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苏里格致密砂岩气田储层岩石孔隙结构及储集性能特征

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里格 致密 砂岩 气田 岩石 孔隙 结构 性能 特征
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第34卷第4期 石 油 学 报 4 2013年7月 013文章编号:0253—2697(2013)04—066(}一07 0.7623/5苏里格致密砂岩气田储层岩石孔隙结构及储集性能特征王国亭1 何东博1 王少飞2 程立华1(1中国石油勘探开发研究院北京 100083; 2.中国石油长庆油田公司勘探开发研究院陕西西安710018)摘要:基于覆压条件下储层渗透率的变化特征,分析认为苏里格气田整体为致密砂岩气田。在50~60 透率相对变化量的1/3次方与常压渗透率的1/2次方表现为线性关系。储层孔隙度表现出一定的覆压敏感性,覆压孔隙度与常压孔隙度比值的1/3次方与常压孔隙度表现出较好的线性关系。扫描电镜及常规压汞实验分析表明,储层孔隙半径表现为百微米级至纳米级尺度的连续分布,渗透率越小的储层微米级孔隙所占比例越少,纳米级孔隙越多;储层喉道半径总体小于1“m,表现为纳米级尺度的连续分布。束缚饱和度与渗透率具有一定的负相关性,与特定渗透率值对应的束缚饱和度并非定值,而是一个数值范围。拟合分析表明常压孔隙度与单位厚度储能系数呈较好的幂函数关系。由于物性越差的储层覆压敏感性越强,含气饱和度越低,其储气能力也越差,因此蕴含的天然气资源也越小,物性较好的储层则反之。关键词:致密砂岩;孔隙结构;纳米级孔隙;束缚水饱和度;储集性能;天然气资源中图分类号: 文献标识码:of E .00083,.i’10018,is on as a on of a a to /3 to /2 ()~60 he of is to to a is /3 of of he of is a a he to is a a he is a of to ey 年来发展非常迅速,而致密砂岩气是目前开发规模最大的非常规天然气之一。中国致密砂岩气具有巨大的资源潜力和可观的规模储量,主要分布于鄂尔多斯、四川、松辽、吐哈等沉积盆地[1。4],其中鄂尔多斯盆地苏里格气田是中国目前发现最大的致密砂岩气田,苏里格致密砂岩气田的开发主要是针对物性相对较好的“甜点”进行的口。6]。2006十一五”)期问,苏里格气田探明储量的提交是以孔隙度5%、渗透率0.1 气饱和度50%为物性下限的。但在气田的开发过程中,根据开发气井显示发现物性下限之外的储层也有一定的供气能力,气田的开发已由“甜点”式向“整体”式发生转变。在开发形式转变的情况下,扩大可动用资源的基础对气田的长期稳产尤为重要,这就需要在原来探明储量的基础上对气田的资源量进行重新评估。笔者通过对苏里格气田储层岩石孔隙结构和储集性能的分析,以期为研究区致密砂岩气资源量的评估和整体有效开发提供依据。基金项目:中国石油天然气股份有限公司重大专项(2010助。第一作者及通信作者:王国亭,男,1982年3月生,2007年毕业于中国地质大学(北京),现为中国石油勘探开发研究院博士研究生,主要从事致密砂岩气藏开发地质方面的研究。 26.国亭等:苏里格致密砂岩气田储层岩石孔隙结构及储集性能特征1 苏里格气田储层覆压物性特征1.1渗透率美国对致密砂岩气藏的研究和开发较早,1980年美国联邦能源管理委员会将地层渗透率小于0.1 包含裂缝)定义为致密气藏,并以此作为是否给予生产商税收补贴的标准。国外学者以地层渗透率0.1 ]。根据中国石油天然气行业标准(致密砂岩气地质评价方法,6832),致密砂岩气是指覆压基质渗透率小于等于0.1 井一般无自然产能或自然产能低于工业气流下限,但在一定经济条件和技术措施下可以获得工业天然气产量。由于致密砂岩储层喉道在覆压应力条件下易于闭合,孔喉半径会大幅度减小,从而导致储层渗透率明显减小[8’1 0|。不同常压渗透率的样品在一定的覆压条件。量、潞蛔斑_裂下会发生不同的渗透率变化。分析表明,对于常压渗透率大于10 于1~1050%,小于1 10%[8。9]。为准确确定苏里格气田的储层类型和明确符合苏里格气田实际地质特点的覆压渗透率变化规律,在20~60效应力)条件下对常压渗透率介于0.04~3.89 验分析表明,覆压越大渗透率的减小幅度越大,常压渗透率越小的样品对覆压的敏感性越强。在20 压渗透率介于1~4 覆压渗透率变为常压的56.7%~69.8%,常压渗透率小于1 覆压渗透率变为常压的4.2%~48.1%。而在60压渗透率介于1~4 覆压渗透率变为常压的41.8%~57.8%,常压渗透率小于1 覆压渗透率变为常压的0.8%~31.4%[图1(a)]。常豫渗透卒/常a) (b)图1苏里格气田覆压渗透率变化特征及常压渗透率频率分布 of of 2 000~4 000 压范围为30~100 。12]。结合苏里格气田储层的实际埋深,计算分析表明50~60 上述覆压条件下,常压渗透率为0.5 过对苏里格气田7688个样品的分析表明,常压渗透率小于0.560个,占样品总数的85.33%。据此分析,苏里格气田储层总体属致密砂岩储层,低渗透储层仅占储层总量的14.67%,因此,苏里格气田总体应属于致密砂岩气田[图1(b)]。覆压条件下获得的渗透率接近地质实际,但其实验过程较为复杂。如果可以拟合出特定覆压条件下常压渗透率与覆压渗透率的关系,即可通过数学计算的方法获得任一常压样品的覆压渗透率值。研究分析发现,在覆压为50~60 透率的相对变化量的1/3次方与常压渗透率的1/2次方表现出较好的线性关系(图2),即: 学 报 2013年第34卷[(K。一K。)/K。]1∞一一0.1593 K。“2+1.033 4(1)式中:K。为常压渗透率,。覆压渗透率,于上述关系,在已知K。的情况下,即可计算出K。,从而为覆压渗透率的计算提供了有效手段。1.2孔隙度基于苏里格气田7 598个样品的物性数据,分析发现,常压孔隙度与渗透率在半对数坐标上具有两段式的线性关系,在孔隙度为5%、渗透率为0.1 压孔隙度分别为12%、10%、8%、5%、2.5%的位置对应常压渗透率分别为1 .5.2 .1 .01 a)]。一·鲁赠热“释前人研究认为,覆压对致密砂岩储层孔隙度的影响较小[8’11]。为了明确苏里格气田覆压条件下孔隙度的变化规律,在20~60 00%~12.385%的14块样品进行了覆压分析。分析表明,虽然孔隙度的覆压敏感性不如渗透率强,但也表现出覆压越大孑隙度越小覆压敏感性越强的特点[图3(b)]。分析发现,50~60 {5。的1/3次方与常压孔隙度表现出相对较好的线性关系(图4),即(庐,/Ⅲ一0.01020.8342 (2)式中:声。为覆压孑;声。为常压孔隙度,%。.0瑙鬣0.9套0.8气o.7赵彗0.6醛0.5常 常雕孔隙度/%(a) (b)图3苏里格气田常压条件下孔隙度 次方与常压孔隙度的线性关系 /3 已知声。的情况下,即可计算出声。,从而为天然气储集能力的分析奠定了基础。2储层孔隙结构特征2.1 孔 隙油气储层孔隙可分为毫米级孔隙(大于1 微米级孔隙(1 弘m)、纳米级孑于1弘m)等3种类型。基于高分辨率场发射扫描电镜技术和究发现,苏里格气田致密砂岩储层孔隙半径普遍较小,孔隙半径小于0.1 于0.1~1 3%、34.48%、13.39%,纳米级孔隙占总孑上,是致密砂岩的主要储集空间碎屑岩的孔喉为从亚毫米至纳米尺度的连续谱,常规储层孔喉半径通常大于1/2m,而致密砂岩储层的孔喉半径主要分布于1~O.015 扫描电镜分析表明,苏里格气田致密砂岩储层发育孔隙半径介于1~100恤间溶孔、岩屑溶孔、晶间孔等微米级孔隙和孔隙半径小于1”泥石、高岭石、长石、微晶石英、伊利石及黄铁矿等)晶间隙、溶蚀纳米孔(颗粒溶蚀、硅质溶蚀、钙质胶结溶蚀及黏土矿物溶蚀)等纳米级孔隙(图5)。里格气田致密砂岩储层孔隙半径小于1003%[1 3I,因此苏里格气田致密砂岩储层的孔隙半径表现出从百微米级至纳米级尺度的连续分布。2.2喉道目前压汞技术仍是获取储层微观孑L、喉特征参数的重要途径,虽然恒速压汞可将孔隙和喉道区分开,但受最高进汞压力较低的限制,难以对喉道半径小于万方数据第4期 王国亭等:苏里格致密砂岩气田储层岩630.12“ 5I。因此常规压汞仍是研究喉道半径,尤其是较小喉道半径及其控制孔隙体积等重要储层参数的有效方法。基于苏里格气田100个常规压汞样品的实验数据,对4个主要常压渗透率区间(o.01~o.1 0.1~o.5.5~1 1 品的平均孔喉半径的分布进行了统计分析。研究表明,不同渗透率区间样品的平均孔喉半径都表现为双峰状的分布特征,常压渗透率越大的样品其双峰越分布于孔喉半径较大的数值区域[图6(a)]。上述4个主要渗透率区间样品双峰的孔喉半径主要分布范围依次为0.025 2~0.163 7 .0252~0.631 2/..0624~1.028 8/,m、0.0996~1.616 3肛m。此外,渗透率越小的样品,微小孔喉所占的比例越大,上述4个主要渗透率区间样品的平均孔喉小于0.0037#%、16.6%,10.8%、8.4%。由孔喉半径累计分布曲线也可知,渗透率越小的样品小孔喉占的比例越大,大孔喉占的比例越小,上述4个主要渗透率区间样品小于0.1/2肚2%:22.48%、64.32%:35.68%、48.36%:51.64%、26.62%:73.38%[图6(b)]。基于上述分析可知,苏里格气田致密砂岩储层的孔喉半径普遍较小,以小于1肚现为纳米级尺度的分布特征。为利用压汞资料确定苏里格气田致密砂岩储层微米、纳米级孔隙的发育情况及比例,须确定区分微米、纳米级的临界喉道半径。根据前人研究可知,苏里格气田致密砂岩纳米级孑1 3|。当致密砂岩储层的进汞饱和度为15%时,占总孔隙空间约15%的微米级孔隙首先被占据,剩余约85%的孔隙则可视为纳米级孔隙。当进汞饱和度为15%时,渗透率区间为0.1~0.5 ~1 弘 6(b)]。因0.1~0.5 ~1 条曲线之间的平均位置即可视为致密储层与低渗储层的分界。故取进汞饱和度为15%时两者对应喉道半径的(n)残余粒问孔.孔隙半径约100(h)残余柱0q.隙半径约30斗m. (t.)岩鸠溶扎,孔隙半径小86井.3 714 86m 微米级孔.苏6 324.50m 微米级孔。陕328井.3 562 34m(d)离岭石晶触孔.孔羰半径小于 (e)绿泥石晶间隙,『f)微晶石英晶『隙半径小于米级彳L.什34井.3124.45m 为主,纳米级孔,苏6一 327.04m 1“m.纳米级孔,苏35蚌.3 610.24111(g)长石次生加大m,隙半径小于 (h)颗粒溶蚀纳米孔。孔隙半径小于 (i)石英颗粒表面溶蚀纳米孔。孔骧半径1米级孔。苏6 323.60m 1斗m,统28井,2 782.27m 小于1斗m,陕308井,3 543.1 of 学 报 2013年第34卷零、嚣.匠矧篷期孔喉半径区问/些m 孔喉半径/¨m(a J (b)图6苏里格气田平均孔喉半径频率及累计频率分布曲线 of 米级孔隙的临界上限喉道半径,即致密砂岩储层微米级孔隙主要由半径大于0.5肚纳米级孔隙则主要由小于0.5同类型储层微、纳米级孔隙发育情况差异较大,上述各渗透率区间微、纳米级孔隙的体积比依次为2%:98%、20%:80%、25%:75%、35%:65%。渗透率越小的储层微米级孔隙占的比例越少,纳米级孔隙占得比例越多,即纳米级孔隙越成为重要的天然气储集空间。3束缚水饱和度特征束缚水饱和度是计算致密气藏含气饱和度的重要参数,因此也是表征致密砂岩气藏资源潜力的一个重要参数口6I。目前主要应用核磁共振法、相渗法、压汞法、离心毛管压力法、气驱水动态法等在室内进行束缚水饱和度的测定,不同的方法测得的结果差异较大口7‘1 9I,因此结合多种方法进行束缚水饱和度分析可使其具有更高的准确性。笔者利用核磁共振和相渗资料对苏里格气田储层的束缚水饱和度进行了分析。苏里格气田致密砂岩储层的气、水相渗实验表明,当实验接近极限状态,即当水相相对渗透率K,。为0.002时,水相的渗流能力很差,并已接近非可动状态,此时对应的含水饱和度S。已较为接近束缚水饱和度,可近似认为其为束缚水饱和度。据19个样品的核磁共振分析资料和23个样品的气水相渗资料,对苏里格气田储层的束缚水饱和度进行了分析,分析表明上述2种数据的匹配性较好(图7)。总体而言,束缚饱和度的大小同渗透率具有一定的负相关性,渗透率越低,束缚水饱和度越高;同某一渗透率值对应的束缚饱和度并非为一定值,而是一个束缚水饱和度的范围,这可能跟储层碎屑颗粒及填隙物的组成有关。当渗透率小于0.01 缚水饱和度总体大于75%;当渗透率为0.1 缚水饱和度范围约为60%~80%;当渗透率为0.5缚水饱和度范围约为42%~60%;当渗透率为1 缚水饱和度范围约为35%~55%(图7)。图7苏里格气田束缚水饱和度与常压渗透率关系 层非均质性较强,物性较好的砂体为心滩主体和河道下部充填的粗砂岩和含砾粗砂岩,其厚度约占整个辫状河砂岩总厚度的35%~40%[5'20]。目前苏里格气田开发的主要目标是致密储层背景上的物性“甜点”,随着气藏的开发由“甜点”式向“整体”式转变,开展苏里格气田总体资源量的评价极为重要。通过常压条件下孔渗关系、地层压力条件下孑结了苏里格气田常压孔渗、覆压孔渗及含气饱和度的对应关系(表1)。由于在实际的地层压力条件下储层孔隙度比地表测得的常压孔隙度小,因此利用地层压力条件下的孔隙度来计算天然气的地质储量更能反映地下的真实情况。束缚水饱和度的分析表明,具备相同渗透率值的储层对应的束缚水饱和度并非一个定值,而是一个束缚水万方数据第4期 王国亭等:苏里格致密砂岩气田储层岩石孔隙结构及储集性能特征 665饱和度的范围,因此其对应的含气饱和度也是一个范围(表1)。表1 苏里格气田储层常压孔渗、覆压孔渗、含气饱和度及储能系数特征 of 位厚度度/% 率//% 率/围/% 储能系数根据气藏地质储量的计算公式可知1·A·h·西。·S。·(t。·p。)/(p。。·丁i·Z)(3)式中:08为含气面积,m;常压孔隙度,%;S。.为气藏平均原始含气饱和度,%;P。。为地面标准压力,。。为地面标准温度,K;P。为气藏平均原始压力,.为气藏平均原始温度,K;Z,为原始气体偏差系数;h·声·S。称为储能系数,其代表储层储气能力的大小。储能系数的确定是苏里格气田总体资源量评价的重要基础,在苏里格气田不同物性储层的发育厚度、展布面积及规模比例等解剖分析数据具备的前提下,即可获得研究区天然气的总体资源量。为准确分析不同常压孔隙度储层在地下的储气能力,分别计算了各物性储层在最大、最小含气饱和度条件下的单位厚度储能系数,即单位厚度、地层压力条件下孑1)。同时,为预测不同孔隙度储层的储能系数,拟合了最大和最小含气饱和度下常压孑析表明常压孔隙度与单位厚度储能系数呈较好的幂函数关系(图8),即64 8西:802 7 (4)08《.478 4 (5)式中:。为常压孔隙度,%。式(4)为最大含气饱和度下常压孔隙度与单位厚度储能系数的关系;式(5)为最小含气饱和度下常压孔隙度与单位厚度储能系数的关系。基于上述函数关系,即可计算获得任一常压孔隙度储层在实际地层条件下的储能系数。基于储能系数的分析可知,在相同的含气面积和储层厚度条件下,常压孔隙度为2.5%、5%、8%、10%的储层中天然气的资源量分别为常压孔隙度为12%的储层中天然气资源量的1.49%~5.14%、10.5%~17.0%、33.2%~41.3%、61.4%~66.8%。由于常压物性越差的储层覆压敏感性越强,含气饱和度也越低,因此其储气能力也越差,此类储层蕴含的天然气资源也越小,物性较好的储层则反之。图8苏里格气田常压孔隙度与单位厚度储能系数关系 论(1)在苏里格气田实际地层压力下常压渗透率为0.5 于绝大部分储层的常压渗透率小于0.5 此苏里格气田储层总体属于致密储层。在50~60 透率相对变化量的1/3次方与常压渗透率的1/2次方表现出较好的线性关系;覆压孑次方与常压孔隙度表现出相对较好的线性关系。(2)基于扫描电镜及常规压汞分析表明,苏里格气田致密砂岩储层的孔隙半径表现出从百微米级至纳米级尺度的连续分布,孔喉半径主体小于1“m,表现为纳米级尺度的分布特征。不同类型储层微、纳米级孔隙发育情况差异较大,渗透率越小的储层微米级孔隙占的比例越少,纳米级孔隙越多,纳米级孔隙越成为重要的储集空间,渗透率越大的储层则反之。(3)核磁共振及相渗分析表明,储层束缚水饱和度与渗透率具有一定的负相关性,同某一渗透率值对应的束缚水饱和度并非为一定值,而是一个束缚水饱和度的范围。(4)为准确分析不同常压孔隙度储层在地下的储气能力,分析计算了各物性储层在最大、最小含气饱和度条件下的单位厚度储能系数。拟合分析结果表明,常压孔隙度与单位厚度储能系数呈较好的幂函数关系。由于常压物性越差的储层覆压敏感性越强,含气∞∞刀¨拍默置王卜∽~~~~~06孓弘旷&王¨∞全!㈣㈣弛¨怕巧弘¨863,方数据666 石 油 学 报 2013年第34卷饱和度越低,其储气能力也越差,因此蕴含的天然气资源也越小,物性较好的储层则反之。 [11]参 考 文 献[1][21[3]5][6]8][9][10]邹才能,陶士振,张响响,等.中国低孔渗大气区地质特征、控制因素和成藏机制[J].中国科学球科学,2009,39(11):1607 1624.et s of ].:009,52(8):1068—1090.李建忠,郑民,张国生,等.中国常规与非常规天然气资源潜力及发展前景[J].石油学报,2012,33($1):89—98.et of re—].012,33($1):89—98.邹才能,朱如凯,吴松涛,等.常规与非常规油气聚集类型、特征、机理及展望——以中国致密油和致密气为例[J].石油学报,2012,33(2):1 73—187.u et of as an 012,33(2):173—187.邹才能,陶士振,袁选俊,等.连续型油气藏形成条件与分布特征[J].石油学报,2009,30(3):324—331.et he of ].009,30(3):324—33 1.贾爱林,唐俊伟,何东博,等.苏里格气田强非均质致密砂岩储层的地质建模[J].中国石油勘探,2007,12(1):12et ].007,12(1):12—16.何东博,贾爱林,田昌炳,等.苏里格气田储集层成岩作用及有效储集层成因石油勘探与开发,2004,31(3):69—71.et of in ].004,3 1(3):69—7 1. 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