石油工业的研究论文

李华林王贺林

【摘要】枣-Ⅱ和枣-Ⅲ油组是王官屯油田主力油组，发育多种孔隙类型，喉道形状多样，物性变化复杂，直接影响了油层中流体的流动和采收率。本文通过薄片观察、铸体薄片及压汞曲线等手段，系统表征了储层的孔隙结构，探讨了影响孔隙结构的地质因素，并根据孔隙结构及其它多种因素对储层进行了分类评价。

【关键词】孔隙结构孔隙喉道连通性储层评价

孔隙结构系指岩石所具有的孔隙和喉道的几何形状、大小、分布及其相互连通关系。它对储集层的储、渗能力、流体分布、油气产层的产能、油水在油层中的运动、水驱油效率及原油采收率的大小都起着重要的作用。

一、孔隙及喉道

1.孔隙类型

关于孔隙类型的划分，前人从不同角度提出了许多分类方案。本次研究综合考虑孔隙的成因、产状及几何形态而对孔隙类型进行了重新划分。

（1）原生孔隙

指与沉积作用同时形成的受压实作用和胶结作用而减少的孔隙。

A.正常粒间孔

指由于压实作用而缩小但无任何充填物的孔隙。此类孔隙含量较少，孔径大小不等，一般为50μm左右，最大可达100μm，常呈不规则多边形。

B.残余粒间孔

指受到胶结物充填但未完全填塞的原始粒间孔。此类孔隙在储层中较常见，且以因次生加大而缩小的残余粒间孔为主，一般呈三角形、不规则多边形。

C.杂基内微孔

指粘土杂基内的微孔隙。此类孔隙在薄片中较为发育，因此孔径较小（一般＜0.2μm），且有粘土杂基的存在，致使在单偏光下观察，此处浸染剂的颜色较大孔隙、无杂基充填处的颜色偏深。

（2）次生孔隙

指由于次生溶解、破裂等作用而形成的孔隙，此类孔隙在研究层段中较为发育。

A.粒间溶孔

指颗粒间原先的胶结物、杂基及颗粒的选择性溶解所形成的分布于颗粒间的孔隙。其形成大致有两种情况，一是粒间碳酸盐胶结物与碎屑颗粒边缘同时发生溶解；二是碳酸盐等胶结物充填粒间并同时交代颗粒边缘、随后胶结物与颗粒同时被溶解。第二种情况更为常见。粒间溶孔的特点是孔、喉均较粗大，连通性较好，孔隙多呈不规则状且边缘常呈锯齿状、港湾状。

B.组分内溶孔

包括粒内溶孔、胶结物内溶孔及交代物溶孔。粒内溶孔主要为岩屑及长石等颗粒内溶孔，一是由颗粒本身发生部分溶解而形成，为组分内溶孔的主要组成部分；二是颗粒先被交代而后交代物局部或全部被溶解形成粒内溶孔。粒内溶孔形状一般不规则，边缘常呈锯齿状及港湾状，同时也见有个别晶形较好的白云石交代物被溶解而形成的颗粒内较规则的白云石晶体铸模孔；孔径大小相差也较悬殊，小的需借助扫描电镜才能分辨。

C.晶间孔及晶间溶孔

指颗粒重结晶或结晶颗粒被溶解而形成的晶体间孔隙。

D.裂缝孔隙

指由构造作用、成岩收缩等作用形成的裂缝。常见有颗粒因机械压实作用破裂或沿解理缝裂开而形成的裂隙；岩石被挤压或拉张而形成的裂缝；粘土杂基局部富集带在成岩过程中由于粘土脱水收缩而形成的微裂缝。裂隙的数量一般不多，但未被充填的裂隙对于改善岩石的渗透能力具有重要的意义。

2.喉道类型

喉道为连通孔隙的狭窄通道，其对储层的渗流能力起着决定性的影响。喉道的大小和形态主要取决于岩石的颗粒接触关系、胶结类型及颗粒的形状和大小。根据铸体薄片镜下观察及铸体薄片图像分析，研究层段常见的喉道类型有如下4种。

（1）孔隙缩小型喉道

喉道为孔隙的缩小部分，其与孔隙无截然的界线。此种喉道常发育于以原生或次生粒间孔隙为主的砂岩储层中。岩石结构多为颗粒支撑或飘浮状颗粒接触，胶结物及粘土杂基较少；属大孔粗喉，孔喉直径比接近于1。

（2）缩颈型喉道

喉道为颗粒间可变断面的收缩部分。此种喉道常见于颗粒点接触、衬边胶结或自生加大胶结的砂岩中。此类孔隙结构属大孔细喉型，孔喉直径比较大。此类储集岩可能有较高的孔隙度，但渗透率一般较低。

（3）片状喉道

喉道呈片状或弯片状，为颗粒间的长条状通道。常出现于机械压实程度较强或自生加大程度较高的砂岩中。孔喉直径比一般较大。

（4）管束状喉道

为杂基及自生胶结物晶体间的微孔隙，孔径一般小于0.5μm，本身既是孔隙又是喉道。如果岩石中基本为微孔隙，则属微孔微喉型，孔喉直径比为1。岩石渗透率极低。

3.孔隙组合类型

砂岩储层的储层空间虽然由多种类型的孔隙组合而成，但往往以其中一种或多种类型的孔隙占主导地位。孔隙的组合类型不同，对储集层的储集物性及孔隙结构影响不同。研究层段的孔隙类型以粒间溶孔、原生粒间孔及杂基内微孔为主，其它类型的孔隙不发育。根据薄片鉴定，结合压汞资料，研究层段砂岩储层的孔隙组合类型大致可划分为如下4类。

（1）原生粒间孔隙型

以正常粒间孔和残余粒间孔为主，次生粒间溶孔及粒内溶孔不发育，因粘土杂基含量少而原生的杂基内微孔隙也不发育。喉道以孔隙缩小型和缩颈型为主。孔隙分选性较好，次生孔隙百分率小于25%。泥质杂基和胶结物含量少，颗粒排列疏松，孔隙度一般大于15%，渗透率大于100×10-3μm2，常见于埋深小于2000m的冲积扇河道沉积沙体中。

（2）次生粒间溶蚀孔隙型

其孔隙以次生粒间溶孔为主，原生粒间孔少见。此外，尚见有少量其它溶蚀型孔隙如粒内溶孔、铸模孔及特大孔等。粘土杂基含量低，一般小于10%，因此，杂基内微孔不发育。喉道类型以片状喉及缩颈喉为主，孔隙分选中—差，颗粒排列多为点接触。孔隙度一般大于20%，渗透率大于500×10-3μm2，为高—中孔，高—中渗储层，储集性能良好。常见于埋深大于2000m、溶解作用强烈、粘土杂基含量较少的冲积扇河道沉积沙体中。

（3）杂基内和晶间微孔隙型

其孔隙类型以粘土杂基、自生粘土矿物晶间微孔、碳酸盐胶结物晶间微孔为主，其它类型孔隙不发育，喉道类型以管束状喉道和片状喉道为主。粘土含量一般大于10%或碳酸盐胶结物含量大于15%，孔隙度一般小于20%，渗透率小于10×10-3μm2。岩石类型以泥质砂岩或粉砂岩、分选差的不等粒砂岩及碳酸盐等致密胶结的砂岩为主，常见于埋深小于2000m、溶解作用不强烈或虽埋藏较深，但粘土杂基含量高的冲积扇河道间沉积等沙体中。属中—低孔、低渗储层或非渗透层。

（4）粒间溶孔与微孔复合型

其孔隙类型以粒间溶孔和杂基及胶结物晶间微孔为主，其它孔隙类型也常有，但含量较少。根据粒间溶孔及微孔的相对含量大小，可进一步划分为粒间溶孔－微孔型及微孔－粒间溶孔型两个亚一级组合。前者以粒间溶孔为主，含量大于50%，常见于粘土杂基含量较高（一般为10%～15%）、碳酸盐胶结物溶解不彻底的砂岩中；后者以微孔为主，含量大于50%，常见于泥质含量较高、溶解作用较弱或不发育的砂岩中。总之，此类孔隙组合类型常见喉道类型有片状喉、管束状喉及弯片状喉，孔隙度一般小于20%，渗透率介于100×10-3～500×10-3μm2之间。属中孔、中渗储层，常见于埋深大于2000m、粘土杂基含量中等的冲积扇河道间沉积等沙体中。

二、研究层段碎屑岩储层孔隙结构特征

1.孔隙和喉道的大小及分布

根据铸体薄片图像分析资料，研究层段样品的孔隙直径最大值介于160～553μm之间，平均为272.5μm；最小值介于54～165μm间，平均为89.92μm。王官屯油田研究层段的孔喉大小及分布特征参数如表1。从表中可以看出，研究层段砂岩储层一般以中、细喉道为主，直径小于0.1μm的微毛管喉道含量较高，介于4.29%～90.52%间，平均为35.93%。孔喉大小及分布特征对储层的储集物性具有重要的控制作用。据研究，目的层段砂岩储层孔隙度（Por）与孔隙喉道均值（X）呈线性反比；与平均喉道半径（R）呈指数正相关；与排驱压力（Pd）的对数呈线性反相关；与最小非饱和孔隙（Smin）呈反比趋势。不同大小喉道所控制的孔隙体积百分数（Vr）对储层储渗能力及流体分布、产能有着直接影响。随着喉道半径（r）小于0.1μm所控制的孔隙体积百分数的增大，孔隙度降低（图1）；孔隙度和孔隙体积也随之降低；含油饱和度有降低的趋势而含水饱和度有增高趋势；X与之成较好的线性正相关；当其小于25%时，Sp、D与之成反相关；当其大于25%时，Sp、D与之成正相关；其与R成反比；与P50成较好的线性正相关；与Pd成正相关；与Smin成较好的线性正相关关系。

表1王官屯油田孔喉大小及分布特征参数统计表

随着喉道（r）大于10μm所控制的孔隙体积百分数的增大，孔隙度呈一指数增加（图2）；孔隙度和孔隙体积的对数值也随之成指数增加；含油饱和度有增加的趋势而含水饱和度有减少趋势；X与之成指数反相关，当X＜10时，X的变化会引起其快速变化；其与R成正比；与P50成较好的指数反相关；与Pd成较好的指数反相关；与Smin成反相关关系。

图1孔隙度与喉道小于0.1μm所控制的孔隙体积百分数散点图

图2孔隙度与喉道大于10μm所控制的孔隙体积百分数散点图

2.孔隙连通性

孔隙连通性好坏可通过孔喉直径比、退汞率及配位数等表征。根据铸体薄片图像分析研究，孔喉直径比变化范围介于1.412～5.288之间，平均为4.4。配位数是衡量孔隙连通性的直接标志，配位数越高，孔隙连通性越好；砂岩储层孔隙最大配位数一般介于2～7之间，平均为3.2。配位数与颗粒的接触关系、胶结物含量及次生孔隙发育程度有直接关系。一般机械压实程度越弱、胶结物含量越低、次生孔隙越发育，则孔隙配位数越高。

综上所述，研究层段砂岩储层以中—小孔、中—细喉为主，孔隙形状复杂，类型多样，连通性中等—差。微观非均质性中等—强，因而储渗条件中等—差。当然，并不排除个别层段在局部地区储集性能较好。

三、影响孔隙结构的地质因素

储层的孔隙结构受沉积环境、成岩作用、构造作用等诸多因素的控制。

1.沉积环境的影响

研究层段砂岩储层为一套冲积扇环境下形成的砂岩体，总的来说岩石的分选差，成分及结构成熟度较低，因此其原始孔隙结构条件较差。相比之下，冲积扇河道沉积的沙体其孔隙结构较河道间沉积的沙体要好。

2.粒径的影响

颗粒的大小对孔隙结构的影响表现为孔隙度随粒度中值的增大而增大（图3）；渗透率随粒径的增大也有增大的趋势。

图3孔隙度与粒度中值散点图

3.颗粒分选性的影响

颗粒分选的好坏对孔隙结构的影响表现为孔隙度随分选系数的增大而减小（图4）；渗透率的对数随分选系数的增大而降低。

4.胶结物成分及含量的影响

常见的胶结物有碳酸盐、自生粘土矿物及硅质等。粘土杂基的含量越高，微孔隙越发育，孔隙结构越差。自生粘土矿物以孔隙衬边或孔隙充填的方式在颗粒表面形成薄膜或充填于孔隙中，使喉道变窄，孔径变小，孔隙结构变差。碳酸盐胶结物具易于溶蚀的属性，因此在成岩作用早期，若碳酸盐胶结物较发育则孔隙性和连通性将局部或全部丧失；在晚成岩阶段由于碳酸盐矿物的局部或全部溶解而使孔隙结构变好；自生加大将填塞孔隙和喉道使孔隙结构变差。胶结物的含量对孔隙结构的影响表现为孔隙度随碳酸盐含量的增大而降低（图5）；渗透率有随碳酸盐含量的增大而减小的趋势；排驱压力有随碳酸盐含量的增大而增大的趋势；R随碳酸盐含量的增加有减小的趋势；最小非饱和孔隙体积百分数随碳酸盐含量的增大而增大。

图4孔隙度与粒度分选系数散点图

5.成岩作用的影响

在早成岩阶段，由于机械压实作用及自生矿物的胶结作用，使原生孔隙及喉道遭受较大程度的破坏，孔隙结构变差。晚成岩作用阶段，由于溶解作用的发育，产生大量的次生溶蚀孔隙，胶结物局部或全部被溶蚀而使孔隙结构变好。

图5孔隙度与碳酸盐含量散点图

6.构造作用的影响

构造作用使岩石破裂而产生大量裂缝，使储层的孔隙得以沟通，渗透性增强。综观本区，构造裂缝极不发育，因此，对改善储层的孔隙结构不具多大意义。推测位于断层处的砂岩储层，由于断裂活动，可能形成一些构造裂缝而使孔隙结构得以改善。

图6不同类型储层毛管压力曲线及分级半径特征图

表2王官屯油田孔一段碎屑岩储层类型及特征

四、储层分类评价

储层分类评价是储层研究的一项重要工作，不同的储层类型其储集条件和微观孔隙结构不同，流体在其内部的渗流机制存在差异，因而水驱油效果及采收率大小都不同。根据研究区孔隙结构特征，结合宏观物性参数及其它特征，我们将研究层段砂岩储层划分为四大类。各类储层的分类及评价见表2，典型毛管压力曲线形态及孔喉分布如图6。其中Ⅰ类储层是高孔高渗型，渗透率大于500×10-3μm2，按样品百分数统计约占19.05%。Ⅱ类储层渗透率介于100×10-3～500×10-3μm2之间，孔隙度介于17.5%～26.6%间，平均为22.01%，为本区较好储层，按样品百分数统计，约占14.29%。Ⅲ类储层渗透率介于10×10-3～100×10-3μm2之间，孔隙度一般为14.1%～24.3%，喉道类型以片状、管状或缩颈状为主，该类储层相对丰度约50.79%。Ⅳ类储层渗透率小于10×10-3μm2，孔隙度介于12.3%～22.1%之间，虽孔隙度的变化范围较大，但实测渗透率却较小。喉道以管束状或片状喉道为主，该类储层储集性能很差，主要为沙泥坪沉积，该类储层占样品总数的15.87%左右。综上所述，就样品统计来看，研究层段以Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类储层为主，约占85%左右，其中Ⅰ、Ⅱ类储层储集性能较好，约占33.34%。

五、结论

（1）枣-Ⅱ、枣-Ⅲ油组具有7种孔隙类型，4种喉道类型和4种孔喉组合类型。

（2）孔隙结构受沉积环境、胶结物含量及成岩作用等因素共同影响。

（3）根据渗透性能、孔隙结构特征等定量指标结合其它指标可将枣-Ⅱ、枣-Ⅲ油组的储层分为4大类，其中Ⅲ类储层占整个储层的50.79%。

参考文献

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