扫描电镜法在石油储层评价中的应用
时间：2023-03-10 13:50:06 来源：千叶帆 本文已影响人
刘林鑫 杜贵超
（西安石油大学）
能源问题与经济发展、社会稳定密切相关[1-3]，工业不断发展，导致石油的需求量日益增长。为开采出更多的石油，需研究石油地质勘探方法，并根据勘探结果，精准找到油气层，从而提升石油开采效果。付小东等[4]利用岩心与薄片观察等方法，分析石油储层特征，研究结果表明，渤海湾盆地束鹿凹陷孔隙结构繁琐，属于特低孔、特低渗储层，混积泥灰岩对储层发育贡献较大。郭晖等[5]应用X 射线衍射与能谱分析等方法，分析准噶尔盆地石油地质，研究结果表明，该区域地层溶蚀量较少，稳定性较优，其中的沸石胶结会影响储集空间，造成孔隙喉道拥堵，降低孔隙度与渗透率，进而对储层产生不利影响。由于这些方法均无法动态分析储层的变化情况，导致勘探结果不理想。扫描电镜法能够直接分析含油样品，动态描述含油样品的变化情况，最大程度呈现样品的原始状态[6-8]。其在石油地质储层勘探中的应用，可为石油地质勘探提供理论依据。
以渤海湾盆地东北部的油层井作为研究对象，利用扫描电镜法，研究该区域石油地质储层情况。该区域面积在1 870 km2左右，前期呈碟状坳陷型湖盆，属于活动强度与幅度小的情况，后期呈断陷型湖盆，受拉张背景影响，导致湖盆形状改变。该区域包含3 个单元，分别记作单元1、单元2、单元3；
该区域中包含8个地层，从上到下地层编号依次为1 至8；
该区域包含两种岩石类型，分别是长英质页岩、灰云岩。
本文选择G 108-8 井（取心长度为495.7 m）和GD 12 井（取心长度为71.6 m）的取心资料与相应的测井及物性分析资料作为研究对象，通过高密度分析联测取样法[9-10]，以取样一致性为原则，同一样品点设置多个测试项目，完成样品提取，为后续石油地质勘探提供数据支持[11-12]。
2.1 扫描电镜法的成像原理
利用扫描电镜法分析渤海湾盆地石油地质储层特征，扫描电镜结构如图1所示。
图1 扫描电镜结构示意
扫描电镜法的成像原理：通过电子枪发出的聚焦电子束在目标表面逐点扫描成像。电子枪发射出的电子经过二级聚光镜与物镜的缩小后，形成具有一定直径、能量与束流强度的微细电子束，微细电子束在扫描线圈的驱动作用下，按照一定的空间与时间顺序在目标表面进行栅网式扫描[13]。在此过程中，聚焦电子束与扫描目标之间通过相互作用，会产生二次电子发射，并且二次电子发射量因受到扫描目标形貌的影响而发生变化。探测器接收到二次电子信号后，会将其转换为电信号，电信号经过放大处理后直接传输到显像管栅极，通过调整显像管亮度，即可得到扫描目标的电子像[14]。
2.2 石油储层的模糊数学评价
依据该区域的基础资料，利用模糊数学来评价该区的石油地质储层。量化处理该区域内各种影响因素的定性概念[15]，量化过程即确定隶属函数，并获取该区域储层评价因素的隶属度。储层评价因素包含储层含油面积（A）、储层厚度（dr）、储层孔隙度（φ）、储层含油饱和度（So）和原油体积系数（R）。
砂体发育情况会对石油成藏水平产生一定的影响，储层含油面积的隶属度函数是μ（A），计算公式如下：
式中：A为储层含油面积，km2；
Amax为储层含油面积的最大值，km2。
储层厚度的隶属度函数是μ（dr），计算公式如下：
式中：dr为储层厚度，m；
q为石油储层有效厚度临界值，m；
b为随机因数（正整数）。
储层孔隙度（φ）的划分等级如表1 所示。储层孔隙度的隶属度函数是μ（φ），计算公式如下：
式中：φ为储层孔隙度，%；
g为低孔隙度值，%。
储层含油饱和度的隶属度函数是μ（So），计算公式如下：
式中：So为储层含油饱和度，%；
Ct为测井曲线电阻率，Ω·m。
原油体积系数的隶属度函数是μ（R），计算公式如下：
式中：R为原油体积系数；
z为体积系数，z的极值是zmin、zmax。
石油地质储层综合评价结果为：
式中：K＇为储层综合评价结果；
W为权重，通过灰色关联分析方法确定；
μ为储层评价因素隶属度。
应用扫描电镜法采集石油地质储层的特征，并通过模糊评价计算公式，可以完成石油地质储层特征的勘探与评价。
3.1 石油储层矿物组分分析
利用扫描电镜法采集该区域石油地质样品的图像，结合测井资料分析该区域石油地质矿物组分。石油地质样品扫描结果如图2 所示，各地层沉积岩矿物组分如表2所示。
综合分析图2 与表2 可知，该区域矿物成分结构繁杂，属于混合与组构叠置的混合沉积方式，同时无任何规律可循。该区域海相沉积环境中的长英质矿物含量最高，除其余矿物含量外，碳酸盐矿物含量最低；
陆相沉积环境中，并无具备绝对优势的矿物。
表2 沉积岩矿物组分
图2 石油地质样品扫描结果
3.2 石油储层储集特征分析
该区域中主要包括两种不同类型的岩石，扫描电镜法的扫描结果如图3、图4 所示，石油地质储集空间与特征如表3所示。
图3 长英质页岩扫描结果
图4 灰云岩扫描结果
综合分析图3、图4 与表3 可知，长英质页岩的有机质孔类似蜂窝形态，与气泡形状类似，晶间孔属于不规则形状；
灰云岩的晶间孔与溶蚀孔均为不规则形状。该区域石油地质储集空间主要属于基质孔隙与裂缝。孔隙类型包含3种，分别是有机质孔、晶间孔与溶蚀孔；
裂缝类型分为3类，分别是层理缝、构造缝、收缩节理缝。该区域石油地质储层内长英质页岩的整体发育程度与连通性较好，灰云岩的整体发育程度与连通性相对较差。孔隙度与渗透率越高，该区域石油地质储层的含油饱和度越高，开采效果越佳。该区域石油地质储层中两种岩石类型的物性特征如图5所示。
表3 石油地质储集空间与特征
图5 两种岩石类型的物性特征
根据图5 可知，灰云岩的孔隙度集中在0～10%之间，渗透率集中在0～10 mD 之间；
长英质页岩的孔隙度集中在0～16%之间，渗透率集中在0～1 000 mD之间。对比可知，长英质页岩的孔隙度与渗透率均高于灰云岩，说明长英质页岩的含油饱和度较高，更适合石油开采。
3.3 石油地质储层孔隙结构分析
根据测井资料，分析该区域石油地质储层孔隙结构，该区域中各地层储层不同孔隙类型的面孔率如图6所示。
图6 各地层储层不同孔隙类型的面孔率
根据图6 可知，地层4 至地层8，各孔隙类型的面孔率均呈递增趋势，地层8的面孔率最高，地层1的面孔率低，说明地层8对石油地质储集空间的贡献最大，储层发育良好，开采价值高，后续将对此结论进一步验证。各地层中溶蚀孔的面孔率均最低，面孔率越低，储层发育越差，与表3 中发育程度的数据结果一致，各地层储层中有机质孔与晶间孔两个孔隙类型的面孔率差距较小。试验证明：地层8 的石油地质勘探效果最佳，有机质孔与晶间孔利于石油开采，对储集空间贡献较大。
该区域各地层储层的压泵实验参数数据如表4所示。根据表4可知，地层1的排驱压力最小，中值压力最大，从地层4 开始，排驱压力呈递增趋势，中值压力呈递减趋势，地层8 的排驱压力最大，而中值压力最小，因此可以得出排驱压力越大、中值压力越小的结论；
地层1 的中值半径最大、最大孔喉半径最小，地层8 的中值半径最小、最大孔喉半径最大，说明地层8的渗透性能最佳；
地层1的均质系数最小、歪度系数与分选系数最大，从地层4 开始，均质系数逐渐提升，歪度系数与分选系数逐渐下降，地层8的均质系数最大，歪度系数与分选系数最小，因此可以得出均质系数高则非均质性低、采出程度亦高的结论。
表4 各地层储层的压汞实验参数数据
该区域石油地质储层的孔隙度与渗透率分布情况如图7所示。
据SY/T 5601-2009《天然气藏地质评价方法》，从孔隙度和渗透率两方面修改的石油地质储层级别划分标准如表5、表6 所示。根据图7 可知，该区域石油地质储层频率最高的孔隙度是12%，对比表5 可知，该区域石油地质储层属于中孔储层；
频率最高的渗透率是100 mD，对比表6 可知，该区域石油地质储层属于中渗储层。试验证明：该区域石油地质储层整体属于中孔、中渗储层。
图7 孔隙度与渗透率的分布情况
表5 孔隙度划分标准
表6 渗透率划分标准
3.4 石油地质储层评价
利用模糊数学评价该区域石油地质储层，各地层储层评价因素的隶属度如表7 所示。从表7 中可以看出，本文扫描电镜法可有效计算该区域石油地质各地层储层评价因素的隶属度。根据不同因素的隶属度结果可以得到较为精准的储层评价结果（表8）。表8与图6 所示结果一致。表8 显示该区域中地层7 与地层8属于优势储层，利于石油开采；
地层1属于劣势储层，不利于石油开采。表明本文方法能够精准地对石油地质各地层储层进行评价。
表7 各地层储层评价因素的隶属度
表8 各地层储层的评价结果
为寻找优势油藏储层，研究扫描电镜法在石油储层评价中的应用，为开采石油提供数据支撑，试验结果表明：所研究渤海湾盆地东北角的石油地质储层矿物成分结构繁杂，属于混合与组构叠置两种方式的混合沉积方式，同时无任何规律可循；
该区域最下两层的非均质性较差，孔隙结构较优，利于石油开采，根据勘探结果，可为设计合理的开采工艺提供帮助，提升石油勘探的开发效益。
