杨 兴,黄 海,董凤娟,齐春艳,徐 伟
(1.西安石油大学石油工程学院,陕西 西安 710065;2.陕西省油气田特种增产技术重点实验室,陕西 西安 710065;3.中石油工程技术研究院,北京 100086;4.西南油气田分公司,四川 成都 610041)
碳酸盐岩在油气勘探与开发中占有重要地位,全球近50%的油气资源分布在碳酸盐岩中,近60%的油气产量来自于碳酸盐岩[1]。碳酸盐岩储层储集空间类型多,次生变化大,具有更大的复杂性和多样性,从而导致其孔、渗关系复杂[2-3]。近年来,前人对碳酸盐岩储层已经开展了深入的研究,并取得了较为显著的研究成果。周海彬等[4]人通过大量岩心数据分析发现碳酸盐岩储层具有低孔、低渗的特点;牛涛等[5]人通过岩心、铸体薄片、阴极发光等实验分析了碳酸盐岩组分,并研究发现碳酸盐岩与碎屑岩不同程度的混合沉积对碳酸盐岩储层孔喉结构具有较大的影响;李伟强等[6]人综合岩心观察、铸体薄片、扫描电镜等研究发现,沉积、成岩以及构造叠加改造作用形成的储集空间组合类型是孔喉结构差异的主控因素;高飞[7]利用地震正演技术,识别碳酸盐岩裂缝及孔溶洞,进一步对碳酸盐岩储层结构做出详细描述;黄成刚等[8]人通过岩心扫描电镜分析发现,碳酸盐岩储层的储集空间包括:残余粒间孔、粒间溶孔、晶间(溶)孔及溶缝;姜明玉[9]运用岩心描述观察、岩石微观实验等手段,研究发现碳酸盐岩孔隙类型以残余粒间孔、晶间孔为主,孔隙结构以微孔隙和细喉道为主,储渗性能差;崔利凯等[10]人基于X射线、CT扫描成像等测试分析,认为碳酸盐岩储层以溶蚀孔隙和溶蚀孔洞为主。这些研究成果对于碳酸盐岩储层孔喉结研究具有较大的推进作用,但针对致密碳酸盐岩储层孔喉结构方面的研究,仍然存在一定的局限性。因此,以川中地区灯四段储层为研究对象,将岩心观察、物性分析与高压压汞实验相结合,对致密碳酸盐岩储层微观孔喉结构特征进行研究,并对影响该储层品质的主控微观因素进行深入分析,为致密碳酸盐岩油气藏的高效勘探与开发提供科学依据。
川中地区在地理位置上位于四川盆地中部,构造上位于川中平缓褶皱带,属于乐山-龙女寺古隆起[11]。桐湾运动使得四川盆地整体抬升,灯四段广泛剥蚀,资阳地区以西缺失灯四段[12]。岩相古地理表明,灯影组四段主要发育碳酸盐岩台地沉积体系。其中,川中地区以台地边缘和开阔台地沉积为主,发育颗粒滩、藻丘、滩间海和潟湖等沉积相带[13];其岩性以颗粒白云岩、晶粒白云岩和藻类白云岩为主,泥晶白云岩次之[14];顶部出现少量岩溶角砾岩,藻云岩等[15]。受桐湾运动影响,灯四段与上部筇竹寺组呈平行不整合接触,在纵向上呈现海退旋回特征,与下伏灯三段为连续沉积[16-17]。经查阅资料表明:研究区气藏各层地层压力接近,基本在56.50~57.09 MPa(平均值为56.83 MPa);压力系数为1.06~1.13(平均值为1.12);地层温度 152.8℃~155.9℃(平均值为155.7℃),平均地温梯度约为2.71℃/100m[18]。
高压压汞的基本原理是非润湿相汞必须克服毛细管阻力才能进入孔隙。此时的注入压力就为对应的孔喉下毛细管阻力的大小,进入孔隙中的汞体积就可以代表这个孔喉下连通孔隙体积的大小,记录注入压力以及对应的汞饱和度就可以得到岩石样品的孔喉特性[19-20]。
本次研究选取川中地区灯四段储层具有代表性的14块岩样,按照SY/T5346-2005《岩石毛管压力曲线的测定》开展高压压汞实验[21],进行储层微观孔喉结构特征研究。结果表明,研究区灯四段储层孔隙度为0.5%~4.7%,渗透率为(0.001~0.112)×10-3μm2,排驱压力为4.742~118.716 MPa(平均值13.613 MPa),最大孔喉半径为0.010~0.391 μm(平均值0.138 μm),最大进汞饱和度为3.12%~64.42%(平均值31.23%),均值系数为8.357~16.919(平均值12.508),歪度系数1.306~4.228(平均值1.946),分选系数为1.687~5.172(平均值3.174),变异系数为0.129~3.980(平均值0.752)。因此,研究区灯四段致密碳酸盐岩储层孔喉半径小,储层储集和渗流能力较差;孔喉半径分布不均匀、分选较差,储层非均质性较强。
结合研究区14块岩心观察分析,可将灯四段储层划分为孔隙型储层和孔-洞型储层。基于岩心观察与高压压汞实验,选取具有代表性的六块岩样(见表1),1~3号岩样主要储集空间为孔隙,代表了孔隙型储层;4~6号岩样主要储集空间为孔隙、溶洞,代表了孔-洞型储层。不同类型储层的孔喉半径和渗透率贡献特征,见图1。
表1 岩心物性及压汞结果
图1 孔喉半径分布和渗透率贡献特征
从图中可以看出,孔隙型储层孔喉半径多集中在0.003~0.011 μm,最大孔喉半径为0.024 μm,主要发育细小孔隙,孔喉半径小于0.007 μm的孔喉分布频率均在20%以上,但对渗透率的贡献最大的孔喉半径区间却为0.007~0.017 μm;孔-洞型储层的孔喉半径集中在0.022~0.121 μm,最大孔喉半径为0.261 μm,主要发育溶洞和大孔隙,孔喉半径小于0.06 μm的孔喉分布频率均相对较高,但对渗透率的贡献却较小,对渗透率做出贡献的较大的孔喉半径多集中在0.06~0.16 μm。
因此,通过对六块岩样的孔喉分布和渗透率贡献对比分析发现,小孔喉对储层渗透率的贡献很微弱,孔喉连通性极差,渗流能力弱,储层渗透率主要受较大的孔隙控制;当孔喉半径大于0.06 μm时,由于少量溶洞的出现,改善了储层孔喉间连通性,有效的提高了的储层的渗流能力。
通过查阅相关文献可知,认为储层品质指数是研究储层岩石物理分类的有效方法和反映微观孔喉结构变化的特征参数[22]。定义储层品质因子RQI:
(1)
式中:K为渗透率,×10-3μm2;φ为有效孔隙度,%。
由此可以看出,储层品质因子RQI可以综合反映储层孔喉结构的品质。将储层品质因子与储层微观孔喉结构参数相结合进行储层分类,其分类结果更能准确反映储层孔喉结构和岩石物理性质的变化,储层微观孔喉结构越好,储层品质因子则越大;反之,储层品质因子RQI越小[23-24]。
复杂的孔喉结构是控制碳酸盐岩储集层物性的关键因素[2,25-31],不同类型储层的毛管压力曲线和孔喉半径分布呈现不同规律,储层品质主控因素也不同。因此需要进一步厘清孔喉结构对不同类型储集层储层品质的控制作用,为建立准确的储层评价模型提供指导。
分析研究区灯四段储层微观孔喉结构参数与储层品质之间关系(图2)可以看出,不同类型碳酸盐岩储层微观孔隙结构特征参数对储层品质的影响整体上具有较好的分区性。无论是孔隙型储层还是孔-洞型储层,排驱压力、平均孔喉半径和最大进汞饱和度均与储层品质因子之间相关性一致;孔隙型储层的储层品质因子与分选系数之间呈正相关关系,而孔-洞型储层却呈负相关关系,这是由于孔隙型储层的孔喉结构随着有利孔隙增多,分选系数变大,储层品质因子增加,而孔-洞型储层少量发育的溶洞增加了孔隙间的连通性与渗流能力,使储层品质变好,但由于岩溶垮塌作用使得孔喉分选系数与储层品质因子呈负相关性;孔隙型储层的储层品质主要受控于分选系数(R2=0.983)和排驱压力(R2=0.697),表明较大孔喉发育比例越高,渗流能力越好,而孔-洞型储层的储层品质主要受控于平均孔喉半径(R2=0.941)和排驱压力(R2=0.825),表明溶蚀作用形成的大孔隙、溶洞,增强了孔喉间的连通性与储层的渗流能力。
图2 储层品质因子与微观孔喉结构参数之间关系
(1)川中地区灯四段储层储集空间以孔隙、溶洞为主,孔隙度、渗透率低,属于致密碳酸盐岩储层。
(2)不同类型储层的微观孔隙结构特征存在一定差异。孔隙型储层主要发育细小孔隙,孔隙度基本小于1.5%,排驱压力高、孔喉连通性很差,储集与渗流能力受控于少量发育的大孔隙;孔-洞型储层的储集空间主要由孔隙和溶洞组成,孔隙度基本大于3.2%,排驱压力低、孔喉连通性好,少量溶洞的出现对储层储集和渗流能力的提升起着至关重要的作用。
(3)不同类型储层的毛管压力曲线和孔喉半径分布呈现不同规律,储层品质主控因素也不同,孔隙型储层的储层品质因主要受控于分选系数与排驱压力,而平均孔喉半径和排驱压力对孔-洞型储层的储层品质有显著的控制作用。