低渗透砂岩储层微观结构可动流体参数差异性成因分析

低渗透砂岩储层微观结构可动流体参数差异性成因分析

磁共振成像（nmr）作为一种非常重要的储层分析和评估工具，在石油工业勘探开发领域得到了广泛应用（周波等，2007；谢立红等，2007）。通过观测岩斑岩中的氢核氮mr信号，我们可以直接测量岩斑岩中的运动特征，获得储层的有效孔隙度、渗透性、移动流体和束缚体的体积、间隙结构等地质信息。以及有关储层性质和生产能力的信息（王玉民等，2001a、2005；范益仁等，2005；姜瑞忠等，2005；杨正明等，2009）。特低渗透砂岩储层受沉积、成岩作用影响,孔喉结构复杂,流体赋存状态也不同于常规储层。定量评价、分析该类储层可动流体的变化特征与差异性成因,对于正确评价储层的开发潜力、制定相应的开发政策具有一定的理论参考价值。1可动流体tb孔隙大小与氢核弛豫率的反比关系是核磁共振谱(T2谱)研究岩石孔隙结构的理论基础。从油层物理学角度考虑,当孔隙半径小到某一程度后,孔隙中的流体将被毛管力或粘滞力所束缚而无法流动(王为民等,2001b;杨正明等,2006)。那么T2谱就存在一个界限,该界限就是可动流体T2截止值,当孔隙流体的T2驰豫时间大于该值时,流体为可动流体,T2谱上T2驰豫时间大于T2截止值各点的幅度和占所有点幅度和的百分数即为可动流体百分数(王为民等,2001b;肖秋生等,2009)。可见,可动流体百分数是指孔径大于截止孔径的孔隙体积占岩样总孔隙体积的百分数。基于这一考虑,就可将孔隙度与可动流体百分数的乘积称为可动流体孔隙度,该值直接给出了单位体积样品内的可动流体量。2水状态下的核磁共振t1谱对鄂尔多斯盆地延长组长8、长6和长4+5储层191块样品的可动流体参数进行了实验测试,图1为其中4块样品(代表4种典型分布形态)饱和模拟地层水状态下的典型核磁共振T2谱,横向T2弛豫时间反映流体受样品孔隙固体表面作用力的大小,纵坐标代表流体量(陈冬霞等,2006)。根据测试结果分析,特低渗透砂岩储层可动流体变化特征可总结如下。2.1左峰高右峰及左右峰分布型测试结果表明,191块样品的T2谱分布形态以双峰为主,但左、右峰的幅度不同,鲜有单峰态分布,主要表现为4种类型(图1):左峰高右峰低型(占27.23%)、左峰低右峰高型(占36.65%)、左右峰基本相等型(占35.08%)和单峰分布型(占1.05%)。T2截止值主要分布在11.57～16.68ms之间,而低渗透砂岩的T2截止值介于1～20ms之间(王为民等,2001c),可见,特低渗透砂岩储层样品的T2截止值属中等—偏高范围内。2.2可动流体孔隙度级差191块样品的可动流体百分数分布于3.53%～72.15%范围内,平均为46.74%,可动流体百分数级差为20.44;可动流体孔隙度介于0.14%～10.57%之间,平均为5.01%,可动流体孔隙度级差为76.43。从结果来看特低渗透砂岩储层可动流体参数变化幅度较大,两个参数相比,可动流体孔隙度的变化幅度更大,因为该参数是可动流体百分数和孔隙度的综合反映,表征了储层的渗透和储集性能。2.3不同类型砂体的微观特征参数表1统计了3个层位的可动流体参数,从中可以发现,3个层位中长8储层的可动流体百分数最高,长4+5储层最小;长6储层的可动流体孔隙度最高(与其较高的孔隙度有关),而长4+5储层最小(因为其可动流体饱和度最小),可见3个储层可动流体参数存在一定差异。长8储层样品主要取自鄂尔多斯盆地西南部,该地区长8储层长石含量减小,润湿性主要以中—弱亲油为主(任晓娟等,2005),而长4+5、长6储层样品主要取自盆地中—东北部(少部分长6储层样品取自盆地西南部),长石含量高(王琪,2005a,2005b),润湿性以中—强亲水为主。长石具有较强的吸附能力,矿物颗粒表面流体容易被吸附而成为束缚流体。润湿性越强,颗粒表面对流体的吸附能力就越强,可动流体含量就越小。为了进一步分析,对两个参数的级差进行了对比(表1),结果表明,长6储层的级差远高于其他两个储层。鄂尔多斯盆地受东北和西南两大方向物源的控制,在盆地东北部缓坡带发育曲流河三角洲沉积,在盆地西南部陡坡带发育辫状河三角洲-浊流沉积(李凤杰,2006;窦伟坦等,2009),不同类型砂体组成的储集空间,物性、微观特征参数差异较大,也就造成了同一层位可动流体参数变化较大。上述分析可以看出,3个层位可动流体参数之间的差异,源于沉积和成岩作用差异而导致的微观特征参数的不同,沉积时水动力的强弱、颗粒的分选、碎屑组分与含量及成岩压实作用、胶结物类型和溶解作用的差异都会造成微观特征参数的复杂变化,进而影响可动流体参数。3深度可动流体变化特低渗透砂岩储层可动流体参数的影响因素繁多,不同地区、不同储层或是同一口井不同深度其可动流体变化也异常复杂。储层物性、孔隙(尤其是次生孔隙)发育和连通程度、微裂缝发育程度、粘土矿物存在形式及其充填孔喉程度等微观孔隙结构特征是影响可动流体参数变化的主要因素,而这些微观孔隙结构特征在核磁共振T2谱上都有一定的响应。3.1储层可动流体孔隙度与渗透率的关系分别对样品按照层位进行了可动流体参数与物性的相关性比较,同时也对总的实验结果进行了分析,以期找出物性与可动流体参数之间的变化规律。结果表明(图2),长4+5储层可动流体百分数与孔隙度之间基本没有相关关系,与渗透率具有一定的正相关关系,但相关性较差,当渗透率大于某一值时,可动流体百分数增加幅度变小。可动流体孔隙度与物性的相关关系较好,与渗透率的相关性更好一些,可动流体孔隙度随着储层物性的改善而增大。渗透率较小时,可动流体孔隙度变化幅度较大。图3为长6储层物性与可动流体参数之间的相关关系,分析发现,长6储层可动流体百分数与孔隙度基本没有表现出相关关系,与渗透率的相关性较差,渗透率增大可动流体百分数数据点表现出收敛趋势。可动流体孔隙度与物性均表现出较好的正相关关系,与渗透率的相关性好于与孔隙度的相关性,与长4+5储层一致,可动流体孔隙度与渗透率之间表现出了较好的对数正相关关系,样品渗透率越小,可动流体孔隙度减小幅度越大。长8储层可动流体百分数与孔隙度基本无相关性(图4),与渗透率的相关性较差,且可动流体百分数数据点随着渗透率的增大而趋于收敛。可动流体孔隙度与物性之间表现出了较好的相关关系,与渗透率呈较好的对数正相关(与长4+5和长6储层一致),相关性好于长6储层。综合3个储层的分析结果(图5),可动流体百分数与孔隙度基本无相关性,与渗透率表现出了一定的相关关系,但相关性不强,随着渗透率的增大,可动流体百分数值也呈增大趋势,数据点也趋于收敛,表明相关性增强,但数据点整体比较分散,这说明可动流体百分数并不完全受渗透率控制,部分渗透率较低的岩芯可动流体百分数反而较高,反之亦然。因此表明可动流体百分数是一个独立于孔隙度、渗透率的参数,由于可动流体反映的是整个孔隙空间内可流动流体量所占比例,直接决定了有可能采出的原油量,因此是储层开发潜力评价的一个重要参数,对于渗流空间有限的特低渗透储层更是如此。可动流体孔隙度与孔隙度和渗透率之间都表现出了较好的相关关系,与渗透率的相关性要好于与孔隙度的相关性。与上述分析一致,可动流体孔隙度与渗透率表现出较好的对数正相关关系。渗透率较小时,可动流体孔隙度变化幅度较大,当渗透率约大于1×10-3μm2时,可动流体孔隙度变化幅度减小。3.2储层渗流能力原生孔隙中的粒间孔储集空间大,一般是特低渗储层最好的孔隙类型,也是最主要的流体储集空间,如果孔隙之间的连通性变差,如颗粒接触形式以点、线接触为主,喉道就会急剧缩小,使部分孔隙成为无效孔隙,其中的流体也就成为不可动流体,将严重影响可动流体含量。而次生孔隙的发育可将粒间孔很好地连通起来,为孔隙间提供更多的渗流通道,明显改善特低渗透砂岩储层的渗流能力,提高可动流体含量。例如盘古梁长6储层15块样品的可动流体百分数平均为42.09%,而合水长8储层20块样品的可动流体百分数平均为53.30%,庆阳长8储层18块样品的可动流体百分数平均为47.90%。根据铸体薄片镜下统计(表2),合水和庆阳区长8储层的次生孔隙绝对含量分别为1.19%和1.38%,发育程度明显要好于盘古梁长6储层(绝对含量为0.95%)。同时,环境电镜扫描图像也表明,次生孔隙的发育程度对可动流体百分数影响较大,如合水区Zh125-19井A-1号样品(1562.60～1562.90m)、C-1号样品(1558.35～1558.57m)、Zh86-20井A-1号样品(1708.3～1708.47m)其孔隙度依次为6.30%、5.91%、4.50%,渗透率分别为0.07×10-3μm2、0.06×10-3μm2、0.08×10-3μm2,由于孔隙、孔洞、微裂隙发育(图6),连通性好,可动流体百分数均较高,依次为67.21%、71.70%、55.44%。3.3储层微裂缝与可动流体高分辨率X-CT扫描图像表明,鄂尔多斯盆地特低渗透储层微裂缝普遍比较发育,表现为微裂缝个数多,微裂缝之间的连通性较好,甚至交错网状分布。微裂缝的发育对可动流体具有两方面的影响:一方面微裂缝本身具有较高的可动流体量,另一方面微裂缝能够沟通孔隙,增加可动流体量(曾联波,2004)。可见,储层微裂缝越发育,可动流体含量就越高,反之,如果微裂缝不发育,即使其孔隙度较大,可动流体含量也可能较低。如合水地区Zh40井区Zh86-20井B-3号岩芯样品(1718.80～1719.01m)。X-CT扫描发现不存在规模较大的裂缝,但有微裂缝存在,且微裂缝发育良好,由岩芯纵向切面可以看出微裂缝的方向为垂向(图7和图8),尽管基质渗透率仅为0.04×10-3μm2,孔隙度仅为4.37%,但可动流体百分数却达到了55.21%。3.4储层微结物对可动流体的影响鄂尔多斯盆地延长组特低渗透储层粘土含量较高,绿泥石、高岭石、石英、伊利石充填孔喉普遍,例如绿泥石以孔隙衬边或充填孔喉状分布使孔隙半径减小或喉道变细、曲折迂回甚至消失,有效渗流通道减小;高岭石虽可提供一定量的晶间孔,但由于其经常充填孔喉生长,将大的孔隙分割成为若干个小的部分,增加了无效孔隙含量;而伊利石搭桥或充填孔喉生长也会使储层孔隙度减小、渗透率性变差,使得部分流体成为束缚流体;碳酸盐、硅质胶结物多以粒间胶结物或次生孔隙内充填物的形式出现(刘林玉等,2006;高静乐等,2008;窦伟坦等,2009),缩小或堵塞喉道,使物性变差;而且粘土微孔中的流体通常为束缚流体,渗流过程中不参与流动,可见粘土矿物的存在形式及其对孔隙的充填程度对可动流体含量大小影响明显。如X28井2号样品孔隙度为15.30%、渗透率为0.83×10-3μm2,由于粒间和粒表绿泥石、伊利石粘土和石英充填孔喉,致使可动流体百分数低(为35.79%)(图9)。而X13井1号样品孔隙度为13.7%、渗透率为0.91×10-3μm2,由于绿泥石、伊利石粘土充填孔喉,可动流体百分数也较低(为37.81%)(图9)。4储层可动流体参数分布特征(1)特低渗透储层样品T2谱分布表现出4种主要形态、T2截止值中等—偏高,可动流体参数变化幅度较大、各层位的可动流体参数存在差异。渗透率较小时,可动流体参数的变化幅度大,当渗透率增大到某一值后,可动流体参数数据点收敛,变化幅度减小。可动流体孔隙度与渗