致密油储层微观孔喉结构特征

致密油储层微观孔喉结构特征

随着世界能源需求的急剧增加，固定石油和天然气资源的需求变得越来越重要。致密油是非常规油气资源的主要类型,已成为全球非常规石油勘探开发的重点领域。鄂尔多斯盆地延长组长7油层组储层致密,渗透率一般小于0.3mD,按照致密油划分标准[6~10],长7储层为典型的致密油储层。致密油储层特征与常规低渗透储层特征有显著差异,尤其是储层微观孔喉结构特征。开展致密油储层微观孔喉结构特征及其对渗流的影响是致密油开发成功的关键[11~13]。为此,笔者以鄂尔多斯盆地姬塬油田安83区延长组长7致密油储层为研究对象,对储层的微观孔喉特征进行了系统研究,明确了孔喉特征参数与物性之间的相关性,并在此基础上进一步研究了微观孔喉结构的分类特征,建立了适合致密油储层的分类评价标准,以指导油田开发实践。1出现早期油气储层鄂尔多斯盆地三叠系延长组自上而下分为长1—长10等10个油层组,其中长1、长2、长3、长4+5、长6和长8等油层为区域性工业油层,长7期为湖盆的最大扩张期,沉积的暗色泥岩、油页岩为延长组的主要烃源岩。姬塬油田位于鄂尔多斯盆地西北部,受东北和西南两大物源影响,长7沉积期主要发育三角洲相、湖泊相和浊积扇相(图1)。随着姬塬油田勘探和评价程度的不断深入,目前已发现长7储层出油井35个,其中安83区已规模建产,初步展现出长7油层组良好的勘探开发前景。姬塬油田安83区临近沉积中心,靠近油源,具有优先捕获油气的优势。该区长7储层以浅灰色、灰色长石砂岩为主,其次为岩屑质长石砂岩;碎屑颗粒成分成熟度中等偏差,结构成熟度低到中等;砂岩以细粒、极细粒为主,岩性致密,为典型的致密油储层。统计分析28口井1723块样品岩心数据,长7储层平均渗透率为0.2mD,孔隙度为8.85%,储层物性差,基本无自然产能,必须进行压裂改造才能正常生产。2储层孔隙类型安83区长7储层成岩作用复杂,其中压实作用是导致储层致密的主要原因,压实作用强度达60%以上,碎屑颗粒主要以线接触为主,部分呈凹凸接触(图2a);其次是填隙物含量高,占总量的14%,伊利石、碳酸盐和硅质的胶结作用使得物性进一步变差(图2b、c)。通过铸体薄片和扫描电镜分析研究,储层孔隙类型以长石溶孔和粒间孔为主(图2d、e、f),偶见岩屑溶孔、晶间孔和微裂隙(图2g)。根据薄片鉴定资料,安83区长7储层总面孔率介于0~8.5%,平均值为2.81%;其中长石溶孔面孔率介于0~4%,平均值1.32%,占总面孔率47%左右;粒间孔次之,面孔率介于0~7%,平均值为1.28%,占总量的46%;岩屑溶孔面孔率介于0~1%,平均值为0.09%,占总量的3%;晶间孔面孔率介于0~0.5%,平均值为0.06%,占总量的2.1%;微裂隙面孔率介于0~0.6%,平均值为0.05%,占总量的1.17%。从孔隙形状看,以长条形或不规则形状的次生溶蚀孔隙为主,其次为三角形或多边形粒间孔,每个孔隙都有3~4条喉道与其相连(图2c、f)。喉道为颗粒间连通的狭窄部分,喉道的发育状况是决定岩石内流体渗流能力的主控因素。镜下观察长7储层喉道类型以弯片状、片状以及管束状为主(图2c、h),局部可见孔隙缩小型喉道、缩颈型喉道(图2f)。3传统压力铬实验的分析3.1岩心压汞测试压汞技术是储层孔喉结构研究的重要手段,压汞测得的毛细管压力曲线表征了岩石孔喉大小及分布。通过对安83区长7储层多个岩心样品进行压汞测试,得出了压汞曲线各项特征参数。从曲线上可以看出(图3),随着渗透率的降低,门槛压力、中值压力增加,曲线向右上方偏移。各样品排驱压力和中值压力整体较高,在曲线过渡段的斜度变化不大,这反映了储层有效喉道半径分布范围窄,孔喉结构较差的特征。3.2储层储集能力分析孔喉结构是指岩石所具有的孔隙和喉道的几何形状、大小、分布及其相互连通关系。孔喉结构参数众多,但可归结为反映孔喉大小、分选、连通性及控制流体运动特征的3类参数。上述参数特征的有机组合可以充分表征孔喉结构的好坏。由于实际岩石孔喉结构是错综复杂的,本次研究采用统计方法,从孔喉分布、孔喉大小、孔喉连通性三方面进行分析。孔喉分布特征参数:孔喉分布特征参数主要有分选系数、变异系数、均值系数、歪度等。从压汞分析资料来看,储层孔喉分选程度总体较好,孔喉较细,分布均匀。孔喉大小特征参数:孔喉半径的大小对孔喉结构影响极大。此类特征参数主要包括中值半径、最大孔喉半径及孔喉体积比等。测试样品中值半径、最大孔喉半径、孔喉体积比的平均值依次为0.06μm、0.35μm、3.19,表明长7致密油储层孔喉半径较小,孔喉比较大(表1)。孔喉连通特征参数:反映孔喉连通性的有排驱压力、中值压力、退汞饱和度、退汞效率和最大进汞饱和度等参数,它们的大小直接反映了储层的储渗能力。安83区长7储层压汞测试数据显示:最大进汞饱和度均值67.88%,退汞饱和度均值49.81%,表明储层储集能力相对较强;排驱压力均值2.77MPa,退汞效率均值26.45%,表明储层喉道微细,连通性差,渗流能力较低。3.3孔喉连通特征参数孔喉特征是影响储层物性的内在因素,研究储层孔喉特征参数与孔渗之间的关系,建立适合致密油储层的分类评价标准,对致密油储层产能评价及措施优化具有一定的指导意义。由表1可知,整体看来,孔喉特征参数与渗透率的相关性要好于其与孔隙度的相关性。对渗透率影响较大的孔喉结构参数为:孔喉体积比、退汞效率、分选系数等,相关系数均大于0.6。从各个参数与孔隙度的相关性关系来看,歪度、分选系数、变异系数、孔喉体积比、排驱压力、退汞效率对孔隙度都有一定影响,但相关系数较小,说明影响程度不大。孔喉特征参数与物性相关性表明某一孔喉参数发生变化可能极大地影响渗透率,但对孔隙度的影响却不大。从表1可以看出,孔喉分布特征参数中与物性相关性最好的是分选系数。孔喉分选性指孔喉大小分布的均一程度。孔喉大小分布愈集中,则表明其分选性愈好,在压汞曲线上表现为曲线中间的过渡段较平缓,水平段较长;反之,分选愈差,压汞曲线就愈倾斜。对中高渗储层而言,孔隙结构越均质越好,即分选系数越小储层物性越好。但对于低渗超低渗储层以及致密油储层,孔喉分选系数过低,则喉道微细,基本为无效喉道,渗流能力低下;随着分选系数增大,孔喉半径分布范围变宽,孔喉结构越不均一,大喉道占据的比例就越大,渗透率也相应增大(图4a)。当分选系数大到一定程度时,喉道的非均质增强,孔喉结构变差,渗透率又开始降低。相关文献研究表明,低渗超低渗储层孔喉分选系数在2.0~2.8时最好。安83区长7储层孔喉分选系数在0.56~2.24,集中分布在1.0~1.5的小孔喉区域,范围窄且集中,表明孔喉结构相对均质。正是这种相对均质的孔喉结构决定了致密油储层的渗流特征。孔喉大小特征参数中与物性相关性最好的是孔喉体积比(图4b)。安83区长7储层孔喉体积比在1.9~10.11。孔喉体积比较小时,有效喉道发育程度高,单个孔隙被多个大喉道控制,渗透率高,孔隙内的油气容易流经喉道而被采出;当孔喉体积比较大时,有效喉道发育程度低,单个孔隙被少数喉道控制,孔隙间的连通性差,油气难以流经小喉道。孔喉连通特征参数中退汞效率与物性相关性最好,与孔隙度和渗透率均呈正相关关系。退汞效率反映的是非润湿相毛细管力采收率,在降压退汞过程中,较细的喉道首先排空汞,汞的连续性不断遭到破坏,以至于一部分喉道在压力还未降低到排空汞所需的排驱压力以前,由于较细的喉道已经排空汞而成孤立状态,从而不再排出汞。致密油储层喉道微细,为防止汞的连续性遭到破坏,提高退汞效率,需要退汞时缓慢降低压力,保持微细喉道中汞的连续性。与注水开发相对应,致密油储层宜采取低速注水,以保持油相的连续性不被破坏。4储层类型及特点通过对姬塬油田安83区长7储层孔喉分布、孔喉大小、孔喉连通性三方面参数与物性之间的相关性分析,表明孔喉分布特征参数中的分选系数、孔喉大小特征参数中的孔喉体积比、孔喉连通特征参数中的退汞效率与物性相关性最好。从这3个参数的相关图中可以看出(图5),微观孔喉特征参数分类特征明显,结合宏观物性,可以将储层分为3类,据此建立了适合致密油储层的分类评价标准(表2)。Ⅰ类储层以胡191井为代表,孔隙类型以粒间孔—溶孔为主,最大孔喉半径大于0.42μm,为小孔细喉型。该类储层孔喉半径与进汞量关系一般呈双峰或多峰态,分选系数一般大于1.59,孔喉类型多样,渗透率主要由较少数量的大孔喉贡献,一般大于0.3mD。该类储层通过措施改造能获得较高工业油流,如胡191井2180~2185m压裂措施后日产油8.2t。Ⅱ类储层以安81井为代表,孔隙类型以溶孔、粒间孔为主,最大孔喉半径为0.3~0.42μm,为细小孔细喉型。此类储层孔喉主要分布在小孔喉区域,范围窄且集中,孔喉半径与进汞量关系一般呈单峰态,渗透率为0.1~0.3mD。该类储层通过措施改造一般能获得工业油流,但由于本身缺乏相对大喉道的沟通,往往稳产时间短,递减快,如安81井2183~2188m压裂后日产油2.4t,3个月后产量递减为0.5t/d。Ⅲ类储层以胡192井为代表,孔隙类型以微孔为主,最大孔喉半径小于0.3μm,为微孔微喉型。此类储层孔喉半径与进汞量关系呈单峰态,孔喉分选程度总体较好,孔喉微细且分布均匀,分选系数一般小于1.19,渗透率小于0.1mD。该类储层通过大型体积压裂措施改造,在储层内部形成缝网系统,改善储层的储渗结构后能获得一定工业油流。5孔喉特征选取及分类(1)姬塬油田安83区长7致密油储层孔隙类型主要为长石溶孔和粒间孔,发育弯片状、片状喉道以及管束状喉道,局部区域可见孔隙缩小型喉道和缩颈型喉道。(2)长7致密油储层孔喉结构的非均质性决定了其储集和渗流特征及其差异。压汞资料分析表明,储层孔喉分选程度总体较好,孔喉大小分布均匀;孔喉半径较小,孔喉体积比较大;排驱压力、最大进汞饱和度均较高,说明储层储集能力相对较强,但储层的渗流能力较低。(3)孔喉特征参数与渗透率的相关性好于与孔隙度的相关性。对渗透率影响较大的孔喉结构参数为:孔喉体积比、分选系数、退汞效率。其中孔喉体积比与渗透率相关性最好,孔喉体积比越小,有效喉道发育程度