鄂尔多斯盆地胡154区块长4+5段孔隙结构定量表征及分类

丁强，成健，杨博，靳紫馨，刘菲，赵子文，于景维

（1.中国石油长庆油田分公司a.第六采油厂；b.第一采气厂，陕西 西安 710016；2.中国石油 西南油气田分公司 重庆气矿，重庆 400700；3.中国石油大学（北京）克拉玛依校区，新疆 克拉玛依 834000）

胡尖山油田胡154 区块位于鄂尔多斯盆地西部，整体为一西倾斜坡，三叠系延长组长4+5 段为重要含油层系之一[1-4]。储集层非均质性较强，导致区块产量下降较快[5]，水驱控制程度不高。前人对目的层位储集层非均质性做过相关研究[5]，认为长4+5 段宏观和微观非均质性都较强，相对于宏观非均质性的研究成果，直接决定储集层储渗能力的微观非均质性研究成果偏少，未能对稳产提供有效指导。

储集层微观非均质性的研究内容为微观孔喉内部影响流体流动的地质因素在空间分布的不均匀程度[6-10]。孔隙结构的研究方法包括：铸体薄片、阴极发光、扫描电镜以及X 射线衍射分析等手段，注重对孔隙结构的定性描述[11-13]；而高压压汞、核磁共振、CT 等技术，则注重对孔隙结构的定量分析。高压压汞对孔隙结构的分析最为普遍[13-20]，但由于表征孔隙结构的参数较多，参数的变化范围较大，不利于大范围精细对比；核磁共振、CT 等技术对孔隙结构能够进行定量分析[12-14]，但成本较高，取样相对较少，普遍适用程度低。

前人对于胡154 区块长4+5 段孔隙结构研究偏少[5]，主要为定性描述，缺少定量分析[7]，同时由于孔隙结构复杂，储集层岩石的渗流特征分析较少，无法对现场水驱作业提供有效帮助。由于孔隙结构具有分形特征，前人利用分形维数对孔隙结构进行定量化表征，效果较好[20-23]。分形维数的计算方法较多，如：利用图像处理，对孔隙结构分形维数进行测定[24]；利用形态分解法，评估储集层砂体显微照片反映出的分形维数[25]；利用微分三次覆盖法和相对微分三次覆盖法，对孔隙结构的分形维数进行评估[26]；多数则是依据高压压汞和恒速压汞资料，利用Brook-Corey模型，计算孔隙结构的分形维数[27-30]。本文亦采用Brook-Corey模型，利用高压压汞曲线的孔隙结构半径及相应的进汞饱和度绘制分形曲线斜率，计算孔隙结构的分形维数，结合岩石薄片、铸体薄片、扫描电镜及渗流实验分析，对储集层孔隙结构进行分类；同时借助fisher判别法，对具有不同渗流特征的储集层进行识别，旨在对研究区致密油藏的勘探开发有所裨益。

1 地质概况

胡154 区块主体位于陕北斜坡西部，小部位于天环坳陷（图1）。整体为一东高西低的单斜构造，构造幅度变化不大，局部发育东西向的鼻状隆起，有利于油气大面积聚集。

图1 研究区构造位置Fig.1.Tectonic location of the study area

长4+5 段岩性主要为长石砂岩和岩屑长石砂岩。碎屑成分中长石相对含量平均为48.9%，常见绢云母化；石英相对含量平均为38.7%；岩屑相对含量平均为12.4%，岩屑以中—基性岩浆岩为主，为绿泥石的发育提供大量物质基础[27]。填隙物包括杂基和胶结物，杂基以黏土矿物为主，黏土矿物类型以水云母、绿泥石和高岭石为主；胶结物除黏土矿物外，还包括方解石、铁方解石等。填隙物绝对含量为11.1%，其中高岭石绝对含量为1.7%，水云母绝对含量为3.3%，绿泥石绝对含量为2.4%，铁方解石绝对含量为3.3%，硅质绝对含量为1.0%，整体成分成熟度很低。储集层平均孔隙度为11.67%，平均渗透率为1.87 mD。按照SY/T 6285—2011《油气储层评价方法》中碎屑岩储集层物性分级标准，长4+5 段主要为低孔低渗储集层，局部为特低孔低渗储集层。

2 孔隙结构特征

2.1 孔隙结构定性化描述

在观察研究区内23 口钻井岩心的铸体薄片以及扫描电镜的基础上，发现长4+5 段孔隙类型多样，主要包括剩余粒间孔和粒内溶孔（图2a、图2b），其中剩余粒间孔所占比例最大，成因与绿泥石包膜以及石英颗粒的含量有关[27-28]，面孔率较大；其次为粒内溶孔，主要为长石溶孔，面孔率不高。粒间溶孔分布频率低于剩余粒间孔，主要为成岩早期形成的方解石遭受溶蚀后形成，面孔率较低。

喉道形态主要为片状和弯片状（图2c—图2f），反映砂岩中颗粒的接触关系以线接触为主，砂岩颗粒受压实作用影响较大[30]。

图2 研究区长4+5段孔喉特征Fig.2.Porethroat characteristics of the Chang 4+5 member in the study area

2.2 孔隙结构定量化描述

前人对于孔隙结构的复杂程度定量描述一般基于高压压汞资料，选择多个高压压汞基础参数进行综合统计，划分储集层孔隙结构类型[9，15，31]。基于高压压汞资料的统计方法对于各类储集层都适用，但缺点是各个参数缺乏定量的参考范围，仅仅通过比较来表明孔隙结构的相对复杂程度，不便于开展孔隙结构复杂程度的定量评价。本文在高压压汞资料的统计基础上，利用孔隙结构的分形特征，计算分形维数，定量化表征孔隙结构复杂程度。

收集研究区27口井长4+5段的相关资料，结合试油结果，选取6口重点井20块样品进行测试分析。为使孔隙结构分类结果更具有对比性，重点井包括日产油量10 t 以上的A164 井、日产油量1～2 t 的A158-42井以及日产油量在1 t以下的A186-26井。

基于高压压汞基础参数统计以及高压压汞曲线形态分析，将研究区长4+5 段孔隙结构划分为3 类（图3）。

图3 研究区长4+5段3类孔隙结构典型高压压汞曲线Fig.3.Typical high-pressure mercury intrusion curves of three types of pore structures in the Chang 4+5 member in the study area

Ⅰ类孔隙结构储集层的孔隙度为10.60%～13.80%，渗透率为1.05～5.26 mD，排驱压力为0.03～1.80 MPa，中值半径为0.41～0.53 μm，分选系数为2.50～3.30，变异系数为0.23～0.41，最大进汞饱和度为79.30%～96.62%。

Ⅰ类孔隙结构储集层的排驱压力相对较低，中值半径较大，进汞饱和度较高，孔喉连通性较好。该类孔隙结构主要分布在长（4+5）2较厚的分流河道储集砂体中，砂体主要为细砂岩，孔隙类型以剩余粒间孔为主，其次为粒间溶孔和粒内溶孔；颗粒之间为点—线状接触，喉道类型主要为缩颈型和片状喉道。具有该类孔隙结构的砂体含油性相对较好。

Ⅱ类孔隙结构储集层的孔隙度为13.20%～13.50%，渗透率为0.56～1.05 mD，排驱压力为1.20～4.24 MPa，中值半径为0.08～0.46 μm，分选系数为1.76～2.45，变异系数为0.14～0.24，最大进汞饱和度为76.60%～90.26%。

Ⅱ类孔隙结构储集层的排驱压力开始升高，中值半径逐渐变小，进汞饱和度稍有降低，孔喉连通性一般。该类孔隙结构主要分布在长（4+5）2的分流河道砂体边缘以及长（4+5）1中较厚分流河道砂体，砂体主要为细砂岩以及粉—细砂岩，孔隙类型以剩余粒间孔为主，其次为粒内溶孔；颗粒之间为线状接触，喉道类型包括缩颈型和片状喉道，局部分布有弯片状喉道。具有该类孔隙结构的砂体含油性一般。

Ⅲ类孔隙结构储集层的孔隙度为8.90%～13.00%，渗透率为0.12～0.56 mD，排驱压力为0.71～6.98 MPa，中值半径为0.05～0.12 μm，分选系数为0.10～2.57，变异系数为0.13～0.23，最大进汞饱和度为73.20%～85.60%。

Ⅲ类孔隙结构储集层的排驱压力相对较高，中值半径相对较小，进汞饱和度相对较低，孔喉连通性较差。该类孔隙结构普遍分布在长（4+5）1分流河道砂体中，砂体主要为粉砂岩以及粉—细砂岩，孔隙类型包括剩余粒间孔和粒内溶孔；颗粒之间多为线状和凹凸状接触，喉道类型包括片状和弯片状喉道，具有该类孔隙结构的砂体含油性相对较差。为定量表征研究区长4+5 段孔隙结构，在上述研究基础上，利用分形维数对孔隙结构特征进行分析。

利用上述20 块样品资料对分形维数进行求取，发现研究区长4+5 段孔喉主要为孔径0.1～2.5 μm 的微中孔（图4a），其次为孔径小于0.1 μm 的纳米孔[23]。通过分形特征曲线（图4b），计算出研究区长4+5段孔隙结构分形维数分布于2.57～2.71。为建立储集层微观孔隙结构与宏观储渗表现的关系，将分形维数与储集层物性进行交会，发现分形维数与储集层孔隙度和渗透率呈现一定的负相关性（图4c、图4d），反映出孔隙结构越复杂，储集层物性越差。相对渗透率，孔隙度和分形维数的相关性较差。

图4 研究区长4+5段孔隙结构分形维数特征及其与储集层参数的关系Fig.4.Fractal dimensions of pore structures and their relations with reservoir parameters in the Chang 4+5 member in the study area

通过样品孔隙度分析，结合相应深度岩石薄片观察，反映出储集层中有较多孤立孔（多为粒内溶孔），孤立孔虽然增加总孔隙度，微观非均质性依然较强，渗透率并未有明显改善。利用孔隙结构分形维数与多个储集层参数进行交会（图4e—图4h），发现分形维数越高，储集层微观非均质性越强，在原本储集空间较差的基础上代表孔隙集中程度的分选系数反而越好，变异系数也就越好，但平均孔喉半径逐渐减小，相应中值压力也逐渐升高，产能逐渐变差。整体反映出分形维数越高，代表孔隙结构越复杂，微观非均质性越强。研究区长4+5 段孔隙结构分形维数能很好地定量化表征孔隙结构复杂程度。

利用分形维数，对长4+5段孔隙结构分类（表1），结合高压压汞基础资料相关参数的范围及变化，分类结果更加合理和准确。

表1 研究区长4+5段孔隙结构分类Table 1.Classification of pore structures in the Chang 4+5 member in the study area

3 不同类型孔隙结构储集层渗流特征

在上述孔隙结构分类基础上，选取3 口井的8 个样品进行油水相渗实验，发现不同类型孔隙结构储集层的渗流特征差异较为明显（图5）。Ⅰ类孔隙结构储集层的束缚水饱和度为40.60%，残余油饱和度为32.42%，无水期驱油效率为23.72%，最终水驱油效率为45.01%，两相共渗区为26.98%；Ⅱ类孔隙结构储集层的束缚水饱和度为38.75%，残余油饱和度为39.96%，无水期驱油效率为18.24%，最终水驱油效率为34.08%，两相共渗区为21.29%；Ⅲ类孔隙结构储集层的束缚水饱和度为43.81%，残余油饱和度为35.24%，无水期驱油效率为12.57%，最终水驱油效率为36.51%，两相共渗区为20.95%。

图5 研究区3类孔隙结构储集层典型相渗曲线Fig.5.Typical phase permeability curves of the reservoirs with three types of pore structures in the study area

Ⅰ类孔隙结构储集层的束缚水饱和度一般，残余油饱和度较低，两相共渗区较高，驱油效率相对较高；Ⅱ类孔隙结构储集层的束缚水饱和度稍降，残余油饱和度最高，两相共渗区明显减少，驱油效率相对较低；Ⅲ类孔隙结构储集层的束缚水饱和度最高，残余油饱和度一般，两相共渗区与Ⅱ类孔隙结构储集层基本一致，驱油效率也相似。

综上所述，研究区Ⅰ类孔隙结构储集层比Ⅱ类和Ⅲ类的物性好，但随着孔隙结构复杂程度增加，束缚水饱和度有增加趋势，驱油效率逐渐降低，两相共渗区也逐渐缩小。

4 不同类型孔隙结构储集层的平面分布特征

针对区块产量下降较快，水驱控制程度不高等问题，需要明确不同类型孔隙结构储集层在平面上分布特征，再应用不同开发方式解决问题。类似于岩石物理相的平面预测[32]，以岩心归位为基础，确保测井曲线与岩心深度相对应，以便于建立孔隙结构的测井模型。能反映孔隙结构的测井曲线包括自然伽马（GR）、自然电位（SP）、声波时差（AC）和电阻率（RT）[33-34]，分别提取3类孔隙结构所对应的测井参数。对3类孔隙结构进行fisher判别，建立多元判别函数：

在建立3 种判别函数后，将已知孔隙结构样品数据点相应的测井数据值带入函数，对样品的孔隙结构进行判别，数值最大的为相应的孔隙结构类型，如果与已知孔隙结构一致，则判别函数合理。对比15 个已知样品，有12 个样品判别结果一致，判别成功率为80%。认为储集层中的填隙物及粒径控制孔隙结构的复杂程度，而不同测井曲线对于填隙物及粒径的变化敏感程度不一致，因此判别成功率达不到100%。

利用孔隙结构的判别函数，对研究区内不同孔隙结构储集层的平面分布特征进行分析（图6），长（4+5）1内Ⅲ类孔隙结构储集层的分布最广，呈片状分布于研究区东部以及北部局部地区；Ⅱ类孔隙结构储集层的分布面积次之，在西南部呈小片状分布，整体呈现出河道的形态特征；Ⅰ类孔隙结构储集层分布主要呈现条带状，在研究区西部部分地区连续性较好。

图6 研究区长4+5段不同类型孔隙结构储集层分布Fig.6.Distribution of the reservoirs with three types of pore structures in the Chang 4+5 member in the study area

长（4+5）2内Ⅲ类孔隙结构储集层的分布范围相对长（4+5）1明显缩小，呈片状分布于研究区西部以及东南部局部地区；Ⅱ类孔隙结构储集层的分布面积与长（4+5）1相比有所增加，且连续性较好，为长（4+5）2广泛发育的孔隙结构类型；Ⅰ类孔隙结构储集层分布依然呈现条带状，但面积明显增加，主要分布于研究区中部，整体连续性较好。

5 结论

（1）鄂尔多斯盆地胡154 区块三叠系长4+5 段孔隙类型以剩余粒间孔为主，其次为粒内溶孔；喉道类型主要为片状和弯片状喉道。

（2）研究区目的层孔隙结构划分为3 类：Ⅰ类孔隙结构分形维数为2.57～2.61，分选系数为1.62～3.30，中值半径为0.07～0.62 μm，两相共渗区为26.98%，驱油效率为45.01%；Ⅱ类孔隙结构分形维数为2.61～2.66，分选系数为1.25～2.89，中值半径为0.08～0.36 μm，两相共渗区为21.29%，驱油效率为34.08%；Ⅲ类孔隙结构分形维数为2.66～2.71，分选系数为0.10～2.63，中值半径为0.05～0.12 μm，两相共渗区为20.95%，驱油效率与Ⅱ类孔隙结构相似。

（3）利用4 条测井曲线建立不同孔隙结构的判别函数，发现长（4+5）2孔隙结构类型以Ⅱ类孔隙结构和Ⅰ类孔隙结构为主，长（4+5）1以Ⅲ类孔隙结构和Ⅱ类孔隙结构为主。