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2 0 1 7年 3月 M a r c h2 0 1 7 岩 矿 测 试 R O C KA N DM I N E R A LA N A L Y S I S V o l . 3 6 ,N o . 2 1 4 6- 1 5 5 收稿日期 2 0 1 6- 0 4- 0 8 ;修回日期 2 0 1 7- 0 2- 2 6 ;接受日期 2 0 1 7- 0 3- 2 0 基金项 目国 家 自 然 科 学 基 金 青 年 基 金 资 助 项 目 ( 4 1 5 0 2 0 8 9 ) ; 国 家 重 点 基 础 研 究 发 展 计 划 ( 9 7 3计 划)项 目 ( 2 0 1 1 C B 4 0 3 0 0 7 ) ; 中央级公益性科研院所基本科研业务费项目( K 1 4 1 5 ) ; 中国地质调查局钾盐资源调查评价 项目( D D 2 0 1 6 0 0 5 4 , D D 2 0 1 6 0 0 5 6 ) 作者简介蔡芃睿, 硕士研究生, 地球探测与信息技术专业。E - m a i l 1 4 9 8 0 5 6 8 3 5 @q q . c o m 。 通讯作者王春连, 博士, 助理研究员, 主要研究方向为矿床学和沉积地质学。E - m a i l w a n g c h u n l i a n 3 1 2 @1 6 3 . c o m 。 蔡芃睿,王春连,刘成林, 等. 运用扫描电镜和压汞法研究江汉盆地古新统白垩系砂岩储层孔喉结构及定量参数特征[ J ] . 岩矿测试, 2 0 1 7 , 3 6 ( 2 ) 1 4 6- 1 5 5 . C A I P e n g - r u i ,WA N GC h u n - l i a n ,L I UC h e n g - l i n ,e ta l . S t u d yo nP o r eS t r u c t u r ea n dQ u a n t i t a t i v eP a r a m e t e r so ft h eP a l e o c e n e - C r e t a c e o u s S a n d s t o n eR e s e r v o i r i nJ i a n g l i n gD e p r e s s i o nb yS E Ma n dM e r c u r yI n j e c t i o nM e t h o d [ J ] . R o c ka n dM i n e r a l A n a l y s i s , 2 0 1 7 , 3 6 ( 2 ) 1 4 6- 1 5 5 . 【 D O I 1 0 . 1 5 8 9 8 / j . c n k i . 1 1- 2 1 3 1 / t d . 2 0 1 7 . 0 2 . 0 0 8 】 运用扫描电镜和压汞法研究江汉盆地古新统白垩系砂岩 储层孔喉结构及定量参数特征 蔡芃睿1,王春连 2 * ,刘成林2,杨飞1,徐海明2,谢腾骁3,余小灿4,孟令阳1 ( 1 . 长江大学地球物理与石油资源学院,湖北 武汉 4 3 0 1 0 0 ; 2 . 中国地质科学院矿产资源研究所,国土资源部成矿作用与资源评价重点实验室,北京 1 0 0 0 3 7 ; 3 . 北京理工大学,北京 1 0 0 0 8 1 ; 4 . 中国地质大学( 北京) 地球科学与资源学院,北京 1 0 0 0 8 3 ) 摘要通过储集层的孔喉结构来评价储层已广泛运用于油气开发, 但目前尚未运用于钾盐储层的评价。 本文利用扫描电镜和压汞法获得的大量储层孔隙、 孔喉实验数据, 研究了江汉盆地古新统白垩系富钾卤水 砂岩储层的孔喉类型和结构、 毛细管压力曲线, 以及孔喉定量特征参数。研究表明, 古新统沙市组砂岩储层 以Ⅱ类孔隙结构为主, 排驱压力平均值为 2 . 7 2M P a , 孔隙度平均值为 6 . 3 2 %。而白垩系红花套组砂岩储层 以Ⅰ、 Ⅱ类孔隙结构为主, Ⅰ类排驱压力平均值为 0 . 2 8M P a , 孔隙度平均值为 1 6 . 9 9 %, 渗透率为 8 7 . 7 9 1 0 - 3μ m2; Ⅱ类排驱压力平均值为 1 . 1 0 3M P a , 孔隙度平均值为 1 0 . 0 2 %, 渗透率为 1 8 . 8 3 1 0- 3μ m2。通过 综合分析孔喉定量特征参数( 如最大汞饱和度、 最大孔喉半径、 中值半径、 退汞效率等) 来评价储层质量, 认 为古新统沙市组砂岩类型以粉砂岩为主, 储层质量较差, 属于特低孔低渗储层; 白垩系红花套组砂岩类型以 细砂岩为主, 储层质量较好, 属于低孔低渗储层。本研究为该区富钾卤水储层评价以及进一步勘探开发提供 了可靠的地质依据。 关键词江陵凹陷;钾盐;毛细管压力曲线;孔喉特征参数;储层物性;相关性模型 中图分类号P 5 7 5 . 2文献标识码A 从渗流角度, 岩石的孔隙空间可划分为孔隙体 和喉道, 喉道为孔隙空间中连通两个相邻孔隙的窄 小区域, 其大小控制岩石的渗流能力, 而孔隙体为孔 隙空间中的较宽区域, 其含量决定岩石的存储能 力[ 1 ]。因此, 研究砂岩储层的孔隙结构对于砂岩的 富钾卤水储量、 产能评价和勘探开发具有十分重要 的意义。目前, 孔喉结构评价手段包括压汞法、 核磁 共振( N M R ) 、 氮气吸附和微米扫描( C T ) 等[ 2 - 5 ]。 压汞是研究孔隙结构的有效岩石物理学方法, 毛细 管压力曲线能为我们提供多孔介质孔隙结构的大量 信息[ 6 - 7 ]。相比于其他方法, 高压压汞法测试样品 速度快、 准确, 仪器设备测试原理相对简单, 操作比 较容易。但高压压汞法的测试过程是发生在两个静 止状态之间, 这就丢失了很多孔隙结构的信息。而 高分辨率的扫描电镜( S E M) 可以直观地观察砂岩 表面孔隙结构类型, 观察纳米级孔隙, 获得精细的孔 隙结构图像。 以高分辨率的扫描电镜( S E M) 为主的直接观 641 ChaoXing 测法可以直接描述砂岩孔隙形态、 连通性和孔隙密 度等, 但对页岩孔隙结构缺乏相应的检测手段和计 算方法, 并不能全面地展现页岩储层的储集空间特 征[ 8 ]。将直接观测法( 高分辨率的扫描电镜) 与间 接测试法( 高压压汞法) 相结合对孔隙进行分析, 是 准确揭示页岩宽范围孔径分布的有效途径, 故本文 也采用直接观测法与间接测试法相结合, 研究江汉 盆地江陵凹陷古新统沙市组和白垩系红花套组储层 孔喉结构特征及与物性的相关性。在油气勘探开发 的过程中, 因为储层的微观孔喉结构直接影响油气 富集情况、 后期开发难易程度及开发效果, 故常以孔 喉结构来评价储集层的开采潜力和商业价值[ 9 - 1 0 ]。 液态钾盐与石油同为液态矿产, 在运移和储集空间 上具有一定的相似性, 而我国尚未有通过储层物性 对钾盐矿床进行评价的研究。故本文重点对古新 统白垩系砂岩储层特征进行了基础性研究, 在此 基础上分析了储层的微观孔喉结构对物性的影响, 并对研究区储层质量进行评价, 为进一步勘探开发 江陵凹陷深部富钾卤水提供一定的地质依据。 1 研究区地质特征 江汉盆地位于江汉平原中部, 是在扬子克拉通 基底上发育起来的中、 新生代内陆断陷盐湖盆 地[ 1 1 ], 面积达 3 6 3 6 0k m 2。江陵凹陷是江汉盆地最 大的次级构造单元, 位于盆地西南部, 面积为 6 5 0 0 k m 2。江陵凹陷发育了一套白垩系第三系陆源碎 屑沉积地层。自下而上为白垩系红花套组和渔洋 组、 下第三系沙市组、 新沟咀组、 荆沙组、 潜江组和荆 河镇组、 上第三系广华寺组及第四系平原组地层, 中、 新生代地层最大沉积厚度可达万米以上。深层 富钾卤水作为一种重要的液体矿产, 在世界多个蒸 发岩盆地都有发现和报道[ 1 2 - 1 4 ]。1 9 6 7年, 在江陵 凹陷沙市构造石油勘探中, 沙 4井于 3 3 0 0m深处首 次发现高温高压的深层富钾卤水[ 1 5 ], 其后又有多口 井钻遇深层富钾卤水。江陵凹陷从白垩系到古新统 均不同程度地赋存有地下卤水, 分布面积超过 1 0 0 0k m 2, 其中古新统沙市组和白垩系红花套组砂 岩储卤层是凹陷内具有重要资源意义的储卤体, 是 区域卤水资源评价的重点, 江陵凹陷富钾卤水及氯 化钾资源勘探开发潜力巨大。研究区古新统白垩 系富钾卤水储层主要为孔隙型砂岩储层, 岩性以石 英砂岩、 岩屑石英砂岩为主, 成分成熟度高, 已达到 晚成岩阶段, 原生孔隙由于复杂的成岩作用遭到破 坏, 次生孔隙发育, 属于低孔低渗 - 特低孔特低渗储 层, 复杂的成岩作用是储层渗透率变差的主要影响 因素, 储层的孔隙、 孔喉结构及物性特征直接影响着 富钾卤水的富集和产能。 2 实验部分 2 . 1 实验样品 实验所用的岩心样品取自江汉盆地江陵凹陷科 探一井( S K D 1 ) 古新统沙市组和白垩系红花套组, 采 样深度为 8 0 9 . 5~ 2 2 6 2 . 9m , 共取样 3 0件, 样品为 灰色砂岩和浅棕色砂岩。野外样品取自湖北省襄阳 市的保康和通城河、 宜昌市的远安和高家堰, 共取样 5 0件, 样品为棕色砂岩、 浅棕色砂岩和灰色砂岩。 2 . 2 测试方法 2 . 2 . 1 扫描电镜测试 扫描电镜( S E M) 实验是在中国地质科学院国 土资源部大陆动力学重点实验室进行。扫描电镜为 J S M-5 6 1 0 L V型( 日本电子公司) , 电子束电压 2 0k V , 焦距 2 0m m , 束斑大小 4 1n m 。 2 . 2 . 2 压汞法测试 实验设备为美国 M i c r o m e r i t i c s 公司 9 3 2 0压汞 仪, 实验最高压力 3 0 0 0 0p s i ( 2 0 4M P a ) , 测量喉道范 围 0 . 0 0 6~ 3 6 0μ m , 实验方法和数据处理方法参照 行业标准 S Y/ T5 3 4 6 2 0 0 5 岩石毛细管压力曲线 的测定 。 3 结果与讨论 3 . 1 储层孔隙特征 目前针对江陵凹陷内储层的研究仅限于盆地内 的含油气层段古新统新沟嘴组, 对目标层位的孔隙 类型和孔隙结构特征的研究尚未展开[ 1 6 ]。本项目 组运用多种测试方法, 系统地查明研究区古新统 白垩系砂岩储层的孔隙类型和孔隙结构特征, 拟为 研究区砂岩储层的评价、 寻找有利储层以及对江陵 凹陷富钾卤水进一步勘探开发奠定基础[ 1 7 ]。 3 . 1 . 1 储层孔隙类型 研究区砂岩储层由于受到强烈的成岩作用的影 响, 原生孔隙遭到严重破坏, 次生孔隙发育, 通过对 研究区采集的样品进行岩性观察、 普通薄片、 铸体薄 片以及扫描电镜分析得出, 研究区砂岩储层的孔隙 类型复杂, 按孔隙产状及溶蚀作用分类[ 1 8 ], 包括粒 间孔、 粒内孔、 填隙物内孔隙、 溶孔及微裂缝 5种孔 隙类型( 图 1 ) 。 粒间孔隙 是指砂岩碎屑颗粒之间的孔隙, 多为 不规则状。根据孔隙成因, 又分为正常粒间孔、 剩余 741 第 2期蔡芃睿, 等 运用扫描电镜和压汞法研究江汉盆地古新统白垩系砂岩储层孔喉结构及定量参数特征第 3 6卷 ChaoXing 粒间孔两类。研究表明, 砂岩储层的优劣在很大程 度上是由粒间孔隙的发育和后期改造程度决定的。 研究区白垩系古新统砂岩储层正常粒间孔遭到严 重破坏, 主要发育剩余粒间孔。通过铸体薄片观察 发现, 压实作用强烈, 硅质胶结( 包括石英次生加 大、 硅质充填) 和碳酸盐胶结是正常粒间孔破坏的 主要原因( 图 1 a , b ) 。 粒内孔 是指在碎屑颗粒内部存在的非溶蚀作 用形成的孔隙。大多数情况下粒内孔隙呈孤立状存 在, 孔隙之间不连通, 因此对卤水的富集和运移没有 太大的作用。 填隙物内孔隙 分布于填隙物内的孔隙( 图1 c ) 。 溶孔 是指在成岩作用过程中, 碎屑颗粒及填隙 物受到溶蚀作用而形成的孔隙。镜下观察发现, 研 究区溶蚀孔隙发育, 主要包括以下几种。 ( 1 ) 粒间溶孔 碎屑颗粒与孔隙接触部位在酸 性环境下发生溶解而形成的形状不规则的次生孔 隙, 表现为港湾状或凹凸状分布( 图 1 d ) 。 ( 2 ) 粒内溶孔 碎屑颗粒内可溶矿物被溶蚀, 或 者沿着颗粒解离等易容部位发生溶解而形成的孔隙 ( 图 1 f ~ h ) 。 ( 3 ) 填隙物内溶孔 颗粒间的填隙物受到溶蚀 而形成的孔隙, 研究区主要发育碳酸岩胶结物内溶 孔( 图 1 e ) 。 ( 4 ) 铸模孔 碎屑颗粒被完全溶蚀而形成的孔 隙, 研究区存在少量铸模孔( 图 1 i ) 。 微裂缝 一般是由于成岩作用或者构造作用造成 的。微裂缝在研究区砂岩储层中并不发育, 并且部分 微裂缝被后期胶结物填充。微裂缝对于储层孔隙度 影响不大, 但它往往可作为孔隙间连通的“ 大喉道” , 这有利于提高碎屑储集岩的渗流能力, 尤其是对于研 究区这种以孤立溶蚀孔为主的储集岩( 图1 k , l ) 。 3 . 1 . 2 储层喉道类型 研究区古新统沙市组砂岩储层由于压实作用强 烈, 孔隙大都孤立存在, 喉道不发育。白垩系红花套 组砂岩储层喉道类型较为发育, 以孔隙缩小型和片 状喉道为主, 缩颈型、 片弯状喉道次之, 管束状喉道 不发育。 3 . 1 . 3 储层孔喉结构特征 孔喉结构特征作为储层孔隙特征研究的另一个 重要内容, 包括孔喉组合特征和匹配特征。由于孔 隙之间的连通性好坏决定了孔隙的有效性, 而孔喉 组合、 匹配特征又决定孔隙之间的连通性[ 1 9 ], 因此, 孔喉结构特征的研究对于研究区富钾卤水的勘探开 发有着重要的指导意义。本文通过压汞实验来分析 江陵凹陷古新统白垩系富钾卤水砂岩储层的孔喉 结构特征。 ( 1 ) 毛细管压力曲线特征 毛细管压力曲线的形态主要受控于两个因素, 分别为分选和歪度( 又称偏斜度) 。其中, 分选是孔 喉大小分布离散 - 集中程度的反应, 分选性越好, 表 明孔喉大小分布越集中, 反之越分散; 歪度则反应孔 喉的粗细程度, 粗歪度偏于粗孔喉, 细歪度则偏于细 孔喉, 歪度越粗越好[ 2 0 ]。通过研究区砂岩储层岩心 样品压汞实验获取了毛细管压力曲线( 图 2 ) , 结合 排驱压力等实验参数, 分别将古新统沙市组和白垩 系红花套组砂岩储层进行了分类。 古新统沙市组砂岩储层可分为Ⅰ、 Ⅱ、 Ⅲ三 类[ 2 1 - 2 3 ], 以Ⅱ类孔隙结构为主。Ⅱ类压汞毛细管压 力曲线排驱压力分布在 1 . 7~ 4 . 7 6M P a 之间, 平均 值为 2 . 7 2M P a , 表明储层最大喉道半径变小, 储集 性能变差; 孔隙度平均值为 6 . 3 2 %, 分布于 1 . 9 6 % ~ 9 . 3 5 %之间, 曲线中部平缓段变短, 表明储层岩石 喉道分布集中程度降低; 孔隙分选性变差, 曲线末端 曲率变大, 表明细喉道所占比例上升。该类孔隙结 构粒间孔隙不发育, 岩性一般以粉砂岩为主。 白垩系红花套组砂岩储层也可分为Ⅰ、 Ⅱ、 Ⅲ三 类, 以Ⅰ、 Ⅱ类孔隙结构为主。Ⅰ类压汞毛细管压力 曲线排驱压力小于 0 . 5M P a , 分布于 0 . 1 3 6~ 0 . 4 7 6 M P a 之间, 平均值为 0 . 2 8M P a , 表明储层最大孔喉 半径较大, 平均值为 2 . 5 9μ m , 储集性能较好; 孔隙 度平均值为 1 6 . 9 9 %, 分布于 4 . 8 8 % ~2 8 . 2 7 %之 间, 渗透率为 8 7 . 7 91 0 - 3 μ m 2, 分布于 0 . 2 8~ 6 3 5 . 0 8 1 0 - 3μ m2之间, 曲线中部相对倾斜, 表明储 层岩石喉道分散; 孔隙分选性差, 可能以双峰或多峰 存在, 曲线末端曲率较小, 表明细喉道所占比例较 小。多偏于粗歪度, 该类孔隙结构普遍发育粒间孔 隙, 岩性一般以细砂岩为主。Ⅱ类压汞毛细管压力 曲线排驱压力比Ⅰ类高一些, 分布于 0 . 6 1 2~1 . 7 M P a 之间, 平均值为 1 . 1 0 3M P a , 表明储层最大喉道 半径变小, 平均值为 0 . 7 8μ m , 储集性能变差; 孔隙 度平均值为 1 0 . 0 2 %, 分布于 4 . 5 8 % ~ 2 8 . 4 1 %, 渗 透率为 1 8 . 8 3 1 0 - 3μ m2, 分布于 0 . 0 6~ 3 9 2 . 1 9 1 0 - 3μ m2之间; 曲线中部相对平缓, 表明储层岩石喉 道分布集中; 孔隙分选性较好, 孔喉半径频率分布曲 线多为单峰型, 曲线末端曲率较大, 表明细喉道所占 比例增加。该类孔隙结构成岩作用发育, 次生粒间 孔隙发育, 砂岩粒度一般以细、 粉砂为主。 841 第 2期 岩 矿 测 试 h t t p ∥w w w . y k c s . a c . c n 2 0 1 7年 ChaoXing 图 1 江陵凹陷古新统白垩系砂岩储层孔隙类型 F i g . 1 P o r et y p e s o f P a l e o c e n et oC r e t a c e o u s s a n d s t o n er e s e r v o i r s i nJ i a n g l i n gD e p r e s s i o n ( 2 ) 孔喉分布特征 研究区孔喉分布同时具有单峰、 双峰、 多峰三种 峰型, 表明砂岩储层具有孔隙结构复杂, 孔喉类型多 样的特点。分析表明, 古新统沙市组砂岩储层孔喉 大小分布呈单峰时具有较好的物性, 而白垩系红花 套组砂岩储层孔喉大小分布呈双峰、 多峰时具有较 941 第 2期蔡芃睿, 等 运用扫描电镜和压汞法研究江汉盆地古新统白垩系砂岩储层孔喉结构及定量参数特征第 3 6卷 ChaoXing 图 2 各类储层压汞曲线 F i g . 2 M e r c u r yi n j e c t i o nc u r v e s o f v a r i o u s r e s e r v o i r s 好的物性。单峰表明储层孔喉以一种类型为主, 分 选性较好; 双峰则是储层孔喉以两种类型为主, 分选 较差, 也可能是微裂隙存在导致的; 多峰则表明孔喉 半径分布离散, 孔隙类型多样, 均一性差。 储层孔喉类型的多样性往往是由于在地质历史 时期经历了复杂的成岩作用导致的, 复杂的成岩作 用是储层渗透率变差的主要影响因素[ 2 4 - 2 5 ], 而储层 的渗流能力主要是由喉道类型控制。 3 . 2 孔喉定量特征参数 在分析毛细管压力曲线特征的基础上, 进一步 探讨分析孔喉定量特征参数, 包括孔喉均值系数、 孔 喉分选系数、 孔喉歪度、 变异系数、 中值压力、 中值半 径、 排驱压力、 最大吼道半径、 最大汞饱和度、 退汞效 率以及平均孔喉比等。根据压汞实验获取孔喉定量 特征参数, 统计分析得出, 各孔喉定量特征参数相差 很大, 如表 1所示。 表 1 研究区砂岩储层孔喉定量特征参数统计 T a b l e 1 q u a n t i t a t i v ec h a r a c t e r i s t i cp a r a m e t e r s o f p o r et h r o a t o f s a n d s t o n er e s e r v o i r i ns t u d ya r e a 特征参数 古新统沙市组白垩系红花套组 最小值最大值平均值最小值最大值平均值 孔喉均值系数0 . 6 5 2 5 5 . 4 9 5 8 2 . 7 4 7 2 0 . 1 7 7 9 2 . 8 9 5 6 1 . 4 7 0 7 孔喉分选系数0 . 9 7 3 3 2 . 4 8 1 9 1 . 6 3 3 1 0 . 9 6 1 62 . 3 91 . 7 7 3 9 孔喉歪度0 . 1 2 2 2 2 . 4 4 6 3 1 . 5 5 0 8 0 . 8 3 7 3 2 . 6 7 5 6 1 . 8 2 4 6 变异系数0 . 2 0 4 3 2 . 6 0 5 3 0 . 7 9 1 9 0 . 5 2 3 4 1 1 . 1 2 9 6 1 . 6 5 中值压力( M P a )0 . 7 9 8 1 5 3 . 5 5 0 61 9 . 9 5 9 6 0 . 9 2 4 7 0 . 5 3 8 51 1 . 0 2 1 7 中值半径( μ m )0 . 0 1 3 7 0 . 9 5 6 3 0 . 1 6 9 3 0 . 0 1 0 4 0 . 8 2 2 8 0 . 2 0 1 3 排驱压力( M P a )0 . 4 0 82 7 . 28 . 8 9 4 4 0 . 1 3 63 . 40 . 9 5 6 8 最大吼道半径( μ m ) 0 . 0 2 7 1 . 8 0 2 5 0 . 3 3 3 3 0 . 2 1 6 3 5 . 4 0 7 4 1 . 6 8 4 1 最大汞饱和度( %) 2 1 . 4 4 1 59 5 . 9 4 8 36 8 . 6 5 1 22 9 . 3 9 0 49 4 . 9 3 9 8 7 0 . 0 4 5 退汞效率( %)6 . 8 2 5 9 4 3 . 3 2 6 42 7 . 3 9 7 31 9 . 7 8 7 85 4 . 6 5 8 53 5 . 1 2 7 6 平均孔喉比1 . 3 0 8 1 1 3 . 6 5 0 1 3 . 2 4 5 5 0 . 8 2 9 5 4 . 0 5 3 6 2 . 0 4 0 8 3 . 3 储层物性参数与孔喉特征参数的相关性分析 在整理研究区储层孔喉定量特征参数的基础 上, 进一步分析了孔喉特征参数与储层物性参数之 间的关系, 进而得到其相关性模型。由于孔喉结构 特征参数类型多, 不同孔喉结构参数之间的关系并 不完全一致[ 2 6 ]。统计分析表明, 研究区储层孔喉特 征参数中的排驱压力、 孔喉最大喉道半径等参数与 储层物性孔隙度、 渗透率参数相关性较好; 而中值压 力、 退汞效率等参数与储层物性参数的相关性一般, 这可能与本区富钾卤水储层经历了复杂的成岩作 用, 储层孔喉结构复杂、 差异大, 储层物性普遍较差 有关。 3 . 3 . 1 最大喉道半径 研究区孔喉最大喉道半径作为反映孔喉大小的 定量参数, 与储层物性有正的相关性, 即随着最大喉 道半径的增大, 砂岩的孔渗物性也随之变大, 从而储 层的储集、 渗流能力得到提高, 质量优化( 图 3 ) 。 3 . 3 . 2 排驱压力( 阀压) 排驱压力是对储层孔隙的集散程度以及孔喉连 通性的反映。研究发现, 排驱压力与最大吼道半径 呈负相关性, R 2= 1 。表明随着排驱压力的增大, 储 层的喉道半径变小, 进而严重影响储层的物性, 导致 储集性能变差。研究区古新统沙市组砂岩储层排驱 051 第 2期 岩 矿 测 试 h t t p ∥w w w . y k c s . a c . c n 2 0 1 7年 ChaoXing 图 3 最大喉道半径与储层物性相关性 F i g . 3 C o r r e l a t i o nb e t w e e nm a x i m u mt h r o a t r a d i u s a n dr e s e r v o i r p h y s i c a l p r o p e r t i e s 压力的分布区间为 0 . 4 0 8~2 7 . 2M P a , 平均值为 8 . 8 9 4 4M P a , 排驱压力变化较大, 普遍偏高, 储层的 储集性能差。而白垩系红花套组砂岩储层排驱压力 分布在 0 . 1 3 6~3 . 4M P a之间, 平均值为 0 . 9 5 6 8 M P a , 小于1M P a , 排驱压力较低, 表明储层的储集性 能中等[ 2 7 ]( 图 4 ) 。 3 . 3 . 3 孔喉均值系数 实验结果表明, 随着孔喉均值系数的增大, 储层 物性变差。可以看出, 研究区白垩系红花套组储层 均值系数与孔隙度、 渗透率的相关性好于古新统沙 市组储层孔喉均值系数与孔隙度、 渗透率的相关性, 表明在物性较好的储层中, 均值系数与孔隙度、 渗透 率有较好的相关性。随着储层物性变差, 均值系数 与储层物性相关性变弱。 3 . 3 . 4 饱和度中值压力 实验结果表明, 饱和度中值压力与储层物性表 现为负的相关性, 即储层的储集、 渗流能力随着中值 压力的增大而变差。研究区古新统沙市组储层的孔 喉中值压力分布于 0 . 7 9 8 1~ 5 3 . 5 5 0 6M P a 之间, 平 均值为 1 9 . 9 5 9 6M P a , 中值压力明显偏高, 表明沙市 组储层具有砂岩致密, 孔隙不发育, 渗流能力较差的 特点[ 2 8 ]。同时, 孔喉中值压力与渗透率的相关性系 数 R 2= 0 . 6 8 3 6 , 要好于与孔隙度的相关性。白垩系 红花套组储层孔喉中值压力的分布区间为 0 . 9 2 4~ 7 0 . 5 3 8 5M P a , 平均值为 1 1 . 0 2 1 7M P a 。并且以 2 0M P a 为界, 界线两侧储层物性均随中值压力的增 加而变差。 3 . 3 . 5 退汞效率 退汞效率作为严重影响采收率的孔喉定量参 数, 根据以往研究, 退汞效率与储层物性呈正的相关 性。但本区实验结果表明, 研究区储层孔隙度、 渗透 率与退汞效率的相关性较弱, 甚至白垩系红花套组 储层砂岩的孔隙度与退汞效率表现出负的相关性, 可能是由于研究区砂岩储层微观孔隙结构复杂、 连 通性较差, 孔喉匹配程度较差以及储层非均质性强 等原因造成的。 3 . 3 . 6 孔喉中值半径 研究区砂岩储层孔隙度和渗透率随着孔喉中值 半径的增大而增大, 表现为正的相关性。同时, 中值 半径与渗透率的相关性系数 R 2大于中值半径与孔 隙度的相关性系数, 表明孔喉中值半径对研究区砂 岩储层渗透率的影响程度相对于其对孔隙度的影响 151 第 2期蔡芃睿, 等 运用扫描电镜和压汞法研究江汉盆地古新统白垩系砂岩储层孔喉结构及定量参数特征第 3 6卷 ChaoXing 图 4 研究区阀压与最大喉道半径相关性( a . 古新统沙 市组; b . 白垩系红花套组) F i g . 4 C o r r e l a t i o nb e t w e e nv a l v e p r e s s u r e a n dm a x i m u mt h r o a t r a d i u s(a i s P a l e o c e n e F o r m a t i o n , b i s S h a s h i F o r m a t i o n ) 要高。对比古新统沙市组与白垩系红花套组发现, 沙市组中值半径与储层物性的相关性好于红花套组 中值半径与储层物性的相关性, 表明白垩系红花套 组储层微观孔隙类型比古新统沙市组更复杂。 3 . 3 . 7 孔喉分选系数 孔喉分选系数表示孔喉大小的集中程度。分选 系数越小, 孔喉越集中; 反之越分散。实验结果表 明, 研究区古新统沙市组储层孔喉分选系数与孔隙 度、 渗透率的相关性与白垩系红花套组储层孔喉分 选系数与孔隙度、 渗透率的相关性相反。古新统沙 市组储层的孔隙度随着孔喉分选系数的增大先增大 后减小, 当分选系数在 1 . 2 5~ 1 . 7 5之间时, 孔隙度 较好; 渗透率随着孔喉分选系数的增大而变差。白 垩系红花套组储层的孔喉分选系数与孔隙度、 渗透 率呈正相关, 即随着分选系数的增大, 物性逐渐变 好。总之, 单一根据孔喉的均一程度无法判定储层 物性的好坏, 还要结合孔喉发育程度、 连通性等其他 因素综合判断。 3 . 3 . 8 最大汞饱和度 数据表明, 研究区储层的储集、 渗流能力随着孔 喉最大汞饱和度的增大而变好, 反之储层质量变差。 且沙市组储层最大汞饱和度与渗透率的相关性系数 R 2= 0 . 3 1 6 9 ( 红花套组 R2= 0 . 2 2 8 4 ) , 大于最大汞饱 和度与孔隙度的相关性系数 R 2= 0 . 1 8 4 9 ( 红花套组 R 2= 0 . 1 5 3 7 ) , 表明研究区储层砂岩的最大汞饱和 度主要反映岩石的渗流能力, 同时表明汞进入孔隙 的难易程度。 4 结论 本文运用扫描电镜和压汞法对江陵凹陷内砂岩 孔隙进行研究, 发现古新统沙市组砂岩储层属于特 低孔低渗储层, 而白垩系红花套组砂岩储层属于低 孔低渗储层。根据压汞曲线形态特征, 将古新统沙 市组、 白垩系红花套组砂岩储层孔隙结构分为三类。 在古新统沙市套组砂岩储层中, 以Ⅱ类为主, 孔隙类 型粒间孔隙不发育, 岩性一般以粉砂岩为主。在白 垩系红花套组砂岩储层中, 以Ⅰ、 Ⅱ类孔隙结构为 主, 排驱压力较低, 孔隙度大于 1 0 %, 岩性以细砂岩 为主。孔喉定量特征参数中, 最大汞饱和度、 最大孔 喉半径、 中值半径、 退汞效率与储层物性呈正的相关 性; 中值压力、 排驱压力、 均值系数与储层物性呈负 的相关性; 在沙市组, 分选系数与储层物性负相关, 而在红花套组, 分选系数与储层物性正相关。因此, 应综合分析孔喉定量特征参数来表征储层物性。 本文认为, 古新统沙市组砂岩储层质量较差, 砂 岩类型以粉砂岩为主, 物性较差, 虽溶蚀作用使物性 有所改善, 但由于孔隙大都孤立存在, 储层喉道不发 育, 连通性差; 其中富钾卤水主要为裂隙型赋存, 因 此今后需要对裂隙型储层进行深入研究。白垩系红 花套组砂岩储层质量较好, 砂岩类型以细砂岩为主, 部分地区有砾岩存在, 后期的胶结、 溶蚀作用使得粒 间次生孔隙发育, 储层具有很强的非均质性; 同时, 储层孔喉发育, 连通性较好。但由于白垩系地层较 深, 钻井资料较少, 故今后也需要对该层段进行进一 步的勘察与研究。 致谢在此首先感谢在野外样品采集以及处理过程 中长江大学研究生李浩楠、 刘锦磊给予的支持与帮 助, 感谢在实验过程中中国石油大学的赵金文、 赵莉 和齐晶老师提供的帮助, 感谢在本文撰写过程中曹 养同提供的宝贵意见。 251 第 2期 岩 矿 测 试 h t t p ∥w w w . y k c s . a c . c n 2 0 1 7年 ChaoXing 5 参考文献 [ 1 ] 肖佃师, 卢双舫, 陆正元, 等. 联合核磁共振和恒速压 汞方法测定致密砂岩孔喉结构[ J ] . 石油勘探与开发, 2 0 1 6 , 4 3 ( 6 ) 9 6 1- 9 7 0 . X i a oD S , L uSF , L uZY , e ta l . C o m b i n i n gn u c l e a r m a g n e t i cr e s o n a n c ea n dr a t e - c o n t r o l l e dp o r o s i m e t r yt o p r o b et h ep o r e - t h r o a t s t r u c t u r eo f t i g h t s a n d s t o n e s [ J ] . P e t r o l e u mE x p l o r a t i o na n dD e v e l o p m e n t , 2 0 1 6 , 4 3 ( 6 ) 9 6 1- 9 7 0 . [ 2 ] 操应长, 葸克来, 朱如凯, 等. 松辽盆地南部泉四段扶 余油层致密砂岩储层微观孔喉结构特征[ J ] . 中国石 油大学学报( 自然科学版) , 2 0 1 5 , 3 9 ( 5 ) 7- 1 7 . C a oYC , X i KL , Z h uRK , e t a l . M i c r o s c o p i cp o r e t h r o a t c h a r a c t e r i s t i c s o f t i g h t s a n d s t o n e r e s e r v o i r s i nF u y uL a y e r o f t h ef o u r t hm e m b e r o f Q u a n t o uF o r m a t i o ni nS o u t h e r n S o n g l i a ob a s i n[ J ] .J o u r n a lo fC h i n aU n i v e r s i t y o f P e t r o l e u m( N a t u r a l S c i e n c e ) , 2 0 1 5 , 3 9 ( 5 ) 7- 1 7 . [ 3 ] Y a oYB , L i uDM. C o m p a r i s o no f l o w - f i e l dN M Ra n d m e r c u r yi n t r u s i o np o r o s i m e t r yi nc h a r a c t e r i z i n gp o r es i z e d i s t r i b u t i o no f c o a l s [ J ] . F u e l , 2 0 1 2 , 9 5 ( 1 ) 1 5 2- 1 5 8 . [ 4 ] C l a r k s o nCR , J e n s e nJ L , P e d e r s e nPK , e t a l . I n n o v a t i v e m e t h o d sf o rf l o w - u n i ta n dp o r e - s t r u c t u r ea n a l y s i si na t i g h ts i l t s t o n e a n d s h a l e g a sr e s e r v o i r[J ] .A A P G B u l l e t i n , 2 0 1 2 , 9 6 ( 2 ) 3 5 5- 3 7 4 . [ 5 ] 李爱芬, 任晓霞, 王桂娟, 等. 核磁共振研究致密砂岩 孔隙结构的方法及应用[ J ] . 中国石油大学学报( 自 然科学版) , 2 0 1 5 , 3 9 ( 6 ) 9 2- 9 8 . L i AF , R e nXX , Wa n gGJ , e t a l . C h a r a c t e r i z a t i o no f p o r es t r u c t u r eo fl o w p e r m e a b i l i t yr e s e r v o i r su s i n ga n u c l e a r m a g n e t i cr e s o n a n c em e t h o d [ J ] . J o u r n a l o f C h i n a U n i v e r s i t yo fP e t r o l e u m ( N a t u r a lS c i e n c e ) , 2 0 1 5 , 3 9 ( 6 ) 9 2- 9 8 . [ 6 ] 窦文超, 刘洛夫, 吴康军, 等. 基于压汞实验研究低渗 储层孔隙结构及其对渗透率的影响 以鄂尔多斯 盆地西南部三叠系延长组长 7储层为例[ J ] . 地质论 评, 2 0 1 6 , 6 2 ( 2 ) 5 0 2- 5 1 1 . D o uW C ,L i uL F ,WuK J
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