王秀娟，王明磊，趙愛(ài)彬

（1.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司，西安710018；2.中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院廊坊分院，河北廊坊065007）

鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組長(zhǎng)7致密油儲(chǔ)層微觀特征

王秀娟1，王明磊2，趙愛(ài)彬1

（1.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司，西安710018；2.中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院廊坊分院，河北廊坊065007）

針對(duì)鄂爾多斯盆地致密油儲(chǔ)層特征，利用納米級(jí)CT掃描、場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡、恒速壓汞以及核磁共振等技術(shù)，對(duì)該儲(chǔ)層孔隙、喉道以及孔喉配置關(guān)系等微觀特征進(jìn)行了系統(tǒng)研究。結(jié)果表明：孔隙大小決定了致密油儲(chǔ)層的儲(chǔ)集能力，鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組長(zhǎng)7致密油儲(chǔ)層的平均孔隙半徑為15～20 μm，平均單位孔隙體積為0.05；喉道大小是儲(chǔ)層開(kāi)發(fā)下限的主要制約因素，長(zhǎng)7致密油儲(chǔ)層的喉道半徑主要為0.3～0.5 μm，儲(chǔ)層中60%的可動(dòng)流體由半徑為0.1～0.5 μm的喉道所控制；在物性較好的儲(chǔ)層中，連通性較好的大喉道占30%～40%，而且喉道半徑≥0.5 μm，而在物性較差的儲(chǔ)層中，喉道細(xì)小，連通性差的喉道約占60%，而且喉道半徑＜0.1 μm。

致密油儲(chǔ)層；納米級(jí)CT掃描；開(kāi)發(fā)下限；儲(chǔ)層微觀特征；鄂爾多斯盆地

0 引言

致密油是指以吸附或游離狀態(tài)賦存于富有機(jī)質(zhì)且滲透率極低的暗色頁(yè)巖、泥質(zhì)粉砂巖和砂巖夾層系統(tǒng)中的自生自儲(chǔ)、連續(xù)分布的石油聚集［1］，是繼頁(yè)巖氣之后全球非常規(guī)油氣勘探開(kāi)發(fā)的又一新熱點(diǎn)［2-3］，被石油工業(yè)界譽(yù)為“黑金”。目前，北美是致密油資源開(kāi)發(fā)最多和最成功的地區(qū)，已開(kāi)發(fā)了Bakken，Eagle Ford及Barnet等［4-5］多個(gè)致密油氣藏，預(yù)計(jì)2020年全美致密油產(chǎn)量將達(dá)到1.5億t，可使美國(guó)的原油總產(chǎn)量增加1/3，大大減少對(duì)外依存度，在一定程度上改變世界能源格局。國(guó)外在致密油儲(chǔ)層微觀孔隙結(jié)構(gòu)研究方面起步較早，研發(fā)了多種微觀測(cè)試技術(shù)和方法，并形成了新的理論體系，但國(guó)內(nèi)的相關(guān)研究才剛剛起步。以鄂爾多斯盆地致密油儲(chǔ)層為例，三疊系延長(zhǎng)組長(zhǎng)7油層組為主要致密油儲(chǔ)層發(fā)育段，目前已成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)滲透率為0.3～1.0 mD的超低滲透油藏的規(guī)模開(kāi)發(fā)，并已掌握其巖性及物性等基本特征，但對(duì)其微觀孔隙結(jié)構(gòu)表征和孔隙結(jié)構(gòu)分類等方面的研究仍存在諸多困難［6］。由于先進(jìn)的測(cè)試技術(shù)和方法均還處于探索階段，而目前使用的常規(guī)測(cè)試技術(shù)和方法均難以滿足致密油研究的需要［7］，因此加大致密油儲(chǔ)層微觀特征研究對(duì)我國(guó)致密油發(fā)展具有重要意義。

1 致密油儲(chǔ)層的基本特征及主要研究技術(shù)進(jìn)展

致密油是一種典型的非常規(guī)油氣資源，其儲(chǔ)層與常規(guī)儲(chǔ)層相比，具有以下2個(gè)方面的顯著特點(diǎn)：儲(chǔ)層物性差是致密油儲(chǔ)層最基本的特征，北美地區(qū)致密油儲(chǔ)層孔隙度一般為5%～10%，基質(zhì)覆壓滲透率一般為0.01～0.10 mD，而我國(guó)致密油儲(chǔ)層孔隙度相對(duì)較低，一般＜12%，空氣滲透率＜1 mD，并且橫向非均質(zhì)性強(qiáng)［8］；孔隙和喉道直徑一般均為0.03～2.00 μm，而且從微米級(jí)別到納米級(jí)別連續(xù)分布［9］。針對(duì)致密油儲(chǔ)層特征研究，常規(guī)的研究手段已難以滿足需要，如光學(xué)顯微鏡薄片鑒定，其分析尺度一般為毫米級(jí)別，并且只能研究?jī)?chǔ)層礦物組成及平面孔隙特征，無(wú)法了解孔喉配置及三維立體分布。因此，為了滿足研究需要，新的研究手段迅速發(fā)展，如納米級(jí)CT掃描［10-12］、場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡、恒速壓汞及核磁共振等技術(shù)。

（1）納米級(jí)CT掃描技術(shù)。利用高精度的納米級(jí)CT掃描技術(shù)（三維空間分辨率可達(dá)50 nm），可以實(shí)現(xiàn)納米級(jí)別的微觀孔隙觀察和測(cè)試，也可實(shí)現(xiàn)巖石原始狀態(tài)下的無(wú)損三維成像，從而確定致密砂巖儲(chǔ)層納米孔喉分布、大小及連通性等，以表征石油在納米級(jí)孔喉系統(tǒng)中的賦存狀態(tài)。從2012年開(kāi)始，中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院和勝利油田等單位均陸續(xù)引入進(jìn)口或國(guó)產(chǎn)的納米CT系統(tǒng)，并開(kāi)展了一系列應(yīng)用研究（圖版Ⅰ-1）。

（2）場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡技術(shù)。在高真空狀態(tài)下，被加速的高能電子束照射到樣品上時(shí)，入射電子束與樣品相互作用而產(chǎn)生各種信號(hào)，然后使用不同的探測(cè)器檢測(cè)這些信號(hào)，便可直接得到樣品表面的圖像信息［13］。目前，場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡精度可達(dá)0.5 nm，其最大特點(diǎn)是具備超高分辨掃描圖像的能力，是納米級(jí)孔喉結(jié)構(gòu)測(cè)試和形貌觀察的最有效儀器，近年來(lái)已廣泛應(yīng)用于致密儲(chǔ)層和頁(yè)巖的超微孔隙結(jié)構(gòu)研究中（圖版Ⅰ-2）。

（3）恒速壓汞技術(shù)。與常規(guī)壓汞不同，恒速壓汞是以極低的恒定速度（通常為5×10-5mL/min）向巖樣喉道及孔隙內(nèi)進(jìn)汞，可實(shí)現(xiàn)對(duì)喉道數(shù)量的測(cè)量，克服了常規(guī)壓汞的缺陷。利用該技術(shù)可將孔隙與喉道分開(kāi)進(jìn)行測(cè)量，并能夠定量分析孔喉結(jié)構(gòu)，所得到的信息能較好地反映油藏內(nèi)流體在滲流過(guò)程中的動(dòng)態(tài)孔喉特征［14］。

（4）核磁共振技術(shù)。利用該技術(shù)不僅可以測(cè)定不同狀態(tài)下的含油量及不同孔徑內(nèi)剩余油的分布情況，以精確計(jì)算油相采出程度，還可以測(cè)量不同大小喉道內(nèi)的油相分布情況。

2 延長(zhǎng)組長(zhǎng)7致密油儲(chǔ)層微觀特征

鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組長(zhǎng)7油層組是中生界的主力產(chǎn)油層，砂巖為其主要致密油儲(chǔ)層（圖1）。儲(chǔ)層巖石類型主要為細(xì)粒長(zhǎng)石砂巖和長(zhǎng)石巖屑砂巖，平均孔隙度為10.1%，平均空氣滲透率為0.18 mD。致密油儲(chǔ)層與一般低滲透率儲(chǔ)層相比，平均孔隙度差別較小，但二者的滲透率差別較大，這主要是由于致密油儲(chǔ)層的微觀孔隙、喉道及其相互配置都控制了儲(chǔ)層的滲流能力。

圖1 鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組長(zhǎng)7油層組綜合柱狀圖（據(jù)長(zhǎng)慶油田，YC1井）Fig.1Comprehensive columnar section of Chang 7 oil reservoir set in Ordos Basin

2.1 微觀孔隙特征研究

筆者將納米級(jí)CT掃描和場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡技術(shù)相結(jié)合，可以將孔隙剝離出來(lái)單獨(dú)測(cè)量，以還原真實(shí)孔隙體積，從而對(duì)儲(chǔ)層孔隙類型、大小和體積等參數(shù)進(jìn)行定量分析，還可以直觀地觀察孔隙與孔隙之間的平面連接狀態(tài)（圖版Ⅰ-3）。

通過(guò)對(duì)鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組長(zhǎng)7致密油儲(chǔ)層64口井138個(gè)樣品進(jìn)行微觀特征綜合研究發(fā)現(xiàn)，該儲(chǔ)層的孔隙類型主要為長(zhǎng)石溶蝕孔隙（圖版Ⅰ-4）和晶間孔隙（圖版Ⅱ-1），其大小決定了致密油儲(chǔ)層的儲(chǔ)集能力，平均孔隙半徑為15～20 μm，其中物性較好樣品（滲透率≥0.1 mD）的孔隙半徑為15～30 μm，物性較差樣品（滲透率＜0.1 mD）的孔隙半徑為10～20 μm（圖版Ⅱ-2、圖版Ⅱ-3）；平均單位孔隙體積為0.05，其中物性較好樣品的單位孔隙體積為0.06，物性較差樣品的單位孔隙體積為0.04（圖版Ⅱ-4、圖版Ⅱ-5）。

2.2 微觀喉道特征及孔喉配置關(guān)系研究

與常規(guī)儲(chǔ)層不同，致密儲(chǔ)層中喉道對(duì)儲(chǔ)層輸導(dǎo)滲流能力控制作用更強(qiáng)，因此，加強(qiáng)喉道及孔喉配置關(guān)系研究對(duì)致密油儲(chǔ)層研究具有重要意義。然而，采用常規(guī)的研究手段無(wú)法了解孔喉的平面及三維立體特征，本次研究主要利用場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡、恒速壓汞和納米級(jí)CT掃描等技術(shù)對(duì)喉道大小、喉道體積及孔喉比等評(píng)價(jià)參數(shù)進(jìn)行分析，并建立孔喉的三維立體結(jié)構(gòu)模型。

針對(duì)喉道研究，首先利用場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡技術(shù)對(duì)儲(chǔ)層喉道大小進(jìn)行直接測(cè)量。長(zhǎng)7致密油儲(chǔ)層喉道大小主要為0.10～0.75 μm（圖版Ⅱ-6）。然后利用恒速壓汞技術(shù)分別對(duì)儲(chǔ)層喉道及孔喉結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行定量描述，并分別評(píng)價(jià)致密油儲(chǔ)層喉道體積和孔喉比等結(jié)構(gòu)指標(biāo)。長(zhǎng)7致密油儲(chǔ)層的單位喉道體積為0.022，喉道進(jìn)汞飽和度為15.27%（表1）。另外，通過(guò)對(duì)YC1，X233和YC2等井的3個(gè)樣品進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)，物性較好的YC1井樣品的孔喉比遠(yuǎn)小于物性較差的YC2井樣品，也就是說(shuō)滲透率低的樣品其孔喉比高，說(shuō)明大孔隙被小喉道控制，即喉道大小控制了儲(chǔ)層的輸導(dǎo)能力（表1）。最后利用巖心CT掃描系統(tǒng)建立長(zhǎng)7致密油儲(chǔ)層孔喉三維立體結(jié)構(gòu)模型（圖版Ⅱ-7、圖版Ⅱ-8）和球棍模型（圖版Ⅱ-9、圖版Ⅱ-10），以表征致密油儲(chǔ)層的孔喉配置結(jié)構(gòu)。通過(guò)對(duì)比分析不同物性的樣品發(fā)現(xiàn)，物性較好的儲(chǔ)層（滲透率＞0.1 mD）存在30%～40%連通性較好的大喉道，其半徑≥0.5 μm，而物性較差的儲(chǔ)層（滲透率＜0.1mD）喉道細(xì)小，半徑＜0.1μm的喉道約占60%，連通性差。

表1 不同物性樣品恒速壓汞技術(shù)對(duì)比分析Table 1Comparison analysis of samples of different physical properties by constant-speed mercury injection technique

2.3 致密油儲(chǔ)層中可動(dòng)流體特征研究

利用核磁共振技術(shù)不僅可對(duì)油相采出程度進(jìn)行精確計(jì)算，而且能測(cè)定水驅(qū)油過(guò)程中不同狀態(tài)下的含油量、不同孔徑內(nèi)剩余油的分布情況，以及不同大小喉道內(nèi)的油相分布情況，從而定量評(píng)價(jià)長(zhǎng)7致密油儲(chǔ)層中可動(dòng)流體的特征。

在飽和油狀態(tài)下70%的原油分布于大孔隙，在水驅(qū)油最終狀態(tài)下原油采出程度為58%，剩余油主要分布于小孔隙，而小孔隙中80%（占原始含油量的20%～30%）的剩余油滯留于孔隙（圖2）。通過(guò)核磁共振結(jié)合巖心離心法，最終測(cè)得致密油儲(chǔ)層中半徑為0.1～0.5 μm的喉道控制了儲(chǔ)層中60%的可動(dòng)流體（表2）。

圖2 致密油儲(chǔ)層巖心在飽和水、束縛水及水驅(qū)油最終狀態(tài)下的核磁共振T2譜Fig.2NMR T2spectrum of core in the final state of saturated water,bound water and displacement of oil by water

表2 長(zhǎng)7致密油儲(chǔ)層喉道內(nèi)的可動(dòng)流體分布Table 2Movable fluid distribution in the throats of Chang 7 tight oil reservoir

3 結(jié)論

（1）孔隙大小決定了致密油儲(chǔ)層的儲(chǔ)集能力。鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組長(zhǎng)7致密油儲(chǔ)層的平均孔隙半徑為15～20 μm，平均單位孔隙體積為0.05。

（2）喉道大小是儲(chǔ)層開(kāi)發(fā)下限的主要制約因素。長(zhǎng)7致密油儲(chǔ)層的喉道半徑主要為0.3～0.5 μm，半徑為0.1～0.5 μm的喉道控制了儲(chǔ)層中60%的可動(dòng)流體。

（3）物性較好的儲(chǔ)層存在30%～40%連通性較好的大喉道，其半徑≥0.5 μm；物性較差的儲(chǔ)層喉道細(xì)小，半徑＜0.1 μm的喉道約占60%，連通性差。

［1］林森虎，鄒才能，袁選俊，等.美國(guó)致密油開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀及啟示［J］.巖性油氣藏，2011，23（4）：25-30.

［2］孫贊東，賈承造，李相方，等.非常規(guī)油氣勘探與開(kāi)發(fā)（上冊(cè)）［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2011.

［3］鄒才能，陶士振，侯連華，等.非常規(guī)油氣地質(zhì)［M］.北京：地質(zhì)出版社，2011.

［4］Kabir C S，Rasdi F，lgboalisi B.Analyzing production data fromtight oil wells［J］.Journal of Canadian Petroleum Technology，2011，50（5）：48-58.

［5］Tran T，Sinurat P，Wattenbarger R A.Production characteristics of the Bakken Shale Oil［R］.SPE 145684，2011.

［6］尤源，牛小兵，辛紅剛，等.國(guó)外致密油儲(chǔ)層微觀孔隙結(jié)構(gòu)研究及其對(duì)鄂爾多斯盆地的啟示［J］.石油科技論壇，2013，32（1）：12-18.

［7］趙萬(wàn)金，李海亮，楊午陽(yáng).國(guó)內(nèi)非常規(guī)油氣地球物理勘探技術(shù)現(xiàn)狀及進(jìn)展［J］.中國(guó)石油勘探，2012，17（4）：36-40.

［8］趙政璋，杜金虎.致密油氣［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2012：4-5.

［9］Nelson P H.Pore-throat sizes in sandstones，tight sandstones，and shales［J］.AAPG Bulletin，2009，93（3）：329-340.

［10］Desbois G，Urai J L，Kukla P A，et al.High-resolution 3D fabric and porosity model in a tight gas sandstone reservoir：A new approach to investigate microstructures from mm-to nm-scale combining argon beam cross-sectioning and SEM imaging［J］.Journal of Petroleum Science and Engineering，2011，78（2）：243-257.

［11］Riepe L，Suhaimi M H，Kumar M，et al.Application of high resolution Micro-CT-Imaging and pore network modeling（PNM）for the petrophysical characterization of tight gas reservoirs—A case history from a deep clastic tight gas reservoir in Oman［R］.SPE 142472，2011.

［12］郝樂(lè)偉，王琪，唐俊.儲(chǔ)層巖石微觀孔隙結(jié)構(gòu)研究方法與理論綜述［J］.巖性油氣藏，2013，25（5）：123-128.

［13］翁壽松.日立的場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡［J］.電子工業(yè)專用設(shè)備，1993，22（1）：30-33.

［14］何濤，王芳，汪伶俐.致密砂巖儲(chǔ)層微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征——以鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組長(zhǎng)7儲(chǔ)層為例［J］.巖性油氣藏，2013，25（4）：23-26.

圖版Ⅰ說(shuō)明：1.納米級(jí)CT掃描孔喉三維立體實(shí)驗(yàn)結(jié)果；2.場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡實(shí)驗(yàn)二維圖像結(jié)果；3.場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡觀察孔隙與孔隙之間的平面連接狀態(tài)；4.長(zhǎng)石溶蝕孔隙

圖版Ⅱ說(shuō)明：1.伊利石晶間孔；2.利用場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡測(cè)量樣品1（滲透率為0.12 mD，下同）的孔隙大?。?.利用場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡測(cè)量樣品2（滲透率為0.06 mD，下同）的孔隙大小；4.利用納米級(jí)CT掃描分析樣品1的孔隙體積；5.利用納米級(jí)CT掃描分析樣品2的孔隙體積；6.場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡對(duì)喉道大小的測(cè)量圖；7.樣品1的孔喉三維立體結(jié)構(gòu)模型；8.樣品2的孔喉三維立體結(jié)構(gòu)模型；9.樣品1的孔喉三維立體球棍模型；10.樣品2的孔喉三維立體球棍模型

（本文編輯：涂曉燕）

Microscopic characteristics of Chang 7 tight sandstone reservoir in Ordos Basin

WANG Xiujuan1，WANG Minglei2，ZHAO Aibin1
（1.PetroChina Changqing Oilfield Company，Xi’an 710018，China；2.PetroChina Research Institute of Petroleum Exploration&Development-Langfang，Langfang 065007，Hebei，China）

According to the characteristics of tight reservoir in Ordos Basin,based on FESEM,nanometer CT,ratecontrolled mercury penetration and NMR,this paper systematically studied the characteristics of reservoir pore,throat and the relationship between pore and throat.The result shows that the size of pores determines the reservoir capacity of tight oil reservoir,the average pore radius ranges from 15 μm to 20 μm,and the average pore volume is 0.05.The throat size is the main restricted factor for development cutoffs.The throat size ranges from 0.3 μm to 0.5 μm,and the throats ranging between 0.1 μm and 0.5 μm control 60%of movable fluid of reservoir.The reservoir with better physical properties exists in 30%to 40%big throat with better connectivity and the radius of throat is over 5 μm.The throat with radius of below 0.1 μm account for about 60%and connectivity is poor.

tightoilreservoir；nanometerCT；developmentcutoffs；reservoirmicroscopiccharacteristics；OrdosBasin

TE121.3

A

1673-8926（2014）03-0079-05

2014-01-20；

2014-02-28

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組連續(xù)型巖性油藏成藏機(jī)理與地質(zhì)特征”（編號(hào)：41102083）資助

王秀娟（1979-），女，碩士，工程師，主要從事油氣成藏地質(zhì)學(xué)研究及管理工作。地址：（710018）陜西省西安市未央?yún)^(qū)興隆園小區(qū)中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司油藏評(píng)價(jià)處。E-mail：wangxiuj_cq@petrochina.com.cn。