鄂爾多斯盆地華慶地區長63致密砂巖儲層微觀特征研究*

何子瓊，王詩怡，蔣正昊

(成都錦城學院建筑學院，四川 成都 611731)

鄂爾多斯盆地，作為我國第二大沉積盆地[1～2]，為我國油氣開發做出了重要貢獻，尤其是延長組致密砂巖，在我國致密油開發中扮演者重要角色[3]。但由于較強的壓實作用和欠發育的構造作用，導致該層孔喉結構復雜、非均質性較強，在生產實踐中存在單井產量低、穩產周期短等問題。因此明確研究區長63儲層致密砂巖儲層微觀特征對生產實踐具有重要理論和實踐意義。

1 巖石學特征

根據Folk的砂巖分類標準[4](圖1)，巖石類型主要為長石巖屑砂巖和巖屑長石砂巖。根據薄片數據統計，石英含量分布在在15%～55%(質量分數，下同)，平均為30.8%；長石含量分布在9.2%～54%，平均為32.1%；云母含量分布在0～19.7%，平均為6.9%；巖屑含量在4.7%～26%，平均為13%；碳酸鹽膠結物分布在0～49%，平均為4.6%；粘土礦物含量分布在0～40%，平均為10.1%；硅質含量在0～5.2%，平均為1.6%(表1)。儲集空間類型以顆粒間殘留孔和溶蝕孔為主，此外儲層中存在少量裂縫。

圖1 華慶地區長63儲層砂巖三角圖

表1 研究區長63儲層巖石成分統計表 w/%

據統計，長石溶蝕孔隙和顆粒間殘留孔是研究區長63儲層的主要儲集空間。其中，粒間孔體積占總孔隙空間的54.92%，占總孔隙體積比例最大；長石溶孔次之，體積占比分布在0.2%～3%之間，平均為0.74%，占總孔隙空間的38.34%。巖屑溶孔、晶間孔和微裂縫占空隙空間體積較小，巖屑溶孔分布在0.1%～1%，平均為0.1%，占總孔隙空間的5.18%；晶間孔體積占比分布在0%～0.6%，平均為0.02%，占總孔隙空間的1.04%；微裂縫空間占比在0～0.6%，平0.01%，占總孔隙空間的0.52%。面孔率分布在0.3%～6%，平均為1.84%(表2)。

表2 華慶地區長63儲層孔隙類型統計表

2 儲層微觀特征

2.1 儲層物性特征

對儲層物性進行研究，孔隙度主要分布在3.4%～15.5%，平均10.29%，滲透率分布在0.021～0.233×10-3μm2，平均為0.108×10-3μm2。滲透率和孔隙度相關性較好，R2為0.6169(圖2)，說明研究區長63儲層滲透率和孔隙度相對一致。根據相關標準(SY/T6285-2011)，屬于特低孔，超低滲致密砂巖儲層。

圖2 華慶地區長63儲層孔滲關系圖

2.2 儲層孔喉特征

通過高壓壓汞實驗對儲層孔喉結構進行研究，可根據毛管壓力曲線將儲層分為三類，各種類型中選取代表曲線進行研究。Ⅰ類儲層代表樣品為樣1，曲線具有較大的進汞飽和度和較低的毛管壓力，孔喉半徑峰值分布在0.11～0.33 μm，最大汞飽和度為15.28%，儲層具有較大的孔喉半徑，且孔喉之間連通性較好，儲層性質為三類中最好。樣2是Ⅱ類儲層代表樣品，該類樣品具有較高的毛管壓力和進汞飽和度，最大進汞飽和度為13.11%，孔喉半徑峰值分布在0.01～0.11 μm，儲層中雖然孔喉半徑較小，但其相互連通性較好，儲集性能次于Ⅰ類儲層。Ⅲ類儲層代表樣品為樣3，曲線形態上具有最低的進汞飽和度和較高的毛管壓力，最大進汞飽和度三類中最低，為3.4%，孔喉半徑峰值分布于0.01～0.11 μm，說明此類儲層孔喉結構最為復雜，并且連通性較差，儲集性能為三類儲層中最差。

圖3 華慶地區長63儲層進退汞曲線

圖4 華慶地區長63儲層孔喉半徑分布特征

2.3 孔喉分形特征

分形維數是一種表征復雜形體內部不均一性的度量。經過多年的探索實踐，分形維數在解決地質問題，尤其是在表征泥頁巖、致密砂巖、煤層孔喉結構方面取得了大量的成果[5～6]。基于分形維數表征儲層孔喉結構用到的數據只要來自于高壓壓汞、核磁共振、恒速壓汞等實驗手段。基于高壓壓汞表征孔喉結構的模型主要有管束狀和球形模型，本文基于高壓壓汞數據，對研究區長63致密砂巖儲層孔喉特征進行研究采用的模型是管束狀分形模型。分形維數不僅可以用于表征孔喉表面的粗糙度，還可以表征孔喉半徑之間的差異性，即孔隙和喉道半徑之間的差值[7～8]。用管束狀模型表征孔喉結構，分形維數一般分布在2～3，也有部分學者得出了分形維數大于3的結論，并被認為是合理的[9～10]。分形維數越接近2，說明儲層中孔喉半徑具有越小的差距，孔喉的非均一性越小；分形維數越接近3，說明孔隙與喉道半徑差距越大，儲層非均質性越強。管束狀分型模型相關公式及參數說明見表3。

表3 管束狀分形模型公式統計表

式中：Pc：毛細管壓力；r：孔隙半徑，μm；SHg：進汞飽和度；D：分形維數；k：擬合曲線斜率；VHg：進汞體積；VP：整個巖心樣品的孔隙體積；α：常數。

根據上文毛管壓力曲線對研究區長63致密砂巖儲層的分類，分別對樣1、樣2和樣3進行分形維數研究,結果見圖5。

a．樣1分形特征；b．樣2分形特征；c．樣3分形特征；d．管束狀分形模型拐點與轉折半徑相關性

結果表明，根據曲線形態，樣1和樣2的分形維數可以分為明顯的兩段，樣3則只有一段。根據式(4)，樣1和樣2第一段曲線分形維數分別為4.4089和4.0738，第三段曲線分形維數為3.1722，均大于3；樣1和樣2第二段分形維數分別為2.1948和2.5538，介于2～3。根據管束狀分形模型拐點與轉折半徑相關性圖可以看出，樣品最大進汞飽和度對應的峰值半徑和分形維數圖中的轉折半徑存在良好的對應關系(R2=0.9985)，說明分形維數曲線中的轉折點與孔喉半徑峰值基本上對應一致。據此，將孔喉半徑分為兩類，即小于峰值半徑的孔喉為較小孔喉，對應分形維數曲線中上半部分曲線，其分形維數較小，介于2～3；在孔喉半徑分布圖中，較大孔喉是大于峰值半徑的那部分孔喉，在分形維數曲線中位于下半部分，分形維數通常大于3。

綜合根據高壓壓汞和分形維數結果分析認為，致密砂巖儲層孔喉結構大致可以分為三類，其中Ⅰ類儲層孔喉結構最好，儲層物性最好，非均質性最差，最有利于油氣儲集；Ⅲ類儲層孔喉結構最差，儲層物性最差，非均質性最強，最不利于油氣儲集；Ⅱ類儲層則介于兩者之間。根據致密砂巖分形曲線的形態，其孔喉結構可以分為兩類，一類是曲線的下半部分，代表較大孔喉。分形維數普遍大于3，另一類是曲線上半部分，代表較小孔喉，分形維數介于2～3。說明儲層中較大孔喉的非均一性更強，孔隙和喉道半徑差別較大，進汞時較大的壓力主要是克服半徑較小的喉道產生的。相對而言，較小孔喉的孔隙和喉道半徑差距較小，更有利于油氣的運移和聚集。

3 影響儲層孔喉結構的因素

儲層中孔喉結構的發育類型和復雜程度在很大程度上由巖石成分決定[14]，石英含量對儲層中原生粒間孔的保存具有重要意義，長石含量的多少決定著儲層中次生溶孔的發育程度。巖屑含量與次生膠結物和儲層中原生孔隙的保存相關。研究區長63致密砂巖儲層較高的石英含量和長石含量為較大孔隙的發育提供了物質前提，但是較高的巖屑含量卻導致了儲層中孔喉的復雜性，進而導致孔喉結構的復雜性。

壓實作用和溶蝕作用是對研究區長63致密砂巖孔喉結構影響較大的成巖作用類型[15]。經過強烈的壓實作用，儲層原生粒間孔大量減少，同時使得顆粒之間的接觸更為緊密，進而產生片狀和彎片狀和吼道。溶蝕作用產生較大孔隙，同時產生縮頸狀喉道。兩種成巖作用均造成大孔隙配備小孔喉，使儲層孔喉連通性變得復雜，非均質性增強。在壓實和溶蝕作用影響下，使得較大孔喉的非均質性強于較小孔喉。

4 結論

1、華慶地區長63致密砂巖儲層孔隙度主要分布在3.4%～15.5%，平均10.29%，滲透率分布在0.021～0.233×10-3μm2，平均為0.108×10-3μm2。屬于典型的致密砂巖儲層。

2、根據高壓壓汞數據將研究區長63致密砂巖儲層分為3類，Ⅰ類儲層為最優儲層，其孔喉半徑大且連通性較好；Ⅱ類儲層儲集性能次于Ⅰ類儲層，雖然孔喉半徑較小，但連通性較好；Ⅲ類儲層孔喉半徑小，連通性較差，最不利于油氣儲集。

3、分形維數一般介于2～3的為較小孔喉，孔隙和喉道半徑差距較小，較大孔喉分形維數一般大于3，孔隙和喉道半徑差距較大。巖石成分、壓實作用和溶蝕作用是不同孔喉結構差生差異的原因。