高永利，孫 衛(wèi)，張 昕

1.西安石油大學(xué)石油工程學(xué)院，西安 710065

2.西北大學(xué)大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安 710069

3.西安石油大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，西安 710065

0 引言

我國(guó)低滲透和特低滲透油田儲(chǔ)量資源比較豐富，隨著石油勘探和開(kāi)發(fā)技術(shù)的進(jìn)步，低滲透和特低滲透油田探明和動(dòng)用地質(zhì)儲(chǔ)量所占的比例在總儲(chǔ)量中所占的份額明顯增大。據(jù)統(tǒng)計(jì)［1］，探明儲(chǔ)量中低滲透及特低滲透儲(chǔ)量所占比例高達(dá)70%，鄂爾多斯盆地特低滲透儲(chǔ)量所占比例更大，特低滲透油田已成為我國(guó)陸上石油工業(yè)穩(wěn)定發(fā)展的重要潛力。要合理、高效地開(kāi)發(fā)低滲透及特低滲透油田，就必須搞清其儲(chǔ)層地質(zhì)特征，這樣才能夠采取有效措施提高采收率。

1 特低滲透儲(chǔ)層膠結(jié)物含量及不同類型對(duì)儲(chǔ)層的影響

1.1 膠結(jié)物含量越高，儲(chǔ)層滲透率越小

膠結(jié)物含量對(duì)儲(chǔ)層滲透性能具有較大影響，膠結(jié)物含量的多少與類型不但與沉積環(huán)境有關(guān)，而且與成巖作用有關(guān)。特別對(duì)于低滲透-特低滲透儲(chǔ)層而言，膠結(jié)物含量越多，膠結(jié)物占據(jù)的孔喉空間越多，導(dǎo)致儲(chǔ)層滲透率降低的幅度越大。

表1是對(duì)西峰、沿河灣、合水、安塞王窯等幾個(gè)典型低滲透區(qū)塊延長(zhǎng)組儲(chǔ)層膠結(jié)物成分及其體積分?jǐn)?shù)的顯微鏡下統(tǒng)計(jì)結(jié)果。從表中數(shù)據(jù)可以看出：滲透率小于0.5×10－3μm2的儲(chǔ)層膠結(jié)物體積分?jǐn)?shù)平均為13.9%，滲透率大于1×10－3μm2的儲(chǔ)層膠結(jié)物體積分?jǐn)?shù)平均為11.7%，滲透率小于0.5×10－3μm2的儲(chǔ)層膠結(jié)物體積分?jǐn)?shù)平均比滲透率大于1.0×10－3μm2的儲(chǔ)層大2.2%；滲透率范圍不同，膠結(jié)物成分及體積分?jǐn)?shù)差異也較大。

1.2 綠泥石含量對(duì)儲(chǔ)層物性具有重要控制作用

根據(jù)對(duì)西峰地區(qū)延長(zhǎng)組長(zhǎng)8儲(chǔ)層資料統(tǒng)計(jì)，儲(chǔ)層中具有較多的綠泥石。綠泥石主要有2種賦存狀態(tài)［2－5］：一種是以孔隙襯邊方式產(chǎn)出的黏土膜（綠泥石膜），另一種是充填于孔隙的充填物，但主要以綠泥石膜的形式存在。綠泥石膜常吸附烴質(zhì)組分成為瀝青質(zhì)，顯微鏡下呈黑色 ，顯微熒光分析發(fā)褐色熒光。綠泥石膜的存在一方面能夠?qū)⑺樾寂c孔隙水隔開(kāi)，阻止長(zhǎng)石和石英骨骸的形成，從而阻止形成加大邊，另一方面顆粒間的薄膜可以增強(qiáng)砂巖的機(jī)械強(qiáng)度和抗壓實(shí)能力，抑制石英膠結(jié)作用，使粒間孔隙得以保存。但是，薄膜中瀝青質(zhì)的存在占據(jù)了孔隙空間，使孔隙度和流體的滲流空間減小，而且由于綠泥石也常常占據(jù)孔隙喉道，使喉道變細(xì)、曲折迂回，降低了儲(chǔ)層的滲透率。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，滲透率大于1.0×10－3μm2的儲(chǔ)層綠泥石膜厚度大部分小于5 μm，滲透率小于1.0×10－3μm2的儲(chǔ)層綠泥石膜厚度大部分大于5μm（圖1），莊9、19井區(qū)達(dá)到10μm左右（圖2a，b）。綠泥石膜發(fā)育的砂巖中碎屑顆粒多呈點(diǎn)－線接觸，機(jī)械壓實(shí)作用較弱［6］。

1.3 巖鹽對(duì)姬塬地區(qū)長(zhǎng)4＋5及長(zhǎng)6儲(chǔ)層物性具有重要影響

從電鏡掃描資料來(lái)看，姬塬地區(qū)長(zhǎng)4＋5及長(zhǎng)6儲(chǔ)層成巖階段中、晚期析出的NaCl晶體呈立方體狀，大小為3～20μm，集合體呈嵌晶狀或團(tuán)塊狀，晶體形態(tài)不清，一般附著于孔壁或者喉道壁，縮小了孔徑或者喉道半徑，降低了儲(chǔ)層滲透率（圖2c）。但當(dāng)注入低礦化度水時(shí)，對(duì)改善儲(chǔ)層物性則具有明顯效果（圖2d，表2）。

表1 不同滲透率段儲(chǔ)層膠結(jié)物體積分?jǐn)?shù)對(duì)照Table1 Volume fraction comparison between difference permeability

圖1 西峰地區(qū)長(zhǎng)8儲(chǔ)層綠泥石膜厚度與儲(chǔ)層滲透率關(guān)系Fig.1 Relationship between permeability and film thickness of illite in Chang 8of Xifeng area

1.4 鐵方解石含量明顯影響儲(chǔ)層物性

碳酸鹽膠結(jié)物在不同成巖階段均有產(chǎn)出，不同成巖階段產(chǎn)出的碳酸鹽膠結(jié)物其晶體特征和礦物成分存在較大差異［7］。

晚成巖階段形成的連晶狀鐵方解石和鐵白云石體積分?jǐn)?shù)最高可達(dá)13%，呈斑狀充填孔隙，主要分布于流體活動(dòng)較活躍的孔隙中（圖2e）。其占據(jù)了孔隙的位置，縮小或堵塞喉道，極大地降低了巖石的面孔率（圖3）、孔隙度和滲透率（表3），是延長(zhǎng)組儲(chǔ)層致密化的重要原因之一。

表2 旗85－89井長(zhǎng)6砂巖中巖鹽礦物溶解前后物性對(duì)比Table2 Physical property comparison between before and after the halite corrosion，well Q 85－89，Chang 6

表3 長(zhǎng)6儲(chǔ)層鐵方解石體積分?jǐn)?shù)與儲(chǔ)層孔隙度、滲透率的關(guān)系Table3 Relationship between ferrocalcite volume fraction and permeability and porosity，Chang 6

圖2 鑄體薄片和電鏡掃描照片F(xiàn)ig.2 Photos of cast section and SEM

圖3 長(zhǎng)4＋5層鐵方解石體積分?jǐn)?shù)與面孔率關(guān)系Fig.3 Relationship between ferrocalcite volume fraction and scope－pore coefficient，Chang 4＋5

1.5 伊利石膠結(jié)物發(fā)育，極大地降低了儲(chǔ)層物性

伊利石通常形成于晚成巖階段，是蒙脫石轉(zhuǎn)化的膠結(jié)物，也可由巖屑蝕變而來(lái)［6］。自生伊利石結(jié)構(gòu)較疏松，多呈絲縷狀、搭橋狀、鱗片狀包圍在碎屑顆粒周圍（圖2f，g），在流體流動(dòng)過(guò)程中堵塞喉道，使孔喉的有效滲流半徑減小，從而使得儲(chǔ)層滲透率降低［2］。

與西峰白馬區(qū)（三角洲前緣沉積體系）長(zhǎng)8儲(chǔ)層相比，合水長(zhǎng)6儲(chǔ)層（濁積扇沉積體系）中膠結(jié)物發(fā)育，體積分?jǐn)?shù)高達(dá)15.1%，且膠結(jié)物以伊利石為主，平均體積分?jǐn)?shù)為8.2%；而白馬區(qū)膠結(jié)物體積分?jǐn)?shù)為11.7%，伊利石體積分?jǐn)?shù)僅為1.9%。伊利石體積分?jǐn)?shù)高是導(dǎo)致合水長(zhǎng)6儲(chǔ)層物性變差的主要因素之一。數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，綠泥石與伊利石的體積分?jǐn)?shù)具有較好的消長(zhǎng)關(guān)系（圖4）。

1.6 濁沸石膠結(jié)是陜北地區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層低滲的主控因素

陜北地區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層砂巖濁沸石較發(fā)育，體積分?jǐn)?shù)一般為3%，部分可達(dá)到8%～22%［8－9］。

濁沸石大多分布在三角洲前緣亞相水下分流河道砂巖中，常與綠泥石黏土襯邊伴生，而且主要分布在多期河道疊置的厚砂巖中，形成綠泥石－濁沸石膠結(jié)相；比較薄的孤立水下分流河道砂巖中濁沸石體積分?jǐn)?shù)少，主要為硅質(zhì)和方解石充填膠結(jié)。火山碎屑巖屑體積分?jǐn)?shù)越高，濁沸石體積分?jǐn)?shù)亦越高。

有機(jī)質(zhì)脫梭基產(chǎn)生酸性水，酸性水運(yùn)移過(guò)程中遇到濁沸石膠結(jié)的砂巖 ，可溶蝕其中的濁沸石形成濁沸石溶孔。當(dāng)溶蝕作用中等或較弱時(shí)，因溶蝕不徹底而呈麻斑狀充填于粒間孔隙中（圖2h）。

圖4 長(zhǎng)8綠泥石與伊利石相對(duì)體積分?jǐn)?shù)關(guān)系Fig.4 Relationship of relative volume fraction between illite and chlorite，Chang 8

沿河灣地區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層碎屑體積分?jǐn)?shù)（86.4%）、平均孔徑（21.3μm）與王窯區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層（碎屑體積分?jǐn)?shù)86.9%，平均孔徑23.3μm））基本一致，膠結(jié)物體積分?jǐn)?shù)相當(dāng)（13.3%和12.1%）；但沿河灣儲(chǔ)層膠結(jié)物以濁沸石為主，體積分?jǐn)?shù)高達(dá)6.6%，而王窯區(qū)濁沸石體積分?jǐn)?shù)僅為0.7%。濁沸石弱溶蝕作用是形成沿河灣低孔超低滲儲(chǔ)層的主要原因。

2 特低滲透儲(chǔ)層孔喉結(jié)構(gòu)復(fù)雜，喉道細(xì)小

2.1 儲(chǔ)層滲透率越低，面孔率越小

表4是對(duì)西峰、沿河灣、合水、安塞王窯等幾個(gè)典型區(qū)塊延長(zhǎng)組儲(chǔ)層鑄體薄片孔隙類型的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。從表中數(shù)據(jù)可以看出，不同滲透率區(qū)間儲(chǔ)層平均孔徑規(guī)律性不明顯：滲透率小于0.5×10－3μm2的Z9、Z19井平均孔徑反而大；但滲透率小于0.5×10－3μm2的儲(chǔ)層面孔率明顯小于滲透率大于1×10－3μm2的儲(chǔ)層，說(shuō)明面孔率在一定程度上反映儲(chǔ)層的滲透性能。

2.2 儲(chǔ)層排驅(qū)壓力高，孔喉中值半徑小

常規(guī)高壓壓汞法以毛細(xì)管束模型為基礎(chǔ)，假設(shè)多孔介質(zhì)由直徑大小不同的毛細(xì)管束組成。表5是利用高壓壓汞取得的長(zhǎng)慶超低滲透油藏不同區(qū)域不同滲透率區(qū)間儲(chǔ)層孔喉結(jié)構(gòu)特征參數(shù)。從表中數(shù)據(jù)可以看出：滲透率小于0.5×10－3μm2的儲(chǔ)層排驅(qū)壓力平均值達(dá)到1.405MPa，而滲透率大于1×10－3μm2的儲(chǔ)層排驅(qū)壓力平均值只有0.487MPa；滲透率小于0.5×10－3μm2的儲(chǔ)層中值半徑平均值只有0.10μm，而滲透率大于1×10－3μm2的儲(chǔ)層中值半徑達(dá)到0.3μm。這說(shuō)明滲透率低的儲(chǔ)層排驅(qū)壓力高、中值半徑小。

表4 典型區(qū)塊儲(chǔ)層孔隙類型統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)Table4 Typical block statistics data of reservoir pore form

表5 長(zhǎng)慶超低滲透油藏不同滲透率區(qū)間儲(chǔ)層孔喉結(jié)構(gòu)特征參數(shù)對(duì)比Table5 Statistics data comparison of difference interval permeability reservoir pore structure parameter of Changqing ultra－low permeability reservoir

2.3 恒速壓汞資料反映出儲(chǔ)層喉道細(xì)小

恒速壓汞假設(shè)多孔介質(zhì)由直徑大小不同的喉道和孔隙構(gòu)成，恒速壓汞逼近于準(zhǔn)靜態(tài)的進(jìn)汞過(guò)程。恒速壓汞與高壓壓汞的差異性在于恒速壓汞能夠分別確定出儲(chǔ)層中孔隙和喉道的大小與分布［10－11］。

圖5是利用恒速壓汞技術(shù)數(shù)據(jù)取得的西峰（董81－50井，孔隙度為12.7%，滲透率為0.24×10－3μm2，長(zhǎng)8）與姬塬（于44－35，孔隙度為13.5%，滲透率為2.19×10－3μm2，長(zhǎng)4＋5）兩口井儲(chǔ)層的孔隙半徑及喉道半徑分布頻率曲線。從曲線圖上可以看出，盡管兩口井儲(chǔ)層滲透率差異很大，但孔隙半徑分布范圍基本一致，最大的差異性在于特低滲透儲(chǔ)層的喉道半徑分布頻率非常集中，無(wú)較大喉道存在，而且喉道比低滲透儲(chǔ)層更細(xì)小。

3 儲(chǔ)層滲透率越低，可動(dòng)流體飽和度越低

可動(dòng)流體飽和度能夠反映孔隙表面和流體相互間作用，特別是固體表面對(duì)流通的束縛作用，是孔隙結(jié)構(gòu)對(duì)流體滲流阻力大小的體現(xiàn)方式之一［12－14］。

圖6是利用核磁共振分析結(jié)果得出的西峰油田長(zhǎng)8儲(chǔ)層滲透率與可動(dòng)流體分布飽和度關(guān)系圖，表6是統(tǒng)計(jì)出的不同滲透率段可動(dòng)流體飽和度值?？梢钥闯觯簼B透率越低，可動(dòng)流體飽和度整體上越小（滲透率小于0.3×10－3μm2的儲(chǔ)層，可動(dòng)流體飽和度為35.82%）；滲透率越高可動(dòng)流體飽和度整體上越大（滲透率大于1×10－3μm2的儲(chǔ)層，可動(dòng)流體飽和度為56.10%）。這說(shuō)明滲透率越低，儲(chǔ)層不可動(dòng)流體飽和度越大，進(jìn)而說(shuō)明滲透率越低儲(chǔ)層孔喉比面越大、儲(chǔ)層孔喉越細(xì)小。

圖5 儲(chǔ)層孔隙半徑及喉道半徑分布頻率曲線Fig.5 Frequency curve of pore and throat radius，well D81－50and Y44－35

圖6 長(zhǎng)8可動(dòng)流體飽和度與滲透率關(guān)系Fig.6 Relationship between movable liquid saturation and permeability，Chang 8

表6 核磁共振可動(dòng)流體分析Table6 Movable liquid statistics data using NMR

4 結(jié)論

1）特低滲透儲(chǔ)層膠結(jié)物含量越高滲透率越低，而其中的綠泥石、巖鹽、鐵方解石、伊利石和濁沸石膠結(jié)物含量較高及其賦存形態(tài)復(fù)雜或者溶蝕程度差是導(dǎo)致特低滲透儲(chǔ)層物性差、孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜的關(guān)鍵地質(zhì)成因。

2）特低滲透儲(chǔ)層在微觀上表現(xiàn)出面孔率低、排驅(qū)壓力高、小喉道發(fā)育、可動(dòng)流體飽和度低等特點(diǎn)，最終表現(xiàn)為開(kāi)發(fā)效果較差。

（References）：

［1］李道品.低滲透油田開(kāi)發(fā)概論［J］.大慶石油地質(zhì)與開(kāi)發(fā)，1997，16（3）：33－37.Li Daopin.Brief Introduction to Low Permeability Oilfield Development［J］.Petroleum Geology ＆Oilfield Deuelopment in Daqing，1997，16（3）：33－37.

［2］高輝，孫衛(wèi).鄂爾多斯盆地合水地區(qū)長(zhǎng)8儲(chǔ)層成巖作用與有利成巖相帶［J］.吉林大學(xué)學(xué)報(bào)：地球科學(xué)版，2010，40（3）：542－548.Gao Hui， Sun Wei. Diagenesis and Favorable Diagenetic Facies of Chang 8Reservoir in Heshui Area，Ordos Basin［J］.Journal of Jilin University：Earth Science Edition，2010，40（3）：542－548.

［3］王琪，禚喜準(zhǔn)，陳國(guó)俊，等.鄂爾多斯盆地鹽池-姬源地區(qū)三疊系長(zhǎng)4＋5砂巖成巖演化特征與優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層分布［J］.沉積學(xué)報(bào)，2005，23（3）：397－404.Wang Qi， Zhuo Xizhun， Chen Guojun，et al.Characteristics of Diagenetic Evolution of Chang 4＋5 Sandstones（Upper Triassic）in Yanchi－Jiyuan Area，Ordos Basin and Distribution of High－Quality Reservoir［J］.Acta Sedimentologica Sinica，2005，23（3）：397－404.

［4］竇偉坦，田景春，王峰 ，等.鄂爾多斯盆地長(zhǎng)6油層組儲(chǔ)集砂巖成巖作用及其對(duì)儲(chǔ)層性質(zhì)的影響［J］.成都理工大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2009，36（2）：153－158.Dou Weitan，Tian Jingchun，Wang Feng，et al.Diagenesis and Its Influence on the Reservoir Ruality of Member 6of the Upper Triassic Yanchang Formation Oil Reservoirs in Ordos Basin［J］.Journal of Chengdu University of Technology ：Scienc ＆ Technology Edition，2009，36（2）：153－158.

［5］姚涇利，王琪，張瑞，等.鄂爾多斯盆地華慶地區(qū)延長(zhǎng)組長(zhǎng)6砂巖綠泥石膜的形成機(jī)理及其環(huán)境指示意義［J］.沉積學(xué)報(bào)，2009，29（1）：72－77.Yao Jingli，Wang Qi，Zhang Rui，et al.Forming Mechanism and Their Environmental Implications of Chlorite－Coatings in Chang 6Sandstone （Upper Triassic）of Huaqing Area，Ordos Basin［J］.Acta Sedimentologica Sinica，2009，29（1）：72－77.

［6］楊克文，龐軍剛，李文厚.志丹地區(qū)延長(zhǎng)組儲(chǔ)層成巖作用及孔隙演化［J］.吉林大學(xué)學(xué)報(bào)：地球科學(xué)版，2009，39（4）：662－667.Yang Kewen，Pang Jungang，Li Wenhou.Evolution of Diagenesis and Pore in Sandstone Reservoirs in Zhidan Area［J］.Journal of Jilin University ：Earth Science Edition，2009，39（4）：662－667.

［7］齊亞林，宋江海，王立社，等.鄂爾多斯盆地正寧地區(qū)延長(zhǎng)組長(zhǎng)6、長(zhǎng)8砂巖儲(chǔ)層成巖作用特征［J］.西北地質(zhì)，2009，42（3）：95－101.Qi Yalin，Song Jianghai，Wang Lishe，et al.Reservoir Diagenesis of Chang 6－8in Yanchang Formation of Zhengning Area in Ordos Basin［J］.Northwestern Geology，2009，42（3）：95－101.

［8］楊曉萍，裘懌楠.鄂爾多斯盆地上三疊統(tǒng)延長(zhǎng)組濁沸石的形成機(jī)理分布規(guī)律與油氣關(guān)系［J］.沉積學(xué)報(bào)，2002，20（4）：628－632.Yang Xiaoping，Qiu Yinan.Formation Process andDistribution of Laumontite in Yanchang Formation（Upper Triassic） of Ordos Basin ［J］. Acta Sedimentologica Sinica，2002，20（4）：628－632.

［9］薛軍民，解偉，王震，等.川口油田長(zhǎng)6儲(chǔ)層成巖作用［J］.吉林大學(xué)學(xué)報(bào)：地球科學(xué)版，2009，39（6）：1007－1012.Xue Junmin，Xie Wei，Wang Zhen，et al.Diagenesis of Chang 6Reservoir in Chuankou Oilfleld［J］.Journal of Jilin University：Earth Science Edition，2009，39（6）：1007－1012.

［10］王翊超，王懷忠，李煉民，等.恒速壓汞技術(shù)在大港油田孔南儲(chǔ)層流動(dòng)單元微觀孔隙特征研究中的應(yīng)用［J］.天然氣地球科學(xué)，2011，22（2）：335－339.Wang Yuchao，Wang Huaizhong，Li Lianmi，et al.Application of Constant Velocity Mercury Injection Technique to Study Microscopic Pore Structures on Various Reservoir Flow Unit in Kongnan Area［J］.Natural Gas Geoscience，2011，22（2）：335－339.

［11］王瑞飛，沈平平，宋子齊.特低滲透砂巖油藏儲(chǔ)層微觀孔喉特征［J］.石油學(xué)報(bào)，2009，30（4）：560－563.Wang Ruifei， Shen Pingping， Song Ziqi.Characteristics of Micro－Pore Throat in Ultra－Low Permeability Sandstone Reservoir［J］.Acta Petrolei Sinica，2009，30（4）：560－563.

［12］王瑞飛，陳明強(qiáng).特低滲透砂巖儲(chǔ)層可動(dòng)流體賦存特征及影響因素［J］.石油學(xué)報(bào)，2008，29（4）：558－561.Wang Ruifei，Chen Mingqiang.Characteristics and Influencing Factors of Movable Fluid in Ultra－Low Permeability Sandstone Reservoir［J］.Acta Petrolei Sinica，2008，29（4）：558－561.

［13］王為民，郭和坤，葉朝輝.利用核磁共振可動(dòng)流體評(píng)價(jià)低滲透油田開(kāi)發(fā)潛力［J］.石油學(xué)報(bào)，2001，22（6）：40－44.Wang Weimin，Guo Hekun， Ye Chaohui.The Evaluation of Development Potential in Low Permeability Oil Field by the Aid of NMR Movable Fluid Detecting Technology［J］.Acta Petrolei Sinica，2001，22（6）：40－44.

［14］高輝，孫衛(wèi).特低滲透砂巖儲(chǔ)層可動(dòng)流體變化特征與差異性成因［J］.地質(zhì)學(xué)報(bào)，2010，84（8）：1223－1230.Gao Hui，Sun Wei.Movable Fluid Changing Characteristics and Diversity Origin of Ultra－Low Permeability Sandstone Reservoir［J］.Acta Geologica Sinica，2010，84（8）：1223－1230.