品,其中7塊為巖屑砂巖,另2塊為巖屑石英砂巖,粒度分選中等,主要為中粗砂巖、中細砂巖及少量含礫砂巖,氣測孔隙度為6.50%~15.20%,平均為9.75%;氣測滲透率為0.084~1.416 mD,平均為0.362 mD;黏土礦物體積分數為2.18%~13.57%,平均為6.79%,且以伊利石、高嶺石(表1)為主。山1段含氣砂巖段共 6塊樣品,其中4塊為巖屑砂巖,另2塊為巖屑石英砂巖,粒度分選中等,主要為中粗砂巖、中細砂巖及少量含礫砂巖,氣測孔隙度為7.40%~18.30%,平均為10.51%;氣測滲透率為 0.065~0.586 mD,平均為0.275 mD,黏土礦物體積分數為2.14%~10.32%,平均為5.13%,且以伊利石、高嶺石(表1)為主。由表1統計表明,15塊樣品孔隙度及滲透率較低、顆粒分選中等、黏土膠結物含量較高,盒8段和山1段均屬于典型的致密砂巖[18],所選取的樣品滲透率差異較大,表明不同滲透率級別的樣品儲層孔喉結構和滲流規律定量表征難度較大。

表1 蘇里格氣田致密砂巖樣品巖性、物性及黏土礦物統計Table 1 Lithologies,properties and clay minerals of tight sandstone samples in Sulige Gas Field
本次實驗測試分析主要依托西安石油大學“西部低滲-特低滲透油田開發與治理教育部工程研究中心”,并利用基礎地質和實驗分析,在垂直于巖心柱方向鉆取15塊巖心(長度約為5.0 cm,直徑約為2.5 cm及碎樣塊)。采用蒸餾法將巖心放置于裝有酒精和三氯甲烷混合溶液的洗油儀中,在110℃下蒸餾150 h除去樣品中的殘留瀝青。
再將洗油后的巖心制備成長為4.0 cm,直徑為2.5 cm的樣品,采用覆壓孔滲儀(CM300)測量樣品的孔隙度和滲透率,對平行樣品,采用多功能顯微鏡與圖像分析軟件(Leica DM4500),以及場發射環境掃描電子顯微鏡與圖像分析軟件(MAIA3 LMH)鑒定樣品巖石粒度、礦物、孔隙、黏土礦物等。檢測完的樣品抽真空飽和地層水,采用MesoMR23-60 H-I型低場核磁共振儀進行核磁共振測試。對于測試完核磁共振的樣品采用高壓壓汞儀(PoreMaster 33)進行高壓壓汞測試,本次實驗最大進汞壓力為200 MPa,根據Washburn公式,設定表面張力(γ)為 0.485 J/m2,汞與礦物顆粒接觸角(θ)為140 °,則最小孔喉半徑(γ)對應于 3.675 nm[19-20]。
對15塊樣品分別取200 g,并粉碎至1 mm以下,再利用多功能顯微鏡和場發射環境掃描電子顯微鏡進行鑒定,結果發現,黏土礦物大多數顆粒粒徑均小于 2.0 μm,部分顆粒粒徑為 2.0~10.0 μm。因此,依據石油天然氣行業標準[21],選取 2.0 μm 和10 μm的粒徑開展對比實驗。分別采用激光粒度儀(Mastersizer 2000),測試懸浮溶液中顆粒粒徑的分布特征;采用X射線衍射儀(D8 Focus)測試15塊樣品中的黏土礦物類型及相對含量;利用林西生等[22]的沉積巖黏土礦物XRD分析軟件解讀圖譜計算2 μm和10 μm提取物黏土礦物相對含量。
基于鑄體薄片、掃描電鏡及X射線衍射分析結果,對蘇里格地區樣品開展黏土礦物形態特征及含量的研究。結果表明:伊利石、高嶺石、綠泥石及伊/蒙混層是研究區主要的黏土礦物類型(表1,圖2);黏土礦物體積分數為2.14%~13.57%,平均為6.13%(表 1)。

圖2 蘇里格氣田致密砂巖樣品電鏡特征和黏土的E片圖譜Fig.2 Distribution characteristics in SEM,thin section and diffractograms of clay minerals of tight sandstone samples in Sulige Gas Field
研究區伊利石主要呈板片狀、絲縷狀或搭橋狀[圖3(a)—(b)],體積分數為 0.12%~9.28%,平均為3.07%(表1)。伊利石在該區致密砂巖儲層中起破壞性作用,即填充孔隙縮窄喉道,導致儲層性質急遽變差。
高嶺石是研究區含量僅次于伊利石的黏土礦物,體積分數為0.12%~5.92%,平均為1.86%(表1)。高嶺石是溶蝕作用的直接產物之一,在薄片下常常可見長石或巖屑溶蝕孔相伴而生;掃描電鏡下高嶺石主要呈片狀及書頁狀,連續分布,充填孔隙導致儲層性質變差[圖3(c)—(d)]。
蘇里格地區致密砂巖氣藏伊/蒙混層中混層比通常>90%,主要呈片狀產出[圖3(e)],體積分數為0.07%~2.38%,平均為0.64%(表1)。該區伊/蒙混層主要起到充填孔隙、破壞儲層的作用,但由于含量低,相對于伊利石而言對儲層的破壞作用較小。
綠泥石在蘇里格地區致密砂巖氣藏中含量最低,體積分數為 0~2.17%,平均為0.56%(表 1),主要呈鱗片狀產出,具有2種產狀形式:包膜狀綠泥石及充填型綠泥石。包膜狀綠泥石主要覆蓋在礦物顆粒表面,在一定程度下能抑制壓實作用,防止后續膠結作用破壞孔隙[圖3(f)];充填型綠泥石直接占據孔隙空間,降低粒間孔隙比例,雖然綠泥石本身能提供少量儲集空間[12],但與粒間孔隙相比所能貢獻的空間太小,且基本不具有滲流能力。
利用表1黏土礦物數據,并結合圖2分析表明:高嶺石、伊利石、綠泥石黏土礦物粒徑均大于2.0 μm,而且所占比例較高。樣品在粒徑為10 μm的提取物中的高嶺石、伊利石、綠泥石及石英含量均明顯高于粒徑為2.0 μm的提取物。表明采用粒徑為2.0 μm標準的提取物不能準確地表征黏土礦物的含量和分布特征。

圖3 蘇里格氣田致密砂巖氣藏高壓壓汞毛細管壓力曲線Fig.3 High pressure mercury capillary pressure curves of tight sandstone gas reservoirs in Sulige Gas Field
鏡下鑒定結果表明,蘇里格地區致密砂巖氣藏孔隙類型主要包括粒間孔、溶孔(長石溶孔及巖屑溶孔)及黏土礦物晶間孔。其中,粒間孔是半徑最大的孔隙類型,其直徑通常為40~100 μm(圖2),部分孔隙甚至達到200 μm(圖2),對儲集性及滲流能力的貢獻較大。溶孔包括長石及巖屑溶孔,主要由酸液對礦物顆粒的腐蝕而產生,半徑跨度較大,通常為5~200 μm,部分甚至出現整個礦物顆粒被溶蝕而形成鑄模孔[圖2(c)]。黏土礦物晶間孔是研究區主要的孔隙類型,伊利石、高嶺石、伊/蒙混層及綠泥石礦物均能形成晶間孔(圖2)。晶間孔僅能提供有限的儲集能力且幾乎不具備滲流能力[23],因此該類孔隙的大量出現通常意味著儲層性質變差。
高壓壓汞作為典型的浸入式求取孔隙分布的研究手段通常被研究人員廣泛采用[24]。通過分析15塊樣品高壓壓汞參數和毛管曲線形態特征,將樣品分為Ⅰ類、Ⅱ類、Ⅲ類、Ⅳ類共4種孔喉類型(表2,圖3)。毛管壓力曲線的分布不均勻性及參數的強烈差異性,表明了致密砂巖氣藏孔隙結構的非均質性較強,因此,需要用分類評價來準確表征儲層的性質。
Ⅰ類孔喉以中—細微孔喉為主,占總樣品數的26.66%,其中盒8段與山1段儲層各占13.33%;排驅壓力為0.05~0.19 MPa,最大孔喉半徑為3.868~14.700 μm,中值孔喉半徑為 0.071~1.838 μm,分選系數為0.30~0.45;最大進汞飽和度為71.14%~93.89%,平均為 84.75%[表 2,圖 3(a)]。由表 1黏土礦物數據分析可知,黏土礦物體積分數為2.58%,伊利石為 0.43%,綠泥石為 0.26/%,高嶺石為1.76%,伊/蒙混層為0.13%。
Ⅱ類孔喉以細—微孔喉為主,占總樣品數的26.67%,其中盒8段儲層占20.0%,山1段儲層占6.67%;排驅壓力為0.44~0.72 MPa,最大孔喉半徑為1.021~1.671 μm,中值孔喉半徑為 0.104~0.243 μm,分選系數為0.18~0.20;最大進汞飽和度為89.81%~97.01%,平均為 92.63%[表 2,圖 3(b)]。由表 1黏土礦物數據分析可知,黏土礦物體積分數為5.77%,伊利石為2.74%,綠泥石為0.84/%,高嶺石為1.60%,伊/蒙混層為0.6%。
Ⅲ類孔喉以微孔喉為主,占總樣品數的33.33%,其中盒8段儲層占20.0%,山1段儲層占13.33%;排驅壓力為0.45~0.73 MPa,最大孔喉半徑為1.007~1.633 μm,中值孔喉半徑為 0.037~0.175 μm,分選系數為0.21~0.42;最大進汞飽和度為71.01%~88.49%,平均為 82.87%[表 2,圖 3(c)]。由表 1黏土礦物數據分析可知,黏土礦物體積分數為6.93%,伊利石為3.41%,綠泥石為0.75/%,高嶺石為2.09%,伊/蒙混層為0.68%。
Ⅳ類孔喉以吸附—微孔喉為主,占總樣品數的13.33%,其中盒8段儲層占6.67%,山1段儲層占6.67%;排驅壓力為1.8~1.9 MPa,最大孔喉半徑為0.387~0.408 μm,中值孔喉半徑為 0.063~0.104 μm,分選系數為0.2~2.0;最大進汞飽和度為85.53%~88.78%,平均為 87.16%[表 2,圖 3(d)]。由表 1黏土礦物數據分析可知,黏土礦物體積分數為11.95%,伊利石為8.14%,綠泥石為0.14%,高嶺石為2.03%,伊/蒙混層為1.64%。

表2 蘇里格氣田高壓壓汞參數統計Table 2 Parameters from pressure-controlled mercury intrusion analysis in Sulige Gas Field
核磁共振作為典型的非侵入式實驗手段,由于其對巖心不產生明顯的破壞作用,以及能夠在一定程度上反映原位孔隙結構,近年來為研究人員所使用[25-27]。圖 3(d)和圖 4(a)—(d)顯示:蘇里格地區致密砂巖氣藏核磁共振T2譜曲線分為左偏雙峰型、右偏雙峰型及單峰型,不同樣品峰值分布情況各不相同,左偏雙峰型在該區所占比例相對較高,表明該區儲層整體致密且雙孔隙型孔隙結構發育程度相對較高。以10 ms及100 ms為界限將孔隙劃分為3個區間(<10 ms,10~100 ms,>100 ms)[28],發現小孔隙所占比例最高(66.01%),中孔次之(27.79%),大孔最低(6.20%)(表3),表明致密砂巖氣藏中的微—小孔隙主導著整體的孔喉結構[圖3(d)和圖4(a)—(d)]。依照地區經驗值(13.895 ms)將可動與不可動流體分界線進行劃分[29],4類孔喉結構(Ⅰ類、Ⅱ類、Ⅲ類、Ⅳ類)對應的可動流體飽和度分別為66.15%,25.66%,11.78%和6.70%;對應的可動流體孔隙度分別為10.19%,2.59%,0.86%和0.49%。上述表明研究區致密砂巖氣藏屬于典型的低滲可動流體儲層[30]。

圖4 蘇里格氣田致密砂巖氣藏核磁共振T2弛豫時間分布Fig.4 NMR T2relaxation time distribution of tight sandstone gas reservoirs in Sulige Gas Field

表3 蘇里格氣田核磁共振參數統計Table 3 Parameters from NMR analysis in Sulige Gas Field
研究表明,黏土礦物類型及含量對儲層物性影響較大[9,12]。利用孔隙度及滲透率與黏土礦物絕對含量及單項黏土礦物含量關系研究發現,黏土礦物對致密砂巖氣藏儲集能力的貢獻明顯高于滲流能力[圖 5(a),(b)],黏土礦物總含量、伊利石及伊/蒙混層含量與孔隙度和滲透率呈一定的負相關性[圖5(c)—(f)]。整體而言,三者與孔隙度的相關性略好于滲透率,而綠泥石和高嶺石對物性的影響規律性不明顯[圖 5(b),(c),(e),(f)]。史洪亮等[30]、孟萬斌等[31]的研究均得出黏土礦物對儲層破壞作用明顯的結論。圖2和圖5同樣表明伊利石及伊/蒙混層能直接充填孔隙從而破壞儲層孔隙結構,降低儲層的儲集能力,但伊利石和伊/蒙混層對孔隙度和滲透率的影響相近,該結論與前人結論明顯相悖,其認為黏土礦物對滲透率的影響要強于孔隙度。產生的原因可歸結為2方面:一是伊利石和伊/蒙混層本身提供了廣泛發育的晶間孔,由于氦氣分子直徑細小,導致該部分空間能通過氦測孔隙度手段完全反映出來,使得所測量得到的孔隙度較高;二是伊利石的廣泛發育是長石溶蝕的間接證據[32-35],雖然伊利石充填了部分孔隙,但長石溶孔的出現在一定程度上改善了儲層孔隙,孔喉配位處被伊利石和伊/蒙混層分割降低了流體的滲流能力。由于伊利石為研究區主要黏土礦物類型,因此黏土礦物含量與伊利石基本一致[表 1,圖 5(b),(e)]。包膜式及充填式綠泥石與物性相關性不明顯[圖 5(b),(e)]。
高嶺石能直接充填孔隙導致儲集和滲流能力下降,同時高嶺石的出現通常伴隨著長石的溶蝕及次生石英的沉淀[32-35],導致其與物性的相關性較為復雜。因此,綠泥石和高嶺石與滲透率的低相關性證明,致密砂巖氣藏黏土礦物含量與滲流能力關系非常復雜,并非類似前人研究成果所表明的直接破壞儲層滲流能力[30-31],二者關系需要進一步探究。

圖5 蘇里格氣田致密砂巖氣藏黏土礦物含量與儲層物性的相關性Fig.5 Relationship between clay mineral contents and reservoir properties of tight sandstone gas reservoirs in Sulige Gas Field
對致密砂巖氣藏微觀孔隙結構進行準確表征和影響因素分析,是儲層合理開發及有效規劃的重要工作之一[36-37]。任大忠等[38]、周康等[39]研究表明,黏土礦物的充填對儲層微觀孔喉結構具有明顯的破壞作用,具體體現在孔喉空間減小、配置關系復雜、連通性降低、孔喉非均質性增強等方面,但與此同時,以往研究往往忽略了其他成巖作用對微觀孔喉結構的控制作用,因此,只能單憑黏土礦物含量與孔隙結構參數相關性來判斷二者的關系。對于致密砂巖儲層而言,壓實作用是影響蘇里格地區致密儲層微觀孔隙結構的主要因素之一[40],壓實強度對儲層起到改造作用,膠結物(本次研究僅關注黏土礦物)對儲層微觀孔隙結構產生影響。
深度越深通常對應著上覆地層壓力越大,導致儲層經受的壓實作用越強烈,因而埋深較大的樣品孔喉通常相對較小,而孔隙結構則相對均質。從圖6可以看出,黏土礦物含量與微觀孔隙結構參數關系復雜,為了闡明其關系,挑選出4類黏土礦物含量最高的樣品,其中S49樣品的伊利石和伊/蒙混層體積分數分別為9.28%和2.38%,Z451樣品的綠泥石體積分數為2.17%,D326樣品的高嶺石體積分數為5.92%,其對應的黏土礦物體積分數分別為13.57%,7.22%和8.28%,對應的中值壓力分別為11.75 MPa,3.81 MPa和 7.09 MPa,對應的最大進汞飽和度分別為85.53%,92.00%和97.01%。對比表明,伊利石和伊/蒙混層對儲層起到破壞作用,屬中晚期膠結的產物[41],而綠泥石膠結主要發生在早中成巖期,高嶺石主要發生在早成巖B期和中成巖階段的酸性環境中。
從圖6可以看出:深度由淺至深,黏土礦物總量與孔喉結構參數之間的變化關系具有較好的響應性;隨著黏土礦物(伊利石和伊/蒙混層)含量的增加孔喉偏向細歪度、分選性變差,表明黏土礦物由于其本身的均質性變化,導致孔喉的結構非均質性發生變化[41]。同時,黏土礦物在一定程度上能減緩壓實作用[12],使得一定量的大孔隙得以保存,孔喉偏向粗歪度。

圖6 蘇里格氣田黏土礦物體含量及高壓壓汞參數縱向分布Fig.6 Clay mineral content and longitudinal distribution of high pressure mercury intrusion parameters in Sulige Gas Field
致密砂巖儲層可動流體賦存特征在生產評價、開發工程設計、儲層精細描述等方面均具有重要意義[42-43]。蘇里格地區致密砂巖氣藏可動流體參數與黏土礦物含量均呈偏弱的負相關性,表明黏土礦物在一定程度上阻礙了儲層的可動流體運動的范圍與自由度。與此同時,可動流體飽和度及可動流體孔隙度與黏土礦物總量及各類黏土礦物含量均呈中等偏弱的趨勢(R2均高于0.7),一方面說明了孔喉結構的復雜性增加了黏土礦物評價儲層流體的難度,另一方面表明了儲層的這種現象與所采用的實驗手段有直接關系。
伊利石和伊/蒙混層與可動流體飽和度和可動流體孔隙度均呈較好的負相關性,而與綠泥石和高嶺石之間規律不明顯,表明不同類型的黏土礦物含量、晶體結構、分布特征的差異性對致密砂巖全尺度孔喉的表征和流體賦存特征的影響不可忽略。因此,評價黏土礦物對可動流體賦存特征的影響是校正可動流體參數及儲層評價的重要工作。本次研究采取的手段如下:
由于蘇里格地區致密砂巖儲層黏土礦物中僅有伊利石和伊/蒙混層,且具有親水性,因此統計二者的相對含量之和(S)為
S=Si+SI/S(1)
式中:Si為伊利石相對含量,%;SI/S為伊/蒙混層相對含量,%。由于僅有這2種黏土礦物能賦存流體,因此,將巖樣中所有孔隙均等效為被伊利石或伊/蒙混層包裹的孔隙。

式中:Sm為可動流體飽和度,%;τs為可動流體飽和度指數,該數值乘以氣測孔隙度φ,即為可動流體孔隙度指數τp。

修正指數與黏土礦物總含量及各類黏土礦物相關性明顯提高,對于可動流體而言,黏土礦物的出現減小了可動流體賦存的空間,尤其是親水型的伊利石及伊/蒙混層的出現對可動流體參數下降有直接的關系。
(1)伊利石、高嶺石、綠泥石及伊/蒙混層是研究區主要的黏土礦物類型,且含量依次降低;粒徑為10 μm提取物獲取的黏土礦物含量明顯高于粒徑為2.0 μm的提取物,證明了在蘇里格地區大粒徑黏土礦物所占總比例較高。
(2)粒間孔、溶孔(長石溶孔及巖屑溶孔)及黏土礦物晶間孔是研究區主要的孔喉類型;高壓壓汞及核磁共振結果顯示,儲層孔喉非均質性較強,小孔喉占主導地位。盒8段儲層主要為Ⅱ類和Ⅲ類孔隙結構,其次是Ⅰ類;山1段儲層主要為Ⅰ類和Ⅲ類孔隙結構,其次是Ⅱ類。總之,盒8段儲層品質略優于山1段儲層,微觀非均質性也強于山1段儲層。
(3)大面積發育的伊利石和伊/蒙混層對儲層物性和可動流體的影響遠高于綠泥石和高嶺石,表現出中等偏強的負相關性;伊利石和伊/蒙混層填充孔隙和分割孔喉降低了儲集空間和孔喉的連通性,同時也可作為溶孔出現的間接證據。黏土礦物絕對含量與滲流能力關系非常復雜,并非前人研究成果所表明的直接降低儲層的滲流能力。
(4)可動流體修正指數充分考慮了黏土礦物的親水性對儲層可動流體賦存特征的影響,伊利石及伊/蒙混層的大量出現嚴重壓縮了致密砂巖氣藏可動流體的賦存空間。