一種致密儲層微觀孔隙結構評價與儲層分類方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種致密儲層微觀孔隙結構評價與儲層分類方法，屬于石油開采領域 中地質學研究技術領域。
【背景技術】
[0002] 我國低滲透儲層的分布范圍廣、資源潛力大，已成為現今油氣勘探的重點。針對 如四川盆地川西龍門山前三疊系須家河組、鄂爾多斯盆地三疊系延長組、塔里木盆地北緣 庫車坳陷侏羅-白堊系等低孔-低滲砂巖儲層，前人均已展開過大量研究，并建立了一系 列的評價方法。然而早期的研究對象，往往是孔隙相對發育，物性也相對較好的儲層，如鄂 爾多斯盆地隴東地區延長組儲層的平均孔隙度為10. 25%，平均滲透率為1. 42X10 3μπι2， 四川盆地川西坳陷孝-新-合地區須二段儲層的平均孔隙度為6. 01%，平均滲透率為 0. 51316Χ10 3μm2,須四段儲層的平均孔隙度為3. 76%，平均滲透率為0. 37197X10 3μm2， 均屬于低孔-低滲儲層范疇。
[0003] 目前針對上述幾種低孔-低滲儲層的微觀孔隙結構的研究，大多數研究者仍然采 用與常規儲層一樣的技術方法，包括：通過常規偏光顯微鏡觀察普通巖石薄片、全巖X射線 衍射等手段分析砂巖的巖石學特征，如巖石顆粒和填隙物的成份等；通過常規偏光顯微鏡 觀察孔隙鑄體薄片、普通掃描電子顯微鏡觀察孔隙特征，如孔隙與喉道的形態、大小、成因 等；通過壓汞法測定孔喉結構，如孔喉半徑分布、孔喉相互連通關系等。
[0004] 然而，隨著非常規油氣勘探開發的進一步開展，在上述儲層中又發現了富有潛力 而孔隙度、滲透率極低的層位，如四川盆地川西坳陷須五段致密氣儲層的平均孔隙度為 3. 21 %，平均滲透率為0. 0329X10 3μm2,遠低于同屬須家河組的須二段與須四段，致密儲 層的基本特點是：（1)儲層滲透性能極差，滲透率通常小于〇. 01X10 3μm2; (2)儲層孔隙既 小且少，直徑通常小于幾微米，甚至僅有幾十納米；(3)致密成因復雜，受沉積和成巖多種 地質因素控制。致密儲層中發育的孔隙往往極為微小，在鑄體薄片制備時難以將環氧樹脂 壓鑄液注入，以常規偏光顯微鏡的放大倍數也難以觀察到僅有微米-納米級的孔隙；同樣， 采用常規壓汞的實驗方法，也不易將汞壓入納米級的喉道，難以測出儲層孔喉的分布范圍。 因此，針對這類孔隙極小、滲透率極低的極度致密的儲層，采用常規研究思路與技術手段是 難以對其微觀孔隙結構進行評價的。
[0005] 下面對這些常規的技術進行具體介紹。常規的低滲透儲層微觀孔隙結構研究方法 之一是利用普通透射光偏光顯微鏡對孔隙鑄體薄片進行觀察。其中，孔隙鑄體薄片的具體 制備步驟是：（1)按中華人民共和國石油天然氣行業標準《SY/T5336-2006巖心常規分析方 法》鉆取形狀為圓柱形或立方形的樣品，切取25mmX25mmX5mm的巖樣；將切取的巖樣用甲 苯在常溫下洗油、涼干；在真空烘箱中，常溫狀態下，連續保持負壓在-0. 〇8Mpa左右，真空 干燥48h以上；（2)將干燥巖樣用巖石孔隙鑄體儀在溫度低于70°C壓鑄，將壓鑄液按特殊比 例注入，壓鑄時間為lh，壓力為30Mpa，真空度值彡8X10 2托；（3)壓鑄完畢后，按中華人民 共和國石油天然氣行業標準《SY/T5913-2004巖石制片方法》制片。制備得到孔隙鑄體薄 片后，利用普通透射光偏光顯微鏡進行薄片鑒定，其具體步驟是：（1)分析樣品的碎肩與雜 基、膠結物的成份、含量及巖石結構特征，確定砂巖巖石類型；（2)觀察儲層的顆粒接觸關 系、粒間體積大小、塑性巖肩變形情況確定壓實特征，觀察膠結類型、膠結程度、膠結物產狀 研究膠結作用，估計溶蝕對象、溶蝕面孔率確定溶蝕特征；（3)觀察儲層中孔隙形態、大小、 分布，確定孔隙成因類型，觀察喉道形態、粗細、分布，分析孔喉連通關系；(4)分析不同成 巖作用對孔隙發育的影響，通過面孔率的估算，分析孔隙演化過程。
[0006] 但是，該利用普通透射光偏光顯微鏡對孔隙鑄體薄片進行觀察的技術存在以下缺 陷：首先是由于致密儲層中喉道極為細小、滲透性極差，在壓鑄過程中難以將壓鑄液注入孔 隙中，在制片完成后通過普通透射光偏光顯微鏡會發現，在薄片中幾乎完全無法觀察到鑄 體存在，即無法發現孔隙；其次，即便壓鑄時能將壓鑄液注入，普通透射光偏光顯微鏡的分 辨率有限，放大至400倍時圖像已不夠清晰，難以觀察到微米-納米級孔隙的特征。
[0007] 常規的低滲透儲層微觀孔隙結構研究方法之二是X射線衍射分析方法，可以用于 測定沉積巖中粘土礦物和常見非粘土礦物含量。由于每一種礦物晶體都具有特定的X射線 衍射圖譜，圖譜中特征峰值強度與樣品中該礦物的含量正相關，因此采取實驗方法可以確 定某種礦物的含量與其特征衍射峰的強度之間的正相關關系一一K值，進而通過測量未知 樣品中該礦物的特征峰的強度而求出該礦物的含量。
[0008] 全巖X射線衍射分析方法可以測量出樣品中每種礦物的相對含量，可作為對儲層 巖石類型的薄片鏡下鑒定的有效補充。然而在實際研究中經常需要確定某個視域下的礦物 組合，尤其是通過分析孔隙周圍的礦物種類以判斷該孔隙的成因類型，僅采用全巖X射線 衍射分析方法無法滿足這項需要。
[0009] 常規的低滲透儲層微觀孔隙結構研究方法之三是利用壓汞實驗方法獲得壓汞曲 線，其形態反映了各孔喉段孔隙的發育情況及孔隙之間的連通性信息。現有技術對中低滲 透儲層孔隙結構的研究都是通過對樣品加壓向樣品孔隙中充汞，測得的滲透到孔或空隙中 汞的體積是與孔徑相關的靜壓力的函數。通過實測的汞注入壓力與相應的樣品含汞體積， 并經計算求得汞飽和度值和孔隙喉道半徑之后，可繪制毛細管壓力、孔隙喉道半徑與汞飽 和度的關系曲線，并可求得排替壓力、孔隙喉道半徑中值、毛細管壓力中值、最小非飽和的 孔隙率以及孔隙喉道半徑頻率分布等參數。
[0010] 然而，壓汞實驗方法存在以下缺陷：其需要將汞充入孔隙，所能測量的最小孔徑與 實驗中使用的最大進汞壓力有關，lOOMPa下壓汞法所能測量的孔徑范圍是14nm~400μm， 即無法測出小于14nm的孔徑；同時，由于致密儲層的滲透性能極差，實驗過程中難以將汞 壓入樣品的孔隙中，實測進汞飽和度可能不超過50%，無法采用常規方法計算孔喉半徑中 值等參數。
[0011] 常規的低滲透儲層微觀孔隙結構研究方法之四是采用軸向流的巖芯柱塞穩態法 測定氣體滲透率。其原理是利用氣態穩定滲透率方程，其儀器帶有電子傳感器和高壓巖芯 夾持器，具有自動化強、可模擬地層壓力、準確度和精度高等優點。但是，采用穩態法氣體滲 透率測試實際可測定的滲透率下限為〇. 1X10 3μm2。致密樣品達到穩定狀態需要的時間很 長，而且流量測定相當不準確。
[0012] 因此，研發出一種致密儲層微觀孔隙結構評價與儲層分類方法，仍是本領域亟待 解決的問題之一。
【發明內容】
[0013] 為解決上述技術問題，本發明的目的在于提供一種致密儲層微觀孔隙結構評價與 儲層分類方法。該方法能夠對孔隙極小、滲透率極低的致密儲層的微觀孔隙結構進行有效 評價。
[0014] 為達到上述目的，本發明提供了一種致密儲層微觀孔隙結構評價與儲層分類方 法，其包括以下步驟：
[0015] 步驟一：分析儲層成因及巖石學特征
[0016] (1)根據對巖芯樣品的觀察依據相標志等進行微相分析（其中，對巖芯樣品的觀 察方法可以參考中華人民共和國石油天然氣行業標準《SY/T5336-1996巖心常規分析方 法》，依據相標志進行微相分析是本領域的常規相分析方法，其具體內容在本文中不再贅 述），確定沉積相類型；以及
[0017] (2)利用全巖X射線衍射分析全巖X射線衍射分析樣品的礦物組分，利用粘土礦物 X射線衍射分析粘土礦物X射線衍射分析樣品中各類粘土礦物的相對含量（分析方法及樣 品的制備方法可以參考：中華人民共和國石油天然氣行業標準《SY/T5163-2010沉積巖中 粘土礦物和常見非粘土礦物含量X射線衍射分析方法》）；和/或
[0018] (3)利用陰極發光顯微鏡和/或微區礦物定量分析（QEMScan)分別觀察和統計陰 極發光片和/或微區礦物定量分析樣品的成分、分選，以及確定雜基和所有膠結物的含量 (可以面孔率表示含量）、和它們的類型，確定巖石類型及結構特征（該步驟尤其適用于砂 巖儲層）；和/或
[0019] (4)利用陰極發光顯微鏡隨機選取大量巖石碎肩樣品進行碎肩顆粒粒度 測定，計算巖石初始孔隙度)和/或巖石粒度中值和/或巖石分選系數（計 算巖石初始孔隙度Φ<：、巖石粒度中值和巖石分選系數的方法可以參見：Scherer M.Parametersinfluencingporosityinsandstones:Amodelforsandstoneporosity prediction[J].AAPGBulletin?1987?71 (5):485-491；BeardDC?ffeylPK.Influenceof textureonporosityandpermeabilityofunconsolidatedsand[J]·AAPGBulletin， 1973,57(2)349-369)(該步驟尤其適用于砂巖儲層）；
[0020] 步驟二：分析儲層物性特征
[0021] (1)利用覆壓孔滲儀和/或脈沖滲透率儀分別測定巖芯樣品的覆壓孔隙度和/或 脈沖滲透率，確定儲層的孔隙度和/或滲透率；
[0022] 步驟三：觀察儲層儲集空間特征
[0023] (1)利用焚光顯微鏡觀察焚光鑄體薄片，和/或利用場發射掃描電子顯微鏡觀察 新鮮斷面樣品和/或氬離子拋光樣品，分析不同尺度的孔隙類型和/或大小和/或連通狀 況，和/或統計不同類型孔隙的面孔率；
[0024] 步驟四：實驗方法測量儲層孔隙結構參數
[0025] (1)采用高壓壓汞法測量巖石樣品的孔喉參數，確定儲層的孔徑分布；
[0026] 步驟五：分析儲層物性控制