特低-超低渗透砂岩储层微观孔喉特征与物性差异

高辉;孙卫;费二战;齐银;李达

【摘 要】In order to study the relationship between micro-pore throat characteristics and physical property difference,rndrill core samples of extra-ultra low permeability sandstone from a reservoir in the Yanchang group of the Ordos Basin rnwere selected for physical property analysis, cast section, SEM and mercury penetration techniques. The results indicate rnthat throat type in an extra-ultra low permeability sandstone reservoir is versatile and minute. The content of major throat rnwhich makes a dominant contribution to permeability is low, which is the main reason for poor physical property.rnMeanwhile, micro-cracks aggravate the difference in physical property. The distribution and variation coefficients range rnfrom 2.0 t0 3.0 and 0.15 to 0.3 respectively , providing a major contribution to the permeability of sandstone. Physical rnproperty is the combined result of the mutual effect of multiple factors. Permeability presents large deviation when the rnreservoir space is composed of different pore throat types.%为揭示特低-超低渗透砂岩储层微观孔隙结构与物性差异的关系,利用物性分析、铸体薄片、电镜扫描和高压压汞技术对鄂尔多斯盆地延长组3个典型的特低-超低渗透砂岩储层岩芯样品进行了实验测试.研究结果表明,特低-超低渗透砂岩储层喉道类型多样;但整体细小,对渗透率起主要贡献的较大喉道含量小是其物性较差的主要原因,同时微裂缝的发育也加剧了物性差异.统计对比发现,孔喉的分选系数在2.0～3.0,变异系数在0.15～0.3,对渗透率贡献相对较大.

可见,储层物性是多种因素共同影响的综合反映,不同类型孔隙、喉道组成的储集空间,渗透率存在较大差异,物性差异正是孔喉特征差异的一种具体表现. 【期刊名称】《岩矿测试》 【年(卷),期】2011(030)002 【总页数】7页(P244-250)

【关键词】微观孔喉特征;物性差异;微观非均质性;特低-超低渗透砂岩储层;鄂尔多斯盆地

【作 者】高辉;孙卫;费二战;齐银;李达

【作者单位】西安石油大学石油工程学院,陕西,西安,710065;西北大学地质学系,陕西,西安,710069;中国石油长庆油田分公司第三采油厂,宁夏,银川,750006;中国石油长庆油田分公司超低渗透油藏研究中心,陕西,西安,710021;中国石油长庆油田分公司苏里格气田研究中心,陕西,西安,710018 【正文语种】中 文 【中图分类】TE122

特低-超低渗砂岩储层物性差、孔隙结构复杂，这一观点在国内得到普遍认同[1-6]，国内众多学者从沉积和成岩的这一宏观的角度出发，着重讨论了不同沉积和成岩作用对储层物性的影响[6-13]，与此同时也有少数学者研究了孔隙结构与储层物性之间的变化关系，如孙卫等[3]讨论了溶孔-粒间孔组合对超低渗透储层物性的影响，姜洪福等[14]讨论了孔隙度和渗透率的关系及孔隙结构微观特征对渗透率的影响，王瑞飞等[15]研究了鄂尔多斯盆地延长组不同区块研究了超低渗砂岩储层微观孔隙

结构特征对物性的影响，杨县超等[16]研究了不同孔隙组合特征对低渗砂岩储层物性的影响。然而由于研究目标区储层微观孔隙结构的复杂性和差异性，将前人的研究结果直接应用于研究区似乎并不适合，而系统分析微观孔喉特征对储层物性的影响又决定着后期开发的制定。基于这一考虑，本文综合运用物性分析、铸体薄片、电镜扫描和常规压汞技术对鄂尔多斯盆地延长组三个区块的特低-超低渗砂岩样品进行了实验测试，从微观上剖析了孔喉特征对物性的影响程度，研究结果对于从本质上了解制约特低-超低渗砂岩储层物性的主要因素，筛选有利目标区具有重要的理论指导意义。

三个研究区为西峰油田合水区的长8储层、盘古梁的长6储层和姬塬的长4+5储层，分别位于鄂尔多斯盆地西南部、中部和中西部(图1)，三个区块构造平缓，西倾单斜背景上局部发育小型鼻状隆起[8,17-18]。

图 1 研究区位置图

Fig.1 Location of the studied area 1 物性特征

通过分析储层物性变化可以在一定程度上揭示微观孔喉的变化特征。根据物性统计结果，盘古梁长6储层孔隙度、渗透率最高，分别为13.94%和1.70×10-3 μm2，属于特低渗储层。合水区长8储层和姬塬长4+5储层的平均孔隙度分别为11.54%和11.31%，平均渗透率分别为0.84×10-3 μm2和0.59×10-3 μm2，属于超低渗储层。

物性参数分析(表1)表明，姬塬长4+5储层的孔隙度和渗透率级差最小，盘古梁长6储层的渗透率级差最大，合水区长8储层的孔隙度级差最大。在3个区块中，姬塬长4+5储层的非均质程度相对较弱(孔隙度和渗透率级差最小)，综合来看，三个区块的孔隙度级差变化不大，但渗透率级差变化却非常大，作者认为这正是特

低-超低渗储层微观孔喉特征差异性的一种表现。 表 1 储层物性统计(岩芯分析)①

Table 1 Statistics of physical property (core analysis )

区块层位孔隙度/%渗透率/10-3μm2最大值最小值平均值级差最大值最小值平均值级差合水长817.26.411.542.693.390.110.8432.54盘古梁长618.309.0013.942.0310.900.101.70109.00姬塬长4+513.606.9011.311.971.940.100.5919.4 ① 级差等于最大值除以最小值。

为了进一步比较，对渗透率与孔隙度相关性进行了分析，孔隙度反映储层的储集性能，而渗透率反映储层的渗流能力，这两个参数的相关性就可以直观反映孔隙与喉道之间的配置关系。从结果来看(见图2)，渗透率与孔隙度都表现出正相关关系，但相关系数存在明显差异，相对而言盘古梁长6储层的相关性最好，合水区长8储层最差。由此可见特低渗透储层孔隙、喉道的形状、大小、连通情况等对物性的影响较大，孔喉结构越复杂，其物性影响因素就越多，物性的不同正是微观孔喉特征差异性的一种具体表现。 2 孔隙喉道类型对物性差异的影响 2.1 主要孔隙喉道类型 2.1.1 孔隙类型多样

根据铸体薄片镜下统计，合水地区长8储层孔隙类型主要以粒间孔、长石溶蚀孔、岩屑溶蚀孔为主，晶间孔、微裂孔分布较少(表2、图3-A～E)。盘古梁长6储层以粒间孔为主，长石溶蚀孔和岩屑溶蚀孔次之(表2、图3-F～H)。姬塬长4+5储层以粒间孔、粒间溶蚀孔、长石溶蚀孔为主，岩屑溶蚀孔和晶间孔较少(表2、图3-I～L)。相对而言，盘古梁长6储层粒间孔相对含量最高，达到了86.68%，合水区长8储层相对含量最小，为54.14%。姬塬长4+5储层溶蚀孔相对含量最高，

为37.63%，其次为合水区长8储层，达到了32.88%，盘古梁长6储层最少，仅为13.32%。

图 2 三个区块渗透率与孔隙度相关性分析

Fig.2 Correlation analysis between permeability and porosity of three studied areas

图 3 研究区主要孔隙类型铸体薄片和电镜扫描照片

Fig.3 Casting section and SEM photographs of main pore type of studied areas

A—Zh110井，1 880.1 m×748粒间孔； B—Zh145井，1 6.8 m×559长石溶蚀孔； C—Zh145井，1 6.8 m×1068碎屑溶蚀孔；D—Zh172井，1 832.6 m×1261晶间孔； E—Zh 151井，1 850.28 m×330微孔； F—Zj14井，1 869.59 m×70粒间孔；G—Zj14井，1 867.88 m×70长石溶蚀孔； H—Zj14井，1 872.02 m×70岩屑溶蚀孔； I—H26井，2 461.5 m×200粒间孔；J—G59井，2 249.50 m×500长石溶蚀孔； K—G 127井，2 354.0 m×1000粒间溶蚀孔； L—G 51井，2 484.50 m×700岩屑溶蚀孔。 表 2 储层孔隙类型统计 Table 2 Pore type statistics

区块层位绝对含量/%粒间孔粒间溶蚀孔长石溶蚀孔岩屑溶蚀孔晶间孔微裂孔面孔率合水长81.96-0.880.310.270.23.62盘古梁长66.18-0.690.26--7.13姬塬长4+52.750.531.050.200.20-4.73 2.1.2 喉道整体细小

126块样品高压压汞实验测试结果表明，特低-超低渗透砂岩储层喉道整体细小，

分选系数、变异系数变化范围大(表3)。依据铸体薄片和电镜扫描镜下观察，三个研究区块储层岩石颗粒分选中等，磨圆度多为次棱角-次圆状，接触类型以点-线状、线-线状、缝合线状接触为主，喉道类型以片状喉道、弯片状喉道及管束状喉道居多，缩颈型喉道和孔隙缩小型喉道相对较少。片状、弯片状、管束状喉道细小，形状不规则，边界层影响较大，原油容易滞留于角隅和“死孔”中，油水驱替过程中容易发生卡断和绕流[19-21]。 表 3 孔喉特征参数统计

Table 3 Pore-throat characteristic parameters statistics 区块层位最大孔喉半径/μm中值半径/μm分选系数变异系数合水长

80.950.162.110.18盘古梁长61.610.262.360.20姬塬长4+50.590.141.700.15 2.2 孔隙喉道类型对物性的影响

上述分析可以看出，不同类型孔隙、喉道所组成的储集空间，其物性(尤其是渗透性)存在较大差异。以粒间孔为主的储层渗透性好，粒间孔发育，喉道粗，孔隙连通性较好，孔隙度大、渗透性好，如盘古梁长6储层。溶蚀孔是成岩作用的产物[22]，若其与粒间孔之间连通较好，则形成较好的储集空间，表现出孔隙度较大，渗透性较好的特点，如合水区长8储层。而对于粒间孔和溶蚀孔相对都比较发育的储层，若连通孔隙的喉道类型多为弯片状和管束状喉道(喉道整体细小)，虽然渗透率之间差距不大，但渗透率值整体较小，如姬塬长4+5储层。 3 孔喉变化特征对物性差异的影响 3.1 喉道分布形态的影响 3.1.1 喉道分布形态多样

三个研究区块喉道半径主要呈单峰、双峰和多峰状态分布，单峰喉道半径分布集中，双峰次之，多峰最分散(这主要是由于特低-超低渗透储层复杂的孔喉结构类型造成)。双峰、多峰态的喉道半径分布要宽于单峰，渗透率明显较大。三个区块中，

盘古梁长6储层喉道分选最差，分布形态以双峰和多峰为主，进汞曲线平缓段所占比例小(图4-a、图4-b)，孔喉结构复杂，喉道分布范围宽，大喉道所占比例大，渗透率大，这与其粒间孔的绝对和相对含量高有关，粒间孔作为特低渗透储层中最好的孔隙类型，对储层物性的改善起到了关键作用。合水区长8储层喉道分选相对较差，分布以单峰和双峰态为主，喉道分布范围相对较宽，渗透率相对较大。而姬塬长4+5储层的喉道分选最好，主要呈单峰态分布(图4-c、d)，喉道分布范围最窄，进汞曲线平缓段所占比例最大，渗透性最差，这也说明特低-超低渗透储层的喉道越细小、分布越均匀，对渗流不起作用或起极小作用的微细喉道所占比例就越大，渗透率越低。 3.1.2 较大喉道控制渗透性能

根据喉道对渗透率的贡献曲线(图4)，进汞饱和度差及峰值总是滞后于渗透率贡献和峰值，且对渗透率贡献最大的喉道半径对应的进汞量却不是最大。说明渗透率是一系列较大喉道的总体贡献，且对渗透率贡献较大的喉道却占据着较小的体积。根据恒速压汞实验结果，特低-超低渗砂岩储层孔喉结构的差异主要体现在喉道上[23-24]，而该类储层喉道整体细小，小喉道含量高，较小的喉道控制着大部分储集空间，但基本没有渗流能力，这也是为什么孔隙度变化小而渗透率变化大的主要原因之一。同时比较发现，随着样品渗透率的增大，渗透率贡献峰值所对应的喉道半径明显增大，而且小于该峰值的所有喉道对渗透率的总体贡献逐渐减小，说明较大喉道分布越多，渗透率就越大,反映出特低-超低渗砂岩储层渗透率主要由含量较少的较大喉道所贡献的特点。图5为最大孔喉半径与物性相关性分析曲线，可以看出，最大孔喉半径与渗透率的相关性较好，与孔隙度的相关性不明显，当最大孔喉半径大于1 μm时，渗透率明显增大，这也是对上述分析的一个验证。 3.2 孔喉特征参数的影响 3.2.1 中值半径的影响

中值半径是孔喉大小、分布趋势的度量，该值越大，储层孔喉结构越好[10]。中值半径与孔隙度之间基本不存在相关性，与渗透率之间表现出了一定的正相关关系，表明中值半径对储层渗透率的影响更为明显。当中值半径小于0.1 μm时，样品渗透率大部分集中在0.1×10-3～0.5×10-3 μm2，当中值半径大于0.1 μm时，样品渗透率明显增大(图6)。

图 4 研究区典型样品的压汞和喉道分布曲线

Fig.4 Mercury penetration and throat distribution curves of typical samples in studied area

图 5 最大孔喉半径与物性相关关系

Fig.5 Correlation between maximum pore throat radius and physical property

3.2.2 孔喉分选系数的影响

渗透率与孔喉分选系数呈正相关，孔隙度与分选系数之间没有表现出明显的相关关系。随着分选系数的增大，数据点“变散”，说明与渗透率的相关性“变差”，孔喉分选系数为2.0～3.0，渗透率较大(图7)。这是因为，虽然此时孔喉结构非均质性增强，但大喉道数量增多，退汞主要由这些较大喉道来贡献，致使大量的汞滞留于连通性较差的细小孔喉中，退汞效率较低。同样，在水驱油时，将会有大量的剩余油被连通较差的孔喉所束缚，难以被驱替流出，水驱效果较差。

图 6 中值半径与物性相关关系

Fig.6 Correlation between median radius and physical property 3.2.3 孔喉变异系数的影响

随着孔喉变异系数增大，孔喉非均质性增强;但渗透率参数增大。变异系数与孔隙度的相关性不明显，与分选系数一致，随着变异系数增大，渗透率数据点“变散”，相关性变差。变异系数为0.15～0.3，渗透率较大(图8)，可见变异系数太小或太大对储层物性都不利，分选系数亦是如此。变异系数太小，喉道过于细小，小喉道所占比例较高，对渗透率起主要贡献的较大喉道相对较少，渗透率较小；变异系数太大又会增加孔喉非均质程度。

图 7 分选系数与物性相关关系

Fig.7 Correlation between separation factor and physical property

图 8 变异系数与物性相关关系

Fig.8 Correlationship between variation coefficient and physical property 3.2.4 孔喉均值系数的影响

均值系数表示孔喉分布的平均位置，均值越小，总孔喉的平均值越大，大喉道在整个孔喉中越占优势。一般来讲，对于中、高渗储层，均值系数与物性之间的相关性较好，但由于特低-超低渗透砂岩储层孔隙结构的复杂性，均值系数与物性之间并没有表现出明显的相关关系(图9)。

图 9 均值系数与物性相关关系

Fig.9 Correlation between mean coefficient and physical property 3.3 微裂缝的影响

微裂缝虽然不是油气的主要储集空间，但可以改善特低-超低渗透砂岩储层的渗透性能，而且还可以控制次生孔隙空间的形成和分布[25]，与此同时也加剧了物性(尤其是渗透率)之间的差异，微裂缝的孔隙度一般都非常小，但渗透率却都比较高。

以姬塬长4+5储层为例，岩石薄片计点统计结果发现微裂缝发育的样品其基岩孔隙度平均为10.%，裂缝孔隙度平均为0.21%，仅为基质孔隙度的1.97%；这些样品的基质渗透率平均为0.31×10-3 μm2，裂缝渗透率平均为1.47×10-3 μm2，为基质渗透率的4.74倍(表4)。可见微裂缝对储集空间的贡献作用不大，但微裂缝的发育对于渗透率的提高产生较大的贡献作用。

微裂缝的发育在毛细管曲线上也可以得到反映，据统计微裂缝样品的排驱压力一般都比较低，而分选系数都比较大，曲线平缓段不明显或有波动变化，最大进汞饱和度和退汞效率均比较高。

综合3个区块孔喉特征参数与物性的相关性分析来看，相对而言，分选系数、变异系数、中值压力、中值半径、排驱压力、最大孔喉半径对储层物性(尤其是渗透率)的影响较大，储层物性是多种因素共同影响的综合反映，不同地区影响因素、影响程度存在一定差异。

表 4 长4+5储层基岩物性与裂缝物性对比

Table 4 Comparison between base rock and crack physical property 层位岩芯孔隙度/%岩芯渗透率/×10-3μm2裂缝孔隙度/%裂缝渗透率/×10-3 μm2孔隙度级差/%渗透率级差长4+51111.20.48450.241.852.143.82长4+52111.450.3030.231.732.015.71长4+51210.920.16830.211.031.926.12长4+5229.000.26760.171.281.4.78平均10.0.310.211.471.974.74 4 结语

(1) 不同类型孔隙、喉道所组成的储集空间，储层物性(尤其是渗透率)之间存在较大差异，物性差异正是孔喉特征差异性的一种具体表现。

(2) 喉道类型多样，但整体细小，而对渗透率起主要贡献的较大喉道比例小是特低-超低渗透储层物性较差的主要原因；微裂缝可以改善特低-超低渗透砂岩储层的渗透性能，但同时也加剧了物性(尤其是渗透率)的差异。

(3) 孔喉分选系数和变异系数太大或太小对储层都不利，而是存在一个范围，孔喉分选系数介于2.0～3.0，变异系数介于0.15～0.3，对储层渗透率贡献相对较大。分选系数、变异系数、中值压力、中值半径、排驱压力、最大孔喉半径对储层物性(尤其是渗透率)的影响较大。 5 参考文献

[1] 曲志浩，孔令荣.低渗透油层微观水驱油特征[J].西北大学学报：自然科学版，2002，32(4)：329-334.

[2] 孙卫，史成恩，赵惊蛰，赵蕾.X-CT扫描成像技术在特低渗透储层微观孔隙结构及渗流机理研究中的应用—以西峰油田庄19井区长82储层为例[J].地质学报，2006，80(5)：775-778.

[3] 孙卫，杨希濮，高辉.溶孔-粒间孔组合对超低渗透储层物性的影响——以西峰油田庆阳区长8油层为例[J].西北大学学报：自然科学版，2009，39(3)：507-509.

[4] 刘林玉，王震亮，高潮.真实砂岩微观模型在鄂尔多斯盆地泾川地区长8砂岩微观非均质性研究中的应用[J].地学前缘，2008,15(1)：80-84.

[5] 刘林玉，王震亮，柳益群.鄂尔多斯盆地西峰地区长8砂岩微观非均质性的实验分析[J].岩矿测试，2008,27(1)：29-32.

[6] 高静乐，宋广寿，高辉，孙卫，杨文华.西峰油田庄40区块长6储层特低渗透成因与主控因素[J].沉积学报，2008，26(4)：0-5.

[7] 刘伟，林承焰，王国民，刘键，蒋宇冰.柴西北地区油泉子油田低渗透储层特征与成因分析[J].石油学报，2009，30(3)：417-421.

[8] 高辉，孙卫，宋广寿，任国富.鄂尔多斯盆地合水地区长8储层特低渗透成因分析与评价[J].地质科技情报，2008，27(5)：71-76.

[9] 朱玉双，吴长辉，王小军，李莉，邵飞，刘渊.鄂尔多斯盆地杏北区长6储层

特征及影响因素分析[J].西北大学学报：自然科学版，2010，40(3)：497-502. [10] 邱隆伟，黄双泉.民丰洼陷沙三段孔隙发育特征及储层物性主控因素[J].中国石油大学学报：自然科学版，2009，33(4)：10-15.

[11] 李占东，周件林，文华，孙娜.海拉尔盆地贝西斜坡北部地区储层特征及影响因素分析[J].岩石矿物学杂志，2008，27(1)：45-51.

[12] 史成恩，罗晓容，万晓龙，李亮.甘肃陇东地区上三叠统延长组长6、长8沉积特征及低渗响应[J].地质力学学报，2006，12(4)：454-461.

[13] 高有峰，刘万洙，纪学雁，白雪峰，王璞珺，黄玉龙，郑常青，闵飞琼.松辽盆地营城组火山岩成岩作用类型、特征及其对储层物性的影响[J].吉林大学学报：地球科学版，2007，37(6)：1251-1256.

[14] 姜洪福，陈发景，张云春，雷友忠.松辽盆地三肇地区扶、杨油层储集层孔隙结构及评价[J].现代地质，2006，20(3)：465-472.

[15] 王瑞飞，陈明强，孙卫.鄂尔多斯盆地延长组超低渗透砂岩储层微观孔隙结构特征研究[J].地质论评，2008，54(2)：270-277.

[16] 杨县超，，李江，吴健.鄂尔多斯盆地苏里格气田储层微观孔隙结构特征[J].地质科技情报，2009，28(3)：73-76.

[17] 史成恩，解伟，孙卫，梁晓伟，闫林.靖安油田盘古梁长6油藏流动单元的定量划分[J].石油与天然气地质，2006，27(2)：239-243.

[18] 徐波，孙卫，韩宗元，张创.姬塬油田长4+5砂岩储层微裂缝与水驱油特征[J].西北大学学报：自然科学版，2008，38(6)：971-976.

[19] 孙卫，曲志浩，李劲峰.安塞特低渗透油田见水后的水驱油机理及开发效果分析[J].石油实验地质，1999，21(3)：256-259.

[20] 高辉，宋广寿，高静乐，孙卫，路勇，任国富.西峰油田微观孔隙结构对注水开发效果的影响[J].西北大学学报：自然科学版，2008，38(1)：121-125.

[21] 刘林玉，张龙，王震亮，高潮.鄂尔多斯盆地镇北地区长3储层微观非均质性的实验分析[J].沉积学报，2007，25(2)：224-228.

[22] 陈孟晋，刘锐娥，孙粉锦，拜文华，黄月明.鄂尔多斯盆地西北部上古生界碎屑岩储层的孔隙结构特征初探[J].沉积学报，2002，20(4)：639-3.

[23] 杨正明，张英芝，郝明强，刘先贵，单文文.低渗透油田储层综合评价方法[J].石油学报，2006，27(2)：-67.

[24] 杨正明，姜汉桥，朱光亚，李树铁，单文文.低渗透含水气藏储层评价参数研究[J].石油学报，2008，29(2)：252-255.

[25] 孙庆和，何玺，李长禄.特低渗透储层微缝特征及对注水开发效果的影响[J].石油学报，2000，21(4)：52-57.