砂礫巖儲層孔隙結(jié)構(gòu)特征及定量評價

鄧羽 ，劉紅岐 ，孫楊沙 ，劉詩瓊 ，羅興平 ，黃立良

（1.油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點實驗室，四川 成都 610500；2.六盤水市鐘山區(qū)應(yīng)急管理局，貴州 六盤水 553000；3.中國石油新疆油田分公司勘探開發(fā)研究院，新疆 克拉瑪依 834000）

0 引言

隨著油氣勘探領(lǐng)域的逐步擴(kuò)展，砂礫巖油氣藏日益受到重視。目的層上烏爾禾組巖性主要為礫巖，其巖石礦物成分復(fù)雜、分選差，儲層非均質(zhì)性強(qiáng)、孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不利于儲層流體流動。為更好地研究復(fù)雜儲層的孔隙結(jié)構(gòu)特征，眾多學(xué)者將實驗研究與測井資料相結(jié)合，不斷探索孔隙結(jié)構(gòu)的定量評價方法。李成等［1］通過對致密砂巖孔隙結(jié)構(gòu)的研究，證明了致密砂礫巖的特殊性和測井響應(yīng)特征的多樣性。目前，針對低滲透砂礫巖復(fù)雜儲層，恒速壓汞技術(shù)在實驗進(jìn)程上實現(xiàn)了對喉道數(shù)量的測量，克服了常規(guī)壓汞方法的不足，但實驗方法不能連續(xù)反映儲層孔隙結(jié)構(gòu)特征。閆子旺等［2-6］運用T2幾何均值擬合法和偽毛細(xì)管壓力曲線轉(zhuǎn)換法，連續(xù)、定量表征了儲層壓汞特征。章新文等［7］在2019年提出，鉆井液侵入過程可近似為壓汞的過程，并采用核磁共振手段將孔隙結(jié)構(gòu)實驗與特殊測井方法相結(jié)合，完成了偽毛細(xì)管壓力曲線的建立與儲層孔隙結(jié)構(gòu)特征的定量評價。本文基于壓汞實驗數(shù)據(jù)和薄片資料，分析了成巖作用對孔隙結(jié)構(gòu)的影響，并結(jié)合實驗測試與常規(guī)測井，建立了孔隙結(jié)構(gòu)定量評價模型。經(jīng)試油結(jié)果驗證，該模型適用性強(qiáng)，與實驗結(jié)果吻合。

1 孔隙結(jié)構(gòu)特征

研究區(qū)儲層的儲滲能力受孔隙的類型、結(jié)構(gòu)、體積、半徑等因素影響。巖石的孔隙結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜，可看作一系列相互連通的毛細(xì)管網(wǎng)絡(luò)，而汞不潤濕巖石孔隙，在外加壓力作用下，汞克服毛細(xì)管力可進(jìn)入巖石孔隙。隨著壓力增加，汞依次進(jìn)入大、小巖石孔隙，巖心中的汞飽和度不斷增加。當(dāng)汞進(jìn)入最細(xì)的孔隙喉道后，壓力增加，巖心中的汞飽和度不再增加，毛細(xì)管壓力曲線為垂線，此時的汞飽和度稱為最大含汞飽和度。因此，通過鏡下薄片觀察及壓汞實驗可對孔隙的類型和結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行分析。

1.1 孔隙類型

通過313塊巖心鏡下鑄體薄片及熒光薄片觀察，分析了儲層的孔隙類型及油氣賦存情況。鑄體薄片資料（見圖1a—1d）分析表明：儲層孔隙類型以原生孔隙和次生孔隙為主；原生孔隙占比約為29.81%，以粒間孔、剩余粒間孔為主；次生孔隙占比約為33.8%，以各種溶孔及微裂縫為主。每種孔隙類型的孔隙度相差較小，平均值約為8.44%。但是，隨著微裂縫及溶蝕孔的發(fā)育，滲透率逐漸增加，表明次生孔隙對儲層滲透率貢獻(xiàn)較大，為主要的孔隙類型。熒光薄片資料（見圖1e—1h）分析表明，油氣主要賦存在粒間孔、粒內(nèi)溶孔、界面孔、微裂縫等次生孔隙中［8-10］。

圖1 巖心鏡下薄片觀察結(jié)果

1.2 壓汞特征

選取83塊巖心樣品進(jìn)行孔隙結(jié)構(gòu)分析，壓汞實驗壓力控制在0～25 MPa。根據(jù)不同巖心樣品的毛細(xì)管壓力曲線及孔喉半徑分布特征（見表1、圖2），將上烏爾禾組儲層孔隙結(jié)構(gòu)分為4種類型［11-14］。壓汞實驗結(jié)果表明，儲層滲透性從好到差依次為Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ型。

表1 不同類型孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)

圖2 不同巖心樣品的毛細(xì)管壓力曲線及孔喉半徑分布

Ⅰ型毛細(xì)管壓力曲線形態(tài)呈下凹趨勢，分選較好，粗歪度；孔喉半徑分布呈單峰特征，在2.00～18.00 μm。Ⅱ型毛細(xì)管壓力曲線形態(tài)也呈下凹趨勢，分選較差，略細(xì)歪度，排驅(qū)壓力高于Ⅰ型；孔喉半徑相比Ⅰ型偏小，分布呈單峰特征，在 0.20～2.30 μm，但在 0～0.10 μm 逐漸凸顯。Ⅲ型毛細(xì)管壓力曲線形態(tài)呈直線形，分選較差，排驅(qū)壓力高于Ⅰ，Ⅱ型；Ⅲ型作為Ⅱ型到Ⅳ型的過渡階段，孔喉半徑分布呈現(xiàn)雙峰特征，在0.03～0.10 μm和0.20～1.00 μm。Ⅳ型毛細(xì)管壓力曲線形態(tài)呈上凸趨勢，分選較好，細(xì)歪度，排驅(qū)壓力、中值壓力相比其他3種類型均較高；孔喉半徑分布呈單峰特征，在0.03～0.10 μm。壓汞實驗結(jié)果表明：Ⅰ型具有較好的儲層物性，對儲層滲透率貢獻(xiàn)最好；Ⅱ型孔喉半徑相比Ⅰ型逐漸減少；而Ⅲ型孔喉半徑在低值與高值段的分布頻率相當(dāng)；Ⅳ型孔喉半徑分布最差，排驅(qū)壓力、中值壓力等均較高，不利于儲層流體的流動。

1.3 孔喉配置特征

常規(guī)壓汞法得到的毛細(xì)管壓力只是孔喉特征的綜合曲線，反映某一級別的孔隙所控制的孔隙體積，而不是孔隙結(jié)構(gòu)中孔隙的數(shù)量分布。恒速壓汞法是根據(jù)注汞過程中壓力升降變化狀況來測試儲集巖的孔隙和喉道的數(shù)量分布，以對研究區(qū)孔隙、喉道配置關(guān)系進(jìn)行研究，相比常規(guī)壓汞法更科學(xué)、準(zhǔn)確［14-15］。

選取18塊巖心進(jìn)行恒速壓汞分析，對5塊樣品進(jìn)行鏡下薄片觀察。結(jié)果表明：樣品喉道半徑呈從小到大變化趨勢，總體分布在0.5～26.0 μm；孔隙半徑相對集中，均分布在105～225 μm；喉道半徑分布在0.5～1.0 μm的樣品對應(yīng)的孔喉半徑比最高，而喉道半徑分布在8.0～25.0 μm的樣品對應(yīng)的孔喉半徑比偏小。

結(jié)合3塊巖心的鑄體薄片資料和恒速壓汞實驗結(jié)果可以看出：壓汞實驗顯示1-9-29樣品的喉道小，孔隙大，而薄片資料顯示該樣品發(fā)育鑄模孔、溶孔等，但喉道較小，表明薄片數(shù)據(jù)與實驗分析結(jié)果吻合；1-6-17和3-6-45樣品的鑄體薄片資料均顯示樣品發(fā)育微裂縫，說明恒速壓汞實驗顯示樣品喉道半徑大是因為存在微裂縫導(dǎo)致的（見圖3、圖4）。因此，綜合以上分析認(rèn)為，研究區(qū)原生孔隙、次生孔隙發(fā)育，孔隙半徑較大，而在沒有微裂縫的影響下喉道半徑應(yīng)為低值，所以研究區(qū)孔喉配置關(guān)系多表現(xiàn)為大孔對應(yīng)大喉、小喉和小孔對應(yīng)小喉的特征。

圖3 3塊樣品的恒速壓汞實驗結(jié)果

圖4 恒速壓汞實驗對應(yīng)的3塊巖樣鑄體薄片資料

2 成巖作用對孔隙結(jié)構(gòu)的影響

2.1 溶蝕作用

研究表明，該區(qū)次生孔隙發(fā)育，主要以方解石、沸石溶孔以及粒內(nèi)、粒間溶孔為主。通過計算視溶蝕率ρsr，可分析溶蝕作用對孔隙結(jié)構(gòu)的影響（見圖5a）。由圖可知，視溶蝕率分布在0～43%，為弱—中溶蝕。隨著視溶蝕率的增加，平均孔隙半徑逐漸增大，表明溶蝕作用對孔隙結(jié)構(gòu)具有改善效果［15］。

式中：ρrm為溶蝕面孔率；ρm為面孔率。

2.2 充填作用

視填隙率ρst作為定量評價孔隙結(jié)構(gòu)充填作用的參數(shù)［15］，可以綜合反映膠結(jié)物和泥質(zhì)對孔隙結(jié)構(gòu)的影響。由圖5b可以看出，充填作用越強(qiáng)，孔隙結(jié)構(gòu)越差，且視填隙率主要分布在0～28%，為弱—中充填。當(dāng)視填隙率為95%～98%時，相應(yīng)的視溶蝕率偏低。鑄體薄片資料顯示，巖石礦物顆粒之間、微裂縫之間均被泥質(zhì)充填，溶蝕孔發(fā)育差，表明視填隙率數(shù)據(jù)結(jié)果與鏡下薄片觀察一致。

式中：A為粒間孔隙度；B為填隙物質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

2.3 壓實作用

壓實作用主要影響孔隙及孔隙結(jié)構(gòu)的發(fā)育。研究區(qū)在早期成巖階段受成巖作用的影響，導(dǎo)致顆粒之間呈凹凸接觸，發(fā)生塑性變形，對儲層儲集空間產(chǎn)生破壞作用，因此引入視壓實率ρsy作為評價壓實作用強(qiáng)弱的參數(shù)［15］。由圖5c可以看出，視壓實率與孔隙結(jié)構(gòu)呈負(fù)相關(guān)，視壓實率分布在30%～90%，為中—強(qiáng)壓實，表明隨著壓實作用的增強(qiáng)，孔隙結(jié)構(gòu)變得越來越差。

圖5 成巖作用對孔隙結(jié)構(gòu)的影響

式中：Vyk為原始粒間孔隙體積，cm3；Vyl為壓實后粒間孔隙體積，cm3；φyk為原始孔隙度（由經(jīng)驗公式計算得到）；φyl為壓實后粒間孔隙度（由實驗測得）；S為Trask分選系數(shù)。

3 孔隙結(jié)構(gòu)定量評價

將壓汞實驗測試得到的結(jié)構(gòu)系數(shù)c、排驅(qū)壓力p1、分選系數(shù)a、平均毛細(xì)管半徑re、變異系數(shù)b等孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)分別與綜合物性指數(shù) （K/φ）1/2進(jìn)行交會分析，結(jié)果如圖6所示。

圖6 孔隙結(jié)構(gòu)定量評價參數(shù)交會圖

由圖 6a—6e 可以看出，c，p1與 （K/φ ）1/2成反比，而 a，re，b 與 （K/φ ）1/2成正比，相關(guān)性最好。在壓汞實驗基礎(chǔ)上，通過引入孔隙結(jié)構(gòu)指數(shù)（PI）對儲層孔隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行定量評價。

由于測井三孔隙度曲線反映儲層孔隙特征，而泥質(zhì)可以影響儲層滲流特性，因此對13塊巖心樣品的聲波時差A(yù)C、補償中子孔隙度CNL、補償密度DEN、泥質(zhì)體積分?jǐn)?shù)SH與PI進(jìn)行了交會分析。由圖6f—6j可以看出，AC，CNL與PI成正比，而DEN，SH與PI呈負(fù)相關(guān)。基于式（4）處理結(jié)果，結(jié)合測井資料，利用多元回歸模型建立了孔隙結(jié)構(gòu)定量評價模型（見式（5））。通過模型對壓汞參數(shù)進(jìn)行處理，得到Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ型的PI平均值，分別為 17.51，12.11，10.33，7.49。因此，PI越大，儲層孔隙結(jié)構(gòu)越好，越有利于儲層流體流動。

由式（5）對46井試油層段進(jìn)行了逐點處理，PI平均值為10.95，孔隙結(jié)構(gòu)較好。由圖7可知，3 302～3 344 m試油層段自然伽馬值偏低，電阻率、三孔隙度曲線變化穩(wěn)定，且孔隙發(fā)育，孔隙度平均值為9.41%，滲透率平均值為5.48×10-3μm2。同時，巖心實驗結(jié)果表明，PI計算值與實驗結(jié)果在變化趨勢、大小上吻合，且平均相對誤差為10.21%。射孔后，該層段日產(chǎn)油11.76 t，日產(chǎn)水119.38 m3，表明孔隙結(jié)構(gòu)定量評價模型應(yīng)用效果較好。

圖7 46井孔隙結(jié)構(gòu)測井分析

4 結(jié)論

1）研究層位原生孔隙以粒間孔、剩余粒間孔等為主，占比約為29.81%；次生孔隙以各種溶孔及微裂縫為主，占比33.8%。熒光主要在粒間孔、粒內(nèi)溶孔、界面孔、微裂縫中顯示，表明油氣主要賦存在次生孔隙中。

2）儲層孔隙結(jié)構(gòu)分為4種類型，滲透性從好到差依次為Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ型。研究區(qū)孔喉配比關(guān)系主要是大孔對應(yīng)大喉、小喉和小孔對應(yīng)小喉。溶蝕作用對孔隙結(jié)構(gòu)具有改善效果，而充填和壓實作用是導(dǎo)致儲層孔隙結(jié)構(gòu)變差的主要因素。

3）綜合實驗和測井資料可知，聲波時差、中子孔隙度與孔隙結(jié)構(gòu)指數(shù)成正比，密度、泥質(zhì)體積分?jǐn)?shù)與孔隙結(jié)構(gòu)指數(shù)成反比，利用測井資料可建立孔隙結(jié)構(gòu)定量解釋模型。試油結(jié)果表明，該模型對儲層分類、儲層滲流特征研究具有指示作用，適用性好。