鄂尔多斯盆地西峰地区长8砂岩微观非均质性的实验分析_刘林玉.pdf

2008 年 2 月 February 2008 岩矿测试 ROCK AND MINERAL ANALYSIS Vol． 27，No． 1 29 ～32 收稿日期 2007- 06- 29; 修订日期 2007- 09- 03 基金项目 国家 973 重点基础研究发展计划项目资助 2003CB214605 ; 国家自然科学基金项目资助 40472099 作者简介 刘林玉 1965 － ， 男， 山东淄博人， 博士， 副教授， 主要从事油气储层地质、 开发地质与沉积学研究。 E- mail yulinliu2008126． com。 刘林玉， 李红， 曹青， 等． 西峰地区白马南长 81储层地质建模．2004． 文章编号 0524- 5357 2008 01- 0029- 04 鄂尔多斯盆地西峰地区长 8 砂岩微观非均质性的实验分析 刘林玉，王震亮，柳益群 西北大学地质系，大陆动力学国家重点实验室 西北大学 ，陕西 西安710069 摘要 通过真实砂岩微观模型实验， 客观地分析了鄂尔多斯盆地西峰地区长8 砂岩的微观非均质 性特征， 发现该区长8 储层为致密型砂岩， 直观地显示出长8 砂岩储层具有很强的微观非均质性， 砂岩 的成岩作用和孔隙结构是影响鄂尔多斯盆地西峰地区长8 砂岩储层微观非均质性的主要原因。在低 渗透砂岩中， 引起砂岩产生强烈的非均质性， 而这些砂岩则形成长8 砂岩储层的高渗带。 关键词 微观非均质性; 真实砂岩微观模型; 实验分析; 长 8 砂岩; 鄂尔多斯盆地 中图分类号 TE122． 2; P618． 130． 2文献标识码 A Micro- anisotropic Experimental Analysis on Chang- 8 Sandstone in Xifeng Area of Ordos Basin LIU Lin- yu，WANG Zhen- liang，LIU Yi- qun State Key Laboratory of Continental Dynamics，Department of Geology， Northwest University，Xian710069，China Abstract Based on the micro- model experiments for authentic sandstone samples，the micro- anisotropic characteristics of Chang- 8 sandstones from the reservoirs in Xifeng area of Ordos Basin was analyzed． The results show that Chang- 8 reservoirs belong to compact- type sandstone with intense micro- anisotropy． And the diagenesis and porous structure of the sandstones are the main factors leading to the microanisotropy of Chang- 8 reservoirs． The low permeable sandstones result in the intense microanisotropy of Chang- 8 sandstone and the high permeable zone of Chang- 8 reservoirs． Key wordsmicroanisotropy;authentic sandstone micro- model;experimental analysis;Chang- 8 reservoir; Ordos Basin 鄂尔多斯盆地原属大华北盆地的一部分， 中生 代三叠纪后期逐渐与大华北盆地分离， 其面积约 25 km 104 km。西峰研究区位于鄂尔多斯盆地东 部斜坡带上， 区域构造为一东高西低的单斜， 地层 倾角小于 1。鄂尔多斯盆地西峰地区三叠系延长 组长 8 砂岩的岩石类型以灰色长石砂岩、 长石岩屑 砂岩为主， 分布残余孔隙、 溶蚀孔隙、 纹层缝、 裂缝 孔隙和致密微孔隙等孔隙空间。 砂岩储层的非均质性特征是油气储层地质学研 究的重要内容之一 ［ 1 －4 ］。在砂岩储集层的微观非均 质性研究过程中， 本文利用了真实砂岩微观模型， 这 是西北大学大陆动力学国家重点实验室的一项专利 技术。通过真实砂岩微观模型的实验分析， 发现研 究区长8 砂岩储集层具有很强的微观非均质性。 92 ChaoXing 1实验部分 1． 1实验仪器设备 微观模型实验系统包括真实砂岩微观模型、 显 微观察系统 以实体显微镜为主， 配有照相、 录相 系统， 监控并观察实验过程， 同时可以照相、 录 像 、 加压系统三部分。 实验所使用的模拟油是机械泵油加煤油配制而 成， 模拟水是蒸馏水。为了在实验中观察方便， 实验 前在油中加入少量油溶红， 在水中加入少量甲基蓝， 其目的是在实验照片中油呈现红色， 水呈现蓝色。 1． 2样品选择 实验所用的西峰地区长8 砂岩模型样品是根据 研究区油层的试油结果、 常规薄片的观察、 铸体薄片 观察等有关资料进行综合分析后， 制出 10 个真实砂 岩微观模型。这些岩心样品几乎遍布了整个研究 区， 所以实验的结果具有真实性和代表性。在 10 个 真实砂岩微观模型中， 沉积成岩作用引起砂岩的孔 隙结构和物性不同 ［ 5 －16 ］， 导致西峰地区长 8 砂岩储 层的孔隙结构和物性特征具有很强的非均质性。 2实验过程及结果 通过西峰地区长 8 真实砂岩微观模型实验， 共 分出残余孔隙驱替型、 溶蚀孔隙驱替型、 纹层缝驱 替型和致密型等 5 种油水驱替类型。 2． 1残余孔隙实验型油水驱替实验 选择残余粒间孔隙发育的砂岩样品， 某井砂岩 铸体薄片残余孔隙发育， 泥质杂基发育， 面孔率 0. 5 ～8， 孔径 0. 01 ～ 0. 03 mm; 另一井砂岩铸 体薄片中铁泥质充填， 杂基含量高， 局部方解石胶 结， 局部有残余粒间孔现象， 面孔率 1 ～ 4; 还 有一井中砂岩被泥质杂基充填， 有残余粒间孔， 面 孔率 3。局部也有长石溶蚀现象。在实验中油 进入砂岩基质的速度较快， 局部残余孔隙为油道的 形成提供了有利条件， 但流体流经的范围非常有 限， 加压后油区范围很难扩大。水驱油时， 加压驱 油范围扩大不明显， 驱油的通道仍是这些局部的残 余孔隙发挥作用， 流动现象不易观察， 仅能看见最 终的驱油范围。流体经过的范围仅占整个模型的 1/3， 水的波及面积并不是很大， 路径呈指状 图 1 ， 其余区域流体均未进入， 显示出残余孔隙的分 布是储层微观非均质性的重要特征之一。 2． 2溶蚀孔隙实验型油水驱替实验 砂岩中长石碎屑和少量方解石发生溶解， 产生大 量自生高岭石晶体 ［ 17 －24 ］， 同时形成大量溶蚀型次生 孔隙。实验时流体进入的速度很大， 动态现象很难捕 捉到。油驱水时， 仅仅在颗粒之间的孔隙能见到油， 岩石上很少粘有油迹现象; 水驱油时， 不易发现水的 路径， 仅看见水以涌动形态出现。水驱油后在岩石表 面明显残留着水的痕迹， 驱油较完全 图2 。 图 1水驱油全视域指状现象 Fig． 1The complete visual field nail phenomena of water- drive oil 图 2溶蚀孔隙型水驱油现象 Fig．2The water- drive oil phenomena of vugular- solution type 2． 3纹层缝孔隙实验型油水驱替实验 在某井岩心观察其砂岩颗粒致密， 但云母层理 上碎片较发育， 云母条带沿地层延伸。整个岩心油 浸的现象多见。水驱油实验时， 在云母的纹层缝周 围油进入的较多， 且流速较快 图 3 。水驱油时水 沿云母纹层缝进入， 但明显少于油进入的数量。 图 3油驱水在纹层缝中的现象 Fig． 3The oil- drive water phenomena in laminae seam 03 第 1 期 岩矿测试 http ∥ykcs． i3t． com． cn/ 2007 年 ChaoXing 2． 4裂缝孔隙实验型油水驱替实验 对某井的岩心观察表明， 油浸现象较多， 变形层 理常见， 云母发育。实验中油刚进入的时候沿云母暗 色条带压裂后形成的裂缝前进， 随着时间的持续向暗 色条带两边渗流。水驱油时裂缝中和裂缝附近基质 中的油较容易被驱走 图4 ， 其余部分油本身就不多， 因此这些油就以残留油的形式保留下来。 图 4裂缝型水驱油现象 Fig． 4The water- drive oil phenomena of fissure typ 2． 5致密微孔隙实验型油水驱替实验 薄片观察表明， 西 167 井 1 的方解石胶结致 密。在进行砂岩模型实验中， 流体不易进入; 因此， 油进入时的压力较大， 且从基质一侧进入; 但水驱 油时， 在压力达到 200 kPa 的时候， 水仍不进入基 质， 而此时的压力已经超过了生产实际的压力。 3实验数据计算 3． 1驱油效率的计算 驱油效率 D 的计算常采用以下公式 刘林玉， 李红， 曹青， 等． 西峰地区白马南长 81储层地质建模．2004． D Soi－ Sor Soi 1 式 1 中， Soi为原始的含油饱和度; Sor为残余油饱 和度。 根据公式 1 计算后得到鄂尔多斯盆地西峰 地区长 8 砂岩储集层中 10 个真实砂岩微观模型的 驱油效率 表 1 。 3． 2渗透率的计算 真实砂岩微观模型渗透率 K 的计算公式为 K QVuL A△p 2 式 2 中，QV为体积流量; u 为液体的黏度; △p 为 岩样两端的压差; A 和 L 分别为岩样的横截面积和 长度。 根据公式 2 计算得到鄂尔多斯盆地西峰地区 长8 砂岩储集层中 10 个真实砂岩微观模型的渗透 率 表1 。由于每个砂岩模型的实验受到时间的限 制， 不可能真实反映砂岩的驱油效率， 但具有系统误 差的实验数据已经充分反映了鄂尔多斯盆地西峰地 区长8 砂岩储集层具有很强的微观非均质性。 表 1实验数据统计 Table 1The statistics of the experimental data 模型 编号 残余油 饱和度 Sor/ 渗透率 K/10 －3 μm 2 驱油效率 D/ 1 2 3 4 5 10 13 22 28 14 0．0001 0．0284 0．0185 0．0027 0．0181 76 72 33 15 46 模型 编号 残余油 饱和度 Sor/ 渗透率 K/10 －3 μm 2 驱油效率 D/ 6 7 8 9 10 8 14 5 7 11 0．0130 0．0308 0．0128 0．0440 0．0227 75 72 76 63 56 4真实砂岩微观模型实验的分析 4． 1影响砂岩微观非均质性的因素 影响砂岩微观非均质性的因素很多， 其主要影响 因素表现为砂岩的孔隙结构和沉积成岩作用特征。 1 研究区砂岩发育大量的碳酸盐胶结物， 堵 塞了一些孔隙和喉道。同时一些孔隙由于被粘土 及绿泥石膜保护起来形成残余孔隙， 这些残余孔隙 连通起来， 为流体提供了有利的通道。这就使得此 地区有严重的非均质性。也正是这种严重的非均 质性， 使低渗储层很容易在沉积作用形成的纹层 缝、 破裂作用形成的裂缝和溶蚀作用形成的溶蚀孔 隙的改造下产生高渗透区， 试油结果发现单井日产 原油超过 20 t。 2 本区纹层缝的发育是造成非均质性强的 另一个因素。大量岩心显示砂岩纹层缝是沉积作 用的产物， 在纹层缝周围含油现象较多。纹层缝的 接触区常是应力发育的薄弱带， 在这些地方容易产 生一定的空间， 流体容易进入， 这也是造成储层非 均质性的重要原因之一。 3 裂缝是影响非均质性的另一个重要因素。 液体总是最先进入畅通、 容易进入的区域， 所以裂缝 13 第 1 期刘林玉等 鄂尔多斯盆地西峰地区长 8 砂岩微观非均质性的实验分析第 27 卷 ChaoXing 一般是流体最容易进入的区域， 而在周围基质中很少 有油迹现象， 这就造成了裂缝分布严重的非均质性。 4． 2残余油的形成及分布表现砂岩的非均质性 残余油的类型多种多样， 由于注入水在进入孔 隙之后总是首先沿孔隙边缘夹缝或者纹层缝流动， 这样很容易把孔隙中央的油包围起来形成残余油。 在一个厚油层内部， 有的水洗油很干净， 有的部位 水进不去形成“死油区” ， 影响了这些油层更好地 发挥作用。另外， 裂缝型的残余油分布又有它的特 点 一般在裂缝中或周围的基质中均有油进入 只 是在基质中进入的很少 ， 而在水驱油时， 水常常 容易驱走裂缝中的油， 而基质中的油基本上没有被 驱走， 所以致使基质中的油被保留下来。这也是油 田中常常提到的由于裂缝的存在导致水的窜流， 影 响孔隙发挥作用。总之， 根据它们存在的形态， 可 以将残余油分为两大类 一类是占较多孔隙的连片 状残余油， 另一类是占据较少孔隙的一部分分散型 残余油。实验过程中水驱油时致密区形成的残余 油往往连成片状; 而在水较容易进入的区域， 这种 分散型残余油主要以孤岛状、 油丝状分布。 鄂尔多斯盆地西峰地区长 8 砂岩油层总体上 非均质性很强。低渗储层的非均质性对油气田的 开发具有重要影响作用 ［3， 25 ］。本次实验中西峰油 区长 8 砂岩驱油范围较小， 仅有很少一部分孔隙是 连通的， 提供了驱油的通道。低渗储层产能较低， 但有些井段的出油能力强， 这是由于低孔低渗储层 具有很强的非均质性， 在残余孔隙、 溶蚀孔隙和裂 缝孔隙等孔隙发育的地区形成了孔隙结构很好的 高孔高渗油层。 5几点认识 1 鄂尔多斯盆地西峰地区长 8 砂岩储集层 具有裂缝、 纹层缝、 溶蚀型孔隙、 残余型孔隙和致密 微型微孔隙等多种孔隙类型， 一个真实砂岩微观模 型中一旦有较大的孔隙通道时， 加入的液体很容易 进入并进行油水驱替， 而孔隙较小或连通性较差 时， 即使加压， 液体也难以进入。这说明研究区长 8 砂岩储集层的非均质性较强。 2 砂岩微观非均质性的影响因素很多。西峰 地区砂岩的沉积成岩作用和孔隙结构是导致砂岩储 集层非均质性的主要原因。非均质性的存在会导致 在油层开发中低渗透砂岩中形成大量的残余油。 3 对于研究区而言， 在低渗透砂岩储层中， 孔 隙结构的均质性好并非意味着驱油效果好; 在有些地 区， 强烈的溶蚀作用导致砂岩孔隙很发育， 但分布很 不均一， 此类地区砂岩储层孔隙结构的非均质性较 强， 其驱油效果反而较好， 形成砂岩储层的高渗带。 6参考文献 ［ 1］黄继新． 储集层参数随机建模方法在扇三角洲储集 层非均质性研究中的应用［J］ ． 石油勘探与开发， 2005， 32 6 52 －55． ［ 2］赵跃华． 王集油田储层孔隙结构及微观非均质性研 究［ J］ ． 石油勘探与开发， 1992， 19 4 96 －106． ［ 3］唐俊伟． 苏里格低渗非均质性气田开发技术对策探 讨［ J］ ． 石油勘探与开发， 2006， 33 1 107 －110． ［ 4］刘林玉． 张强凹陷沙海组碎屑岩储层的非均质性［ J］ ． 西北大学学报 自然科学版， 2002， 32 6 663 －666． ［ 5］杨帆． 用成岩岩相分析法剖析轮南东斜坡东河砂岩 非均质性储集层［J］ ． 石油勘探与开发， 2006， 33 2 136 －139． ［ 6］王寿庆． 双河油田储层非均质性特征和非均质模式 ［ J］ ． 石油勘探与开发， 1987， 14 1 62 －69． ［ 7］Houseknecht D W． Assessing the Relative Importance of Compaction Processes and Cementation to Reduction of Porosity in Sandstones［J］ ． AAPG Bulletin， 1987， 71 6 633 －643． ［ 8］Baker J C， Harvord P J， Martin K R， et al． Diagenesis and Petrophysics of the Early Permian Moogooloo Sandstone， SouthernMarnarvonBasin， Weseten Austealia［ J］ ． AAPG Bulletin， 2000， 84 250 －265． ［ 9］Marchant M E，Smalley P C，Haszeldine R S，et al． Note ontheImportanceofHydrocarbonFillfor Reservoir Quality Prediction in Sandstones［J］ ． AAPG Bulletin， 2002， 86 9 1561 －1571． ［ 10］Wescott W A． Diagenesis of Cotton Valley Sandstone Upper Jurassic ，East Texas Implication for Tight Gas ation Pay Recognition［J］ ． AAPG Bulletin， 1983， 67 6 1002 －1013． ［ 11］Surdam R C，Crossry L J，Hagen E S．Organic- Inorganic Interactions and Sanstone Diagenesis［J］ ． AAPG Bulletin， 1989， 73 1 1 －23． ［ 12］ 刘林玉， 邸世． 吐鲁番坳陷中侏罗统沉积与储层孔隙发 育特征［ J］ ． 石油与天然气地质， 1997， 18 3 247 －251． ［ 13］ 李斌， 孟自芳， 李相博， 等． 靖安油田上三叠统长 6 成 岩作用研究［ J］ ． 沉积学报， 2005， 23 4 574 －583． ［ 14］ 蔡进功， 谢忠怀， 田芳， 等． 济阳坳陷深层砂岩成岩 作用及孔隙演化［J］ ． 石油与天然气地质， 2002， 23 1 84 －88． 参考文献下转第 36 页 23 第 1 期 岩矿测试 http ∥ykcs． i3t． com． cn/ 2007 年 ChaoXing 比较谱线 Fe 533．33 nm 的强度比值1样品为0．176， 2样品为1．22， 3样品为1．35， 4样品为2．88。利用这 组量化比值很容易鉴别4 种牌号的材料。例如， 测定 出样品的谱线强度比值为 1．33， 在 3样品的 1．35 附 近， 可判定所测定的样品牌号是3。 对于鉴别一些铬含量较为接近的铁基合金时， 人眼判定很容易出错， 但借助数字化分析系统能够 很好地解决这个问题。如果遇到现场无法解决的 难题时， 可使用系统的记录功能， 将观测区的视场 即时记录成电子谱图， 后期再进行分析处理。 3结语 可见光谱分析技术自引入我国已有 50 多年的 历史， 科研人员在技术上的探索研究一直未间断， 快速分析的特点使可见光谱分析技术在工业生产 过程中发挥了重要作用。进入 21 世纪后， 一些技 术推广性的成果常见诸于文献 ［8 －9 ］， 分析技术的精 度 ［10 ］、 技术改进［11 ］和分析方法［12 ］等方面也有人在 进行探索研究， 但文章中实际谱图很少见到， 基本 采用线描谱图。由于现有的仪器设备无法进行谱 图记录， 胶卷相机的谱图质量不稳定且无法即时看 到记录效果， 限制了可见光谱分析技术的应用范围 和技术改进。 数字技术的发展为对可见光谱进行数字化采样 和记录提供了基础， 在铁基合金铬元素分析中的应 用得到理想的结果。谱图可以即时记录成数字谱图 并存储于计算机硬盘等介质中， 谱图的量化分析也 可以利用计算机自动进行而摆脱人眼视觉误差的影 响。由于数字分析技术使得光谱的观测分析可以多 人同时进行， 方便了技术交流和人员培训， 对可见光 谱分析技术的推广和深入研究都有重要意义。 本工作只是初步探索， 希望得到光谱分析领域 专家的指导， 愿有更多的科研技术人员在数字化技 术上进行更深入的研究工作。 4参考文献 ［ 1］斯文齐茨基 H C． 看谱镜［M］ ． 周鸿吉， 韦雅文， 译． 北京 中国工业出版社， 1963 8 －11． ［ 2］孙相诚． 看谱分析［M］ ． 北京 新时代出版社， 1982 37 －59． ［ 3］洛阳轴承厂． 看谱分析图谱与标志［ M］ ． 北京 机械 工业出版社， 1974 1 －4． ［ 4］李国华， 徐秋心． 金属材料看谱分析手册［ M］ ． 成都 四川大学出版社， 2000 57 －85． ［ 5］冶金工业部情报产品标准研究所． 光谱线波长表 ［ M］ ． 北京 中国工业出版社， 1971 640 －647． ［ 6］刘平， 庞晓辉， 杨军红， 等． 棱镜看谱镜线色散率及应 用研究［ J］ ． 材料工程， 2006 1 27 －31． ［ 7］刘平， 庞晓辉， 杨军红， 等． 铁基合金中钨元素的看谱 分析技术应用研究［J］ ． 中国钨业， 2005， 20 6 41 －44． ［ 8］曾澄光， 刘广宇． 看谱分析技术及其应用［J］ ． 硬质 合金， 2002， 19 1 54 －56． ［ 9］李栋梁， 李寒青． 看谱分析的特点及应用［J］ ． 油气 田地面工程， 2001， 20 2 59 －60． ［ 10］ 戴沅， 钟万里， 林丁． 看谱半定量分析准确度的探讨 ［ J］ ． 硬质合金， 2001， 18 1 39 －41． ［ 11］ 谭宗礼． 普通火花光源激发钢中铝的看谱分析［ J］ ． 理化检验 化学分册， 2000， 36 1 29 －32． ［ 12］ 李广明． 快速看谱分析高速钢［ J］ ． 冶金分析， 2000， 20 1  58 －59． 参考文献上接第 32 页 ［ 15］ 黄思静， 谢连文， 张萌， 等． 中国三叠系陆相砂岩中 自生绿泥石的形成机制及其与储层孔隙保存的关 系［J］ ． 成都理工大学学报 自然科学版， 2004， 31 3 273 －281． ［ 16］ 刘林玉， 张龙， 王震亮， 等． 鄂尔多斯盆地镇北地区 长 3 储层微观非均质性的实验分析［ J］ ． 沉积学报， 2007， 25 2 224 －229． ［ 17］ 刘林玉， 陈刚， 柳益群， 等． 碎屑岩储集层溶蚀型次 生孔隙发育的影响因素分析［J］ ． 沉积学报， 1998， 16 2 97 －101． ［ 18］ 刘林玉， 柳益群， 陈刚． 吐鲁番坳陷中 － 上侏罗统碎 屑岩中的自生黏土矿物特征及其成岩意义［J］ ． 岩石学报， 1998， 14 2 258 －268． ［ 19］ 李汶国， 张晓鹏， 钟玉梅． 长石砂岩此生溶孔的形成 机理［ J］ ． 石油与天然气地质， 2005， 26 2 220 －223． ［ 20］ 刘林玉， 王震亮， 张龙． 鄂尔多斯盆地镇北地区长 3 砂岩的成岩作用及其对储层的影响［ J］ ． 沉积学报， 2006， 24 5 690 －697． ［ 21］ 朱国华． 陕甘宁盆地上三叠统延长组低渗透砂岩和 次生孔隙砂体的形成［J］ ． 沉积学报， 1985， 3 2 1 －17． ［ 22］ 刘林玉． 吐鲁番 － 哈密盆地中生界砂岩次生孔隙研 究［ J］ ． 石油实验地质， 1996， 18 3 317 －24． ［ 23］ 刘林玉， 邸世祥， 薛祥煦． 民和盆地巴州坳陷储集层成 岩作用［ J］ ． 石油与天然气地质， 1999， 20 1 58 －61． ［ 24］ 柳益群， 李文厚． 鄂尔多斯盆地东部上三叠统含油 长石砂岩的成岩特点及孔隙演化［J］ ． 沉积学报， 1996， 14 3 87 －96． ［ 25］ 尹志军． 陆相储层非均质性及其对油藏采收率的影 响［ J］ ． 石油与天然气地质， 2006， 27 1 106 －117． 63 第 1 期 岩矿测试 http ∥ykcs． i3t． com． cn/ 2008 年 ChaoXing