文摘

孔喉结构中发挥主导作用的评价致密砂岩的性质,但它仍然是很难确定相关参数和理解他们对储层质量的影响。因此,为此,我们分析的实验数据表明孔喉系统,然后我们调查的影响,孔喉结构的分形维数在岩石学和物理特性,最后,光学观察,分形理论,预测模型综合探索各种品质在致密砂岩储层类型。结果表明,分形维的压汞曲线对应于三孔喉类型和汞的挤压曲线可以对应两个孔喉类型。五种水库被确定,最好的储层类型的颗粒间的比例高和溶蚀孔隙,但低比例的clay-related毛孔,和各种类型的孔喉连通性的差异显著影响存储容量。不同储层类型的存储能力预测模型,综合实验数据。这项工作使用一个全面的分形理论基于毛细管压力曲线和孔喉系统有助于探讨影响致密砂岩储层质量。

1。介绍

致密砂岩,典型的非常规油气资源,孔喉网络复杂,非均质性强,由于复杂的成岩变化,和孔隙大小分布的特点(PSD)和孔隙结构对储层质量的行为造成重大影响(1- - - - - -4]。因此,阐明孔喉系统至关重要的特点理解油气运移的机制,积累,并在致密砂岩分布。分形分析可以描述不同几何结构的毛孔和喉咙,不规则,孔喉系统不稳定,非均质性强的可以量化的分形维数D [5,6]。维形象,汞等方法入侵(高压汞入侵porosimetry (HPMIP)和rate-controlled汞porosimetry (RCP)),低温气体吸附(LTGA)和核磁共振(NMR)经常探讨非常规储层的分形几何(7- - - - - -10]。维图像的分形维数可以揭示基于二维观测孔喉系统(薄片(TS),扫描电子显微镜(SEM))或三维成像(计算机断层扫描(CT))7,11,12]。然而,它需要足够的观察,和准确性受到微小的气孔和视野的决议。RCP测试可以分别研究孔隙的分形特征和喉咙(3];然而,耗费时间由于准静态压汞的要求(超过5天为一个核心样本)。此外,它只能量化毛孔的异质性在一定范围内的孔隙空间,忽略一些细小的毛孔和喉咙有重大影响的渗流(13,14),由于有限的压汞压力(最大6.2 MPa对应0.12μ沃什伯恩m基于方程(15])。LTGA分析通常被认为是一个有效的分形表征的方式Frenkel-Halsey-Hill (FHH)模型(16,17];尽管如此,这种方法会低估了孔隙范围(18]。核磁共振是一种无损的分析测试,确定分形表征(10,18),而它将记录信息不连通孔因为即使是孤立的毛孔会由模拟地层水饱和的过程,这可能不适合致密砂岩流能力,从而提供不准确的洞察的分形表征。因此,必须确定一个合适的方法来计算分形维数在一个广泛的PSD。

HPMIP测试确认的特点提出了孔喉系统广泛的PSD,这种技术被公认为其简单,快速,真实性的核心实验(8,19]。HPMIP先前学者们进行了分形分析的方法,讨论了计算分形维数之间的相关性,物理特性,孔隙系统的复杂性和异构性(8,20.]。然而,很少有研究报道矿物成分,特别是粘土矿物,影响HPMIP曲线在致密砂岩中,有一个明显的差异在水星自吸和提取规律从颗粒间的孔隙,喉咙,clay-related毛孔(14,19]。以前的研究对分形特征基于HPMIP方法没有考虑孔隙空间分类基于拓扑等因素;虽然晶间和颗粒内的空白空间的规模大小,渗流规律不同是因为multitype模型(19];因此,HPMIP-derived分形维度需要重新计算一个更现实的异质性和复杂性评价致密砂岩的孔喉系统定量。本文的研究是结合光学观测(薄片和SEM),物理特性(孔隙度、渗透率),和HPMIP测试从鄂尔多斯盆地典型致密砂岩样品,中国。分形维度基于multitype模型从HPMIP,及其对矿物成分的影响,孔喉系统的物理性质,特征进行了分析。这项研究具有重要意义的结果定量地阐明孔喉系统,并提供洞察行业工程在致密砂岩储层。

2。材料和方法

2.1。地质背景和采样站点

鄂尔多斯盆地是一个潜在的有前途的致密砂岩为油气勘探和开发,位于中国西北和东部的占地面积 (21,22]。研究区位于陕北斜坡区,西南是最含油一流的构造区在鄂尔多斯盆地的中心区域(图1(一))[23]。三叠纪三叠系,其中包含10个含油的成员,是湖泊三角洲沉积体系的一部分,由东北和西南出处(21,22,24]。总共30标本来自常张6和8个成员,石油资源丰富的地层由三叠系(图1 (b))。

2.2。实验方法

在本研究中,helium-based由FYK-Iapparatus孔隙度和硝基渗透率测试,由南通Feiyu石油科技有限公司有限公司的围压下20 MPa。红色环氧树脂浸渍薄片是研究岩石学、孔隙系统和至少300项的分值,使用蔡司Axioskop II显微镜。范microspatial结构的空间分布进行了分析使用广达400 FEG扫描电子显微镜(SEM)。此外,存根样本,从核心插头约0.5厘米的长度进行了分析使用X 'Pert PRO能量色散X射线谱仪量化粘土矿物。最后,样本沉浸到水星HPMIP测试微晶粒状Autopore IV 9420仪器,和最大注射压力达到200 MPa,对应3.675 nm根据沃什伯恩的方程(15由珀塞尔[],结果报告25)意味着它能够检测多种PSD在致密砂岩。

2.3。方法

在致密砂岩孔喉系统有一个分形属性( ),这孔喉结构参数对应的复杂性;的增加 ,孔喉的复杂性也增加。的数 ,这与半径对应于无效号码 ,可以由以下公式来表达(4,26]: 在哪里是最大的孔隙半径,μ米,这对应于最低毛细管压力来自HPMIP毛细管曲线。是指孔隙半径密度函数,代表孔隙半径与数,有负相关关系与孔喉结构的复杂性。然后,我们上面提到的积分方程

因此,对于微分方程,我们假设所有的毛孔和喉咙圆柱形状的;因此,累积孔隙体积与半径可以得到:

,在哪里油缸长度和吗被认为是一个半径在这种情况下(27,28),我们认为缸长度与半径成正比,然后累积孔隙体积可以写成

下面的公式可以得到方程(2)方程(4):

然后,总孔隙体积可以获得:

压汞饱和度,它对应于饱和与毛细管压力来源于HPMIP测试中,可以使用以下公式计算:

最小值与最大半径相比可以忽略由于巨大的差异;方程(7)写成

基于沃什伯恩方程(15),方程(8)可以写成 在哪里是阈值压力,它对应于非零信号从毛细管曲线HPMIP测试,把双方的日志:

方程(10)可以用来确定 。 被用来作为 - - - - - -轴和被用来作为 - - - - - -轴,然后

3所示。结果

3.1。岩石矿物学

所选16致密砂岩样品与石英长石砂岩和岩屑长石砂岩,长石和岩石碎片(补充表1,图2(一个))。此外,样本丰富的变质岩片段(av。9.31%),其次是火成岩片段(av。6.31%)和沉积岩片段(av。1.94%)。粘土矿物、自生石英、碳酸盐矿物的主要间隙填充,由于沉积阶段,之后的成岩过程和占6.00%到12.00%,平均为10.45%(补充表1)。伊利石是主要的粘土矿物的研究区域和间隔XRD数据的基础上,其次是绿泥石和伊利石/ smectite-mixed层,而高岭石的内容是次要的(补充表2)。分值的分析显示,排序在三叠系砂岩主要是温和的和排序,而圆度主要稍有棱角的(数字2 (b)和2 (c))。

3.2。物理性质

16致密砂岩样品的物理性质研究结果表明,孔隙度范围从4.33%到12.39%,平均为9.43%,渗透率是主要在0.040和1.244之间,平均为0.463(补充表1;图3)。样本的相关系数体现core-analyzed孔隙度是在良好的协议与core-analyzed渗透率、一个 - - - - - -的平方0.8085(补充表1;图3)。

3.3。孔喉系统和HPMIP-Derived分形维度

基本上,孔喉系统可以通过孔喉结构特征和PSD为代表的一些参数,如压力阈值、平均压力、最大的汞饱和,分选系数、退汞效率。入口压力,由毛细管曲线上的点的非润湿相(汞)侵入毛孔最初的样品,在一系列0.07 - -7.39 MPa,平均为1.28 MPa。毛细管曲线上的点在汞饱和度中值压力50%,与值的范围从0.68到97.00 MPa (av。15.22 MPa)三叠系砂岩紧缩。最大的汞饱和度是点对应于200 MPa毛细管压力在这种情况下,它从57.03%到97.01%不等的平均值85.44%。分选系数是孔喉异质性的指标,和值在1.90到-4.45之间,平均为2.56,表明,三叠系延长组排序致密砂岩很差。此外,退汞效率计算-41.68%,18.09%与28.36%的平均值。偏态变化从0.63到2.01,平均为1.62。与此同时,水星extrusion-derived阈值压力,对应于初始挤压毛细管压力曲线的拐点,范围从54.71到184.83 MPa (av 128.80 MPa)。结果都明确提出了补充表3和图4。

分形维度16致密砂岩标本研究领域获得的图(图4)来自HPMIP数据,所有样本按照公式(9)和(11),揭示了孔喉每个样品的分形维度。如图4和补充表3喉咙,孔隙的分形维数可分为五个范围; , ,和是按照升序根据压汞毛细管压力曲线;因此,和是对基于汞挤压毛细管压力曲线下降。入侵curve-derived分形维度( , ,和 )变化从2.406到2.901 (av。2.666), 2.351到3.415 (av。2.667),和1.878 -2.865 2.499 (av)和挤压curve-derived分形维度(和 )的2.266 - -2.957 (av。2.731)和2.695 -2.987 2.833 (av),和所有相关系数的分形维数计算结果超过0.90,显化的样本可以以分形几何理论(补充表4)。这些现象表明,五分形维度可以确认致密砂岩的分形特征。

3.4。基于微观空间特征观察与分形理论相结合

致密砂岩的空间自相似性的特点是类似的结构在不同孔喉尺度和展出一个代表性的线性关系情节的基础上分形理论(27,30.- - - - - -32]。因此,在致密砂岩孔隙空间的特点是多样化,可以反映多个段的毛细管压力曲线和不同遗传类型使用偏光观察和multitype Sakhaee-Pour提出的模型和科比19]。TS观测确定了四种类型的毛孔的紧三叠系砂岩,鄂尔多斯盆地,包括颗粒间的孔隙、溶蚀孔隙,缩小毛孔,毛孔clay-related(图5(一个))(净地区代表水星占领的区域在这个阶段)。颗粒间的孔隙,这通常与平滑的边缘,三角形代表一些碎屑颗粒之间的空间,相对较大的规模(主要10至200μ米直径),对应分形维数一般(数字4和5(一个))。汞主要入侵在这个相对较低的颗粒间的孔隙压力(数据5(一个)和5 (b))。溶解毛孔通常起源于碎屑颗粒溶解,表现为不规则孔隙形状和一个粗糙表面,孔隙的大小从0.5μm - 100μm(图5(一个))。之间的差异溶蚀孔隙和颗粒间的孔隙的形态表明,第一个提到的分形维度两个通常不同于后者,对应的相对较小的孔隙大小(对应于更大的毛细管压力)(补充表4,图4),在这个压力,水星会侵入到溶蚀孔隙,形成了非润湿相周期(数字5 (c)和5 (d))。缩小毛孔,从本质上讲,是喉咙,这与相对大的毛孔两端(图5(一个))。喉咙不重要的存储空间,但关键的流动途径为致密砂岩和渗流[做出了巨大的贡献14,27]。Clay-related毛孔广泛分布在粘土矿物总量,和这些毛孔的大小通常小于5μm(图5(一个))。clay-related孔隙的数量和尺寸足够小而缩小毛孔(图5(一个));然而,开孔率由粘土总量与铝硅酸盐分数可以弥补损失是由粘土矿物阻塞造成的孔隙度,和他们表现出相似的形状33,34];因此,分形维度被认为是代表缩小毛孔和clay-related毛孔(图4)。因此,毛细管压力足以让几乎所有的孔喉网络的入侵(数字5 (e)和5 (f));与此同时,clay-related毛孔,它的特点是一个树状模型,阻止防止汞达到较大的压力(数据的孔喉5 (g)和5 (h))。汞过程中挤压,水星会让最小的毛孔(clay-related毛孔在这种情况下)最初数据5(我)和5 (j)),然后把喉咙,毛孔中存在的相互联系的路径外(数字5 (k)和5(左))。因此,汞extrusion-derived分形结果可以概括如下:反映了clay-related孔隙的分形维数,分形维的退汞继续我们降低毛细管压力( )可以表明喉咙的特性和较小的孔,连接到外部(图4)。

4所示。讨论

4.1。孔喉结构分析与分形维度

为了确定分形维度对网络的影响,分形维度之间的相关性和孔喉结构的典型参数使用Microsoft Excel软件进行了研究。典型参数的相关系数与孔喉结构和分形维度补充表中列出5和成像图6。计算结果表明,与其他分形维度相比,和有相对较好的负相关性阈值半径,半径中值,特别是平均半径,这意味着好的孔隙喉咙连接孔喉半径的敏感指标。较低的半径代表细毛孔,伟大的分形维数表明孔喉分布不均匀;因此,这些证明逆相关性高的颗粒间的孔隙非均质性和复杂性的孔喉半径,因为可以减少粗糙表面和复杂的结构,使少退汞在挤压的进步将增强的毛细管压力。

分形维和显示值和强烈的负面关系最大的汞饱和,分别,而最大的汞饱和度和之间的相关性 , ,和含糊不清(补充表吗5;图6)。因此建议,异构结构的相互关联的毛孔和粘土矿物的发展对存储有不利影响。此外,它还可以推断应该更好地代表致密砂岩的存储容量,因为高灵敏度的最大的汞饱和,和clay-related毛孔大孔喉体积影响整个致密砂岩由于其较高的比例。

分形维 , ,和 ,在某种程度上,与退汞效率负相关,和之间的关系退汞效率很少明显;然而,显示了一个与退汞效率正相关(补充表5;图6)。退汞效率可以被视为一个代理的可生产性水库(19),结果表明,它取决于clay-related毛孔和孔隙喉咙有很大的连通性。此外,溶解毛孔弥补的损失结果的存储和显示了类似的模式之前的研究(35]。

有积极的分选系数和分形维度之间的关系,以及所带来的影响是最重要的(补充表5;图6)。这种现象可能是由于这一事实分类系数是一个有效的孔喉结构参数评估的复杂性,尤其是对于那些well-interconnected毛孔。偏态和分形维度之间的相关性是不显示(补充表5;图6),这表明大毛孔的比例并不是主要因素,决定了异质性致密砂岩的孔隙的喉咙。分选系数的相关系数和分形维度超过偏态和分形维度,显化,分形维度更有利于评价致密砂岩具有较好的光滑性和异质性,但几乎反映了偏态。

4.2。矿物成分对分形维数的影响

可以控制的主要矿物成分的分形维度在致密砂岩孔喉系统火山岩片段,伊利石、碳酸盐矿物(补充表6;图7)。石英、长石和其他岩石碎片产生轻微的影响分形维度,这意味着碎屑颗粒在孔喉系统没有占主导地位的因素。火山岩片段展示的负面影响而伊利石显示了正相关 , ,和(补充表6;图7)。火山岩片段是蒙脱石的主要来源之一,与蒙脱石很容易转化为伊利石通过混合层I / S [36];因此,火山岩片段的比例会减少与增加的伊利石。因此,伊利石的主要矿物因素之一负责分形维度的增加在致密砂岩。伊利石和之间的正相关性显示,伊利石阻塞毛孔部分和桥梁的毛孔增强的孔喉结构的复杂性(补充表6;图7)。积极的伊利石和之间的关系和显示,不仅大孔隙和中孔还clay-related毛孔和喉咙变得不规则的增加伊利石(补充表6;图7)。碳酸盐矿物中发挥了从属角色增加了分形维度由于相对较低的绝对内容与伊利石。碳酸盐岩产生的正相关和由于其发生胶结和恶化的产品孔喉阻塞毛孔的喉咙(补充表连接6;图7)。

4.3。分形维数对物理性能的影响

, ,和孔隙度的负相关性,而之间的关系/和孔隙度不明显(补充表7;数据8(一个)- - - - - -8 (e))。这些表明,颗粒间的孔隙和clay-related毛孔影响孔隙度的发挥了重要作用,因为大量的存储空间。渗透率也有负相关性 , ,和 ;然而, - - - - - -的平方渗透率与与其他参数相比是比较高的,说明well-interconnected毛孔更敏感的致密砂岩的渗透率与孔隙度相比(补充表吗7;数据8 (f)- - - - - -8 (j))。

4.4。基于分形几何的储层分类

微观观测孔喉类型确定是有效的途径。然而,由于这些方法的分辨率和受限的空间视野,光学观测模糊识别的空间类型和限制在一定程度上。因此,它是至关重要的输入总砂岩的孔隙类型空间和储层类型进行分类根据不同类型的储层孔隙的比例通过光学观测与HPMIP-derived相关曲线。基于这些原则,五个社区储层类型的分类,即颗粒间的pore-dominated,解散pore-dominated, throat-dominated, clay-related pore-dominated,和紧张的类型。

对颗粒间的pore-dominated储层类型、微观储集空间主要是颗粒间的孔隙与一些moldic毛孔(图9(a - 1))。这类储层的储集物性是最好的孔隙度和渗透率最高(分别为12.39%和1.929 mD在典型的示例中,)(图10)。不同孔隙类型的分形维度对应的压汞曲线有小的差异值,他们施加nonpercolation阶段(压汞曲线长尾)由于间质矿物含量相对较低,即空白空间在粘土总量的贡献存储很小,和碳酸盐对油气成藏的影响较小(补充表的能力4;数据9(a)和9(a - 3))。的距离和显示更大的长度(分别为30.56%和28.97%),以及压汞曲线的拐点对应相对较大的汞饱和,表明颗粒间的孔隙是显性的,溶解毛孔下属音在这些储层空间类型(补充表8;数据9(a - 3)和9(4))。入口压力的压汞曲线显示了低价值由于巨大的大孔隙,和相对较低的初始退汞压力证明几乎没有汞开除了核在这一过程中根据树状模型(19,37)由于粘土矿物的不足,和低磁滞曲线展示了大量的水银退出样品由于良好的孔喉连通性(补充表4;数据9(a - 3)和9(4))。

溶解毛孔很常见在解散pore-dominated储层类型,因此,高岭石源自长石溶蚀孔隙空间内容易看到[38- - - - - -40)(图9(b - 1)和9(b - 2))。这种类型的孔隙度和渗透率仍然相对较高(图10),分别为10.54%和0.606 mD在典型的示例。根据汞曲线,颗粒间的孔隙是罕见的在这个类型(短的长度阶段,11.10%)和之间有不同的反射点 - - - - - -和 - - - - - -相关片段(分别为27.86%和61.04%),这意味着溶蚀孔隙和kaolinite-related毛孔主要孔隙类型(补充表4和表8;图9(酮)。有一个轻微的阈值压力增加而温和的初始压力减少汞撤军,展现,毛孔比较大,几乎所有的水星撤离clay-related毛孔毛细管压力减少(数字9(酮)和9(B-4))。长阶段对应kaolinite-related毛孔揭示了大量的喉咙的空间,它阻挡和滞后的弱点是另一个证据的well-interconnected孔喉和粘土矿物(数据的大量生产9(酮)和9(B-4))。

主颗粒间的孔隙中丰富throat-dominated储层类型;然而,云母和孔隙搭桥粘土矿物,特别是孔隙充填绿泥石,导致大规模减少颗粒间的孔隙空间,储层质量的恶化是由缩小毛孔(孔隙度等于8.74%,渗透率等于0.168 mD)(数据9(颈- 1),9(c - 2)10)。是相对较大的,/ clay-related缩小毛孔的长度相对较长(超过45%),这种类型的储层,这对应于高比例的缩小毛孔和喉咙(补充表吗4和表8;数据9(供给)和9(c - 4))。强大的磁滞和毛孔中比例的clay-related表明限制汞由于孔喉连通性差(图撤军9(颈- 3))。汞挤压曲线的拐点是模棱两可,作证的clay-related毛孔有相似的分形维度相互联系的孔隙喉咙(图9(颈- 3))。

为clay-related pore-dominated储层类型、间质矿物质,尤其是白云石、绿泥石和伊利石,集中出现(数字9(d 1)和9(d2))。伊利石是分布最广泛的粘土矿物类型,和它发生孔隙搭桥间质纤维和蜂窝状水泥(图9(d2))。由粘土矿物胶结导致减少孔隙度和渗透率(图10),这等于8.88%和0.101 mD在典型的样本,分别。clay-related毛孔占据超过50%的总存储空间的长度 - - - - - -和 - - - - - -相应部分(分别为31.83%和65.17%),和核心的汞挤压毛细管压力减少一次已被证明同样密集分布在这个水库粘土类型(补充表4和表8;图9(d 3))。尽管生产伊利石可以弥补损失引起的孔隙度机械压实由于骨料之间的空间,强烈的非均匀孔隙结构很难形成商业油流(数据9(d 3)和9(D-4))。

紧密的类型是最严重的储层类型相当低的致密砂岩储层物理性质(4.33%和0.040 mD在典型示例)由于人口分布的碳酸盐岩,特别是铁方解石(数字9(e 1),9(飞行)10)。没有明显的颗粒间的拐点,解散,和缩小毛孔段;仅有少量的汞可以注入到内核。曲线表明,局部渗流发生在极高的毛细管压力阶段,这是由微裂隙产生强烈的机械压实(补充表4;数据9(e - 3)和9(军医))。这种类型的致密砂岩有相对较高的初始汞挤出压力和强磁滞,表明一些粘土矿物的存在(数字9(e - 3)和9(军医))。分形维代表了水银退出微裂隙的储层类型。的价值大于宏观和中尺度孔隙样本(89.33%时对应的百分比毛孔),展现微裂隙可以加强毛孔的异质性喉咙由于卷微裂隙之间的差异和传统毛孔(补充表吗4和表8;数据9(e - 3)和9(军医))。最大的值(2.9873)可以被视为无效的连通孔隙的证明由于nonpercolation现象的减少毛细管压力(数据9(e - 3)和9(军医))。

5。结论

致密砂岩的分形维度上三叠纪三叠系分割是基于毛细管压力曲线来自HPMIP。入侵曲线可以分成三个范围包括 , ,和 ,而挤压曲线可以分为两个范围,即和 ,前三个范围是公认的颗粒间的毛孔,溶解毛孔,和喉咙结合粘土总量之间的空隙,分别,后者两个范围的代表clay-related毛孔和相互联系的孔隙的喉咙。

所有HPMIP-derived参数显示与分形维数相对显著的负相关性 。阈值和平均半径相对良好的相关性而平均半径和之间的相关性相对较好。分形维数更有利于评价孔隙网络的复杂性与偏态。

高百分比的伊利石和碳酸盐矿物可能恶化的孔喉结构和增强孔喉系统的异构性。模糊分形维度之间的相关性和碎屑颗粒含量表现为间质矿物在PSD的决定性因素。与物理性能的增加,孔喉结构趋于均匀。

根据岩相观察和分形特征,定义了五种主要储层类型,即颗粒间的pore-dominated,解散pore-dominated, throat-dominated, clay-related pore-dominated,和严格的类型,存储容量逐渐减少。这项工作提供了洞察更全面的方法确定不同的储层类型,结果表明分形理论基于multitype模型是可靠的,这有利于致密砂岩的发展。

数据可用性

实验数据用于支持本研究的结果包括在手稿和补充材料。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

作者的贡献

概念是由Dengke刘和兆麟顾;数据管理Dengke刘和瑞祥梁;正式分析Dengke刘和瑞祥梁;资金收购大中任、黄Chuanqing和朝阳;调查Dengke刘和玮苏冲突;方法通过Dengke刘和玮苏冲突;兆麟顾监督;由本•陈图绘制;初稿的写作Dengke刘;和写作,审查和编辑玮苏冲突。

确认

这项工作得到了陕西省重点实验室开放基金积累的石油地质(没有。pag - 201901),美国国家科技重大项目(2016号zx05047 - 003 - 005),中国国家自然科学基金(11872295和11872295号),陕西省重点实验室的开放基础湖页岩气积累和开发(根据计划)(没有。YJSYZX18SKF0004)和中国石油天然气集团公司的基本储备先进技术(2018 - 0908)。

补充材料

辅料表包含S1表S8,显示来自物理性质的参数,TS, XRD和HPMIP。(补充材料)