低渗透储层不同成岩相微观孔隙结构特征及其测井识别差异性分析：以姬塬油田王盘山长61储层为例

韩 进，孙 卫，杨 波，樊秀江，吴彦君

(1.西北大学 大陆动力学国家重点实验室/地质学系，陕西 西安 710069；2.延安大学 石油工程与环境工程学院，陕西 延安 716000；3. 陕西省煤层气开发利用有限公司，陕西 西安 710075；4.延长油田股份有限公司 七里村采油厂，陕西 延安 716000；5. 延长油田股份有限公司 宝塔采油厂，陕西 延安 716000；)

0 引 言

低渗透储层最为特殊的是其孔隙结构具有细孔细喉或细孔微喉的特征，这两个参数对低渗透油藏的评价与开发具有非常重要的现实意义[1]。恒速压汞法，压汞过程接近于静态过程，能区分孔隙和喉道，能获取更精确的喉道、孔隙毛细管压力曲线，从而有助于对储层做出更准确的评价[2]。测井技术是对地层中各种岩石宏观物理性质的反映[3-5]，能够连续记录钻遇地层的各种岩石物理信息，不同的岩性、孔隙流体以及成岩相在对应的测井响应特征上反映均不相同[6]，因此可利用常规测井资料识别成岩相。

姬塬油田王盘山区块主要在陕西省定边县和宁夏盐池县境内，位于天环坳陷东岸、伊陕斜坡西部，发育有三角洲前缘水下分流河道和分流间湾[7]。研究区长61段为主力产油层，孔隙度平均值10.93%，渗透率平均值1.18×10-3μm2，属于典型的低渗透油藏，开发难度较大。前人从岩石学、物性、沉积作用等方面对该区块储层特征进行了研究[8]，但从成岩相的角度分析研究储层微观孔隙结构特征及其测井响应特征较少。本文通过铸体薄片、扫描电镜等实验手段，利用恒速压汞技术研究了不同成岩相储层微观孔隙结构特征，探讨了不同成岩相微观孔隙结构特征差异，并建立不同成岩相测井识别模板，有效评价储层微观地质特征，为姬塬油田的高效开发提供微观理论和科学依据[9]。

1 储层岩石学特征

图1 长61储层岩石类型及成分图Fig.1 Rock type and composition diagram of Chang 61 reservoir

依照行业标准(SY/T5368-2000、SY/T5477-2003、SY/T6285-2011)[10-12]，通过对大量岩心观察、铸体薄片和扫描电镜分析测试资料整理分析，储层以细砂(68.92%)、极细砂(15.03%)为主，岩石类型以长石砂岩为主，岩屑长石砂岩次之(图1)。粒径为0.03～0.5 mm，分选中等—好，骨架颗粒磨圆度差，以次棱为主。孔隙类型以溶孔—粒间孔和粒间孔—溶孔为主(44%)，微孔(23%)次之，胶结类型以加大—孔隙与孔隙—加大(58%)为主；碎屑成分中石英(29.94%)和长石(35.82%)含量较高，岩屑(12.05%)次之，其他成分主要为云母(7.89%)；填隙物为少量杂基类和自生矿类胶结物。

2 成岩相类型及其孔喉结构特征

2.1 成岩相划分

通过对大量铸体薄片、扫描电镜等测试资料进行研究的基础上，结合岩心照片，根据王盘山延长组长61低渗透砂岩储集层的具体成岩作用类型，优势相(即薄片下鉴定获得的对储集层物性起主要作用的成岩作用以及成岩矿物组合特征)的原则[13]，将王盘山长61储层的成岩相划分为高岭石+绿泥石胶结-粒间孔相、高岭石胶结-溶孔+粒间孔相、绿泥石+高岭石胶结-溶孔相、高岭石胶结-溶孔相、伊利石胶结-溶孔相、碳酸盐胶结致密相(图2)等6种组合类型成岩相，物源均为东北方向，各成岩相储层孔隙发育特征不同，具体特征见表1。

王盘山长61储层高岭石+绿泥石胶结-粒间孔相主要分布在研究区东部及东北区域，该相发育三角洲平原分流河道和水下分流河道，绿泥石膜含量较高(2.48%)，残余粒间孔含量也最高(34.88%)。绿泥石膜一定程度上阻碍了压实作用和胶结作用(图3(a))，使大量原生粒间孔保留下来，该成岩相物性最好。该成岩相的排驱压力和微观均值系数(表2)为6类成岩相储层中最小的。由表2和图4可知该类成岩相储层喉道半径分布范围最宽，为0.5～1.5 μm，喉道半径集中对渗透率贡献可达92%，孔喉半径比最小，平均值为210.03。

高岭石胶结-溶孔+粒间孔相主要发育于研究区北区及南区中部，为水下分流河道沉积微相，高岭石是主要填隙物(图3(b))，铁方解石次之，该类成岩相中储集空间以大量长石溶蚀所产生的次生溶孔为主(47.06%)。该成岩相排驱压力为0.21 MPa，微观均值系数及相对分选系数均较低，分别是0.02、0.72。相比于高岭石+绿泥石胶结-粒间孔相，其喉道半径偏小，对渗透率有贡献作用的集中在0.6～1.3 μm之间，仅占喉道分布范围53%，孔喉半径比分布范围为120～570，平均值为345。

表1 王盘山区块长61储层不同成岩相参数特征表

注:Ⅰ.水下分流河道；Ⅱ.分流间湾；F.长石；Q.石英；a.高岭石；b.水云母；c.绿泥石；d.碳酸盐；e.硅质；①薄膜-加大；②薄膜-孔隙；③加大-孔隙；④孔隙；⑤孔隙-薄膜；⑥孔隙-加大；A.粒间孔；B.粒间孔-溶孔；C.粒间孔-微孔；D.溶孔；E.溶孔-粒间孔；F.微孔。

图3 长61储层不同成岩相扫描电镜照片Fig.3 SEM photos of different diagenetic facies in Chang 61 reservoir

Table2Characteristicsparametersofmicro-porestructureofconstantratemercurypenetrationofdifferentdiageneticfaciesinChang61reservoir

成岩相喉道半径平均值/μm孔隙半径平均值/μm孔喉半径比平均值主流喉道半径/μm最大连通喉道半径/μm总孔隙进汞饱和度 /%总喉道进汞饱和度 /%总孔/喉体积比 微观均质系数分选系数排驱压力/MPa高岭石+绿泥石胶结-粒间孔相0.49154.0153.0912.8510.6035.0640.720.860.012.370.07高岭石胶结-溶孔+粒间孔相0.41164.63154.060.643.4426.0935.640.730.020.720.21绿泥石+高岭石胶结-溶孔相1.06148.38153.910.991.4825.1945.590.550.030.350.50高岭石胶结-溶孔相0.60149.32 282.930.160.8328.4829.840.950.040.160.88伊利石胶结-溶孔相0.50143.40327.190.170.6217.3425.600.680.050.121.18碳酸盐胶结致密相0.87135.70321.230.010.453.0625.840.120.050.081.64

绿泥石+高岭石胶结-溶孔相在研究区较发育，分布在东北及西部物源区。绿泥石含量为50.18%。随着绿泥石薄膜厚度和胶结物含量的增加(图3(c))，储层有效孔隙和喉道的连通程度变差，剩余粒间孔大量丧失[14]，储集空间主要以溶蚀产生的次生孔隙为主(31.52%)。绿泥石+高岭石胶结-溶孔相较前两者成岩相物性变差，排驱压力、微观均值系数增高，相对分选系数降低，其喉道半径减小，孔隙半径分布范围与前两类成岩相基本相同，孔喉半径比偏高。

储集空间主要为溶蚀次生孔隙的高岭石胶结-溶孔相(图3(d))和微细喉道存在丝缕状伊利石[15]的伊利石胶结-溶孔相(图3(e))发育于非主力生产区域，两类成岩相储层物性较差，平均孔隙度为9.04%，平均渗透率为0.23×10-3μm2。碳酸盐胶结致密相储层发育铁方解石、铁白云石等碳酸盐胶结物，占该成岩相胶结物总量的8%以上，该成岩相粒间孔损失严重，彼此孤立的粒间孔与溶孔连通性极差，储集性较差(图3(f))，是本区最为不利的成岩相带，视为无效储层。

2.2 储集成岩相的微观孔喉结构特征

储层沉积过程中的孔隙类型、孔喉特征等多因素的差异性，导致低渗透储层地质条件复杂，微观孔隙结构多样性明显，即储层渗流能力并不只受孔隙大小、分布等单一因素的影响[16]，不同成岩相孔隙结构参数差异性反映各成岩相微观孔隙结构内部的非均质性程度[17]。本次研究着重分析毛管压力曲线、孔隙半径、喉道半径、孔喉半径比等特征(图5)。

2.2.1 毛管压力曲线特征

现场遴选不同成岩相储层中36块岩心样品进行压汞实验测试，实验结果选取不同成岩相中具有典型性的6口井的毛管压力曲线进行对比说明(图5)，实验结果表明Y146井、J68井、C95井、L37井、Y63井、Y245井进汞饱和度依次减少，曲线形态由略粗歪度向细歪度过渡，斜率增大，分选逐渐变差，孔隙、喉道整体减小或减少，孔喉匹配性变差，渗流阻力增大，物性逐渐变差。

高岭石+绿泥石胶结-粒间孔相储层粒间孔孔隙相对发育，孔隙、喉道相对较大，孔喉匹配关系及连通性较好，进汞饱和度达到67.71%，(图5(a))。喉道进汞饱和度曲线与总孔喉进汞饱和度曲线延伸性较好，初期较平缓，该阶段为优势孔隙结构段，渗流储集能力较好，当压力达到1.28 MPa，孔隙进汞饱和度达到22.99%时，孔隙进汞饱和度曲线尾部上翘，说明此时该相储集空间由孔隙聚集转变为喉道渗流通道。

高岭石胶结-溶孔+粒间孔相中溶孔较发育，含有少量粒间孔相，总孔喉进汞饱和度曲线斜率略微增大，孔隙进汞饱和度为28.47%，喉道进汞饱和度为29.84%(图5(b))，孔喉匹配关系及连通性变差。该相孔隙进汞饱和度较前一成岩相孔隙进汞饱和度相差较小，喉道进汞饱和度的差值是导致总进汞饱和度变小的主要因素，这也反映了喉道在储层流体储存及渗流过程中的重要性。

绿泥石+高岭石胶结-溶孔相进汞饱和度进一步减小，降至42.94%，其中孔隙进汞饱和度为17.34%，喉道进汞饱和度为25.60%(图5(c))。高岭石胶结-溶孔相高岭石胶结相储层砂岩孔隙类型单一，只有部分溶孔，孔喉不连通，孔喉进汞饱和度低，有效孔喉体积小，使得绝大部分流体处于喉道中，成为束缚流体，该类成岩相进汞压力明显升高，总进汞饱和度只有48.52%，喉道进汞饱和度为35.79%，孔隙进汞饱和度为12.73%(图5(d))，喉道为流体储存主要贡献者。

伊利石胶结-溶孔相中喉道进汞饱和度曲线与总进汞饱和度曲线近似平行，延伸长度相近，表明该类成岩相喉道为主要渗透率贡献通道。该相喉道进汞饱和度为25.84%，孔隙进汞饱和度为3.05%(图5(e))。碳酸盐胶结致密相进汞饱和度为10.01%，孔隙进汞饱和度为0.29%(图5(f))。

2.2.2 孔隙半径分布特征

图6 不同成岩相孔隙半径与孔隙度、渗透率关系图Fig.6 Map showing the relationship between pore radius, porosity, and permeability of different diagenetic facies

图7 喉道半径与渗透率关系图Fig.7 Map showing the relationship between throat radius and permeability

如图4(b)、图6所示孔隙半径比曲线形态整体呈现正偏态，碳酸盐胶结致密相孔隙半径在100～150 μm之间，其余成岩相孔隙半径集中分布在110～180 μm之间，且随着孔隙度、渗透率的降低，其孔隙半径范围依次变窄，不同成岩相孔隙半径范围缩小的顺序与不同成岩相物性变差的顺序非一一对应关系，这说明了孔隙半径与渗透率、孔隙度物性参数无规律性，图6显示其相关性较差。

2.2.3 喉道半径分布特征

由图4(a)得知，不同成岩相、不同代表样品的喉道半径分布曲线整体呈现出不等频率的正态分布特征，喉道半径大粗偏态低频率分布，喉道半径小细偏态高频率分布，喉道半径越小越呈尖峰正态。实验结果表明不同成岩相随着物性变差喉道半径峰值逐渐减小，且频率升高，表明随岩石致密程度升高孔喉类型由复合型孔隙组合向单一为孔隙转变，喉道连通孔喉体积减小，渗流通道集中且变窄。

喉道半径与渗透率相关性较好(图7)。喉道半径与渗透率贡献值图反映出储层物性较好的成岩相，喉道分选性好，大吼道均匀且集中，喉道半径大、分布区间宽、曲线分布频率低、曲线呈双峰或多峰态；物性较差的成岩相，喉道较窄，对渗流有贡献作用的喉道集中在单一范围内，分布频率高、曲线呈单峰形态(图4(d))。实验结果表明喉道尤其是粗喉道对储层流体渗流起主要贡献作用。

2.2.4 孔喉半径比分布特征

孔隙结构非均质性越弱，孔喉半径比越小，较大孔隙易被大吼道所包围，孔隙内流体排出时，渗流阻力较弱，油气易通过这些大吼道连续排出，可动流体饱和度高[18]。

实验测试结果显示孔喉半径比小，其分布曲线一般偏向细偏态，峰值频率高；孔喉半径比大，一般向粗偏态移动，峰值频率低。不同成岩相孔喉半径比集中分布在50～800之间，较孔隙半径图、喉道半径图整体呈现负偏态分布(图4)。物性越好，成岩相储层孔喉半径比曲线负偏态特征越明显；物性较差，成岩相储层孔喉半径比曲线向细偏态偏移。由此可知孔喉半径比大喉道半径小，且喉道半径越小，孔喉半径比对储层的控制作用越明显，毛管作用力越强，越不易于开发储层。

3 不同成岩相储层测井响应特征

目前成岩相的识别与划分主要是根据实验资料的统计分析来完成，限于取心的成本考虑，导致一个地区的岩心薄片资料总是有限的[19]，因此需借助其他手段对所划分成岩相进行评价、验证。测井技术获取的地层信息主要是地层的各种岩石物理性质，且资料较全较准，因此可在薄片分析确定成岩相的基础上分析不同成岩相的测井曲线特征，建立成岩相测井识别标准，从而有效地评价成岩相[20-22]。

3.1 测井响应特征

3.1.1 不同成岩相测井特征

受岩性影响，高岭石+绿泥石胶结-粒间孔相的自然电位曲线特征表现为中-低值的箱形、钟形，声波时差以高值为主，自然伽马主要表现为齿形，密度多表现为低值，根据铸体薄片、物性资料统计，该类成岩相面孔率较高，孔、渗较好，矿场生产动态数据表明该类成岩相产量较高(表3和图8(a))。高岭石胶结-溶孔+粒间孔相的自然电位曲线特征表现为高值的箱形，声波时差也较高，该类成岩相面孔率相对较高(表3和图8(b))。绿泥石+高岭石胶结-溶孔相的自然电位曲线特征表现为中-低值的箱形，声波时差值为高值，自然伽马主要表现为齿形，密度多为低值(表3和图8(c))。高岭石胶结-溶孔相的自然电位曲线一般表现为低值，自然伽马主要表现为齿形，该类成岩相面孔率偏低(表3和图8(d))。伊利石胶结-溶孔相的自然电位曲线特征表现为中—低值的箱形、钟形，声波时差以高值为主，该类成岩相面孔率较低(表3和图8(e))。碳酸盐胶结致密相面孔率小于5%(表3和图8(f))。

Table3Characteristicparametersofdifferentdiageneticfacies

成岩相范围SP/mVGR/APIAC/(μs/m)DEN/(g/cm3)RT/(Ω·m)高岭石+绿泥石胶结-粒间孔相最大值65.36128.34245.522.5631.54最小值46.3159.42212.682.429.21平均值51.6785.00231.382.4817.14高岭石胶结-溶孔+粒间孔相最大值135.65175.50233.512.6492.32最小值123.0466.10190.592.4714.75平均值126.1990.37215.502.5332.04绿泥石+高岭石胶结-溶蚀相最大值78.76143.85243.742.6030.09最小值59.6153.59216.332.4412.27平均值63.6177.23231.212.4920.03高岭石胶结-溶蚀相最大值47.2287.92239.992.6220.22最小值35.2760.29209.702.468.06平均值38.9670.29229.372.5014.51伊利石胶结-溶蚀相最大值44.3198.36251.112.5328.76最小值33.0762.24208.482.375.72平均值36.2679.54239.192.4210.59碳酸盐胶结致密相最大值97.5769.50238.822.6229.02最小值70.4563.26208.392.5012.70平均值81.8465.07228.402.5718.52

3.1.2 测井响应模板建立

在对研究区所有薄片资料统计的基础上，进一步做散点图分析，利用GR、AC、RT曲线，可将不同的成岩相以交会图的形式区分开来[23]。在上述综合统计分析的基础上，即可建立研究区不同成岩相判别标准，并可利用该标准对研究区的储集层进行成岩相的识别，进行储层成岩相分析。

图9 储集层不同成岩相测井曲线交会图Fig.9 Cross plot of logging curves for different diagenetic facies in reservoirs

整体而言(图9)由于泥土矿物富集测段放射性强度关系，黏土矿物充填相整体表现出中—高伽马的特征，自然伽马测井可作为判断地层成岩相的依据。而声波时差测井对于6类不同成岩相储层敏感程度较弱。电阻率测井能够辅助识别碳酸盐胶结成岩相、黏土矿物胶结成岩相地层，结果受孔隙流体性质的影响较大。

高岭石矿物为主要充填相主要表现出高伽马的特征，此外，由于高岭石矿物导电性强，高岭石矿物充填相一般表现为较低电阻，该成岩相发育层段的砂体具有中等声波时差的特征。高岭石+绿泥石-粒间孔相储层中由于绿泥石膜的保护作用，在埋藏作用过程中容易保留较多的原生孔隙，原生孔隙的保留同时也有利于有机酸酸性水的注入，同样有利于次生孔隙的产生，在AC测井曲线上表现为较高的声波时差值。绿泥石衬边+高岭石-溶蚀相储层物性较好，溶蚀孔发育，自然伽马、中子测井、储层密度相对较低，且中子和密度、孔隙度之间的差异较小，响应特征归结为“三低一小”。受伊利石呈孔隙充填式及衬垫式产出的影响，伊利石胶结-溶蚀相储层的自然伽马值较高，密度测井值低，对声波时差反应灵敏。碳酸盐胶结相典型的测井响应特征是低GR、低声波时差和高电阻率值，电阻率上的尖峰一般也能指示碳酸盐胶结相的存在。

整体而言王盘山长61储层高岭石+绿泥石胶结-粒间孔相保存有较好的原生孔隙，表现为较好的有利成岩相带分布，可作为进一步拓展开发层段。

4 结 论

(1)根据成岩作用类型和强度、成岩矿物及其对储集物性的影响，结合填隙物含量及面孔率等，将研究区低渗透砂岩储集层划分为6种成岩相:高岭石+绿泥石胶结-粒间孔相，高岭石胶结-溶孔+粒间孔相，绿泥石+高岭石胶结-溶孔相，高岭石胶结-溶孔相，伊利石胶结-溶孔相，碳酸盐胶结致密相，孔隙结构依次变差，前3种为原油富集的优势成岩相。

(2)恒速压汞实验结果及实验参数相关性分析表明:不同成岩相储层微观孔喉特征存在明显差异，优势成岩相储层喉道半径集中在0.6～1.4 μm，对渗透率贡献值平均值为76%，喉道特征决定了储层物性，影响地层流体渗流通道，孔喉半径、孔喉半径比参数的差异是导致微观孔隙结构内部差异的决定性因素。

(3)利用成岩相测井识别技术，可以连续地划分储集层的成岩相类型，优势成岩相中高岭石+绿泥石-粒间孔相声波时差值较高，高岭石胶结-溶孔+粒间孔相自然电位曲线为高值，绿泥石+高岭石胶结-溶孔相自然伽马表现为齿形，密度为低值；成岩相识别结果与物性分析和试油动态资料匹配良好，说明该测井成岩相分析可作为开展低渗透砂岩储集层综合评价及有利储集岩发育区带预测的方法之一。