韓文學，高長海，韓霞

（1.中國石油大學（華東），山東 青島 266580；2.中國石化勝利油田分公司現(xiàn)河采油廠，山東 東營 257000）

核磁共振及微、納米CT技術在致密儲層研究中的應用
——以鄂爾多斯盆地長7段為例

韓文學1，高長海1，韓霞2

（1.中國石油大學（華東），山東 青島 266580；2.中國石化勝利油田分公司現(xiàn)河采油廠，山東 東營 257000）

鄂爾多斯盆地長7段以致密儲層為主，廣泛發(fā)育微、納米級孔喉系統(tǒng)，孔喉連通復雜。致密砂巖儲層研究的基礎是精確表征這類孔喉的特征，致密砂巖儲層屬于非常規(guī)的范疇，采用傳統(tǒng)的研究方法無法實現(xiàn)微、納米級孔喉的精確表征。借助核磁共振技術、CT技術，具體分析了Z230井、X233井、N44井的致密巖心樣品，實現(xiàn)了對致密儲層的精確表征。核磁共振技術實驗得出，可動流體飽和度是評價低滲透致密儲層的一個重要參數(shù)，可動流體飽和度與孔隙度、滲透率具有相關性；T2譜圖分析得出了巖樣的孔隙分布特征；微、納米CT實驗得到了孔喉三維立體圖，并對巖樣進行掃描切片成像，直觀顯示了孔喉的形態(tài)特征。實驗分析認為，核磁共振技術與微、納米CT技術可以實現(xiàn)對致密儲層的精確表征與評價，是致密儲層勘探開發(fā)的一個重要的技術手段。

核磁共振技術；微、納米CT技術；致密砂巖儲層；儲層表征；微、納米級孔喉系統(tǒng)；長7段

0 引言

目前，常規(guī)油氣藏已經(jīng)不能滿足我國經(jīng)濟發(fā)展的需求，非常規(guī)油氣藏受到了廣泛的關注［1-6］。在此背景下，以鄂爾多斯盆地長7段為代表的致密油藏得到了勘探開發(fā)［7-9］。長7段發(fā)育一套低孔、低滲致密儲層，源儲配置好，有利于形成大規(guī)模的致密油氣藏［10-19］，鄂爾多斯盆地長7段以微、納米級孔喉為主［20］。

作為衡量和評價儲層優(yōu)劣的重要指標，孔隙結構特征研究一直受到國內(nèi)外石油地質學家的關注［20-26］。儲集層微觀孔隙結構是指儲集巖中孔隙和喉道的幾何形狀、大小、分布及其相互連通關系，是影響儲層物性的重要因素［17］。對于以納米級孔喉為主的致密砂巖儲集體，孔喉結構更是決定孔滲特征的重要因素［18］，致密砂巖儲層通常是指滲透率小于或等于0.1×10-3μm2的砂巖儲層［19］?？缀砦⒂^結構是決定其孔滲特征的重要因素，準確全面表征儲層微觀孔喉結構已成為致密儲集層研究的重要內(nèi)容。由于致密儲層的特殊性，采用常規(guī)方法無法完成致密儲層的精確表征。利用核磁共振技術，反演得到T2譜圖，再通過標定巖心T2截止值時間，可以得到巖心可動流體飽和度，然后分析巖心的孔隙結構［21］。利用高精度Micro-CT或Nano-CT技術［22］，可以完成致密儲層微、納米級別的孔喉觀察和定量研究。由于微、納米CT掃描技術不具有破壞性，所以把樣品在處理前和處理后的圖像和數(shù)據(jù)進行對比，準確評估在人工處理前、后巖石內(nèi)部的變化［23］。

1 核磁共振技術應用

1.1 可動流體飽和度

致密儲層物性極差，大部分流體被毛細管力和黏滯力束縛而不能流動，因此，只有可以自由流動的那部分流體才具有開采價值。但致密油藏的勘探開發(fā)潛力評價通常是采用常規(guī)的評價方法，沒有考慮到可動流體的因素，顯然，這樣做是不準確的，無法完成對致密儲層的精確評價［24］。

當致密儲層孔隙小到某一程度后，孔隙中的流體無法流動，就成為束縛流體，在T2弛豫時間譜上對應著一個界限值，叫做可動流體截止值?？筛鶕?jù)T2弛豫時間的大小和分布特征對致密儲層孔隙內(nèi)的流體進行分析，進而對致密儲層進行精確評價。

莊230井位于長慶油田合水地區(qū)，構造上位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡。巖性主要為灰褐色油斑細砂巖、灰色油跡細砂巖、灰色細砂巖，成分以長石為主，石英次之。分析21塊樣品，孔隙度最大10.37%，最小2.96%，平均7.81%；滲透率最大0.281 3×10-3μm2，最小0.033 7×10-3μm2，平均0.118 8×10-3μm2，屬于典型的低孔、低滲儲層。本次試驗所用儀器是低磁場核磁共振巖心分析儀，可以對長度不大于5 cm，直徑2.5 cm巖心含水信號量進行精確掃描，反演得到T2譜，通過標定巖心T2截止值時間，得到巖心束縛水飽和度和可動流體飽和度。

莊230井的一塊巖心樣品在4個不同的離心力下的核磁共振弛豫時間譜見圖1，通過T2弛豫時間譜可以確定可動流體的T2截止值［21-26］。

圖1 莊230井離心前后T2譜

圖1中橫坐標大于T2截止值的部分與曲線圍成的積分面積就是可動流體的體積百分數(shù)。試驗中，0.145，0.290，1.441，2.876 MPa離心力分別對應1.00，0.50，0.10，0.05 μm喉道半徑，不同的離心力對應著不同的含水飽和度（見表1）。在此喉道半徑是指核磁共振可動流體在巖石內(nèi)部孔徑半徑大于此喉道半徑孔隙中所含的流體量，因此，對于致密儲層來說，它能夠作為最大可開采資源量的評價標準。

表1 離心力與含水飽和度的關系

總結核磁共振T2譜圖，可得出：1）T2譜圖明顯呈現(xiàn)雙峰形態(tài)，表明巖心內(nèi)大孔與小孔孔隙半徑有明顯界限；2）弛豫時間小于10 ms的包絡面積明顯小于弛豫時間大于10 ms的包絡面積，表明巖石微小孔隙發(fā)育的數(shù)量明顯小于大、中孔隙；3）隨著試驗所用離心力的增大，含水飽和度在逐漸減小，但是，當減小到一定程度后，含水飽和度不再發(fā)生變化，此時對應的含水飽和度即為束縛水飽和度。

1.2 可動流體飽和度與孔隙度、滲透率的關系

莊230井的可動流體飽和度與孔隙度、滲透率之間的相關關系見圖2。由圖2可看出：可動流體飽和度與孔隙度相關系數(shù)僅為0.235 6，相關性極差；可動流

體飽和度與滲透率相關系數(shù)為0.698 5，雖然高于與孔隙度的相關系數(shù)，但依然很差。

圖2 孔隙度、滲透率與可動流體飽和度之間的關系

不同于常規(guī)儲層，孔隙度較高的儲層，可動流體反而可能較低，反之亦然。筆者推斷，造成這一現(xiàn)象的原因可能是儲層中存在較多的“死孔隙”，即這些孔隙增加了總體測量的孔隙度，但是這些孔隙是孤立的，流體束縛在其中無法自由流動，造成了高孔隙度下的低可動流體飽和度。與此同時，滲透率較高的儲層，其可動流體飽和度反而可能較低，反之亦然。造成這一現(xiàn)象的原因可能是巖樣中微裂縫的發(fā)育程度不同。即如果微裂縫發(fā)育，即使儲層滲透率極低，由于微裂縫的溝通，可動流體飽和度依然可能很高；如果微裂縫的發(fā)育程度較低，即使?jié)B透率較高，其可動流體飽和度依然較低。因此，對于非常規(guī)致密儲層，不能簡單地照搬常規(guī)儲層的那套評價參數(shù)，而應該考慮可動流體飽和度這一重要參數(shù)。

2 微、納米CT技術應用

2.1 孔喉系統(tǒng)

鄂爾多斯盆地致密儲層發(fā)育多尺度、多類型孔隙，儲層可見孔體積分數(shù)低，以黏土礦物晶間孔與長石溶蝕孔、粒間殘余孔等孔隙為主。儲層喉道細小，孔喉結構復雜，其中廣泛發(fā)育的微米級孔隙構成了致密油的有效儲集空間。能否對這些微、納米級孔喉系統(tǒng)進行精確表征，關系到致密油藏勘探開發(fā)的成敗。

本次實驗采用實驗室光源顯微成像納米級CT（最大分辨率為50 nm）與微米級CT（最大分辨率0.7 μm）相結合的方法，定量表征致密砂巖儲層微觀孔喉結構。微米CT定量分析表明，鄂爾多斯盆地致密油儲層大于2 μm的孔隙體積分數(shù)占97%以上（見圖3）?？缀淼挠行渲檬强刂浦旅苡蛢游镄缘闹饕蛩?，喉道半徑是儲層滲透性能的主控因素。長7段致密油儲層喉道半徑分布范圍窄，主要分布于100～750 nm。通過對長7段巖心進行微、納米CT掃描，建立了孔喉網(wǎng)絡模型，可以直觀觀測孔隙和喉道（見圖4）。實驗結果表明：部分相對較大喉道連通性較好，孔隙配位數(shù)較高（平均為2.5），喉道半徑大于300 nm的喉道約占總喉道的60%，為烴類分子運移提供了良好的通道。

圖3 鄂爾多斯盆地長7段致密儲層孔隙構成

圖4 X233井CT掃描結果

2.2 致密儲層微裂縫

微裂縫的發(fā)育有助于致密油藏的形成，同時廣泛發(fā)育的微裂縫，進一步改善了儲集空間，有利于致密油藏的生產(chǎn)開發(fā)。巖心觀察表明：長7段致密砂巖儲層天然微裂縫較發(fā)育，每10 m發(fā)育天然裂縫2～3條，水平兩向應力差4～7 MPa，有利于形成復雜裂縫；裂縫間距小，充填程度低，主要為層面縫、斜向縫和垂向縫；含油性差的層段裂縫不發(fā)育，裂縫發(fā)育的層段，含油性較好。在極致密的層段（如泥質粉砂巖）中，儲層本身物性極差，裂縫的存在可以改善儲層的物性，對其含油性具有一定的控制作用。

如何在微觀層面精確表征這些微裂縫，也是致密油藏勘探開發(fā)的重要問題。通過CT掃描技術及三維成像顯示，準確直觀地研究了致密儲層的微裂縫系統(tǒng)。結果顯示，長7致密砂巖樣品內(nèi)部微孔隙帶較為發(fā)育，與微裂縫形成連通的儲集、滲流系統(tǒng)（見圖5）。

圖5 N44井長7段致密砂巖CT掃描

3 結論

1）核磁共振實驗得出的T2譜圖，可以精確表征致密儲層的孔隙分布情況，定量研究儲層中的可動流體飽和度。

2）可動流體飽和度的大小與孔隙度、滲透率的關系不大。不同于常規(guī)油藏評價參數(shù)，可動流體飽和度是致密儲層評價的一個重要參數(shù)指標。

3）微、納米CT技術可以實現(xiàn)致密儲層孔喉系統(tǒng)的三維成像顯示，對樣品的要求低且沒有破壞性，所得結果更加形象、直觀，而且可以定量識別孔隙和喉道，避免了傳統(tǒng)的多種實驗相結合的缺點。

4）利用CT掃描成像技術，建立了CT掃描分層切片及正交切片，直觀描述了致密砂巖內(nèi)部微孔隙帶的發(fā)育情況，以及與微裂縫形成的儲集、滲流系統(tǒng)。

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（編輯 楊會朋）

Application of NMR and micrometer and nanometer CT technology in research of tight reservoir:Taking Chang 7 Member in Ordos Basin as an example

Han Wenxue1,Gao Changhai1,Han Xia2
(1.China University of Petroleum,Qingdao 266580,China;2.Xianhe Oil Production Plant of Shengli Oilfield Company,SINOPEC, Dongying 257000,China)

Chang 7 Member in Ordos Basin belongs to tight sandstone reservoir.Micrometer and nanometer pores dominate the storage spaceoftightsandstonereservoirsandtheconnectivityofporethroatsystemiscomplex.Thestudybasisoftightsandstone reservoiristo characterizeitsporeandthroatsystemprecisely.Thetightsandstonereservoirisunconventionalreservoiranditcann′tbecharacterized by traditional methods.With NMR and micrometer and nanometer CT technologies and by analyzing the core samples from Well Z230, Well X233,Well N44,the tight sandstone reservoirs can be precisely characterized.It is known that mobile fluid saturation is a very important parameter in evaluating the tight sandstone reservoirs and mobile fluid saturation has correlation with porosity and permeability.By T2spectrogram,the distribution of pore is analyzed.Through micrometer and nanometer CT test,the 3D image of pore and throat is gotten.And the scanning slice is imaged with the micrometer and nanometer CT technology.It shows the morphological characteristics of pore and throat intuitively.NMR and micrometer and nanometer CT technologies can precisely characterize and evaluate thetightsandstonereservoirs,whichareimportanttoolsfortheexplorationanddevelopmentoftightreservoirs.

NMR technology;micrometer and nanometer CT technology;tight sandstone reservoir;reservoir characterization; micrometer and nanometer pore throat system;Chang 7 Member

國家重點基礎研究發(fā)展計劃（973計劃）項目“致密油（頁巖油）賦存與運聚機理”（2014CB239005）；

山東省自然科學基金項目（ZR2013DM016）；中央高?；究蒲袠I(yè)務費專項資金項目（14CX02034A）

TE135

：A

10.6056/dkyqt201501013

2014-05-11；改回日期：2014-11-12。

韓文學，男，1989年生，在讀碩士研究生，研究方向為地質資源與地質工程，現(xiàn)從事油氣成藏機理及非常規(guī)油氣方面的工作。E-mail：190885656@qq.com。

韓文學，高長海，韓霞.核磁共振及微、納米CT技術在致密儲層研究中的應用：以鄂爾多斯盆地長7段為例［J］.斷塊油氣田，2015，22（1）：62-66.

Han Wenxue，Gao Changhai，Han Xia.Application of NMR and micrometer and nanometer CT technology in research of tight reservoir：Taking Chang 7 Member in Ordos Basin as an example［J］.Fault-Block Oil&Gas Field，2015，22（1）：62-66.