砂砾岩储层孔隙结构特征及定量评价

邓羽 ，刘红岐 ，孙杨沙 ，刘诗琼 ，罗兴平 ，黄立良

（1.油气藏地质及开发工程国家重点实验室，四川 成都 610500；2.六盘水市钟山区应急管理局，贵州 六盘水 553000；3.中国石油新疆油田分公司勘探开发研究院，新疆 克拉玛依 834000）

0 引言

随着油气勘探领域的逐步扩展，砂砾岩油气藏日益受到重视。目的层上乌尔禾组岩性主要为砾岩，其岩石矿物成分复杂、分选差，储层非均质性强、孔隙结构复杂，不利于储层流体流动。为更好地研究复杂储层的孔隙结构特征，众多学者将实验研究与测井资料相结合，不断探索孔隙结构的定量评价方法。李成等［1］通过对致密砂岩孔隙结构的研究，证明了致密砂砾岩的特殊性和测井响应特征的多样性。目前，针对低渗透砂砾岩复杂储层，恒速压汞技术在实验进程上实现了对喉道数量的测量，克服了常规压汞方法的不足，但实验方法不能连续反映储层孔隙结构特征。闫子旺等［2-6］运用T2几何均值拟合法和伪毛细管压力曲线转换法，连续、定量表征了储层压汞特征。章新文等［7］在2019年提出，钻井液侵入过程可近似为压汞的过程，并采用核磁共振手段将孔隙结构实验与特殊测井方法相结合，完成了伪毛细管压力曲线的建立与储层孔隙结构特征的定量评价。本文基于压汞实验数据和薄片资料，分析了成岩作用对孔隙结构的影响，并结合实验测试与常规测井，建立了孔隙结构定量评价模型。经试油结果验证，该模型适用性强，与实验结果吻合。

1 孔隙结构特征

研究区储层的储渗能力受孔隙的类型、结构、体积、半径等因素影响。岩石的孔隙结构极其复杂，可看作一系列相互连通的毛细管网络，而汞不润湿岩石孔隙，在外加压力作用下，汞克服毛细管力可进入岩石孔隙。随着压力增加，汞依次进入大、小岩石孔隙，岩心中的汞饱和度不断增加。当汞进入最细的孔隙喉道后，压力增加，岩心中的汞饱和度不再增加，毛细管压力曲线为垂线，此时的汞饱和度称为最大含汞饱和度。因此，通过镜下薄片观察及压汞实验可对孔隙的类型和结构特征进行分析。

1.1 孔隙类型

通过313块岩心镜下铸体薄片及荧光薄片观察，分析了储层的孔隙类型及油气赋存情况。铸体薄片资料（见图1a—1d）分析表明：储层孔隙类型以原生孔隙和次生孔隙为主；原生孔隙占比约为29.81%，以粒间孔、剩余粒间孔为主；次生孔隙占比约为33.8%，以各种溶孔及微裂缝为主。每种孔隙类型的孔隙度相差较小，平均值约为8.44%。但是，随着微裂缝及溶蚀孔的发育，渗透率逐渐增加，表明次生孔隙对储层渗透率贡献较大，为主要的孔隙类型。荧光薄片资料（见图1e—1h）分析表明，油气主要赋存在粒间孔、粒内溶孔、界面孔、微裂缝等次生孔隙中［8-10］。

图1 岩心镜下薄片观察结果

1.2 压汞特征

选取83块岩心样品进行孔隙结构分析，压汞实验压力控制在0～25 MPa。根据不同岩心样品的毛细管压力曲线及孔喉半径分布特征（见表1、图2），将上乌尔禾组储层孔隙结构分为4种类型［11-14］。压汞实验结果表明，储层渗透性从好到差依次为Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ型。

表1 不同类型孔隙结构参数

图2 不同岩心样品的毛细管压力曲线及孔喉半径分布

Ⅰ型毛细管压力曲线形态呈下凹趋势，分选较好，粗歪度；孔喉半径分布呈单峰特征，在2.00～18.00 μm。Ⅱ型毛细管压力曲线形态也呈下凹趋势，分选较差，略细歪度，排驱压力高于Ⅰ型；孔喉半径相比Ⅰ型偏小，分布呈单峰特征，在 0.20～2.30 μm，但在 0～0.10 μm 逐渐凸显。Ⅲ型毛细管压力曲线形态呈直线形，分选较差，排驱压力高于Ⅰ，Ⅱ型；Ⅲ型作为Ⅱ型到Ⅳ型的过渡阶段，孔喉半径分布呈现双峰特征，在0.03～0.10 μm和0.20～1.00 μm。Ⅳ型毛细管压力曲线形态呈上凸趋势，分选较好，细歪度，排驱压力、中值压力相比其他3种类型均较高；孔喉半径分布呈单峰特征，在0.03～0.10 μm。压汞实验结果表明：Ⅰ型具有较好的储层物性，对储层渗透率贡献最好；Ⅱ型孔喉半径相比Ⅰ型逐渐减少；而Ⅲ型孔喉半径在低值与高值段的分布频率相当；Ⅳ型孔喉半径分布最差，排驱压力、中值压力等均较高，不利于储层流体的流动。

1.3 孔喉配置特征

常规压汞法得到的毛细管压力只是孔喉特征的综合曲线，反映某一级别的孔隙所控制的孔隙体积，而不是孔隙结构中孔隙的数量分布。恒速压汞法是根据注汞过程中压力升降变化状况来测试储集岩的孔隙和喉道的数量分布，以对研究区孔隙、喉道配置关系进行研究，相比常规压汞法更科学、准确［14-15］。

选取18块岩心进行恒速压汞分析，对5块样品进行镜下薄片观察。结果表明：样品喉道半径呈从小到大变化趋势，总体分布在0.5～26.0 μm；孔隙半径相对集中，均分布在105～225 μm；喉道半径分布在0.5～1.0 μm的样品对应的孔喉半径比最高，而喉道半径分布在8.0～25.0 μm的样品对应的孔喉半径比偏小。

结合3块岩心的铸体薄片资料和恒速压汞实验结果可以看出：压汞实验显示1-9-29样品的喉道小，孔隙大，而薄片资料显示该样品发育铸模孔、溶孔等，但喉道较小，表明薄片数据与实验分析结果吻合；1-6-17和3-6-45样品的铸体薄片资料均显示样品发育微裂缝，说明恒速压汞实验显示样品喉道半径大是因为存在微裂缝导致的（见图3、图4）。因此，综合以上分析认为，研究区原生孔隙、次生孔隙发育，孔隙半径较大，而在没有微裂缝的影响下喉道半径应为低值，所以研究区孔喉配置关系多表现为大孔对应大喉、小喉和小孔对应小喉的特征。

图3 3块样品的恒速压汞实验结果

图4 恒速压汞实验对应的3块岩样铸体薄片资料

2 成岩作用对孔隙结构的影响

2.1 溶蚀作用

研究表明，该区次生孔隙发育，主要以方解石、沸石溶孔以及粒内、粒间溶孔为主。通过计算视溶蚀率ρsr，可分析溶蚀作用对孔隙结构的影响（见图5a）。由图可知，视溶蚀率分布在0～43%，为弱—中溶蚀。随着视溶蚀率的增加，平均孔隙半径逐渐增大，表明溶蚀作用对孔隙结构具有改善效果［15］。

式中：ρrm为溶蚀面孔率；ρm为面孔率。

2.2 充填作用

视填隙率ρst作为定量评价孔隙结构充填作用的参数［15］，可以综合反映胶结物和泥质对孔隙结构的影响。由图5b可以看出，充填作用越强，孔隙结构越差，且视填隙率主要分布在0～28%，为弱—中充填。当视填隙率为95%～98%时，相应的视溶蚀率偏低。铸体薄片资料显示，岩石矿物颗粒之间、微裂缝之间均被泥质充填，溶蚀孔发育差，表明视填隙率数据结果与镜下薄片观察一致。

式中：A为粒间孔隙度；B为填隙物质量分数。

2.3 压实作用

压实作用主要影响孔隙及孔隙结构的发育。研究区在早期成岩阶段受成岩作用的影响，导致颗粒之间呈凹凸接触，发生塑性变形，对储层储集空间产生破坏作用，因此引入视压实率ρsy作为评价压实作用强弱的参数［15］。由图5c可以看出，视压实率与孔隙结构呈负相关，视压实率分布在30%～90%，为中—强压实，表明随着压实作用的增强，孔隙结构变得越来越差。

图5 成岩作用对孔隙结构的影响

式中：Vyk为原始粒间孔隙体积，cm3；Vyl为压实后粒间孔隙体积，cm3；φyk为原始孔隙度（由经验公式计算得到）；φyl为压实后粒间孔隙度（由实验测得）；S为Trask分选系数。

3 孔隙结构定量评价

将压汞实验测试得到的结构系数c、排驱压力p1、分选系数a、平均毛细管半径re、变异系数b等孔隙结构参数分别与综合物性指数 （K/φ）1/2进行交会分析，结果如图6所示。

图6 孔隙结构定量评价参数交会图

由图 6a—6e 可以看出，c，p1与 （K/φ ）1/2成反比，而 a，re，b 与 （K/φ ）1/2成正比，相关性最好。在压汞实验基础上，通过引入孔隙结构指数（PI）对储层孔隙结构进行定量评价。

由于测井三孔隙度曲线反映储层孔隙特征，而泥质可以影响储层渗流特性，因此对13块岩心样品的声波时差AC、补偿中子孔隙度CNL、补偿密度DEN、泥质体积分数SH与PI进行了交会分析。由图6f—6j可以看出，AC，CNL与PI成正比，而DEN，SH与PI呈负相关。基于式（4）处理结果，结合测井资料，利用多元回归模型建立了孔隙结构定量评价模型（见式（5））。通过模型对压汞参数进行处理，得到Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ型的PI平均值，分别为 17.51，12.11，10.33，7.49。因此，PI越大，储层孔隙结构越好，越有利于储层流体流动。

由式（5）对46井试油层段进行了逐点处理，PI平均值为10.95，孔隙结构较好。由图7可知，3 302～3 344 m试油层段自然伽马值偏低，电阻率、三孔隙度曲线变化稳定，且孔隙发育，孔隙度平均值为9.41%，渗透率平均值为5.48×10-3μm2。同时，岩心实验结果表明，PI计算值与实验结果在变化趋势、大小上吻合，且平均相对误差为10.21%。射孔后，该层段日产油11.76 t，日产水119.38 m3，表明孔隙结构定量评价模型应用效果较好。

图7 46井孔隙结构测井分析

4 结论

1）研究层位原生孔隙以粒间孔、剩余粒间孔等为主，占比约为29.81%；次生孔隙以各种溶孔及微裂缝为主，占比33.8%。荧光主要在粒间孔、粒内溶孔、界面孔、微裂缝中显示，表明油气主要赋存在次生孔隙中。

2）储层孔隙结构分为4种类型，渗透性从好到差依次为Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ型。研究区孔喉配比关系主要是大孔对应大喉、小喉和小孔对应小喉。溶蚀作用对孔隙结构具有改善效果，而充填和压实作用是导致储层孔隙结构变差的主要因素。

3）综合实验和测井资料可知，声波时差、中子孔隙度与孔隙结构指数成正比，密度、泥质体积分数与孔隙结构指数成反比，利用测井资料可建立孔隙结构定量解释模型。试油结果表明，该模型对储层分类、储层渗流特征研究具有指示作用，适用性好。