鄂爾多斯盆地姬塬地區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征

鄂爾多斯盆地姬塬地區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征

涇干地區(qū)位于鄂爾多斯盆地西南部，橫跨天環(huán)山頂和伊陜斜坡（圖1）。研究區(qū)上三疊統(tǒng)延長(zhǎng)組第六段是三疊系延長(zhǎng)湖沉積的一部分,主要發(fā)育大規(guī)模的三角洲分流河道砂體,是大型的儲(chǔ)集層,具有良好的油氣前景,近幾年已成為延長(zhǎng)組研究勘探的重點(diǎn)層位,筆者主要通過(guò)鑄體薄片、物性測(cè)試、掃描電鏡、恒速壓汞等相關(guān)資料,對(duì)儲(chǔ)層微觀孔隙結(jié)構(gòu)及控制因素進(jìn)行分析,以期為研究區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層評(píng)價(jià)及注水開(kāi)發(fā)提供一定的理論依據(jù)。1礦物的結(jié)構(gòu)研究區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層巖性主要為長(zhǎng)石砂巖,其次為巖屑長(zhǎng)石砂巖(圖2)。碎屑成分中石英、長(zhǎng)石、巖屑平均體積分?jǐn)?shù)分別為28.9%、38.7%、18.7%。長(zhǎng)石以鉀長(zhǎng)石為主,巖屑以噴發(fā)巖、石英巖、千枚巖和白云巖為主。儲(chǔ)層膠結(jié)物主要為碳酸鹽,以鐵方解石為主;其次為自生黏土礦物,以高嶺石和綠泥石為主。巖石的結(jié)構(gòu)成熟度差,分選性好,磨圓多為次棱角狀,顆粒之間以點(diǎn)—線接觸為主。支撐類型多為顆粒支撐,膠結(jié)類型以薄膜—孔隙式為主。2孔類型特征研究區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層的儲(chǔ)集空間主要由原生孔隙、次生孔隙和微裂縫組成。(1)原生孔溝(2)鑄?？紫兜男纬稍趶?qiáng)溶蝕的情況下,某些溶蝕粒內(nèi)孔隙進(jìn)一步擴(kuò)大,使長(zhǎng)石、巖屑等不穩(wěn)定碎屑顆粒被完全溶蝕而只留下礦物顆粒輪廓,從而形成鑄?？紫?圖3-d)。(3)微裂縫各種孔隙相互組合在一起。構(gòu)成研究區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層主要的儲(chǔ)集空間。其中粒間孔、長(zhǎng)石溶孔是最主要的儲(chǔ)集空間,在研究區(qū)大范圍分布。3儲(chǔ)層微觀孔隙結(jié)構(gòu)的表征孔隙結(jié)構(gòu)主要指孔隙和與之連通喉道的組合關(guān)系及特征,其是沉積環(huán)境和成巖演化史綜合作用的結(jié)果。碎屑巖的孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜,喉道和孔隙大小分布不均,目前國(guó)內(nèi)主要利用掃描電鏡、常規(guī)壓汞來(lái)研究?jī)?chǔ)層的微觀孔隙結(jié)構(gòu),用毛細(xì)管壓力曲線形態(tài)及各特征參數(shù),如排驅(qū)壓力、中值半徑等來(lái)研究?jī)?chǔ)層的孔喉直徑、連通狀況、分布及相互配置關(guān)系,但常規(guī)壓汞只能測(cè)量喉道半徑和孔喉空間分布,不能將孔隙與喉道分開(kāi),而恒速壓汞以恒定的速度向巖樣內(nèi)進(jìn)汞,可以準(zhǔn)確地將孔隙和喉道分開(kāi),從而更精確地分析儲(chǔ)層的微觀孔隙結(jié)構(gòu),近幾年已逐漸成為國(guó)內(nèi)研究?jī)?chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)的重要方法。筆者將利用恒速壓汞的相關(guān)特征參數(shù),對(duì)研究區(qū)的微觀孔隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究。3.1儲(chǔ)層參數(shù)對(duì)孔隙半徑分布的影響研究區(qū)樣品的孔隙度為8.7%~15.3%,滲透率為0.04×10-3~3.07×10-3μm2,屬于特低、超低滲透儲(chǔ)層。將樣品按滲透率大小劃分為3組:A(k>2.0×10-3μm2)、B(0.4×10-3μm2<k<2.0×10-3μm2)、C(k<0.4×10-3μm2),選取3個(gè)具有代表性滲透率(3.75×10-3,0.95×10-3,0.10×10-3μm2)的樣品,對(duì)其孔喉半徑分布進(jìn)行對(duì)比。從圖4中也可以看出,不同滲透率的巖樣,其喉道半徑分布范圍差別很大,而孔隙半徑分布范圍差異很小,基本都符合正態(tài)分布。從喉道半徑分布可以看出,隨著滲透率的上升,其主要喉道半徑也逐漸變大,主要喉道的分布范圍也逐漸變寬。從孔隙半徑分布可以看出,隨著滲透率的增大,主要孔隙分布范圍沒(méi)有明顯變化,只是主要孔隙的頻率增加。從而表明,滲透率與喉道半徑和孔隙半徑的分布有一定的關(guān)系。在低滲透、超低滲透儲(chǔ)層中,孔隙半徑的頻率與滲透率存在著一定的關(guān)系:其主要孔隙半徑的頻率越高,孔隙的分選性越好;但主要還是喉道的大小影響儲(chǔ)層的滲透率。3.2a、b、c3組孔隙結(jié)構(gòu)表征從平均喉道、平均孔隙與物性的關(guān)系(圖5,6)可以看出,隨著孔隙度、滲透率的增大,平均喉道半徑、平均孔隙半徑也增大。但孔隙度與平均喉道半徑、滲透率與平均孔隙半徑的相關(guān)性均較差;孔隙度與平均孔隙半徑具有一定的相關(guān)性。而滲透率與平均喉道半徑相關(guān)性較好,表明孔隙度主要與孔隙有關(guān),而滲透率主要與喉道有關(guān)。A、B、C3組樣品的平均喉道半徑分別為2.38×10-3,1.97×10-3,0.64×10-3μm,平均孔隙半徑分別為132.45,131.86,133.06μm。可以看出,隨著滲透率的下降,喉道半徑下降比孔隙半徑下降明顯。3.3孔隙體積對(duì)滲透率的影響由樣品物性與有效孔隙體積、有效喉道體積相關(guān)關(guān)系圖(圖7,8)可以看出,孔隙度與有效孔隙體積和有效喉道體積相關(guān)性較差,而隨著有效孔隙體積、有效喉道體積的增大,其樣品的滲透率也有增大的趨勢(shì)。A、B、C3組樣品的有效喉道體積平均值分別為0.04,0.03,0.03mL/cm3,有效孔隙體積平均值分別為0.05,0.04,0.04mL/cm3。滲透率較高的巖樣,其有效孔隙體積和有效喉道體積均較高。3.4主流喉道半徑與滲透率的關(guān)系從物性與主流喉道半徑相關(guān)圖(圖9)可以看出,隨著物性的變好,主流喉道半徑也基本隨之變大,尤其滲透率與主流喉道半徑的相關(guān)性較好。主流喉道半徑變大,流體在儲(chǔ)層中的流通性變強(qiáng),滲透率也相應(yīng)變高。A、B、C3組樣品的主流喉道半徑平均值分別為2.9,2.4,0.7μm。當(dāng)滲透率下降到0.4×10-3μm2,其主流喉道半徑平均值下降尤其明顯。3.5孔喉及儲(chǔ)層材料的滲透率從孔隙度、滲透率與孔喉比關(guān)系(圖10)可以看出,滲透率與孔喉比呈負(fù)相關(guān)關(guān)系,隨著滲透率的增大,孔喉比呈下降的趨勢(shì),且滲透率與孔喉比的相關(guān)性較好。孔喉比越小,孔隙與喉道的連通性越好,儲(chǔ)層的滲透率越高。而從樣品孔隙度和孔喉比的關(guān)系(圖10-a)可以看出其相關(guān)性較差,有的樣品雖然孔隙度較低,但其孔喉比也比較低,說(shuō)明孔喉比只是影響孔喉連通性,并不影響孔隙空間的大小,在相同的孔隙度下,其孔喉比越低,滲透率越大。當(dāng)孔喉比較大時(shí),大孔隙被小喉道包圍,大孔隙內(nèi)的油(氣)難以通過(guò)小喉道,此時(shí)賈敏效應(yīng)較強(qiáng),珠、泡欲通過(guò)窄小喉道必須克服較大的阻力,從而使?jié)B透率變差。此外,根據(jù)恒速壓汞對(duì)應(yīng)的常規(guī)壓汞也可以看到,隨著滲透率的增大,最大喉道半徑、孔喉中值半徑增大,而排驅(qū)壓力和中值壓力降低。研究區(qū)儲(chǔ)層為低滲透、超低滲透儲(chǔ)層,其滲透率主要分布在0~5×10-3μm2間,大部分都小于1×10-3μm2,因樣品的滲透率較小,數(shù)據(jù)比較集中。從樣品孔隙度、滲透率與恒速壓汞多個(gè)特征參數(shù)的相關(guān)關(guān)系可以看出,樣品孔隙度與特征參數(shù)的相關(guān)性較差,而滲透率與特征參數(shù)的相關(guān)性較好,特別是滲透率與孔喉比、平均喉道半徑和主流喉道半徑的相關(guān)系數(shù)較大?？缀肀仍叫?儲(chǔ)層孔隙與喉道的連通性越好;平均喉道半徑和主流喉道半徑越大,喉道越粗,流體在喉道中的流動(dòng)能力越強(qiáng)。低滲透、超低滲透儲(chǔ)層的孔隙結(jié)構(gòu)呈毛細(xì)管網(wǎng)狀分布,孔隙喉道大小分布不均,孔隙圍繞喉道存在,若無(wú)有效的喉道與之溝通,則易形成死孔隙或無(wú)效孔隙,因而喉道的連通性就顯得尤為重要。喉道的連通性取決于喉道與孔隙的連接情況,即孔喉比,以及喉道自身的寬窄,即喉道半徑。在低滲透、超低滲透儲(chǔ)層中,流體的流動(dòng)能力歸根到底為流體在喉道中的流通能力。這也是儲(chǔ)層滲透率對(duì)喉道相關(guān)系數(shù)變化較為敏感的原因。4巖作用對(duì)儲(chǔ)層儲(chǔ)層物性的影響影響儲(chǔ)層孔隙特征的因素有很多,例如,構(gòu)造活動(dòng)、有機(jī)酸侵入、母巖性質(zhì)、沉積環(huán)境、成巖作用等,都會(huì)對(duì)儲(chǔ)層的孔隙形成造成很大的影響[24,25,26,27,28,29,30]。通過(guò)鑄體薄片、掃描電鏡、X射線衍射、常規(guī)壓汞、恒速壓汞的綜合分析,筆者認(rèn)為研究區(qū)主要是沉積相帶的宏觀控制和成巖作用的微觀控制這2個(gè)因素對(duì)孔隙結(jié)構(gòu)起作用。4.1分流河道砂體通過(guò)對(duì)不同沉積相帶儲(chǔ)層物性的統(tǒng)計(jì)可以看出,沉積相帶是儲(chǔ)層物性的宏觀控制因素。不同的沉積相帶下儲(chǔ)層的粒度和分選都不同,導(dǎo)致原始孔隙度和成巖作用的不同,并且極大地影響了成巖作用對(duì)儲(chǔ)層的改造,從而導(dǎo)致其孔隙發(fā)育的差別。從圖11中可以看出,分流河道砂體的成分成熟度高,分選、磨圓較好,雖然在早期可能有地層水進(jìn)入,形成碳酸鹽膠結(jié),但總體物性較高。孔隙度平均為11.06%,滲透率平均為0.68×10-3μm2,天然堤相比于分流河道,其分選、磨圓中等,物性中等,孔隙度平均為10.00%,滲透率平均為0.58×10-3μm2,而分流間灣砂體粒度細(xì),泥質(zhì)含量高,受后期壓實(shí)作用的影響,孔隙度很低,孔隙度平均為9%,滲透率平均為0.37×10-3μm2。4.2不同觀孔隙結(jié)構(gòu)的影響對(duì)比同一深度的恒速壓汞、常規(guī)壓汞、鑄體薄片、掃描電鏡結(jié)果后發(fā)現(xiàn),其微觀孔隙結(jié)構(gòu)的不同受填隙物組分及成巖作用的影響。根據(jù)對(duì)孔隙的改造,成巖作用可以分為建設(shè)性成巖作用和破壞性成巖作用,建設(shè)性成巖作用主要包括溶蝕、溶解作用,而破壞性成巖作用則包括機(jī)械壓實(shí)作用、膠結(jié)作用、壓溶作用等。(1)溶解磺酸(2)機(jī)械壓延(3)非碳質(zhì)儲(chǔ)層的基本粒間孔儲(chǔ)集層自生黏土礦物主要包括高嶺石和綠泥石,高嶺石呈結(jié)晶狀填充孔隙,綠泥石在孔隙中有2種形式:一種是孔隙襯里狀綠泥石;一種是填充孔隙的玫瑰花狀綠泥石。綠泥石膜對(duì)原生孔隙的保存有一定的建設(shè)作用,可以增強(qiáng)儲(chǔ)集層的抗壓能力,有利于原生粒間孔的保存,并阻止碳酸鹽和石英的膠結(jié)。但在另一方面,也堵塞了孔隙,使粒間孔喪失(圖3-f)。碳酸鹽主要是鐵方解石,在研究區(qū)含量高,分布廣,呈連晶狀堵塞孔隙(圖3-g),并阻礙后來(lái)酸性流體的進(jìn)入,降低了原生粒間孔和溶蝕孔隙的發(fā)育。對(duì)儲(chǔ)層孔隙影響明顯。次生石英和長(zhǎng)石質(zhì)膠結(jié)物主要堵塞孔隙和喉道(圖3-h),降低滲透率。機(jī)械壓實(shí)和膠結(jié)作用整體上使孔隙變小,喉道變細(xì),而溶蝕作用則形成溶蝕孔隙,增強(qiáng)孔喉的連通性。兩者都控制儲(chǔ)層孔隙的發(fā)育。5研究區(qū)儲(chǔ)層儲(chǔ)層的鞏固特點(diǎn)(1)研究區(qū)的孔隙類型主要由粒間孔隙和溶蝕孔隙組成,粒間孔隙是研究區(qū)最主要的孔隙類型,溶蝕孔隙中主要由長(zhǎng)石溶蝕和巖屑溶蝕形成。(2)滲透率不同的儲(chǔ)層,主要孔隙分布范圍基本一致;但主要喉道分布范圍變化很大,滲透率越大,其主要喉道越寬。(3)孔喉特征參數(shù)與滲透率之間的相關(guān)性較好,隨著樣品滲透率增大,平均喉道半徑、主流喉道半徑也增大,而孔喉比降低。(4)沉積相帶和成巖因素控制著整個(gè)孔隙的發(fā)育,其中沉積相帶為先天條件,決定著儲(chǔ)層的結(jié)構(gòu)成熟度和成分成熟度。研究區(qū)的分流河道微相是最有利于儲(chǔ)層發(fā)育的沉積相帶。成巖作用中機(jī)械壓實(shí)作用是影響儲(chǔ)層孔隙的關(guān)鍵因素,含鐵碳酸鹽的后期膠結(jié),減少了孔隙,而溶蝕作用則對(duì)孔隙起建設(shè)性作用。研究區(qū)的原生孔隙以剩余粒間孔為主(圖3-a),是研究區(qū)最主要的孔隙類型,占總孔隙類型的61%,而粒內(nèi)孔隙和填隙物內(nèi)孔隙在研究區(qū)很少出現(xiàn),基本不發(fā)育。次生孔隙主要是溶蝕孔隙,包括溶蝕粒間孔隙、溶蝕粒內(nèi)孔隙、溶蝕填隙物內(nèi)孔隙。本區(qū)主要發(fā)育溶蝕粒內(nèi)孔隙和溶蝕粒間孔隙,溶蝕填隙物內(nèi)孔隙基本不發(fā)育。①溶蝕粒間孔隙。由長(zhǎng)石、巖屑等碎屑顆粒的溶蝕、溶解或者早期形成的膠結(jié)物的溶蝕、溶解而成,常呈港灣狀、長(zhǎng)條狀、蜂窩狀等(圖3-b)。②溶蝕粒內(nèi)孔隙。以長(zhǎng)石、硅質(zhì)巖屑顆粒內(nèi)部溶蝕孔隙最為常見(jiàn),其中長(zhǎng)石顆粒很容易沿著解理面、雙晶結(jié)合面、破裂縫或邊緣等薄弱環(huán)節(jié)溶蝕而形成溶蝕粒內(nèi)孔隙(圖3-c),溶蝕粒內(nèi)孔隙容易殘留大量顆粒殘骸和自生礦物,孔隙喉道很窄,不能改善儲(chǔ)層的孔隙和喉道連通狀況,對(duì)儲(chǔ)層貢獻(xiàn)有限。本區(qū)微裂縫不發(fā)育,僅在少量地區(qū)存在,對(duì)儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間貢獻(xiàn)有限。研究區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層的溶蝕作用較弱,溶蝕孔不發(fā)育,主要是長(zhǎng)石顆粒和巖屑顆粒的溶蝕,分別占孔隙總量的29%和3%,早期的地下水進(jìn)入物性較好的儲(chǔ)層,形成碳酸鹽膠結(jié),使儲(chǔ)層變得致密,也影響了