超深低渗透碎屑岩储层微观孔隙结构特征研究——以塔中顺托果勒地区柯坪塔格组下段为例

蔡玥，李勇 （ 长安大学地球科学与资源学院成矿作用及其动力学部级重点实验室 （长安大学），陕西 西安710054）

葛善良 （中石化西北油田分公司勘探开发研究院，新疆 乌鲁木齐830011）

丁迎超 （长安大学地球科学与资源学院，陕西 西安710054）

下志留统柯坪塔格组 （S1k）为塔里木盆地塔中地区油气勘探的重点层段，自下而上可以划分为3段。长期以来的关注焦点和研究成果均集中于上段层位［1～5］，而柯坪塔格组下段 （S1kL）由于分布局限且未见良好油气显示，对其研究一直停留在探讨沉积体系及地层展布特征等方面。

2011年，顺托果勒地区S9井通过加砂压裂在S1kL获得低产油流，后又在S901井钻遇油气显示，由此实现了该层段油气勘探的突破［6，7］。已有钻井资料显示，S1kL埋藏深度均大于5400m，属于超深埋藏的碎屑岩储层。目前，以该层段储层孔隙结构特征为重点的研究甚少［6～9］，缺乏精细的微观孔隙结构特征描述，将孔隙结构与孔隙流体相联系的研究更属空白。

储层微观孔隙结构特征控制和影响着流体的分布及渗流特征，对其研究是否深入在一定程度上影响着油（气）、水分布规律的认识和油田的勘探开发［10～13］。笔者在扫描电镜、铸体薄片观察的基础上，结合常规压汞、核磁共振、恒速压汞等多项测试技术，实现了对顺托果勒地区S1kL储层微观孔隙结构特征的精细表征，以期为该区下一步的勘探开发提供一定的地质依据［14，15］。

1 地质概况

顺托果勒地区位于在塔里木盆地中部的中央隆起带上，是夹持于沙雅隆起和卡塔克隆起、满加尔坳陷和阿瓦提断陷之间的 “马鞍形”低隆起［5～7］（图1），形成于加里 东中 期，在海西早期运动中加强改造，历经多次构造变动后形成现今相对平缓的构造格局。

图1 研究区位置图

S1kL在该区主要发育以潮坪为主的碎屑海岸沉积［7，8］，储层岩石类型以岩屑砂岩为主。填隙物以胶结物为主，体积分数变化较大，平均为7．18%。碎屑颗粒多呈次棱角－次圆状，以线接触为主，分选中等，总体上，成分成熟度低、结构成熟度中等。

研究区S1kL储层孔隙度 （剔除裂缝样品）主要分布于4%～8%，渗透率主要分布于0．05～0．87mD，为典型的低孔、超低渗透储层［8～10］（图2）。成岩早期的压实作用和胶结作用造成砂岩中原生孔隙的大量丧失，长石、岩屑等溶蚀产生的次生孔隙在一定程度上改善了储层物性，晚期的胶结作用最终使得储层物性变差［6］。

图2 研究区S1kL储层孔隙度－渗透率相关关系图

2 储层微观孔隙结构特征

2．1 孔隙、喉道类型

铸体薄片和扫描电镜观察可见，顺托果勒地区S1kL储层孔隙类型多样，孔径大小相差悬殊且迂回程度较高，面孔率整体较低，平均为4．1% （表1）。

表1 研究区S1kL储层孔隙类型统计表

残余粒间孔在S1kL占据主导地位，由原生粒间孔被充填改造而形成，分布不均匀，其边缘较为平直且多被绿泥石薄膜包裹，多呈三角形或规则多边形。次生孔隙主要是粒间溶孔和粒内溶孔，粒间溶孔主要是自生长石和方解石溶蚀形成，而粒内溶孔主要由岩屑、长石等不稳定颗粒溶蚀而形成。与残余粒间孔不同，次生溶蚀孔边缘多呈不规则港湾状、蜂窝状且直径变化较大，但同样具有较强的非均质性。

孔隙类型中还发育有花瓣状绿泥石、蜂窝状伊－蒙混层内的晶间孔以及微裂缝。微裂缝在S1kL普遍发育，主要包括由石英颗粒受压实作用在周缘形成的粒缘缝和破裂形成的裂理缝，岩石收缩或构造变形形成的结构缝以及区域应力作用下的构造缝。裂缝不同程度的发育对储层物性，尤其是渗透率的改善起到了积极的作用。

喉道为连通孔隙的狭窄通道，其大小和形态对储层的渗流能力有决定性的影响。研究区S1kL储层喉道类型以片状喉道为主，其次为缩颈型喉道和管束状喉道。

2．2 孔喉连通状况

孔喉连通状况常用镜下薄片中连通单个孔隙的喉道数量表征，即孔喉配位数。统计表明S1kL储层孔喉配位数大多为1～2个，少数为3～4个。相比较而言，在长石、石英含量较高且粒度较粗处孔喉连通状况较好，而在杂基及岩屑含量较高处连通状况较差。总体来说，S1kL储层孔喉连通状况一般且复杂程度较高。

2．3 孔隙结构类型

研究区S1kL储层孔隙结构划可分为3种类型（图3），分别为Ⅰ类细喉型 （低排驱压力）、Ⅱ类微细喉型 （中排驱压力）和Ⅲ类微喉型 （高排驱压力），从Ⅰ类到Ⅲ类储层，微观孔隙结构依次变差。

Ⅰ类孔隙结构毛细管压力曲线平台较明显，孔喉分选相对较好，排驱压力平均小于1MPa。残余粒间孔和溶蚀孔隙相对发育，孔喉连通性较好，孔隙度一般为5．5%～9．1%，渗透率分布在0．06～0．83mD之间，平均孔喉半径0．15～2．37μm，最大进汞饱和度平均值接近85%，退汞效率23．07%～31．34%。该类孔隙结构主要发育于潮汐水道和潮汐砂坝微相，是S1kL较好且最为发育的孔隙结构类型，分布频率为50．9%。

Ⅱ类孔隙结构毛细管压力曲线相对于Ⅰ类平台不明显，多出现在潮汐水道和潮汐砂坝的较薄砂体中，出现频率为18．2%。排驱压力普遍大于1MPa，粒间孔与溶蚀孔含量比Ⅰ类少，且连通性一般，孔隙度为5．7%～7．0%，渗透率为0．04～0．23mD，平均孔喉半径分布于0．03～0．22μm之间，最大进汞饱和度平均为74．2%，退汞效率平均为23．07%。

Ⅲ类孔隙结构中仅发育少量溶蚀孔隙和微孔，残余粒间孔几乎不发育，孔喉半径分布范围窄且不连通，排驱压力均大于2MPa。该类孔隙结构中渗透率一般低于0．06mD，基本不具备储集性能，多出现于潮汐砂坝及陆棚的薄层砂体中，个别分布于潮汐水道砂体中，由于后期成岩作用使得孔隙结构变差。

图3 研究区S1kL储层常规压汞毛细管压力曲线特征图

2．4 孔隙结构特征

分析常规压汞试验中获取的参数与储层孔隙度、渗透率之间的关系，确定影响物性的主要孔喉特征参数 （表2、图4）。

表2 研究区S1kL储层常规压汞孔隙结构特征参数统计

排驱压力代表汞能在孔隙内流动的最小压力，反映了汞注入的难易程度；中值压力则反映孔隙中同时存在油、水两相时原油的产能大小，二者与孔隙度、渗透率均呈负相关关系。随着物性变差，排驱压力、中值压力以指数规律递减，且对渗透率更为敏感。

研究区S1kL平均孔喉半径较小，属于微细－细喉道储层，与物性呈正相关关系。分选系数、变异系数均是孔隙喉道差异的度量，当数值增大时，物性随之增大且投点分布有离散趋势，表明随着物性的变好，分选系数、变异系数与物性的相关性变差。最大进汞饱和度反映了储层储集空间的变化，孔隙度、渗透率随该值增大而增大。

图4 研究区S1kL储层孔隙结构特征参数与物性相关关系图

3 储层微观孔隙结构对孔隙流体的影响

核磁共振成像技术是快速无损探测岩石物性和流体性质的一项新技术［16，17］，根据目的层段12块样品测试结果统计 （表3）表明，S1kL可动流体饱和度范围变化较大，从2．78%～26．3%均有分布，平均为13．53%，总体可动流体饱和度低。占据大部分孔隙空间的小孔喉难以参与流体的流动，是导致该区储层渗流能力较差的主要原因。

表3 研究区S1kL储层核磁共振试验结果统计

笔者对12块核磁共振样品同时也做了常压压汞试验并对其孔隙结构类型进行了划分。Ⅰ类孔隙结构类型样品中粒间孔和溶蚀孔较为发育且连通性较好，平均孔喉半径最大，因此其可动流体饱和度最高，渗流能力相对最好；Ⅲ类孔隙结构特征样品仅发育少量的溶蚀孔隙和微孔隙，绝大部分孔隙为微小的死孔隙，大部分孔隙流体处于束缚不可动状态，其所对应的可动流体饱和度最小，渗流能力最差；Ⅱ类孔隙结构类型样品与Ⅲ类相比粒间孔较为发育，但小于Ⅰ类样品，孔喉连通状况中等，所以可动流体饱和度介于两类之间，渗流能力中等。从Ⅰ类到Ⅲ类，孔喉对应的可流动流体饱和度依次降低，表明储层微观孔隙结构对孔隙流体的赋存状态及其可流动性具有明显的控制作用。

影响低渗透储层可动流体的微观孔隙结构因素众多，排驱压力、中值压力、平均孔喉半径和最大进汞饱和度这4个参数与可动流体饱和度相关性较好，其中平均孔喉半径与其相关性最好，而其他参数与之相关性均较差 （图5）。与此同时，研究区内S1kL微裂缝普遍发育，可有效改善孔喉连通性，使可动流体含量增加。因此，研究区较大孔喉半径及微裂缝发育程度高的储层应作为重点开发的对象。

图5 研究区S1kL储层孔隙结构参数与可动流体饱和度相关关系图

恒速压汞测试作为新兴的孔隙结构研究手段，在低渗透储层中得到了广泛应用且多集中于鄂尔多斯盆地［18～20］。该测试的先进之处在于能够有效区分孔隙、喉道并提供其含量分布。笔者从目的层段Ⅰ类孔隙结构中选取2块样品进行恒速压汞测试，从中获取了总毛细管压力曲线以及单独的孔隙、喉道毛细管压力曲线（图6）。

从图6中可以看出，当进汞压力较小时，汞首先进入大喉道所控制的孔隙内，喉道的影响并不明显，总毛细管压力曲线的形态主要取决于孔隙毛细管压力曲线的变化特征；当进汞压力持续增加时，汞开始进入小喉道所控制的孔隙，孔隙中进汞量的增加显得异常缓慢，此时喉道开始起控制作用，总毛细管压力曲线的变化逐渐转变为由喉道所控制。由此表明，对S1kL低渗透储层的开发，应尤其注重喉道的开发和保护。

图6 研究区S1kL储层恒速压汞毛细管压力曲线特征图

4 结论

1）塔中地区柯坪塔格组下段 （S1kL）储层为典型的低孔、超低渗透储层，孔隙类型多样且分布不均，以残余粒间孔为主，其次为溶蚀孔隙及微裂隙，晶间微孔含量最少。

2）根据常规压汞孔隙结构特征参数和毛细管压力曲线形态划分出Ⅰ类细喉型 （低排驱压力）、Ⅱ类微细喉型 （中排驱压力）和Ⅲ类微喉型 （高排驱压力）3种孔隙结构类型，以Ⅰ类最为发育，从Ⅰ类到Ⅲ类，储层微观孔隙结构逐渐变差。

3）S1kL储层可动流体饱和度变化较大，总体较低。储层微观孔隙结构控制着孔隙流体的赋存状态及其可流动性，从Ⅰ类到Ⅲ类可动流体饱和度依次降低。

4）S1kL中具较大孔喉半径且微裂缝发育程度高的储层应作为开发重点，在开发过程中应尤其注重喉道的开发与保护。

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