鄂爾多斯盆地延長組長7致密油儲層微觀特征

王秀娟，王明磊，趙愛彬

（1.中國石油長慶油田分公司，西安710018；2.中國石油勘探開發研究院廊坊分院，河北廊坊065007）

鄂爾多斯盆地延長組長7致密油儲層微觀特征

王秀娟1，王明磊2，趙愛彬1

（1.中國石油長慶油田分公司，西安710018；2.中國石油勘探開發研究院廊坊分院，河北廊坊065007）

針對鄂爾多斯盆地致密油儲層特征，利用納米級CT掃描、場發射掃描電鏡、恒速壓汞以及核磁共振等技術，對該儲層孔隙、喉道以及孔喉配置關系等微觀特征進行了系統研究。結果表明：孔隙大小決定了致密油儲層的儲集能力，鄂爾多斯盆地延長組長7致密油儲層的平均孔隙半徑為15～20 μm，平均單位孔隙體積為0.05；喉道大小是儲層開發下限的主要制約因素，長7致密油儲層的喉道半徑主要為0.3～0.5 μm，儲層中60%的可動流體由半徑為0.1～0.5 μm的喉道所控制；在物性較好的儲層中，連通性較好的大喉道占30%～40%，而且喉道半徑≥0.5 μm，而在物性較差的儲層中，喉道細小，連通性差的喉道約占60%，而且喉道半徑＜0.1 μm。

致密油儲層；納米級CT掃描；開發下限；儲層微觀特征；鄂爾多斯盆地

0 引言

致密油是指以吸附或游離狀態賦存于富有機質且滲透率極低的暗色頁巖、泥質粉砂巖和砂巖夾層系統中的自生自儲、連續分布的石油聚集［1］，是繼頁巖氣之后全球非常規油氣勘探開發的又一新熱點［2-3］，被石油工業界譽為“黑金”。目前，北美是致密油資源開發最多和最成功的地區，已開發了Bakken，Eagle Ford及Barnet等［4-5］多個致密油氣藏，預計2020年全美致密油產量將達到1.5億t，可使美國的原油總產量增加1/3，大大減少對外依存度，在一定程度上改變世界能源格局。國外在致密油儲層微觀孔隙結構研究方面起步較早，研發了多種微觀測試技術和方法，并形成了新的理論體系，但國內的相關研究才剛剛起步。以鄂爾多斯盆地致密油儲層為例，三疊系延長組長7油層組為主要致密油儲層發育段，目前已成功實現了對滲透率為0.3～1.0 mD的超低滲透油藏的規模開發，并已掌握其巖性及物性等基本特征，但對其微觀孔隙結構表征和孔隙結構分類等方面的研究仍存在諸多困難［6］。由于先進的測試技術和方法均還處于探索階段，而目前使用的常規測試技術和方法均難以滿足致密油研究的需要［7］，因此加大致密油儲層微觀特征研究對我國致密油發展具有重要意義。

1 致密油儲層的基本特征及主要研究技術進展

致密油是一種典型的非常規油氣資源，其儲層與常規儲層相比，具有以下2個方面的顯著特點：儲層物性差是致密油儲層最基本的特征，北美地區致密油儲層孔隙度一般為5%～10%，基質覆壓滲透率一般為0.01～0.10 mD，而我國致密油儲層孔隙度相對較低，一般＜12%，空氣滲透率＜1 mD，并且橫向非均質性強［8］；孔隙和喉道直徑一般均為0.03～2.00 μm，而且從微米級別到納米級別連續分布［9］。針對致密油儲層特征研究，常規的研究手段已難以滿足需要，如光學顯微鏡薄片鑒定，其分析尺度一般為毫米級別，并且只能研究儲層礦物組成及平面孔隙特征，無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展，如納米級CT掃描［10-12］、場發射掃描電鏡、恒速壓汞及核磁共振等技術。

（1）納米級CT掃描技術。利用高精度的納米級CT掃描技術（三維空間分辨率可達50 nm），可以實現納米級別的微觀孔隙觀察和測試，也可實現巖石原始狀態下的無損三維成像，從而確定致密砂巖儲層納米孔喉分布、大小及連通性等，以表征石油在納米級孔喉系統中的賦存狀態。從2012年開始，中國石油勘探開發研究院和勝利油田等單位均陸續引入進口或國產的納米CT系統，并開展了一系列應用研究（圖版Ⅰ-1）。

（2）場發射掃描電鏡技術。在高真空狀態下，被加速的高能電子束照射到樣品上時，入射電子束與樣品相互作用而產生各種信號，然后使用不同的探測器檢測這些信號，便可直接得到樣品表面的圖像信息［13］。目前，場發射掃描電鏡精度可達0.5 nm，其最大特點是具備超高分辨掃描圖像的能力，是納米級孔喉結構測試和形貌觀察的最有效儀器，近年來已廣泛應用于致密儲層和頁巖的超微孔隙結構研究中（圖版Ⅰ-2）。

（3）恒速壓汞技術。與常規壓汞不同，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進汞，可實現對喉道數量的測量，克服了常規壓汞的缺陷。利用該技術可將孔隙與喉道分開進行測量，并能夠定量分析孔喉結構，所得到的信息能較好地反映油藏內流體在滲流過程中的動態孔喉特征［14］。

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

2 延長組長7致密油儲層微觀特征

鄂爾多斯盆地延長組長7油層組是中生界的主力產油層，砂巖為其主要致密油儲層（圖1）。儲層巖石類型主要為細粒長石砂巖和長石巖屑砂巖，平均孔隙度為10.1%，平均空氣滲透率為0.18 mD。致密油儲層與一般低滲透率儲層相比，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層的微觀孔隙、喉道及其相互配置都控制了儲層的滲流能力。

圖1 鄂爾多斯盆地延長組長7油層組綜合柱狀圖（據長慶油田，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CT掃描和場發射掃描電鏡技術相結合，可以將孔隙剝離出來單獨測量，以還原真實孔隙體積，從而對儲層孔隙類型、大小和體積等參數進行定量分析，還可以直觀地觀察孔隙與孔隙之間的平面連接狀態（圖版Ⅰ-3）。

通過對鄂爾多斯盆地延長組長7致密油儲層64口井138個樣品進行微觀特征綜合研究發現，該儲層的孔隙類型主要為長石溶蝕孔隙（圖版Ⅰ-4）和晶間孔隙（圖版Ⅱ-1），其大小決定了致密油儲層的儲集能力，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系研究

與常規儲層不同，致密儲層中喉道對儲層輸導滲流能力控制作用更強，因此，加強喉道及孔喉配置關系研究對致密油儲層研究具有重要意義。然而，采用常規的研究手段無法了解孔喉的平面及三維立體特征，本次研究主要利用場發射掃描電鏡、恒速壓汞和納米級CT掃描等技術對喉道大小、喉道體積及孔喉比等評價參數進行分析，并建立孔喉的三維立體結構模型。

針對喉道研究，首先利用場發射掃描電鏡技術對儲層喉道大小進行直接測量。長7致密油儲層喉道大小主要為0.10～0.75 μm（圖版Ⅱ-6）。然后利用恒速壓汞技術分別對儲層喉道及孔喉結構特征進行定量描述，并分別評價致密油儲層喉道體積和孔喉比等結構指標。長7致密油儲層的單位喉道體積為0.022，喉道進汞飽和度為15.27%（表1）。另外，通過對YC1，X233和YC2等井的3個樣品進行對比發現，物性較好的YC1井樣品的孔喉比遠小于物性較差的YC2井樣品，也就是說滲透率低的樣品其孔喉比高，說明大孔隙被小喉道控制，即喉道大小控制了儲層的輸導能力（表1）。最后利用巖心CT掃描系統建立長7致密油儲層孔喉三維立體結構模型（圖版Ⅱ-7、圖版Ⅱ-8）和球棍模型（圖版Ⅱ-9、圖版Ⅱ-10），以表征致密油儲層的孔喉配置結構。通過對比分析不同物性的樣品發現，物性較好的儲層（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，而物性較差的儲層（滲透率＜0.1mD）喉道細小，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對比分析Table 1Comparison analysis of samples of different physical properties by constant-speed mercury injection technique

2.3 致密油儲層中可動流體特征研究

利用核磁共振技術不僅可對油相采出程度進行精確計算，而且能測定水驅油過程中不同狀態下的含油量、不同孔徑內剩余油的分布情況，以及不同大小喉道內的油相分布情況，從而定量評價長7致密油儲層中可動流體的特征。

在飽和油狀態下70%的原油分布于大孔隙，在水驅油最終狀態下原油采出程度為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）。通過核磁共振結合巖心離心法，最終測得致密油儲層中半徑為0.1～0.5 μm的喉道控制了儲層中60%的可動流體（表2）。

圖2 致密油儲層巖心在飽和水、束縛水及水驅油最終狀態下的核磁共振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7致密油儲層喉道內的可動流體分布Table 2Movable fluid distribution in the throats of Chang 7 tight oil reservoir

3 結論

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

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

（3）物性較好的儲層存在30%～40%連通性較好的大喉道，其半徑≥0.5 μm；物性較差的儲層喉道細小，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.美國致密油開發現狀及啟示［J］.巖性油氣藏，2011，23（4）：25-30.

［2］孫贊東，賈承造，李相方，等.非常規油氣勘探與開發（上冊）［M］.北京：石油工業出版社，2011.

［3］鄒才能，陶士振，侯連華，等.非常規油氣地質［M］.北京：地質出版社，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.國外致密油儲層微觀孔隙結構研究及其對鄂爾多斯盆地的啟示［J］.石油科技論壇，2013，32（1）：12-18.

［7］趙萬金，李海亮，楊午陽.國內非常規油氣地球物理勘探技術現狀及進展［J］.中國石油勘探，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］郝樂偉，王琪，唐俊.儲層巖石微觀孔隙結構研究方法與理論綜述［J］.巖性油氣藏，2013，25（5）：123-128.

［13］翁壽松.日立的場發射掃描電鏡［J］.電子工業專用設備，1993，22（1）：30-33.

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

圖版Ⅰ說明：1.納米級CT掃描孔喉三維立體實驗結果；2.場發射掃描電鏡實驗二維圖像結果；3.場發射掃描電鏡觀察孔隙與孔隙之間的平面連接狀態；4.長石溶蝕孔隙

圖版Ⅱ說明：1.伊利石晶間孔；2.利用場發射掃描電鏡測量樣品1（滲透率為0.12 mD，下同）的孔隙大小；3.利用場發射掃描電鏡測量樣品2（滲透率為0.06 mD，下同）的孔隙大小；4.利用納米級CT掃描分析樣品1的孔隙體積；5.利用納米級CT掃描分析樣品2的孔隙體積；6.場發射掃描電鏡對喉道大小的測量圖；7.樣品1的孔喉三維立體結構模型；8.樣品2的孔喉三維立體結構模型；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

國家自然科學基金項目“鄂爾多斯盆地延長組連續型巖性油藏成藏機理與地質特征”（編號：41102083）資助

王秀娟（1979-），女，碩士，工程師，主要從事油氣成藏地質學研究及管理工作。地址：（710018）陜西省西安市未央區興隆園小區中國石油長慶油田分公司油藏評價處。E-mail：wangxiuj_cq@petrochina.com.cn。