储层孔隙结构
储层孔隙结构是影响储层物性的一个重要参数，国外从20世纪40年代就开始研究。Purcell首先将压汞法引入石油地质研究，他用这种方法测量毛管压力曲线，其理论基础是毛管束理论。这种方法被广泛使用。20世纪70年代以后，国外对孔隙结构的研究在理论和方法上取得了很大进展。例如，Morgan利用铸体薄片和压汞数据来研究不同孔隙结构与相对渗透率之间的关系。Dullien利用压汞数据和岩石薄片数据，建立了二元孔隙分布函数和二维、三维孔隙结构数学模型。从不同的侧面，用不同的方法对孔隙结构进行了定性和定量的研究。
一般来说，研究孔隙结构的实验方法可以分为两类。一种是间接测定法，即毛细管压力法，包括压汞法、半透挡板法、离心机法和动力学法，目前常用的是压汞法；二是直接观察法，包括铸体薄片法、扫描电镜法和图像分析法。
(1)压汞法和孔隙结构参数的计算
压汞法又称压汞法，是研究储层孔隙结构的经典方法。压汞法研究孔隙结构的基本原理如下:
(1)对于岩石，汞是非润湿相。将汞注入岩石的孔隙系统，必须克服孔喉引起的毛细管阻力。当压入岩样中的汞体积与毛细管压力平衡时，就可以得到毛细管力与岩样汞饱和度的关系。
(2)由于毛管压力Pc=2σcosθ/R，即Pc与喉道半径R成反比，所以根据压汞后的毛管压力可以得到相应的与喉道半径有关的参数。
以下与孔隙结构相关的参数可通过压汞法获得:
1.驱替压力Pd和最大孔喉半径Rd
排替压力表示汞开始进入岩石孔隙的起始压力，岩石的Pd越大，最大孔喉半径越小。相反，Pd越小，最大孔喉半径越大。
最大孔喉半径Rd:驱替润湿相时，非润湿相(水银)通过的最大孔喉半径。显然，最大孔喉半径Rd总是对应于驱替压力，即启动压力。
2.中值孔喉半径R50和中值毛细管压力P50
当汞饱和度达到50%时，我们将对应的孔喉半径和毛管压力值称为中值孔喉半径R50和中值毛管压力P50。R50可以近似代表样品的平均孔喉半径。R50越大，岩石的渗透性越好。
3.孔喉半径平均Dm分选系数Sp
平均孔喉半径是表示岩石中所有孔隙的平均孔喉尺寸的参数；
储层特征及精细油藏描述:以老河口油田老451区块为例。
其中:RI-面积-喉道半径；
δSi——对应井段喉道半径的汞摄入量，%。
分选系数是反映孔喉尺寸分布集中程度的参数。孔喉尺寸越均匀，分选性越好，孔喉分选系数越接近零。排序系数其实就是标准差，用来描述以平均值为中心的离散程度。计算公式为
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4.同质系数(α)
它代表储层孔隙系统中每个喉道半径(ri)与最大连通喉道半径(rmax)之间的偏离程度之和。计算公式如下:
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5.变异系数
变异系数反映了喉道尺寸分布的相对均匀性，数值越小，喉道分布越均匀。
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其中:sp——分选系数；
Dm——平均喉道半径。
6.束缚水饱和度
当非润湿相突破驱替压力Pd时，润湿相的饱和度会随着汞的注入压力的增加而逐渐降低，直到即使注入压力继续增加，润湿相的饱和度也不会改变，相应的水饱和度值，即束缚水饱和度。显然，Smin越大，无效微孔占据越多，储层动态越差。
7.汞提取效率w
在有限的压力范围内，当最大注入压力降至最小压力时，从岩石样品中提取的汞体积占降压前注入的总汞体积的百分比。
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式中:smax——最大注射压力下汞的最大饱和度，%。
Sr——退汞结束时岩样中残留的汞饱和度，%
8.结构系数
变异系数(Cs)与有效孔隙体积(φy)的比值。
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在老451断块，只对老451井的岩心样品进行了超压汞测试，其特征见表6-1。从表中可以看出，上部(2750.73m处)渗透率为0.126？M2，平均孔喉半径为3.161？m，孔隙率为23.5%，脱汞效率为61.12%；下部(2752.10米)渗透率为0.655？M2，平均孔喉半径为7.542？M2，平均孔喉半径为7.542？m，孔隙率为25.5%，脱汞效率为53.11%。综合对比表明，除了退汞效率外，其他指示上储层产能的参数都小于下储层。如果投入开发，下油藏的产能会大于上油藏。
表6-老451井压汞法获得的各种孔隙结构参数
(2)孔隙结构图像分析的特点
研究了德国蔡司公司生产的ks 400(2.0版)图像分析系统。在铸体薄片中，孔隙系统由有色胶质填充，与岩石骨架和填充物不同。该系统能根据所选视野中毛孔内的颜色差异进行快速区分，并自动精确测量各种参数。表6-2 ~表6-4为老451井段不同井深的图像分析参数。
面比是指片材中孔喉面积占片材总面积的百分比。面比和孔隙度不能直接换算，相对来说面比低。从表6-2 ~表6-4可以看出，老4514井段2750.73 ~ 2752.37段铸体薄片孔隙度图像分析表明，该井段中部孔隙度最大，其次是顶部和底部，自下而上呈现由小变大的趋势。孔隙最小直径和最大直径的变化趋势相似。
表6-2老451井段2750.73m图像分析参数
表6-3老451井段2752.10m图像分析参数
表6-4老451井段2752.37米图像分析参数
孔隙的等效圆直径是在孔隙面积不变的前提下，将孔隙视为圆形时的直径，其大小可以反映孔隙的大小。根据孔隙度等效圆直径的变化(表6-2 ~表6-4)，老451层段深度为2750.73 ~ 2752.37 m，自下而上变化趋势由小变大，可以反映该层段储层孔隙度的变化趋势。
当孔隙形状接近椭圆时，孔隙的纵横比是椭圆的短轴与长轴之比。显然，纵横比越小，孔隙越窄。长宽比的变化与成岩作用和后期发育有关。在成岩压实阶段，压实作用使岩石骨架的颗粒重新排列，同时孔隙的长宽比减小。此外，由于颗粒组成的不同，塑料颗粒在硬质颗粒的挤压下会发生变形，使自身体积减小，充满孔隙，从而使孔隙缩小，长宽比减小。在胶结过程中，新的晶体会在颗粒边缘生长，形成马牙胶结。结果，颗粒之间的孔隙半径将减小，宽长比将减小。此外，在储层开发过程中，由于油气的流动或注入水的冲刷，孔隙的长宽比也会发生变化。需要注意的是，孔隙长宽比参数是孔隙形态在某一平面上的表现，切片的位置和方向会对其产生很大的影响。特别是在具有管状和片状(微裂缝)孔隙的储层中，这种作用更加突出和明显。只有当孔是球形时，平面上的形状才不受切片方向和位置的影响。获得的数据表明，老451层段储层的孔隙纵横比从2752.37m到2750.3m几乎相同，表明储层在一定意义上经历了相同的成岩作用。
孔隙比表面积的S比值也是反映孔隙形态的参数之一，它是岩石样品总孔隙表面积与总孔隙体积的比值。比表面积越大，孔隙越发育，储层孔隙度越大，储层物性越好。以常见管状孔隙比表面积参数的计算为例进行说明。
管状孔的表面积为S=2πrL。
管状孔隙的体积为v = π r2l。
绘制:
S=2V/r
岩石样品的总孔隙表面积是不同大小的毛细管表面积的总和，即:
储层特征及精细油藏描述:以老河口油田老451区块为例。
假设岩样的总孔隙体积为V，岩样的比表面积为S:
储层特征及精细油藏描述:以老河口油田老451区块为例。
式中:ri——该层段的中值孔喉半径，？m；
δSi(Hg)-间隔汞摄入量，%。
此外，孔隙结构还有另一个参数:孔隙曲率λ，即在孔隙形状为管状的前提下，表示管状孔隙的曲率。孔隙曲率越大，孔隙结构越复杂，相应的驱油效率越低。对于孔隙曲率的计算，可以参考下面的公式:
储层特征及精细油藏描述:以老河口油田老451区块为例。
其中:φ-孔-间隙，小数；
Y——平均孔喉半径，？m；
k-渗透率，？m2；
Mφ——流动孔隙度，%;
M——有效孔隙度。
从以上对老4565、438+0井2752.37米岩样的孔隙比表面积、孔隙曲率、中喉道、平均喉道变化的分析和总结可以看出，老4565、438+0井沙河街组二段和三段中部的孔隙比表面积最大，孔隙最发育，孔隙曲率最大，孔隙结构最复杂，喉道也最复杂。顶部第二；最底层是最差的。
老451井沙河街组二段和沙河街组三段顶、中、底代表性储层的微观特征见图6-1 ~图6-3。
(三)孔隙结构分类
孔隙结构类型是评价储层质量的重要依据，因此准确划分孔隙结构是必不可少的。在这方面，张研农(1982)根据压汞资料的特征，将低渗透砂岩储层的孔隙结构分为五个等级，其参考参数包括驱替压力(Pd)、中值毛管压力(P50)和束缚水饱和度(Smin)。具体分类指标如下:排替压力(0.5，0.5 ~ 1.5，1.5 ~ 3.5，3.5 ~ 5.0，> 5.0 MPa)；毛细管压力中位数(2？m)、中喉(2 ~ 1？m)、细喉(1 ~ 0.5？m)和microlarynx (< 0.5？m)四种类型。
迪石祥等[106]综合利用岩性、常规物性、压汞试验、铸体薄片、电镜扫描、产能等资料，将孔隙结构划分为三个等级和六个亚等级(表6-5)。
图6-1ⅰ储层微观结构分布图(编号31)
图6-2二类储层(编号14)微观结构分布图
图6-3三级储层微观结构分布图(23号)
表6-5碎屑岩储层孔隙结构级别及主要划分标志
从上述孔隙结构分类标准对比来看，迪石祥[106]的分类标准更为合理。因此，本次研究采用了这一分类标准，同时结合孔隙结构的图像特征(参考平均孔隙面积、中值孔隙面积、平均孔隙半径、中值喉道、平均喉道等参数，见表6-6)，将研究区储层划分为IA、ⅰB、ⅰ。
表6-6老451块铸件薄片图像分析储层评价
ia类储层:孔隙度和渗透率较高，孔隙度为25.5%，渗透率为655×10-3？M2，压汞测试驱替压力Pd为0.0235MPa，平均孔喉为7.542？m；小于0.05？m喉的汞饱和度小(S
图6-4 IA类水库中汞的特征
ⅰB类储层:孔渗性好，孔隙度23.7%，渗透率126×10-3？m2 .压汞测试驱替压力Pd为0.0736MPa，平均孔喉为3.161？m .小于0.05？m喉汞饱和度小，一般小于5%；1.0以上？m喉道汞饱和度大于70%，渗透率贡献峰与粗喉道一致(图6-5)，脱汞效率为61.12%。孔喉图像分析特征见表6-6。铸体薄片观察，溶晶间孔非常发育(图版ⅱ-11 ~ 13)。
平均孔隙面积、中值孔隙面积、平均孔隙半径、中值喉道、平均喉道均小于无压汞资料的前两类储层。根据铸体薄片观察，溶粒间孔隙不发育，仅溶隙物中孔隙发育(图版ⅱ-14，15)，储层连通性差。
(4)储层孔隙结构和储层产能
油田的开发过程是油气在生产压差作用下从高压区向低压区渗流的过程。从微观驱油机理看，当压差一定时，流体流经单位截面积的流量与储层的孔隙结构密切相关。孔隙结构特征好，储层流量大，油井产能大；反之，油层的流量小，油井的产能也会小。当储层孔隙结构特征低于一定限度时，必须采取特殊的工艺措施(如压裂、酸化)才能获得工业油气。
图6-5ⅰB类储层中汞的特征
影响油藏产能的油藏因素如下
渗透率(1):从油藏到井筒的流动一般视为水平径向流，可根据径向流的达西定律Q得出:
储层特征及精细油藏描述:以老河口油田老451区块为例。
单位井眼表面的产量为:
储层特征及精细油藏描述:以老河口油田老451区块为例。
其中:δp-压差；
k-渗透性；
H ——油层厚度；
-油的粘度；
RC——低油面积和半径；
rw-井底半径。
当生产压差δp达到极限值时，可视为一个定值，井底半径rw不变，μ也不变。因此，从上式可以看出，储层渗透率越高，产量越高，反之亦然；渗透率越低，产量越低。
(2)孔喉大小的影响:在任何一个储层单元中，流体通过A区几个直径相同的毛细管的流动可以用下面的公式计算。
储层特征及精细油藏描述:以老河口油田老451区块为例。
其中:n是指毛细管的数量；
(p 1-p2)-压差；
L——铁芯长度；
R——毛细管半径。
根据上述公式，产量q与储层毛细管半径r的平方成正比，因此毛细管半径是影响单井产量的重要因素。如果把R看作实际储层中的孔喉半径，那么储层的平均孔喉半径就是影响产能的一个重要的孔隙结构参数。
(3)孔隙结构特征的影响:储层岩石样品毛管压力压汞曲线有两种类型。压汞曲线是非润湿相和润湿相汞驱替空气的过程，类似于油气在油藏中润湿相通过水的过程，即油气聚集的过程；而油气的开发过程大多是水驱油(气)的过程，即润湿相置换非润湿相，因此汞回归曲线可视为油气藏的开发过程。
在退汞曲线中，随着压力的降低，空气逐渐置换出汞，汞饱和度不断降低，这与油气开采的过程类似(油井投产时井底压力降低，导致油层与井底存在压差)。因此，汞饱和度随压力下降的幅度越大，说明单位岩石孔隙中产出的油气越多，汞回归曲线的斜率就成为影响油井产能的重要因素。
Warollaw(1976)的研究表明，除汞效率Wc与储层孔隙度φ成正比，即:
We=1.3+1.5φ
表明孔隙度越大，单井产能越高。
最小油压差的概念可以从退汞曲线来定义，即开始退汞的压力与汞饱和度开始下降的压力之差(图6-6)。油藏的最小压差越大，单井产油越困难。油藏的产油量与油藏的最大生产压差和油藏的最小产油压差密切相关，因为只有当最大生产压差大于油藏的最小产油压差时，才能在地层条件下产油，否则，只有实施工艺措施才能生产油藏。
图6-6孔隙结构特征对采油条件影响示意图
最小油压差与汞提取效率呈负相关。汞提取效率越大，最小油压差越小，反之亦然。脱汞效率越小，最小油压差越大(图6-7)。
汞提取效率也与原始饱和度正相关。根据沃德劳等研究，当原始饱和度大于50%时，退汞效率约为40% ~ 45%。原始饱和度小于50%，脱汞效率小于35%；当原始饱和度小于20%时，脱汞效率约为20%(图6-8)。
综上所述，在相同压力下，高汞饱和度的储层脱汞效率高，最小油压差小，产能好。在毛管压力曲线上(图6-9)，位于左下角的曲线具有更好的产能。
图6-7不同类型储层汞进退曲线特征
图6-8原始饱和度与采汞饱和度和残余饱和度的关系
图6-9强水洗岩样毛管压力曲线特征