普光气田长兴组储层微观孔隙结构特征

    李剑锋 陈轩 廖康涔

    

    

    

    摘 ?????要：生物礁滩相储层非均质型很强，从微观本质上讲，非均质性由孔隙结构决定。采用毛管压力曲线法和图像分析法对普光气田主体区块长兴组生物礁储层微观孔隙结构特征进行了探讨。结果表明：整体上，普光气田长兴组储层属于中高孔-中低渗储层，部分为中高孔-高渗的相对优质储层。孔隙类型有：粒间溶孔、晶间（溶）孔、粒内溶孔、生物体腔孔、生物骨架孔和裂缝;孔喉组合类型有：中孔粗喉、低孔中喉、低孔细喉三种类型。根据对压汞法的进汞曲线和退汞曲线以及铸体薄片的孔喉参数的综合研究，将普光气田长兴组岩样毛管压力曲线分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ一共4类，其主要类型为Ⅱ类和Ⅲ类。通过各孔喉结构参数与孔隙度、渗透率的交会图，分析研究认为中值喉道半径、排驱压力以及平均喉道半径是影响物性的主要因素。

    关 ?键 ?词：孔隙结构;毛管压力曲线;长兴组;普光气田

    中图分类号：TE 122 ??????文献标识码： A ??????文章编号： 1671-0460（2019）03-0554-06

    Abstract： The reef-shoal reservoir has very strong heterogeneity， and the reservoir heterogeneity is always controlled by the pore structure. In this paper， the capillary structure curve and image analysis method were used to investigate the microscopic pore structure of Changxing formation bioreef reservoir in the main block of Puguang gas field. The results show that， as a whole， Changxing formation reservoir of Puguang gas field belongs to medium-high porosity and medium-low permeability reservoir， and some are medium-high porosity and high permeability relatively high-quality reservoirs. The main pore types of the reservoir include intergranular dissolved pore， intercrystalline （dissolved） pores，intragranular dissolved pore，biological pores， bio-frame pores and ruptures. The types of hole and throat combination include medium hole rough throat， low hole middle throat， low hole fine throat three types. The capillary pressure curve is divided intoⅠ，Ⅱ，Ⅲ， Ⅳ types according to the characteristic parameters of pore structure. The typeⅡand Ⅲ are the main types in the study area. Through the intersection of structural parameters of pores and porosity and permeability， it's pointed out that Rc50， driving pressure and average throat radius are the main factors affecting physical properties.

    Key words： Pore structure; Capillary pressure curve; Changxing formation; Puguang gas field

    普光氣田是我国首个投入开发的大规模高含硫碳酸盐岩气藏。气田自2009年10月正式投产以来，气井表现出产能高、生产压差小的特征，但纵向上各层动用程度相差很大，飞仙关组动用程度达到91.35%，而长兴组仅仅动用29.79%。随着开发的进行，在2014年，即稳产期后期，项目重新立项，主要针对动用程度低的长兴组进行深入研究，对于气田的稳产具有重大意义。

    前人对于普光气田长兴组储层进行了一定的研究，取得了较为丰富的认识。倪新锋[1]等研究确定了长兴组有利储层的相带类型以及主要的储集岩类型，对于优质储层的发育控制因素也进行了分析;万云[2]等根据常规薄片和压汞实验对川东北长兴组储层的孔隙结构进行了研究，以主流动孔隙（所谓主流动孔隙是指压汞曲线中渗透率累积贡献在95%处所对应的孔喉半径与最大进汞饱和度的乘积）为标准进行了储层评价;姜忠正[3]通过对钻井岩芯、野外露头剖面以及岩石薄片的观察分析，对普光气田长兴组储层成岩作用类型及特征、成岩序列、储层形成机制做了详细的研究;夏明军[4]等确定了长兴组储层的有利相带，并且对储层储集空间类型、物性、岩性等进行了研究;陈雪[5]等采用宏观与微观研究相结合，认为该地区储层受到沉积、成岩、构造三大作用的制约，其中成岩作用是关键因素，控制着次生孔隙的发育程度。可见，前人对于普光气田长兴组储层的研究主要着眼于有利相带、孔隙类型、成岩作用、成岩序列、形成机制等宏观层面，至于微观层面的孔喉结构研究相对薄弱。基于前人的研究成果[6-8]，结合对本研究区的最新研究，本文采用毛管压力曲线法和图像分析法对普光气田主体区块长兴组生物礁储层微观孔隙结构特征进行了探讨，从微观层面揭示储层的物性特征以及微观控制因素，对于气田的新增动用储量以及产能增加具有重大的意义。

    1 ?区域地质概况

    普光地区地理上位于我国四川盆地东北部，构造上位于川东断褶带北部， 紧邻大巴山褶皱带南缘，西部紧邻川东米仓山过渡带，是川东断褶带与大巴山前缘构造带的双重叠加构造区[9]。该地区构造变形强烈，以NE向断层控制的隆凹格局为主，地层厚度变化大，沉积环境复杂。研究区构造位置如图1所示。

    2 ?长兴组储层物性特征

    根据普光气田长兴组物性数据统计分析的结果，储层孔隙度平均为9.37%，最大值为28.84%，主要分布在2%～16%;渗透率最大值为471.95 mD，平均为6.68 mD，主要分布在0.1～10 mD。通过以上物性数据分析结果，整体上，普光气田长兴组储层属于中高孔-中低渗储层，部分为中高孔-高渗的相对优质储层。其孔隙度和渗透率的相关性存在分区性，整体相关性很差，但正相关却是显而易见的（图2），这也反映出研究区的非均质性强[3，10]。

    3 ?长兴组储层微观孔隙结构特征

    3.1 ?储层孔隙类型

    通过对普光气田长兴组所取样品铸体薄片的观察和扫描电镜照片分析表明，研究区储层在成岩过程中形成了多种孔隙类型，主要有：

    （1）粒间溶孔（图3a）;

    （2）粒内溶孔（图3c）;

    （3）晶间（溶）孔（图3b）;

    （4）体腔孔（图3d）;

    （4）架间孔（图3e）;

    （6）裂缝（图3f）。

    其中研究区内最主要的孔隙类型有三种，分别是粒间溶孔、晶间（溶）孔以及缝隙。各类孔隙的面孔率大小分布以及裂缝的镜下数目统计结果见表1。

    3.2 ?储层孔喉分布特征

    根据铸体薄片孔隙特征资料统计分析，普光气田长兴组生物礁储层孔隙大小分选较差。大孔道（大于100 μm）、中孔道（50～100 μm）、小孔道（小于50 μm）占比相差不大;大孔道占比26.99%，中孔道占比33.9%，小孔道分布最多，占比35.72%。中孔道和小孔道两者一共占比达到了69.62%，为长兴组储层的最主要孔隙类型。

    孔隙结构中，喉道是孔隙连通情况的关键因素，对于碳酸盐岩储层更是如此，直接控制着碳酸盐岩储层的孔隙度和渗透率大小，对储层赋存流体的渗流特征有决定性影响[10]。对长兴组储层，采用平均喉道半径为分类标准[11]，喉道类型可分为粗喉（大于10.0 μm），中喉（1～10 μm），细喉（0.2～1 μm），微喉（小于0.2 μm）4种类型。通过分析，研究区长兴组孔喉中值半径为0.003 9～10.01 3 μm，平均值为0.901 7 μm，为细喉道类型。故而研究區长兴组生物礁滩储层属中-微孔、细喉道储层。

    3.3 ?储层孔隙连通状况

    孔隙的连通状况用每个孔隙所连通的喉道数目来表征，即配位数;在镜下铸体薄片分析中，常用统计结果的平均数即平均配位数来表示[12]。对49个薄片的孔隙特征图像分析统计结果表明，研究区长兴组生物礁储层平均配位数介于0.11～0.81之间，其中配位数介于0.2～0.45之间的占比达81.63%，表明孔隙连通状况中等。

    3.4 ?储层毛管压力曲线分类

    获得岩芯的毛管压力曲线最常用的方法是压汞法，它能够比较直观地反映储集岩的孔隙结构，毛管压力曲线在坐标系下的不同形态和分布代表孔隙结构的差异，根据毛管压力曲线的参数将孔隙结构进行分类[11，13-16]。长兴组储层样品的毛管压力曲线显著特征是整体上低-中排驱压力、平台段不明显的特点。以前人对碳酸盐岩储层孔隙结构分类标准研究为基础[17，18]，结合对长兴组储层岩样的微观孔隙结构特征参数的分析，将普光气田长兴组储层毛管压力曲线分为4类（图4），其中居于中间类型的Ⅱ类和Ⅲ类为主要类型。

    Ⅰ类：曲线两个拐点之间的曲线在横轴上的投影很宽;纵轴方向上，整体偏向于横坐标，粗歪度。典型岩样为102-1井12-47/110号，孔隙度为16.1%，渗样渗透率为9.52×10-2 μm2，排驱压力很低，为7.9×10-3 MPa，中值喉道半径大，达到4.47 μm，相对分选系数为2.03，平均喉道半径为21.64 μm。此类曲线表现出的物性特征为高渗透率，孔喉组合类型为中孔-粗喉型，其孔隙结构和渗流能力好，所代表的储层为普光气田长兴组最优质的储层。

    Ⅱ类：Ⅱ类曲线形态上与Ⅰ类相似，不同的是拐点之间的宽度窄一些，纵轴方向上偏高一些，略粗歪度。典型岩样为102-1井12-97/110号，孔隙度为5.73%，渗样渗透率为1.22×10-4 μm2，排驱压力较低，为3.28×10-2 MPa，中值喉道半径小，为1.25 μm，相对分选系数为1.97，平均喉道半径为4.40 μm。此类岩样的排驱压力高于Ⅰ类，中值喉道半径小两倍以上，平均喉道半径尺寸相差达五倍;孔隙结构和渗流能力略欠于Ⅰ类，从毛管压力曲线整体分布来看，该类曲线占优势，所代表的储层为长兴组的主要储层类型。

    Ⅲ类：曲线拐点之间的宽度较窄，近于一条倾斜直线，整体偏离于横坐标，略细歪度。典型岩样为102-1井12-109/110号，孔隙度为5.53%，渗样渗透率为6.13×10-5 μm2，排驱压力相对Ⅰ类和Ⅱ类较高，为1.19×10-1 MPa;中值喉道半径远小于Ⅱ类，为9.24×10-2 μm;相对分选系数为3.25，平均喉道半径为0.71 μm。此类岩样最大的特征就是孔喉的分选很差，而且进汞饱和度明显低于Ⅰ类和Ⅱ类，表明其孔隙结构和渗流能力较差。

    Ⅳ类：此类曲线存在一个近似平台段，分布较窄，整体远偏离于横坐标，细歪度。典型岩样为102-1井13-19/31号，孔隙度为1.09%，渗样渗透率为3.82×10-6 μm2，排驱压力在所有岩样中相对较高，为3.13 MPa，中值喉道半径很小，为1.75×10-2 μm，相对分选系数为4.18，平均喉道半径为0.03 μm;孔喉类型为低孔、细喉型。在本区代表的是非储层，也就是隔夹层，表明这一类样品微观孔隙结构和渗流能力极差[11]。

    3.5 ?储层孔隙结构特征参数与物性的相关性分析

    获得毛管压力曲线的方法较多，一般采用压汞法获得，从曲线可以得到孔喉大小、孔喉分选的定量数据，也可以直观定性地了解孔喉的分选性[13]。而铸体薄片法和扫描电镜法在镜下直接观察岩芯，半定量的获得孔隙的分布、二维分布、连通状况以及孔隙的充填、溶蚀等现象[11，19]。本文选用排驱压力、中值喉道半径、平均喉道半径来表征孔喉大小，中值压力、退汞效率表征连通性，而表征孔喉分布的参数鉴于离散化程度较高，定量化数据分析难度大，有待进一步研究，此处定量研究略过，但能从压汞曲线作定性研究。

    3.5.1 ?排驱压力与物性的关系

    岩样孔隙度和渗透率的减小，反映的是孔隙和喉道半径的减小，在液态汞注入岩样过程中，克服的毛管力会增大，宏观表现便是排驱压力会增大[20，21]。长兴组储层岩样排驱压力在0.10～0.40 MPa之间的岩样数目达到80%;个别样品排驱压力甚至高达4 MPa，物性极差（图5a）。孔隙度与排驱压力的拟合优度为0.4058，渗透率与排驱压力的拟合优度为0.4315，相关性均不是很好，但能看出孔隙度和渗透率与排驱压力之间存在着负相关性，这也反映出生物礁储层的非均质性很复杂。

    3.5.2 ?中值喉道半径与物性的关系

    中值喉道半径是指喉道半径频率累计达到50%时所对应的喉道半径值，研究表明，该数值对于孔隙度有较大的影响[22]。研究区长兴组储层岩样中值喉道半径一般在0.23～0.44 μm，与渗透率相比，中值喉道半径与孔隙度具有更好的相关性，拟合优度达到0.6108，渗透率与中值喉道半径的相关性较差。

    3.5.3 ?孔隙结构系数与物性的关系

    孔隙结构系数简单通俗地说就是用来表示真实岩芯和理想毛管束圆柱两者之间渗流差别的物理量;其数值大小是影响因素的综合参考值，数值越大，影响越大，与理想的模型差距越大，渗流能力也相差越大，渗流能力会更小[23]。普光主体长兴组生物礁储层孔隙结构系数与物性也吻合此规律。研究区孔隙结构系数主要集中在1.41～3.84，最大值达到13.76，基于孔隙度、渗透率与结构系数的相关关系交会图，整体来看，孔隙结构系数与物性具有负相关性（图5c）。

    3.5.4 ?平均喉道半径与物性的关系

    平均喉道半径能反映岩样喉道的整体分布，平均喉道半径大，说明该岩样喉道整体偏大，偏粗喉[24]。研究区储层岩样的平均喉道半径值在0.06～6.91 μm之间，大部分为细喉。孔隙度与平均喉道半径的拟合优度为0.553 7，渗透率与平均喉道半径的拟合优度为0.537 5;孔渗与之相关性在本区均较好，说明在非均质性很强的生物礁滩储层中，平均喉道半径对孔隙度、渗透率的反应较好，对于储层物性的表征具有明显的控制作用。

    3.5.5 ?中值压力与物性的关系

    中值压力越大，流体流动所需要克服的毛管力就会越大，导致的是储层物性越差[20]。

    长兴组储层岩样中值压力与孔隙度呈现出较好的负相关性，同样地，渗透率与中值压力亦具有和孔隙度相同的趋势。中值压力变化范围很大，物性较好的储层其中值压力小于1 MPa，大部分样品在0.54～2.77 MPa，个别物性极差的（可以认为非储层的样品）中值压力可以达到36.74 MPa（图5e），表明本区相对较好的储层自然渗流能力较好，差的储层基本无渗流能力。

    图5 ?普光气田长兴组储层孔隙结构特征参数与物性的交会图

    Fig.5 The correlation diagram between characteristic parameters of pore structure and properties of Changxing formation reservoir of Puguang gas field

    3.5.6 ?退汞效率与物性的关系

    退汞效率为岩样退出汞的量与最大进汞量的比，参考Wardlaw（1976）的观点，认为孔喉的直径大小比对退汞效率有决定性的影响。退汞效率越大，岩芯中孔隙与喉道的尺寸大小相差越小，也在一定程度上说明储层含气饱和度较小，实际产能小[21]。研究区储层岩样退汞效率大部分在3.15%～8.77%之间，与孔隙度、渗透率的相关性较差，表明本区孔喉分布不均匀，孔隙与喉道尺寸相差较大。

    4 ?结束语

    （1）普光气田长兴组储层整体上属于中高孔-中低渗储层，部分为中高孔-中高渗的相对优质储层。孔隙类型有：粒间溶孔、晶间（溶）孔、粒内溶孔、体腔孔、架间孔和裂缝;孔喉组合类型有：中孔粗喉、低孔中喉、低孔細喉三种类型。

    （2）根据对压汞法的进汞曲线和退汞曲线以及铸体薄片的孔喉参数的综合研究，将普光气田长兴组岩样毛管压力曲线分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ一共4类，其主要类型为Ⅱ类和Ⅲ类。

    （3）通过各孔喉结构参数与孔隙度、渗透率的交会图，分析研究认为中值喉道半径、排驱压力以及平均喉道半径是影响物性的主要因素。

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