一种致密储层微观孔隙结构评价与储层分类方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种致密储层微观孔隙结构评价与储层分类方法，属于石油开采领域 中地质学研究技术领域。
【背景技术】
[0002] 我国低渗透储层的分布范围广、资源潜力大，已成为现今油气勘探的重点。针对 如四川盆地川西龙门山前三叠系须家河组、鄂尔多斯盆地三叠系延长组、塔里木盆地北缘 库车坳陷侏罗-白垩系等低孔-低渗砂岩储层，前人均已展开过大量研究，并建立了一系 列的评价方法。然而早期的研究对象，往往是孔隙相对发育，物性也相对较好的储层，如鄂 尔多斯盆地陇东地区延长组储层的平均孔隙度为10. 25%，平均渗透率为1. 42X10 3μπι2， 四川盆地川西坳陷孝-新-合地区须二段储层的平均孔隙度为6. 01%，平均渗透率为 0. 51316Χ10 3μm2,须四段储层的平均孔隙度为3. 76%，平均渗透率为0. 37197X10 3μm2， 均属于低孔-低渗储层范畴。
[0003] 目前针对上述几种低孔-低渗储层的微观孔隙结构的研究，大多数研究者仍然采 用与常规储层一样的技术方法，包括：通过常规偏光显微镜观察普通岩石薄片、全岩X射线 衍射等手段分析砂岩的岩石学特征，如岩石颗粒和填隙物的成份等；通过常规偏光显微镜 观察孔隙铸体薄片、普通扫描电子显微镜观察孔隙特征，如孔隙与喉道的形态、大小、成因 等；通过压汞法测定孔喉结构，如孔喉半径分布、孔喉相互连通关系等。
[0004] 然而，随着非常规油气勘探开发的进一步开展，在上述储层中又发现了富有潜力 而孔隙度、渗透率极低的层位，如四川盆地川西坳陷须五段致密气储层的平均孔隙度为 3. 21 %，平均渗透率为0. 0329X10 3μm2,远低于同属须家河组的须二段与须四段，致密储 层的基本特点是：（1)储层渗透性能极差，渗透率通常小于〇. 01X10 3μm2; (2)储层孔隙既 小且少，直径通常小于几微米，甚至仅有几十纳米；(3)致密成因复杂，受沉积和成岩多种 地质因素控制。致密储层中发育的孔隙往往极为微小，在铸体薄片制备时难以将环氧树脂 压铸液注入，以常规偏光显微镜的放大倍数也难以观察到仅有微米-纳米级的孔隙；同样， 采用常规压汞的实验方法，也不易将汞压入纳米级的喉道，难以测出储层孔喉的分布范围。 因此，针对这类孔隙极小、渗透率极低的极度致密的储层，采用常规研究思路与技术手段是 难以对其微观孔隙结构进行评价的。
[0005] 下面对这些常规的技术进行具体介绍。常规的低渗透储层微观孔隙结构研究方法 之一是利用普通透射光偏光显微镜对孔隙铸体薄片进行观察。其中，孔隙铸体薄片的具体 制备步骤是：（1)按中华人民共和国石油天然气行业标准《SY/T5336-2006岩心常规分析方 法》钻取形状为圆柱形或立方形的样品，切取25mmX25mmX5mm的岩样；将切取的岩样用甲 苯在常温下洗油、凉干；在真空烘箱中，常温状态下，连续保持负压在-0. 〇8Mpa左右，真空 干燥48h以上；（2)将干燥岩样用岩石孔隙铸体仪在温度低于70°C压铸，将压铸液按特殊比 例注入，压铸时间为lh，压力为30Mpa，真空度值彡8X10 2托；（3)压铸完毕后，按中华人民 共和国石油天然气行业标准《SY/T5913-2004岩石制片方法》制片。制备得到孔隙铸体薄 片后，利用普通透射光偏光显微镜进行薄片鉴定，其具体步骤是：（1)分析样品的碎肩与杂 基、胶结物的成份、含量及岩石结构特征，确定砂岩岩石类型；（2)观察储层的颗粒接触关 系、粒间体积大小、塑性岩肩变形情况确定压实特征，观察胶结类型、胶结程度、胶结物产状 研究胶结作用，估计溶蚀对象、溶蚀面孔率确定溶蚀特征；（3)观察储层中孔隙形态、大小、 分布，确定孔隙成因类型，观察喉道形态、粗细、分布，分析孔喉连通关系；(4)分析不同成 岩作用对孔隙发育的影响，通过面孔率的估算，分析孔隙演化过程。
[0006] 但是，该利用普通透射光偏光显微镜对孔隙铸体薄片进行观察的技术存在以下缺 陷：首先是由于致密储层中喉道极为细小、渗透性极差，在压铸过程中难以将压铸液注入孔 隙中，在制片完成后通过普通透射光偏光显微镜会发现，在薄片中几乎完全无法观察到铸 体存在，即无法发现孔隙；其次，即便压铸时能将压铸液注入，普通透射光偏光显微镜的分 辨率有限，放大至400倍时图像已不够清晰，难以观察到微米-纳米级孔隙的特征。
[0007] 常规的低渗透储层微观孔隙结构研究方法之二是X射线衍射分析方法，可以用于 测定沉积岩中粘土矿物和常见非粘土矿物含量。由于每一种矿物晶体都具有特定的X射线 衍射图谱，图谱中特征峰值强度与样品中该矿物的含量正相关，因此采取实验方法可以确 定某种矿物的含量与其特征衍射峰的强度之间的正相关关系一一K值，进而通过测量未知 样品中该矿物的特征峰的强度而求出该矿物的含量。
[0008] 全岩X射线衍射分析方法可以测量出样品中每种矿物的相对含量，可作为对储层 岩石类型的薄片镜下鉴定的有效补充。然而在实际研究中经常需要确定某个视域下的矿物 组合，尤其是通过分析孔隙周围的矿物种类以判断该孔隙的成因类型，仅采用全岩X射线 衍射分析方法无法满足这项需要。
[0009] 常规的低渗透储层微观孔隙结构研究方法之三是利用压汞实验方法获得压汞曲 线，其形态反映了各孔喉段孔隙的发育情况及孔隙之间的连通性信息。现有技术对中低渗 透储层孔隙结构的研究都是通过对样品加压向样品孔隙中充汞，测得的渗透到孔或空隙中 汞的体积是与孔径相关的静压力的函数。通过实测的汞注入压力与相应的样品含汞体积， 并经计算求得汞饱和度值和孔隙喉道半径之后，可绘制毛细管压力、孔隙喉道半径与汞饱 和度的关系曲线，并可求得排替压力、孔隙喉道半径中值、毛细管压力中值、最小非饱和的 孔隙率以及孔隙喉道半径频率分布等参数。
[0010] 然而，压汞实验方法存在以下缺陷：其需要将汞充入孔隙，所能测量的最小孔径与 实验中使用的最大进汞压力有关，lOOMPa下压汞法所能测量的孔径范围是14nm~400μm， 即无法测出小于14nm的孔径；同时，由于致密储层的渗透性能极差，实验过程中难以将汞 压入样品的孔隙中，实测进汞饱和度可能不超过50%，无法采用常规方法计算孔喉半径中 值等参数。
[0011] 常规的低渗透储层微观孔隙结构研究方法之四是采用轴向流的岩芯柱塞稳态法 测定气体渗透率。其原理是利用气态稳定渗透率方程，其仪器带有电子传感器和高压岩芯 夹持器，具有自动化强、可模拟地层压力、准确度和精度高等优点。但是，采用稳态法气体渗 透率测试实际可测定的渗透率下限为〇. 1X10 3μm2。致密样品达到稳定状态需要的时间很 长，而且流量测定相当不准确。
[0012] 因此，研发出一种致密储层微观孔隙结构评价与储层分类方法，仍是本领域亟待 解决的问题之一。
【发明内容】
[0013] 为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种致密储层微观孔隙结构评价与 储层分类方法。该方法能够对孔隙极小、渗透率极低的致密储层的微观孔隙结构进行有效 评价。
[0014] 为达到上述目的，本发明提供了一种致密储层微观孔隙结构评价与储层分类方 法，其包括以下步骤：
[0015] 步骤一：分析储层成因及岩石学特征
[0016] (1)根据对岩芯样品的观察依据相标志等进行微相分析（其中，对岩芯样品的观 察方法可以参考中华人民共和国石油天然气行业标准《SY/T5336-1996岩心常规分析方 法》，依据相标志进行微相分析是本领域的常规相分析方法，其具体内容在本文中不再赘 述），确定沉积相类型；以及
[0017] (2)利用全岩X射线衍射分析全岩X射线衍射分析样品的矿物组分，利用粘土矿物 X射线衍射分析粘土矿物X射线衍射分析样品中各类粘土矿物的相对含量（分析方法及样 品的制备方法可以参考：中华人民共和国石油天然气行业标准《SY/T5163-2010沉积岩中 粘土矿物和常见非粘土矿物含量X射线衍射分析方法》）；和/或
[0018] (3)利用阴极发光显微镜和/或微区矿物定量分析（QEMScan)分别观察和统计阴 极发光片和/或微区矿物定量分析样品的成分、分选，以及确定杂基和所有胶结物的含量 (可以面孔率表示含量）、和它们的类型，确定岩石类型及结构特征（该步骤尤其适用于砂 岩储层）；和/或
[0019] (4)利用阴极发光显微镜随机选取大量岩石碎肩样品进行碎肩颗粒粒度 测定，计算岩石初始孔隙度)和/或岩石粒度中值和/或岩石分选系数（计 算岩石初始孔隙度Φ<：、岩石粒度中值和岩石分选系数的方法可以参见：Scherer M.Parametersinfluencingporosityinsandstones:Amodelforsandstoneporosity prediction[J].AAPGBulletin?1987?71 (5):485-491；BeardDC?ffeylPK.Influenceof textureonporosityandpermeabilityofunconsolidatedsand[J]·AAPGBulletin， 1973,57(2)349-369)(该步骤尤其适用于砂岩储层）；
[0020] 步骤二：分析储层物性特征
[0021] (1)利用覆压孔渗仪和/或脉冲渗透率仪分别测定岩芯样品的覆压孔隙度和/或 脉冲渗透率，确定储层的孔隙度和/或渗透率；
[0022] 步骤三：观察储层储集空间特征
[0023] (1)利用焚光显微镜观察焚光铸体薄片，和/或利用场发射扫描电子显微镜观察 新鲜断面样品和/或氩离子抛光样品，分析不同尺度的孔隙类型和/或大小和/或连通状 况，和/或统计不同类型孔隙的面孔率；
[0024] 步骤四：实验方法测量储层孔隙结构参数
[0025] (1)采用高压压汞法测量岩石样品的孔喉参数，确定储层的孔径分布；
[0026] 步骤五：分析储层物性控制