长7 致密砂岩微观孔喉结构测试及特征

柳 娜，南珺祥，刘 伟，冯胜斌

（1.低渗透油气田勘探开发国家工程实验室，陕西西安 710018；2.中国石油长庆油田分公司勘探开发研究院，陕西西安 710018；3.中国石油川庆钻探工程有限公司钻采工程技术研究院，四川广汉 618399）

致密油是继页岩气之后全球非常规油气勘探开发的又一新热点[1-3]，中国非常规油气资源丰富，但总体上看，其勘探开发还处于起步和探索阶段[4]。鄂尔多斯盆地致密油资源丰富，以延长组7 段（简称长7）油层组油页岩、致密砂岩和湖盆中部延长组6 段（简称长6）油层组致密砂岩最为典型。截至目前，空气渗透率小于2×10-3μm2的致密油探明地质储量约20×108t，其中空气渗透率小于1×10-3μm2的致密储集层中的石油探明地质储量超过10×108t[5]。目前已发现10×108级储量规模的西峰、姬塬、华庆大油田，平均空气渗透率均小于2×10-3μm2，属于致密油，是近期建产的现实目标和未来勘探开发的重要领域。与特低渗、超低渗储层相比，致密油储层在沉积类型，储层物性、孔喉结构等方面存在较大差异[6-10]。长7 是鄂尔多斯盆地最主要的致密油储层，由于受到前期认识程度和开采技术的局限，学者们一直将其视为中生界的生油层进行研究，多见沉积、烃源岩、成藏特征等方面或针对某一区块储层特征研究[6-11]，以及采用特定单一方法对其一定尺度微观孔喉特征进行研究[12]，从长7 致密砂岩储层特征入手，建立研究区致密砂岩储层孔喉划分方案，采用常规和非常规测试手段对研究区储层多尺度孔喉系统进行精细识别和定量表征，系统研究了致密砂岩储层孔隙结构测试方法及特征。研究区范围北起定边，南至宁县-正宁，东自志丹，西达环县（见图1），面积约为3×104km2。

图1 工区位置图

1 储层岩石学特征

1.1 碎屑颗粒成分特征

研究区以长石砂岩或岩屑长石砂岩为主（见图2），粒度细，以细到极细粒砂岩为主。其中细砂约为29.2 %，极细砂约为52.8 %，粗砂约为6.0 %，细粉砂约为0.1%，云母等塑性组分（杂基）含量高，约为12 %，具有明显的多物源沉积的特征。

图2 致密储层砂岩分类三角图

1.2 填隙物特征

研究区长7 油层组储层填隙物含量12.8 %～15.7 %，成分主要是伊利石、绿泥石和碳酸盐（主要包括铁方解石和铁白云石），其中伊利石含量高，平均为12.0 %，占填隙物总量的60 %以上，还有少量高岭石、凝灰质、硅质及长石质。

2 储集空间类型

致密储层物性差，孔隙度介于4 %～10 %，约90 %的孔隙度小于10 %，平均9.12 %；渗透率一般小于0.3×10-3μm2，90 %以上的渗透率在0.3×10-3μm2以下，一般介于0.16～0.25×10-3μm2。平面上，绝大部分地区属于0.3×10-3μm2以下，相对高渗区域只在平面上呈孤立的状态。研究区以溶孔为主，微米级孔隙约占总孔隙度21 %～30 %，平均约为25 %。

野外露头、测井、岩心观测、薄片鉴定等均显示研究区裂缝发育构造缝以高角度裂缝为主，一般大于70°，半充填状；岩性越致密构造缝越发育。长7 储层天然裂缝较为发育，达到1.41 条/米。镜下观测显示（见图3），一般50 %左右的样品可见发育的成岩缝；面密度为1 条/平方厘米样品约占25 %；杂基含量越少，成岩缝越发育，最高的可达到20 条/平方厘米。

图3 研究区发育的成岩缝

表1 致密砂岩储层孔喉划分方案

3 孔隙结构测试

在总结前人对低渗透储层划分方案的基础上，参考国内致密油专家划分方案，结合盆地致密油储层孔隙大小、孔隙类型发育特点，提出了盆地致密油储层孔隙大小划分方案（见表1）。

3.1 致密油储层微米-亚微米-纳米级多尺度孔喉精细识别与表征方法

针对致密油储层孔喉细微，常规测试技术表征难，应用场发射扫描电镜、矿物识别及CT 成像等高分辨率测试技术，结合常规测试（见图4），形成致密油储层微米－亚微米－纳米级多尺度孔隙、喉道的精细识别及表征方法。建立了致密油储层微米－亚微米－纳米级多尺度孔喉的精细识别方法和定量表征参数。

图4 鄂尔多斯盆地延长组储层孔隙（喉道）分布及各类测试技术研究尺度范围

3.1.1 微米级孔喉 对于微米级孔喉体系，研究采用偏光显微镜进行镜下识别（见图5），传统图像分析法进行定量测定（见图6）。研究区微米级孔隙，既有原生的又有次生的，以溶孔为主，统计结果显示（见表2）：孔隙孔径介于5～30 μm；微米级孔隙约占总孔隙度21 %～30 %，平均约为25 %。

图5 宁70 井，1 642.30 m，长71，溶孔，微米级孔隙

表2 研究区微米级孔隙组合

3.1.2 亚微米级孔喉 研究区致密油储层中亚微米级孔隙可采用环境扫描电镜和场发射扫描电镜做定性识别（见图7），采用恒速压汞的方法进行定量表征（见图8，表3）。亚微米级孔喉体系则采用恒速压汞法进行定量化研究。

图6 宁70 井，1 642.30 m，长71，孔隙分布直方图（图像分析法）

图7 阳测4 井，2 061.5 m，长7，溶孔，亚微米级孔隙

根据毛管压力公式，可知：

其中：r-岩石喉道半径，m；σ-油水界面张力，N/m；θ-岩石和上述两相流体间的润湿接触角；pc-毛细管力，N/m2或Pa。

图8 宁70 井，1 642.30 m，长71，孔喉分布特征

表3 研究区亚微米级孔隙组合统计表

图9 阳测1 井，长7 致密砂岩储层孔喉特征分布（k=0.30 mD）

当进汞压力等于0.75 MPa 时，对应的r=1 μm 时，通过读图，喉道毛管压力曲线对应的非湿相饱和度是4 %，孔隙毛管压力曲线对应的非湿相饱和度是24 %，因此微米级喉道占比约为4 %，微米级孔隙占比约为24 %；同理当pc=7.5 MPa，此时r=100 nm 时，读图可知，对应的亚微米级孔隙占比约为9 %，亚微米级喉道占比约为22 %。

恒速压汞测试表明：致密储层喉道半径小，主要分布于100～800 nm，孔喉比大（见图9），喉道半径是储层渗透率的主控因素。

图10 阳测3 井，2 013.8 m，长7，纳米级微裂隙

3.1.3 纳米级孔喉 研究区致密油储层中纳米级孔隙可采用双束扫描电镜做定性识别（见图10），对于纳米级孔隙定量化研究，由于最高进汞压力的限制，恒速压汞法显然不适用，本次研究采用2 种方法进行定量化研究。

图11 宁70 井，1 636.67 m，长71，孔喉分布特征

（1）高压压汞法：以宁70 井为例（见图11），当进汞压力为200 MPa 时，根据公式1，r=3.7 nm，读图可知，纳米级孔喉体系占比约为40 %左右。致密油储层中纳米级孔隙中以粘土矿物晶间孔及粒内（间）溶蚀孔为主，致密储层孔喉半径小，测试结果表明：主要分布于25～100 nm，平均孔径53 nm；纳米级孔隙占总孔隙度平均约为30.0 %（见表4）。

（2）纳米CT 法：纳米CT 精细测试表明：盆地致密储层发育纳米级喉道（见图13），主要分布在20～100 nm、配位数较低，孔喉系统复杂孔喉网络系统由多个独立连通孔喉体构成（见图14）。

3.2 孔隙结构参数与物性相关性

对研究区98 口井，182 块样品孔隙结构特征参数进行统计。 研究区储层最大连通喉道半径一般介于0.3～0.9 μm，平均0.44 μm，属于极细喉道。对应的排驱压力一般在0.83～2.43 MPa，平均1.71 MPa，86.02 %的储层样品排驱压力均在1.00 MPa 以上。平均喉道半径介于0.06～0.30 μm，96%储层样品的平均喉道半径不超过0.15 μm。在200 MPa 下（对应的喉道半径为3.7 nm）的进汞饱和度最高可达92.31 %，储层95 %以上样品进汞饱和度介于60 %～80 %，平均75.14 1%，进汞饱和度相对较高，反应了致密油储层孔隙连通性相对较好。退汞效率在一定程度上可反应采收率，退汞效率越高，采收率越高。研究区退汞效率最高可达45.74 %，一般介于13.27 %～43.58 %，平均30.12 %，反映了鄂尔多斯盆地致密油储层相对较好的孔喉配置关系。分选系数是反应储层喉道大小分散程度的参数，越大，喉道大小越分散。研究匀储层喉道分选系数介于0.15～0.28，平均0.18。致密油储层束缚饱和度最小7.69 %，一般介于20 %～40 %，平均24.86 %，具有较高的束缚孔隙体积。孔喉特征参数与物性相关性研究表明（见表5），最大连通喉道半径、孔喉均值、孔喉分选系数等与物性具有一定相关性。其中最大连通喉道半径与渗透率相关性密切，具有很强的正相关性，相关系数为0.918，说明渗透率对喉道半径变化最为敏感。致密砂岩储层喉道分选系数与渗透率也具有明显的正相关关系，这与常规储层差别明显，大庆油田常规储层喉道分选系数与渗透率具有明显的负相关关系。

表4 研究区纳米级孔隙组合统计表

图12 致密砂岩储层孔喉半径分布（高压压汞法分析）

图13 致密砂岩储层孔隙配位数频率分布

图14 胡196 长7 CT 孔喉半径分布

表5 孔喉特征参数与物性相关性

4 结果与讨论

（1）研究区砂岩岩性以（岩屑）长石砂岩为主，沉积物粒度细，软组分含量高，可见孔面孔率低。

（2）结合盆地致密砂岩储层孔隙大小、孔隙类型发育特点，提出了盆地致密油储层孔隙大小划分方案，将孔喉分为微米、亚微米、纳米级三类。采用高精度扫描电镜、纳米CT 等方法接合常规测试，实现致密砂岩储层微米-亚微米-纳米级多尺度孔喉精细识别，采用图像分析法-恒速压汞-高压压汞相结合的方法，建立了致密油储层孔喉定量化评价方法。

（3）研究区致密砂岩储层以微米级孔隙占比约为25 %，亚微米级孔隙约为35.9 %，纳米级约为30 %。致密砂岩储层喉道半径小，孔喉比大，盆地致密储层发育纳米级喉道，主要分布在20～100 nm、配位数较低，孔喉系统复杂孔喉网络系统由多个独立连通孔喉体构成。

（4）最大连通喉道半径、孔喉均值、孔喉分选系数等与物性具有一定相关性。其中最大联通喉道半径与渗透率相关性密切，具有很强的正相关性，说明渗透率对喉道半径变化最为敏感。

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