A构造低渗砂砾岩微观孔喉结构及对物性和产能的影响

孙藏军，黄建廷， 别旭伟，姜 永，常 涛

（中海石油（中国）有限公司天津分公司渤海石油研究院，天津300459）

相比铸体薄片、扫描电镜及高压压汞等常规方法， 恒速压汞能够定量精细表征孔隙和喉道大小、体积及空间配置关系［1-6］，是获取储层微观孔喉结构特征参数的重要手段，对指导油气田高效开发起到关键作用。 利用恒速压汞评价储层微观孔喉结构的研究，前人在鄂尔多斯盆地、四川盆地、松辽盆地等地区，针对微观孔喉结构分类、分形特征、控制因素等［7-13］做了大量工作，但大多以常规致密砂岩为研究对象。 而针对特低渗—低渗砂砾岩储层的微观孔喉结构研究相对较少［14］，尤其在渤海海域。 与常规致密砂岩相比，组成砂砾岩的碎屑成分、结构更为复杂，进而影响该类储层的微观孔喉结构。 渤海海域古近系广泛发育湖底扇、扇三角洲等近源砂砾岩沉积体，具有埋藏深、物性差、近油源易充注等特殊地质特征［15］，是储量接替和持续稳产的热点领域。

A构造位于渤海海域西南部的沙东南构造带，东靠渤中凹陷， 西邻沙南凹陷， 发育孔店组特低渗—低渗砂砾岩储层和太古界裂缝性储层两套主力含气层段［16］。 本文利用A构造古近系孔店组特低渗—低渗砂砾岩样品的恒速压汞测试资料， 结合铸体薄片、扫描电镜、物性等分析，开展微观孔喉结构特征及其与物性的关系研究， 重点探讨其对渗流能力的影响，以期为相似地质条件的储层评价提供借鉴。

1 实验方法及样品

本次实验利用ASPE-730型恒速孔隙分析仪，对13块特低渗—低渗砂砾岩样品进行孔喉结构检测。将直径2.5 cm、 长度约1 cm的柱塞岩样抽真空后浸泡在汞液中， 以0.000 05 mL/min的恒定速度进汞，并利用高分辨的压力感应及采集设备 （可以分辨6.895×10-6MPa），通过检测进汞压力的涨落变化，分开记录孔隙与喉道实验数据点。 在25 ℃下，最高进汞压力为6.205 5 MPa 对应的喉道半径约为0.12 μm。由于在最大进汞压力下，小于0.12 μm的喉道未被测出且该部分喉道体积对渗流过程贡献极小，将小于0.12 μm的喉道视为无效喉道［1］。

铸体薄片及扫描电镜鉴定结果表明，研究区孔店组特低渗—低渗砂砾岩储层具有颗粒分选中等，次棱角—次圆状，颗粒间呈线状-凹凸状接触，填隙物主要见泥质、高岭石和少量碳酸盐胶结物，以溶蚀颗粒孔、粒内溶蚀孔为主，主要发育片状-弯片状和管束状喉道。 结合物性资料，将研究区孔店组13块特低渗—低渗砂砾岩样品分为三类 （见图1），孔隙度介于4.80%～12.10%，平均8.8 %，渗透率介于（0.65～3.40）×10-3μm2，平均1.77×10-3μm2。在铸体薄片、扫描电镜及物性分析基础上，选取3块代表样品(Y1、Y6、Y11)，分别对应低孔低渗（Ⅰ）、特低孔低渗（Ⅱ）和特低孔特低渗储层（Ⅲ），进行微观孔喉特征对渗流的影响分析。

2 微观孔喉结构特征

2.1 孔隙、喉道半径特征

关于孔隙和喉道大小的类型划分，前人因研究对象和地区不同，所建立的划分标准也不尽统一［17-18］。在参考前人划分方案基础上，建立研究区孔店组储层孔隙、喉道划分标准（见表1）。

表1 研究区孔隙和喉道大小划分标准

与常规致密砂岩不同，研究区孔店组特低渗—低渗砂砾岩三类储层孔隙分布各不相同，主要体现在孔隙分布形态和集中程度（见图2）。 样品Y1孔隙半径分布近似正态分布，呈单峰型，孔隙集中分布段为130.0～200.0 μm，平均孔隙半径为186.4 μm，以大孔为主；样品Y6孔隙半径分布呈半峰型，孔隙集中分布于115.0～125.0 μm， 平均孔隙半径为123.4 μm，全为中孔；样品Y11孔隙半径分布近似正态分布，呈单峰型，孔隙集中分布于110.0～130.0 μm，平均孔隙半径为147.8 μm，以中孔为主。

三类样品喉道半径分布曲线差异明显 （见图2），渗透率越好，喉道分布越均匀且偏粗—中喉分布频率越高。 样品Y1喉道半径分布主要呈粗—中喉单峰型，喉道半径集中分布段为2.0～5.0 μm，平均3.8 μm；样品Y6喉道半径分布主要呈细—中喉多峰型，集中分布段为1.0～4.0 μm，平均2.8 μm；样品Y11喉道半径分布主要呈细—微细单峰型， 集中分布段为0.5～1.5 μm，平均1.1 μm。

2.2 孔喉半径比特征

孔喉半径比是微观孔喉半径发育程度的度量，其值大小反映孔喉间的差异程度［7］，孔喉半径比越小，流体流动时渗流阻力越小，越有利于开发［2-3］。常规致密砂岩孔隙分布通常相差不大［3-13］，因此，喉道大小和分布直接影响其孔喉半径比分布形态， 喉道越大，孔喉比越小，物性越好［2］。 与常规致密砂岩不同，研究区三类特低渗—低渗砂砾岩储层孔喉半径比分布受孔隙和喉道分布的综合影响，且以喉道为主。

研究区三类典型样品孔喉半径比分布（见图3）表明，渗透率越大，粗—中喉道越多，孔喉半径比越小，分布范围越集中且峰值频率越高，孔喉分布越均匀，越有利于渗流，如渗透率较高的Ⅰ、Ⅱ类特低渗样品Y1、Y6；反之，渗透率越小，细—微细喉道越多，孔喉半径比越大，分布范围越广，如渗透率较低的Ⅲ类超低渗样品Y11。

2.3 进汞曲线特征

结合物性及恒速压汞资料，将研究区孔店组砂砾岩储层划分为三类典型进汞曲线（见图4），即Ⅰ类低孔低渗粗—中喉型（Y1）、Ⅱ类特低孔低渗中喉型（Y6）和Ⅲ类特低孔特低渗细—微细喉型（Y11）。

Y1号样品（Ⅰ类）排驱压力最低，孔隙进汞量最大。 进汞早期受偏粗—中喉道控制，总进汞与喉道进汞量保持一致，随着进汞压力增大，总进汞受偏粗-中喉道及其所沟通的孔隙共同控制， 进汞压力进一步增大，总进汞量受控于偏细喉道。 可以看出，喉道进汞量始终随进汞压力增大而增大，说明有效孔隙体积相对较大，但进汞量受控于喉道。 此类样品孔隙与喉道的发育程度和匹配关系最好，储集和渗流能力最强，是研究区好的储集层。

Y6号样品（Ⅱ类）有效孔隙体积和喉道半径相对较小，表现为进汞量相对较少。 随着进汞压力增大，孔隙总进汞量较少，总进汞逐渐受喉道变化控制。 此类样品的孔隙、喉道发育程度相对降低，储集和渗流能力较Ⅰ类储集层变低，是研究区较好的储集层。

Y11号样品（Ⅲ类）有效孔隙体积最少，孔隙进汞段极短，排驱压力最大，总进汞曲线与喉道进汞趋势基本一致， 说明此类样品的孔隙发育极少，喉道大小、数量及其分布控制其渗流能力，是研究区较差的储集层。

3 不同尺度孔喉与物性的关系

根据恒速压汞资料（见表2），分别统计不同物性砂砾岩样品的进汞量参数（Sf、Sb、St、ε）和喉道对渗透率贡献累计达90%时对应的孔喉体积百分数（γt90、Sb90、St90），可以看出：①ε值均小于0.6，说明特低渗—低渗砂砾岩储层样品中喉道体积明显大于孔隙体积，喉道数量多，体积大，对储集性影响较大；②物性越好，γt90和St90值越大，说明物性好的特低渗—低渗砂砾岩储层粗—中喉道体积占比越大；③物性越好，Sb、Sb90值越大，Sb90/Sb值越小，且各类型样品数值相差较大， 说明物性越好的特低渗—低渗砂砾岩储层中，孔隙体积占比大，当喉道对渗透率贡献率累计达90%时， 物性好的储层孔隙进汞量占比越小，反之，物性越差，孔隙越趋向进汞饱和；④St90/St值相差不大，介于27.3%～40.7%，平均为33.3%，即特低渗—低渗砂砾岩储层中，占喉道体积分数33.3%左右的相对大喉道贡献了90%的渗透率，占喉道体积分数66.6%左右的相对小喉道对渗透率贡献极小，但小喉道数量多、体积占比大，对储集性影响较大；⑤喉道大小和分布是控制特低渗—低渗砂砾岩储层物性的关键参数， 尤其是对渗透率的影响。

表2 研究区孔店组特低渗—低渗砂砾岩储层物性及恒速压汞进汞量参数

4 孔喉结构对产能的影响

受恒速压汞离散取样资料及测试成本的限制，难以实现单井孔喉结构纵向的连续评价及建立孔喉结构与测试产能间的相关关系。 前人根据平均水力流动半径概念，推导出储集空间孔渗关系，并定义储层品质指数（RQI）［19］，见公式（1）。从公式（1）可以看出，储层品质指数（RQI）综合反映了微观孔喉结构与岩石孔隙、矿物地质特征［19-20］，可作为评价孔喉结构与测试产能之间的纽带。

式中，K为渗透率，10-3μm2；Φ为孔隙度，%；τ为孔喉迂曲度，无量纲；Fs为形状因子，无量纲。

通过恒速压汞测试的孔喉结构参数与储层品质指数（RQI）的相关性分析（见图5），可以看出，RQI与排驱压力（pcd）呈负相关，与平均喉道半径（γp）、主流喉道半径（RM）及分选系数（Sp）呈正相关，且相关性均较好，拟合其相关关系见公式（2）～（5）。

通过公式（1）～（5），结合单井孔隙度、渗透率测井解释结果及DST测试资料， 可以建立孔喉结构与测试产能间的相关关系（见表3）。

具体步骤如下：①根据单井孔隙度、渗透率测井解释结果，代入公式（1）求取RQI值；②将求取的RQI值分别代入公式（2）～（5）， 求取孔喉结构参数（pcd、γp、Sp、RM）； ③根据恒速压汞测试样本资料，构建研究区不同储层类别的孔喉结构参数划分标准，结合DST测试资料， 构建研究区不同孔喉结构与测试产能间的关系。

从表3可以看出， 研究区特低渗—低渗砂砾岩储层孔喉结构不同，直接影响产能大小。 孔喉结构越好，储层品质指数RQI值越大，相应的孔喉结构参数排驱压力越小，平均喉道半径和主流喉道半径越大，分选系数越大，表现在测试产能即相同工作制度下的测试日产气量越高。

表3 研究区孔店组不同类型储层孔喉结构参数标准及相应测试产能

5 结论

（1）与常规致密砂岩不同，研究区孔店组特低渗—低渗砂砾岩储层发育低孔低渗粗—中喉型、特低孔低渗中喉型和特低孔特低渗细—微细喉型三类孔喉结构类型。 孔隙和喉道分布形态和集中程度差异大。 渗透率越好，喉道分布越均匀化且偏粗—中喉分布频率越大，孔喉半径比越小，分布范围越集中且峰值频率越高，越有利于渗流。

（2）研究区孔店组特低渗—低渗砂砾岩储层喉道体积大于孔隙体积，喉道数量多，体积大，对储集性影响较大。 储层物性越好，孔隙体积和相对大喉道体积占比越大。 渗透率受控于占喉道体积分数33.3%左右的相对大喉道，占喉道体积分数66.6%左右的相对小喉道对储集性影响较大。 喉道大小和分布是控制特低渗—低渗砂砾岩储层物性的关键参数，尤其体现在对渗透率的影响。

（3）研究区特低渗—低渗砂砾岩储层孔喉结构不同，直接影响产能大小。 孔喉结构越好，储层品质指数RQI值越大， 相应的孔喉结构参数排驱压力越小，平均喉道半径和主流喉道半径越大，分选系数越大，表现在测试产能即相同工作制度下的测试日产气量越高。