鄂尔多斯盆地华庆长63储层微观孔喉结构特征及其对水驱油效率的影响

张 帆，孙 卫，张 茜，刘登科，张 杰

(1.西北大学地质学系·大陆动力学国家重点实验室，陕西西安 710069;2.中海石油有限公司深圳分公司)



鄂尔多斯盆地华庆长63储层微观孔喉结构特征及其对水驱油效率的影响

张 帆1，孙 卫1，张 茜1，刘登科1，张 杰2

(1.西北大学地质学系·大陆动力学国家重点实验室，陕西西安 710069;2.中海石油有限公司深圳分公司)

应用常规压汞、扫描电镜、铸体薄片、砂岩微观模型水驱油等多种实验，讨论了鄂尔多斯盆地华庆地区长63储层微观孔喉结构特征及其对驱油效率的影响，结果表明，长63储层的储集空间主要为粒间孔，其次是溶蚀孔。应用纳米CT技术将储层的喉道分为点状喉道、缩颈喉道、片状喉道以及筛管状喉道四类；根据常规压汞实验和毛管压力曲线将研究区储层的微观孔喉结构分为Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类、Ⅳ类四种类型，这四种类型的储层对应的驱油效率和驱油路径有明显差异；与孔隙度相比，渗透率对驱油效率的影响更明显。

华庆地区；长63储层；孔喉结构；驱油效率

鄂尔多斯华庆长63属于典型的低孔低渗储层[1-2]，平均孔隙度为9.66%，平均渗透率0.243×10-3μm2。华庆地理位置位于甘肃陇东地区，构造位置位于天环坳馅和伊陕斜坡过渡地区，地层产状平缓(地层倾角小于1°),总厚度35～50 m，可以分为三个小层：长631、长632、长633。研究认为长6时期，华庆地区沉积相主要以半深湖-深湖相，浅湖相为主。华池以北地区的物源来自东北，主要受曲流河三角洲沉积体系控制，华池以南地区的物源主要来自西南，受辫状河三角洲沉积体系控制。随着开发进入中后期，研究区开发难度逐步增加，加之储层物性整体较差以及单井产量较低，所以该类致密储层的微观孔隙结构成为当前研究的重点[2-8]。

1 储层岩石学特征

观察岩心和铸体薄片，按Folk的砂岩分类[9]，华庆长63储层的砂岩类型以长石砂岩和岩屑长石砂岩为主，其次为长石岩屑砂岩。砂岩陆源碎屑组分体积分数平均值为78.69%，长石含量最高，平均值为38.34%，其中以钾、斜长石为主；石英次之，体积分数平均值为28.69%；岩屑含量最低，体积分数平均值为11.39%，其中变质岩岩屑含量最高，主要包括石英岩、千枚岩、板岩；火山岩屑次之，主要包括喷出岩，隐晶岩，以及较少的沉积岩岩屑。填隙物中胶结物类型主要为：黏土类物质体积分数大约为9.31%，以高岭石、伊利石为主；碳酸盐类体积分数为4.5%，以铁方解石为主；硅质类为1.35%，以石英加大为主。砂体粒度以细粒为主，细粉砂、泥次之。碎屑颗粒以次棱角状为主，接触方式以点-线接触为主,孔隙类型主要为粒间孔和长石溶孔。胶结物类型以孔隙式胶结、加大孔隙式胶结为主，还包括少量薄膜-孔隙、孔隙-基底、压嵌-孔隙式胶结。成岩期次主要为中成岩A期的晚期，部分进入中成岩B期的早期。

2 储层微观孔喉结构特征

2.1 储集空间类型

对研究区大量的的样品进行扫描电镜与铸体薄片观察分析表明：研究区的成岩作用主要有压实作用、胶结作用、溶蚀作用。目的层孔隙主要经过这三种成岩作用的改造形成粒间孔、溶蚀孔以及晶间微孔，并且伴随少量的微裂隙(图1)，其中以粒间孔和溶蚀孔为主。华庆长63地区储层的总面孔率为2.5%，其中粒间孔占1.52%，溶蚀孔占0.88%，晶间微孔占0.07%。经过镜下观察发现样品中所含单一的孔隙很少，主要是混合孔隙，其中溶孔-粒间孔最多，孔隙的分布情况直接影响孔喉的配位数以及油气的渗流能力[10-12]，最终影响驱油效率。

图1 华庆长63样品孔隙类型图

2.2 喉道类型及特征

对于低渗透储层而言，喉道的结构特征是决定油气开发能力的关键地质因素，为了进一步明确目的层的喉道类型，本次研究以罗蛰潭划分的喉道类型为标准[13]。借助常规的实验手段外，同是还使用微米级、纳米级三维CT扫描实验，确定喉道在空间的展布特征。经镜下观察鉴定，华庆长63储层主要发育4种喉道类型：点状喉道、缩颈喉道、片状喉道以及筛管状喉道(图2)。点状喉道表现为；胶结和压实作用弱，溶蚀作用强，粒间孔发育，形成大孔隙，喉道粗而短或细而短，常分布在粒间孔与溶蚀孔为主的储集层中；缩颈喉道主要是由压实作用与胶结作用造成的，渗流能力比点状喉道低，一般在储集层中的形状显示为粗而短或细而长；片状喉道表现为胶结和压实作用中等偏强，颗粒以点-线接触为主，喉道中常见伊利石搭桥状；筛管状喉道是因为碎屑颗粒受到强的压实作用和和胶结作用所致，颗粒以线接触为主，其胶结物微孔呈现筛状连接孔隙，渗流能力最差，该类型喉道在样品中比较常见，主要见伊利石、硅质加大充填粒间孔构成的微孔隙网络。在研究区片状喉道是主要的类型，其次是筛管状喉道，点状、缩颈状喉道不发育。当油经过微小以及狭窄的喉道时，贾敏效应现象更明显，使储层的渗透率大大降低，这样容易导致油在运移时发生卡断，最终影响驱油效率。

图2 华庆长63样品喉道类型

本次实验以研究区W 213井的样品为例，样品的平均面孔率为3.87%，孔隙度为8.45%，渗透率为0.102×10-3μm2，胶结物主要为伊利石、绿泥石，方解石。实验结果显示，研究区储层致密，发育复杂的纳米-微米级孔喉。实验显示微级孔隙连通性差，许多孤立的孔隙、喉道网络分布不均匀,微米级孔隙长度2～104 μm，孔隙宽度2～50 μm，孔隙体积主要为10～500 μm3(图3a、b、c)，微米级喉道半径主要分布在0.8～5 μm，喉道连通性差。纳米级孔隙呈单一状分布在储层中，其孔隙长度100～500 nm，喉道网络分布不均匀(图3e、d、f)。通过构造样品微、纳米成像图谱，以孔道的长宽比为标准来再次划分孔喉的类型。第一种是筛管状，长/宽≥3，孔隙体积较大，连通性好，经分析为残余粒间孔或原生粒间孔；第二种为条带状，1.3≤长/宽≤3，孔隙体积较大，但数量不多，分析为解理缝或压裂缝；第三种为球状，0.8≤长/宽≤1.3，此类孔隙体积较小，多数孤立，分布广泛，分析为晶间孔或溶孔。

图3 W213井样品微米、纳米CT三维孔喉分布特征

2.3 孔隙类型及特征

孔隙结构是直接表征储层品质的微观物理属性，孔隙发育特征影响着油气的渗流规律，目前储层孔隙结构的研究方法及分类依据众多[14-15]。本次对研究区的样品采用高压压汞实验，从压汞参数入手，参考物性数据，并结合压汞曲线形态，将研究区孔隙结构定性地由好到差分为Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类、Ⅳ类四种类型(图4～6)。

图4 研究区四类样品的压汞曲线

图5 研究区四类典型压汞曲线特征图

图6 研究区四类样品镜下特征

Ⅰ类为低排驱压力-细喉道型，该类样品平均孔隙度为11.26%，平均渗透率为1.53×10-3μm2，占总样品数的17.65%(表1)。孔隙类型主要为残余粒间孔、长石溶孔等。Ⅰ类储层储渗能力最好，多发育于河道中心厚层砂体内。

Ⅱ类为低排驱压力-微-微细喉道型，该类样品平均孔隙度为10.48%，平均渗透率为0.46×10-3μm2，占总样品数的44.88%。孔隙类型主要为粒间孔-溶孔、溶孔、微孔。Ⅱ类储层属于储集性能和渗流能力较好的储层类型，一般位于水下分流河道或与河道中心相连的厚砂体中上部或中下部。

Ⅲ类为中高排驱压力-吸附-微喉道型，该类样品平均孔隙度为8.96%，平均渗透率为0.14×10-3μm2，占总样品数的20.48%。孔隙类型主要为溶孔-粒间孔、溶孔等。Ⅲ类储层单砂体厚度变薄，河道中心相连的厚砂体上部或下部，砂层间与砂体孔隙结构非均质性突出，储集性与渗流性变差。

表1 研究区华庆长63样品常规孔隙结构分类统计

Ⅳ类为中排驱压力-微喉道型，该类样品平均孔隙度为6.87%，平均渗透率为0.04×10-3μm2，占总样品数的16.99%，孔隙类型主要为微孔等。Ⅳ类储层属于储集性能和渗流能力最差的类型，主要发育在与分流间湾相接分流河道的边部、薄砂体、中厚砂体顶底部位浊流或砂质碎屑流砂泥互层等处。 经过上面讨论，研究区Ⅰ类样品孔隙结构储渗能力最好，但占有率较少(17.65%)，Ⅱ、Ⅲ类储层储层能力较Ⅰ类差，但分布广泛(65.36%)，Ⅳ类为无效储层；储层的渗流能力主要由大孔喉控制，中、小孔喉对储层的渗流能力贡献较小。

3 微观孔喉结构对水驱油效率的影响

3.1 不同孔喉类型对应水驱油特征

在储层中孔隙和喉道的分布及大小对水驱油效率是决定性因素，不同孔隙结构中的油水具有不同的渗流特征，渗流特征的不同必然会导致水驱油的效率有所区别。油在孔喉中运移主要受毛细管力的影响，而孔隙结构特征是控制毛细管力的主要因素，所以孔隙结构对驱油效率的影响很大。本次在前面分类的基础上选择每个类型的代表性样品来精细描述孔隙结构对驱油效率的影响。选取每个类型的代表样品3块(共9块)，展开微观模型水驱油实验，其实验结果和水驱油镜下特征见表2和图7，孔隙结构连通越好，水驱油波及的面积越大，最终驱油效率越高，残余油饱和度越低。

3.2 驱油效率评价

微观孔喉结构是制约鄂尔多斯华庆长63油藏开发的关键地质因素，储层物性是表征储层品质的直观权重参数，因此本研究着重对比渗透率与孔隙度对驱油效率的影响，并分析其原因。

如图8表明模型的孔隙度与驱油效率的相关性并不高，相关系数只有0.355 8，但驱油效率与渗透率的相关性好，相关系数达到0.853 9。对超低渗储层来说，由于微观孔喉整体较小，相对粗喉道较少，有效孔隙发育程度与渗透率、孔隙度相关性不太好，连通性主要取决于喉道，喉道也是渗透率的主要表征参数，因此渗透率与驱油效率的相关性较好，这也造成驱油路线比较单一，最终驱油效率低，残余油饱和度高。

4 结论

(1)鄂尔多斯华庆长63的岩石类型主要是长石

图7 研究区样品的驱油路径

砂岩和岩屑长石砂岩；胶结物主要为伊利石、绿泥石、铁方解石；储集空间以粒间孔和溶蚀孔为主；喉道类型有点状喉道、缩颈喉道、片状喉道以及筛管状喉道。

(2)基于压汞实验把鄂尔多斯华庆长63储层由好到差分为Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类、Ⅳ类四种类型，其中Ⅱ类、Ⅲ类为主，Ⅳ类为无效储层。储层的渗流能力主要由大孔喉控制，中、小孔喉对储层的渗流能力贡献较小。

(3)Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类储层样品对应的水驱油路径主要为网状-均匀状、指状-网状、指状驱替，Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类孔喉结构对应的平均驱油效率依次变差，渗透率对驱油效率的影响明显高于孔隙度。Ⅱ类、Ⅲ类储层分布较广泛，残余油饱和度相对较高，因此是下一步开发的重点。

图8 研究区孔隙度、渗透率与驱油效率的关系

[1] 陈全红，李文厚，高永祥，等.鄂尔多斯盆地上三叠统延长组深湖沉积与油气聚集意义[J]：中国科学D辑，2007,37(增刊I):39-48.

[2] 刘吴伟，郑兴远，陈全红，等.华庆地区长6深水沉积低渗透砂岩储层特征[J].西南石油大学学报(自然科学版)，2010,32(1):21-26.

[3] 何自新.鄂尔多斯盆地演化与油气[M].北京:石油工业出版社，2003：50-70.

[4] 胡文瑞.低渗透将成勘探主流[J].中国石油石化，2009, 21(8):28-30.

[5] 胡文瑞.低渗透油气田概论:迅速崛起的鄂尔多斯盆地上[M].北京:石油工业出版社，2009:5-16.

[6] 李道品.低渗透油田高校开发决策论[J].北京:石油工业出版社，2003:110-120.

[7] 李德生.重新认识鄂尔多斯盆地油气地质学[J].石油勘探与开发，2004,31(6):1-7.

[8] Folk R L. Petrology of Sedimentary Rocks[M]. Austin, Texas:Hemphill Publishing Company, 1974:184.

[9] 杨华，钟大康，姚径利，等.鄂尔多斯盆地陇东地区延长组砂岩储层孔隙成因类型及其控制因素[J].地学前缘，2013,20(2):69-76.

[10] 曾大乾，李淑贞.中国低渗透砂岩储层类型及地质特征[J].石油学报，1994,15(1):38-6.

[11] 张创，孙卫，杨建鹏，等.低渗砂岩储层孔喉的分布特征及其差异性成因[J].地质学报，2012,86(2):335-348.

[12] 罗蛰潭，王允诚.油气储集层的孔隙结[M].北京：科学出版社，1986:62-80.

[13] 任大忠.低渗-超低渗透岩性油藏精细描述——以鄂尔多斯盆地华庆地区长81储层为例[D].西安:西北大学,2012:11-18.

[14] 王瑞飞，陈明强，孙卫.鄂尔多斯盆地延长组超低渗透砂岩储层微观孔隙结构特征研究[J].地质论评，2008，54 (2):270-277.

[15] 杨印华.姬塬油田长6油藏储层评价及开发技术政策研究[D].西安:西北大学，2011.

编辑：韩玉戟

1673-8217(2016)06-0059-05

2016-07-26

张帆，1991年生，矿产普查与勘探专业在读硕士研究生，主要从事低渗透油气藏的开发与研究。

国家科技重大专项“大型油气田及煤层气开发”(2011ZX05044)。

TE112.2

A