玛2井区百口泉组砂砾岩储层可动流体赋存特征及主控因素

崔雁虎，朱国涛，朱 杰，刘 涛，高祥录，王 琛

( 1. 中国石油新疆油田分公司 油田技术服务分公司，新疆 克拉玛依 834000； 2. 西安石油大学 石油工程学院，陕西 西安 710065 )

0 引言

玛湖凹陷百口泉组油藏位于准噶尔盆地西北缘[1-3]，岩性包括灰色砂砾岩、含砾粗砂岩和砂质砾岩，属于典型的砂砾岩储层[4-7]。砂砾岩储层的主要开发方式为大规模体积压裂，采取注水或注气开发提高采收率[8-12]。砂砾岩储层物性差，微观孔喉结构非均质性强，流体赋存规律复杂，储层地质特征制约体积压裂开发效果[13-15]。有关砂砾岩油藏储层特征的研究主要集中于储层物性、岩矿特征、孔喉类型及结构等方面[16-24]，对油藏产能影响较大的可动流体饱和度及流体赋存特征不明确，需要对砂砾岩储层可动流体分布进行定量评价。

核磁共振是一种快速、无损的岩心检测方法，将核磁共振技术与可动流体离心实验结合，基于T2弛豫时间评价岩石孔喉结构与流体赋存特征[25-26]，能够反映储层物性、非均质性、微观孔喉特征[27-31]。油藏可动流体饱和度参数与储层孔喉结构、渗流能力存在一定相关关系，储层可动流体含量低，储层渗流能力较差，孔喉结构复杂，油藏开发难度大[32-34]。人们以页岩[35-38]、致密砂岩[39-41]、疏松砂岩[42]等储层为研究对象进行可动流体特征研究，有关砂砾岩储层可动流体饱和度及赋存特征的相关研究较少。百口泉组油藏为典型的砂砾岩储层，开发过程中存在产能递减快、单井产能低等问题，有必要进一步研究储层微观渗流特征。

可动流体参数是评价储层流体赋存特征和渗流特征的关键依据，对不同尺度微观孔喉中可动流体赋存规律进行定量表征，可以为解决制约砂砾岩储层产能的关键地质问题提供依据。选取玛2井区百口泉组典型砂砾岩储层岩心，利用低场核磁共振技术，结合可动流体离心实验，通过极限离心前后的核磁共振T2谱下覆面积差值，计算砂砾岩储层可动流体饱和度及分析微观赋存规律，分析可动流体赋存主控因素，为砂砾岩储层微观渗流特征研究提供支持。

1 研究区地质概况

玛北油田玛2井区区域构造位于准噶尔盆地西北缘玛湖凹陷西环带玛北斜坡带，地表为第四纪戈壁砾石。玛2井区位于玛湖凹陷北斜坡，发育3条主断裂。玛2井区百口泉组不具有断裂特征。玛湖凹陷东、北、西3个方向斜坡区共发育6个大扇体，玛2井区主体属于夏子街物源体系，发育于扇体西侧，物源为东北向，百口泉组为夏子街扇三角洲相沉积体系。百口泉组自下而上水动力减弱，沉积特征具有差异性，自百口泉组一段(百一段，T1b1)至百口泉组三段(百三段，T1b3)，沉积相自扇三角洲平原沉积向扇三角洲前缘沉积过渡。百一段厚度介于9.1～27.0 m，平均为17.0 m，砂体厚度平均为13.0 m；百口泉组二段(百二段，T1b2)厚度介于14.7～27.4 m，平均为19.4 m，砂体厚度平均为19.3 m；百三段厚度介于33.8～47.7 m，平均为43.6 m，砂体厚度平均为17.2 m。玛2井区百口泉组储层岩性主要为砂砾岩、含砾砂岩和砂岩，其中砂砾岩占比最大，砂岩的次之，主力油层T1b2砾岩中砾质成分占比70.7%。玛2井区采样资料井分布见图1，资料井取自百口泉组砂砾岩储层，为油田现场开发过程中单井产能下降快、产能低等典型井。

图1 T1b1油层有效厚度等值线与玛2井区百口泉组综合柱状图Fig.1 Effective thickness contours of T1b1 oil formation of Baikouguan Formation in Ma2 well area and integrated histogram

2 实验材料与方法

2.1 实验材料

实验盐水为根据岩心取心层位油藏水质监测数据配制的模拟地层水，矿化度为10 g/L，水型为NaHCO3型，pH为6.1，黏度为0.48 mPa·s。6块岩心取心深度介于3 401.12～3 464.00 m，岩心样品直径介于2.49～2.52 cm，长度介于4.88～5.10 cm(见表1)。玛2井区百口泉组砂砾岩储层非均质性强、渗流特征复杂，为进行可动流体赋存状态对比和主控因素评价，选择物性、孔喉结构、岩矿组分有差异性的岩心。

表1 岩心实验参数Table 1 Experiment parameters of core samples

2.2 实验方法

岩心物性(孔隙度、渗透率)、可动流体评价测试等实验由西安石油大学实验中心完成。岩心物性测试标准按照SY/T 5336—2019《岩心分析方法》进行，可动流体评价测试标准按照SY/T 6490—2014《岩样核磁共振参数实验室测量规范》进行。孔隙度采用真空饱和仪测试，渗透率采用气测渗透率仪测试，真空饱和仪和气测渗透率仪由华兴石油仪器有限公司生产，孔隙度测试误差不超过0.1%，渗透率测试误差不超过0.1×10-5μm2。岩心可动流体由Mini-MR型核磁共振仪和YC-1C型离心机联合测试，核磁共振仪由上海纽迈电子科技有限公司生产，磁感应强度为0.5 T，射频脉冲频率为1～30 MHz，射频频率控制精度为10 kHz；离心机用于直径2.54 cm×3.00 cm岩样测试，最高转速为1.0×104r/min，岩样外旋半径为78 mm。驱替泵控制精度为10 kPa、0.001 mL/min。中间容器承压为0～50 MPa，耐温为300 ℃。实验流程:

(1)在标准岩心上钻取直径约为2.5 cm的岩心，测量岩心直径、长度，置于萃取容器并洗油。

(2)将岩心置于恒温箱加热至85 ℃并保持温度不变48 h，测量岩心干重。在多孔介质中流动时，气体渗透率采用一维稳定渗流达西定律公式计算，采用稳态法测量岩心空气渗透率。

(3)采用常规抽真空饱和地层水方法，结合高压驱替装置，为岩心饱和模拟地层水(矿化度为10 g/L)，测量岩心湿重，计算岩心孔隙度。

(4)对饱和模拟地层水的岩心样品进行核磁共振T2谱测试，作为岩心初始饱和水状态的T2谱。

(5)使用离心机抽真空高速离心3 h，第一、第二次离心转速分别为4 500、6 500 r/min，第三次离心转速介于7 100～7 500 r/min，测量3次岩心离心后核磁共振T2谱。

(6)计算岩心T2截止值、可动流体含量及可动流体孔隙度，定量评价岩心的流体赋存特征。

3 实验结果分析

3.1 T2谱形态特征

测量3次岩心离心后的核磁共振T2谱，6块岩心第二和第三次离心后的T2谱面积变化介于3.35%～4.75%。当T2谱面积变化小于5.00%时，以第三次核磁共振测试结果作为离心最终状态。

玛2井区百口泉组6块岩心的核磁共振T2谱形态见图2，岩心初始状态的核磁共振T2谱为单峰态，孔喉分布范围集中。6号岩心在大于100 ms的范围有少量孔喉发育，其余岩心在大于100 ms的范围几乎没有孔喉发育。采用较大孔喉和较小孔喉划分方法[43-45]，结合核磁共振T2谱特征，选取10 ms作为较小孔喉与较大孔喉的分界点，6块岩心的较小孔喉和较大孔喉发育程度不一。1号岩心较大孔喉发育程度高，占比为33.87%，较小孔喉占比为66.13%。2号、3号、4号岩心较大孔喉占比低于1号岩心的，占比介于24.22%～27.98%，平均为26.39%，较小孔喉占比介于72.02%～75.78%，平均为73.61%。5号、6号岩心较大孔喉发育程度低，孔喉细小，较大孔喉占比介于12.12%～13.63%，平均为12.87%，较小孔喉占比介于86.37%～87.88%，平均为87.13%。

图2 砂砾岩储层岩心样品核磁共振T2谱Fig.2 NMR T2 spectrum of core samples in glutenite reservoirs

第一次离心后，6块岩心的核磁共振T2谱曲线幅度下降，曲线整体向左偏移，形态与初始状态相似。1号岩心在较大孔喉范围信号幅度下降明显，说明可动流体主要来源于较大孔喉。其他岩心在较小孔喉范围信号幅度下降明显，可动流体主要来源于较小孔喉。第二次离心后，6块岩心的核磁共振T2谱曲线幅度再次下降，曲线向左偏移，形态近似为单峰态，1号、5号、6号岩心在大于10 ms的较大孔喉范围观察到幅度很低的峰值；T2谱几乎全部集中于较小孔喉范围，说明较大孔喉范围可动流体含量高，束缚流体主要赋存于较小孔喉。第三次离心后，核磁共振T2谱与第二次离心后相比变化幅度很小，观察到较小孔喉的峰值出现微小幅度下降，有大量的束缚流体在较小孔喉中。

3.2 可动流体参数特征

6块岩心核磁共振实验结果表明，岩心的T2截止值为1.86～6.69 ms，平均为4.02 ms；可动流体饱和度为44.30%～54.88%，平均为48.38%；可动流体孔隙度为1.86%～6.69%，平均为3.95%，岩心的可动流体参数分布范围差异较小。基于砂砾岩岩心的物性特征、微观孔喉特征、可动流体参数，将6块岩心分为3类。其中，1号岩心属于Ⅰ类，2号、3号、4号岩心属于Ⅱ类，5号和6号岩心属于Ⅲ类。

为分析岩心特征，将弛豫时间小于10 ms的孔喉作为较小孔喉，弛豫时间大于10 ms的孔喉作为较大孔喉。Ⅰ类岩心发育一定量的较大孔喉，第一次离心后，核磁共振T2谱主要在较大孔喉范围发生明显变化，较小孔喉范围曲线下降幅度较低，可动流体饱和度为17.81%。第二次离心后，核磁共振T2谱在较大孔喉范围降幅显著，峰值向左移动，说明束缚流体向孔径更小的孔喉中聚集，在较小孔喉范围信号峰值较高，可动流体饱和度为43.98%。与第一次离心相比，第二次离心后可动流体饱和度明显增加，可动流体主要来源于较大孔喉。第三次离心后，曲线没有明显变化，较小孔喉范围峰值略微下降，最终可动流体饱和度为45.37%，T2截止值为6.69 ms。有较多量的流体赋存在较小孔喉中，有少量的流体赋存在较大孔喉中(见图2(a))。

Ⅱ类岩心较大孔喉占比比Ⅰ类岩心的略低。第一次离心后，Ⅱ类岩心核磁共振T2谱在较小孔喉和较大孔喉范围有可动流体，且较小孔喉范围曲线下降幅度大于较大孔喉范围的。原因是较小孔喉范围流体一部分在离心作用下被驱出；另一部分流体进入较大孔喉，离心力较低时，赋存在较大孔喉范围流体很难被驱出。第二次离心后，随离心力的升高，较大孔喉范围大部分流体被动用，较小孔喉范围曲线下降幅度很小。第三次离心后，曲线没有明显的变化，较小孔喉范围有较多的束缚流体(见图2(b-d))。2号、3号、4号岩心的可动流体饱和度分别为54.88%、52.36%、46.74%，T2截止值分别为3.87、3.87、5.57 ms。

Ⅲ类岩心较大孔喉发育程度低。第一次离心后，较小孔喉范围曲线下降明显，较大孔喉范围曲线下降幅度很小。第二次离心后，与Ⅰ类、Ⅱ类岩心不同的是，Ⅲ类岩心较大孔喉范围曲线下降幅度较低，并出现一个新的峰值，较小孔喉范围曲线下降显著，说明较小孔喉范围可动流体含量较高，较大孔喉范围存在一定量的束缚流体。第三次离心后，较大孔喉和较小孔喉范围曲线变化不明显。Ⅲ类岩心在0.10～5.57 ms的较小孔喉范围和34.65～149.49 ms的较大孔喉范围存在束缚流体，较小孔喉范围束缚流体含量高(见图2(e-f))。5号、6号岩心的可动流体饱和度分别为46.65%、44.30%，T2截止值分别为1.86、2.23 ms。

第一、第二次离心实验的转速分别为4 500、6 500 r/min，对应的离心力分别为0.58、0.84 MPa。根据岩心特征，第三次离心实验适当增大转速，由1号到6号岩心的转速分别为7 300、7 500、7 100、7 200、7 200、7 100 r/min，对应的最佳离心力分别为0.94、0.97、0.92、0.93、0.93、0.92 MPa。0.58 MPa离心力作用下，6块岩心的可动流体饱和度介于14.35%～23.15%。大多数岩心的可动流体主要来源于较小孔喉，较小孔喉范围部分可动流体进入较大孔喉，流体很难被动用，影响较大孔喉范围可动流体含量。离心力升高至0.90 MPa时，6块岩心的可动流体饱和度介于43.49%～53.61%。较高的离心力作用下，较大孔喉范围流体几乎全被动用，较小孔喉范围部分流体被动用，有较多量的流体滞留在较小孔喉中。束缚流体赋存的孔喉尺度随离心力的升高而变小。离心力升高至最佳离心力时，岩心可动流体饱和度为44.30%～54.88%，平均为48.38%。

第一次离心后，与饱和水状态相比，6块岩心可动流体饱和度变化为14.35%～23.15%；第二次离心后，可动流体饱和度变化为22.75%～32.53%；第三次离心后，可动流体饱和度变化为3.35%～4.75%。

3.3 可动流体动用规律

黄兴等[32]、章彤等[42]研究表明，离心实验存在最佳离心力，离心力过低导致核磁共振测试的可动流体参数低，从而低估储层的流体动用能力。进行3次不同离心力作用下的离心实验，其中第二、第三次离心实验得到的核磁共振T2谱变化不超过5%。岩心离心实验的转速介于7 100～7 500 r/min，对应的最佳离心力介于0.92～0.97 MPa。较低离心力和最佳离心力作用下，选择不同孔喉尺度的可动流体参数进行分析。

较低离心力作用下，较大孔喉范围可动流体饱和度低，介于2.09%～10.59%，1号岩心较大孔喉范围可动流体饱和度最高，由2号到6号岩心依次递减。初始状态时，由1号到6号岩心较大孔喉发育程度变差。岩心的孔喉发育程度与可动流体，尤其是较大孔喉范围可动流体含量有相关关系，即较大孔喉占比越高，岩心的可动流体饱和度越高(见图3(a))。最佳离心力作用下，不同孔喉尺度的可动流体饱和度上升明显，较大孔喉范围可动流体饱和度介于10.25%～28.59%，由1号到6号岩心依次递减；较小孔喉范围可动流体饱和度介于16.77%～36.40%；5号和6号岩心较小孔喉范围可动流体含量最高，2号、3号、4号岩心的次之，1号岩心的最低(见图3(b))。整体孔喉的可动流体饱和度介于44.30%～54.88%，6块岩心差别不大，与岩心的孔喉发育程度没有明显的相关关系。对于孔喉发育程度好、较大孔喉占比高的岩心，较大孔喉和较小孔喉范围可动流体饱和度差异小，较大孔喉范围可动流体饱和度随离心力的升高而明显上升。对于孔喉发育程度差、较大孔喉占比低的岩心，较大孔喉和较小孔喉范围可动流体饱和度具有明显差异，较小孔喉范围可动流体饱和度随离心力的升高而明显上升。

图3 较低和最佳离心力作用下不同孔喉尺度可动流体饱和度Fig.3 Movable fluid saturation at different scales of pore throats under lower and optimal centrifugal forces

4 可动流体主控因素

储层物性好，孔喉发育程度高、连通性好，储层储集能力高、渗流能力好，可动流体赋存特征与储层物性、微观孔喉特征具有相关关系[46-47]。在流体渗流过程中，黏土矿物遇水膨胀或颗粒脱落对储层孔喉结构产生伤害，从而导致流体动用程度变差[48]。储层可动流体赋存特征是多因素共同作用的结果[49-50]。

4.1 储层物性

研究区岩心孔隙度介于7.00%～9.01%，平均为8.14%；渗透率介于(1.15～2.58)×10-3μm2，平均为1.62×10-3μm2。储层物性非均质性较弱，物性较差，孔喉结构复杂。

储层物性与储层的流体渗流能力有一定的相关关系(见图4(a))，孔隙度与整体孔喉可动流体饱和度呈正相关关系，相关因数为0.62，随孔隙度的增大，整体孔喉的可动流体饱和度也增大。孔隙度与较大孔喉可动流体饱和度呈正相关关系，相关因数为0.86。储层孔隙度大，一定程度说明孔喉尺度较大，较大孔喉占比高，较大孔喉范围可动流体是整体孔喉可动流体的主要贡献者，孔隙度制约较大孔喉可动流体含量。孔隙度与较小孔喉可动流体饱和度没有相关关系(见图4(b))，渗透率与整体孔喉可动流体饱和度呈正相关关系，相关因数为0.84。随储层渗透率的增大，储层可动流体含量增多。渗透率与较小孔喉和较大孔喉范围可动流体饱和度没有相关关系，物性不是储层可动流体含量的唯一控制因素，可动流体的赋存特征受多因素影响。

图4 岩心储层物性与可动流体饱和度相关关系 Fig.4 Correlation between physical properties and movable fluid saturation of core samples

4.2 孔喉结构

研究区岩心扫描电镜测试结果表明，1号岩心可见孔隙较发育，孔隙—喉道连通性较好，部分孔隙充填不规则状伊/蒙混层矿物(见图5(a))；2号、3号、4号岩心多见溶蚀孔隙，孔隙尺度较小，且多被伊/蒙混层矿物、蠕虫状高岭石充填，粒表可见绿泥石等黏土矿物(见图5(b-d))，2号、3号、4号岩心的孔隙度、喉道发育程度低于1号岩心的；5号、6号岩心可见溶蚀孔隙发育，粒间孔含量低，孔隙连通性差，多见孔隙被黏土矿物充填，储集空间多为分散、孤立的孔隙，孔隙尺度较小，整体孔喉发育程度较差(见图5(e-f))。

图5 研究区岩心微观孔喉特征Fig.5 Microscopic pore throat characteristics of core samples in the study area

研究区岩心压汞测试结果表明，岩心排驱压力介于0.30～1.11 MPa，平均为0.62 MPa；最大孔喉半径介于0.66～2.46 μm，平均为1.48 μm；退汞效率介于19.23%～38.46%，平均为30.60%；分选因数平均为1.84，均值因数平均为0.15。研究区砂砾岩排驱压力低，分选性较差，孔喉非均质性强(见表2)。

表2 研究区砂砾岩岩心特征Table 2 Characteristics of glutenite core samples in the study area

选取排驱压力、分选因数与不同孔喉尺度的可动流体饱和度进行相关关系分析，其中排驱压力表征孔喉的尺度和连通程度，分选因数表征孔喉的非均质性(见图6)。排驱压力、分选因数与较小孔喉范围、整体孔喉可动流体饱和度没有相关关系。排驱压力与较大孔喉范围可动流体饱和度有一定的负相关关系，相关因数为0.51，排驱压力越大，较大孔喉范围可动流体饱和度越低，渗流阻力越大。分选因数与较大孔喉范围可动流体饱和度呈正相关关系，相关因数为0.50，孔喉分选好，孔喉系统复杂程度低，有利于流体渗流，可动流体饱和度高。整体上，较大孔喉范围可动流体赋存特征与岩心的孔喉特征有一定的相关关系，较小孔喉范围可动流体渗流特征复杂，影响因素多，无法与单一影响因素有好的相关关系。

图6 岩心较大孔喉特征参数与可动流体饱和度相关关系Fig.6 Correlation between the characteristic parameters of the larger pore throat and the movable fluid saturation

4.3 黏土矿物

6块岩心的黏土矿物质量分数中，蒙脱石与伊/蒙混层质量分数在55.25%～73.11%之间，平均为65.67%；绿泥石与绿/蒙混层质量分数在14.33%～29.41%之间，平均为21.66%；高岭石质量分数在2.95%～9.88%之间，平均为6.65%；伊利石质量分数在5.01%～12.35%之间，平均为6.02%。高岭石是典型的速敏矿物，水敏矿物主要为蒙脱石和伊/蒙混层，蒙脱石与伊/蒙混层质量分数高导致储层水敏程度严重。

黏土矿物使孔喉表面变得粗糙，渗流阻力增大，导致赋存在孔喉中的流体增多。另外，黏土矿物填充或遇水膨胀减小孔隙空间或堵塞喉道，造成束缚流体增加。研究区砂砾岩储层黏土矿物质量分数为4.57%，其中，蒙脱石与伊/蒙混层质量分数为65.67%，绿泥石与绿/蒙混层质量分数为21.66%，高岭石质量分数为6.67%，伊利石质量分数为6.00%。扫描电镜图像可见储层粒间孔被黏土矿物填充，粒表可见大量黏土矿物(见图7)。

图7 研究区岩心黏土矿物特征Fig.7 Characteristics of clay minerals in the core samples in the study area

5 结论

(1)玛2井区百口泉组砂砾岩储层岩心核磁共振T2谱为近似单峰态。较低离心力作用下，较小孔喉范围可动流体进入较大孔喉，较大孔喉范围可动流体饱和度低。最佳离心力作用下，较大孔喉范围流体几乎全被动用，束缚流体的主要赋存空间为较小孔喉。

(2)研究区岩心的T2截止值为1.86～6.69 ms，平均为4.02 ms；可动流体饱和度为44.30%～54.88%，平均为48.38%；可动流体孔隙度为1.86%～6.69%，平均为3.95%，可动流体参数分布范围差异较小。

(3)对于孔喉发育程度好、较大孔喉占比高的岩心，不同孔喉尺度的可动流体饱和度差异小，较大孔喉范围可动流体饱和度随离心力的升高而明显上升。对于孔喉发育程度差、较大孔喉占比低的岩心，不同孔喉尺度的可动流体饱和度具有明显差异，较小孔喉范围可动流体饱和度随离心力的升高而明显上升。

(4)孔隙度、渗透率与整体孔喉的可动流体饱和度呈正相关关系。排驱压力与较大孔喉范围可动流体饱和度呈负相关关系，分选因数与较大孔喉范围可动流体饱和度为正相关关系。黏土矿物填充或遇水膨胀减小孔隙空间或堵塞喉道，造成束缚流体含量增加。