胡尖山油田长9段储层孔隙结构表征及影响因素分析.pdf
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1、2023年 7月CHINESEJOURNALOFGEOLOGY地质科学DOI:10.12017/dzkx.2023.05658(3):1030104415成健1030胡尖山油田长 9段储层孔隙结构表征及影响因素分析*成健1杨博1陶静1郭远智1贾银花1于美琪2于景维2(1.长庆油田分公司第六采油厂 西安710016;2.中国石油大学(北京)克拉玛依校区石油学院 新疆克拉玛依834000)摘要通过岩心观察、普通薄片、铸体薄片、扫描电镜以及压汞测试等分析手段,对胡尖山油田长 9段储层岩石学、物性和孔隙结构表征及控制因素等方面进行研究。研究表明,长 9段储层岩性以岩屑长石砂岩和长石岩屑砂岩为主,储集空
2、间以剩余粒间孔为主,喉道较细,物性较差,属于低孔低渗储层。利用分形维数结合压汞参数对储层孔隙结构进行表征,基于此将目的储层划分为 4类,建立不同类型储层测井响应,明确不同类型储层的平面分布。认为沉积和成岩作用控制孔隙结构的形成,其中沉积作用是影响储层孔隙结构的先决条件,而成岩作用是决定储层孔隙结构特征的关键因素。压实和胶结作用对孔隙结构起破坏作用,溶蚀作用则改善储层孔隙结构。以上研究成果对研究区长 9段储层的分类评价及下一步的油气勘探具有指导意义。关键词孔隙结构长 9段胡尖山油田分形维数成岩作用中图分类号:TE122文献标识码:A文章编号:0563-5020(2023)03-1030-15鄂尔
3、多斯盆地胡尖山油田延长组 9段(以下称长 9段)为该区重要的含油层系,油气勘探潜力巨大。长 9段埋深普遍在 2 000 m以下,受构造、沉积和成岩作用的综合影响,储层非均质性较强,孔隙结构复杂,导致相邻井油气产能相差悬殊以及水驱程度较低,油藏难以得到高效开发。产能受控于储层储集性能以及渗流特征,而孔隙结构是决定储层储集性能以及渗流特征的关键(王瑞飞等,2018;于景维等,2018,2021,2022a;郑奎等,2020;丁强等,2021)。前期针对长 9段低孔低渗储层的孔隙结构的研究薄弱,不利于现有储层的进一步开发。同时对于孔隙结构的控制因素认识较为模糊,未能对优质储层的勘探方向提供指导。前人
4、对于储层孔隙结构的表征与分类可基于多项室内实验分析手段,包括 CT扫描(孙卫等,2006;李易霖等,2016)、扫描电镜(马勇等,2014;李仲等,2021)、核磁共振(运华云等,2002;何雨丹等,2005;陈富瑜等,2022)、二氧化碳吸附、氮气吸*国家重大专项(编号:2011ZX0500100501)和新疆自治区面上项目(编号:2021D01A201)资助。成健,男,1985年生,高级工程师,油田开发地质专业。Email:chengjian_于景维,男,1985年生,博士,副教授,沉积地质学专业。本文通讯作者。Email:2022-06-02收稿,2022-10-09改回。15成健3期成
5、健等:胡尖山油田长 9段储层孔隙结构表征及影响因素分析1031附/脱附(戚灵灵等,2022)、恒速压汞(高辉等,2011;高永利等,2011)以及高压压汞实验(王峰等,2006;刚文哲等,2010;姚泾利等,2013;周创飞,2015;刘犟等,2017;刘畅等,2022)。从成本、准确性以及有效性等方面综合考虑,前人常利用高压压汞实验中多个压汞基础参数表征孔隙结构复杂程度。虽然低孔低渗储层的孔隙结构较为复杂,但是其基本的控制因素是岩石形成的沉积环境,前人对长 9段沉积背景进行重点研究,认为长 9时期淡水湖盆已初步形成并逐渐扩张,主要发育三角洲湖泊沉积体系,(水下)分流河道砂体内孔隙结构相对较好
6、,为大面积油气藏形成奠定基础(史建南等,2014;周创飞,2015;刘犟等,2017;石坚,2020;王若谷等,2020)。成岩作用为储层孔隙结构形成的关键,尤其是溶蚀作用对于低孔低渗储层的孔隙结构有着较大的改善作用,前人重点对储层成岩作用进行定量化表征(于景维等,2022b),揭示成岩与储层的关系,从而对油气勘探进行有效的指导。因此开展孔隙结构及其控制因素分析工作,不仅能为储层分类评价奠定基础,为有效勘探开发提供指导,也能提高水驱控制程度,为区块采收率的提升带来帮助。针对上述调研,本文以岩心观察为基础,利用岩石薄片、铸体薄片、X衍射、压汞以及扫描电镜等多种微观实验分析方法,对研究区长 9储层
7、孔隙结构进行定性和定量研究,基于孔隙结构的分类对储层进行分类评价,建立不同类型储层的测井响应特征,对研究区长 9段有利储层进行预测,最终从沉积以及成岩角度归纳储层孔隙结构的影响因素,为研究区目的层深入勘探开发部署提供指导。1地质背景研究区胡尖山油田位于陕西省定边县,构造区域位于鄂尔多斯盆地伊陕斜坡西部,紧邻富烃天环坳陷(图 1a),面积约 3 300 km2,斜坡带上发育一系列由东向西倾没的低幅度鼻状隆起构造,成藏条件有利。上三叠统延长组经历湖盆形成、发展及演化的全过程,整体发育河流湖泊陆源碎屑体系,为研究区关键的含油层系,常发育岩性油气藏(王峰等,2006;刚文哲等,2010;姚泾利等,20
8、13)。基于形成年代以及岩石学特征等方面考虑,延长组划分为 10段(长 1长 10),本次研究目的层为长 9段,岩性以灰色中细粒砂岩为主,分流河道、决口扇、水下分流河道以及河口坝砂体为主要油气储集体(图 1b)。自下而上分为长 92和长 91两个亚段,总厚度为 90110 m。2储层岩石学及物性特征2.1储层岩石学特征根据研究区 71口井长 9储层内 107块样品薄片观察和鉴定发现,目的层砂岩以岩屑长石砂岩和长石岩屑砂岩为主(图 2a)。碎屑成分绝对体积分数平均为 88.5%,其中长石体积分数为 47.7%,多数为斜长石;石英体积分数为 22.8%,主要为单晶石英颗粒;岩屑体积分数为 18.0
9、%,以岩浆岩和变质岩岩屑为主。填隙物体积分数平均为 11.5%,包括杂基和胶结物,成分以黏土矿物为主,其次为浊沸石以及硅质矿物,偶见方解石。通过 X衍射分析,发现黏土矿物成分以绿泥石为主,相对体积分数超过 60%,其次为103115成健地质科学2023年1032图 1研究区构造位置(a)及 Y196井单井柱状图(b)Fig.1Structural location of the study area(a)and column of well Y196(b)图 2研究区长 9段储层岩石学及物性特征a.储层岩石类型三角图;b.孔隙度分布直方图;c.渗透率分布直方图;d.孔渗交会图Fig.2Petr
10、ology and physical property in 9th member of Yanchang Formation of study area深度/m长8长91长92103215成健3期成健等:胡尖山油田长 9段储层孔隙结构表征及影响因素分析1033伊蒙混层和伊利石,整体反映长 9段砂岩成分成熟度较低。根据取心井岩心粒度分析资料,发现长 9段储层岩性种类多样,以细砂岩为主,其次为中砂岩。粒度分析资料显示长 9段砂岩粒度均值在 0.110.35 mm,平均为 0.26 mm,属于中细砂,分选中等好,磨圆主要为次棱角次圆状,颗粒间以点线接触为主,其次为线接触,偶见线凹凸接触,岩石主要为
11、颗粒支撑,整体反映目的层砂岩结构成熟度中等。2.2储层物性特征根据研究区 172口井长 9段储层内 5 541块样品的物性分析数据统计结果,发现孔隙度主要集中在 8%16%(图 2b),平均为 11.1%;渗透率主要集中在 0.0515 mD(图 2c),平均为 5.69 mD,储层物性整体表现典型低孔低渗,局部为特低孔特低渗。通过孔隙度和渗透率的交会(图 2d),发现两者具有明显正相关关系,反映储层物性主要受控于沉积和成岩作用,储集空间以孔隙为主(刚文哲等,2010;李易隆等,2013;于景维等,2014a,2014b;钟大康等,2016)。3储层孔隙结构特征3.1孔隙类型根据研究区 75口
12、井长 9段储层内 118块样品的薄片资料观察和鉴定,发现目的储层储集空间类型多样,包括剩余粒间孔、次生溶孔、微裂缝以及晶间孔(图 3a、图 3b),图 3研究区长 9段储层储集特征a.A94井,2 262.95 m,多种孔隙及喉道类型;b.A40井,2 481.06 m,黏土矿物晶间孔;b.孔隙大小分布直方图;d.喉道大小分布直方图Fig.3Reserve characters of reservoirs in 9th member of Yanchang Formation of study area103315成健地质科学2023年1034整体以剩余粒间孔为主(图 3c),占整个面孔率的
13、69.57%,孔隙大小多大于 50 m,属于中大孔隙;其次为次生溶孔,占总面孔率的 32.67%,孔隙大小多分布于 1050 m之间,属于小孔隙,常见长石粒内蜂窝状溶孔,对储层物性的改善起到重要作用。3.2喉道类型喉道对于连通孔隙具有重要意义(王峰等,2006;刚文哲等,2010;姚泾利等,2013;周创飞,2015;刘犟等,2017)。根据大量铸体薄片和扫描电镜观察,发现研究区目的储层喉道类型常见缩颈型喉道、片状及片弯状喉道(图 3a、图 3d),少见孔隙缩小型喉道,反映喉道整体较细,多数喉道宽度在 0.5 m以下。4孔隙结构的定量表征与分类根据研究区 10口取心井的 36块样品的高压压汞实
14、验分析结果,发现储层孔喉中值半径范围为 0.030.94 m,平均值为 0.28 m;排驱压力范围为 0.0313.2 MPa,平均为 1.03 MPa;中值压力范围为 0.824.2 MPa,平均为 5.7 MPa;最大进汞饱和度范围为39.8%99.4%,平均为 77.1%;退汞效率范围为 8.0%43.6%,平均为 24.6%;偏态为-1.673.56,平均为 1.8;分选系数范围为 0.073.56,平均为 1.8;变异系数为 026.3,平均为 1.95。整体可见储层孔隙结构的非均质性较强。由于压汞基础参数较多,各参数的取值存在盲点,不利于孔隙结构定量化表征。由于储层内孔隙结构都具有
15、分形特征,本次研究以分形理论为指导,通过高压压汞基础参数计算分形维数(贺承祖等,1998;欧阳思琪等,2018;孟子圆等,2019),尝试对孔隙结构进行定量表征和分类。分形理论的最基本特点是用分数维度的视角和数学方法描述和研究客观事物,在该理论指导下计算的分形维数可以定量表征孔隙结构的非均质程度,多孔岩石的分形维数多为 23。分形维数越小,表明储层孔喉分布越均匀,均质性越强(何雨丹等,2005;高辉等,2011)。长 9砂岩储层分形维数的计算基于BrookCorey 模型,利用孔喉半径及相应的进汞饱和度绘制分形曲线,计算孔喉的分形维数(欧阳思琪等,2018;孟子圆等,2019)。通过分形曲线特
16、征的绘制(图 4b),发现研究区长 9 储层孔隙结构分形系数范围为 2.472.83。同时储层孔喉半径普遍为小孔(图 4a)(孔径小于 0.5 m),其次是中孔(孔径范围 0.52.5 m)和纳米孔(孟子圆等,2019)。为明确分形维数能够表征孔隙结构,将分形维数同压汞的基础参数进行交会(图4c图 4f),发现分形维数同分选系数、变异系数和中值压力呈正比,反映孔隙结构越复杂,孔喉分布程度越分散,储层的储集性能越差,注入曲线的毛细管压力越高;同最大汞饱和度呈反比,反映孔隙结构越复杂,实验注入汞饱和度越低,储集性能越差。总之,分形维数同以上参数关联度较好,可对孔隙结构进行定量表征。在上述孔隙表征的
17、基础上,结合高压压汞相关参数,对研究区长 9 储层进行分类(表 1)。第类储层分形维数在 2.472.59,反映孔隙结构非均质性程度较低,物性相对最好,优质储层位于(水下)分流河道主河道内,孔隙类型以主要为剩余粒间孔,压汞相关参数也显示该类储层孔隙结构较好;第类储层分形维数分布于 2.602.69,孔103415成健3期成健等:胡尖山油田长 9段储层孔隙结构表征及影响因素分析1035隙结构非均质性程度稍高,物性整体一般,储集砂体为(水下)分流河道以及河口砂坝,孔隙类型主要为剩余粒间孔和次生溶孔,压汞相关参数也显示该类储层孔隙结构稍差;第类储层分形维数分布于 2.702.79,孔隙结构非均质性程
18、度较高,物性较低,储集砂体为分流河道以及河口砂坝,孔隙类型以次生溶孔为主,压汞相关参数也显示该类储层孔隙结构较差;第类储层分形维数分大于 2.802.83,孔隙结构非均质性程度最高,物性最差,储集砂体为分流河道以及决口扇细粉砂体,孔隙类型以次生溶孔为主,压汞相关参数也显示该类储层孔隙结构最差。图 4研究区长 9储层孔喉分形维数特征及其同孔隙结构参数的关系a.孔喉半径分布图;b.分形维数特征;c.分形维数同分选系数的交会;d.分形维数同变异系数的交会;e.分形维数同中值压力的交会;f.分形维数同最大汞饱和度的交会Fig.4Characteristics of fractal dimension
19、and its relations with parameters of pore structure in reservoirs of9th member of Yanchang Formation表 1研究区长 9储层分类表Table 1Classification on reservoirs of 9th member of Yanchang Formation in study area分类参数分形维数/%K/mD主要微相岩性面孔率/%平均孔径/m排驱压力/MPa中值半径/m最大汞饱和度/%储层分类2.472.59131912(水下)分流河道中细粒砂岩8400.40.40.9902.6
20、02.691316212(水下)分流河道、河口坝细砂岩为主8540300.20.80.10.578942.702.7991412分流河道、河口坝、决口扇5230200.61.20.050.270802.802.836111分流间洼地、分流间湾粉细砂岩2201.20.170103515成健地质科学2023年1036为明确优质储层的平面分布,也为进一步研究区目的储层油气勘探开发提供指导,在 10口取心井的储层分类基础上,通过不同类型储层的测井曲线响应(SP、GR、AC和RT),利用 Fisher判别法建立研究区目的层类类储层判别公式(公式(1)公式(4)(姚泾利等,2013),并将其应用到除上述
21、10 口取心井之外的其他关键井中(如 H120、H255以及 J17等),通过物性以及压汞等实验分析资料进行综合验证。发现长 82.6 m 的岩心内有 72 m的岩心储层类型划分准确,正确率超过 85%,证实该方法应用效果较好。将判别公式推广到非取心井,每个点将相应测井值代入公式,取最大值代表相应孔隙类型,在沉积微相平面图基础上完成不同类型孔隙结构储层的平面分布刻画(图 5)。发现区内以类储层为主,产能较好,其次为类和类储层,产能一般,类储层在三角洲平原呈点状分布,在三角洲前缘内连续性较好,产能最高。1=-28509.7+105.9AC+66.7GR+153.8RT+449.1SP(1)2=-
22、18415.2+99.4AC+53.7GR+151.3RT+272.1SP(2)3=-25775.2+103.1AC+64.5GR+155.4RT+412.9SP(3)4=-35885.4+115.7AC+81.1GR+177.1RT+505.7SP(4)5孔隙结构控制因素研究区目的储层孔隙结构的最终表现决定于沉积以及成岩综合作用,沉积物的成分、颗粒大小以及沉积环境为储集空间的形成奠定物质基础,成岩作用是孔隙结构形成和演化的关键因素(张妮妮等,2015;尉鹏飞等,2016;欧阳思琪等,2018)。5.1沉积作用沉积微相对于孔隙结构的形成影响较为重要(张妮妮等,2015),不同沉积微相内沉积物的
23、成分、颗粒大小以及分选等特征造成孔隙结构差异较大;即使同一沉积微相内,不同位置中粒度以及泥质含量高低也会造成储层孔隙结构有明显差异。前人认为研究区长 9段内分流河道、决口扇、水下分流河道以及河口坝砂体为主要油气储集体(图 5),通过统计关键井中不同沉积微相的物性条件(图 6),发现水下分流河道砂体物性最好,孔隙结构复杂程度较低,为最有利储层;其次较有利的储层为河口坝和分流河道砂体,决口扇砂体物性最差,孔隙结构相对最为复杂,储集条件相对最差。究其原因,水下分流河道微相内岩石颗粒相对较粗,石英含量相对较高,颗粒分选较好,颗粒间杂基相对较少,因此砂体储集性最好;河口坝砂体相对于水下分流河道砂体颗粒较
24、细,抗压实能力相对较弱,孔隙结构相对复杂,物性相对较差。分流河道砂体虽然相对于水下分流河道砂体颗粒较粗,但填隙物较多,造成孔隙结构较差,对物性进一步破坏;决口扇砂体内颗粒的分选较差以及高含量填隙物导致孔隙结构最为复杂,储集条件最差。针对同为水下分流河道微相,由于孔隙结构差异导致产能差异较大的问题,本文103615成健3期成健等:胡尖山油田长 9段储层孔隙结构表征及影响因素分析1037认为原因为储集岩石的水动力条件和泥质含量。水下分流河道中部位置由于水动力较强,在细砂岩中可见多发育小型交错层理以及平行层理,泥质含量较低(图 7),孔隙结构相对较好,储集性能最好;水下分流河道侧缘常同分流间湾接触,
25、水动力条件相对图 5研究区长 9段沉积微相(a)及储层分类平面分布图(b)Fig.5Distribution of sedimentary microfacies(a)and different reservoir types(b)in 9th member ofYanchang Formation in the study area图 6研究区长 9段储层不同微相物性(a)及压汞曲线特征(b)Fig.6Physical property(a)and mercury curves characters(b)in different sedimentary microfacies in 9th
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