三塘湖盆地牛圈湖區塊西山窯組儲層微觀孔隙結構特征研究

沈孝秀，孫衛，時建超，盛軍，石堅 （大陸動力學國家重點實驗室 西北大學地質學系，陜西 西安710069）

三塘湖盆地位于西伯利亞板塊和哈薩克斯坦板塊碰撞接合部位，屬疊置在古生代造山帶之上，是以發育二疊紀－中新生代陸相沉積為特點的上疊盆地。研究區儲層屬于扇三角洲前緣亞相沉積［1－3］，儲層為典型的低孔、特低滲油藏。前人對該區塊儲層滲流機理和油水運動規律認識不清，尤其是對微觀孔隙結構的認識不夠深入。為此，筆者通過鑄體薄片、掃描電鏡、恒速壓汞和核磁共振等分析測試手段，對西山窯組（J2x）儲層微觀孔隙結構及其對微觀孔隙流體滲流的影響進行了較為深入的研究，旨在指導該區的油氣生產。

1 儲層基本特征

1.1 巖石學特征

據366塊砂巖薄片鏡下鑒定，并結合巖心觀察統計，研究區J2x儲層儲集巖為砂巖，主要為深灰色、灰色、淺灰色細粒－中粒砂巖，同時含有含礫粗砂巖。在?？说纳皫r三角分類圖解中，該區砂巖類型主要為長石巖屑砂巖，同時含有部分巖屑砂巖（見圖1）。碎屑成分以石英、巖屑為主，其次為長石。其中石英絕對含量13.0%～36.6%，平均25%；長石含量7.4%～32.6%，平均21.0%；巖屑含量37.2%～86.4%，平均43.7%；填隙物含量5.0%～28.5%，平均10.7%。巖屑以火成巖巖屑為主，含量11.0%～44.0%，平均24.9%；變質巖巖屑（包括高變巖、石英巖、片巖、千枚巖、板巖和變質砂巖）含量6.0%～22.0%，平均14.4%；沉積巖巖屑基本沒有。從碎屑組成來看，該區J2x儲層砂巖的成分成熟度較低［4－6］。

圖1 J2x儲層砂巖分類三角圖

1.2 儲層物性特征

通過研究區實測巖心物性分析數據的統計，研究區J2x儲層孔隙度分布在1.7%～19.2%，平均值12.4%，頻率分布主體集中在10%～16%；滲透率分布在0.05～54.5mD，平均值3.24mD，頻率分布主體集中在0.1～0.7mD和2～5mD。研究區J2x孔隙度和滲透率呈正相關性，相關系數偏好，其中J2x儲層孔隙度和滲透率相關系數R2為0.4658。研究表明，隨著儲層物性的變差，孔隙度與滲透率的相關性也越來越弱（見圖2）。

造成物性差異的原因主要有：①儲層中存在大量的孤立孔隙，彼此間不連通，對儲層滲透率貢獻較低；②砂巖的有效孔隙度中包括大量的微孔被膠結物填充，如碳酸鹽膠結與伊利石膠結使微孔滲流能力變差，導致孔隙度與滲透率的相關性也較差；③低滲透儲層的壓實程度、微裂縫發育程度與被填充程度也大大影響了其物性的相關性。

圖2 研究區J2x儲層孔隙度與滲透率相關圖

2 儲層孔喉類型

2.1 孔隙類型

通過研究區J2x儲層鑄體薄片、掃描電鏡資料統計分析，研究區儲層發育的孔隙組合類型主要有粒間孔－溶孔、溶孔－粒間孔、晶間孔－溶孔、溶孔和微孔等。從鑄體薄片上較易觀察到的孔隙組合類型主要為溶孔、溶孔－粒間孔、晶間孔－溶孔和微孔（見圖3）。

2.2 喉道類型

影響儲層滲流能力的主要是喉道，而喉道的大小和形態主要取決于巖石的顆粒接觸關系、膠結類型以及顆粒本身的形狀和大?。?－8］。從圖4可以看出砂巖儲層巖石喉道的主要類型有：縮徑喉道、點狀喉道、片狀或彎片狀喉道和管束狀喉道［9－10］。

根據鑄體薄片和掃描電鏡分析，研究區儲層喉道類型以點狀喉道為主，次為片狀或彎片狀喉道，孔隙之間連通性較差，局部孔隙之間無喉道連通（見圖4）。

圖3 研究區J2x儲層孔隙組合類型

圖4 研究區J2x儲層喉道組合類型

3 儲層微觀孔隙結構特征研究

對研究區西山窯組儲層的樣品進行了恒速壓汞分析，筆者選取了3塊具有代表性的牛103井的1號、湖44－7井的2號和牛101井的3號樣品進行研究。通過化驗測試具體分析了西山窯組儲層的微觀孔隙結構特征［11－12］。

3.1 孔隙結構特征分析

恒速壓汞孔隙發育特征分析從有效孔隙半徑大小及其分布、有效孔隙個數和有效孔隙體積3個方面進行，分析結果如圖5所示。

圖5 不同樣品孔隙半徑分布

圖6 不同樣品喉道半徑分布

1號樣品孔隙分布范圍較寬，且曲線主峰左側發育一次峰，主峰峰值為140μm，孔隙半徑平均值為154.7μm，是3個樣品中孔隙平均半徑值最大的，孔隙半徑分布范圍為10～360μm，而主要孔隙半徑分布范圍為100～200μm。單位體積有效孔隙個數為2092個／cm3，是3個樣品中最多的，有效孔隙體積最大，達0.078cm3，具有最大的油氣儲集空間，儲集性能最好。2號樣品孔隙半徑分布曲線呈110μm和140μm雙峰形態分布，孔隙半徑平均值為147.2μm，處在3個樣品中孔隙平均半徑值的中間，孔隙半徑分布范圍為90～300μm，而主要孔隙半徑分布范圍為100～190μm，與1號樣品相差不大。單位體積有效孔隙個數為1408個／cm3，相對于1號樣品來說較少，有效孔隙體積小于1號樣品的，為0.039cm3，具有較大的油氣儲集空間。3號樣品孔隙半徑分布曲線為單峰，峰值為150μm，孔隙半徑平均值為140.1μm，在3個樣品中孔隙平均半徑值最小，孔隙半徑分布范圍為70～240μm，而主要孔隙半徑分布范圍為100～190μm，與1號、2號樣品相差不大。但是單位體積有效孔隙個數僅為648個／cm3，3號樣品的有效孔隙體積最小，僅為0.010cm3，油氣儲集空間最小，儲集性能最差。

3.2 喉道特征分析

恒速壓汞的喉道發育特征也從3個方面進行分析：①有效喉道半徑及其分布特征；②有效喉道個數；③有效喉道體積。喉道半徑越大表示滲流的通道越寬，喉道個數越多表示滲流的通道個數越多，喉道體積是喉道半徑大小、喉道個數等的綜合反映。分析結果如圖6所示。

1號樣品喉道分布范圍最寬，粗喉道最多，喉道半徑分布范圍為0.5～12.5μm，主要喉道半徑分布在1.0～9.0μm，最大連通喉道半徑為12.05μm，喉道半徑平均4.95μm，主流喉道半徑平均6.83μm，1號樣品喉道粗大，其滲流阻力就小，為儲層流體的流動提供了優良的滲流通道；1號樣品單位體積有效喉道個數為2101個／cm3，有效喉道體積為0.119cm3，可供流體滲流的喉道通道較多，故其滲流能力是3個樣品中最強的。2號樣品喉道分布范圍較寬，粗喉道占據比例較大，喉道半徑分布范圍為0.5～1.7μm，主要喉道半徑分布在0.5～1.4μm，最大連通喉道半徑1.45μm，喉道半徑平均0.98μm，主流喉道半徑平均為1.07μm；2號樣品單位體積有效喉道個數為1394個／cm3，相對1號樣品來說較少，有效喉道體積僅為0.087cm3。3號樣品喉道分布范圍最窄，喉道半徑分布范圍較小，主要喉道半徑分布為0.2～0.7μm，最大連通喉道半徑為0.64μm，喉道半徑平均0.52μm，主流喉道半徑平均0.42μm；3號樣品單位體積有效喉道個數為577個／cm3，相對1號、2號樣品來說最少，有效喉道體積為0.049cm3，是3個樣品中最小的，其喉道發育程度最差，流體在巖樣內不容易流動。

3.3 孔喉比特征分析

恒速壓汞測試不但能夠得出巖樣在滲流過程中有效孔隙半徑和有效喉道半徑的分布，還能夠得出巖樣在滲流過程中孔喉比的分布情況。

1號樣品孔喉比主要分布范圍為20～110，平均57.02，孔喉比分布范圍較小，比值是3個樣品中最小的，說明1號樣品主要為一些半徑較小的孔隙和半徑較大的喉道，有利于流體的流動。2號樣品孔喉比曲線為單峰，峰值處對應的孔喉半徑比值為200，主要分布范圍為80～300。3號樣品孔喉比主要分布范圍為200～450，在0～100范圍內，孔喉半徑比分布頻率僅為10.37%，且其孔喉比分布范圍是3個樣品中最大的，說明3號樣品存在著較多半徑較大的孔隙和半徑較小的喉道，不利于流體流動（見圖7）。

4 儲層微觀孔隙滲流特征研究

在恒速壓汞研究儲層微觀孔隙結構的基礎上，再利用先進的核磁共振技術對3塊樣品的微觀孔隙流體賦存狀態進行了研究［13－14］。

1號樣品的可動流體飽和度最高，可達60.5%，可動流體孔隙度為10.16%，氣測孔隙度為16.8%，束縛水飽和度僅為39.5%。1號樣品的大部分孔隙是允許流體滲流的有效孔隙，孔隙中的大部分流體可以自由流動。2號樣品的可動流體飽和度較低，僅為37.55%，可動流體孔隙度為5.93%，氣測孔隙度為15.8%，束縛水飽和度可達62.45%。由此可見，2號樣品的大部分孔隙為無效孔隙，允許流體滲流的孔隙較少。3號樣品的可動流體飽和度為40.78%，可動流體孔隙度僅為5.02%，氣測孔隙度為12.3%，束縛水飽和度為59.22%。3號樣品的物性要比2號樣品差，但是其滲流能力卻稍好于2號樣品，主要是由于3號樣品的孔喉連通性要比2號樣品好，且3號樣品的黏土充填程度要低于2號樣品。

綜上分析，在3塊樣品的孔隙半徑分布差別不大的情況下，其滲流能力差異很大，這主要受喉道控制，巖樣的喉道半徑越大、有效喉道個數越多，喉道體積越大，喉道發育程度就越高，流體在巖樣內越容易流動。喉道是影響儲層微觀孔隙結構特征的主要因素，其決定了孔隙流體的賦存狀態和可流動性的差異。因此，增大喉道半徑以及增加有效喉道個數對儲層的滲流能力具有明顯的改善作用，對油田的生產開發具有指導意義。

圖7 不同樣品孔喉半徑比分布

5 結論

1）研究區J2x儲層發育的孔隙組合類型主要有粒間孔－溶孔、溶孔－粒間孔、晶間孔－溶孔、溶孔、微孔等。儲層喉道類型以點狀喉道為主，次為片狀或彎片狀喉道。

2）J2x儲層孔隙度平均值12.4%，滲透率平均值3.24mD，儲層為典型的低孔、特低滲油藏。

3）喉道是影響儲層微觀孔隙結構特征的主要因素，其決定了孔隙流體的賦存狀態和可流動性的差異。因此，增大喉道半徑以及增加有效喉道個數對儲層的滲流能力具有明顯的改善作用，對油田的生產開發具有指導意義。

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