鄂爾多斯盆地長7致密油儲層儲集空間特征及其意義

馮勝斌 ，牛小兵 ，劉飛 ，楊孝，劉小靜，尤源 ，王芳

(1.長慶油田分公司勘探開發研究院，陜西 西安，710018；2.低滲透油氣田勘探開發國家工程實驗室，陜西 西安，710018；3.長慶油田分公司油藏評價處，陜西 西安，710018)

儲層儲集空間特征作為油氣儲層評價的重要指標，一直受到石油地質學者的廣泛重視并取得了眾多成果。值得注意的是，20世紀70年代末應用新技術、新方法發現碎屑儲集巖的孔隙不僅是原生孔隙，而且發育大量次生孔隙，由此獲得了碎屑儲集巖理論上的突破性進展[1?5]。隨研究的深入，儲層的儲集空間特征的描述更為精細，如儲層的孔隙類型的劃分，由粗略的宏觀孔隙和微觀孔隙2類基本類型細化到大孔隙、中孔隙、小孔隙、微孔隙、吸附孔 5級[6]。由于世界油氣需求的持續增長與常規油氣產量的不斷下降，近幾年，北美在頁巖氣、致密油上的工業開發工作極大地推動了世界范圍內的非常規油氣藏的勘探開發進程[7?8]。這里的非常規油氣藏的本質就是儲層的“非常規”，即儲層致密。其中，儲層致密的致密油是非常規油氣資源中主要的類型，已成為全球非常規石油勘探開發的亮點領域[8?9]。因此，鄒才能等[8]指出儲層儲集性能是非常規油氣研究的靈魂。鄂爾多斯盆地延長組長 7油層組中與油頁巖互層共生或緊鄰的砂巖儲層致密，滲透率一般小于 0.3×10?3μm2，按照致密油的劃分標準[7?8]，長7致密砂巖油層為典型的致密油。前人對鄂爾多斯盆地長7段致密油層組做了大量的研究工作，這些工作主要包括孔隙度、滲透率測試，薄片分析等。鄒才能等[8,10]利用場發射掃描電鏡與Nano-CT技術已識別出納米級孔隙，同時認為納米孔是致密油的主要儲集空間類型。然而，鄂爾多斯盆地長7致密油儲層在儲集空間特征上的研究較為薄弱，譬如，孔隙類型及分布、納米孔隙的含量及含油性、石油儲集的主體孔隙類型等都是亟需解決的問題。因此，本文作者對鄂爾多斯盆地長7致密油儲層儲集空間特征進行了研究，不僅有助于該盆地致密油的資源評價研究，還為該盆地致密油的勘探、開發提供科學依據。

1 長7致密油儲層常規測試特征

1.1 致密油儲層物性特征

油氣儲層的儲集物性是儲層評價研究中的重要參數[11]，而孔隙度、滲透率是描述該儲集物性的常規指標。通過鄂爾多斯盆地長7致密油儲層大量的物性數據統計，長7砂巖的孔隙度主要分布于5%～15%，平均孔隙度為 10.1%；滲透率主要分布于 0.01×10?3～1×10?3μm2，平均滲透率為 0.18×10?3μm2(圖 1)。對盆地已規模有效開發的特低滲透和超低滲透儲層儲集物性進行統計分析(見圖2)。結果表明：長7致密油儲層與鄂爾多斯盆地特低滲透和超低滲透儲層相比，滲透率相差較大，而孔隙度相近，說明長7致密油儲層具“相對高孔、低滲”的致密特征，這揭示長7致密油儲層雖然低滲，但具較好的儲集流體的性能。

1.2 致密油儲層孔隙特征

薄片分析是研究油氣儲層孔隙特征的常規方法。對鄂爾多斯盆地長7致密油儲層進行了大量的鑄體薄片鑒定分析。結果表明，長7致密油儲層在偏光顯微鏡下可見的孔隙類型主要為長石溶孔，其面積占總面積的1.8%，其次為粒間孔，其面積占總面積的0.6%，總面孔率為2.4%，由此可知，長7致密油儲層與盆地特低滲透、超低滲透儲層相比，前者的面孔率明顯偏低(圖3)，然而，這與前文利用儲層物性孔隙度參數反映出的長7致密油儲層具有較好的儲集性能相矛盾。鄂爾多斯盆地長7致密油儲層鑄體薄片特征如圖4所示。圖4表明：薄片分析參數與物性分析參數反映的儲層儲集性能之間有顯著差異，以N33和Z182井為代表的長7巖芯物性測試結果顯示：該致密油儲層具有較高的孔隙度，可是在單偏光下孔隙很難識別，面孔率統計值近似為 0。由此可見，鄂爾多斯盆地長 7致密油儲層與該盆地特低滲透和超低滲透儲層孔隙特征有較大不同，鄂爾多斯盆地長7致密油儲層亦可能發育納米孔孔隙類型，但受偏光顯微鏡儀器分辨率的限制，對這些微孔隙采用薄片分析方法很難進行有效地識別和統計。

圖1 鄂爾多斯盆地長7致密油儲層孔滲分布頻率直方圖Fig.1 Histogram of physical property distribution frequency for Chang7 tight oil reservoir in Ordos basin

圖2 鄂爾多斯盆地長7致密油與特低滲透、超低滲透儲層物性對比直方圖Fig.2 Histogram of physical property comparison between Chang7 tight oil reservoir in Ordos basin and extra low permeability,ultra low permeability reservoir

圖3 鄂爾多斯盆地長7致密油與特低滲透、超低滲透儲層孔隙特征對比直方圖Fig.3 Histogram of pore structure characteristics comparison between Chang7 tight oil reservoir in Ordos basin and extra low permeability, ultra low permeability reservoir

圖4 鄂爾多斯盆地長7致密油儲層鑄體薄片特征Fig.4 Casting thin section characteristics for Chang7 tight oil reservoir in Ordos basin

上述分析表明，鄂爾多斯盆地長7致密油儲層較盆地特低滲透、超低滲透儲層的孔隙特征更為復雜，雖然長7致密油儲層表現為相對高孔、具較好的儲集流體的特征，但是用常規的薄片分析及表征方法很難有效地揭示其復雜的孔隙特征，因而，需探索新的分析測試技術和表征方法。

2 長7致密油儲層核磁共振測試儲集空間特征

近年來，用于材料分析測試的新技術、新方法為油氣儲層孔隙特征的研究提供了契機。其中，場發射掃描電鏡和Nano-CT成像技術已被成功地應用于致密儲層孔隙結構的研究。現有的研究成果顯示[8,10,12?13]：場發射掃描電鏡雖具很高的分辨率，能有效識別出微米－納米級孔隙，但是該方法對樣品的制備要求較高，在一定程度上限制了它的廣泛使用；對于Nano-CT成像技術，以其能夠實現三維刻畫和定量表征孔隙和喉道的技術性能受到研究者的青睞，但是目前國內該類測試儀器少、待分析樣品多、加上高昂的測試費用等因素，很難滿足現行的科學研究及生產需求。然而，核磁共振的測試方法有效地解決了上述問題。

據相關文獻報道，巖芯飽和水時的核磁共振 T2譜分布能反映巖芯內所有孔隙孔徑分布[12?16]，并且通過使用弛豫劑已實現了消除水信號獲取油相 T2譜分布的技術[17?18]。因此，可以采用核磁共振的方法來分析石油流體在不同孔徑孔隙中的分布特征[16,19?20]，即不同孔徑的儲集空間的含油性特征。另外，核磁共振測試技術在常規油氣儲層研究中已得到了廣泛應用，且在油氣勘探、開發中取得良好的應用效果，故核磁共振測試技術具有較好的分析測試基礎。因此，本文使用Magnet2000型核磁共振巖樣分析儀分析長7致密油儲層儲集空間特征。樣品的選取和分析流程參照文獻[21]。

圖5 鄂爾多斯盆地長7致密油儲層不同級別滲透率巖芯核磁共振測試孔徑分布Fig.5 Pore diameter distribution of different permeability core tested by nuclear magnetic resonance for Chang7 tight oil reservoir in Ordos basin

2.1 致密油儲層孔隙類型及分布特征

使用 Magnet2000型核磁共振巖樣分析儀，對鄂爾多斯盆地長7致密油儲層巖芯進行了飽和水的核磁共振測試，測試結果見圖5。在圖5中，巖芯的孔隙半徑據文獻[14?16]由T2譜弛豫時間轉換而來。從圖5可見，鄂爾多斯盆地長7致密油儲層巖芯的孔隙孔徑分布范圍較寬。參照低滲透儲層孔隙類型的劃分標準[6,8]，測試巖芯包含大孔(孔徑 r＞20 μm)、中孔(r=20～10 μm)、小孔(r=10～2 μm)、微孔(r=2～0.5 μm)及納米孔 (r＜0.5 μm)各種孔隙類型。

進一步分析表明，樣品的滲透率級別不同，其巖芯孔徑的分布范圍存在差異。滲透率相對高的巖芯孔徑分布范圍寬，其分布峰偏向孔隙半徑較大一側，反之，滲透率相對小的巖芯孔徑分布范圍較窄，其分布峰偏向孔隙半徑較小一側；同樣，樣品的滲透率級別不同，其巖芯的孔隙類型與主體孔隙類型也不同，長7致密油儲層孔隙類型總體上發育小孔?納米孔孔隙，隨滲透率的增大，孔隙類型有變好的趨勢。由此可知，巖芯中主體孔隙類型的發育程度與儲層滲透率的相關性顯而易見，這表明儲層的質量受巖石致密程度的控制。此外，圖 5(d)所示的巖芯滲透率小于 1×10?5μm2，其石油儲集空間以微孔和納米孔孔隙類型為主，據流體分布圖特征對比分析，該類孔隙孔徑小、數量大，可見正是這些因素導致長7致密油儲層具相對高孔的特征。

2.2 不同類型孔隙含油性分析

巖芯飽和水后的核磁共振分析結果揭示出鄂爾多斯盆地長7致密油儲層孔隙類型復雜，不僅具常規油氣儲層發育的大孔?小孔孔隙，而且普遍發育微孔和納米孔孔隙。石油勘探者可能更為關心的是這些微孔和納米孔孔隙是否儲集石油，因此，本文采用巖芯核磁共振測試的油相T2譜分布和飽和水T2譜分布的對比關系來探討長7致密油儲層不同孔隙類型的含油性特征。初步分析結果表明，長7致密油儲層的大孔至納米孔所有儲集空間均含油，且巖芯中油流體和飽和水流體分布圖峰面積趨于一致，揭示出測試巖芯大孔?納米孔孔隙含油飽滿(圖6)。

圖6 鄂爾多斯盆地長7致密油儲層巖芯核磁共振測試飽和水流體與油流體分布關系Fig.6 Distribution relationship between saturation water and oil in core by nuclear magnetic resonance for Chang7 tight oil reservoir in Ordos basin

3 石油地質意義

鄒才能等[10]通過對鄂爾多斯盆地延長組致密砂巖儲層束縛水膜厚度及原油單分子直徑(0.4～4 nm)的研究，計算出鄂爾多斯盆地延長組致密砂巖儲層原油分子通過的臨界喉道半徑為54 nm。長7致密油儲層壓汞測試結果表明：長7儲層喉道半徑為10～1 000 nm范圍，喉道半徑中值達100 nm。同時，由長7儲層的喉道半徑計算，長7儲層毛細管阻力為0.01～2.00 MPa。綜合特征說明：盆地長7致密油儲層石油的運移成藏主要受控于石油運移的驅動力。而鄂爾多斯盆地延長組砂巖儲層石油充注成藏過程與成藏機理模擬實驗分析亦進一步證實：盆地低滲透儲層石油充注強度主要取決于驅動壓力，當驅動壓力達到3 MPa時，致密儲層(滲透率＜0.3×10?3μm2)含油飽和度達到 60%以上，且隨著驅動壓力增大含油飽和度呈增高的趨勢[22]，且實驗結論與盆地長7致密油儲層密閉取芯巖芯實測的結果一致(圖7)。已有研究成果表明：鄂爾多斯盆地長7優質烴源巖生烴增壓形成的異常壓力是油氣運移成藏的主動力[23?24]，異常壓力恢復顯示盆地長7優質烴源巖普遍存在5 MPa以上的異常壓力。因而，長7致密油儲層具有良好的成藏條件，源儲共生，石油初次運移動力大、運移距離短，從而石油充注強、含油飽和度高，且受儲層喉道細微的控制作用流體保存好、石油滯留成藏[25]，形成了今儲層中大孔至納米孔孔隙均含油的特征。

圖7 鄂爾多斯盆地Z193井長7致密油儲層含油飽和度與孔隙度關系Fig.7 Relationship between oil saturation and porosity in Chang7 tight oil reservoir of well Z193 in Ordos basin

上述認識對鄂爾多斯盆地致密油的勘探開發具有一定的啟示意義：(1) 已有研究成果揭示頁巖中亦普遍發育大量納米孔隙和微裂縫[8,10,26]，因而長7烴源巖不僅是生烴巖，而且是儲集巖。大量鉆井數據統計表明，長 7油頁巖大面積廣覆式分布，分布范圍達5×104km2，厚度一般為 10～40 m。所以，盆地長 7不僅具有豐富的致密油，還發育有頁巖油資源。(2) 盆地中生界烴源巖發育特征表明，雖延長組長7優質烴源巖為主力源巖，但長9、長6、長4＋5油層組在盆地局部凹陷發育不同規模、不同性質的烴源巖，具有一定的生烴潛力，結合長7源儲共生的致密砂巖儲層石油充注及儲集空間的含油性特征分析，可推測在這幾套源巖發育層位也具有形成類似長7油層組的致密油層。

4 結論

(1) 鄂爾多斯盆地長 7致密油儲層具相對高孔低滲的特征，儲層孔隙孔徑分布范圍寬、孔隙類型復雜，儲層中大孔、中孔、小孔、微孔及納米孔孔隙類型均發育；長7致密油儲層的孔徑分布范圍、孔隙類型和主體孔隙類型受儲層的致密程度的控制作用明顯。

(2) 鄂爾多斯盆地長 7致密油儲層受高異常壓力及儲層本身的喉道細微特征的控制，石油充注強、流體保存好、石油滯留成藏，現今儲層中具大孔隙至納米孔孔隙均含油的特征，并且微孔至納米孔孔隙含油飽滿。

(3) 鄂爾多斯盆地致密油層分布廣、非常規油氣資源潛力大。長7油層組發育的致密油和頁巖油是今后研究和勘探開發的重要目標；對長9、長6和長4+5油層組烴源巖生排烴特征需進一步分析，評價形成致密油和頁巖油的前景。

致謝：

本文得到了長慶油田勘探開發研究分析試驗中心袁效奇高工、賀靜高工、解古巍工程師及成都理工大學趙應權博士后的指導和幫助，樣品測試在中國石油勘探開發研究院廊坊分院與長慶油田勘探開發研究院分析試驗中心完成，在此致以衷心地感謝。

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