鄂尔多斯盆地华庆地区长63致密砂岩储层微观特征研究*

何子琼，王诗怡，蒋正昊

(成都锦城学院建筑学院，四川 成都 611731)

鄂尔多斯盆地，作为我国第二大沉积盆地[1～2]，为我国油气开发做出了重要贡献，尤其是延长组致密砂岩，在我国致密油开发中扮演者重要角色[3]。但由于较强的压实作用和欠发育的构造作用，导致该层孔喉结构复杂、非均质性较强，在生产实践中存在单井产量低、稳产周期短等问题。因此明确研究区长63储层致密砂岩储层微观特征对生产实践具有重要理论和实践意义。

1 岩石学特征

根据Folk的砂岩分类标准[4](图1)，岩石类型主要为长石岩屑砂岩和岩屑长石砂岩。根据薄片数据统计，石英含量分布在在15%～55%(质量分数，下同)，平均为30.8%；长石含量分布在9.2%～54%，平均为32.1%；云母含量分布在0～19.7%，平均为6.9%；岩屑含量在4.7%～26%，平均为13%；碳酸盐胶结物分布在0～49%，平均为4.6%；粘土矿物含量分布在0～40%，平均为10.1%；硅质含量在0～5.2%，平均为1.6%(表1)。储集空间类型以颗粒间残留孔和溶蚀孔为主，此外储层中存在少量裂缝。

图1 华庆地区长63储层砂岩三角图

表1 研究区长63储层岩石成分统计表 w/%

据统计，长石溶蚀孔隙和颗粒间残留孔是研究区长63储层的主要储集空间。其中，粒间孔体积占总孔隙空间的54.92%，占总孔隙体积比例最大；长石溶孔次之，体积占比分布在0.2%～3%之间，平均为0.74%，占总孔隙空间的38.34%。岩屑溶孔、晶间孔和微裂缝占空隙空间体积较小，岩屑溶孔分布在0.1%～1%，平均为0.1%，占总孔隙空间的5.18%；晶间孔体积占比分布在0%～0.6%，平均为0.02%，占总孔隙空间的1.04%；微裂缝空间占比在0～0.6%，平0.01%，占总孔隙空间的0.52%。面孔率分布在0.3%～6%，平均为1.84%(表2)。

表2 华庆地区长63储层孔隙类型统计表

2 储层微观特征

2.1 储层物性特征

对储层物性进行研究，孔隙度主要分布在3.4%～15.5%，平均10.29%，渗透率分布在0.021～0.233×10-3μm2，平均为0.108×10-3μm2。渗透率和孔隙度相关性较好，R2为0.6169(图2)，说明研究区长63储层渗透率和孔隙度相对一致。根据相关标准(SY/T6285-2011)，属于特低孔，超低渗致密砂岩储层。

图2 华庆地区长63储层孔渗关系图

2.2 储层孔喉特征

通过高压压汞实验对储层孔喉结构进行研究，可根据毛管压力曲线将储层分为三类，各种类型中选取代表曲线进行研究。Ⅰ类储层代表样品为样1，曲线具有较大的进汞饱和度和较低的毛管压力，孔喉半径峰值分布在0.11～0.33 μm，最大汞饱和度为15.28%，储层具有较大的孔喉半径，且孔喉之间连通性较好，储层性质为三类中最好。样2是Ⅱ类储层代表样品，该类样品具有较高的毛管压力和进汞饱和度，最大进汞饱和度为13.11%，孔喉半径峰值分布在0.01～0.11 μm，储层中虽然孔喉半径较小，但其相互连通性较好，储集性能次于Ⅰ类储层。Ⅲ类储层代表样品为样3，曲线形态上具有最低的进汞饱和度和较高的毛管压力，最大进汞饱和度三类中最低，为3.4%，孔喉半径峰值分布于0.01～0.11 μm，说明此类储层孔喉结构最为复杂，并且连通性较差，储集性能为三类储层中最差。

图3 华庆地区长63储层进退汞曲线

图4 华庆地区长63储层孔喉半径分布特征

2.3 孔喉分形特征

分形维数是一种表征复杂形体内部不均一性的度量。经过多年的探索实践，分形维数在解决地质问题，尤其是在表征泥页岩、致密砂岩、煤层孔喉结构方面取得了大量的成果[5～6]。基于分形维数表征储层孔喉结构用到的数据只要来自于高压压汞、核磁共振、恒速压汞等实验手段。基于高压压汞表征孔喉结构的模型主要有管束状和球形模型，本文基于高压压汞数据，对研究区长63致密砂岩储层孔喉特征进行研究采用的模型是管束状分形模型。分形维数不仅可以用于表征孔喉表面的粗糙度，还可以表征孔喉半径之间的差异性，即孔隙和喉道半径之间的差值[7～8]。用管束状模型表征孔喉结构，分形维数一般分布在2～3，也有部分学者得出了分形维数大于3的结论，并被认为是合理的[9～10]。分形维数越接近2，说明储层中孔喉半径具有越小的差距，孔喉的非均一性越小；分形维数越接近3，说明孔隙与喉道半径差距越大，储层非均质性越强。管束状分型模型相关公式及参数说明见表3。

表3 管束状分形模型公式统计表

式中：Pc：毛细管压力；r：孔隙半径，μm；SHg：进汞饱和度；D：分形维数；k：拟合曲线斜率；VHg：进汞体积；VP：整个岩心样品的孔隙体积；α：常数。

根据上文毛管压力曲线对研究区长63致密砂岩储层的分类，分别对样1、样2和样3进行分形维数研究,结果见图5。

a．样1分形特征；b．样2分形特征；c．样3分形特征；d．管束状分形模型拐点与转折半径相关性

结果表明，根据曲线形态，样1和样2的分形维数可以分为明显的两段，样3则只有一段。根据式(4)，样1和样2第一段曲线分形维数分别为4.4089和4.0738，第三段曲线分形维数为3.1722，均大于3；样1和样2第二段分形维数分别为2.1948和2.5538，介于2～3。根据管束状分形模型拐点与转折半径相关性图可以看出，样品最大进汞饱和度对应的峰值半径和分形维数图中的转折半径存在良好的对应关系(R2=0.9985)，说明分形维数曲线中的转折点与孔喉半径峰值基本上对应一致。据此，将孔喉半径分为两类，即小于峰值半径的孔喉为较小孔喉，对应分形维数曲线中上半部分曲线，其分形维数较小，介于2～3；在孔喉半径分布图中，较大孔喉是大于峰值半径的那部分孔喉，在分形维数曲线中位于下半部分，分形维数通常大于3。

综合根据高压压汞和分形维数结果分析认为，致密砂岩储层孔喉结构大致可以分为三类，其中Ⅰ类储层孔喉结构最好，储层物性最好，非均质性最差，最有利于油气储集；Ⅲ类储层孔喉结构最差，储层物性最差，非均质性最强，最不利于油气储集；Ⅱ类储层则介于两者之间。根据致密砂岩分形曲线的形态，其孔喉结构可以分为两类，一类是曲线的下半部分，代表较大孔喉。分形维数普遍大于3，另一类是曲线上半部分，代表较小孔喉，分形维数介于2～3。说明储层中较大孔喉的非均一性更强，孔隙和喉道半径差别较大，进汞时较大的压力主要是克服半径较小的喉道产生的。相对而言，较小孔喉的孔隙和喉道半径差距较小，更有利于油气的运移和聚集。

3 影响储层孔喉结构的因素

储层中孔喉结构的发育类型和复杂程度在很大程度上由岩石成分决定[14]，石英含量对储层中原生粒间孔的保存具有重要意义，长石含量的多少决定着储层中次生溶孔的发育程度。岩屑含量与次生胶结物和储层中原生孔隙的保存相关。研究区长63致密砂岩储层较高的石英含量和长石含量为较大孔隙的发育提供了物质前提，但是较高的岩屑含量却导致了储层中孔喉的复杂性，进而导致孔喉结构的复杂性。

压实作用和溶蚀作用是对研究区长63致密砂岩孔喉结构影响较大的成岩作用类型[15]。经过强烈的压实作用，储层原生粒间孔大量减少，同时使得颗粒之间的接触更为紧密，进而产生片状和弯片状和吼道。溶蚀作用产生较大孔隙，同时产生缩颈状喉道。两种成岩作用均造成大孔隙配备小孔喉，使储层孔喉连通性变得复杂，非均质性增强。在压实和溶蚀作用影响下，使得较大孔喉的非均质性强于较小孔喉。

4 结论

1、华庆地区长63致密砂岩储层孔隙度主要分布在3.4%～15.5%，平均10.29%，渗透率分布在0.021～0.233×10-3μm2，平均为0.108×10-3μm2。属于典型的致密砂岩储层。

2、根据高压压汞数据将研究区长63致密砂岩储层分为3类，Ⅰ类储层为最优储层，其孔喉半径大且连通性较好；Ⅱ类储层储集性能次于Ⅰ类储层，虽然孔喉半径较小，但连通性较好；Ⅲ类储层孔喉半径小，连通性较差，最不利于油气储集。

3、分形维数一般介于2～3的为较小孔喉，孔隙和喉道半径差距较小，较大孔喉分形维数一般大于3，孔隙和喉道半径差距较大。岩石成分、压实作用和溶蚀作用是不同孔喉结构差生差异的原因。