章彤

（中國石油 新疆油田分公司 準(zhǔn)東采油廠，新疆 阜康 831500）

準(zhǔn)噶爾盆地三臺油田侏羅系頭屯河組疏松砂巖油藏儲集層多為細(xì)砂巖，少量為中砂巖和含礫不等粒砂巖[1]。相同層段實(shí)驗(yàn)測試孔隙度和滲透率差異較大，儲集層多孔介質(zhì)空間結(jié)構(gòu)復(fù)雜，整體非均質(zhì)性較強(qiáng)，導(dǎo)致常規(guī)水驅(qū)開發(fā)效果不理想，單井產(chǎn)量低，剩余油賦存復(fù)雜[2-7]。針對疏松砂巖油藏開發(fā)中存在的問題，應(yīng)用核磁共振可動流體測試技術(shù)，在定量評價儲集層可動流體賦存及分布規(guī)律的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步認(rèn)識疏松砂巖油藏的孔喉系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特征及剩余油分布規(guī)律，為提高此類油田的開發(fā)效果提供理論支撐。應(yīng)用核磁共振技術(shù)獲取孔喉內(nèi)部流體橫向弛豫時間（T2），結(jié)合實(shí)測得到的孔喉尺寸及頻率分布，對不同級別滲透率、不同尺寸孔喉內(nèi)部的流體分布進(jìn)行定量評價[8-11]。研究成果表明，低滲砂巖可動流體飽和度及T2截止值普遍較低，在頁巖油藏中二者更低[12-13]。同時，一些學(xué)者針對典型的砂礫巖、灰質(zhì)泥巖和砂巖油藏，核磁共振測試結(jié)果表明，影響儲集層可動流體飽和度的主要因素是儲集層物性、孔喉結(jié)構(gòu)、成巖作用及黏土礦物含量。其中，孔隙度和滲透率均對可動流體飽和度產(chǎn)生影響，喉道半徑和孔喉配置是制約可動流體分布的關(guān)鍵參數(shù)，而可動流體飽和度與壓實(shí)程度呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)[14-18]。

現(xiàn)階段關(guān)于儲集層可動流體賦存規(guī)律的研究，僅限于超低滲—低滲儲集層，缺乏針對中—高滲儲集層及其可動流體賦存規(guī)律的研究。因此，與低滲儲集層類似，筆者針對研究區(qū)疏松砂巖巖心樣品，通過核磁共振可動流體測試技術(shù)，評價可動流體在疏松砂巖多孔介質(zhì)中的賦存特征及規(guī)律，以期為疏松砂巖油藏優(yōu)選勘探目標(biāo)和改善開發(fā)效果提供理論支持。

1 儲集層特征

1.1 物性特征

三臺油田頭屯河組頭二段疏松砂巖儲集層樣品孔隙度為17.14%～21.78%，平均為19.50%；滲透率為15.97～24.21 mD，平均為19.35 mD。頭二段疏松砂巖儲集層物性好，可動流體飽和度高，注水開發(fā)效果不理想，流體賦存規(guī)律不明確，需進(jìn)一步開展疏松砂巖可動流體賦存規(guī)律研究。

1.2 礦物組成

頭二段疏松砂巖儲集層碎屑顆粒分選差，以細(xì)砂為主，少量中砂，磨圓度次棱角—次圓狀，接觸方式主要為點(diǎn)接觸和線接觸。儲集層巖性以長石巖屑砂巖為主，巖屑平均含量為48.50%，長石平均含量為19.13%，石英平均含量為16.25%。黏土礦物含量達(dá)到12.25%，其中，蒙脫石相對含量為58.24%，綠蒙混層相對含量為16.43%，在掃描電鏡下，可觀察到孔隙空間被大量綠蒙混層覆蓋（圖1a）。

1.3 微觀孔喉特征

頭二段疏松砂巖儲集層面孔率為14.25%；儲集層孔隙類型以粒間孔為主，占總孔隙度的83.34%（圖1b），其次為粒間溶孔和粒內(nèi)溶孔，分別占11.15%和5.51%；喉道以片狀和縮頸狀為主（圖1c），部分呈彎曲片狀，具有孔隙大、喉道窄的特點(diǎn)。雖然孔隙度較高，但由于片狀和縮頸狀喉道的存在，導(dǎo)致滲透率差異很大，進(jìn)而影響可動流體飽和度及其賦存狀態(tài)。

1.4 膠結(jié)特征

膠結(jié)程度低是疏松砂巖的典型特征，其主要受到地層埋深、膠結(jié)物種類、膠結(jié)方式等因素的影響。頭二段疏松砂巖儲集層多見孔隙—接觸式和接觸式膠結(jié)，多見泥質(zhì)膠結(jié)（圖1d），膠結(jié)強(qiáng)度低，砂巖疏松。泥質(zhì)膠結(jié)物含量高是頭二段砂巖疏松、油井出砂嚴(yán)重的主要原因。

圖1 三臺油田頭二段疏松砂巖儲集層鏡下特征Fig.1.Microscopic characteristics of the unconsolidated sandstone reservoir in the Tou 2 member in Santai oilfield

2 實(shí)驗(yàn)介紹

2.1 實(shí)驗(yàn)材料及儀器

巖心樣品取自準(zhǔn)噶爾盆地三臺油田北10 區(qū)塊頭二段，直徑為2.49～2.51 cm，長度為4.88～5.10 cm，巖心樣品信息詳見表1。實(shí)驗(yàn)用模擬地層水的礦化度為25 000 mg/L。實(shí)驗(yàn)設(shè)備為巖心樣品離心機(jī)和低場核磁共振儀：離心機(jī)型號為YC-1C 型，可用于直徑2.50 cm、高度3.00 cm 巖樣，最高轉(zhuǎn)速10 000 r/min，巖樣外旋半徑78 mm；核磁共振儀型號為MINI-MR，磁感應(yīng)強(qiáng)度0.5 T，射頻脈沖頻率為1.00～30.00 MHz，射頻頻率控制精度為0.01 MHz。

表1 三臺油田北10區(qū)塊頭二段長石巖屑砂巖巖心樣品參數(shù)Table 1.Parameters of core samples of feldspar lithic sandstone from the Tou 2 member in Block Bei-10 of Santai oilfield

2.2 實(shí)驗(yàn)步驟

實(shí)驗(yàn)參照SY/T 6490—2014《巖樣核磁共振參數(shù)實(shí)驗(yàn)室測量規(guī)范》及SY/T 5336—2006《巖心分析方法》執(zhí)行，具體步驟：①在標(biāo)準(zhǔn)巖心上鉆取樣品，測量樣品直徑和長度，將樣品放置于苯與酒精體積比為1∶3的萃取容器中洗油，洗油時間為10 d；②待洗油結(jié)束后，將樣品放置恒溫箱中加熱至90 ℃保持溫度不變24 h，取出測量樣品干重；③采用穩(wěn)態(tài)法測量巖心空氣滲透率；④應(yīng)用常規(guī)抽真空飽和地層水方法，結(jié)合高壓驅(qū)替裝置，為巖心樣品飽和模擬地層水，模擬地層水礦化度為25 000 mg/L，測量巖心濕重，計(jì)算巖心孔隙度，進(jìn)行核磁共振T2譜測試；⑤對巖心樣品分別進(jìn)行5 000 r/min、6 000 r/min、7 000 r/min、8 000 r/min離心，離心時間均為2 h，分別測量巖心4 次離心的水信號核磁共振T2譜；⑥計(jì)算巖心T2截止值、可動流體飽和度和可動流體孔隙度。

2.3 實(shí)驗(yàn)原理

油、水中的氫核在作橫向弛豫運(yùn)動時與地層孔隙壁產(chǎn)生碰撞，孔隙大小和氫核的橫向弛豫時間成反比，這就是利用核磁共振橫向弛豫時間譜研究巖石孔隙結(jié)構(gòu)的理論基礎(chǔ)[19-21]。根據(jù)核磁共振原理，當(dāng)孔隙流體的T2大于可動流體T2截止值時，流體為可動流體，反之則為束縛流體。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與討論

研究區(qū)頭二段疏松砂巖膠結(jié)程度低且易破碎，核磁共振可動流體測試難度大，本文通過優(yōu)選疏松砂巖巖心樣品，對同一樣品進(jìn)行4 次不同離心力下的可動流體測試，并進(jìn)行測試結(jié)果分析，確定疏松砂巖最佳離心力。

3.1 T2譜形態(tài)變化

根據(jù)頭二段疏松砂巖3 塊典型巖心樣品的核磁共振T2譜形態(tài)（圖2）可以看出，4號和7號樣品離心前飽和水狀態(tài)下的T2譜呈單峰態(tài)，5 號樣品T2譜呈雙峰態(tài)。4號和7號樣品橫向弛豫時間為8.03～16.68 ms，T2譜與橫軸的包圍面積較大，T2譜信號幅度較高，說明4 號和7 號樣品小孔隙較為發(fā)育。5 號樣品T2譜右峰高于左峰，表明該樣品物性相對較好，中孔隙和大孔隙較為發(fā)育。

圖2 三臺油田頭二段疏松砂巖儲集層巖心樣品核磁共振T2譜Fig.2.NMR T2 spectra of core samples from the unconsolidated sandstone reservoir in the Tou 2 member of Santai oilfield

第一次離心后，3 塊樣品的核磁共振T2譜形態(tài)均發(fā)生變化，其中5 號樣品T2譜形態(tài)變化明顯，左、右峰均下降，7 號樣品T2譜下降幅度較低，尤其是小孔隙，說明小孔隙可動流體飽和度較低。多次離心后，4 號樣品T2譜仍呈單峰態(tài)，峰值對應(yīng)的橫向弛豫時間向坐標(biāo)軸左側(cè)偏移，微—小孔隙中有束縛流體賦存，與飽和水狀態(tài)T2譜相比，4 號樣品離心最終狀態(tài)的T2譜下降明顯，可動流體主要賦存在大孔隙中。5 號樣品第一次離心后，T2譜已由雙峰態(tài)變?yōu)閱畏鍛B(tài)，至第四次離心后的T2譜仍呈單峰態(tài)，并且自第二次離心后，T2譜變化幅度微??；與飽和水狀態(tài)T2譜相比，5 號樣品右峰下降明顯，可動流體主要賦存在大孔隙中，且易被動用，束縛流體主要集中在小孔隙。7 號樣品離心最終狀態(tài)的T2譜下降幅度較大，峰值稍向右偏移，可動流體主要賦存在大孔隙。3 塊樣品即使在飽和水狀態(tài)下的T2譜特征不同，在之后對T2譜的分析中發(fā)現(xiàn)可動流體多分布在較大孔隙中，束縛流體多分布在較小孔隙中，小孔隙可能出現(xiàn)死孔隙和堵塞喉道的比例較高，連通性較差。

3.2 可動流體參數(shù)變化

頭二段疏松砂巖巖心樣品核磁共振可動流體測試結(jié)果表明，3塊典型樣品的T2截止值為1.86～4.64 ms，平均為3.06 ms；可動流體飽和度為80.42%～82.57%，平均為81.39%；可動流體孔隙度為13.91%～17.98%，平均為15.88%，典型巖心樣品的可動流體參數(shù)分布范圍差異較小。

為對比分析3塊疏松砂巖巖心樣品特征，參照5號樣品雙峰態(tài)T2譜，將雙峰連接段最低點(diǎn)作為較大和較小孔隙的分界點(diǎn)，該點(diǎn)的橫向弛豫時間為4.64 ms，統(tǒng)一將橫向弛豫時間在0.10～4.64 ms 的孔隙作為較小孔隙，橫向弛豫時間在4.64～24.04 ms 的孔隙作為較大孔隙。

飽和水狀態(tài)下，4 號樣品較小孔隙和較大孔隙中的流體相對含量分別為92.28%和7.72%。4號樣品離心后的核磁共振T2譜顯示，第一次離心后峰值略向左偏，T2譜幅度下降明顯，此時的可動流體飽和度為57.39%，其中較大孔隙和較小孔隙范圍內(nèi)T2譜幅度均下降，較小孔隙下降幅度較小。第二次離心后的可動流體飽和度為71.63%。離心結(jié)束后，4號樣品核磁共振T2截止值為1.86 ms，可動流體飽和度為81.17%，可動流體孔隙度為13.84%，束縛流體橫向弛豫時間主要為0.10～2.64 ms（圖2a）。

飽和水狀態(tài)下，5 號樣品較小孔隙可動流體相對含量為43.63%；較大孔隙可動流體相對含量為56.37%，該樣品較大孔隙和較小孔隙均發(fā)育。第一次離心后，T2譜下降幅度大且形態(tài)變?yōu)閱畏鍛B(tài)，可動流體飽和度為73.97%，殘余流體在較小孔隙和較大孔隙分布占比分別為93.06%和3.96%，較大孔隙內(nèi)幾乎沒有流體殘余。第二次離心后，可動流體飽和度為80.63%，說明較小孔隙中仍有殘余流體。最終離心結(jié)果顯示，5 號樣品核磁共振T2截止值為1.84 ms，可動流體飽和度為80.42%，可動流體孔隙度為15.63%，束縛流體幾乎全部集中在較小孔隙中（圖2b）。

飽和水狀態(tài)下，7 號樣品流體主要分布在較小孔隙中，較小孔隙內(nèi)的流體相對含量為83.18%，較大孔隙的流體相對含量為16.82%。由多次離心后的核磁共振T2譜可以看出，7 號樣品與其他2 塊樣品不同的是，經(jīng)過前兩次離心后T2譜下降幅度較小，之后再次離心后曲線出現(xiàn)較大幅度下降。分析核磁共振T2譜參數(shù)，第一次離心后的可動流體飽和度為30.52%，較小孔隙和較大孔隙中的殘余流體相對含量分別為94.65%和5.35%，說明較大孔隙第一次離心中有較多流體脫出，仍有大量流體殘余在小孔隙中；第二次離心后的可動流體飽和度為45.98%，較小孔隙和較大孔隙中的流體相對含量分別為91.73%和8.27%。最終離心結(jié)果顯示，7 號樣品核磁共振T2截止值為4.64 ms，可動流體飽和度為82.57%，可動流體孔隙度為17.98%。7 號樣品的可動流體飽和度為3 塊樣品中最高，若不進(jìn)行第三次和第四次離心實(shí)驗(yàn)，所測得的可動流體飽和度為45.98%，因此本文的實(shí)驗(yàn)方法能夠避免可動流體參數(shù)出現(xiàn)較大誤差（圖2c）。

綜上，疏松砂巖儲集層與致密砂巖儲集層在可動流體賦存特征方面存在明顯區(qū)別，以鄂爾多斯盆地延長組長6 段、長8 段和長9 段致密砂巖巖心樣品為例，致密砂巖物性較疏松砂巖差，T2截止值為0.65～0.94 ms，平均為0.78 ms；可動流 體飽和度為42.39%～47.49%，平均為44.76%；可動流體孔隙度為3.63%～6.64%，平均為4.85%。三臺油田頭二段疏松砂巖樣品T2截止值為3.06 ms；可動流體飽和度為81.39%；可動流體孔隙度為15.88%（表2）。與致密砂巖對比，疏松砂巖T2截止值較大，可動流體飽和度和可動流體孔隙度均較高，說明儲集層孔喉中可動流體較多，束縛流體較少。

表2 疏松砂巖與致密砂巖儲集層特征對比Table 2.Comparison of reservoir characteristics of unconsolidated sandstone and tight sandstone

3.3 最佳離心力的確定

在核磁共振可動流體測試過程中，離心力過小，可動流體不能完全動用，測試求取的T2截止值會過大；離心力過大，導(dǎo)致一部分束縛流體脫出，測試求取的T2截止值會過小，對疏松砂巖的孔隙結(jié)構(gòu)造成破壞，因此疏松砂巖核磁共振可動流體測試中最佳離心力的確定很關(guān)鍵。計(jì)算不同離心力下疏松砂巖巖心樣品的T2譜與橫軸包圍面積，以2 次離心實(shí)驗(yàn)的T2譜與橫軸包圍面積差值為判定依據(jù)。3塊樣品在離心力為0.64 MPa時，與飽和水狀態(tài)相比，T2譜與橫軸包圍面積差值為154.51～684.14；在離心力為0.64～0.76 MPa時，T2譜與橫軸包圍面積差值為61.51～89.54；在離心力為0.76～0.89 MPa 時，T2譜與橫軸包圍面積差值為7.15～181.30；在離心力為0.89～1.02 MPa 時，T2譜與橫軸包圍面積差值為0.76～5.25。因此，3 塊巖心樣品所確定的最佳離心力為1.02 MPa。

不同的巖心樣品，可動流體賦存特征存在差異。通過圖3a 可以看出，發(fā)育較大孔隙的5 號樣品在第一次離心后，較大孔隙的可動流體飽和度高，并且?guī)缀醪辉匐S著離心力的增大而變化；而較小孔隙的可動流體飽和度呈現(xiàn)緩慢上升，自第二次離心后改變幅度很小，較大孔隙與較小孔隙的可動流體飽和度差異大。5 號樣品在4 次離心后測得的可動流體有61.53%～68.51%來自于較大孔隙，束縛流體主要在較小孔隙中，并且很難再隨著離心力的增大被動用。發(fā)育較小孔隙的4 號樣品和7 號樣品中，4 號樣品的可動流體飽和度隨著離心力增大緩慢上升，較大孔隙和較小孔隙中的可動流體飽和度差異不大，但整體看來，較大孔隙中賦存更多的可動流體。7 號樣品在0.76 MPa 的離心力下，可動流體飽和度曲線出現(xiàn)明顯拐點(diǎn)，較小孔隙的可動流體飽和度上升明顯，最終離心實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示7 號樣品較大孔隙和較小孔隙的可動流體飽和度差值僅為2.57%，說明在較低的離心力條件下，較小孔隙的一部分流體沒有被動用，在最佳離心力1.02 MPa 下，樣品的可動流體飽和度為82.57%，且較大孔隙和較小孔隙對可動流體飽和度均有貢獻(xiàn)，尤其是在離心力由0.64 MPa 上升至1.02 MPa 時，較小孔隙可動流體飽和度上升32.53%。

圖3 三臺油田頭二段疏松砂巖儲集層巖心樣品可動流體飽和度隨離心力變化Fig.3.Changes of movable fluid saturation with centrifugal force in core samples from the unconsolidated sandstone reservoir in Tou 2 member of Santai oilfield

通過分析3 塊樣品在不同離心力下的可動流體飽和度變化特征，在相同離心力下，較大孔隙的可動流體飽和度均高于較小孔隙的可動流體飽和度，可動流體的主要貢獻(xiàn)者均為較大孔隙，束縛流體幾乎都分布在小孔隙中，并且很難隨著離心力的增大而動用。不同的是，對于孔隙發(fā)育程度好、較大孔隙含量高的樣品，較大孔隙和較小孔隙各自的可動流體飽和度差異明顯，但4 次離心實(shí)驗(yàn)樣品整體的可動流體飽和度差異很小。對于孔隙發(fā)育程度差、較小孔隙含量高的樣品，離心力的增大能夠使樣品整體的可動流體飽和度升高，尤其是較小孔隙的可動流體飽和度顯著上升，不同尺寸孔隙最終對于可動流體參數(shù)的貢獻(xiàn)幾乎沒有差異。

對比3塊樣品，7號樣品物性最好，同時可動流體飽和度也最高，為82.57%；而4號樣品物性最差，可動流體飽和度為81.17%，5號樣品的可動流體飽和度為80.42%，4號樣品卻略高于5號樣品，說明物性只是可動流體參數(shù)的影響因素之一，可動流體參數(shù)還會受其他因素的綜合影響。

4 結(jié)論

（1）三臺油田頭二段疏松砂巖在飽和水狀態(tài)下的核磁共振T2譜既有單峰態(tài)，也有雙峰態(tài)，孔隙類型復(fù)雜。離心后的T2譜均呈單峰態(tài)，束縛流體多分布在較小孔隙中，可動流體多分布在較大孔隙中。

（2）三臺油田頭二段疏松砂巖典型巖心樣品的T2截止值為1.86～4.64 ms，平均為3.06 ms；可動流體飽和度為80.42%～82.57%，平均為81.39%；可動流體孔隙度為13.91%～17.98%，平均為15.88%，可動流體飽和度和可動流體孔隙度均較高。

（3）在不同的離心力下，可動流體主要來自較大孔隙，束縛流體則主要分布于較小孔隙。對于孔隙發(fā)育程度好、較大孔隙含量高的樣品，較大孔隙和較小孔隙的可動流體飽和度差異明顯，測試后期可動流體飽和度不會隨著離心力的提高出現(xiàn)顯著增大。對于孔隙發(fā)育程度差、較小孔隙含量高的樣品，離心力的增大能夠使整體的可動流體飽和度顯著上升，測試后期不同孔隙對于可動流體參數(shù)的貢獻(xiàn)幾乎沒有差異。