吐哈油田公司 勘探开发研究院,新疆 哈密,839009
(Research Institute of Exploration and Development,Tuha Oilfield Company,Petro China,Hami 839009,China)
备注
致密油勘探是当今热点,但由于致密油往往在非常规储层中,常规实验方法难以满足地质研究的需求,三塘湖盆地芦草沟组储层非常致密、岩性复杂且相变快,需要利用新技术新方法满足勘探开发实际需求。通过三塘湖盆地芦草沟组岩性识别及储层实验方法对比研究,利用岩心、全岩X衍射、扫描电镜、QEMSCAN扫描电镜、薄片、碳酸盐含量测定等方法组合,提出全岩X衍射为主鉴定成分,结合薄片、手标本解释成因,并参考区域环境特征等方法最终定名的岩石学鉴定方法,并利用铸体薄片、氩离子剖光扫描电镜、纳米CT,常规孔隙度与渗透率测定、GRI,高压压汞等方法优选组合,最终找到有效评价致密储层物性的方法组合,对三塘湖盆地芦草沟组致密油下一步勘探起到了积极作用,并对其它地区致密储层研究中实验方法的优选提供了较好的范例。
The tight oil exploration is hot spot nowadays.The tight oil is deposited in non-conventional reservior,so the conventional experiment methods are difficult to satisfy the relative research.Based on the comparison of lithology identification and experiment methods,this paper brings forward the naming method using granule reservior:identify the composition by XRD,explain the cause of formation combining thin slice and specimen,consider the environmental characteristic.And the evaluation methods for physical properties of reservior have been summarized.They are FESEM,CT,physical property,GRI,mercury-injection method,and so on.It is important to further exploration in Santanghu Basin.Besides,the study can guide the experiment methods choice of tight reservior in other areas.
引言
致密油勘探是当今含油气盆地勘探开发的热点领域,致密油是储集体在空气渗透率小于1 mD(覆压渗透率小于0.1 mD)的致密砂岩、致密碳酸盐岩等储集层中的石油,具有致密储层大面积分布,广覆式分布的优质成熟生油层,连续分布的致密储层与源岩紧密接触共生,且无明显圈闭标志的一类油藏,其勘探潜力巨大,目前国内外已有多处重要发现和突破,如美国Bakken页岩、Barnett页岩、Eagle ford页岩等,国内鄂尔多斯盆地及准噶尔盆地也有重要进展,巨大的潜力及地质的复杂性需要针对致密储层进行准确的岩性识别及储层评价[1-2],但致密油往往在非常规储层中,原有的常规实验方法难以满足致密油勘探工作及储层评价的需要,其实验方法的实用性和准确性对判断有效储层及勘探部署有着极其重要的意义。前人已针对非常规储层实验方法有一定研究,但多数侧重于机理,缺乏实际勘探中的综合应用 [3-8]。
三塘湖盆地位于新疆东部,其东北与蒙古接壤。盆地呈北西-南东向,面积约2.3×104 km2.自1999年以来,三塘湖盆地先后发现了马中、黑墩等芦草沟组油田,但之后多口井见到油气显示但试油未能获得突破,这种只见显示不出油的现状使得勘探工作陷于停滞状态。前人研究表明,中二叠统芦草沟组是一套咸水湖相沉积,属于下伏卡拉岗组火山剧烈活动期与上覆条湖组火山剧烈活动期之间的相对平静的间歇期沉积。其烃源岩Ro处于生油窗内,TOC普遍大于2%,条件优越且大面积分布; 源岩与储层共生紧密接触; 储层空气渗透率普遍小于1 mD; 且不同构造位置均见到油气显示或油流,无明显圈闭标志; 属于典型致密油藏[9-19]。勘探实践表明,38口探井有37口见到油气显示,共28层试油见到油流,油层厚度大、分布广,勘探潜力巨大,但由于芦草沟组致密储层岩性复杂,平面及纵向上相变快,储层非常致密,导致多数井储层识别困难且产量较低,需要用准确实验方法来确定岩性及储层特征,而原有常规实验方法来难以满足勘探需要,并且单一的新技术新方法也无法满足评价需要,使得勘探工作遇到了很大困难。文中以三塘湖盆地芦草沟组致密储层评价为例,对岩性识别及储层评价等不同实验方法作简要探讨,以比较各种实验方法的优缺点,并提出适用于复杂致密储层的相互配合、且能互相验证的实验方法组合。
1 岩性识别及其存在问题
非常规油气藏赋存的储层,往往以粒度细、岩性复杂为突出特点,如何利用简单、经济、有效的方法准确识别岩性,成为地质研究的第一步工作。三塘湖盆地芦草沟组以盆地小、岩性复杂且相变快为主要特征,几乎所有的储层岩性类别都能在这里见到,既有溢流相火山岩,又有喷发岩; 既有常规的陆源碎屑砂泥岩,又有白云岩、灰岩等内源沉积的碳酸盐岩。陆相盆地的这些不同岩性,平面上快速相变,纵向上呈厘米级甚至毫米级-微米级的互层,对地质研究形成了极大挑战。
由于粒级过细,难以用常规薄片定准具体成分。在实际研究过程中,以全岩X衍射为主,辅助以碳酸盐含量测定、扫描电镜等实验来确定成分,利用薄片结合区域环境及露头、取心等确定成因。结合多种方法,最终确定储层岩性,并将岩性应用推广至录井及测井现场,取得良好效果。
实际工作中,还尝试使用QEMSCAN(Quantitative Evaluation of Minerals by Scanning Electronic Microscopy)电镜扫描能谱实验进行岩性识别,实验主要是通过X-射线能谱及背散射电子图像区分,并通过软件自动识别矿物。期望通过整体电镜扫描定量识别岩性并能直观观察。但在实际使用中发现,实验虽然可以有效识别出石英、斜长石等19种矿物,并在微米级别的视域内有效区分,但由于样品成分复杂且非均质性强,钾铝硅酸盐(KAlSilicate)、钾硅酸盐(Ksilicate)等5种矿物则有一定多解性,并且仍然有一定量的矿物无法识别,适用性相对较差(图1),有待在实践中进一步摸索。
2 储层评价方法对比
2.1 储层孔隙实验方法对比针对常规储层,孔隙的观察与研究一直是储层研究的重点。通过铸体薄片,可以观察孔隙的大小、类型、成因,此外还可以得到储层孔隙的连通性、配位数、面孔率等定性评判储层物性的资料。结合常规扫描电镜,可以详细观察储层单个颗粒(晶体)的具体成岩作用影响及三维空间的成岩作用及孔喉关系。但是针对芦草沟组储层,这些常规的方法基本都失去了作用,原因是储层粒级细,孔隙更细。多数储层磨制铸体薄片后,无法观察到具体的孔隙,制作扫描电镜样品后,由于精度所限,难以观察清楚小于1 μm的孔隙,导致储层微观特征不清楚,研究工作难以深入。
针对遇到的问题,采取场发射扫描电镜为主的新方法。场发射扫描电镜可以清楚的观察到小于100 μm的孔隙,甚至可以观察到几个纳米级别的孔隙。这样,首先在精度上解决了致密储层遇到的困难。通过大量场发射扫描电镜样品的观察,得出芦草沟组储层整体以晶间微孔为主,大孔主要为溶蚀及裂缝造成,储层有机孔是不可忽视的重要类型。
此外,氩离子抛光扫描电镜可以将样品经过打磨后观察,其可以最大限度的展示一个平面上孔隙的分布特征,是较好的储层微观特征观察方法,避免了由于常规扫描电镜样品制样后表面不平整而造成的孔隙假象。
纳米CT是当前热门的储层三维空间观察方法,通过实际做样发现,由于纳米CT价格较高,不可能大量选样送样。由于实际做样过程中,选取25 mm直径样后钻取3 mm小样,之后进行扫描提取孔隙,扫描分辨率9 μm,这样导致了在芦草沟组这样非均质性很强的储层中,选取样品是不是能够代表储层的一种类型就很关键。在实际选样过程中,要求研究人员首先要充分了解储层特征,选取能够代表一种类型的样品做样,否则只是简单的堆砌数据而已,甚至有可能误导研究结果。由于样品扫描的分辨率只有9 μm,对于致密储层,较小的纳米级孔隙无法识别并定量计算,其得出的有效孔喉的空间分布及数据统计,只能代表较大孔隙的特征,反映了致密储层中对渗透率贡献值较高的喉道。纳米CT应属储层微观特征研究中的辅助实验方法。
2.2 储层物性研究实验方法对比储层特征的一个重要表征就是渗透性,它能客观反映出油气在储层中产出的效率,并对后期开发及石油工程提供依据。传统储层渗透性研究,主要依据储层常规物性分析及压汞实验。前者可以直接给出储层渗透率,结合相对渗透率实验,可以解决储层中多相流体的相对渗透率数据。但是对于致密储层,尤其是芦草沟组这样的致密储层而言,常规物性分析中渗透率下限精度只能到0.005 mD,大量纳米级孔隙所提供的渗流能力无法有效识别。而常规压汞实验进汞压力约200 MPa,进汞数据记录点约30个,对于致密的纳米级孔喉,甚至到了进汞曲线末端都无法识别,对储层物性定量描述帮助有限。
鉴于此,研究中利用GRI(Gas Research Institute)方法来测定储层物性基本数据,其最大特点是将样品研磨成微细颗粒后测定样品孔隙度和渗透率,可以提供样品总密度、总孔隙度、注气孔隙度、有效基质渗透率、绝对基质渗透率、相对渗透率、气饱和度、总含油饱和度、总含水饱和度等一系列数据。在对芦草沟组致密储层实际实验过程中,其渗透率识别精度可以达到10-9 mD,解决了常规煤油法测定孔隙度和渗透率精度的不足,为之后研究“四性”关系乃至“七性”关系奠定了基础。当然,由于实验方法的不同,导致二者渗透率的意义还是有一定差别的。GRI方法测定渗透率是要研磨样品至约25~35目,因此得到的渗透率主要是基质渗透率,但其精度很高(图2(a)),解决了孔渗相关性实验的难题; 而在实际地下储层中,由于微裂缝及局部较大溶蚀孔的存在,会极大的改善储层渗流性能,这一点是GRI方法无法有效识别的,常规空气渗透率测定可以准确识别这些较大的孔缝引起的渗透率变化(图2(b))。因此研究中应将二者结合使用,以更加准确的判断储层物性。
对于孔隙结构参数获取,高压压汞实验是较好的方法。高压压汞注入压力大,可以到400 MPa左右,即便是芦草沟组这样致密的样品,进汞饱和度也可以达到90%以上,而不是之前普通压汞实验中多数仅50%~70%的进汞饱和度,此外,由于测试精度高,进汞压力对应样点数量可以到85个,可以详细计算对应喉道所占比例,最小区间可以到0.002 5 μm,充分展示了纳米级孔喉特征。利用高压压汞实验,有效的解决了孔隙结构参数的获取难题。
3 结 论
1)三塘湖盆地芦草沟组致密储层岩性复杂,通过不同实验方法优选对比,最终确定了岩性识别以全岩X衍射为主鉴定成分,结合薄片、手标本解释成因,并参考区域环境特征最终定名的岩石学鉴定方法;
2)致密储层评价中,由于传统方法精度的限制,需要引进新方法来解决新问题。经过对比试验,我们认为,应以GRI,高压压汞为主,辅助以薄片,场发射扫描电镜,纳米CT,常规孔渗物性,来综合判断储层,这样既能解决主要问题,又能降低成本。
3)致密储层研究是一个新问题,新方法的应用有时候并不能有效解决问题,有时候由于成本过高也无法大量采样,需要不断探索新的经济有效的适合具体地质情况的实验方法,并与传统的实验方法相结合,解决遇到的地质难题。
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