利用压汞资料进行低渗储层孔隙结构特征分析——以W11-7油田流沙港组三段储层为例

汪新光,李 茂,覃利娟,蒋利平,李 明,孙 婷

(中海石油(中国）有限公司湛江分公司,广东湛江 524057）

利用压汞资料进行低渗储层孔隙结构特征分析
——以W11-7油田流沙港组三段储层为例

汪新光,李 茂,覃利娟,蒋利平,李 明,孙 婷

(中海石油(中国）有限公司湛江分公司,广东湛江 524057）

储层孔隙结构是影响低渗储层微观孔隙内流体运移与聚集的主要因素,决定了储层的优劣。以W11-7油田流沙港组三段储层为例,应用压汞资料定性与定量研究储层孔隙结构特征。研究结果表明,孔隙结构分为三类,总体上具有“喉道细、分选差、连通性差”的特点,这种较差的孔隙结构发育特征是造成储层呈低渗—特低渗的核心因素。在此基础上应用多元判别方法优选出排驱压力、中值压力、最大孔喉半径、孔喉半径均值、分选系数五类孔隙结构分类评价参数,并结合常规物性将储层分为三类,其中Ⅱ、Ⅲ类是广为发育的储层。

压汞资料;低渗储层;孔隙结构;分类评价

砂岩孔隙结构是指砂岩储集层中的空间结构,包括孔隙大小和分布、孔隙和喉道的连通关系、孔隙的几何形态和微观非均质特征、孔隙中黏上矿物成分及产状等[1,2],目前,对其特征的描述主要还是依赖于实验方法,包括室内的压汞法、半渗透隔板法、离心机法、扫描电镜法和薄片分析等[3]。近年来,大量的勘探开发实践表明,低渗油藏的比重在日益上升。对于这类油藏,用常规的孔隙度、渗透率描述储集岩的特征是不够的,因为控制储层储集性能和产能的因素是孔隙的形状、大小及其分布,也就是油气储层的微观孔隙结构特征控制和影响着流体在岩石中的流动分布特征、渗流特征、驱油效率,并最终决定着油气藏产能的大小[4-7]。因此若要经济有效的开发好低渗油藏,对孔隙结构的合理分析和评价尤为重要。文中主要以压汞资料为基础,对W11-7油田流沙港组三段低渗储层的孔隙结构特征及分类评价进行了较为详细的研究。

1 储层特征

W11-7油田流三段储层属于近物源、快速堆积的浅水扇三角洲沉积,岩性以粗砂岩,含砾中粗砂岩和砂砾岩为主,次为细砂岩。碎屑成份中石英占51.8%～83.0%,长石占 2.2%～20.1%,岩屑占0.4%～5.7%,以长石石英砂岩为主,其次为石英砂岩。胶结物含量低,为0.2%～4.0%,胶结物除了方解石、白云石、菱铁矿、自生石英和自生高岭石外,常出现微量黄铁矿。泥质含量0.7%～37.6%。砂岩颗粒呈点—线状接触,分选中等—差,磨圆为次圆—次棱状,岩石结构成熟度和成分成熟度较低。储层孔隙度在2.5%～23.6%之间,平均11.2%,渗透率一般在(1.0～672.0）×10-3μm2之间,平均 15.8×10-3μm2。储层孔隙以次生孔为主,喉道主要为缩颈状、片状及弯片状为主。从储层物性特征来看,流三段为明显的低孔低渗储层,部分为特低孔特低渗。

2 孔隙结构特征参数分析

在研究储层孔隙结构时,除应用毛细管压力曲线形态特征进行定性描述外,还要提取一些特征参数给予定量描述。本文选取了22个压汞样品,这些样品较好的反映了W11-7油田流三段储层特征。通过对所选样品的压汞资料进行处理与分析,提取出表征孔隙结构的三大类9种特征参数,以探讨其微观孔隙结构特征,并进一步分析了这类低渗储层孔隙结构与渗透率之间的关系(图1）。

2.1 反映孔喉大小的特征参数

(1）最大孔喉半径(Rmax）

最大孔喉半径为沿毛细管压力曲线平缓段作切线,与孔隙喉道半径轴相交所对应的值,反映渗流条件的好坏。流三段储层最大孔喉半径分布在0.29～11.85μm之间,平均3.61μm,最大孔喉半径与渗透率呈很好的正相关性(图1a）。

(2）孔喉半径均值(Rz）

孔喉半径均值为孔隙喉道大小总平均数的度量。流三段储层孔喉半径均值分布在0.08～3.03 μm之间,平均0.88μm,属于细—微喉范畴。孔喉半径均值与渗透率呈很好的正相关性(图1b）,但孔喉半径均值较小,整体上直接影响储层的物性,这是导致本区储层低渗～特低渗的一个重要因素。

(3）大于0.1μm的孔喉累积进汞量(Vr＞0.1μm）

大于0.1μm的孔喉累积进汞量为喉道半径0.1μm所对应的汞饱和度值,该值越大,说明大孔喉连通的体积所占比例越大。流三段大于0.1μm的孔喉累积进汞量在32.6%～80.8%之间,平均为62.4%,与渗透率呈较好的线性关系(图1c）。

2.2 反映孔喉分选性的特征参数

(1）分选系数(Sp）

分选系数是储层岩石样品中孔隙喉道大小标准偏差的量度,它直接反映了孔隙喉道分布的集中程度。流三段储层分选系数分布在0.07～4.25之间,平均值0.99,表明分选较差,但分选系数与渗透率之间存在很好的相关性(图1d）,即随着分选系数的增大,渗透率也增大。因此,相对于中高渗储层而言,分选的好坏,对低渗储层的影响不可忽视。

6）周边脚手架应从一个角部开始并向两边延伸交圈搭设；并应按定位依次竖起立杆，将立杆与纵、横向扫地杆连接固定，然后装设第l步的纵向和横向钢管，随校正立杆垂直之后予以固定，并按此要求继续向上搭设。脚手架各杆件相交伸出的端头均大于10cm，以防止杆件滑脱。

(2）变异系数(Cs）

将标准差作为算术平均数的百分比来表示,以说明样品的分散程度。流三段储层变异系数在0.76～1.79之间,平均1.03,与渗透率相关性不太明显(图1e）。

(3）歪度(Sk）

为孔喉频率分布的对称性参数,反映喉道分布相对于平均值来说是偏大喉还是偏小喉。流三段储层歪度分布在0.89～3.04之间,平均1.61,表明孔喉分布呈正偏态,但与渗透率相关性并不明显(图1f）。对于这类分选不好的低渗储层,局部的粗孔喉若不经过建设性成岩作用的改造,很难成为有效孔喉,但是一经改造,具有一定的连通性后,能够极大的改善储层局部位置的渗透性。

2.3 反映孔喉渗流能力的特征参数

(1）排驱压力(Pd）

是指孔隙系统中最大连通孔隙喉道所对应的毛细管压力。排驱压力与岩石渗透率有明显的关系,渗透率高的岩样,排驱压力值就低,渗透率低的岩样,排驱压力值就高,它是划分储集岩储集性能的主要指标之一。流三段储层排驱压力在0.06～2.5 MPa之间,平均0.54 MPa,排驱压力很高,表明流三段储层渗透性很差。排驱压力与渗透率呈明显的负相关性(图1g）,随着排驱压力的增大,渗透率减小。

(2）中值压力(P50）

(3）退汞效率(We）

在限定的压力范围内,当最大注入压力降到最小压力时,从岩样中退出的汞体积占降压前注入汞总体积的百分数,孔隙结构是影响退汞效率的重要因素。流三段储层退汞效率偏低,一般在14.7%～44%之间,与渗透率相关性不明显(图1i）。

由上述孔隙结构参数特征分析可见,这类低孔低渗储层具有较高的排驱压力和中值压力,孔喉半径较小,孔喉分选性差,连通性不好,整体上表现出储层孔隙结构差、非均质性较强的特征。

图1 孔隙结构参数与渗透率关系Fig.1 Relationships between parameters of pore structure and permeability

3 孔隙结构类型划分

根据研究区压汞样品毛管压力资料,以曲线形态和排驱压力为基础,参考其他特征参数,可将曲线分为3类(图2）,均代表了不同类型的孔隙结构特征。

(1）Ⅰ类孔隙结构(中排驱压力细喉道偏粗型）:所统计的样品中,这类样品占3个。其排驱压力一般小于0.08 MPa,中值压力小于0.61 MPa。分选系数大于2.5,最大喉道半径一般大于10.5μm,喉道中值半径大于2.1μm。曲线位于图的中部偏下,倾斜明显,但有较短平台。整个曲线表现出相对较低的排驱压力,分选较中等,细喉道相对偏粗的特征。

(2）Ⅱ类孔隙结构(中排驱压力细喉道型）:所统计的样品中,这类样品占13个。排驱压力在0.08～0.22 MPa之间,平均0.175 MPa。分选系数在0.6～2.5之间,平均1.21。最大喉道半径在3.4～10.5μm之间,平均5.11μm。喉道中值半径一般在0.5～2.1μm之间,平均1.09μm。这种类型的曲线除了排驱压力明显大于Ⅰ类之外,其形态特征与Ⅰ类相似,位于图的中部偏上,倾斜明显无平台或略有极短平台。表明了一种细孔喉,分选相对较差的特征,孔隙结构进一步变差。

(3）Ⅲ类孔隙结构(高排驱压力微喉道型）:所统计的样品中,这类样品占6个。其排驱压力大于0.22 MPa,中值压力大于1.41 MPa。分选系数小于0.6,最大喉道半径小于3.4μm,喉道中值半径小于0.5μm。毛管压力曲线位于图的右上方,曲线倾斜无平台。这些参数及形态特征表明了该类曲线所代表的孔喉分选极差,歪度明显偏细。

图2 流三段储层不同孔隙结构类型典型毛管压力曲线和孔喉分布曲线与直方图Fig.2 Classical capillary pressure curves and pore-throat distribution curves and rectangular figures with different pore structure of E2l3reservoir

根据22个压汞样品的毛管压力资料统计结果,综合上面分析,认为流沙港组三段储集层以Ⅱ、Ⅲ类孔隙结构特征分布最为常见,少量为Ⅰ类。

结合孔喉半径分布频率及渗透率贡献值曲线来看,Ⅰ类孔隙结构的孔喉分布主要呈单峰型,峰位变动范围较宽。这类储层中,尽管喉道总体是以细喉道为主,但相对偏粗类型的喉道才是有效渗流通道。Ⅱ、Ⅲ类孔隙结构的孔喉分布主要呈双峰型,这种双峰的出现往往是由两种(细喉偏粗型和微喉型）或两种以上孔喉类型出现在同一岩样中的反映。但从孔喉半径对渗透率的贡献值来看,偏粗喉道在渗流中占主导地位,极细喉道基本不能提供很好的渗流通道。孔隙结构的这种发育特征,是造成本区储层具有低孔、低渗～特低渗的重要原因。

4 储层分类评价

4.1 评价参数的筛选

储层的分类评价应着重考虑储层对油气的有效储集能力和渗透性,因此,宏观表征储层储集和渗流能力的孔隙度、渗透率是必不可少的参数,微观参数的获取主要依靠压汞资料。

为了从众多的微观参数中优选一些主要参数,利用多元逐步判别分析方法对表征储层物性、孔隙结构的11个参数进行了优选(表1）。分析表明,渗透率与排驱压力、中值压力、最大孔喉半径、孔喉半径均值、分选系数有很好的相关性,因此确定孔隙度(ф）、渗透率(K）、排驱压力(Pd）、中值压力(P50）、最大孔喉半径(Rmax）、孔喉半径均值(Rz）、分选系数(Sp）7个参数作为储层分类评价的指标。

4.2 储层分类评价结果

据所选22块压汞样品分析数据,参考前人关于碎屑岩储层特别是低渗储层的划分评价标准[8-10],确定本区流三段储层以低渗、特低渗透储层为主。又根据上述筛选的孔隙结构评价参数,结合常规物性进一步将流三段这种低渗—特低渗储层细分为以下3类(表2）:

表1 储层物性与孔隙结构参数相关系数Tab.1 The correlation coefficient between reservoir property and pore structure parameters

Ⅰ类储层:岩性为粗砂岩和少量砂砾岩及细砂岩。这类储集层孔隙结构属于Ⅰ类,储层孔隙连通性较好,渗流阻力较小。喉道半径分布曲线以单峰型为主,主峰对应着相对偏粗的喉道。物性相对较好,孔隙度一般大于18%,渗透率高于16.0×10-3μm2。这类储层为本区较好的储层,但在所代表的样品中仅占13.6%。

Ⅱ类储层:岩性为细砂岩及少量粗砂岩。该类储集层孔隙结构属于Ⅱ类,储层孔隙连通性偏差,渗流阻力明显偏大。喉道半径分布曲线为双峰型,主峰对应主渗流细喉道,另一个对应微喉道,反映该类储层微观孔隙结构较复杂。物性略差,孔隙度一般在14%～18%之间,渗透率在(3.0～16.0）×10-3μm2之间。这类储层在全区广泛分布,占统计样品的59.1%,是本区最主要的储层类型。

Ⅲ类储层:岩性为极细—细砂岩和粉细砂岩。该类储集层孔隙结构属于Ⅲ类,连通性极差,渗流阻力极大,甚至不能形成有效流动。喉道半径分布曲线略呈双峰型,主峰以微喉道为主。物性极差,部分为特低孔特低渗,孔隙度一般小于14%,渗透率低于3.0×10-3μm2。这类储层为本区极差的储层,占统计样品的17.3%。与前面两类相比,这类样品岩性明显变得更为致密,岩心观察显示样品含油级别极低,甚至为干层。

5 结论

(1）储层孔隙结构分为三类,以Ⅱ、Ⅲ类最为常见。总体上看,流三段储层孔喉半径偏小,属于细喉—微喉范围,喉道半径分布范围较广,但对渗透率起主要贡献的是相对偏粗喉道,相对偏细喉道基本上是无效通道。

(2）储层具有较高的排驱压力、中值压力、孔喉半径小、分选差及连通性不好等特征,这种较差的孔隙结构发育特征是造成本区储层呈低渗—特低渗的主要原因。

(3）利用物性与孔隙结构参数,将流三段储层分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三类,其中Ⅱ、Ⅲ类是本区发育的主要储层类型。总体而言,流三段属于低渗—特低渗储层,微观非均质性强烈,油田开发难度较大。

表2 流沙港组三段储层分类评价Tab.2 The classification and evaluation of E2l3reservoir

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Analysis of pore structure characteristics of low permeability reservoir with mercury injection data——taking E2l3reservoir in W11-7 oilfield for example

Wang Xinguang,Li Mao,Qin Lijuan,Jiang Liping,Li Ming,Sun Ting
(Zhanjiang Branch of CNOOC Ltd.,Zhanjiang Guangdong524057）

Pore structure is the principal factor influencing the fluid migration and accumulation in microscopic pore of low permeability reservoir,by which,the quality of reservoir can be directly determined.Taking E2l3reservoir in W11-7 oilfield as an example,mercury injection data can be applied to qualitative and quantitative examination of the reservoir pore structure characteristics.The results show that the pore structure can be classified into three types,and characterized by small throats,poor sorting and poor porethroat connectivity,the bad pore structure is the principal factor causing low or super-low permeability of E2l3reservoir.Based on the multiple discriminant analysis method,the displacement pressure,median capillary pressure,max pore-throat radius,mean porethroat radius and sorting coefficient are optimally selected as pore structure classification evaluation parameters,and combining with property parameters,the E2l3reservoirs are classified as types I,II and III,and the reservoir of II and III types is widely developed.

mercury injection data;low permeability reservoir;pore structure;classification evaluation

TE122.2+3

A

10.3969/j.issn.1008-2336.2011.01.042

1008-2336(2011）01-0042-06

2010-09-28;改回日期:2010-11-03

汪新光,男,1981年生,2008年获中国地质大学(武汉）硕士学位,现主要从事开发地质研究工作。E-mail:wangxg3@cnooc.com.cn。