[科普中国]-微观孔隙非均质性

简介

储集层的微观非均质性是指微观孔隙内影响流体流动的地质因素，主要包括孔隙、喉道的大小、分布、配置及连通性，以及岩石的组分、颗粒排列方式、基质含量及胶结物的类型等。这些因素直接影响注入流体驱替原油的效率。因此，油层微观非均质性的研究是了解水驱油效果及剩余油分布的基础。1

喉道的非均质性对于油层开采而言，油层的渗透率对油气的产能影响极大，而喉道的大小及形状又会形成不同的毛细管压力，进而影响渗透率。因此，喉道的非均质性又明显地影响储集层渗透率的非均质性。根据显微镜下观察，每一喉道可以连通两个孔隙，而每一个孔隙至少和三个以上的喉道相连通，有的甚至和多个喉道相连通。这种连通的形式与岩石颗粒的接触关系、颗粒大小、形状及胶结类型有关。常见的喉道类型有以下四种。

（1）孔隙缩小型喉道：喉道为孔隙的缩小部分。这种喉道类型往往发育于以粒间孔隙为主的砂岩储集岩中，且胶结物较少，其孔隙与喉道较难区分。此类孔隙结构属于大孔粗喉型。

（2）缩颈型喉道：喉道为颗粒间可变断面的收缩部分。当砂岩颗粒被压实时，虽然保留下来的孔隙较大，但颗粒间的喉道却变窄。此时虽然储集岩的孔隙度可能较高，但渗透率却可能较低，属大孔细喉型。部分孔隙因喉道小而无法连通，成为无用孔隙。

（3）片状或弯片状喉道：喉道呈片状或弯片状，为颗粒之间的长条状通道。当砂岩压实程度较强且晶体再生长时，喉道实际上是晶体之间的晶间隙。其张开度较小，一般小于1。当沿颗粒间发生溶蚀作用时，亦可形成较宽的片状或宽片状喉道。故这种类型喉道变化较大，可以是小孔极细喉型；受溶蚀作用改造后，亦可以是大孔粗喉型。

（4）管束状喉道：当杂基及各种胶结物含量较高时，原生的粒间孔隙有时可以完全被堵塞，杂基及各种胶结物中的微孔隙(小于0.5的孔隙)本身既是孔隙又是喉道，这些微孔隙像一支支微毛细管交叉地分布在杂基和胶结物中组成管束状喉道。具有此类喉道的岩石，其孔隙度一般较低，渗透率则极低，大多小于0.1×。由于孔隙就是喉道本身，所以孔喉直径比为1。2

微观孔隙结构特征由于碳酸盐岩矿物的易溶性、易结晶性和脆性，使之易于遭受成岩后生作用和构造作用的改造，造成其储集空间复杂多样。碳酸盐岩孔隙类型多样、孔喉大小变化大、发育不均一，由此导致物性非均质性特别强，表现出其孔渗性质既可以与岩石组构有关，又可以与岩石组构无关的特点。

(1)碳酸盐岩的孔隙类型

与碎屑岩相比，碳酸盐岩的孔隙类型更为复杂，其次生变化非常明显，除原生孔隙外，溶蚀孔隙十分发育，使碳酸盐岩具有孔隙类型多、孔隙发育不均、大小和形态变化大的特点(见右图)。按成因可将碳酸盐岩的孔隙类型分为原生孔隙和次生孔隙两大类，按产状又可以分为孔、洞、缝三大类，综合成因和产状可分为若干小类。

(2)碳酸盐岩的孔隙结构

碳酸盐岩储集空间的类型多样，一般在孔隙、裂缝之外还可划分出溶洞共三个类型。孔隙和裂缝为常规意义上的储集空间，与碎屑岩不同的是碳酸盐岩的孔隙成因类型和形态特征十分多样，而且裂缝普遍发育。溶洞的直径一般定在5mm以上，它是碳酸盐岩特有的储集空间(有时可达数米之巨)。因此，碳酸盐岩储集层的微观孔隙结构特征与碎屑岩有很大的不同。

按孔隙结构的特点和对开发效果的影响，可将碳酸盐岩孔隙结构分为以下四种类型:大溶洞型孔隙结构、微裂缝孔隙型孔隙结构、裂缝型孔隙结构、复合型孔隙结构。1

研究方法分形理论是研究自然界复杂系统的有力工具 ,而储层微观孔隙结构是一个具有分形特征的复杂系统, 而且也是影响储渗特性的最主要因素。但是 , 度量这种微观分形特征却是不容易的。因为人的肉眼分辨率的限制 , 这种研究必须与其它手段一起才能进行。

PIA(petrographic image analysis) 技术是石油地质工程师们用于岩心分析的常用方法。该技术通过对岩心切片进行图像分析 , 能很好地评价储层岩石孔隙系统的微观特性。右图 就是一个 PIA 普通输出。当然 , 其中只代表这种技术性能的一小部分。储层微观孔隙结构分析是一项难度较大的课题 , 原因之一就是微观孔隙的度量比较困难。虽然目前出现了为数不多的几篇研究储层微观孔隙结构的文章 , 但是 , 所有这些文章都是处于一种理论探索阶段 , 对于实际的微观孔隙结构并未提出一种实用的分析方法。因此 , 将 PIA 技术与分形理论相结合 , 寻找一种可以定量描述储层微观孔隙结构的方法 , 借以填补目前该方面研究的空白。3