松辽盆地大安油田纳米级孔隙研究

张月，文慧俭，白东来，马世忠，李跃，王琦，秦旗，王海鹏

（1.东北石油大学地球科学学院，黑龙江 大庆 163318；2.中国有色金属长沙勘察设计研究院有限公司重庆分公司，重庆 410000）

随着我国油气资源量的逐年递减，非常规油气的勘探开发逐渐占据一席之地。自美国页岩气大量开发以来，中国也加入了寻找致密油气的行列[1]。我国致密砂岩储层分布范围广且类型多，可采资源量大[2]。对于致密油气储层，孔隙研究的主要类型由毫米—微米级孔喉逐渐向纳米级孔喉转变。近年来，国内大量学者对纳米级孔隙进行了研究，在四川盆地、鄂尔多斯盆地页岩层及胜利油田致密砂岩层均发现了纳米级孔隙，并对纳米级孔隙类型、形态特征进行分类描述，对孔径大小进行测量分析[3-9]。松辽盆地深层青山口组和扶杨油层同样发育致密砂岩[10]，但国内没有对松辽盆地致密油储层进行研究。本文通过高分辨率发射扫描电镜及氮气等温吸附手段，对松辽盆地大安油田纳米级孔隙类型、特征、形态及孔径分布等进行观察描述，为松辽盆地非常规油气增储提供直接证据。

1 研究区概况

大安油田位于松辽盆地南部中央坳陷区大安红岗阶地二级构造带中[11]，属于阶地挤压构造油气聚集带，其地理位置处于东经 119°40′～128°24′， 北纬 42°25′～49°23′。研究区位于红岗—大安阶地上的最深洼槽轴线上，东邻松南最好的生油凹陷——大安凹陷，主要含油层为扶余油层和杨大城子油层，属白垩系泉头组第四段和第三段地层。本次研究目的层为泉四段扶余油层，泉四段沉积时期，盆地持续坳陷，河流向盆地推进，形成面积十分可观的低水位浅水三角洲砂体。沉积微相类型有分流河道、河口坝、决口河道、溢岸砂、漫流砂等。该层岩性发育灰白色砂岩、泥质砂岩、棕红色灰绿色泥岩等，致密砂岩发育。

2 储层特征

2.1 物性特征

利用 4 口井（红 88、红 90、红 75-9-1、大 42-1）427块岩心样品，分别对扶余油层孔隙度和水平渗透率进行研究。结果显示，储层孔隙度平均值为7.27%，其中，孔隙度 0～5%的样品比例为 28.34%，5%～10%的为50.35%，10%～15%的为21.31%。参照储层孔隙度分类标准，扶余油层储层属于特低孔—超低孔储层。渗透率研究结果显示，储层水平渗透率平均值为0.25×10-3μm2，其中，渗透率小于0.1×10-3μm2的样品比例为59.86%，0.1×10-3～1.0×10-3μm2的为 37.09%，1.0×10-3～10.0×10-3μm2的为 2.58%，10.0×10-3～50.0×10-3μm2的为0.47%。参照储层渗透率分类标准，扶余油层属于超低渗—非渗储层。

2.2 孔隙结构特征

利用红88、红90、红 75-9-1、大42-1等 4口井 49块常规压汞样品（样品参数见表1），编制了扶余油层常规压汞曲线（见图1）[12]，进而对扶余油层储层孔隙结构进行评价与分析。结果表明：研究区储层孔隙结构整体较差，孔喉半径小，分选性较差，连通性不好。扶余油层孔隙结构规律复杂，与常规储层有一定差异，主要表现在孔喉连通性与孔喉大小、分选性匹配不好，例如：红75-9-1井孔喉相对较大，分选相对较好，但其最大汞饱和度和最大退出效率仅为57.31%，20.19%，反映其连通性较差；而红90井孔喉半径相对较小，分选略差，但其最大汞饱和度和最大退出效率分别达到69.33%，29.22%，反映其孔喉连通性相对较好。此外，扶余油层储层孔隙结构非均质性较强，不同井孔隙结构差异很大（红90井和红75-9-1井差异显著），即使同一口井，不同样品间孔隙结构也有较大差异。

利用红 88、红90、红75-9-1、大42-1等 4口井 49块常规压汞样品，编制了扶余油层储层孔喉半径分布图（见图2），进而对扶余油层储层孔喉半径分布的特点进行评价与分析[13]。从图2可以看出：扶余油层储层孔喉半径主要分布在0.025～0.630 μm，呈双峰分布，分选偏差，渗透率贡献半径分布峰位与孔喉半径分布峰位对应较好；但渗透率贡献半径略偏粗孔喉，峰值半径位于粗孔喉，呈三峰分布，反映比例较少的粗大孔喉对渗透率贡献较多。通过分析储层孔喉半径分布图及部分样品的铸体薄片、扫描电镜发现，扶余油层储层孔隙普遍较小且不太发育，孔隙连通性较差，部分铸体薄片样品见有裂缝发育，但裂缝普遍较小。

表1 49块常规压汞样品参数

3 砂岩纳米级孔隙研究

3.1 砂岩纳米级孔隙类型

在我国，判断致密砂岩标准为：孔隙度小于10%，基质覆压渗透率小于0.1×10-3μm2（或空气渗透率小于1×10-3μm2），孔喉半径小于 1 μm，含油气饱和度小于60%的砂岩储集层[14]。研究区储层岩石渗透率属于低渗—致密等级，且主要以致密和超低渗为主；岩石孔隙度属于低孔—超低孔等级，且主要以特低孔和超低孔为主。

图1 研究区常规压汞曲线

本次运用高分辨率扫描电镜对7块致密砂岩样品进行研究，该扫描电镜观测精度高、能力强，对纳米级孔隙能进行高效的识别鉴定。共发现3种纳米级孔隙类型：矿物晶间纳米孔隙、颗粒内纳米孔隙、微裂缝。

1）矿物晶间纳米级孔隙。该孔隙为充填于孔隙中的自生矿物晶体间的纳米级孔隙，自生矿物以伊利石、绿泥石、石英为主，包括少量方解石等碳酸盐岩矿物。其中，伊利石矿物呈发丝状分布，发育杂乱不规则纳米级孔隙，孔隙大小 0.204～0.714 μm（见图 3a）。绿泥石呈片状发育，粒间存在狭缝状纳米级孔隙，孔隙大小0.081～0.800 μm（见图 3b）。石英矿物晶簇孔隙发育，粒间孔隙呈规则四边形分布，孔隙大小0.200～0.800 μm（见图 3c）。

2）矿物颗粒内纳米级孔隙。岩石骨架颗粒矿物形成的纳米孔主要为石英、长石等矿物溶蚀形成的纳米级孔隙。此类孔隙分布较零散，孔隙间不连通或者连通性极差。石英矿物表面溶蚀形成粒内孔隙，呈椭球状、串珠状分布，孔隙大小 0.042～0.407 μm（见图 3d）。 长石矿物表面淋滤形成粒内溶孔，椭圆形、残蚀状分布，孔隙大小 0.352～1.550 μm（见图 3e）。

3）微裂缝。微裂缝是连接微观孔隙与宏观裂缝的桥梁，发育在致密砂岩中的微裂缝主要有两种类型，一种发育在颗粒内部，另一种发育在碎屑颗粒边缘。该区微裂缝仅在石英矿物边缘及表面发现，石英颗粒边缘微裂缝发育在石英矿物颗粒之间镶嵌而成的微裂缝，锯齿状弯曲，长条形分布，缝隙宽度0.135～0.540 μm。石英颗粒内微裂缝发育在矿物颗粒内部，呈锯齿-线状分布，弯曲度较小，缝隙宽度0.031～0.154 μm （见图3f）。石英矿物脆性高，易形成微裂缝，当微裂缝相互连通形成网络后，能有效地改善储层渗流能力，从而成为致密砂岩微观尺度上油气渗流的主要通道。

图3 超低孔低渗—致密砂岩样品扫描电镜

3.2 砂岩纳米级孔隙形态特征

纳米级孔隙形态具有多种性，不同的矿物类型所形成的孔隙形态特征也不同。实验结果显示，大安油田发育有网状（见图3a）、狭缝状（见图3b）、串珠状（见图3d）、短缝状（见图 4a）、三角状（见图 4b）、凹坑近球状（见图 4c）、梯形（见图 4d）、针孔状（见图 4e）、长条状（见图 4f）、线状（见图 4g）、锯齿状（见图 4h）、楔状-长方形状（见图4i）等。纳米级孔隙特征多样，但大多呈独立分布，从表面看喉道极少或没有，优化配置关系、人工改造渗流能力才有助于经济有效开采[15]。

图4 纳米级孔隙形态特征

3.3 砂岩纳米级孔隙面孔率

面孔率是指在显微镜下的岩石可视孔隙度（不含微孔隙），即可视孔隙面积占观测视域总面积的百分比[16]。本次针对单个矿物表面纳米级孔隙进行研究，对单矿物表面提出矿物表面面孔率概念，即扫描电镜下单矿物一个表面上可视孔隙面积占此表面的百分比。

3.3.1 石英矿物表面纳米级面孔率

石英矿物颗粒表面纳米级孔隙发育3种情况：发育良好的面孔率为0.74%（见图5a），发育中等面孔率为0.22%（见图5b），发育较差面孔率为0.11%（见图5c）。石英矿物在自然界中比较稳定，在岩石中石英表面孔隙极低，多为物理作用形成。由实验得知：石英矿物表面平均面孔率为0.36%。

3.3.2 长石矿物表面纳米级面孔率

长石矿物表面纳米级孔隙发育3种情况：发育良好的面孔率为2.70%（见图5d），发育中等面孔率为1.70%（见图5e），发育较差面孔率为1.20%（见图5f）。自然界中长石矿物表面易形成淋滤溶孔，孔隙较多。由实验结果得知：长石矿物表面平均面孔率为1.90%。

4 氮气等温吸附对孔径分布的影响

为研究纳米级孔隙分布规律，本次运用氮气等温吸附法对中微孔孔径进行研究。采用体积等效代换原理，对纳米级孔隙能够进行准确的评价[6]，即孔隙中充满的液氮量等效为孔隙体积。共选取3块致密样品，其中：红75-9-1井（2 130.0 m）孔隙度为3.0%，渗透率为0.02×10-3μm2（见图 6a）；红 75-9-1 井（2 161.4 m）孔隙度为 5.2%，渗透率为 0.03×10-3μm2（见图 6b）；红 88 井（2 342.5 m）孔隙度为 6.1%，渗透率为 0.05×10-3μm2（见图6c）。纳米级孔径分布表明，孔渗越低的样品，纳米孔的含量越高；相反，纳米孔的含量越少。纳米孔含量 与孔渗值呈负相关。

图5 石英、长石矿物表面纳米级孔隙

图6 大安致密砂岩纳米级孔径分布

5 结论

1）大安油田泉四段扶余油层组主要为特低—超低孔、超低渗—非渗储层，储层孔隙结构整体较差，孔喉半径主要分布在0.025～0.630 μm，致密砂岩发育。

2）大安油田泉四段扶余油层组特低孔低渗致密砂岩纳米级孔隙发育矿物晶间纳米孔隙、颗粒内纳米孔隙及微裂缝。纳米级孔隙形态特征多样，但孔隙间连通性差，渗流能力需要后期改造。对单矿物表面面孔率研究得知，石英矿物面孔率平均值为0.36%，长石矿物面孔率平均值为1.90%。

3）孔径分布检测得知，纳米级孔隙大小分布情况与孔渗关系呈负相关。

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