致密砂岩储层物性及非均质性特征 以四川盆地中部广安地区上三叠统须家河组六段为例.docx

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1、致密砂岩储层物性及非均质性特征以四川盆地中部广安地区上三叠统须家河组六段为例非常规天然气的开发极大地改变了世界能源供给格局，但目前仍处于发展的初步阶段l-5o四川盆地中部地区（川中地区）须家河组非常规天然气是发育于煤系地层的连续气藏6o该储层表现出低孔、低渗的岩石学特征，具有“大积、低丰度、局部富集”的分布特点7-8o以岩性圈闭为主，低孔、低渗的非均质性连续砂体成藏机理复杂，成岩圈闭形态和界限通常较模糊，且成岩圈闭动态平衡，导致预测难度很大7o通过对须家河组沉积相特征及变化9、矿致密砂岩储层物性及非均质性特征以四川盆地中部广安地区上三叠统须家河组六段为例非常规天然气的开发极大地改变了世界能源供

2、给格局，但目前仍处于发展的初步阶段l-5o四川盆地中部地区（川中地区）须家河组非常规天然气是发育于煤系地层的连续气藏6o该储层表现出低孔、低渗的岩石学特征，具有“大积、低丰度、局部富集”的分布特点7-8o以岩性圈闭为主，低孔、低渗的非均质性连续砂体成藏机理复杂，成岩圈闭形态和界限通常较模糊，且成岩圈闭动态平衡，导致预测难度很大7o通过对须家河组沉积相特征及变化9、矿纪转变为砂泥质沉积为主的陆相沉积环境38-40。广安构造位于川中古隆中斜平缓构造带东部，广安气田位于广安构造背斜东部（图la）o图1图1四川盆地气田分布（a）和三叠系须家河组综合柱状图（b） 36, 38-39Fig. IGasfi

3、elddistributionintheSichuanBasin （a ）,andcompositecolumnarsectionoftheTriassicXujiaheFormation (b) therein 36, 38-39川中地区上三叠统须家河组可分为6段，其中一段、三段和五段为湖沼相沉积，主要以黑色页岩和粉砂岩为主；而二段、段和六段为三角洲平原-三角洲前缘沉积（图1b）,主要以长石岩屑砂岩、岩屑砂岩和长石砂岩为主40-43o也有学者认为须家河组为潮控三角洲沉积44。广安地区须六段为辫状河三角洲-湖泊沉积，以中-粗粒长石岩屑砂岩和岩屑砂岩为主，其间夹薄层页岩、含植物碎屑砂岩，粉砂岩和

4、煤线。须六段顶部为湖沼相泥夹煤沉积，假整合于上覆的下侏罗统自流井组石英粉砂岩之下。2方法及分形维数计算2. 1样品来源及方法本文以广安气田101井为研究对象，取气藏段（深度20252095m）的54个砂岩岩样（图2）,进行薄片观察、物性分析和压汞测试，并基于压汞数据进行砂岩孔隙分形特征研究。砂岩样品被制为直径2. 5cm的柱塞，烘干2h后，使用AutoPoreW全自动压汞仪进行压汞试验，测量孔隙范围为0. 003 1000. 000 mo图2四川盆地中部广安地区广安101井地层综合柱状图Fig. 2CompositestratigraphiccolumnofWeiIGuang, anll ,G

5、uang anarea, centralSichuanBasin2. 2分形维数计算分形理论可以有效应用于结构复杂、具有自相似性的不规则形体。目前，分形理论已广泛应用于描述储层特征。分形维数D的值一般介于23, D=2代表均质孔隙结构，而D=3代表强非均质孔隙结构。本文应用压汞曲线计算致密储层的分形维数D,其计算公式的推导如下所示45：N(r)= / rmrP(r)dr=arDNr= frrmPrdr=arD (1)式中：r为孔隙半径，um； N (r)为孔隙半径大于r的孔喉a=43代表球状孔隙；D为分形维数，无量纲。数量，无量纲;rm为最大孔隙半径，um； P (r)为孔隙半径的密度分布函数

6、;a为常数，无量纲，a=l代表管状孔隙,对公式(1)求导，可得:P(r)=dN(r)dr=ar- D- 1Pr=dN(r)dr=ar-D-l (2)式中：aa为常数，无量纲，a=- Daa=-Dao公式(2)转化为公式(3),可获得半径小于r的孔隙总体积 V (r), cm3：V(r)= / rrsP (r) ar3dr=a (r3- D- r3- Ds) Vr= f rsrPrar3dr=ar3-D-rs3-D (3)式中:aa 为常数,无量纲9 a=aa(3- D)a=aa(3-D) ； rsrs为最小孔隙半径，mo致密砂岩储层的总孔隙体积V (cm3)可用公式(4)表示：V=a(r3-

7、Dm- r3- Ds) V=a(rm3-D-rs3-D) (4)通过公式(3)与公式(4)向公式(5)转化，可获得半径小于r的孔隙累积孔体积占比：f=V(r) V=r3- D- r3- Dsr3- Dm- r3- Dsf=V(r) V=r3-D-rs3-Drm3-D-rs3-D (5)式中：ff为半径小于r的孔隙累积孔体积占比,无量纲。假设致密砂岩中最小孔隙半径rs远小于最大孔隙半径rm,即可将公式(5)进行简化,f=(rrm)3- Df=rrm3-D (6)应用杨氏-拉普拉斯方程，可以表征毛细管压力与孔隙半径之间的数学关系:pc=2。cos 0 rpc=2。cos r (7)式中：pc为毛细

8、管压力，MPa； 为润湿角，(o ); 为空气与汞之间的表面张力，Nmo假设润湿角不受孔径大小的影响，则公式(7)可转化为:公式(2)转化为公式(3),可获得半径小于r的孔隙总体积 V (r), cm3：V(r)= / rrsP (r) ar3dr=a (r3- D- r3- Ds) Vr= f rsrPrar3dr=ar3-D-rs3-D (3)式中:aa 为常数,无量纲9 a=aa(3- D)a=aa(3-D) ； rsrs为最小孔隙半径，mo致密砂岩储层的总孔隙体积V (cm3)可用公式(4)表示：V=a(r3- Dm- r3- Ds) V=a(rm3-D-rs3-D) (4)通过公式(

9、3)与公式(4)向公式(5)转化，可获得半径小于r的孔隙累积孔体积占比：f=V(r) V=r3- D- r3- Dsr3- Dm- r3- Dsf=V(r) V=r3-D-rs3-Drm3-D-rs3-D (5)式中：ff为半径小于r的孔隙累积孔体积占比,无量纲。假设致密砂岩中最小孔隙半径rs远小于最大孔隙半径rm,即可将公式(5)进行简化,f=(rrm)3- Df=rrm3-D (6)应用杨氏-拉普拉斯方程，可以表征毛细管压力与孔隙半径之间的数学关系:pc=2。cos 0 rpc=2。cos r (7)式中：pc为毛细管压力，MPa； 为润湿角，(o ); 为空气与汞之间的表面张力，Nmo假

10、设润湿角不受孔径大小的影响，则公式(7)可转化为:原生粒间孔、粒间溶孔、杂基内溶孔、粒内溶孔及铸模孔等（图4ac）。其中，优质储层主要由发育原生粒间孔和粒内溶孔的长石岩屑砂岩组成，而孔隙度低的较差储层以富杂基岩屑砂岩为主。须六段优质储层常发育长石溶蚀形成的粒内溶孔，且部分粒内溶孔与原生粒间孔相互连通而形成较大的孔隙。图4图4四川盆地中部广安地区广安101井须六段砂岩镜下微观特征ac.长石岩屑砂岩，可见原生粒间孔和长石溶蚀孔，埋深分别为 2052.65, 2076. 20 和 2080. 15m,单偏光；d, e.岩屑砂岩，颗粒支撑和基质支撑，可见石英次生加大，孔隙发育较差，埋深分别为2020.

11、 58和2030.40m,正交偏光；岩屑砂岩，可见碳酸盐胶结物充填，孔隙发育较差，埋深2053. 25m,正交偏光；g伊利石充填粒间孔，发育绿泥石膜，孔隙较发育，埋深2022. 35m,扫描电镜；h.长石颗粒溶蚀现象，形成的粒内孔隙发育，埋深2041. 25m,扫描电镜Fig. 4MicroscopiccharacteristicsofsandstonesfromtheXu6MemberinWellGuang anll , Guang anarea ,centralsichuanBasin在压汞实验中，致密砂岩的孔隙一般为纳米级，其孔喉半径小于20um 46-47L根据须六段气藏段54个样品的

12、压汞原生粒间孔、粒间溶孔、杂基内溶孔、粒内溶孔及铸模孔等（图4ac）。其中，优质储层主要由发育原生粒间孔和粒内溶孔的长石岩屑砂岩组成，而孔隙度低的较差储层以富杂基岩屑砂岩为主。须六段优质储层常发育长石溶蚀形成的粒内溶孔，且部分粒内溶孔与原生粒间孔相互连通而形成较大的孔隙。图4图4四川盆地中部广安地区广安101井须六段砂岩镜下微观特征ac.长石岩屑砂岩，可见原生粒间孔和长石溶蚀孔，埋深分别为 2052.65, 2076. 20 和 2080. 15m,单偏光；d, e.岩屑砂岩，颗粒支撑和基质支撑，可见石英次生加大，孔隙发育较差，埋深分别为2020. 58和2030.40m,正交偏光；岩屑砂岩，

13、可见碳酸盐胶结物充填，孔隙发育较差，埋深2053. 25m,正交偏光；g伊利石充填粒间孔，发育绿泥石膜，孔隙较发育，埋深2022. 35m,扫描电镜；h.长石颗粒溶蚀现象，形成的粒内孔隙发育，埋深2041. 25m,扫描电镜Fig. 4MicroscopiccharacteristicsofsandstonesfromtheXu6MemberinWellGuang anll , Guang anarea ,centralsichuanBasin在压汞实验中，致密砂岩的孔隙一般为纳米级，其孔喉半径小于20um 46-47L根据须六段气藏段54个样品的压汞图5四川盆地中部广安地区广安101井储层砂

14、岩孔喉半径-体积相关性a.大孔;b.中孔;c.小孔Fig. 5Crossplotsofthroatradiusvs. porevolumeofsandstonereservoirsinWellGuang, anll , Guang anarea ,centralsichuanBasin表1四川盆地中部广安地区广安101井须六段气藏段砂岩物性特征及分形维数TablelPhysicalpropertiesandfractaidimensionsoftheXu6MembersandstoneinWellGuang, anll , Guang, anarea,centralsichuanBasin储层

15、类型样品数量/个最大进汞饱和度/%退汞效率/%大孔隙占比/%中孔隙占比/%小孔隙占比/%孔隙度占比/%渗透系数/ ( 10-3 m2 )分形维数I类2094. 8598. 4397. 5194. 8598. 4397. 5141. 9454. 7746. 1641. 9454. 7746. 1615. 6759. 5039. 0915. 6759. 5039. 0918. 445L 1232. 2718. 445L 1232. 2722. 0634. 6628. 6422. 0634. 6628. 6410. 0515. 1612. 2710. 0515.1612. 271. 029519.36796. 03761. 029519. 36796. 03762. 422. 592. 522.