低渗透致密砂岩储层中石油微观赋存状态与油源关系——以鄂尔多斯盆地三叠系延长组为例

牛小兵，冯胜斌，刘 飞，王成玉，郑庆华，杨 孝，尤 源

(1.中国石油长庆油田分公司勘探开发研究院，陕西西安710018; 2.低渗透油气田勘探开发国家工程实验室，陕西西安710018; 3. 中国石油长庆油田分公司油藏评价处，陕西西安710018)

随着北美地区页岩气、致密油的成功开发，可利用的油气赋存的孔隙由毫米级和微米级孔延伸到纳米级孔隙［1-2］。鄂尔多斯盆地中生界延长组砂岩储层以特低渗透-超低渗透为主，储层具有微米-纳米级孔隙组合特征［1］。这类储层由于孔隙小、喉道细、矿物颗粒表面粗糙，带来石油运聚阻力大、渗流能力低及启动压力梯度高等制约石油运移充注及聚集成藏的不利因素［3-6］，因而石油在该类储层中的微观赋存状态具有多样性，其在很大程度上将影响到低渗透油藏的地质储量计算，尤其是对致密油分布规律认识和资源评价具有重要的影响［7］。但是，尽管目前该盆地在这类储层中已取得了重大勘探开发成果及一系列地质理论认识［8-11］，但对石油在不同尺度孔隙中的微观赋存特征及形成机理研究较少。本文试图采用核磁共振测试技术，来分析鄂尔多斯盆地延长组储层孔隙分布特征、不同大小孔隙中石油微观赋存状态及其与源储距离关系，以期对该盆地低渗透致密储层石油运移充注特征及聚集成藏机理有更深入的认识，并为盆地致密油的研究和勘探开发提供借鉴。

1 地质背景

鄂尔多斯盆地位于华北地台西南部。该盆地晚三叠世为一个大型内陆差异性沉积盆地，期间沉积了一套厚千余米的黄绿、灰绿色砂岩夹暗色泥岩、黑色油页岩的湖泊-三角洲相地层，是该盆地中生界重要的生油层和产油层。该套地层归属上三叠统延长组，自下而上划分为长10 至长1 共10 个油层组。其中，长7油层组发育优质烃源岩，是盆地中生界最主要的油源岩。

该套地层10 个油层组均发育砂岩储层，但油层组之间及同一油层组在不同地区砂岩储层物性存在较大差异。总体上，长4+5 以上油层组和北东物源沉积区储层物性相对较好［12-13］，渗透率(K)多变化于0.3 ×10-3～5.0 ×10-3μm2之间;而长7 油层组砂岩储层平均渗透率小于0.3 ×10-3μm2，是典型的致密油储层。目前，延长组10 个油层组均有油藏发现，具多层系含油的特点。

2 样品采集及分析方法

主要围绕长7 优质烃源岩分布区采集延长组砂岩储层样品。在长8 油层组上部和长7 油层组中部各选择2 块代表近源储层的样品，在长6 油层组上部和长2油层组上部各选择1 块代表远源储层的样品。所有样品均采自新鲜的、含油性好的钻井岩心，样品规格为2.5 cm×5.0 cm 的短岩心柱(表1)。

明确储层孔隙分布特征是开展储层中石油微观赋存状态研究的前提。高压压汞法是研究储层孔喉分布特征的常用方法，但其因进汞饱和度常小于100%，不能反映微小孔隙、复杂孔隙的分布［14］。岩心饱和水时的核磁共振T2谱分布能反映岩心内所有孔隙孔径分布［14-16］，并且该测试技术具有通过使用驰豫剂消除水信号干扰，获取油相T2谱分布特征的优势［17-18］。因而，可以采用核磁共振技术分析石油在不同尺度孔隙中的微观赋存特征［19-20］。另外，核磁共振测试技术在致密油气储层研究中已得到了广泛应用［21］，且在油气勘探与开发中取得良好的应用效果。为此，本文使用Magnet 2000 型核磁共振岩样分析仪分析该盆地低渗透致密砂岩储层石油微观赋存状态。

表1 鄂尔多斯盆地低渗透致密砂岩样品采集位置及特征Table 1 Sample locations and characteristics of tight sandstones with low permeability in Ordos Basin

实验步骤为:首先，对未经处理的新鲜样品，测试反映岩心原始流体信息的核磁共振T2谱分布特征;其次，对岩心样品进行盐水饱和处理，分析获取孔隙度、渗透率、可动流体饱和度、束缚流体饱和度及孔隙结构特征参数;最后，用氯化锰溶液浸泡岩心样品，测得岩心石油T2谱分布，并将测得的T2谱驰豫时间按照文献［14］的方法转化为孔径分布值。

3 分析结果及讨论

3.1 近源油藏储层石油微观赋存状态

图1 为盆地近源油藏储层岩心核磁共振测试结果。4 个样品的饱和水流体和油流体分布曲线为双峰模式，原始流体分布曲线既有单峰模式又有双峰模式。从饱和水流体分布曲线看，研究区储层的孔隙孔径分布范围较宽，按照低渗透储层孔隙类型的分类标准［1，7，22］划分，包含大孔(r ＞20 μm)、中孔(r =20～10 μm)、小孔(r=10～2 μm)、微孔(r =2.0～0.5 μm)及纳米孔(r ＜0.5 μm)各种不同尺度孔隙类型;油流体分布曲线揭示研究区储层中不同尺度的孔隙中均赋存石油，即大孔至纳米孔均储集石油。比较特殊的是，原始流体与饱和水流体分布曲线在大孔径一侧相差较大，这可能是由于该盆地原油油质轻［23］，岩心脱离了地下的温度和压力条件，在钻井取心、制样及分析过程中大孔隙中油流体发生了逸散［24］。油流体和饱和水流体分布曲线在小孔径一侧趋于一致，揭示储层微孔隙-纳米孔隙含油饱满，且受喉道微细控制流体保存好［25］。上述特征表明，该盆地近源油藏储层中大孔至纳米孔均储集石油。

图1 鄂尔多斯盆地近源油藏储层岩心核磁共振T2谱图Fig.1 T2 spectra on NMR of the cores from reservoirs near source rocks in the Ordos Basin

3.2 远源油藏储层石油微观赋存状态

图2 所示为盆地远源油藏储层岩心核磁共振测试结果。对照图1 显示，盆地远源油藏储层与近源油藏储层孔隙孔径分布特征相似，大孔至纳米孔均发育，也具有石油逸散的现象;不同的是，远源油藏储层油流体分布曲线为单峰模式，且油流体分布峰明显偏向大孔径一侧，表明远源油藏储层具有纳米孔隙不含油、小孔隙含油性差、中孔隙至大孔隙含油性好的微观赋存状态。

3.3 石油微观赋存状态控制因素

鄂尔多斯盆地近源与远源油藏储层中石油微观赋存状态差异明显，近源油藏储层不仅大、中孔隙储集油，且半径小于0.5 μm 的纳米孔隙含油饱满(图1)，而远源油藏储层石油主要赋存在大、中孔隙，小孔隙至微孔隙含油差，纳米孔隙不含油。已有资料表明，石油常赋存在孔隙半径大于0.1 μm 的储集空间［20］，研究区内近源的长7 致密砂岩储层中存在小于0.1 μm 的储集空间赋存石油的现象(图1c，d)，远源储层则无，这显示盆地近源储层与远源储层具有不同的石油运移充注、成藏条件。

由盆地延长组砂岩储层石油充注成藏过程与成藏机理模拟实验分析［26］(图3)，当驱动压力达到3 MPa时，超低渗透储层(K=0.3 ×10-3～1.0 ×10-3μm2)含油饱和度达到70%以上，并随压力增大有增高趋势(图3a);此时致密储层(K ＜0.3 ×10-3μm2)含油饱和度也可达到60%以上(图3b)。这揭示盆地低渗透储层石油充注强度与物性关系不大，而主要取决于驱动压力，这与朱志强等［5］对松辽盆地的模拟结果一致。勘探实践亦证实，盆地长7 优质烃源岩生烃增压形成的异常压力是油气运移成藏的主动力［8-11，27］，异常压力恢复显示该烃源岩与近源储层之间普遍存在5 MPa 以上的异常压力。这些证据充分证明，对于近源储层，由于受异常压力控制，石油运移驱动压力大，石油充注强，含油饱和度高，储层中大孔至纳米孔均赋存石油;而远源储层由于运移距离远，异常压力在运移路径中被消耗，石油充注成藏主导作用力为浮力［11、28］，浮力远低于异常压力，故远源储层中石油主要赋存在毛细管阻力较小的中至大孔喉储集空间。

图2 鄂尔多斯盆地远源油藏储层岩心核磁共振T2 谱图Fig.2 T2 spectra on NMR of the cores from reservoirs far from source rocks in the Ordos Basin

图3 鄂尔多斯盆地低渗透岩心含油饱和度与压力关系［26］Fig.3 Oil saturation vs. pressure for core samples from low permeability sandstones in the Ordos Basin［26］

3.4 对盆地致密油研究和勘探开发的启示及意义

致密油已成为北美等地区非常规油气资源发展的新热点。但目前国内致密油的勘探开发和相关研究仍处于准备阶段［29-30］。邹才能等对我国致密砂岩油气储层研究中，应用场发射扫描电镜与Nano-CT 技术发现了孔隙半径小于0.5μm 的纳米级孔隙类型［1］。本文采用核磁共振技术亦发现鄂尔多斯盆地延长组低渗透储层、致密油储层普遍发育半径小于0.5μm 的纳米级孔隙类型。更为重要的是，这些近源储层中纳米级孔隙普遍含油，该发现进一步丰富和完善了纳米孔隙的生产意义［1，7］。

另外，由于致密油是近几年提出和引起石油勘探者与学者广泛关注的新生事物，综合文献调研来看，目前对致密油术语的定义存在分歧，需不断完善致密油术语的定义［1，7，30-32］。本文近源与远源油藏储层不同尺度孔隙石油微观赋存状态差异的发现表明，致密油定义中致密油层不仅包括烃源岩和砂岩、碳酸盐岩夹层系统，还应包括紧邻源岩的上、下层致密砂岩或碳酸盐岩储层。需说明的是:由于受烃源岩厚度、生排烃强度、排烃动力、储层特征等多因素的影响，紧邻烃源岩的致密油层分布的顶低界线难以制定统一的标准，不同的盆地需具体分析。

上述初步认识对盆地致密油的研究和勘探开发具有一定的启示意义:①盆地长7 油层组厚度达90～110 m，纵向上岩性组合为泥岩(油页岩)与砂岩互层分布，具有源储共生或自生自储的有利成藏条件。砂岩储层中大孔至纳米级孔隙均赋存石油，实测含油饱和度高达70%以上，致密砂岩油业已成为现实的非常规资源;页岩随着纳米孔隙作为油气储集空间新认识的提出和勘探开发技术的发展［1，7，33-34］，盆地长7 分布面积达2.5 ×104km2、厚10～40 m 的油页岩储集的丰富石油资源，是今后重要的勘探开发攻关目标。②紧邻源岩的上下层致密砂岩发育致密油的新认识的提出，拓宽了盆地致密油勘探开发的领域，即盆地长8 油层组上部和长6 油层组下部发育的砂层薄、岩性致密、渗透率低的以往不具开发效益的致密砂岩储层，将成为致密油勘探的范畴。③盆地长9、长6、长4 +5 油层组在盆地局部凹陷发育有不同规模、不同性质的烃源岩，具有一定的生烃潜力，结合近源储层石油微观赋存特征及形成机理分析，推测这几套源岩发育层位也可形成类似长7 油层组的致密油层。

4 结论

1)鄂尔多斯盆地延长组低渗透储层孔隙孔径分布范围宽、孔隙类型复杂，储层中大孔、中孔、小孔、微孔及纳米孔隙类型均发育。

2)盆地近源与远源油藏储层中石油微观赋存状态差异明显。近源储层受高异常压力控制石油充注强，大孔隙至纳米孔隙均含油，且微孔至纳米孔隙含油饱满;远源储层石油运移充注动力小，石油有选择性地赋存在中至大孔隙，纳米孔隙不含油。

3)鄂尔多斯盆地致密油层分布广、资源潜力大。其中，长7 烃源岩分布区的延长组长8 油层组上部、长7 油层组和长6 油层组下部致密砂岩是今后致密油研究和勘探开发的主要目标;对长9、长6 和长4 +5 油层组烃源岩需再认识生烃能力，评价形成致密油的前景。

致谢：样品测试在中国石油勘探开发研究院廊坊分院与长庆油田勘探开发研究院分析试验中心完成，在此一并致谢。

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