致密油评价新方法及其应用——以鄂尔多斯盆地延长组长7段致密油为例

致密油评价新方法及其应用
——以鄂尔多斯盆地延长组长7段致密油为例

王明磊，张福东，关辉，李君，杨慎，佘源琦，邵丽艳

(中国石油勘探开发研究院廊坊分院，河北廊坊 065007)

摘要：利用高分辨率场发射扫描电子显微镜、微米及纳米级CT扫描、恒速压汞及核磁共振等先进技术方法，对鄂尔多斯盆地延长组长7段致密油储层微观孔喉结构特征及致密油赋存状态进行定量深入研究。首先对致密油赋存的微观孔隙结构进行分析，认为孔隙大小决定致密油储层的储集能力，喉道大小是储层物性主要制约因素。长7段致密油储层孔隙平均半径为10～15μm，喉道半径主要分布范围为0.3～0.9μm；其中半径为0.1～0.5μm的喉道控制了储层中60%的可动流体；并建立了孔隙、喉道及孔喉配置结构三维立体模型。定量评价致密油微观赋存状态，将其分为乳状、簇状、喉道状、颗粒状、薄膜状及孤立状6种赋存状态，定量测得储层中致密油以乳状和薄膜状为主要赋存状态，占致密油总量的70%以上。致密油赋存状态的定量研究，为科学开展致密油储层评价及实现致密油有效动用提供可靠依据。

关键词：致密油；孔喉结构；赋存状态；定量研究；鄂尔多斯盆地

中图分类号：TE135

作者简介：第一王明磊(1981年生)， 男，博士，工程师，2009 年毕业于西南石油大学，从事于石油天然气综合研究工作。邮箱：wml69@petrochina.com.cn。

New Tight Oil Evaluation Technology and Its Application—A Case Study of Chang7

Tight Oil Reservoir in Yanchang Formation, Ordos Basin

Wang Minglei, Zhang Fudong, Guan Hui, Li Jun, Yang Shen, She Yuanqi, Shao Liyan

(ResearchInstituteofPetroleumExplorationandDevelopment-LangfangBranch,Langfang,Hebei065007,China)

Abstract:Using the technology of leading field emission scanning electron microscope, micro-nano grade CT scanning technology, the technology of constant pressure mercury, the nuclear magnetic resonance technology, and other advanced technology, quantitative research was done about the reservoir pore-throat and tight oil occurrence state of Yanchang tight oil reservoir of Yanchang Formation in Ordos Basin. First of all, the micro-pore structure of tight oil in the reservoir was analyzed. It was believed that pore size determined tight oil reservoir capacity, and the size of pore throat was a main factor restricting reservoir property. The radius of porosity was around 10μm to 15μm, throats distribute between 0.3μm and 0.5μm, and the throats of the range 0.1μm and 0.5μm controlled 60% of movable fluid of reservoir. And 3D models of pore, throat and pore-throat structure were established. On the basis of quantitative evaluation of micro occurrence state, tight oil was divided into six types, i.e. thin film form, cluster form, throat form, emulsion form, particle form and isolated form. Emulsion form and thin film form were main types, and the content of emulsion form and thin film form accounted for about 70% of total. Quantitative research on micro occurrence state provided a reliable basis for evaluating tight oil reservoir and making effective use of tight oil.

Key words: tight oil; pore-throat structure; occurrence state; quantitative research; Ordos Basin

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[1-4]，被石油工业界誉为“黑金”[5]。近年来我国加大对致密油储层、成藏等方面研究力度，已经掌握了致密油储层的岩性、物性等基本特征，但在致密油储层微观孔喉结构表征方面仍存在诸多难题，更未对致密油微观赋存状态进行定量评价。目前对致密油储层研究主要是采用一些常规的研究方法[6-10]，不能满足致密油储层微米—纳米级孔喉研究需要[11，12]，也不能直观反映孔喉内部致密油的分布，在一定程度上影响了对致密油的深入研究。因此，采用国际先进的微观研究技术手段，开展致密油储层微观孔喉结构及致密油赋存状态定量分析，对深入认识致密油具有重要意义。

1 实验方法

鄂尔多斯盆地三叠系延长组长7段为主要的致密油储层发育段，采用目前世界上最先进的高分辨率场发射扫描电子显微镜(简称场发射扫描电镜)结合能谱、微米—纳米级CT扫描(简称微纳米CT)、恒速压汞及核磁共振等实验方法，综合分析长7段致密油储层孔隙喉道结构及致密油赋存状态，得到定量分析结果。

1.1 微纳米CT扫描

采用Phoenix nanotom m CT系统对致密储层岩心样品进行孔隙喉道识别和提取，定量分析孔喉参数，并建立孔喉三维立体结构。通过高精度的微米—纳米级CT扫描技术[13-16]可以实现储层样品内部孔喉结构三维成像，确定致密储层微米—纳米孔喉分布、大小、连通性等，也可以表征石油在微米—纳米级孔喉系统中的赋存状态。在复杂非常规油气田储层研究中应用微米—纳米级CT扫描系统，使岩石内部结构可视化、定量研究成为可能，更有助于非常规油气资源有效开发。

1.2 场发射扫描电镜

采用FEI QUANTA 450FEG场发射扫描电镜对岩心样品的微观形貌进行扫描并进行定量研究。场发射扫描电镜的最大特点是具备超高分辨率，精度可达0.5nm。是微米—纳米级孔喉结构测试和形貌观察的最有效仪器。场发射扫描电镜近年来广泛应用于致密储层和页岩的超微孔隙结构研究。

1.3 恒速压汞

采用ASPE730型恒速压汞仪对致密储层岩心样品进行孔喉大小的定量分析。与常规压汞不同，恒速压汞是以极低的恒定速度(通常为0.00005mL/min)向岩样孔喉内进汞，实现对喉道数量的测量，克服了常规压汞的缺陷。利用恒速压汞技术可以将孔隙与喉道区分并分别测量，并定量分析孔喉结构，所得到的信息能较好地反映流体渗流过程中动态的孔隙、喉道特征[17]。

1.4 核磁共振

利用核磁共振技术，不仅可以测定不同状态下的含油量、不同孔径孔隙内剩余油的分布情况，而且还可以对油相采出程度进行精确计算，最新研发的核磁共振结合离心法，还可以测量不同喉道大小区间内油相分布情况。

2 实验结果与分析

2.1 孔隙、喉道定量研究

使用场发射扫描电镜、微纳米CT扫描、恒速压汞实验分别识别超微孔隙并统计分析得到孔喉结构定量数据，各种技术测得数据精度见表1。

表1　孔喉结构定量分析数据表

上述多种技术结合对长7段致密油储层孔喉特征进行定量评价研究，确定致密油储层主体孔隙半径为0.5～20μm，孔隙平均半径为10～15μm；主体喉道半径为0.3～0.9μm(图1、图2)。长7段致密油储层孔隙和喉道都是微纳米级别，微米—纳米级孔喉组合为有效储集空间。

图1　长7段致密油储层孔隙和喉道半径分布图 Fig.1　Pore radius and throat radius distribution in Chang7 tight oil reservoir

图2　长7段致密油储层孔隙和喉道大小场发射扫描电镜识别图 Fig.2　Pore radius and throat radius identified by SEM in Chang7 tight oil reservoir

2.2 孔喉配置定量评价

使用微纳米CT扫描系统对长7段致密油储层建立孔喉结构三维立体模型(图3)，并选择物性较好的储层样品(Y1井)和物性较差的储层样品(Y2井)进行对比。通过对比发现，物性较好储层(渗透率>0.1mD)存在20%～30%连通性较好的大喉道，喉道半径大于5μm；而物性较差储层(渗透率<0.1mD)喉道细小，半径小于0.1μm的喉道约占喉道总量的60%，且连通性差。说明在致密储层中喉道是制约储层物性的关键因素。

图3　不同渗透率储层样品孔喉结构三维立体模型对比图(微纳米CT测得) Fig.3　3D model contrast of pore-throat structure of different permeability(measured by micro-nano CT) 红色圆球为孔隙的缩略模型；两个红球之间的部分即为喉道模型

使用恒速压汞技术对5口井的致密油储层样品孔喉大小进行定量分析，并计算孔喉半径比(表2)。由表2可知，渗透率低的样品(Y2井、Z143井和N52井)有效孔喉半径比加权平均值大，这说明储层中小喉道制约了大孔隙中流体的流动，大孔隙被小喉道控制，大大降低了储层物性。

表2　致密油储层孔喉定量评价综合对比表

2.3 致密油赋存状态定量评价

通过微纳米CT扫描,获取了鄂尔多斯盆地延长组长7段 HC2样品的3000余张具有致密油储层微观特征的二维切片；再通过数字合成技术对这3000余张二维切片进行处理，得到了致密油储层孔隙、喉道、油、水赋存状态等三维立体图像及致密油含油饱和度、含水饱和度等信息；进而对油、水分布及赋存状态进行分析。

在孔喉结构配置研究的基础上，最终利用核磁共振结合离心法，确定鄂尔多斯盆地长7段致密油储层中0.1～0.5μm喉道控制了储层中60%的可动流体(图4)，再次证实了喉道对储层输导能力的制约作用。

通过微纳米CT扫描获得的致密油储层含油饱和度为46.1%。对CT扫描数据进一步处理，将储层中致密油归纳为6种赋存状态，即乳状、簇状、喉道状、颗粒状、薄膜状和孤立状(图5)。按赋存位置，乳状、簇状、喉道状为粒间赋存；颗粒状、薄膜状为粒表赋存；孤立状为粒内赋存。

图4　长7致密油储层喉道区间内可动流体分布图 Fig.4　Distribution of movable fluid in different throat sections in Chang7 tight oil reservoir

图5　致密油赋存状态分类图 Fig.5　Classification of tight oil occurrence state

乳状赋存，即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；簇状致密油表现为团簇状，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，赋存位置主要为孔隙间的喉道；颗粒状致密油呈颗粒状吸附在矿物、颗粒表面，赋存位置主要为黏土等矿物颗粒表面，与簇状致密油相比，其体积较小；薄膜状致密油主要以薄膜状吸附在矿物颗粒表面；孤立状致密油呈斑点状、孤岛状附着在微孔内，赋存位置主要为溶蚀微孔及晶间孔等纳米级孔隙，连通性差。

统计分析每种赋存状态的致密油原始含油量及其所占比例(图6)发现，乳状致密油含量最高，为16.5%，所占比例35.9%；其次为薄膜状致密油，含量为16.1%，所占比例35.1%；簇状致密油含量为6.1%，所占比例13.2%；颗粒状致密油含量为3.9%，所占比例8.4%；孤立状致密油含量为1.2%，所占比例2.6%；喉道状致密油含量最少，含量为1.1%，所占比例2.3%。

图6　各微观赋存状态致密油原始含油量及占比直方图 Fig.6　Original oil content and proportion histogram of tight oil of all micro occurrence

3 结束语

(1)致密油储层，孔隙和喉道都是微米—纳米级别，孔隙平均半径为10～15μm，喉道平均半径为0.3～0.5μm，微米级孔隙及纳米级孔隙组合为有效储集空间。

(2)物性较好储层，连通性较好的大喉道较多，孔隙喉道比小；物性较差储层，连通性差的小喉道较多、孔隙喉道比大。在致密油储层中，喉道是制约储层输导能力的关键因素，大孔隙被小喉道控制，大大降低了储层的输导能力；0.1～0.5μm喉道控制了储层中60%的可动流体。

(3)致密油储层中，乳状、薄膜状致密油含量最高，占含油总量的70%以上，孤立状、喉道状致密油所占比例较小，分别仅占2.6%和2.3%。

通过利用场发射扫描电镜、微米—纳米CT扫描、恒速压汞及核磁共振等国际先进技术手段，对延长组长7段致密油储层微观孔隙结构及其赋存状态进行定量深入研究，实现了对致密油储层研究从定性到定量的转变，为致密油开发方式的选择提供了可靠依据，可大大提高致密油采收率。

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