致密砂巖儲(chǔ)層微觀孔隙結(jié)構(gòu)對(duì)可動(dòng)流體賦存特征的影響

惠 威，薛宇澤，白曉路，賈昱昕，王一飛，任大忠

(1.多相流國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710049；2.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司，陜西 西安 710200；3.自然資源部煤炭資源勘查與綜合利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710021；4.西安石油大學(xué)，陜西 西安 710065)

0 引 言

低滲透儲(chǔ)層孔隙度決定了流體儲(chǔ)存能力，喉道半徑?jīng)Q定流體在多孔介質(zhì)中的流動(dòng)效率，2個(gè)重要參數(shù)對(duì)微觀孔隙結(jié)構(gòu)及滲流能力起著決定性作用[1-2]。安塞油田杏河地區(qū)位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡中東部，該區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層是三角洲前緣亞相沉積，儲(chǔ)層孔隙度平均為10.6%，平均滲透率為0.63 mD，屬于典型低滲透儲(chǔ)層。前人針對(duì)該儲(chǔ)層做了大量研究工作，朱玉雙[3-4]等人認(rèn)為濁沸石溶孔是溶蝕孔隙的重要儲(chǔ)集空間，微裂縫對(duì)改善儲(chǔ)層滲透性貢獻(xiàn)并不明顯；鄭艷榮[5]等人認(rèn)為儲(chǔ)層屬于中孔、低滲儲(chǔ)層，喉道類型微細(xì)，孔隙連通狀況一般。對(duì)于微觀孔隙結(jié)構(gòu)與可動(dòng)流體賦存特征之間的關(guān)系研究相對(duì)薄弱。為了進(jìn)一步認(rèn)識(shí)儲(chǔ)層滲流能力、賦存空間等問題，運(yùn)用常規(guī)鏡下測(cè)試、壓汞實(shí)驗(yàn)、核磁共振、真實(shí)砂巖模型等實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，從微觀的角度討論杏河地區(qū)長(zhǎng)6油藏可動(dòng)流體賦存特征、分布規(guī)律及影響因素，為后期油藏高效開發(fā)提供有利的理論依據(jù)。

1 微觀孔喉特征

1.1 微觀孔喉類型

利用安塞油田杏河地區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層典型井巖心進(jìn)行掃描電鏡、鑄體薄片實(shí)驗(yàn)(圖1)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，杏河地區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層面孔率為6.0%～8.2%，孔隙類型以粒間孔為主，大量沸石溶孔、長(zhǎng)石溶孔發(fā)育并提供較大比例的面孔率，喉道類型以縮頸型喉道、管束狀喉道為主，孔喉配位數(shù)較低。

圖1 安塞油田杏河地區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層孔隙、喉道類型

1.2 孔隙、喉道分布特征

以前期的物性測(cè)試、掃描電鏡、鑄體薄片實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，考慮到沉積類型、砂體展布方向、孔隙發(fā)育程度及孔喉的匹配關(guān)系，選取不同滲透率的5塊樣品進(jìn)行微觀孔隙結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)分析。結(jié)果表明，不同級(jí)別滲透率的5塊樣品有效孔隙半徑分布十分接近，集中于146.170～159.110 μm，同時(shí)孔隙半徑峰值在130.000 μm左右，各樣品間無(wú)明顯差異。而喉道的分布尺度均不相同，5塊樣品的有效喉道半徑分布范圍為0.659～1.134 μm(表1)。滲透率小于0.10 mD的樣品喉道分布明顯狹窄，多為小喉道聚集；隨滲透率的增加，小喉道比例降低，大喉道比例升高，喉道的變化敏感。

表1 安塞油田杏河地區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層巖樣孔隙結(jié)構(gòu)及可動(dòng)流體特征統(tǒng)計(jì)

2 可動(dòng)流體賦存特征

核磁共振技術(shù)可直觀地表征流體在孔隙中的賦存能力，并快速獲取微觀響應(yīng)特征參數(shù)。弛豫時(shí)間T2不僅受流體性質(zhì)的影響，也受巖石孔隙結(jié)構(gòu)的影響，通過(guò)弛豫時(shí)間譜獲取的信息對(duì)孔隙結(jié)構(gòu)做定量分析[6-7]。

由本次樣品測(cè)試數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表明(表1)，杏河地區(qū)5塊樣品的可動(dòng)流體飽和度為46.40%～66.89%，平均為56.92%，根據(jù)鄂爾多斯盆地開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，主要以Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類儲(chǔ)層為主。圖2為實(shí)驗(yàn)樣品的T2譜圖，由圖2可知，滲透率小于0.1 mD的1號(hào)樣品為單峰形態(tài)，對(duì)應(yīng)的T2值為0.1～10.0 ms，體現(xiàn)孔喉單一且小孔喉多，屬于Ⅲ類儲(chǔ)層；滲透率為0.1～1.0 mD的2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)樣品分別呈右單峰、左單峰，T2值為0.1～100.0 ms，屬于Ⅱ類儲(chǔ)層；滲透率大于1.0 mD的5號(hào)樣品呈左高峰，右低峰形態(tài)，T2值大于100.0 ms的比例占25.28%，大孔喉相對(duì)較多、流動(dòng)性較好，屬于Ⅰ類儲(chǔ)層。由此可知，滲透率可以反映可動(dòng)流體飽和度的響應(yīng)參數(shù)，而孔喉差異制約了賦存在孔喉中的可動(dòng)流體的含量，儲(chǔ)層滲透能力越好，可動(dòng)流體飽和度越高。

圖2 實(shí)驗(yàn)樣品的T2譜

3 微觀孔隙結(jié)構(gòu)對(duì)可動(dòng)流體影響

微觀孔隙結(jié)構(gòu)的多樣性是影響可動(dòng)流體賦存特征的主控因素，對(duì)于特低滲透儲(chǔ)層，細(xì)小的孔喉導(dǎo)致不同區(qū)域可動(dòng)流體含量具有較大差異，對(duì)比不同物性的5塊樣品，解析孔隙結(jié)構(gòu)對(duì)可動(dòng)流體賦存特征的影響。

3.1 儲(chǔ)層物性對(duì)可動(dòng)流體賦存特征的影響

儲(chǔ)層性質(zhì)可通過(guò)物性參數(shù)來(lái)表征，由圖3a可知，可動(dòng)流體飽和度與孔隙度相關(guān)性較低。由圖3b可以看出，可動(dòng)流體飽和度與滲透率間的相關(guān)系數(shù)為0.689 5，總體相關(guān)性較高，但個(gè)例樣品3號(hào)與4號(hào)樣品比較，滲透率分別為0.89、0.96 mD，相差不大，可動(dòng)流體飽和度分別為65.70%、53.05%，說(shuō)明僅憑借儲(chǔ)層物性評(píng)價(jià)儲(chǔ)層空間及屬性并不準(zhǔn)確，可動(dòng)流體的賦存特征不只受控于單一物性參數(shù)。

圖3 可動(dòng)流體飽和度與物性及面孔率關(guān)系

3.2 孔隙類型對(duì)可動(dòng)流體賦存特征的影響

由圖3c可知，總面孔率的大小與可動(dòng)流體飽和度相關(guān)性較小，而粒間孔與可動(dòng)流體飽和度的相關(guān)性較好，相關(guān)系數(shù)為0.570 0，表明粒間孔隙發(fā)育對(duì)面孔率的貢獻(xiàn)能力越大，可動(dòng)流體飽和度的正響應(yīng)性越強(qiáng)。而溶蝕孔面孔率與可動(dòng)流體飽和度相關(guān)性較低。分析認(rèn)為，黏土礦物的充填產(chǎn)生小的微孔，導(dǎo)致有效面孔率降低，孔喉匹配關(guān)系變差。上述分析表明，在致密砂巖儲(chǔ)層中，有效面孔率對(duì)可動(dòng)流體飽和度貢獻(xiàn)較大，而總面孔率不能對(duì)其準(zhǔn)確評(píng)價(jià)。

3.3 孔隙結(jié)構(gòu)對(duì)可動(dòng)流體賦存特征的影響

5塊樣品的有效孔隙半徑為146.170～159.110 μm，有效喉道半徑為0.659～1.134 μm，屬于中孔-細(xì)喉型儲(chǔ)層。孔隙類型主要以粒間孔、沸石溶孔為主，這些孔隙均由大孔、微孔組成，由圖4a可以看出，可動(dòng)流體賦存程度與有效孔隙半徑相關(guān)系數(shù)為0.571 2，表明有效孔隙半徑并不是影響可動(dòng)流體飽和度的主要因素。由圖4b可以看出，可動(dòng)流體飽和度與有效喉道半徑有較好的相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)為0.799 9。分析認(rèn)為喉道類型主要以“縮頸狀”為主，膠結(jié)物阻塞喉道，導(dǎo)致孔隙之間不連通，隨物性的增加，有效喉道半徑呈階梯狀上升，表明有效喉道半徑是反映流體可動(dòng)能力的關(guān)鍵參數(shù)。

圖4 可動(dòng)流體飽和度與孔喉半徑關(guān)系

孔隙、喉道體積控制巖石空間內(nèi)的流體賦存及滲流能力，單位體積有效孔隙、喉道體積越大，反映出孔隙、喉道半徑越大，滲流阻力越小而越容易流動(dòng)。圖5a中可動(dòng)流體飽和度與單位體積有效孔隙體積的相關(guān)系數(shù)為0.620 5，好于可動(dòng)流體飽和度與單位體積有效喉道體積的相關(guān)系數(shù)0.423 5。低滲透儲(chǔ)層孔隙對(duì)可動(dòng)流體較喉道影響大，當(dāng)儲(chǔ)層物性較差時(shí)，可動(dòng)流體主要處于孔隙中，喉道中多為束縛流體；物性較好時(shí)，孔隙、喉道均存在可動(dòng)流體。滲透率小于0.1 mD的樣品，孔隙類型比較單一，多為小的微孔，有效孔隙、喉道體積小，大部分流體受控于微孔及小喉道。而滲透率大于1.0 mD的樣品喉道半徑大且有效孔隙、喉道體積較大，孔隙空間可動(dòng)流體含量高。因此，孔隙、喉道半徑及體積分布是影響可動(dòng)流體飽和度的控制因素。

圖5 可動(dòng)流體飽和度與孔喉體積關(guān)系

5塊實(shí)測(cè)樣品的孔隙、喉道進(jìn)汞飽和度分別為25.9%～28.1%和15.5%～20.0%。由圖6a可以看出，孔隙進(jìn)汞量與可動(dòng)流體飽和度之間具有較好的相關(guān)性，隨著孔隙進(jìn)汞飽和度增加，可動(dòng)流體飽和度變大，當(dāng)孔隙中的汞飽和后進(jìn)汞量逐漸下降，而喉道進(jìn)汞量可以反映喉道半徑和體積的大小，從而決定孔隙進(jìn)汞量，進(jìn)一步影響可動(dòng)流體飽和度(圖6b)。

選取孔隙進(jìn)汞飽和度相近的樣品1號(hào)、5號(hào)樣品，孔隙進(jìn)汞飽和度分別為26.3%、26.9%，喉道進(jìn)汞飽和度分別為15.5%、19.7%。可動(dòng)流體飽和度差較大分別為46.40%、66.89%。通過(guò)分析，1號(hào)巖樣的喉道半徑為在0.2～1.0 μm，有效喉道半徑為0.659 μm，5號(hào)巖樣的喉道半徑分布為0.3～3.0 μm，有效喉道半徑為1.134 μm。分析認(rèn)為，當(dāng)孔隙與喉道均進(jìn)入相同或相似進(jìn)汞量時(shí)，喉道半徑分布、內(nèi)部形態(tài)是影響可動(dòng)流體飽和度的重要因素。

圖6 可動(dòng)流體飽和度與孔、喉進(jìn)汞飽和度關(guān)系

4 物理模型結(jié)合動(dòng)態(tài)分析

結(jié)合3口典型井的試油資料分析，不同物性樣品微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征制約著可動(dòng)流體賦存空間的差異，通過(guò)模擬不同樣品的滲流規(guī)律，進(jìn)而討論不同物性樣品生產(chǎn)動(dòng)態(tài)特征。

以5號(hào)樣品為例，其滲透率大于1.0 mD，孔隙類型以粒間孔為主，喉道半徑最大，粒間孔發(fā)育程度好且分布均勻，孔隙之間連通性好，可動(dòng)流體飽和度為66.89%。圖7a顯示滲流路徑在水驅(qū)油過(guò)程中為網(wǎng)狀-均勻驅(qū)替為主。在模擬水驅(qū)過(guò)程時(shí)，水沿著滲透率較高的區(qū)域發(fā)生指進(jìn)，隨著時(shí)間及壓力變化，波及區(qū)域逐漸擴(kuò)大，最終少量殘余油未被驅(qū)替，驅(qū)油效率為58.3%。圖8顯示初期日產(chǎn)油為3 m3/d，隨著注水量增加，驅(qū)替效率逐步提升，日產(chǎn)油穩(wěn)定上升，含水率在低含水期呈波動(dòng)變化，體現(xiàn)出致密砂巖注水特征。

以4號(hào)樣品為例，其滲透率為0.1～1.0 mD，孔隙類型以溶孔及粒間孔為主，喉道半徑較小，可動(dòng)流體飽和度為53.05%。圖7b顯示滲流路徑以指狀及網(wǎng)狀驅(qū)替，水驅(qū)油初期呈指狀驅(qū)替，由于溶孔的發(fā)育產(chǎn)生大量的表面微孔，均已孤立的形態(tài)存在，隨著時(shí)間延長(zhǎng)、壓力增大，數(shù)條驅(qū)替水線呈現(xiàn)網(wǎng)狀波及，最終將喉道發(fā)育區(qū)域殘余油驅(qū)替，整體驅(qū)替效果逐漸變好，驅(qū)油效率為41.2%。圖8顯示初期日產(chǎn)較高，約為5 m3/d，含水率約為40%，隨著后期注采參數(shù)調(diào)整，產(chǎn)量相對(duì)穩(wěn)定，緩慢降低，含水率處于低含水期。

以1號(hào)樣品為例，其滲透率小于0.1 mD，孔隙類型以溶蝕孔為主，可動(dòng)流體飽和度為46.40%，圖7c顯示滲流路徑以指狀驅(qū)替為主，驅(qū)油效率偏低，主要為微觀孔隙結(jié)構(gòu)非均質(zhì)性所造成的。孔喉偏大的部位驅(qū)替速度快，孔喉較小的部位。因毛管力大，影響注入水在孔隙內(nèi)的流速，造成指狀突進(jìn)，大面積存在未被驅(qū)替的殘余油，驅(qū)油效率低，平均為31.5%。未被波及的殘余油以薄膜狀吸附在巖石顆粒表面，呈片狀、簇狀。圖8顯示日產(chǎn)油量處于低產(chǎn)水平，約為1 m3/d，初期含水率約為30%，但隨著壓裂措施實(shí)施后含水率上升速度快，易發(fā)生水竄。

由生產(chǎn)動(dòng)態(tài)分析可知，儲(chǔ)層的微觀孔隙結(jié)構(gòu)影響著儲(chǔ)層的可動(dòng)流體流動(dòng)空間及滲流能力能力，同時(shí)對(duì)前期注水開發(fā)水驅(qū)動(dòng)用程度起著較大的制約作用。

圖7 真實(shí)砂巖微觀水驅(qū)油鏡下照片

圖8 3口典型井生產(chǎn)動(dòng)態(tài)曲線

5 結(jié) 論

(1) 杏河地區(qū)長(zhǎng)6段儲(chǔ)層可動(dòng)流體飽和度主要分布范圍為46.40%～66.89%，儲(chǔ)層可動(dòng)油含量較高，可動(dòng)用程度較好。微觀孔隙結(jié)構(gòu)不同，進(jìn)而導(dǎo)致不同物性的樣品賦存空間的可動(dòng)流體飽和度存在差異。

(2) 面孔率、物性參數(shù)不能單一的評(píng)價(jià)儲(chǔ)層的可動(dòng)流體賦存特征。喉道半徑大小、分布形態(tài)、發(fā)育程度是影響低滲透儲(chǔ)層可動(dòng)流體飽和度大小的主要原因，大喉道比例越大，孔喉比越小，分選越均勻，流體在可動(dòng)空間越容易流動(dòng)。

(3) 滲透率大于1.0 mD的樣品可動(dòng)流體飽和度為Ⅰ類儲(chǔ)層，孔隙之間連通性好，滲流路徑以網(wǎng)狀-均勻驅(qū)替為主，驅(qū)油效率最高；滲透率為0.1～1.0 mD樣品可動(dòng)流體飽和度為Ⅱ類儲(chǔ)層，喉道半徑較小，滲流路徑以指狀-網(wǎng)狀驅(qū)替，驅(qū)油效率中等；滲透率小于0.1mD樣品可動(dòng)流體飽和度為Ⅲ類，喉道半徑微細(xì)，滲流路徑以指狀驅(qū)替為主，驅(qū)油效率最低。