王 偉,侯 濤,丁新燕
(1.榆林學(xué)院 化學(xué)與化工學(xué)院,陜西 榆林 719000;2.長慶油田 第一采油廠,陜西 延安 716000)
隨著全球油氣勘探開發(fā)的進(jìn)展,致密油藏已成為了全球油氣勘探的重要組成部分,鄂爾多斯盆地作為我國第二大沉積盆地[1],對我國油氣的產(chǎn)出有著重要的貢獻(xiàn)。中生界上三疊統(tǒng)延長組是鄂爾多斯盆地主要的石油開發(fā)層段,其三疊系長7油層組發(fā)育致密砂巖油藏,是目前油氣勘探開發(fā)的熱點[2-7],2014年在鄂爾多斯盆地西部發(fā)現(xiàn)了致密油儲量超億噸級的新安邊大油田,表明該區(qū)域具有巨大的資源潛力。長7致密油藏與超低滲油藏的孔喉結(jié)構(gòu)差異較大,研究致密油藏孔隙結(jié)構(gòu)是進(jìn)行大規(guī)模穩(wěn)產(chǎn)開發(fā)的前提[8-10]。
本文以姬塬地區(qū)長7層為例,在前人研究基礎(chǔ)上,利用鑄體薄片、掃描電鏡、常規(guī)壓汞和恒速壓汞,對研究區(qū)致密砂巖儲層孔喉結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行研究,并結(jié)合孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)與物性相關(guān)性,建立了長7致密砂巖儲層定量分類標(biāo)準(zhǔn),為致密砂巖開發(fā)提供指導(dǎo)。
晚三疊世延長組時,鄂爾多斯盆地為大型內(nèi)陸盆地,發(fā)育一套湖進(jìn)到湖退的沉積體系,從上到下可以分為長1~長10十個油層組,其中長7沉積時湖盆發(fā)育到鼎盛,主要發(fā)育半深湖-深湖沉積和三角洲沉積[11-16]。
圖1 研究區(qū)構(gòu)造位置
研究區(qū)位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡西部,如圖1所示,構(gòu)造東高西低,整體平緩,由于差異壓實作用,在局部形成起伏較小,軸向近東西或北東-南西向的鼻狀隆起。研究區(qū)位于長7湖盆的中心,長7油層組從下到上可以劃分為長73、長72和長71,從長73到長71湖盆逐漸變淺,長73主要為半深湖-深湖沉積,以濁流沉積為主,長72和長71主要為三角洲前緣沉積,以水下分流河道為主。
研究區(qū)長7油層組砂體厚約20~40 m,油藏埋深1500~1700 m,油藏主要發(fā)育在長71和長72油層組中。通過巖心和鑄體薄片觀察,巖石主要為灰色、灰褐色極細(xì)-細(xì)粒巖屑質(zhì)長石砂巖,石英含量為28.15%,長石含量為35.71%,巖屑含量為19.32%。粒度分選中等,碎屑顆粒為次棱角狀,膠結(jié)類型以加大-孔隙型為主。填隙物以伊利石、綠泥石和鐵方解石為主。儲層孔隙度平均值為8.48%,滲透率平均值為0.23×10-3μm2,儲層孔喉狹小,粘土礦物含量高,為典型致密砂巖油藏。
受沉積作業(yè)和成巖作用影響,儲層孔喉致密,其中研究區(qū)機(jī)械壓實作用強(qiáng)烈,黑云母呈流體狀擠入孔隙中或定向排列,如圖2(a),損失的孔隙度平均為19.69%,平均視壓實率為54.84%,屬于強(qiáng)壓實。壓溶作用主要表現(xiàn)為石英、長石的次生加大,如圖2(b),使得顆粒間的接觸關(guān)系由最初的點接觸演化到以點-線或線接觸為主,如圖2(c),少量凹凸接觸甚至縫合線接觸,這一過程使得孔隙空間進(jìn)一步壓縮,喉道變窄,配位數(shù)減少,孔隙的連通性變差。
儲層填隙物含量高,主要為碳酸鹽礦物和自生粘土礦物,還有少量的硅質(zhì)膠結(jié)物。平均含量15.3%,填隙物填充在孔隙喉道中,堵塞孔隙。
通過鑄體薄片及掃描電鏡等測試,研究區(qū)長7砂巖孔隙類型主要以粒間孔和長石溶孔為主,其余為巖屑溶孔、晶間孔和微裂縫等。
研究區(qū)面孔率平均為2.11%,粒間孔含量為0.91%,長石溶孔含量為0.98%,巖屑溶孔含量為0.08%,晶間孔等含量為0.14%。
(a)H197,長72,2086m,云母定向排列;(b)H36井,2316m,長71,石英次級加大;(c)C99,2267m,長71,顆粒狀-點狀接觸;(d)G275,長71,2404m,剩余粒間孔發(fā)育;(e)H212,2479m,長71,巖石中溶孔發(fā)育;(f)H232,2722m,長72,片狀喉道。
圖2姬塬地區(qū)長7儲層微觀孔隙結(jié)構(gòu)
研究區(qū)粒間孔形態(tài)多為三角形和不規(guī)則多邊形,如圖2(d)。粒間孔中有綠泥石等填隙物,降低孔隙含量。長石溶孔形態(tài)以港灣狀等不規(guī)則形狀為主,是成巖過程中酸性流體侵入巖石中形成,如圖2(e)。研究區(qū)喉道類型以片狀為主如圖2(f),另外有管束狀、點狀喉道、縮頸喉道等。
兩種相反方向的壓力控制著油氣的圈閉作用:浮力使密度較低的流體向上運(yùn)動,而毛細(xì)管力使密度較大的流體向下運(yùn)動,在同一儲層中,如果Pb(浮力)比Pc(毛細(xì)管力)小,烴類就不能向上運(yùn)移排替孔隙空間里面的水,那么孔隙中就會完全充滿水(Sw=100%)。當(dāng)Pb比Pc大時,孔隙中將含有油氣,這些油氣是向上運(yùn)移并排替孔隙空間水(Sw<100%)。毛細(xì)管力取決于毛細(xì)管界面兩邊的壓力差(圖3),因此毛細(xì)管力與孔隙大小成反比,在較小孔隙中,需要更大的毛細(xì)管力來使非潤濕相驅(qū)替潤濕相流體,因此潤濕相流體更容易保留在孔隙空間中或者進(jìn)入孔隙空間。在較大孔隙中,非潤濕相流體更容易進(jìn)入孔隙空間。毛細(xì)管力從微觀上決定儲層的儲集能力及流體在儲層中的運(yùn)移。
(a)毛細(xì)管力和浮力原理圖。油氣由浮力驅(qū)動向上運(yùn)移(水和氣之間的密度不同),浮力與毛細(xì)管力壓力(最大喉道的排驅(qū)壓力)作用方向相反;(b)儲層不同的含水飽和度(Sw),這取決于浮力(Pb)和毛細(xì)管力(Pc)的相互關(guān)系。當(dāng)Pb
圖3毛細(xì)管力和浮力示意圖
3.2.1 常規(guī)壓汞特征
我們通過壓汞測試測試毛細(xì)管力,從而分析研究區(qū)長7致密儲層的孔喉空間,研究區(qū)常規(guī)壓汞曲線排驅(qū)壓力高,中值壓力中等,曲線整體表現(xiàn)為左偏移,表明孔喉分選性差,曲線中段斜度變化大,平臺性差,表明儲層喉道半徑分布范圍大,整體儲層孔隙結(jié)構(gòu)較差。
通過對研究區(qū)28塊樣品常規(guī)壓汞測試,研究區(qū)排驅(qū)壓力較高,平均值為1.64 MPa;中值壓力平均值為10.21 MPa,中值半徑平均值為0.14 μm,均值系數(shù)平均值為11.42;孔喉歪度系數(shù)平均為0.96,喉道偏粗歪度;孔喉分選系數(shù)平均值為1.91,表明孔隙結(jié)構(gòu)非均質(zhì)中等;最大進(jìn)汞飽和度平均值為72.96%;退汞效率平均為29.05%,驅(qū)油效率中等。
3.2.2 常規(guī)壓汞參數(shù)與物性相關(guān)性
常規(guī)壓汞參數(shù)可以反應(yīng)儲層的孔隙結(jié)構(gòu),研究致密砂巖儲層常規(guī)壓汞參數(shù)與儲層物性的相關(guān)性,可以更好的對儲層進(jìn)行評價,并建立相應(yīng)的儲層分類標(biāo)準(zhǔn)。通過樣品的分析測試,分選系數(shù)、中值半徑、排驅(qū)壓力和退汞效率與儲層物性相關(guān)性較高。
(1)分選系數(shù)
分選系數(shù)是反應(yīng)孔喉分選性的參數(shù)。從分選系數(shù)和儲層物性相關(guān)性可以看出(圖4),分選系數(shù)和儲層孔隙度相關(guān)性較好,分選系數(shù)越低,儲層孔喉分選性越好,儲層孔隙度越大。分選系數(shù)與儲層滲透率相關(guān)性較差,分選系數(shù)較低時(<1.5),儲層孔喉分布均勻,因此部分儲層滲透率較高,但較低分選系數(shù)會導(dǎo)致部分儲層孔喉細(xì)小,流體流動能力差,因而部分儲層滲透率較低,隨著分選系數(shù)變大(1.5<分選系數(shù)<2.5),部分細(xì)小孔喉變大,雖然分選型變差,但滲透率增大,當(dāng)分選系數(shù)較大時(>2.5),儲層分選性很差,孔喉大小不一,滲透率也較低。
(a)分選系數(shù)與滲透率相關(guān)圖 (b)分選系數(shù)與孔隙度相關(guān)圖
圖4分選系數(shù)和物性關(guān)系
(2)中值半徑
中值半徑是反應(yīng)孔喉大小的參數(shù),它說明大于和小于該值的孔喉各占一半,主要反映儲層孔喉分布的集中趨勢。中值半徑和儲層孔隙度和滲透率相關(guān)性較好,隨著中值半徑的增大,儲層物性也隨之變好,如圖5所示。
(a)中值半徑與滲透率相關(guān)圖 (b)中值半徑與孔隙度相關(guān)圖
圖5中值半徑和物性關(guān)系
(3)排驅(qū)壓力
研究區(qū)長7致密砂巖儲層排驅(qū)壓力與儲層物性有一定相關(guān)性(圖6),隨著排驅(qū)壓力增大,儲層物性逐漸變差,排驅(qū)壓力主要受最大連通孔隙喉道、孔喉的連通性影響,因此相比于孔隙度,排驅(qū)壓力與滲透率相關(guān)性更好。
(a)排驅(qū)壓力與滲透率相關(guān)圖 (b)排驅(qū)壓力孔隙度相關(guān)圖
圖6排驅(qū)壓力和物性關(guān)系
(4)退汞效率
從退汞效率和排驅(qū)壓力都是反映孔喉連通性和滲流能力的參數(shù),通過退汞效率與物性相關(guān)性來看(圖7),退汞效率與滲透率相關(guān)性較好,與孔隙度沒有相關(guān)性。在退汞效率較低(<30%)時,儲層滲透率較低,喉道微小,制約著儲層中流體流動,從而影響退汞效率。
(a)退汞效率與滲透率相關(guān)圖 (b)退汞效率與孔隙度相關(guān)圖
圖7退汞效率和物性關(guān)系
(1)研究區(qū)長7致密砂巖孔喉微小,以粒間孔和長石溶孔為主,粒間孔含量為0.91%,長石溶孔含量為0.98%,喉道以片狀喉道為主,另外有管束狀、點狀喉道、縮頸喉道等。
(2)從研究區(qū)長7常規(guī)壓汞可以看出壓汞曲線排驅(qū)壓力高,中值壓力中等,曲線整體表現(xiàn)為左偏移,表明孔喉分選性差。曲線中段斜度變化大,平臺性差,表明儲層喉道半徑分布范圍大,整體儲層孔隙結(jié)構(gòu)較差。從恒速壓汞結(jié)果看出,平均喉道半徑、有效孔隙體積、有效喉道體積狹小。
(3)從各個孔喉結(jié)構(gòu)參數(shù)和物性相關(guān)性來看,常規(guī)壓汞參數(shù)中分選系數(shù)、中值半徑、排驅(qū)壓力、退汞效率和物性相關(guān)性較好。