王羽君 ，赵晓东 ，周伯玉 ，李琪 ，刘兆龙 ，李亮 ，李小石 ，纪雪冰
（1.中国石化中原油田分公司开发管理部，河南 濮阳 457001；
2.中国石油大学（北京）克拉玛依校区石油学院，** 克拉玛依 834000；
3.中国石油**油田分公司勘探开发研究院，** 克拉玛依 834000；
4.中国石油华北油田分公司第一采油厂，河北 任丘 062550；
5.中国石油冀东油田分公司勘探开发研究院，河北 唐山 063000）
低渗储层喉道半径小、连通性差，且在渗流过程中固、液两相之间存在较大的表面张力，这加大了流体的渗流阻力［1-2］。低渗储层孔喉结构复杂，孔隙度相差不大的情况下，渗透率差异却较大，这给储层评价带来了难度［3-5］。
高压压汞法是评价储层孔喉结构常用方法之一，是在保持恒定高压下，向岩样中持续注入汞，测量汞的注入量以及进入岩样的汞饱和度，以计算得到不同压力所反映的孔隙半径大小与控制体积［6-7］。但高压压汞曲线只是孔隙-喉道的合成综合曲线，难以细分孔隙、喉道对储层质量的影响，得到的孔隙分布情况实质是不同半径的孔喉所影响的体积大小，而不是微观储层孔喉结构研究所需要的孔隙数量分布，这导致高压压汞法在低渗微观储层孔隙评价方面难以满足实际要求［8-11］。恒速压汞法可测量压力升降情况，以区分岩石中的孔隙与喉道，可以得到孔隙、喉道半径大小及分布、孔喉比大小及分布［12-14］。恒速压汞曲线能够明显区分岩石样品之间微观孔喉结构上的差异，这极大地克服了高压压汞中同一毛细管压力曲线对应着不同的孔喉结构的缺陷［15］。因此，本文提出高压压汞与恒速压汞相结合的方法（简称高压压汞-恒速压汞），对高北斜坡中深层低渗砂岩储层进行了孔隙结构评价。
高北斜坡位于渤海湾盆地南堡凹陷北部高尚堡油田，古近系沙河街组为中深层低渗油藏主要产层［16］。3块样品（152#、181#、278#）来自高 23-39 井沙河街组三段，深度分别为 3 899.34，3 903.22，3 923.03 m，气测孔隙度为15.3%～18.0%，渗透率为0.201×10-3～1.504×10-3μm2，孔隙度相差不大，但渗透率差异较大（见表1）。为此，对3块样品同时开展了高压压汞、恒速压汞等实验，从微观机理方面明确其差异原因。
表1 高23-39井沙河街组三段物性及恒速压汞实验数据
恒速压汞实验中，以非常低的恒定速度（5×10-5mL/min）进汞，在此过程中，界面张力与接触角保持不变，需要2～3 d才能完成。恒速压汞过程为准静态过程，具有区分孔隙和喉道以及测定值接近地下真实情况等优势［14-15］。在恒速压汞实验过程中，进入岩样的汞，随着其所充注的每一处孔隙形状的改变，都会引起其前缘弯月面形状的改变，从而导致该处系统的毛细管压力发生变化［15］；
达到最大进汞压力后，再逐步降低实验压力，使得注入孔隙内的汞逐步退出孔隙，当压力降至最低压力时，便完成了样品的注入和退出回路的压汞曲线，使得恒速压汞可以获得更为精细的喉道、孔隙半径分布以及较为真实的孔喉比等信息。
恒速压汞实验是在ASPE-730恒速孔隙仪上完成，实验温度为20℃，湿度为45%～55%，润湿角为140°，汞表面张力为0.48 N/m，最大进汞压力为6.2 MPa，与其相对应的孔喉半径为0.120 μm。高压压汞实验是在HD-505高压孔隙度结构仪上完成，实验温度为18℃，相对湿度为55%，最大进汞压力为30.1 MPa，与其相对应的孔喉半径为0.024 μm。
与高压压汞实验相比，恒速压汞实验结果中与喉道相关的参数都可以较为直观地体现出来（见图1）。152#、181#样品喉道半径主要在 1.50 μm左右（见图1b，1d），278#样品的喉道半径主要在 0.60～1.00 μm（见图1f），3 块样品的孔隙半径均约为120.0 μm（见图 1a，1c，1e）。
图1 恒速压汞实验测试孔隙、喉道半径分布频率
高压压汞实验只能测得孔喉半径，无法区分喉道和孔隙，而恒速压汞实验方法可以有效将孔隙与喉道区别开来，可用来精细研究储层的微观孔隙结构。但由于恒速压汞实验最大进汞压力仅为6.2 MPa，计算得到最小孔喉半径约为0.120 μm，受制于恒速压汞实验仪器的最大进汞压力，恒速压汞实验在喉道半径小于0.120 μm的样品区域将出现无法测量的盲区［16］。为此，本文将恒速压汞与高压压汞实验方法联合，利用高压压汞法弥补恒速压汞低值区无法表征的缺陷。
2.1 岩石学特征
利用岩心、岩石薄片资料，对高北斜坡中深层沙三段岩石学特征进行了分析。研究区岩石类型主要为长石岩屑砂岩、岩屑长石砂岩。
高北斜坡带沙三段岩石组成见图2。岩屑以岩浆岩为主（图3a，3b），质量分数约为50%；
沉积岩次之，质量分数约为25%；
变质岩最少，质量分数约为17%。岩浆岩岩屑主要为酸性岩浆岩，质量分数约为45%；
中性岩浆岩质量分数约为1%，几乎不含基性岩浆岩。
图2 高北斜坡带沙三段岩石组分三角图
胶结物主要为方解石、铁质胶结物，质量分数均为7.0%左右；
泥质胶结物质量分数仅为1.8%。岩石分选不均，主要为次棱—次圆状，颗粒之间以点、线接触为主（见图3c），主要为孔隙式胶结，颗粒支撑（见图3d）。
图3 高北斜坡带沙三段岩石显微镜下特征
2.2 物性特征
根据取心井岩心物性分析化验资料，高北斜坡中深层碎屑岩储层孔隙度为4.0%～21.0%，平均孔隙度为13.5%；
渗透率整体较低，平均值为 1.907×10-3μm2。储层孔隙度主要分布在16.0%～20.0%，8.0%～12.0%（见图 4a），渗透率主要分布在 1.0×10-3～10.0×10-3，0.1×10-3～1.0×10-3μm2（见图 4b），属低孔特低渗、中孔低渗储层。
图4 高北斜坡中深层孔隙度、渗透率分布频率
2.3 孔隙结构特征
2.3.1 孔喉类型
研究区目的层主要发育4种孔隙类型：1）原生残余粒间孔（见图5a）。该类孔隙边缘较清晰，由于压实和胶结成岩作用的影响，孔隙大多消失，分布不均匀。2）次生粒间溶蚀孔（见图5b）。该类孔隙主要为长石溶孔，在沙河街组存在多条不整合面和大型断裂，导致石油酸等酸性流体更易进入储层发生溶蚀，孔隙边缘模糊，形状不规则。3）次生粒内溶蚀孔（见图5c）。该类孔隙主要为发育在长石粒内的部分溶蚀孔和长石粒内的全部溶蚀孔。4）微裂隙（见图5d）。该类孔隙为压实作用破裂形成的压裂缝孔隙和长石颗粒解理缝，以压裂缝孔隙为主。喉道主要为片状/弯片状喉道（见图5e，5f）、缩颈型喉道（见图 5g）以及管束状喉道（见图 5h）。
图5 高北斜坡带沙三段孔隙、喉道及孔喉组合类型
2.3.2 孔喉结构特征
将高压压汞与恒速压汞实验得到的分布曲线进行叠合，可表征储层微观孔喉结构特征（见图6）。高压压汞曲线只体现储层整体的孔隙特征，恒速压汞曲线则精准地将孔隙与喉道的作用区分开来。在孔喉半径小于0.12 μm时，高压压汞曲线可以刻画小喉道、小孔隙的作用范围，它对于整体的孔渗影响较小；
而孔喉半径在0.12～2.00 μm时，可在高压压汞曲线反映孔喉分布的基础上，利用恒速压汞曲线刻画喉道的分布形态，从而解决低渗砂岩储层孔喉评价的问题。从压汞曲线中分别提取孔隙与喉道的进汞饱和度（见图6），可以看出，152#、181#样品孔隙、喉道的进汞饱和度之间的差别比278#样品大。这表明在相近孔隙半径、孔隙度的情况下，喉道越大，进汞饱和度越高，渗透率越大。
图6 样品压汞参数曲线叠合
喉道对低渗砂岩储层影响较大，结合图6和喉道分类评价标准［17］（见表 2）分析可知：152#样品最大连通喉道半径、主流喉道半径下限、主流喉道半径分别为3.246，1.985，1.165 μm，为中—细喉道；
181#样品最大连通喉道半径、主流喉道半径下限、主流喉道半径分别为 3.109，1.931，1.086 μm，为中—细喉道；
278#样品最大连通喉道半径、主流喉道半径下限、主流喉道半径分别为 1.087，0.523，0.154 μm，为微细—微喉道。
表2 喉道分类评价标准
利用高压压汞实验所得的孔喉半径分布频率与恒速压汞实验所得的孔隙（喉道）半径分布频率叠合，可得高压压汞-恒速压汞联合评价孔隙（喉道）半径分布频率叠合图（见图7）。以孔喉半径0.12，50.00 μm为界限，划分为3个区：高压压汞表征区、高压压汞-恒速压汞联合表征区以及恒速压汞表征区。
图7 高压压汞-恒速压汞联合评价孔隙（喉道）半径分布频率叠合
1）高压压汞表征区。该区主要为微喉道，孔喉半径为0.01～0.12 μm。因孔喉半径小，突破毛细管阻力所需排替压力过大，恒速压汞压力不足而无法表征。该区孔喉半径分布主要利用高压压汞实验曲线进行表征，研究区微喉道分布频率低于10%，对储层影响较小。
2）高压压汞-恒速压汞联合表征区。该区主要为喉道表征区，孔喉半径为0.12～50.00 μm，孔喉半径分布可用高压压汞与恒速压汞联合表征。研究区3块样品的喉道半径大小具有差异。其中，152#、181#样品喉道半径约为 1.50 μm，278#样品喉道半径约为 0.60 μm。
3）恒速压汞表征区。该区主要为孔隙表征区，孔喉半径大于50.00 μm，研究区3块样品在分布频率最大处取值，其孔隙半径相似，约为120.00 μm。从图7可以看出，研究区储层主要发育1.00 μm左右的喉道和120.00 μm左右的孔隙。其中：粒径较粗的峰值区域的喉道多为片状或弯片状喉道、缩颈型喉道，是孔隙较为发育区域的孔隙因压实、胶结等成岩作用而形成的喉道；
粒度较细的峰值区域喉道多为管束状喉道，是片状高岭土等黏土矿物晶体颗粒接触之间形成的喉道。
3块样品在高压压汞表征区和恒速压汞表征区的孔隙半径与微喉道半径分布特征相似。如图7所示，分布频率最大处取值，孔隙半径为120.00 μm（恒速压汞表征区），微喉道半径为0.10 μm（高压压汞表征区）。但高压压汞-恒速压汞联合表征区的喉道半径分布范围不同，152#、181#样品主要发育 1.50 μm的细喉道，278#样品主要发育 0.60 μm的微细喉道（见表3）。因此，3块样品的孔隙度相似，而152#、181#样品渗透率明显比278#样品大1个数量级。这表明喉道半径大小对储层的渗流起关键作用。
表3 样品高压压汞-恒速压汞联合评价结果 μm
储层孔隙结构影响储层储量和渗流能力［3-4］。本研究采用HLDY50-150高温相渗驱替装置，按SY/T 5345—2007《岩石中两相相对渗透率测定方法》进行油水相对渗透率测定，得到束缚水条件下油相相对渗透率曲线以及非束缚水条件下水相相对渗透率曲线。二者叠合后，经计算可得水驱替原油过程中油水两相相对渗透率与样品含水饱和度的关系曲线。整体上，油相相对渗透率与水相相对渗透率成反比，且随着含水饱和度变化，两者呈相反的变化趋势。目的层具有含水饱和度高、含油饱和度低的特征。实验数据见表4。
表4 油水相对渗透率实验数据
结合油水相渗曲线，研究区样品可以分为3类：Ⅰ类物性最好，孔隙度在12%左右，等渗点含水饱和度在59%左右，油相及水相相对渗透率较大，整体曲线形态反映油水渗流能力最好；
Ⅱ类物性次之，曲线形态、整体特征与Ⅰ类相似，等渗点含水饱和度在69%附近，油水渗流能力次之；
Ⅲ类等渗点含水饱和度约为88%，油相难以在储层中流动，束缚水饱和度过高，有效孔隙度小，为不利储层。从曲线特征判断（见图8），152#样品属于Ⅰ类，181#样品属于Ⅱ类，278#样品属于Ⅲ类。3块样品都属于孔隙发育类型，且孔隙度也相近，但渗透率却有着较为明显的差异。
图8 高北斜坡中深层油水相渗曲线
本研究通过恒速压汞实验发现，三者孔隙半径相似，但喉道半径不同，并结合油水相渗流实验结果，明确了喉道是影响渗流的主控因素。3块样品在其他结构参数相似的情况下，渗流能力不同，主要是因为喉道半径的差异。通过驱油效率测定，弄清了不同喉道半径的3块样品驱油效率与注入倍数的关系（见图9）。由图可以看出，181#样品的驱油效率最高，152#样品次之，278#样品最低。这说明喉道半径越大，渗透能力越强，驱油效率越高。
图9 高23-39井3块样品驱油效率与注入倍数的关系
1）高北斜坡中深层储层岩石类型主要为长石岩屑砂岩、岩屑长石砂岩，发育原生残余粒间孔、次生粒间溶孔、次生粒内溶孔和微裂隙等4种类型孔隙。喉道类型主要为片状或弯片状喉道、缩颈型喉道及管束状喉道。根据喉道半径大小划分结果，主要为中—细、细—微喉道。储层平均孔隙半径120 μm，喉道半径1.5 μm，平均孔隙度 13.5%，平均渗透率 1.9×10-3μm2，为低孔特低渗、中孔低渗储层。
2）提出了高压压汞-恒速压汞实验联合评价微观孔喉结构的方法；
建立了高压压汞-恒速压汞联合评价孔喉半径频率分布叠合图，并将其划分为3个区，即高压压汞表征区、高压压汞-恒速压汞联合表征区和恒速压汞表征区。其中：高压压汞表征区主要表征微喉道，孔喉半径为0.01～0.12 μm；
高压压汞-恒速压汞联合表征区主要表征喉道，孔喉半径为0.12～50.00 μm；
恒速压汞表征区主要表征孔隙，孔喉半径大于50.00 μm。
3）储层渗流能力主要受喉道控制，在相同孔隙半径、孔隙度的情况下，喉道半径越大，渗流能力越好，驱油效率越高。低渗储层喉道半径的大小是影响储集与渗流能力的关键，在低渗储层油气藏的勘探开发中应重点关注喉道的研究。
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