特低渗透储层微观孔隙结构及可动流体赋存特征研究
——以鄂尔多斯盆地合水-华池地区长6储层为例

霍　磊，孙　卫，曹　雷，陈　强，李　历

(西北大学地质学系·大陆动力学国家重点实验室，陕西西安 710069)

特低渗透储层微观孔隙结构及可动流体赋存特征研究

——以鄂尔多斯盆地合水-华池地区长6储层为例

霍磊，孙卫，曹雷，陈强，李历

(西北大学地质学系·大陆动力学国家重点实验室，陕西西安 710069)

摘要：在岩石薄片、扫描电镜观察微观孔隙结构的基础上，利用恒速压汞、核磁共振技术对合水-华池地区长6储层样品进行测试，研究结果表明：合水-华池地区长6储层孔隙类型主要有粒间孔、长石溶孔、岩屑溶孔；喉道主要为片状或弯片状喉道和缩颈型喉道；储层为大孔隙-细喉道、微细喉道组合的配置关系；合水-华池地区长6储层9块样品T2谱频率曲线可以分为单峰态和双峰态两类；可动流体主要赋存在大孔隙中，其次是大喉道中；储层可动流体饱和度受很多因素的影响，而喉道半径和有效孔隙空间对可动流体饱和度影响较大。

关键词：可动流体；孔隙结构；核磁共振；合水-华池地区

我国特低渗透油气藏含油层系多，分布区域广，是当前和今后一段时间内石油勘探开发的主要领域[1-2]。特低渗透砂岩储层一般受沉积、成岩作用改造的影响，具有物性差、微观孔隙结构及流体赋存状态复杂等特征[1-3]，对特低渗透储层的孔隙结构和可动流体赋存特征研究主要是在基础地质研究、岩心及薄片观察的基础上，借助常规压汞、恒速压汞、核磁共振等实验手段，获取孔喉参数、可动流体饱和度等参数，从而为制定或调整储层开发方案提供合理依据。

1区域地质与储层特征

合水-华池地区位于陇东地区，构造位置位于鄂尔多斯盆地伊陕斜坡西南缘，该区构造平缓，长6储层起伏不大，仅在西倾单斜背景上局部发育小型鼻状隆起。合水-华池地区长6期中部与北部大面积处于半深湖-深湖相沉积区，主要接受深湖相重力流沉积，沉积类型主要为砂质碎屑流和浊流，仅南部部分区域为三角洲前缘亚相沉积，物源以南向、西南向和北东向为主[5-6]。

合水-华池地区长6储层岩石类型主要为中细粒岩屑长石砂岩，孔隙度1.00%～17.52%、平均值9.20%，渗透率(0.01～17.30)×10-3μm2、平均为0.14×10-3μm2。砂岩碎屑中石英含量15.6%～84.0%、平均为41.3%；长石含量7.8%～55.0%、平均为22.0%；岩屑含量4.0%～36.2%，平均为16.8%；岩屑包括变质岩屑、火山岩屑和沉积岩屑。在其他矿物成分中云母类含量最高。储层填隙物中胶结物主要有：水云母、绿泥石、铁方解石、铁白云石、方解石、硅质及少量的高岭石。碎屑颗粒粒度在中砂、黏土之间均有分布，主要在细砂～极细砂之间，粒径主要为0.25～0.50 mm，磨圆程度较差，主要为次棱角状，约占95%以上，有少量呈次棱-次圆、次棱-棱角状。碎屑颗粒分选中等。黏土矿物主要有绿泥石、伊利石、伊蒙混层及少量高岭石，其中伊利石平均含量为76.29%；绿泥石、伊蒙混层平均含量分别为11.5%、12.56%，高岭石较少见。

2孔隙类型及结构特征

合水-华池地区长6储层孔隙半径主要为20～140 μm，其孔隙类型主要有原生粒间孔、长石溶孔、岩屑溶孔、晶间孔、微孔和微裂隙等。在早期成岩过程中压实作用较强，粒间孔大量损失，后期成岩改造发育较多溶蚀孔，溶孔中长石溶孔较岩屑溶孔多。溶蚀作用显著地增加了有效孔隙的连通性，镜下易溶颗粒多呈表面溶蚀与粒缘溶蚀状。晶间孔含量较少，多发育在重结晶自生伊利石、绿泥石、网状黏土等矿物晶体之间，微裂隙含量较少，但能显著增加储层渗透性(图1、表1)。

图1　合水-华池地区长6储层不同孔隙含量及孔径大小分布

样品编号孔隙度/%渗透率/10-3μm2孔隙半径平均值/μm喉道半径平均值/μm主流喉道半径/μm孔喉半径比平均值总孔隙进汞饱和度/%总喉道进汞饱和度/%可动流体饱和度/%可动流体孔隙度/%110.500.25127.010.320.29488.621.7811.7940.724.2829.700.23133.010.250.22628.520.9017.5638.473.7338.600.18136.050.260.21654.019.5116.5237.033.18410.200.49131.120.891.04325.223.2519.6938.953.9759.700.12132.620.310.27578.115.628.0831.773.08611.470.60143.421.532.05265.734.8529.6350.945.84710.280.43136.510.991.30587.141.5524.4945.674.6989.990.28127.430.961.10223.434.8111.0744.194.4198.910.19126.050.600.64211.731.518.5045.574.06最大值11.470.60143.421.532.05654.041.5529.6350.945.84最小值8.600.12126.050.250.21211.715.628.0831.773.08平均值9.930.31132.580.680.79440.327.0916.3741.484.14

2.1粒间孔

粒间孔为储层经历早期成岩的压实作用和后期胶结作用下仍未被完全压实和堵塞的孔隙。统计薄片鉴定结果发现，合水-华池地区长6储层粒间孔占面孔率的百分含量最大为85.4%，最小为2.0%，平均为22.8%，形态一般比较规则，但大小不一，孔径多介于40～130 μm。粒间孔具有相对良好的连通性和渗透性，含量较溶孔类少，主要是早期成岩阶段较强的机械压实、压溶和胶结作用导致大量损失。

2.2溶蚀孔

溶蚀孔指储层经历沉积和成岩作用，由于流体运移过程中发生溶解作用所形成的孔隙。统计薄片鉴定结果发现，合水-华池地区长6储层溶蚀孔占面孔率的百分含量最大为97.0%，最小为11.7%，平均为71.2%。主要发育长石溶孔和岩屑溶孔，长石溶孔多沿着长石颗粒易溶部分及解理发生选择性的粒缘及粒内溶蚀，呈现出多样的孔隙形态，有长条的解理溶孔、铸模溶孔、不规则粒缘溶孔等。长石溶蚀孔孔径一般为20～120 μm，呈不均匀分布，常与其它孔隙伴生。岩屑多为喷发岩、高变质岩、千枚岩、变质砂岩等，其中可溶性组分形成全部溶蚀或部分溶蚀的孔隙，局部具有肉眼可见的溶孔。合水-华池地区长6储层溶蚀孔很好地改善了早期成岩演化过程中原生孔隙发育较少的储层的物性，对储层的储集性和渗流性的改良有很大的贡献。

2.3晶间孔与微裂隙

晶间孔在研究区储层岩石孔隙中含量较少，主要为溶蚀作用形成的伊利石晶间孔和绿泥石晶间孔，局部可见含量较少的高岭石晶间孔。研究区储层晶间孔对储层储集性能的贡献率较低，虽然晶间孔在一定程度上增大了储层的储集空间，但由于孔径很小、流体不易流动，基本上属于无效孔隙，晶间孔孔径一般5～25 μm。微裂隙与微裂缝含量极少，孔径细小，其沟通了原本互相不连通的孔隙，是流体渗流的优势通道，由于其含量较少，对于改善储层的渗流能力也很有限。微孔及微裂隙孔径较小，一般为5～18 μm。

2.4结构特征

通过恒速压汞等实验手段得到合水-华池地区长6储层9块样品的孔隙结构参数(表1)，可以看出，合水-华池地区长6储层9块样品的孔隙半径平均值相近。

3喉道类型及结构特征

通过大量铸体薄片和扫描电镜的观察和统计发现，合水-华池地区长6储层喉道主要为片状或弯片状喉道和缩颈型喉道，含量分别为60.4%、31.3%，其次为含量较少的管束状喉道和孔隙缩小型喉道。片状喉道多见于矿物颗粒线接触，颗粒边缘发育的绿泥石等黏土矿物呈丝状介于喉道中，见图2。弯片状喉道主要发育在强烈压实作用呈镶嵌式颗粒凹凸接触处，该类喉道空间弯曲细小、表面粗糙，容易形成堵塞。孔隙缩小型喉道较少见，主要发育在局部颗粒支撑、胶结物较少处，与孔隙差异较小。管束状、蜂窝状喉道含量很少，发育在局部呈杂基支撑、基底式胶结处，喉道半径极细。长6储层喉道整体细小，孔隙之间连通性较差，渗流能力较差，孔喉半径比平均值较大，表明储层为大孔隙-细喉道、微细喉道配置关系。

4可动流体T2谱特征

储层岩石中的流体一部分为自由可动流体，一部分受到固体岩石孔喉的作用呈束缚状态为不可动流体。利用核磁共振技术通过测定岩石中流体的T2弛豫时间来表征储层岩石中赋存的可动流体、束缚流体含量以及可动流体孔隙度等参数，可以直观、快速地评价孔隙结构特征及油气可采程度[9-11]。

图2　合水-华池地区长6储层不同喉道含量及喉径大小分布

依据岩心离心压力实验和低渗储层研究经验[1，8-9]，将13.895 ms作为可动流体与束缚流体的T2弛豫时间界限值。图3中显示，9块样品T2谱频率曲线可以分为两类，一类为单峰态，另一类为双峰态，可动流体饱和度最大值为50.94%，最小值为31.77%，平均值为41.48%；可动流体孔隙度最大值为5.84%，最小值为3.08%，平均值为4.14%(图3、表1)。

5孔喉结构特征参数与可动流体饱和度分析

5.1可动流体的赋存分析

可动流体由孔隙和大喉道中的流体共同组成[8]，通过分析总孔隙进汞饱和度，总喉道进汞饱和度与可动流体饱和度的相关性，发现总孔隙进汞饱和度与可动流体饱和度有更好的正相关性(图4)，说明可动流体主要赋存在大孔隙中，其次是大喉道中。储层流体只是处在某一压力平衡状态下，只要压力平衡状态改变，流体就会发生渗流以达到新的平衡。孔隙中流体经常发生着流动，若连通储层有效孔隙的喉道数量少，流体易被束缚在孔隙中。同时，流体容易在细喉道中受到毛细管力等阻力而难以流动，呈束缚状态，当储层普遍的喉道半径较大且可供流体储层的空间越大，才能聚集越多的可动流体，对应可动流体饱和度越高。

图3　合水-华池地区长6储层岩样核磁共振T2谱的频率分布

5.2孔喉结构特征参数对可动流体的影响

图4　孔喉进汞饱和度与可动流体饱和度的关系

分析孔隙结构特征参数与可动流体饱和度的关系发现(图5)，喉道半径平均值、主流喉道半径的大小与可动流体饱和度以及可动流体孔隙度呈较强的正相关性，相关系数R2分别为0.6433，0.6519，0.4396，0.7943。孔隙半径平均值与可动流体饱和度及可动流体孔隙度具较弱的正相关性，相关系数R2仅为0.074，0.18。孔喉半径比平均值与可动流体饱和度及可动流体孔隙度呈负相关性，相关系数R2为0.3816，0.2921。

分析表明，较大的喉道半径对可动流体饱和度有很强的正效应，即大喉道有利于流体的运移和聚集储藏，也利于开发过程中油藏流体的渗流；孔隙虽然作为可动流体主要的赋存空间，但其半径大小与可动流体饱和度较差的相关性表明：孔隙半径大小对于可动流体饱和度值的影响是有限的。孔喉半径比平均值与可动流体饱和度及可动流体孔隙度呈负相关性，孔喉半径比越大，孔喉半径差异越大，孔喉分布越不均匀且微观非均质性越强，对应的可动流体饱和度值则越低。

6结论

(1)合水-华池地区长6储层孔隙半径主要为20～140 μm，其孔隙类型主要有粒间孔、长石溶孔、岩屑溶孔，晶间孔、微孔和微裂隙含量较少。喉道主要为片状或弯片状喉道和缩颈型喉道，其次为含量较少的管束状喉道和孔隙缩小型喉道。喉道半径主要为0.68～1.53 μm。储层为大孔隙-细喉道、微细喉道组合的配置关系。

(2)合水-华池地区长6储层9块样品T2谱频率曲线可以分为两类，一类为单峰态，另一类为双峰态，可动流体饱和度最大值为50.94%，最小值为31.77%，平均值为41.48%，可动流体主要赋存在大孔隙中，其次是大喉道中。

(3)较大的喉道半径对可动流体饱和度有很强的正效应，大喉道有利于流体的运移和聚集储藏；孔隙半径大小对于可动流体饱和度值的影响是有限的；孔喉半径比越大、孔喉半径差异越大、孔喉分布越不均匀且微观非均质性越强，对应的可动流体饱和度越低；当储层普遍的喉道半径较大且可供流体储层的空间越大，才能聚集越多的可动流体，对应可动流体饱和度也越高。

参考文献

[1]王为民,郭和坤,叶朝辉,等.利用核磁共振可动流体评价特低渗透油田开发潜力[J].石油学报,2001,22 (6):40-44.

[2]高辉 孙卫.特特低渗透砂岩储层可动流体变化特征与差异性成因[J].地质学报,2010,84(8):1223-1230.

[3]高辉, 孙卫, 费二战,等.特低-超特低渗透砂岩储层微观孔喉特征与物性差异[J].岩矿测试, 2011, 30(2): 244-250.

[4]杨华,钟大康,姚泾利,等.鄂尔多斯盆地陇东地区延长组砂岩储层孔隙成因类型及其控制因素[J].地学前缘,2013,20(2):69-76.

[5]陈全红,李文厚,郭艳琴,等.鄂尔多斯盆地南部延长组浊积岩体系及油气勘探意义[J].地质学报,2006,80(5):656-663.

[6]武富礼,李文厚,李玉宏,等.鄂尔多斯盆地上三叠统延长组三角洲沉积及演化[J].古地理学报,2004,6(3):307-315.

图5　孔喉结构特征参数与可动流体饱和度的关系

[7]张创,孙卫,杨建鹏,等.低渗砂岩储层孔喉的分布特征及其差异性成因[J].地质学报, 2012, 86(2): 335-348.

[8]师调调, 孙卫,何生平.特低渗透储层微观孔隙结构与可动流体饱和度关系研究[J].地质科技情报, 2012, 31(4): 81-83.

[9]王瑞飞,陈明强.特低渗透砂岩储层可动流体赋存特征及影响因素[J].石油学报,2008,29(4):558-561.

[10]Morad S,Al-Ramadan K,Ketzer J M,et al.The impact of diagenesis on the heterogeneity of sandstone reservoirs:a review of the role of depositional facies and sequence stratigraphy[J].AAPG Bulletin,2010,94(8):1267-1309.

[11]何雨丹,毛志强, 肖立志,等.核磁共振T分布评价岩石孔径分布的改进方法[J].地球物理学报, 2005，48(2)：373-378

编辑：李金华

文章编号：1673-8217(2016)01-0121-05

收稿日期：2015-07-21

作者简介：霍磊，1988年生，2013年毕业于西北大学地质学专业，油气田开发工程专业在读硕士研究生，从事油气田开发地质与储层研究。

基金项目：国家科技重大专项“大型油气田及煤层气开发”(2011ZX05044)；陕西省科技统筹创新工程(2011KTZB01-04-01)。

中图分类号：TE348

文献标识码：A