王明磊，張遂安，張福東，劉玉婷，關(guān)輝，李君，邵麗艷，楊慎，佘源琦

（1.中國(guó)石油大學(xué)（北京）石油工程學(xué)院；2.中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院廊坊分院）

鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組長(zhǎng)7段致密油微觀賦存形式定量研究

王明磊1,2，張遂安1，張福東2，劉玉婷2，關(guān)輝2，李君2，邵麗艷2，楊慎2，佘源琦2

（1.中國(guó)石油大學(xué)（北京）石油工程學(xué)院；2.中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院廊坊分院）

結(jié)合核磁共振與微米—納米CT掃描技術(shù)，對(duì)鄂爾多斯盆地三疊系延長(zhǎng)組長(zhǎng)7段致密油微觀賦存形式開展定量研究。利用核磁共振技術(shù)確定致密油在儲(chǔ)集層中賦存量，測(cè)得原始含油飽和度為63.99%；利用CT掃描技術(shù)獲取致密油儲(chǔ)集層二維切片圖像，經(jīng)數(shù)字合成處理得到三維立體圖像，據(jù)此將儲(chǔ)集層中致密油分為薄膜狀、簇狀、喉道狀、乳狀、顆粒狀和孤立狀6種賦存形式。定量計(jì)算各種賦存形式致密油的含量發(fā)現(xiàn)，乳狀和薄膜狀致密油為主要的賦存形式，二者約占儲(chǔ)集層中致密油總量的70%，其次為簇狀和顆粒狀致密油，孤立狀和喉道狀致密油含量低，各種賦存形式致密油含量與儲(chǔ)集層原始含水飽和度、黏土礦物含量、孔隙結(jié)構(gòu)等有關(guān)。圖6表1參30

致密油；微觀賦存形式；定量研究；鄂爾多斯盆地；延長(zhǎng)組

0 引言

中國(guó)致密油資源豐富，是未來石油勘探最為主要的接替領(lǐng)域[1]。但致密油的相關(guān)研究才剛剛起步，并且常規(guī)技術(shù)手段已無法滿足致密油儲(chǔ)集層微米—納米級(jí)孔隙研究的需要[2-6]。國(guó)內(nèi)外針對(duì)致密油賦存形式的研究主要集中在宏觀致密油藏油水關(guān)系等方面[7-8]，對(duì)于微米—納米級(jí)孔喉中致密油的微觀賦存形式等方面未見相關(guān)報(bào)道。雖然目前國(guó)內(nèi)外在開發(fā)領(lǐng)域?qū)?chǔ)集層中宏觀和微觀剩余油已有大量探索[9-14]，但都沒有在微觀賦存方面做過系統(tǒng)研究。微觀剩余油研究主要是利用數(shù)值模擬法、微觀物理模擬法和含油薄片分析法等對(duì)儲(chǔ)集層中剩余油的分布形態(tài)進(jìn)行觀察，并模擬儲(chǔ)集層在微觀孔喉中的滲流，但這些方法只能觀察平面、局部的剩余油分布特征，且存在較多不確定因素[15-16]。因此科學(xué)、準(zhǔn)確地表征致密油在微米—納米孔喉中的賦存形態(tài)、賦存空間對(duì)于明確致密油資源聚集賦存形式并進(jìn)行科學(xué)評(píng)價(jià)具有重要意義。本文以鄂爾多斯盆地三疊系延長(zhǎng)組長(zhǎng)7段致密油為例，采用核磁共振與微米—納米CT掃描相結(jié)合的方法，研究致密油微觀賦存形式。

1 致密油微觀賦存形式定量研究方法

鄂爾多斯盆地是經(jīng)過多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)疊合形成的殘余內(nèi)陸克拉通盆地。盆地內(nèi)自古生代以來發(fā)育多套沉積體系，其中三疊系延長(zhǎng)組長(zhǎng)7段為盆地主要致密油發(fā)育層段。長(zhǎng)7段致密油具有烴源巖優(yōu)越、源儲(chǔ)配置好、含油飽和度高、原油性質(zhì)好、孔喉結(jié)構(gòu)復(fù)雜、滲透性差等特點(diǎn)，主要分布于隴東地區(qū)（見圖1）。

圖1 鄂爾多斯盆地致密油有利區(qū)分布

本文主要采用核磁共振與微米—納米CT掃描相結(jié)合的技術(shù)方法開展致密油微觀賦存形式定量研究。

1.1 核磁共振

核磁共振主要通過T2（橫向弛豫時(shí)間）譜反映儲(chǔ)集層孔喉結(jié)構(gòu)及其內(nèi)部流體分布。儲(chǔ)集層樣品飽和流體時(shí)的T2譜不僅能反映儲(chǔ)集層樣品內(nèi)孔隙孔徑分布情況[17-20]，而且可通過使用馳豫劑消除水信號(hào)的干擾，獲取油相T2譜分布特征[21]，從而分析不同尺度孔隙中致密油的微觀賦存特征[22]。核磁共振實(shí)驗(yàn)由中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院廊坊分院利用Reccore-04型核磁共振分析儀完成，巖心油水飽和度測(cè)定方法參照石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 6490-2007（巖樣核磁共振參數(shù)實(shí)驗(yàn)室測(cè)量規(guī)范）[23]。

1.2 微米—納米CT掃描技術(shù)

CT掃描是目前國(guó)內(nèi)外致密油氣儲(chǔ)集層研究的重要分析技術(shù)，具有分辨率高、無損傷巖石掃描成像的特點(diǎn)[24]。其原理是：在真空管中被加熱的燈絲發(fā)出電子，電子被加速后飛向陽極，某些情況下，穿過陽極的電子進(jìn)入一個(gè)磁透鏡，該磁透鏡將電子束聚焦到靶上的一點(diǎn)（靶由鍍鎢的輕金屬板組成，同時(shí)輕金屬板也是X射線的發(fā)射窗口（發(fā)射式管）），電子在鎢靶上被突然減速，產(chǎn)生X射線。焦點(diǎn)就代表1個(gè)非常小的X射線源，能使圖像具有最清晰的微米—納米級(jí)分辨率。CT掃描可對(duì)同一樣品進(jìn)行微米—納米CT的多尺度掃描成像，獲得巖心二維灰度圖像。巖石內(nèi)部各成像單元的密度差異以不同灰度等級(jí)表示，將巖石顆粒、孔隙、石油及水等判別出來，并將二維切片圖像重建得到最終的三維數(shù)字巖心體，可真實(shí)反映巖石內(nèi)部微觀孔隙等特征[25-26]（見圖2），也可反映巖心內(nèi)部流體分布情況[27]。因此，采用微米—納米CT掃描技術(shù)可分析微觀孔隙中致密油的賦存形式。本文使用Nanotom M型納米級(jí)巖心CT掃描系統(tǒng)分析儲(chǔ)集層中致密油微觀賦存形式。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

本次研究所用樣品取自鄂爾多斯盆地隴東地區(qū)，在3口井新鮮鉆井巖心中選取6個(gè)樣品（取樣位置見圖1）。由于巖心在運(yùn)輸途中或?qū)嶒?yàn)過程中會(huì)發(fā)生不同程度的油氣水逸散，6個(gè)實(shí)驗(yàn)樣品中，HC2樣品能較好地反映儲(chǔ)集層中真實(shí)的油水賦存狀態(tài)，因此以HC2樣品為例，對(duì)鄂爾多斯盆地致密油微觀賦存形式進(jìn)行研究。

2.1 實(shí)驗(yàn)

首先對(duì)新鮮巖心樣品進(jìn)行核磁共振測(cè)試，獲取包含流體信息的核磁共振T2譜分布特征；然后對(duì)樣品進(jìn)行飽和水處理，獲得油氣逃逸外溢量數(shù)據(jù)；用氯化錳溶液馳豫劑浸泡巖心樣品，將水信號(hào)去掉，獲得樣品致密油T2譜分布，并結(jié)合油氣逃逸外溢量數(shù)據(jù)，恢復(fù)樣品原始含油飽和度；將樣品進(jìn)行CT掃描，獲取二維切片圖像；根據(jù)二維切片圖像中顆粒、孔隙、油和水的灰度，將CT掃描二維數(shù)據(jù)利用軟件重建三維喉道立體結(jié)構(gòu)，獲取致密油儲(chǔ)集層孔隙結(jié)構(gòu)和賦存形式；將儲(chǔ)集層中致密油賦存形式分類，最終對(duì)每種賦存形式進(jìn)行定量分析。

受實(shí)驗(yàn)條件限制，目前利用CT掃描和核磁技術(shù)無法完全恢復(fù)地下的溫度和壓力，且本文只針對(duì)各種賦存形式在儲(chǔ)集層中的含量比例進(jìn)行討論，并認(rèn)為溫度、

壓力同時(shí)變化時(shí)，致密油各賦存形式的比例變化不大，故在常溫常壓條件下對(duì)其進(jìn)行測(cè)試。

圖2 CT掃描二維切片圖像和三維數(shù)字孔隙模型

2.2 結(jié)果與分析

2.2.1 核磁共振實(shí)驗(yàn)結(jié)果

利用核磁共振技術(shù)確定儲(chǔ)集層中致密油賦存量。對(duì)樣品進(jìn)行核磁共振實(shí)驗(yàn)，首先獲得初始狀態(tài)下油和水的總體流體分布信息，圖3和表1為HC2樣品的核磁共振測(cè)試結(jié)果。由于鄂爾多斯盆地致密油油質(zhì)輕[28]，并且在鉆井取心、制樣和分析過程中，巖心脫離了原始地層條件，即使是密閉取心的新鮮樣品，往往也會(huì)造成少量油氣逃逸外溢[29]，從而使得地面巖樣的實(shí)測(cè)含油飽和度小于地層狀態(tài)下的真實(shí)值。因此要獲得原始含油飽和度必須獲得油氣逃逸外溢量，而獲得油氣逃逸外溢量必須要進(jìn)行飽和狀態(tài)下的核磁共振實(shí)驗(yàn)。飽和狀態(tài)下可動(dòng)水飽和度增加量主要為油氣逃逸外溢量，初始狀態(tài)和飽和狀態(tài)數(shù)據(jù)間的差值即為油氣逃逸外溢量（見圖3）。實(shí)驗(yàn)得到油氣逃逸外溢量為16.83%。

最后，將樣品用氯化錳溶液浸泡，去掉水信號(hào)，然后測(cè)得巖心中油T2譜分布（見圖3），獲得該樣品實(shí)測(cè)含油飽和度為47.16%，并結(jié)合油氣逃逸外溢量數(shù)據(jù)，恢復(fù)原始含油飽和度為63.99%，原始含水飽和度為36.01%。

表1 HC2樣品核磁共振測(cè)試結(jié)果

圖3 HC2樣品不同狀態(tài)核磁共振測(cè)試結(jié)果圖

2.2.2 CT掃描實(shí)驗(yàn)結(jié)果

利用CT掃描技術(shù)分析致密油的賦存形式。將實(shí)驗(yàn)樣品在核磁共振測(cè)試完之后進(jìn)行納米級(jí)CT掃描，通過CT掃描首先獲取HC2樣品的3 000余張微觀二維切片，再依據(jù)孔隙、顆粒、油和水的灰度差異，利用數(shù)字合成技術(shù)對(duì)二維切片圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，最終得到致密油儲(chǔ)集層孔喉結(jié)構(gòu)、原油和水賦存形式等三維立體圖像，以及致密油含油飽和度、含水飽和度等信息，進(jìn)而對(duì)油、水分布及其賦存形式進(jìn)行分析（見圖4）。通過測(cè)試，CT獲得含油飽和度為46.03%，與核磁共振實(shí)測(cè)含油飽和度相差不大。進(jìn)一步處理CT數(shù)據(jù)，按致密油微觀賦存位置將儲(chǔ)集層中致密油分為6種賦存形式（見圖5），即乳狀、簇狀、喉道狀、顆粒狀、薄

膜狀和孤立狀，其中乳狀、簇狀和喉道狀為粒間賦存；顆粒狀和薄膜狀為粒表賦存；孤立狀為粒內(nèi)賦存。

圖4 CT掃描二維切片及油水分布三維數(shù)字重建結(jié)果（二維切片及三維立體圖中紅色為油，藍(lán)色為水；三維立體圖中由于油含量較大，對(duì)水圖像有所遮擋，所以導(dǎo)致圖像中水的含量非常少）

圖5 致密油賦存形式分類

乳狀致密油呈油水混合狀，主要賦存位置為粒間孔和較大的溶蝕孔隙；簇狀致密油呈團(tuán)簇狀，賦存位

置也主要為粒間孔和較大的溶蝕孔隙；喉道狀致密油呈長(zhǎng)條狀及扁平狀，賦存位置主要為粒間孔隙的喉道；顆粒狀致密油呈顆粒狀，賦存位置主要為黏土礦物和石英、長(zhǎng)石等礦物顆粒表面，與簇狀致密油相比，其體積較?。槐∧钪旅苡统时∧?，賦存位置主要為礦物顆粒表面；孤立狀致密油呈斑點(diǎn)狀和孤島狀，賦存位置主要為連通性差的溶蝕微孔和晶間孔等納米級(jí)孔隙。

基于致密油微觀賦存形式分類，利用CT油水微觀賦存解釋法和綜合統(tǒng)計(jì)分析法，對(duì)各微觀賦存形式所占比例和原始含油量進(jìn)行研究。首先根據(jù)圖像灰度明確儲(chǔ)集層樣品中致密油和水分布情況，進(jìn)一步識(shí)別致密油的賦存形式，并針對(duì)每種賦存形式統(tǒng)計(jì)其含量和所占比例，最終結(jié)合核磁共振測(cè)得原始含油飽和度，從而將各種賦存形式的致密油含量恢復(fù)到原始含油量（見圖6）。分析結(jié)果為乳狀致密油所占比例最高，為35.9%，其次為薄膜狀，占比35.1%，簇狀占比13.2%，顆粒狀占比8.4%，孤立狀占比2.6%，喉道狀占比2.3%，各賦存形式對(duì)應(yīng)的原始含油量分別為23.0%，22.5%，8.4%，5.4%，1.7%，1.5%。

圖6 各微觀賦存形式致密油原始含油量及所占比例直方圖

3 結(jié)論

結(jié)合核磁共振和微米—納米CT掃描技術(shù)，將儲(chǔ)集層中致密油分為乳狀、簇狀、喉道狀、顆粒狀、薄膜狀和孤立狀6種賦存形式，并對(duì)每種賦存形式進(jìn)行定量評(píng)價(jià)。致密油儲(chǔ)集層的原始含水飽和度約為36%，原油與水大量混合賦存，所以乳狀致密油所占比例最高。長(zhǎng)7段致密油儲(chǔ)集層中伊利石、高嶺石及綠泥石等黏土礦物填隙物含量較高，大于7%[10]，這些黏土礦物易吸附原油，因此呈吸附狀態(tài)的薄膜狀、顆粒狀的致密油含量較高，這兩種賦存形式所占比例為43.5%；致密油儲(chǔ)集層中巖屑溶孔、雜基溶孔和晶間孔等微孔隙占總孔隙比例小，并且喉道也比較細(xì)小[30]，所以賦存于微孔隙及喉道中的孤立狀、喉道狀致密油占比較小，這兩種賦存形式致密油所占比例分別為2.6%和2.3%。

核磁共振和微米—納米CT掃描是致密油微觀賦存形式定量研究的有效技術(shù)。目前我國(guó)致密油采收率一般小于10%，通過對(duì)致密油微觀賦存形式的定量評(píng)價(jià)研究，獲得儲(chǔ)集層中致密油的主要微觀賦存形式，從而可針對(duì)主要的賦存形式選擇合理的開發(fā)技術(shù)，提高致密油采收率。

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（編輯 林敏捷）

Quantitative research on tight oil microscopic state of Chang 7 Member of Triassic Yanchang Formation in Ordos Basin,NW China

Wang Minglei1,2,Zhang Sui’an1,Zhang Fudong2,Liu Yuting2,Guan Hui2,Li Jun2,Shao Liyan2,Yang Shen2,She Yuanqi2
(1.College of Petroleum Engineering,China University of Petroleum (Beijing),Beijing 102249,China;2.Langfang Branch of PetroChina Research Institute of Petroleum Exploration &Development,Langfang 065007,China)

With nuclear magnetic resonance (NMR) and micrometer-nanometer CT Scanning technology,quantitative research was carried out of the micro-existing state of tight oil in the Chang7 Member of the Triassic Yanchang Formation in the Ordos Basin.The total reserves of the tight oil in the reservoirs were determined using NMR technology.The initial oil saturation was measured as 63.99%.The 2-D slice images of the tight oil reservoirs were obtained using CT Scanning technology,and the 3-D images were acquired after digital synthesis processing.Accordingly,the existence states of the tight oil in the reservoirs are divided into six types,namely thin film form,cluster form,throat form,emulsion form,particle form and isolation form.It is found by quantitative calculation of the contents of tight oil in different existence states of tight oil that the emulsion form and thin film form are the main existence states,which account for 70% of the total amount of the tight oil in the reservoirs,followed by the cluster and particle forms.The contents of isolation form and throat form tight oil are low.The contents of tight oil in various existence states are related to initial water saturation,clay mineral content and pores structure of the reservoirs.

tight oil;microscopic state;quantitative research;Ordos Basin;Triassic Yanchang Formation

國(guó)家油氣重大專項(xiàng)（50430503；2011ZX05007-002）

TE122

A

1000-0747(2015)06-0757-06

10.11698/PED.2015.06.08

王明磊（1981-），男，山東臨沂人，博士，中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院工程師，現(xiàn)為中國(guó)石油大學(xué)（北京）博士后，主要從事石油天然氣地質(zhì)綜合研究。地址：河北省廊坊市廣陽區(qū)，中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院廊坊分院天然氣地質(zhì)所，郵政編碼：065007。E-mail：wml69@petrochina.com.cn

2015-05-07

2015-09-25