川中磨溪構造嘉二段氣藏微觀孔喉結構與滲流能力

川中磨溪構造嘉二段氣藏微觀孔喉結構與滲流能力

儲層評估是儲層研究的重要內(nèi)容和最終目標，對早期油氣勘探和后續(xù)合理開發(fā)具有非常重要的指導意義。目前,儲層評價的總趨勢是實現(xiàn)“定性與定量”、“宏觀與微觀”、“一般與具體”的3個結合;綜合考慮儲層的巖性、物性、孔隙結構等多方面的因素,通過多元線性回歸、模糊理論或聚類分析等數(shù)學的手段,對儲層進行分類評價[9,10,11,12,13,14,15]。但在實際應用中,同一油(氣)藏往往采用統(tǒng)一的孔隙度指標作為儲層評價的唯一標準,結果往往出現(xiàn)評價結果與實際產(chǎn)能狀況嚴重不符的情況,對于孔隙結構復雜、非均質(zhì)性極強的碳酸鹽巖儲層尤其如此。以四川盆地磨溪構造下三疊統(tǒng)嘉二段層狀孔隙型白云巖儲層為例,傳統(tǒng)的方法是以孔隙度3%、6%、12%作為儲層分類評價標準。在儲能系數(shù)相差不大的情況下,儲層的孔隙結構不同,其實際產(chǎn)液量相差2～5倍。針對這種評價結果與產(chǎn)能嚴重不符的現(xiàn)狀,在儲層微觀孔喉結構研究的基礎上,運用主成分分析法,針對不同孔隙結構的儲層分別建立不同的分類評價標準,從而為磨溪構造嘉二段氣藏的勘探部署和開發(fā)方案設計提供可靠的地質(zhì)依據(jù)。1嘉葉片氣藏氣藏勘探開發(fā)潛力磨溪構造位于四川盆地川中古隆中斜平緩構造帶的南部,呈北東向展布。自1977年首鉆磨深1井以來,截至2005年10月,以嘉二段為目的層的完鉆井共計40口,試油井37口,獲工業(yè)氣井26口,勘探成功率達65%。截至2005年11月,磨溪嘉二段氣藏共有11口井投入試采,初步建成產(chǎn)能120×104m3/d,顯示出良好的勘探開發(fā)潛力1。據(jù)前人的研究成果,磨溪構造嘉二段沉積期為陸表海型碳酸鹽巖臺地,總體上處于半干旱—干旱、炎熱的氣候條件,蒸發(fā)作用處于主導地位,以發(fā)育局限—蒸發(fā)海臺地相為典型特征?？v向上,嘉二段氣藏主要由嘉二1、嘉二2A、嘉二2B、嘉二2C4個含氣層段組成(圖1),其中,嘉二2B層的粉晶云巖儲層和嘉二1亞段的泥晶—泥粉晶云巖儲層的儲集物性較好,且平面上分布穩(wěn)定,是嘉二段氣藏的主力產(chǎn)層,也是筆者的重點研究層段。2結構及其連通關系儲層微觀孔喉結構是指儲層具有的孔隙和喉道的大小、形態(tài)、分布及其連通關系等。巖石中孔隙的發(fā)育程度控制了儲層的孔隙性,喉道的大小和形態(tài)決定了儲層巖石對流體的滲流能力,而孔喉配置關系則制約著巖石的儲集有效性。2.1巖間溶孔尺寸觀察磨溪構造嘉二2B層主要發(fā)育質(zhì)純的粉晶、細粉晶云巖,巖心可見較發(fā)育的針孔,面孔率高達20%,鏡下觀察,片狀喉道連通,大量發(fā)育晶間(溶)孔,孔徑大,連通性好[圖2(a)和圖2(b)。嘉二1亞段的儲集巖性主要為泥晶—泥粉晶云巖,發(fā)育有大量的晶間微(溶)孔,孔徑小,一般不超過10μm,且多伴有黏土礦物碎片的充填,連通性較差,鑄體薄片可見明顯的侵染痕跡[圖2(c)和圖2(d)。2.2儲層壓力及退汞效率在儲層孔隙結構資料中,毛細管壓力曲線從三維空間上反映了孔隙和喉道的大小及其配置關系,目前被廣泛應用于儲層研究中。由研究區(qū)嘉二1亞段和嘉二2B層81個樣品的壓汞資料可以看出,嘉二2B層粉晶云巖樣品的排驅(qū)壓力高于嘉二1亞段,但中值壓力較低,中值喉道半徑較大,退汞效率高,毛細管壓力曲線呈凹型(表1和圖3),反映了嘉二2B層的儲層孔隙較發(fā)育,且分選較好。嘉二1亞段的泥晶—泥粉晶云巖儲層盡管孔隙度較高,排驅(qū)壓力較低,但由于孔徑小和黏土礦物碎片的充填,孔喉連通性差,常表現(xiàn)出較高的中值壓力和較小的中值喉道半徑,退汞效率較低。毛細管壓力曲線多為直線型(表1和圖4),其主要特點是孔喉分布頻帶寬,幾乎無峰值,表明為均一的微-細孔喉結構。2.3孔隙度對嘉二2m層粉晶云巖滲透率的影響孔隙度與滲透率關系在一定程度上也可以反映巖石的儲集類型和微觀孔喉結構。由圖5和圖6可以看出,隨著孔隙度的增大,嘉二1亞段和嘉二2B層巖石的滲透率均有增大的趨勢,但增大的方式不同。當孔隙度小于12%時,隨孔隙度的增加,嘉二2B層粉晶云巖的滲透率顯著增大;當孔隙度大于12%時,其滲透率一般大于10×10-3μm2,且隨孔隙度的增大而呈緩慢增加的趨勢(圖5)。嘉二1亞段泥晶—泥粉晶云巖的孔隙度與滲透率之間呈較好的指數(shù)關系,隨孔隙度的增大,滲透率的增加極為緩慢,其滲透率一般不超過5×10-3μm2(圖6)。由此可見,僅以孔隙度作為儲層分類評價的標準,并不能真實反映儲層孔喉結構的差異,這種差異將直接反映為儲層的滲透性差別,容易出現(xiàn)差儲層被錯誤劃歸中等儲層甚至好儲層的情況。3主成分分析3.1從地質(zhì)作用的研究和分類主成分分析法是應用最廣的多元統(tǒng)計方法之一。通過對大量地質(zhì)數(shù)據(jù)的濃縮處理(其實質(zhì)即降維),提煉出有代表性的獨立新變量(即因子),從而揭示變量之間、樣品之間以及樣品與各種地質(zhì)作用之間的相互關系,為樣品的成因分析、分類和評價方案的確定提供依據(jù)。這幾個新變量既能反映原始變量的相關信息,又能體現(xiàn)其主要矛盾以及各種地質(zhì)現(xiàn)象的內(nèi)在聯(lián)系。事實上,由于原始變量之間存在一定的相關性,就必然存在起主導作用的共同因素。因此主成分分析法從原始變量的相關矩陣出發(fā),通過研究它們的內(nèi)部結構,找出這些起主導作用的新變量(因子),這些新變量是原始變量的線性組合,保留了原始變量的絕大部分相關信息和變異性。3.2確定基本參數(shù)主成分分析法的主要計算步驟如下:(1)構建原始資料矩陣。根據(jù)磨溪地區(qū)嘉二1亞段和嘉二2B層的81個樣品的物性和壓汞資料,可以得出樣品的原始資料矩陣(xij)P×N,其中,xij表示第j個樣品的第i個變量的觀察值,N為樣品數(shù),P為參數(shù)的個數(shù),這里,N=81,P=5。(2)計算均值和協(xié)方差,進行原始數(shù)據(jù)的標準化。其公式分別為:標準化后的參數(shù)值為:x′ij=xij-ˉxi√Sij,(i,j=1,2,??Ρ)(3)x′ij=xij?xiˉˉˉSij√,(i,j=1,2,??P)(3)(3)求相關矩陣。R=(rij),其中rij=Sij√SiiSjj(4)式中:i,j=1,2,…,Po(4)求R=(rij)的特征值和特征向量。將相關矩陣R=(rij)的P個特征值排序為:λ1≥λ2≥…≥λp,其對應的特征向量分別為U1,U2,…,Up。一般,給定m,使得λ1+λ2+?+λmΡ≥85%(5)成立,表明前m個主要成分就解釋了全部變量變化的85%以上,即表示m個主成分。(5)確定因子載荷矩陣。A=(aij),其中aij=uij√λj(6)式中:i,j=1,2,…,m。(6)計算因子得分。各個因子得分的計算公式為:F=(F1?F2???Fm)′=AΤR-1X(7)其中,A為因子載荷矩陣,R為原始變量的相關矩陣,X為各樣品的變量觀察值(列向量)構成的矩陣。4層的分類評估4.1油氣運移參數(shù)的確定孔隙度和滲透率反映了儲集體的儲集性和滲透性,是必選的參數(shù)。排驅(qū)壓力、中值壓力、中值喉道半徑表征的是儲集的有效性,是衡量儲層中能否有油氣和有多少油氣進入儲層的指標,考慮到3個參數(shù)之間的相關性,優(yōu)選排驅(qū)壓力和中值喉道半徑參與評價。地層壓力條件下的汞飽和度(磨溪構造嘉二段的平均地層壓力為70MPa)反映在地層條件下巖石的儲集能力,與儲集層的孔隙結構密切相關,影響著油氣水在孔喉中的分布狀況和流動特征,進而影響到采收率,可作為評價的另一重要參數(shù)。4.2儲集層有效儲集的代表性因素根據(jù)區(qū)內(nèi)嘉二1段和嘉二2B層81個壓汞樣品的參數(shù)值,可得原始資料矩陣。經(jīng)計算,其方差極大旋轉矩陣如表2所示。從表2可以看出,第一主因子F1的代表性變量為孔隙度,表示儲集層的孔隙性;第二主因子F2的代表性變量為滲透率和中值喉道半徑,代表儲集層的滲透性;第三主因子F3的代表性變量為汞飽和度(P=70MPa)和排驅(qū)壓力,代表儲集的有效性。分別計算3個主因子的得分情況,并將第一主因子F1的因子得分與孔隙度作散點圖(圖7),可以發(fā)現(xiàn),81個樣品可劃分為4個樣品集團,在相應的孔隙度和滲透率散點圖上(圖8),分別對應4類儲層。4.3儲層類型及其產(chǎn)出能力4類儲層的孔隙度和滲透率值并沒有統(tǒng)一的界限(圖8),相鄰類別之間出現(xiàn)交叉現(xiàn)象,究其原因,正是由于嘉二2B層和嘉二1亞段儲層巖石的微觀孔喉結構存在較大差別,而兩套儲層的滲透性差異正是這種微觀差別的宏觀表現(xiàn)。因此,利用實測或測井解釋的孔隙度和滲透率,并參照四川地區(qū)已有的碳酸鹽巖儲層分類評價標準,同時兼顧實際應用的可操作性,在這4大類儲層中分別劃分出2個亞類,從而建立嘉二2B層和嘉二1亞段儲層的不同分類評價標準(表3)。綜合考慮儲層的巖性、物性、孔喉結構及其產(chǎn)能狀況,認為Ⅰ類儲層是本區(qū)嘉二段的優(yōu)質(zhì)儲層,其孔隙度在12%～16%以上,滲透率大于0.5×10-3μm2。其中,Ⅰ1類儲層的巖性主要為質(zhì)純的粉晶云巖,受沉積物早期云化和大氣淡水淋溶疊合成因的改造,形成以晶間孔和晶間溶孔為主的儲集空間類型,孔喉配置佳,屬中孔中喉型儲層,綜合評價為易采儲集層。Ⅰ2類儲層則以泥粉晶云巖為主,由于同生期間隙性短暫暴露,大氣淡水的改造不徹底,加上黏土礦物碎片的充填[圖2(d),主要形成晶間微-細孔,盡管孔隙度較高,但孔徑小,連通性差,屬細孔細-微喉型儲層,綜合評價為可采儲集層。Ⅱ類和Ⅲ類儲層是形成磨溪構造嘉二段工業(yè)氣藏的主要儲層類型,儲集物性為中等—較差,孔隙度一般大于3%,滲透率不低于0.05×10-3μm2,這兩類儲層改造后的產(chǎn)能不容忽視,尤其是Ⅱ2類和Ⅲ2類儲層,一般具有較好的穩(wěn)產(chǎn)能力。如磨深1井的主產(chǎn)層為嘉二1亞段的泥晶—泥粉晶云巖儲層,產(chǎn)層厚度為7.81m,平均孔隙度為7.37%,平均滲透率為0.19×10-3μm2,屬Ⅲ2類儲層,該井自1980年投產(chǎn)以來,產(chǎn)氣量一直穩(wěn)定在1.2×104m3/d左右,截至2007年6月底,該井累計產(chǎn)氣量已達1.26×108m3。磨22井2001年對嘉二1亞段實施膠凝酸酸化改造獲得成功,測試產(chǎn)氣由1.03×104m3/d增加至3.62×104m3/d左右,至今一直穩(wěn)定在2.9×104m3/d以上2。Ⅳ類儲層儲集物性極差,孔隙度小于3%,滲透率一般不超過0.05×10-3μm2,對流體產(chǎn)出的貢獻值極低,一般認為屬于非儲集層。4.4儲層有效厚度調(diào)查評價結果為了檢驗評價結果的合理性,以磨溪構造磨155井和磨156井為例,對比本次分類評價的結果與原有方案的評價結果可以發(fā)現(xiàn),采用主成分分析法,綜合考慮影響儲層儲集性能的多種因素,特別是孔喉結構的差異造成的滲透性差別,其儲層的有效厚度僅為原評價方案的1/2～1/5(表4),從而更能反映不同孔喉結構的儲層對流體產(chǎn)出的貢獻值大小。5主成分分析法下儲層分類評價結果粉晶云巖和泥晶—泥粉晶云巖是磨溪構造嘉二2B層和嘉二1亞段的主要儲集巖類,其儲集空間類型均以晶間孔和晶間溶孔為主,但由于孔喉結構的差別,導致其儲集滲透性能相差較大。傳統(tǒng)的儲層分類評價方法雖然表面上考慮了巖性、物性、孔喉結構等多種因素,但在實際應用過程中往往采用孔隙度指標,不能真實反映儲層對流體產(chǎn)出的貢獻值。筆者采用主成分分析法,通過對儲層微觀孔喉結構的研究,針對具有不同孔喉結構的儲層,分別建立了不同的儲層分類評價標準。結果表明,該方法對于成因復雜、孔隙結構多樣的孔隙型碳酸鹽巖儲層是行之有效的,評價結果能真實反映儲層的儲集滲透能力及其對流體產(chǎn)