鄂爾多斯盆地東北緣致密砂巖孔隙特征及其分類

楊慶龍，劉 雙，袁立穎，李 磊，郝臨山,2

（1.SGS-通標標準技術服務有限公司，北京 102200；2.山西大同大學，山西大同 037009）

儲層孔隙結構是油氣儲層評價的關鍵指標，因其不僅控制著儲層滲流特征，且直接影響著致密氣井的產量和最終采收率[1]。致密砂巖具有低孔、低滲等非常規儲層典型物性特征，其孔喉細小、結構復雜、非均質性強、連通性差等獨特的孔隙結構[2]。目前，針對致密砂巖儲層孔隙結構的研究手段多樣，對孔隙特征進行定性描述的手段有掃描電鏡、CT 掃描、鑄體薄片、壓汞、液氮吸附等。對孔隙特征進行定量評價的手段有壓汞、液氮吸附、核磁共振等。但綜合考慮樣品代表性、觀測尺度、測試時間等因素，壓汞測試仍是目前研究致密砂巖儲層孔隙特征的重要手段。

鄂爾多斯盆地位于華北地塊西部，盆地北部沖積平原-三角洲沉積體系是天然氣的主要富集區[3]，氣源主要為盆地內石炭-二疊紀含煤層系[4]。研究區位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡東北緣。伊陜斜坡為一大型寬緩西傾單斜，地層傾角不足1°[5]。研究區內盒8 段砂巖十分發育，儲集及含氣性能較好，具有良好的勘探開發潛力。

位置示意圖，見圖1。

1 孔滲特征

圖1 研究區構造位置示意圖

孔滲是表征儲層儲集、滲流性能兩個重要參數[6]。研究區內盒8 砂巖氮氣滲透率測試，滲透率范圍在0.01～5.36 mD 之間，平均為0.31 mD。其中＜0.1mD占35.77%，0.1～1 mD占58.98%，＞1 mD占5.25%。盒8段孔隙度范圍在1.04～19.52%之間，平均為9.96%。其中孔隙度＜5%占總量的8.27%，5～10%占總量的38.64 %，10～15%占總量的50.08%，＞15%占總量的3.02%。滲透率和孔隙度測試結果顯示，盒8段砂巖整體上孔隙度與滲透率相關性較好，隨著孔隙度的升高，滲透率相應增加，在半對數曲線上表現出較好的正相關關系，見圖2。

圖2 盒8砂巖孔滲關系及其分類

盒8段砂巖儲層分類結果顯示，砂巖孔隙度主要分布在特低孔-低孔之間，滲透率主要分布在致密-超低滲之間[7]。綜合分類結果，盒8段砂巖以超低滲-低孔為主（44.67 %），致密-特低孔次之（25.91%），超低滲-特低孔（16.06%）較少，具致密砂巖低孔低滲的典型特征。

2 掃描電鏡下孔隙結構特征

掃描電鏡是油氣儲層孔隙結構研究必不可少的手段[8]。研究區內原生孔隙的粒間孔一般為微米級，在成巖后生過程中，儲層經過壓實、壓溶、膠結等致密化過程，大多的易溶易碎陸源碎屑如長石、碳酸鹽礦物等已失去骨架顆粒的支撐作用，導致原生粒間孔常被蝕變礦物、自生礦物及次生加大充填，造成致密砂巖中的粒間孔得以保留的很少，僅存少量剩余粒間孔，見圖3(a)。

次生孔隙中溶蝕孔發育廣泛，數量多，尺度范圍大，一般為微米至納米級，是研究區致密砂巖儲層中主要的孔隙類型。鏡下碎屑長石的溶蝕孔常沿解理發育。溶蝕程度較輕者，保留碎屑輪廓；溶蝕嚴重者，碎屑輪廓已不復存在，見圖3(b)。

砂巖中的晶間孔以納米孔為主，由于自生礦物種類和發育程度不同，造成了晶間孔形狀和大小各異。高嶺石集合體常呈蠕蟲狀、手風琴狀，常充填粒間孔；綠泥石、伊利石和伊蒙混層礦物晶間孔多成葉片狀、似蜂窩狀，綠泥石常與石英、高嶺石共生，見圖3(c)。

自生石英、長石、碳酸鹽礦物的晶間孔以狹縫狀孔、不規則多邊形孔為主，但規模相對較小。部分樣品顯微構造發育，可見摩擦面、角礫、碎粒，對儲層孔隙結構有一定的破壞作用，見圖3(d)。

圖3 掃描電鏡下孔隙特征

掃描電鏡觀察認為，研究區內盒8砂巖儲層孔隙主要以納米晶間孔為主，巖石較致密。

3 壓汞參數特征

壓汞測試所獲得參數可分為兩類。一類為反映孔隙大小的參數，如排驅壓力，中值壓力等。排驅壓力是劃分巖石儲集性能好壞的主要指標之一[9]。因為其既反映了巖石的孔隙喉道的集中程度，同時又反映了這種集中的孔隙喉道的大小。中值壓力是指Shg=50%時相應的注入曲線的毛細管壓力，該參數反應孔隙中存在氣、水兩相時，用以衡量氣的產能大小。另一類為反映孔隙結構的參數，如退汞效率、歪度、分選系數等。退汞效率反映非濕潤相的毛細管效應采收率，表示喉道體積占巖心中孔隙與喉道總體積的百分數。顯然，退出效率越大，則巖心中孔隙與喉道的尺寸大小越均勻。歪度是量度孔隙喉道大小分布不對稱性的參數。分選系數是樣品中孔隙喉道大小標準差的量度，直接反應了孔隙喉道分布的集中程度。在總孔隙中，當具有某一等級的孔隙喉道占絕對優勢時，表明其孔隙分選程度好。Sp值反映孔隙分布均勻程度，值越小，孔隙分布越均勻。

盒8 段砂巖樣品排驅壓力范圍在0.23～1.46 MPa之間，平均為0.70 MPa，中值壓力范圍在2.07～63.12 MPa 之間，平均為12.42 MPa。退汞效率范圍在24.56～52.00 %之間，平均37.52 %。歪度范圍在-0.59～0.36 之間，平均-0.01，分選系數范圍在1.52～2.32 之間，平均1.86。盒8 組底部排驅壓力、中值壓力、分選系數較高，退汞效率較低，較細歪度。表現出孔隙最大連通喉道半徑小，儲層致密程度高，孔隙結構復雜，連通性差等儲層特點。排驅壓力與孔隙度和滲透率分別表現出線性負相關及指數負相關性（見圖4），中值半徑與孔隙度和滲透率分別表現出線性正相關及指數正相關性（見圖5）。

圖4 排驅壓力與孔滲參數關系

圖5 中值半徑與孔滲參數關系

關于孔徑結構的劃分，在國內應用比較廣泛的是B.B 霍多特的十進制劃分方案，霍多特對煤的孔徑結構劃分主要依據孔隙與氣體分子的相互作用特征，將其劃分為大孔（＞1 000 nm）、中孔（100～1 000 nm）、小孔（過渡化，10～100 nm）和微孔（＜10 nm）四種類型，他認為氣體在大孔中主要以層流或紊流方式滲透，在微孔中以毛細管凝結、物理吸附及擴散現象等方式存在[10]。該分類應用較為廣泛，客觀反映了煤巖中連續的孔徑結構特征。

研究區盒8 段微孔含量范圍在0.41～40.12%之間，平均為6.81%；小孔含量范圍在24.90～67.65%之間，平均為47.96 %；中孔含量范圍在20.44～71.99%之間，平均為44.23%；大孔含量范圍在0～10.51 %之間，平均為1.00 %；總體上，研究區內盒8 段主要以小孔及中孔為主，微孔含量較少。在部分層位微孔也是主要的孔隙結構重要組成部分（見圖6）。

圖6 盒8段孔隙結構組成

根據研究區盒8 砂巖毛細管壓力曲線形態特征，砂巖孔隙類型主要有以下四種（見圖7）。

（1）多峰型：此類砂巖整體表現為孔喉半徑集中分布在多個不連續數值段內，壓汞曲線有明顯拐點，在此拐點處孔喉半徑分布頻率較低，此拐點前后，孔喉半徑分布頻率明顯升高。此類砂巖排驅壓力高，粗歪度，分選程度差，中值半徑較低，在半對數毛細管壓力進汞曲線低壓力段有下凹形趨勢，高壓段有上凸趨勢。

（2）寬峰型：此類砂巖整體表現為各孔喉半徑分布相對比較均勻，無明顯集中分布段。此類砂巖排驅壓力低，細歪度，分選程度較好，中值半徑較高，在半對數毛細管壓力進汞曲線上表現為一斜率相對穩定直線。

（3）單峰遞減型：此類砂巖整體表現為大、中孔喉類型含量較多，小、微孔喉含量較少。此類砂巖排驅壓力較低，較粗歪度，分選程度一般，中值半徑高，在半對數毛細管壓力進汞曲線上表現為一下凹型曲線，隨著毛細管壓力的增大，斜率逐漸升高。

（4）單峰遞增型：此類砂巖整體表現為小、微孔喉含量較多，大、中孔喉含量較少。此類砂巖排驅壓力高，細歪度，分選程度較好，中值半徑較低，在半對數毛細管壓力進汞曲線上表現為一上凸型曲線，隨著毛細管壓力的增大，斜率逐漸降低。

圖7 砂巖典型毛細管壓力曲線

根據各峰型特征及其對應的孔滲特征，盒8砂巖儲層開發潛力優先順序為寬峰型＞單峰遞減型＞多峰型＞單峰遞增型。

4 結論

（1）研究區內砂巖孔隙度與滲透率具正相關，且以超低滲-低滲孔為主。掃描電鏡下孔隙發育程度低，孔隙主要以晶間納米孔為主，巖石較致密。壓汞結果顯示研究區內致密砂巖孔隙大小以中孔及小孔為主，少量大孔，部分地區微孔含量較高。

（2）研究區內致密砂巖主要孔隙結構類型分為雙峰型、寬峰型、單峰遞減型、單峰遞增型等四種類型。