特低渗储层微观孔隙结构与可动流体赋存特征——以二连盆地阿尔凹陷腾一下段储层为例

黄 杰，杜玉洪，王红梅，郭 佳，单晓琨，苗 雪，钟新宇，朱玉双

（1.中国石油华北油田分公司勘探开发研究院，河北任丘 062552；2.西北大学大陆动力学国家重点实验室/地质学系，西安 710069）

0 引言

阿尔凹陷是二连盆地近年来发现的重要含油凹陷，是重要的产能建设区，其中白垩系腾格尔组一段下段（腾一下段）储层是目前的主力开发层系［1-2］，该段储层的物性较差，孔隙结构非常复杂，孔喉关系多样，流体渗流规律复杂［3-4］。孔隙和喉道是控制流体渗流的主要通道［5］，孔隙、喉道的大小和分布影响着孔喉的连通性和渗流能力［6］，不同尺寸的孔喉结构影响着储层的孔隙度和渗透率等属性，储层孔隙结构的有效表征对认识储层储集和渗流能力具有重要作用［7-8］。目前压汞技术已经被广泛地应用于储层微观孔隙结构的表征，高压压汞技术能够表征孔隙结构的复杂性和非均质性［9-10］，恒速压汞技术可以有效定量地表征孔隙和喉道半径等微观孔喉参数［11-12］。在低渗—致密储层中，大小孔喉均有分布，当分选系数小时，说明孔喉分布较集中，且主要为小孔喉；当分选系数大时，则说明除了小孔喉外，还有大孔喉分布［13-14］。核磁共振技术不仅可以无损地评价储层微观孔隙结构，还可以根据孔隙中流体氢核的弛豫过程分析流体的赋存状态［15-17］。可动流体赋存特征影响因素多样，其不仅受到储层物性的影响，还受到孔隙结构和黏土矿物的控制［18-21］。

目前学术界对阿尔凹陷白垩系腾格尔组一段下段储层孔隙结构和可动流体赋存特征等方面的研究相对较少，但是在实际油气藏开发过程中往往需要这方面的理论来支撑，本文利用扫描电镜、铸体薄片、X 射线衍射、高压压汞、恒速压汞和核磁共振等技术方法，研究阿尔凹陷腾一下段储层的微观孔隙结构，并分析其可动流体赋存特征及其主要的影响因素，以期为该区后续的油气藏开发提供理论依据。

1 区域地质背景

阿尔凹陷位于二连盆地东北部，其构造上属于巴音宝力格隆起，形成于燕山运动中期的区域裂陷作用［22］，总体上呈北东—南西向展布（图1）。阿尔凹陷的面积较小，约2 200 km2，是二连盆地中众多小凹陷之一［23］。依据阿尔凹陷近年来的勘探开发研究成果，目前该区最重要的开发目地层是白垩系，自下而上可分为3 组：阿尔善组、腾格尔组和赛汉塔拉组，腾格尔组自下而上又可分为腾一段和腾二段。依据沉积旋回，结合其岩性及电性特征又可将腾一段划分为腾一上段和腾一下段，其中腾一下段顶部砂砾岩层是阿尔凹陷的主力含油层系。阿尔凹陷腾一下段储层主要为扇三角洲沉积，靠近物源，沉积速率快，分选、磨圆差，结构成熟度和成分成熟度低，颗粒大小混杂，孔隙结构复杂，储层物性较差，孔隙度为7.9%～17.2%，平均为14.5%，渗透率为0.14～15.6 mD，平均为6.5 mD，属于典型的特低渗储层［24］。

图1 二连盆地阿尔凹陷地理位置Fig.1 Geographical location of A'er Sag，Erlian Basin

2 岩石学特征

二连盆地阿尔凹陷腾一下段储层砂岩类型主要为岩屑砂岩和岩屑长石砂岩，岩屑含量较高，其体积分数为81.2%～92.4%，平均为85.1%，主要为石英岩（体积分数7.8%）、板岩（体积分数为5.2%）和变质砂岩（体积分数为3.5%）等变质岩岩屑，及以喷发岩（体积分数为12.4%）为主的火成岩岩屑，石英的体积分数平均为25.2%，长石体积分数平均为24.2%。岩石颗粒分选为中—差，主要为次棱角状。填隙物含量较高，体积分数平均为14.9%，主要为高岭石［图2（a）］（体积分数为4.2%）、伊利石［图2（b）］（体积分数为3.1%）、铁方解石［图2（c）］（体积分数为2.2%）、硅质［图2（d）］（体积分数为2.1%）、少量蒙脱石［图2（e）］和伊/蒙混层［图2（f）］。胶结类型主要为孔隙胶结和加大孔隙胶结。

图2 阿尔凹陷腾一下段储层岩石学特征（a）高岭石，A4 井，1 774.5 m；（b）伊利石，A6 井，1 722.3 m；（c）铁方解石，A7 井，1 658.7 m；（d）硅质，A11 井，1 753.2 m；（e）蒙脱石，A54 井，1 765.2 m；（f）伊/蒙混层，A7 井，1 658.7 mFig.2 Petrological characteristics of lower Et1 reservoir in A'er Sag

3 微观孔隙结构特征

3.1 孔隙特征

二连盆地阿尔凹陷腾一下段储层孔隙类型主要为粒间孔和溶蚀孔，发育少量晶间孔，其中粒间孔［图3（a），（b）］分布广泛，占总面孔率的62%，孔径较大，连通性好，是该段储层的主要孔隙类型。溶蚀孔［图3（c），（d）］主要为长石溶孔，形状不规则，孔径大小不一，占总面孔率的35%。晶间孔［图3（e），（f）］指填隙物晶间微孔隙，腾一下段储层发育少量高岭石及伊利石晶间微孔隙，平均面孔率为3%，孔径较小，孔隙空间小，连通能力弱。16 块样品的恒速压汞测试数据显示，腾一下段储层平均孔隙半径为124～161 mm，分布较集中，平均孔隙半径大小差异不明显，孔隙半径与渗透率相关性较差［图4（a）］，说明孔隙的大小并不是储层渗透率的决定性因素，对储层渗流能力影响较小。

图3 阿尔凹陷腾一下段储层孔隙类型（a）粒间孔、孔隙缩小型喉道，A6 井，1 722.3 m；（b）粒间孔、片状喉道，A3 井，1 791.3 m；（c）溶蚀孔、缩颈型喉道，A14 井，1 903.8 m；（d）溶蚀孔，A52 井，1 880.1 m；（e）晶间孔，A46 井，1 736.2 m；（f）晶间孔、管束状喉道，A7 井，1 658.7 mFig.3 Pore types of lower Et1 reservoir in A'er Sag

图4 阿尔凹陷腾一下段储层渗透率与平均孔隙半径（a）、平均喉道半径（b）、孔喉半径比（c）的关系Fig.4 Relationships of permeability with average pore radius（a），average throat radius（b），pore-throat radius ratio（c）of lower Et1reservoir in A'er Sag

3.2 喉道特征

阿尔凹陷腾一下段储层主要发育4 种喉道类型：孔隙缩小型喉道、缩颈型喉道、片状喉道和管束状喉道。孔隙缩小型喉道为孔隙缩小部分，略小于孔隙，喉道粗，连通能力强［参见图3（a）］；当颗粒排列紧密或边缘衬垫式胶结时，喉道显著变窄，所形成的喉道为缩颈型喉道［参见图3（c）］；片状喉道指颗粒经压实排列紧密，所形成的孔隙之间狭窄的片状渗流通道［参见图3（b）］；目的层高岭石、伊利石发育，充填粒间孔隙，其间微孔隙既是孔隙又是喉道，呈管束状，也称管束状喉道，喉道细，连通性差［参见图3（f）］。研究区储层主要喉道类型为片状喉道和孔隙缩小型喉道。储层喉道特征复杂，喉道半径存在较大差异，平均喉道半径为0.8～6.0 mm，喉道半径与渗透率具有很好的相关性［图4（b）］，说明喉道半径是影响储层渗流的重要因素。

3.3 孔喉组合特征

研究区孔喉组合可分为5 种类型：粒间孔-孔隙缩小型喉道［图5（a）］、粒间孔-缩颈型喉道［图5（b）］、粒间孔-片状喉道［图5（c）］、溶蚀孔-片状喉道［图5（d）］和晶间孔-管束状喉道［图5（e）］。其中粒间孔-孔隙缩小型喉道组合与粒间孔-缩颈型喉道组合喉道较粗，渗流阻力相对较小，有利于流体的渗流，是研究区最有利于流体储集和渗流的孔喉组合；粒间孔-片状喉道组合与溶蚀孔-片状喉道组合喉道狭长，孔隙喉道半径差异悬殊，渗流阻力较大，不利于流体的渗流；晶间孔-管束状喉道组合孔隙空间和渗流通道微小，仅提供较小的渗流贡献。根据研究区储层样品的恒速压汞测试数据，孔喉半径比为43～301，差异较大，孔喉半径比和渗透率呈较好的正相关［参见图4（c）］，储层孔喉半径比越小，渗透率越高，越有利于流体的渗流。

图5 阿尔凹陷腾一下段储层孔喉组合特征（a）粒间孔-孔隙缩小型喉道，A6 井，1 722.3 m；（b）粒间孔-缩颈型喉道，A20 井，1 756.7 m；（c）粒间孔-片状喉道，A20 井，1 756.7 m；（d）溶蚀孔-片状喉道，A4 井，1 717.5 m；（e）晶间孔-管束状喉道，A46 井，1 736.2 m；（f）粒间孔-片状喉道，A14 井，1 903.8 mFig.5 Characteristics of pore throat combination of lower Et1 reservoir in A'er Sag

3.4 孔隙结构

根据毛管压力特征差异（图6），将研究区储层孔隙结构分为3 类。

Ⅰ类为大孔喉结构。该类孔喉结构汞注入压力低，毛管压力曲线偏向左下方，平均排驱压力为0.33 MPa，主要为粒间孔-孔隙缩小型喉道与粒间孔-缩颈型喉道孔喉组合，孔喉较大，平均孔隙半径为149.70 mm［图7（a）］，平均喉道半径为4.79 mm。喉道半径负偏态分布偏向高值［图7（b）］，孔喉半径比小［图7（c）］，孔喉连通性好，平均最大进汞饱和度为88.0%。该类孔隙结构主要分布于扇三角洲前缘水下分流河道主河道上，水动力强，颗粒较大，物性好，平均孔隙度为16.1%，平均渗透率为16.8 mD，具有较好的储集和渗流能力。

Ⅱ类为中孔喉结构。该类孔隙结构的汞注入压力略高于Ⅰ类，平均排驱压力为1.62 MPa。孔喉主要为粒间孔-片状喉道组合与溶蚀孔-片状喉道组合，平均孔隙半径为148.30 mm，平均喉道半径为1.53 mm。喉道半径近正态分布［图7（b）］，大小喉道均提供渗透率贡献，孔喉半径比中等。进汞饱和度略小于Ⅰ类，平均最大进汞饱和度为83.4%。平均孔隙度为12.6%，平均渗透率为1.1 mD。该类孔隙结构渗流能力中等，主要分布于扇三角洲前缘水下分流河道边部。

图6 阿尔凹陷腾一下段储层毛管压力曲线Fig.6 Capillary curves of lower Et1 reservoir in A'er Sag

图7 阿尔凹陷腾一下段储层孔隙半径（a）、喉道半径（b）、孔喉半径比（c）分布Fig.7 Distribution of pore radius（a），throat radius（b）and pore-throat radius ratio（c）of lower Et1reservoir in A'er Sag

Ⅲ类为小孔喉结构。该类孔喉结构，汞注入压力高，毛管压力曲线显著偏向右上方，平均排驱压力为4.68 MPa。孔喉主要为粒间孔-片状喉道组合、溶蚀孔-片状喉道组合和晶间孔-管束状喉道组合。平均孔隙半径为137.00 mm，平均喉道半径为0.92 mm。喉道半径正偏态分布偏向低值［图7（b）］。大喉道较少，渗流能力主要由较小的喉道提供，孔喉半径比大，孔喉连通性差，平均最大进汞饱和度为81.2%。该类孔隙结构样品，主要为前缘席状砂沉积，颗粒细，孔喉细小，物性普遍较差，平均孔隙度为9.3%，平均渗透率为0.3 mD，储层渗流能力差。

4 可动流体赋存特征

对二连盆地阿尔凹陷腾一下段储层12 块样品进行饱和地层水状态下核磁共振T2谱测试，再将样品在300 psi 下离心，对离心后的样品进行T2谱测试，通过离心前后T2谱特征差异对比，分析可动流体赋存特征。

4.1 核磁共振T2 谱形态特征

I 类孔隙结构样品T2谱主要为左低右高双峰型，T2弛豫时间大，主要分布为10～1 000 ms［图8（a）］。Ⅱ类孔隙结构样品T2谱主要表现为左高右低双峰型，T2弛豫时间主要分布为1～100 ms［图8（b）］。Ⅲ类孔隙结构主要为左单峰型，T2弛豫时间小，主要分布为1～10 ms［图8（c）］。T2谱形态与储层样品微观孔隙结构有关。

图8 阿尔凹陷腾一下段储层核磁共振T2 谱Fig.8 T2 spectrum of NMR of lower Et1 reservoir in A'er Sag

4.2 可动流体饱和度特征

腾一下段储层可动流体饱和度（Sm）为21.4%～70.3%，平均为52.2%。对于不同孔喉结构类型样品，可动流体饱和度特征存在较大差异。Ⅰ类大孔喉结构可动流体饱和度高，主要分布在大孔隙中。Ⅱ类中孔隙结构中小孔喉数量增多，连通性好的中小孔喉中也存在可动流体。Ⅲ类小孔喉结构孔隙连通性差，束缚流体饱和度高。不同类型孔隙结构均有可动流体分布，但连通好的大孔喉结构可动流体饱和度高。

5 可动流体赋存主控因素

二连盆地阿尔凹陷腾一下段储层宏观物性差，微观孔喉结构特征复杂，可动流体赋存特征存在较大差异。储层物性、孔喉发育情况、孔隙间连通性和黏土矿物特征等都对可动流体赋存有影响［25-27］。

5.1 宏观物性的影响

腾一下段储层核磁共振测试样品孔隙度为8.5%～18.4%，平均13%；渗透率为0.4～13.4 mD，平均3.0 mD。可动流体饱和度与孔隙度相关性差［图9（a）］，与渗透率具有较好的相关性［图9（b）］，说明储层的储集能力对可动流体的赋存并没有起控制作用，可动流体赋存特征主要受控于储层的渗流能力。高孔隙度样品具有更大的储集空间，但复杂的孔隙结构和黏土矿物的填充可能使孔隙间的连通性变差，造成大量流体被束缚，可动流体饱和度降低。如研究区内A46 井样品孔隙度为12.9%，接近平均孔隙度，但其可动流体饱和度仅有21.4%，其喉道多为片状喉道和管束状喉道，喉道较小，黏土矿物等填隙物大量发育，孔喉半径比大，孔隙结构复杂，渗流能力较差，渗透率仅为0.4 mD，大量流体被束缚，最终造成较低的可动流体饱和度。

图9 阿尔凹陷腾一下段储层可动流体饱和度与孔隙度（a）、渗透率（b）的关系Fig.9 Relationships of movable fluid saturation with porosity（a）and permeability（b）of lower Et1 reservoir in A'er Sag

5.2 微观孔隙结构的影响

5.2.1 孔隙和喉道大小

阿尔凹陷腾一下段储层可动流体饱和度与平均孔隙半径相关性较差［图10（a）］，与平均喉道半径呈较好的正相关关系［图10（b）］。不同样品的平均孔隙半径差异较小［参见图7（a）］，对可动流体饱和度的影响较小。结合前述储层物性对可动流体赋存特征的影响分析，说明决定储层孔隙内可动流体赋存特征的并不是孔隙的大小，而是孔隙间喉道的渗流能力。喉道半径是影响可动流体赋存的主要因素，喉道半径越大，可动流体饱和度越高。

5.2.2 孔喉半径比

Ⅰ类孔隙结构孔喉半径比小，喉道相对较大，渗流能力好，可动流体饱和度高。Ⅲ类孔隙结构孔喉半径比越大，孔隙和喉道的大小差异越明显，较大的孔隙以小喉道的形式被连接，孔喉连通性差，流体在孔隙和喉道间流动时的渗流阻力大，流体容易被束缚。孔喉半径比越大，孔隙和喉道半径差异越明显，可动流体饱和度越低。可动流体饱和度与孔喉半径比相关性如图10（c）所示。

图10 阿尔凹陷腾一下段储层可动流体饱和度与孔隙结构参数的关系Fig.10 Relationships of movable fluid saturation with pore structure parameters of lower Et1 reservoir in A'er Sag

5.2.3 喉道分布特征

平均喉道半径影响着可动流体赋存特征，喉道的分布特征同样对可动流体饱和度具有重要影响。喉道分选系数用来表征喉道半径的分布情况，与可动流体饱和度呈较好的正相关关系［图10（d）］，喉道分选系数越大，说明喉道半径分布越分散，结合喉道半径分布特征，发现喉道分布范围越广代表着存在较多渗流能力强的大喉道分布［参见图7（b）］，流体不容易被束缚，可动流体饱和度越高。

5.3 黏土矿物的影响

研究区黏土矿物含量较高，各样品黏土矿物普遍发育，充填孔隙和喉道，破坏孔隙和喉道间的连通性。书页状高岭石充填孔隙［参见图2（a）］，将大孔隙分割成若干的小孔隙，极大地降低了孔隙的储集和渗流能力。絮状伊利石［参见图2（b）］、蒙脱石［参见图2（e）］和伊/蒙混层［参见图2（f）］从岩石颗粒表向孔隙延伸，充填分割孔隙，使孔隙和喉道连通性变差，流体在其间流动性变差，容易形成束缚流体。衬边式绿泥石分布于颗粒表面使孔隙和喉道缩小，降低了孔喉间的连通性［27］。可动流体饱和度与黏土矿物含量有较好的负相关关系（图11），黏土矿物含量越高，可动流体饱和度越低。

图11 阿尔凹陷腾一下段储层可动流体饱和度与黏土矿物含量的关系Fig.11 Relationship between movable fluid saturation and clay mineral content of lower Et1 reservoir in A'er Sag

6 结论

（1）二连盆地阿尔凹陷腾一下段储层微观孔隙结构可分为3 种类型：Ⅰ类大孔喉结构，孔喉主要为粒间孔-孔隙缩小型喉道组合和粒间孔-缩颈型喉道组合，喉道半径大，孔喉半径比小，喉道半径负偏态分布偏向高值。Ⅱ类中孔隙结构，孔喉主要为粒间孔-片状喉道组合与溶蚀孔-片状喉道组合，喉道半径近正态分布。Ⅲ类小孔隙结构，孔喉主要为粒间孔-片状喉道组合、溶蚀孔-片状喉道组合和晶间孔-管束状喉道组合，喉道半径小，喉道半径正偏态分布偏向低值。

（2）不同类型孔隙结构，可动流体饱和度存在差异。Ⅰ类大孔喉结构核磁共振T2谱呈左低右高双峰型，渗流能力好，可动流体饱和度高。Ⅱ类中孔隙结构核磁共振T2谱呈左高右低双峰型，可动流体饱和度中等。Ⅲ类小孔隙结构核磁共振T2谱呈左单峰型，可动流体饱和度低。

（3）储层宏观物性、微观孔隙结构和黏土矿物含量均对可动流体赋存具有重要影响，其中喉道的大小和分布是影响可动流体赋存的最主要因素，喉道半径越大，大喉道越多，孔喉半径比越小，黏土矿物含量越低，储层渗流能力越好，可动流体饱和度越高。