岩性油气藏  2021, Vol. 33 Issue (5): 120-131       PDF    
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玛湖凹陷百口泉组致密砂砾岩储层孔隙结构特征
杜猛1,2,3, 向勇1, 贾宁洪2,3, 吕伟峰2,3, 张景4, 张代燕4    
1. 中国石油大学(北京) 机械与储运工程学院, 北京 102249;
2. 中国石油勘探开发研究院, 北京 100083;
3. 提高采收率国家重点实验室, 北京 100083;
4. 中国石油新疆油田公司 勘探开发研究院, 新疆 克拉玛依 834000
摘要: 玛湖凹陷百口泉组是重要的砂砾岩油气聚集区。为了研究玛湖凹陷百口泉组致密砂砾岩储层的孔隙结构特征,开展了压汞、核磁共振、铸体薄片等分析,结合微米CT扫描技术、扫描电镜矿物定量评价(QEMSCAN)及MAPS显微图像拼接技术,从尺度与精度、二维与三维综合开展其微观孔隙结构特征研究。结果表明:①玛湖凹陷百口泉组致密砂砾岩储层孔喉尺度分布广泛,呈现较明显双峰特征,大尺度孔喉为亚微米-微米级,而小尺度孔喉为纳米-亚微米级,以0.5~4.0 μm喉道贡献率最高,微米级孔喉对渗流的贡献较大。②微米尺度下,孔隙结构具有强非均质性,复模态等特点,孔隙类型以溶蚀孔、粒间孔及微裂缝为主,孔隙展布状态主要有条带状和孤立状2种,孔隙连通性比孔隙尺度对渗流的贡献更大。③纳米尺度下,扫描电镜确定其主要矿物为石英和长石,粒间压实作用充分,颗粒形状结合紧密,不同孔渗的样品基质内纳米级微孔形态各异,多以分布于矿物颗粒(晶体)内部蜂窝状长石溶蚀孔或填隙物表面微孔为主,可见方解石颗粒解理缝,对微米级球状微孔及纳米级溶孔起到较好的沟通作用。该研究成果可为致密砂砾岩储层孔隙结构表征及"甜点"预测提供借鉴。
关键词: 致密砂砾岩    复模态    跨尺度    数字岩心    微观孔隙结构表征    百口泉组    玛湖凹陷    
Pore structure characteristics of tight glutenite reservoirs of Baikouquan Formation in Mahu Sag
DU Meng1,2,3, XIANG Yong1, JIA Ninghong2,3, LYU Weifeng2,3, ZHANG Jing4, ZHANG Daiyan4    
1. College of Mechanical and Transportation Engineering, China University of Petroleum, Beijing 102249, China;
2. PetroChina Research Institute of Petroleum Exploration and Development, Beijing 100083, China;
3. State Key Laboratory of Enhanced Oil Recovery, Beijing 100083, China;
4. Research Institute of Exploration and Development, PetroChina Xinjiang Oilfield, Karamay 843000, Xinjiang, China
Abstract: The Baikouquan Formation in Mahu Sag is an important oil and gas accumulation area of glutenite. In order to study the pore structure characteristics of tight glutenite reservoir of Baikouquan Formation in Mahu Sag. The analyses of mercury injection, nuclear magnetic resonance and cast thin sections were carried out. Combined with micro-CT scanning technology, quantitative evaluation of minerals by scanning electron microscope(QEMSCAN) and MAPS micro-image splicing technologies, the comprehensive study of microscopic pore structure characteristics from scale and precision, two-dimension and three-dimension were carried out. The results show that: (1) The pore throat scales of tight glutenite reservoirs of Baikouquan Formation in Mahu Sag are widely distributed, showing obvious bimodal characteristics. The large-scale pore throats are submicron to micron scale, while small scale pore throats are nano to submicron scale. The contribution rate of 0.5-4.0 μm throat is the highest, and the contribution rate of micron scale pore throat to seepage is greater.(2) On micron scale, the pore structure has the characteristics of strong heterogeneity and complex mode. The main pore types are dissolution pore, intergranular pore and micro fracture. The distribution states of pores are mainly banded and isolated. The contribution of pore connectivity to seepage is greater than pore scale.(3) On nano scale, scanning electron microscope show that the main mineral components are quartz and feldspar. The compaction between grains is sufficient, and the grain shape is closely combined. The morphology of nano pores in the samples matrix with different porosity and permeability are distinctive, mainly the honeycomb feldspar dissolution pores in mineral grains (crystals) or micropores on the surface of interstitial materials, and the cleavage fracture of calcite particles can be observed, which play a good role in communicating the micro spherical pores and nano dissolved pores. The research results can provide reference for the pore structure characterization and "sweet spot" prediction of tight glutenite reservoirs.
Key words: tight glutenite    complex mode    cross scale    digital core    microscopic pore structure characterization    Baikouquan Formation    Mahu Sag    
0 引言

致密砂砾岩储层的有效开发一直是一个世界性难题,地层流体的复杂变化、构造沉积环境、物源及埋藏后的成岩作用均影响储层物性。准噶尔盆地最新勘探成果显示,其致密油资源丰富,资源量可达29.4亿t,已成为新疆油田增储上产最现实的接替领域,其中近年来在凹陷区成藏理论指导下发现的玛湖油田,其储量规模高达10亿t,为特大型致密砂砾岩油田[1-3]。玛湖凹陷主要产油层系为扇三角洲前缘砂质碎屑流沉积的砂砾岩,整体上物性以低孔低渗为主,颗粒分选差,非均质性强,粒径差异大(2~64 mm),呈复模态结构,导致孔隙结构极其复杂[4-6]。储层孔隙结构特征(孔隙类型、大小、分布和连通性等)及与其相关的油气赋存机制和渗流规律均是影响致密油高效开发的关键因素[7]。因此,对玛湖油田致密砂砾岩储层孔隙结构特征的研究显得尤为重要,对优化其油气开采工艺、提高采收率等意义重大。

随着微纳米CT的不断发展,最新的数字岩心模拟技术是基于X射线衰减图像重建三维孔隙模型、通过岩心孔隙结构可视化定量分析岩心微观孔隙结构特征[8-9]。白斌等[10]、王华超等[11]利用微纳米CT技术提取致密砂岩的三维孔隙结构信息,研究了其二维和三维的孔喉结构特征;Golab等[12]和Bijoyendra等[13]基于微米CT和扫描电镜对煤岩和Berea砂岩孔隙结构开展三维重构;贾宁洪等[14]结合微纳米CT与微图像拼接技术提出了无损岩心孔隙度测量方法,并通过识别干酪根内微纳米尺度孔隙,从而实现对岩心孔隙度的精确测量;Lv等[15]采用扫描电镜图像分析技术从致密储层矿物组成和纳米孔表征的角度分析了储层纳米级孔喉应力敏感的微观机理。上述研究成果表明,微纳米CT可对不同类型岩石的三维孔隙结构进行无损表征,为解决具有复杂孔隙结构的致密砂砾岩三维重构提供了新的思路,然而受重建孔隙网络方法的影响,重建过程可能导致孔隙模型过于理想化或随机化,难以精确反映岩心孔隙结构特征,超高分辨率成像区域极小,不具代表性,如何将不同尺度下的孔隙信息进行整合亟待解决。此外以往研究多集中于砂岩、碳酸盐岩等,大多研究方式单一且只适用于特定孔径范围内的部分孔隙结构,针对砂砾岩储层的基质纳米孔隙的研究仍处于扫描定性观察和测量阶段,整体表征结果存在较大误差。笔者以玛湖油田致密砂砾岩为研究对象,在传统研究方法基础上,利用微米CT对样品进行扫描试验,从而对其微米级别孔隙结构进行定量表征,包括获取二维图像研究砂砾岩储层非均质性、复模态孔隙结构特征,同时利用图像扫描结果重构其三维结构,研究孔隙的三维空间展布及其连通性,结合高精度扫描电镜及图像分析系统对矿物组成及纳米级微孔全面表征,以期为玛湖凹陷致密砂砾岩油藏勘探与开发提供技术支撑。

1 地质概况

准噶尔盆地为我国西北部的一个晚石炭-第四纪的大型陆相叠合盆地,在多旋回构造运动作用下,形成了现今复合叠加的含油气盆地特征。玛湖凹陷坐落于该盆地的西北缘,是隶属于中央坳陷的二级构造单元,先后经历了海西、印支、燕山和喜马拉雅4期构造演化,形成了现今的构造格局(图 1),其西部与克百断裂相连,北部紧邻乌夏断裂带,东部毗邻夏盐凸起、三个泉凸起和英西凹陷,南面与中拐凸起和达巴松凸起相邻,东西长约50 km,南北长约120 km,整体构造特征为东南向单斜、北东向展布的近椭圆形,面积约6 800 km[16-17]。根据地理位置及构造特征,将玛湖凹陷西环带由北向南划分为玛北斜坡、玛西斜坡、玛东斜坡,该地区自下而上发育石炭系(C)、二叠系佳木河组(P1 j)、风城组(P1 f)、夏子街组(P2x)、下乌尔禾组(P2w)、上乌尔禾组(P3w)、三叠系百口泉组(T1b)、克拉玛依组(T2k)、白碱滩组(T3b)、侏罗系八道湾组(J1b)、三工河组(J1s)、头屯河组(J2t)、西山窑组(J2x),白垩系吐谷鲁群(K1tg)、古近系(E)、新近系(N)以及第四系(Q),地层发育较为齐全,层系之间发育区域性不整合接触[17]。本次研究的目的层系为下三叠统百口泉组,其与下伏中二叠统下乌尔禾组(P2w)呈不整合接触,与上覆的中三叠统克拉玛依组(T2 k)呈整合接触。根据岩电特征及沉积旋回等可将百口泉组自下而上分为3段,即百一段(T1b1)、百二段(T1b2)和百三段(T1b3),为研究区投入开发的主要含油层系。

下载原图 图 1 玛湖凹陷构造位置及构造单元划分图(据文献[17]修改) Fig. 1 Structural location and division of structural units in Mahu Sag
2 物性特征与孔隙类型

通过对玛湖凹陷百口泉组137块砂砾岩样品进行物性分析,结果表明其物性分布范围较大,为2.5%~11.8%,平均为7.8%,渗透率为0.04~13.50 mD,其中0.01~2.50 mD的样品占比大于80%,平均为2.40 mD,为典型的“低孔低渗”型致密储层(图 2)。渗透率和孔隙度相关性不大,表明砂砾岩储层孔渗的相关性较为复杂,孔喉组合复杂多变,渗透率变异系数多大于0.5,平均为1.3,储层非均质较强。由于砂砾岩所特有的复模态结构,即以砾石等一级颗粒为骨架的孔隙中,会以二级砂级颗粒部分或全部充填,同时砂级颗粒中又充填粉砂、泥质等黏土级颗粒,不同级别的颗粒接触形成了复杂多样的孔喉空间[11],微观孔隙和喉道结构差异较大,二者连通关系错综复杂,反映在宏观物性上为孔渗交汇图呈规律不强、散乱分布的特征,相同孔隙度的样品,其渗透率可能存在数量级的差别,间接反映了复模态砂砾岩具有极其复杂的微观孔喉结构。

下载原图 图 2 玛湖凹陷百口泉组孔隙度和渗透率分布特征 Fig. 2 Distribution of porosity and permeability of Baikouquan Formation in Mahu Sag

研究区137块样品的铸体薄片图像分析结果显示,砂砾岩储层中碎屑颗粒含有石英、长石,以点- 线接触为主,颗粒分选较差,磨圆以次棱-次圆状为主,颗粒粒度较粗,最大粒径为6 mm,大多数为3 mm左右。填隙物以杂基为主,成分主要为凝灰质,部分发生水云母化,体积分数约为10%,零星可见高岭石胶结物,胶结物中微孔隙发育[图 3(a)],岩石的总面孔率约为7%,原生粒间孔隙发育较少,可见云母粒内孔隙[图 3(b)]。次生孔隙主要由岩屑颗粒内部及边缘溶蚀而形成的粒内或粒间溶蚀孔,岩屑粒内溶孔发育程度较高[图 3(c)],长石的溶蚀主要发生于解理缝[图 3(d)]。薄片中可见砾内溶蚀孔及微裂缝[图 3(e)-(f)],砾内溶孔仅发育于溶蚀颗粒内,受颗粒轮廓所限,更多呈现出孤立状态[图 3(g)],微裂缝可提供主要的渗流通道,改善渗流能力,砾石间被填隙物充填,发育少量粒间孔及填隙物微孔[图 3(h)-(i)],可见弯片状或管束状喉道。研究区致密砂砾岩储层复杂的矿物组成及结构特征导致其孔隙类型多样,在溶蚀作用、压实作用或胶结作用等影响下形成了低孔、微吼、强非均质性特性[16-18],由于不同沉积微相碎屑搬运机制、沉积分异作用的差异,不同微相砂砾岩储层中的泥质杂基、岩石粒度也存在明显差异,进而影响到储层的储集性能。

下载原图 图 3 玛湖凹陷百口泉组致密砂砾岩储层岩石薄片微观特征 (a)粒间孔、长石粒内溶孔,玛15井,3 272.9 m;(b)岩屑、云母粒内溶蚀,玛132井,3 190.7 m;(c)岩屑颗粒内部溶蚀,玛152井,3 227.1 m;(d)长石颗粒溶孔,玛132井,3 272.9 m;(e)溶蚀砾内微孔,艾湖13井,3 150.3 m;(f)微裂缝,玛604井,3 898.2 m;(g)砾内微孔,玛152井,3 898.2 m;(h)粒间孔、填隙物微孔,玛152井,3 209.5 m;(i)残余粒间孔,玛15井,3 068.9 m Fig. 3 Microscopic characteristics of thin sections of tight glutenite reservoir of Baikouquan Formation in Mahu Sag
3 孔隙结构特征 3.1 孔喉双峰态分布特征

孔喉尺度分析是研究微观孔隙结构的基本内容,对于分析孔喉成因及评价储层渗流能力至关重要。玛湖凹陷百口泉组样品的高压压汞测试结果表明,砂砾岩储层毛管压力曲线具有略粗歪度特征,排驱压力为0.138~0.678 MPa,排驱压力偏高,储层孔喉细小,渗透率较低,曲线平台部分较窄,孔喉分选较差。饱和度中值压力变化范围较大,为2.77~63.51 MPa,孔喉分布极不均匀,退汞效率普遍较低,表明孔隙与喉道差异大,孔喉非均质性强。高压压汞实验结果显示,研究区M746-3比M746-4大尺度孔喉(1~4 μm)发育较好,且主要渗流通道为0.1 μm以上[图 4(a)],M746-4孔径小于0.1 μm的纳米级孔喉占总孔喉的80% 以上[图 4(b)],通过渗透率累计贡献率曲线可知样品均以0.5~4.0 μm喉道贡献率最高。研究区致密砂砾岩储层孔喉尺度分布广泛,呈现较明显的双峰特征,大尺度孔喉为亚微米-微米级,而小尺度孔喉为纳米-亚微米级,由于埋藏深度大,存在大量纳米级孔喉,孔喉结构差。低场核磁共振(LF-NMR)分析结果可测量孔喉中含氢流体的弛豫特征,获得弛豫时间T2分布图谱,结合高压压汞实验结果可定量反映微观孔喉大小[19]。研究区样品的核磁共振测试结果显示[图 4 (c)-(d)],核磁T2谱孔径转化结果与压汞所测孔喉分布结果具有很强的相关性,均呈现较明显的双峰特征,M746-4相对于M746-3小孔孔径(0.003~ 0.250 μm)发育更多,其对应的核磁T2数值区间为0.010~1.750 ms(表 1),左峰明显高于右峰,表明致密砂砾岩储层孔喉具有复模态特性,喉道狭窄是储层渗透率低的主要原因。

下载原图 图 4 玛湖凹陷百口泉组储层样品核磁T2谱孔径转化与高压压汞结果对比 Fig. 4 Comparison of NMR T2 spectrum pore diameter conversion and high-pressure mercury intrusion results in Mahu Sag
下载CSV 表 1 玛湖凹陷百口泉组储层样品核磁信号与孔径范围对应关系 Table 1 Correspondence between NMR signal and pore size range of reservoir samples of Baikouquan Formation in Mahu Sag

高压压汞只能获得孔喉分布的模糊信息,存在不能完全区分孔隙和喉道的缺点,且同一毛管压力曲线具有多解性,但恒速压汞以较低的恒定速度将液态汞驱进岩心孔喉中,可以将进汞过程的任意时刻视为准静态,可准确识别孔隙与喉道[20]。研究区恒速压汞测试结果(图 5)表明,M746-3岩心的孔隙半径主要为140~180 μm,M746-4岩心的孔隙半径主要为125~175 μm。二者的喉道半径均为1.0~ 1.5 μm,喉道半径分布较窄,由于测试压力低,仅识别出0.5 μm以上的孔喉,存在大量高于恒速压汞最大精度的纳米-亚微米级喉道未被识别。孔喉半径比是指孔隙半径和与之连通的喉道半径之比,是反映孔隙与喉道交替变化的特征参数,两段样品的孔喉半径比均分布较宽,峰值略低,表明致密砂砾岩储层的非均质性强,孔喉分布存在跨尺度特征,渗流能力较弱[21]

下载原图 图 5 玛湖凹陷百口泉组储层样品孔喉半径分布特征 Fig. 5 Pore-throat radius distribution of reservoir samples of Baikouquan Formation in Mahu Sag
3.2 微米级孔隙结构表征 3.2.1 二维孔隙结构特征

对玛湖凹陷百口泉组砂砾岩样品的微观孔隙结构开展了微米CT研究,空间分辨率为13 μm/像素,CT扫描图像是灰度图像,体素的灰度值与该体素代表的矿物组分相关。高灰度值亮色一般对应高密度区,通常对应骨架部分,低灰度值对应孔隙。研究区样品呈现明显的非均质性,具有双模状。M746-3样品砾石尺寸大且含量高,颗粒结合较致密[图 6(a)],粒间孔隙欠发育,颗粒间存在界面缝;M746-4样品相对均质,可观察到粒间孔隙,但大多被充填,推测主要孔隙类型为填隙物微孔,样品不同位置的微孔大小、发育程度差异较大[图 6(d)]。为了解其微观孔隙结构,以2.3 μm/像素的分辨率开展精细扫描,高分辨率下孔隙识别能力增强,不同矿物组分对比度更加明显。M746-3样品粒间发育高亮的碳酸盐胶结物[图 6(b)-(c)],胶结物贯穿整个岩石骨架,孔隙和岩石骨架存在接触间隙。M746-4样品碳酸盐胶结物少,粒间孔隙主要被黏土等杂基充填[图 6(e)-(f)]。

下载原图 图 6 玛湖凹陷百口泉组储层样品不同分辨率条件下的CT扫描图像 (a)砾石颗粒结合紧密,玛604井,3 898.2 m;(b)高亮碳酸盐胶结物发育,玛604井,3 898.2 m;(c)砾缘缝、砾内溶孔,玛604井,3 898.2 m;(d)粒间孔隙发育,玛152井,3 898.2 m;(e)微裂缝、粒间孔充填杂基,玛152井,3 898.2 m;(f)残余粒间孔,玛152井,3 898.2 m Fig. 6 CT scan images at different resolutions of reservoir samples of Baikouquan Formation in Mahu Sag

研究区的砂砾岩主要包括3种孔隙类型:①溶蚀微孔。包括粒间溶蚀孔和砾石粒内溶孔,灰度图像上溶蚀孔的边缘极不规则,显示出孤立的点状、凹凸状等,推测其主要成因为:成岩作用下沿长石解理缝或碎屑等不稳定矿物的可溶性部位发生选择性溶蚀;早期颗粒间胶结物充填孔隙后,由于水岩反应导致胶结物被溶蚀,从而形成的粒间溶孔,如受有机酸溶蚀而形成的碳酸盐矿物溶孔、沸石溶孔、泥质溶孔等。②残余粒间孔。残余粒间孔和砾石之间的接触边缘清晰,由于成岩过程中颗粒间原生粒间孔隙的压实作用不充分,孔隙被部分压实和部分充填后残余的孔隙。③微裂缝。在图像上可以看到横穿颗粒的穿砾纹或沿砾石边缘弯曲交叉分布的砾缘缝,这可能是由于机械压实或后期构造挤压而形成,如成岩过程中压实作用较强烈时,脆性矿物成分抗压实能力较弱易发生弯曲断裂而形成压裂缝,微裂缝的存在不仅具有油气储集作用,而且还可提高储层渗透性。

3.2.2 三维孔隙结构特征

将多层二维灰度图依次叠加组合可得到其三维灰度图像[图 7(a)(d)],与二维岩心切面图像具有较高的一致性。采用图像分割算法将灰度图像建立二值化的三维数字岩心[图 7(b)(e)],透明区域为岩石骨架,蓝色区域为孔隙空间,由此可清晰看出样品孔隙在岩石骨架中的分布,致密砂砾岩样品孔隙形状不规则,孔喉大小不一[22]。研究区样品的三维孔隙结构图像显示,微米级尺度下砂砾岩样品孔喉类型主要包含孤立状孔隙或条带连片状孔隙,后者连通性较好,而孤立孔隙在空间中的分布多为不连通的孤立体。M746-4样品具有更多连续的连片状孔隙,孤立状孔隙较少,主要与残余粒间孔较为发育有关;M746-3样品连片状孔隙较少而孤立孔隙较多,其主要与溶蚀微孔较为发育有关。微米尺度表征下的砂砾岩样品局部区域的孔隙相对富集,部分孔隙较分散,孔隙较富集部分在空间分布上多呈条带状或片状分布,与粒间溶蚀孔或残余粒间孔有关,而孔隙较分散区域在空间上主要呈现孤立状,与砾内溶蚀微孔或长石溶蚀孔有关。砂砾岩储层微观孔隙分布不均,其微观非均质较强的特性在低孔低渗样品中表现更明显,与压汞和核磁测试结果较为吻合,该研究结论与学者们关于砂砾岩孔隙结构的研究结果相似[23-25]

下载原图 图 7 玛湖凹陷百口泉组储层样品三维数字岩心重构及孔隙连通性 (a)-(c)M746-3样品孤立状溶蚀孔隙发育,玛604井,3 898.2 m;(d)-(f)M746-4样品连片状粒间孔隙发育,玛152井,3 898.2 m Fig. 7 3D digital core reconstruction and its pore connectivity of reservoir samples of Baikouquan Formation in Mahu Sag

采用CT图像标记算法可进行孔隙连通性识别[图 7(c)(f)]。图像标记算法是指将相邻的孔隙体标记为一个孔隙簇,若三维数字岩心某一方向上的第一张切面和最后一张切面存在相同标记的孔隙簇,则认为孔隙在该方向上是相互连通的,否则为孤立的孔隙簇[24]。根据孔隙簇标记结果可识别孔隙的连通性,可用不同颜色来区分不同孔隙簇。研究区砂砾岩中的连通孔隙主要呈条带状或片状,M746-3样品中可见大量孤立的孔隙簇,多为“死孔隙”,尽管孔隙尺度偏大,但连通性较差,结合其实测渗透率较低可以得出,样品的孔隙连通性比孔隙尺度对渗流作用更重要,特别是砾内溶孔与粒间长石溶孔的集中发育可带来更好的连通性。M746-4样品的残余粒间孔隙较多,连通孔隙分布范围相对较广,条带状微米级孔喉连通性相对较好,实测渗透率相对较高。

3.3 纳米级孔隙结构表征 3.3.1 基质矿物分布特征

玛湖凹陷百口泉组CT扫描测试结果显示,样品矿物组分复杂,基质内部纳米级孔隙或喉道难以有效识别。通过扫描电镜QEMSCAN系统分析和MAPS微图像拼接技术获得了研究区基质孔隙类型和空间分布情况,并通过聚焦离子束扫描电子显微镜(FIB-SEM)对样品进行大面积扫描,获得了其矿物成分和粒度信息[25]。利用FIB-SEM的MAPS大视域成像功能,识别出微米CT无法识别的纳米- 亚微米级孔隙,最高分辨率可达5 nm。玛湖凹陷百口泉组样品主要矿物成分为石英和长石,结合MAPS整体视域图可观察到微米级-纳米级尺度的微孔道(图 8),基质部分的纳米级微孔形态各异,多呈不规则的长条状、管束状及小球状,分布于矿物颗粒(晶体)内部或填隙物表面,推测与矿物粒内结构缺陷或溶蚀作用有关。M746-3样品的砂砾颗粒尺寸较大,颗粒接触紧密,但存在粒间微裂缝,大视域图像中高亮度矿物为方解石,黏土矿物以绿泥石、伊利石为主,伊利石和石英颗粒无法通过灰度值区分,早期的胶结和强压实作用导致储层孔隙空间被破坏,丰富的绿泥石膜起到了一定的抗压实作用,对储层孔隙的保存起到了建设性作用。M746-4样品均质性相对较好,颗粒粒度分布相对均匀,大多数为棱角状,可见少量粒间孔,样品骨架矿物组分为石英和钠长石,部分砾石矿物组分不单一,为岩屑,方解石胶结物含量相对较低,基质内粒间孔隙多被高岭石充填,宏观尺度的溶蚀孔较少。

下载原图 图 8 玛湖凹陷百口泉组储层样品矿物分布特征 (a)M746-3样品发育高亮方解石胶结物,玛604井,3 898.2 m;(b)M746-3样品背散射整体视域图,玛604井,3 898.2 m;(c)M746-4样品高岭石填隙物充填,玛152井,3 898.2 m;(d)M746-4样品背散射整体视域图,玛152井,3 898.2 m Fig. 8 Two-dimensional mosaic images of mineral distribution reservoir samples of Baikouquan Formation in Mahu Sag
3.3.2 孔隙分布特性

玛湖凹陷百口泉组M746-3样品主要孔隙类型为砾石内微孔、钠长石溶蚀孔和颗粒间的界面缝[图 9(a)-(c)],主要成因为长石等易溶组分被基质内孔隙流体溶解而成,长石溶孔含量较多,呈蜂窝状、长条状,甚至完全溶蚀形成铸模孔,溶孔常与其他孔隙相互连通,对储层的储集性及渗流具有一定贡献作用,颗粒间的强压实作用导致粒间孔减少。M746-3样品含有丰富的方解石[图 9(d)],微裂缝主要为方解石颗粒的解理缝,为各类地质构造作用产生的剪切作用形成[26],解理缝对微米级球状微孔及纳米级溶孔可起到较好的沟通作用,兼具孔隙与喉道的双重功能。M746-4样品主要孔隙类型为粒内微孔、残余粒间孔和高岭石填隙物微孔[图 9 (e)-(h)],残余粒间孔为基质经后期压实等外界作用所致,该类孔隙中含有填充物且数量相对较少,对储层孔隙度贡献较少。填隙物微孔主要为自生高岭石和自生伊利石、伊蒙混层的晶间微孔,该类孔隙发育受埋深程度及填隙物组分的影响,发育于颗粒之间,其相对含量和实际面孔率值均与渗透率呈现正相关关系,表明填隙物微孔具有渗透性。

下载原图 图 9 玛湖凹陷百口泉组储层样品扫描电镜下的纳米级孔隙结构 (a)砾石内微孔,玛604井,3 898.2 m;(b)钠长石蜂窝状溶蚀孔,玛604井,3 898.2 m;(c)界面缝,玛604井,3 898.2 m;(d)方解石颗粒溶蚀,玛604井,3 898.2 m;(e)粒内微孔,玛152井,3 898.2 m;(f)残余粒间孔,玛152井,3 898.2 m;(g)填隙物表面微孔,玛152井,3 898.2 m;(h)高岭石填隙物微孔,玛152井,3 898.2 m Fig. 9 Nano-scale pore structure under scanning electron microscope of reservoir samples of Baikouquan Formation in Mahu Sag

研究区致密砂砾岩储层具有多尺度、多类型的孔隙结构,在空间分布上存在跨尺度特征,纳米级孔喉广泛发育于砂砾岩储层中,对储层渗流可产生一定贡献,但单一孔隙类型均无法独立构成渗流通道,微米级孔喉既有一定的含量,又对渗透率具有贡献,此类储层应优先动用。大量亚微米级残余粒间孔和纳米级粒内溶蚀孔的存在验证了基质内存在纳米孔隙的观点[27-29]

4 结论

(1) 通过常规孔喉分析方法结合微米CT及扫描电镜MAPS等技术对玛湖凹陷百口泉组储层从微米级次生孔隙和纳米级基质孔隙2个尺度进行了全面表征,包括致密砂砾岩储层强非均质性、复模态的孔隙结构特征等。微米尺度下,研究区不同位置的微孔大小及发育程度差异较大,孔喉分布状态包括孤立状和连片状,其中连片状孔隙在空间分布上较富集,主要与粒间溶孔及残余粒间孔较为发育有关;而孤立状孔隙较为分散,主要与粒内溶蚀孔有关。孔隙分布具有微观强非均质性的特点,在物性较差的样品中表现更明显,微观孔喉连通性差是导致其渗透率低的主要原因。

(2) 纳米尺度下,玛湖凹陷百口泉组致密砂砾岩样品基质内纳米孔隙类型复杂多样,大多分布于矿物颗粒内部或填隙物表面,形态多呈不规则的长条状、管束状及小球状,单一孔隙类型均无法独立构成渗流通道,整体上连通性较差,局部微裂缝及填隙物微孔发育区域连通性相对较好。储层孔喉尺度分布广泛,基质纳米级孔喉对渗流的也具有一定贡献作用。

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