鄂尔多斯盆地延长组长7段致密油微观赋存形式定量研究

王明磊，张遂安，张福东，刘玉婷，关辉，李君，邵丽艳，杨慎，佘源琦

（1.中国石油大学（北京）石油工程学院；2.中国石油勘探开发研究院廊坊分院）

鄂尔多斯盆地延长组长7段致密油微观赋存形式定量研究

王明磊1,2，张遂安1，张福东2，刘玉婷2，关辉2，李君2，邵丽艳2，杨慎2，佘源琦2

（1.中国石油大学（北京）石油工程学院；2.中国石油勘探开发研究院廊坊分院）

结合核磁共振与微米—纳米CT扫描技术，对鄂尔多斯盆地三叠系延长组长7段致密油微观赋存形式开展定量研究。利用核磁共振技术确定致密油在储集层中赋存量，测得原始含油饱和度为63.99%；利用CT扫描技术获取致密油储集层二维切片图像，经数字合成处理得到三维立体图像，据此将储集层中致密油分为薄膜状、簇状、喉道状、乳状、颗粒状和孤立状6种赋存形式。定量计算各种赋存形式致密油的含量发现，乳状和薄膜状致密油为主要的赋存形式，二者约占储集层中致密油总量的70%，其次为簇状和颗粒状致密油，孤立状和喉道状致密油含量低，各种赋存形式致密油含量与储集层原始含水饱和度、黏土矿物含量、孔隙结构等有关。图6表1参30

致密油；微观赋存形式；定量研究；鄂尔多斯盆地；延长组

0 引言

中国致密油资源丰富，是未来石油勘探最为主要的接替领域[1]。但致密油的相关研究才刚刚起步，并且常规技术手段已无法满足致密油储集层微米—纳米级孔隙研究的需要[2-6]。国内外针对致密油赋存形式的研究主要集中在宏观致密油藏油水关系等方面[7-8]，对于微米—纳米级孔喉中致密油的微观赋存形式等方面未见相关报道。虽然目前国内外在开发领域对储集层中宏观和微观剩余油已有大量探索[9-14]，但都没有在微观赋存方面做过系统研究。微观剩余油研究主要是利用数值模拟法、微观物理模拟法和含油薄片分析法等对储集层中剩余油的分布形态进行观察，并模拟储集层在微观孔喉中的渗流，但这些方法只能观察平面、局部的剩余油分布特征，且存在较多不确定因素[15-16]。因此科学、准确地表征致密油在微米—纳米孔喉中的赋存形态、赋存空间对于明确致密油资源聚集赋存形式并进行科学评价具有重要意义。本文以鄂尔多斯盆地三叠系延长组长7段致密油为例，采用核磁共振与微米—纳米CT扫描相结合的方法，研究致密油微观赋存形式。

1 致密油微观赋存形式定量研究方法

鄂尔多斯盆地是经过多期构造运动叠合形成的残余内陆克拉通盆地。盆地内自古生代以来发育多套沉积体系，其中三叠系延长组长7段为盆地主要致密油发育层段。长7段致密油具有烃源岩优越、源储配置好、含油饱和度高、原油性质好、孔喉结构复杂、渗透性差等特点，主要分布于陇东地区（见图1）。

图1 鄂尔多斯盆地致密油有利区分布

本文主要采用核磁共振与微米—纳米CT扫描相结合的技术方法开展致密油微观赋存形式定量研究。

1.1 核磁共振

核磁共振主要通过T2（横向弛豫时间）谱反映储集层孔喉结构及其内部流体分布。储集层样品饱和流体时的T2谱不仅能反映储集层样品内孔隙孔径分布情况[17-20]，而且可通过使用驰豫剂消除水信号的干扰，获取油相T2谱分布特征[21]，从而分析不同尺度孔隙中致密油的微观赋存特征[22]。核磁共振实验由中国石油勘探开发研究院廊坊分院利用Reccore-04型核磁共振分析仪完成，岩心油水饱和度测定方法参照石油天然气行业标准SY/T 6490-2007（岩样核磁共振参数实验室测量规范）[23]。

1.2 微米—纳米CT扫描技术

CT扫描是目前国内外致密油气储集层研究的重要分析技术，具有分辨率高、无损伤岩石扫描成像的特点[24]。其原理是：在真空管中被加热的灯丝发出电子，电子被加速后飞向阳极，某些情况下，穿过阳极的电子进入一个磁透镜，该磁透镜将电子束聚焦到靶上的一点（靶由镀钨的轻金属板组成，同时轻金属板也是X射线的发射窗口（发射式管）），电子在钨靶上被突然减速，产生X射线。焦点就代表1个非常小的X射线源，能使图像具有最清晰的微米—纳米级分辨率。CT扫描可对同一样品进行微米—纳米CT的多尺度扫描成像，获得岩心二维灰度图像。岩石内部各成像单元的密度差异以不同灰度等级表示，将岩石颗粒、孔隙、石油及水等判别出来，并将二维切片图像重建得到最终的三维数字岩心体，可真实反映岩石内部微观孔隙等特征[25-26]（见图2），也可反映岩心内部流体分布情况[27]。因此，采用微米—纳米CT扫描技术可分析微观孔隙中致密油的赋存形式。本文使用Nanotom M型纳米级岩心CT扫描系统分析储集层中致密油微观赋存形式。

2 实验结果分析

本次研究所用样品取自鄂尔多斯盆地陇东地区，在3口井新鲜钻井岩心中选取6个样品（取样位置见图1）。由于岩心在运输途中或实验过程中会发生不同程度的油气水逸散，6个实验样品中，HC2样品能较好地反映储集层中真实的油水赋存状态，因此以HC2样品为例，对鄂尔多斯盆地致密油微观赋存形式进行研究。

2.1 实验

首先对新鲜岩心样品进行核磁共振测试，获取包含流体信息的核磁共振T2谱分布特征；然后对样品进行饱和水处理，获得油气逃逸外溢量数据；用氯化锰溶液驰豫剂浸泡岩心样品，将水信号去掉，获得样品致密油T2谱分布，并结合油气逃逸外溢量数据，恢复样品原始含油饱和度；将样品进行CT扫描，获取二维切片图像；根据二维切片图像中颗粒、孔隙、油和水的灰度，将CT扫描二维数据利用软件重建三维喉道立体结构，获取致密油储集层孔隙结构和赋存形式；将储集层中致密油赋存形式分类，最终对每种赋存形式进行定量分析。

受实验条件限制，目前利用CT扫描和核磁技术无法完全恢复地下的温度和压力，且本文只针对各种赋存形式在储集层中的含量比例进行讨论，并认为温度、

压力同时变化时，致密油各赋存形式的比例变化不大，故在常温常压条件下对其进行测试。

图2 CT扫描二维切片图像和三维数字孔隙模型

2.2 结果与分析

2.2.1 核磁共振实验结果

利用核磁共振技术确定储集层中致密油赋存量。对样品进行核磁共振实验，首先获得初始状态下油和水的总体流体分布信息，图3和表1为HC2样品的核磁共振测试结果。由于鄂尔多斯盆地致密油油质轻[28]，并且在钻井取心、制样和分析过程中，岩心脱离了原始地层条件，即使是密闭取心的新鲜样品，往往也会造成少量油气逃逸外溢[29]，从而使得地面岩样的实测含油饱和度小于地层状态下的真实值。因此要获得原始含油饱和度必须获得油气逃逸外溢量，而获得油气逃逸外溢量必须要进行饱和状态下的核磁共振实验。饱和状态下可动水饱和度增加量主要为油气逃逸外溢量，初始状态和饱和状态数据间的差值即为油气逃逸外溢量（见图3）。实验得到油气逃逸外溢量为16.83%。

最后，将样品用氯化锰溶液浸泡，去掉水信号，然后测得岩心中油T2谱分布（见图3），获得该样品实测含油饱和度为47.16%，并结合油气逃逸外溢量数据，恢复原始含油饱和度为63.99%，原始含水饱和度为36.01%。

表1 HC2样品核磁共振测试结果

图3 HC2样品不同状态核磁共振测试结果图

2.2.2 CT扫描实验结果

利用CT扫描技术分析致密油的赋存形式。将实验样品在核磁共振测试完之后进行纳米级CT扫描，通过CT扫描首先获取HC2样品的3 000余张微观二维切片，再依据孔隙、颗粒、油和水的灰度差异，利用数字合成技术对二维切片图像数据进行处理，最终得到致密油储集层孔喉结构、原油和水赋存形式等三维立体图像，以及致密油含油饱和度、含水饱和度等信息，进而对油、水分布及其赋存形式进行分析（见图4）。通过测试，CT获得含油饱和度为46.03%，与核磁共振实测含油饱和度相差不大。进一步处理CT数据，按致密油微观赋存位置将储集层中致密油分为6种赋存形式（见图5），即乳状、簇状、喉道状、颗粒状、薄

膜状和孤立状，其中乳状、簇状和喉道状为粒间赋存；颗粒状和薄膜状为粒表赋存；孤立状为粒内赋存。

图4 CT扫描二维切片及油水分布三维数字重建结果（二维切片及三维立体图中红色为油，蓝色为水；三维立体图中由于油含量较大，对水图像有所遮挡，所以导致图像中水的含量非常少）

图5 致密油赋存形式分类

乳状致密油呈油水混合状，主要赋存位置为粒间孔和较大的溶蚀孔隙；簇状致密油呈团簇状，赋存位

置也主要为粒间孔和较大的溶蚀孔隙；喉道状致密油呈长条状及扁平状，赋存位置主要为粒间孔隙的喉道；颗粒状致密油呈颗粒状，赋存位置主要为黏土矿物和石英、长石等矿物颗粒表面，与簇状致密油相比，其体积较小；薄膜状致密油呈薄膜状，赋存位置主要为矿物颗粒表面；孤立状致密油呈斑点状和孤岛状，赋存位置主要为连通性差的溶蚀微孔和晶间孔等纳米级孔隙。

基于致密油微观赋存形式分类，利用CT油水微观赋存解释法和综合统计分析法，对各微观赋存形式所占比例和原始含油量进行研究。首先根据图像灰度明确储集层样品中致密油和水分布情况，进一步识别致密油的赋存形式，并针对每种赋存形式统计其含量和所占比例，最终结合核磁共振测得原始含油饱和度，从而将各种赋存形式的致密油含量恢复到原始含油量（见图6）。分析结果为乳状致密油所占比例最高，为35.9%，其次为薄膜状，占比35.1%，簇状占比13.2%，颗粒状占比8.4%，孤立状占比2.6%，喉道状占比2.3%，各赋存形式对应的原始含油量分别为23.0%，22.5%，8.4%，5.4%，1.7%，1.5%。

图6 各微观赋存形式致密油原始含油量及所占比例直方图

3 结论

结合核磁共振和微米—纳米CT扫描技术，将储集层中致密油分为乳状、簇状、喉道状、颗粒状、薄膜状和孤立状6种赋存形式，并对每种赋存形式进行定量评价。致密油储集层的原始含水饱和度约为36%，原油与水大量混合赋存，所以乳状致密油所占比例最高。长7段致密油储集层中伊利石、高岭石及绿泥石等黏土矿物填隙物含量较高，大于7%[10]，这些黏土矿物易吸附原油，因此呈吸附状态的薄膜状、颗粒状的致密油含量较高，这两种赋存形式所占比例为43.5%；致密油储集层中岩屑溶孔、杂基溶孔和晶间孔等微孔隙占总孔隙比例小，并且喉道也比较细小[30]，所以赋存于微孔隙及喉道中的孤立状、喉道状致密油占比较小，这两种赋存形式致密油所占比例分别为2.6%和2.3%。

核磁共振和微米—纳米CT扫描是致密油微观赋存形式定量研究的有效技术。目前我国致密油采收率一般小于10%，通过对致密油微观赋存形式的定量评价研究，获得储集层中致密油的主要微观赋存形式，从而可针对主要的赋存形式选择合理的开发技术，提高致密油采收率。

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（编辑 林敏捷）

Quantitative research on tight oil microscopic state of Chang 7 Member of Triassic Yanchang Formation in Ordos Basin,NW China

Wang Minglei1,2,Zhang Sui’an1,Zhang Fudong2,Liu Yuting2,Guan Hui2,Li Jun2,Shao Liyan2,Yang Shen2,She Yuanqi2
(1.College of Petroleum Engineering,China University of Petroleum (Beijing),Beijing 102249,China;2.Langfang Branch of PetroChina Research Institute of Petroleum Exploration &Development,Langfang 065007,China)

With nuclear magnetic resonance (NMR) and micrometer-nanometer CT Scanning technology,quantitative research was carried out of the micro-existing state of tight oil in the Chang7 Member of the Triassic Yanchang Formation in the Ordos Basin.The total reserves of the tight oil in the reservoirs were determined using NMR technology.The initial oil saturation was measured as 63.99%.The 2-D slice images of the tight oil reservoirs were obtained using CT Scanning technology,and the 3-D images were acquired after digital synthesis processing.Accordingly,the existence states of the tight oil in the reservoirs are divided into six types,namely thin film form,cluster form,throat form,emulsion form,particle form and isolation form.It is found by quantitative calculation of the contents of tight oil in different existence states of tight oil that the emulsion form and thin film form are the main existence states,which account for 70% of the total amount of the tight oil in the reservoirs,followed by the cluster and particle forms.The contents of isolation form and throat form tight oil are low.The contents of tight oil in various existence states are related to initial water saturation,clay mineral content and pores structure of the reservoirs.

tight oil;microscopic state;quantitative research;Ordos Basin;Triassic Yanchang Formation

国家油气重大专项（50430503；2011ZX05007-002）

TE122

A

1000-0747(2015)06-0757-06

10.11698/PED.2015.06.08

王明磊（1981-），男，山东临沂人，博士，中国石油勘探开发研究院工程师，现为中国石油大学（北京）博士后，主要从事石油天然气地质综合研究。地址：河北省廊坊市广阳区，中国石油勘探开发研究院廊坊分院天然气地质所，邮政编码：065007。E-mail：wml69@petrochina.com.cn

2015-05-07

2015-09-25