核磁共振及微、纳米CT技术在致密储层研究中的应用——以鄂尔多斯盆地长7段为例

韩文学，高长海，韩霞

（1.中国石油大学（华东），山东 青岛 266580；2.中国石化胜利油田分公司现河采油厂，山东 东营 257000）

核磁共振及微、纳米CT技术在致密储层研究中的应用
——以鄂尔多斯盆地长7段为例

韩文学1，高长海1，韩霞2

（1.中国石油大学（华东），山东 青岛 266580；2.中国石化胜利油田分公司现河采油厂，山东 东营 257000）

鄂尔多斯盆地长7段以致密储层为主，广泛发育微、纳米级孔喉系统，孔喉连通复杂。致密砂岩储层研究的基础是精确表征这类孔喉的特征，致密砂岩储层属于非常规的范畴，采用传统的研究方法无法实现微、纳米级孔喉的精确表征。借助核磁共振技术、CT技术，具体分析了Z230井、X233井、N44井的致密岩心样品，实现了对致密储层的精确表征。核磁共振技术实验得出，可动流体饱和度是评价低渗透致密储层的一个重要参数，可动流体饱和度与孔隙度、渗透率具有相关性；T2谱图分析得出了岩样的孔隙分布特征；微、纳米CT实验得到了孔喉三维立体图，并对岩样进行扫描切片成像，直观显示了孔喉的形态特征。实验分析认为，核磁共振技术与微、纳米CT技术可以实现对致密储层的精确表征与评价，是致密储层勘探开发的一个重要的技术手段。

核磁共振技术；微、纳米CT技术；致密砂岩储层；储层表征；微、纳米级孔喉系统；长7段

0 引言

目前，常规油气藏已经不能满足我国经济发展的需求，非常规油气藏受到了广泛的关注［1-6］。在此背景下，以鄂尔多斯盆地长7段为代表的致密油藏得到了勘探开发［7-9］。长7段发育一套低孔、低渗致密储层，源储配置好，有利于形成大规模的致密油气藏［10-19］，鄂尔多斯盆地长7段以微、纳米级孔喉为主［20］。

作为衡量和评价储层优劣的重要指标，孔隙结构特征研究一直受到国内外石油地质学家的关注［20-26］。储集层微观孔隙结构是指储集岩中孔隙和喉道的几何形状、大小、分布及其相互连通关系，是影响储层物性的重要因素［17］。对于以纳米级孔喉为主的致密砂岩储集体，孔喉结构更是决定孔渗特征的重要因素［18］，致密砂岩储层通常是指渗透率小于或等于0.1×10-3μm2的砂岩储层［19］。孔喉微观结构是决定其孔渗特征的重要因素，准确全面表征储层微观孔喉结构已成为致密储集层研究的重要内容。由于致密储层的特殊性，采用常规方法无法完成致密储层的精确表征。利用核磁共振技术，反演得到T2谱图，再通过标定岩心T2截止值时间，可以得到岩心可动流体饱和度，然后分析岩心的孔隙结构［21］。利用高精度Micro-CT或Nano-CT技术［22］，可以完成致密储层微、纳米级别的孔喉观察和定量研究。由于微、纳米CT扫描技术不具有破坏性，所以把样品在处理前和处理后的图像和数据进行对比，准确评估在人工处理前、后岩石内部的变化［23］。

1 核磁共振技术应用

1.1 可动流体饱和度

致密储层物性极差，大部分流体被毛细管力和黏滞力束缚而不能流动，因此，只有可以自由流动的那部分流体才具有开采价值。但致密油藏的勘探开发潜力评价通常是采用常规的评价方法，没有考虑到可动流体的因素，显然，这样做是不准确的，无法完成对致密储层的精确评价［24］。

当致密储层孔隙小到某一程度后，孔隙中的流体无法流动，就成为束缚流体，在T2弛豫时间谱上对应着一个界限值，叫做可动流体截止值。可根据T2弛豫时间的大小和分布特征对致密储层孔隙内的流体进行分析，进而对致密储层进行精确评价。

庄230井位于长庆油田合水地区，构造上位于鄂尔多斯盆地伊陕斜坡。岩性主要为灰褐色油斑细砂岩、灰色油迹细砂岩、灰色细砂岩，成分以长石为主，石英次之。分析21块样品，孔隙度最大10.37%，最小2.96%，平均7.81%；渗透率最大0.281 3×10-3μm2，最小0.033 7×10-3μm2，平均0.118 8×10-3μm2，属于典型的低孔、低渗储层。本次试验所用仪器是低磁场核磁共振岩心分析仪，可以对长度不大于5 cm，直径2.5 cm岩心含水信号量进行精确扫描，反演得到T2谱，通过标定岩心T2截止值时间，得到岩心束缚水饱和度和可动流体饱和度。

庄230井的一块岩心样品在4个不同的离心力下的核磁共振弛豫时间谱见图1，通过T2弛豫时间谱可以确定可动流体的T2截止值［21-26］。

图1 庄230井离心前后T2谱

图1中横坐标大于T2截止值的部分与曲线围成的积分面积就是可动流体的体积百分数。试验中，0.145，0.290，1.441，2.876 MPa离心力分别对应1.00，0.50，0.10，0.05 μm喉道半径，不同的离心力对应着不同的含水饱和度（见表1）。在此喉道半径是指核磁共振可动流体在岩石内部孔径半径大于此喉道半径孔隙中所含的流体量，因此，对于致密储层来说，它能够作为最大可开采资源量的评价标准。

表1 离心力与含水饱和度的关系

总结核磁共振T2谱图，可得出：1）T2谱图明显呈现双峰形态，表明岩心内大孔与小孔孔隙半径有明显界限；2）弛豫时间小于10 ms的包络面积明显小于弛豫时间大于10 ms的包络面积，表明岩石微小孔隙发育的数量明显小于大、中孔隙；3）随着试验所用离心力的增大，含水饱和度在逐渐减小，但是，当减小到一定程度后，含水饱和度不再发生变化，此时对应的含水饱和度即为束缚水饱和度。

1.2 可动流体饱和度与孔隙度、渗透率的关系

庄230井的可动流体饱和度与孔隙度、渗透率之间的相关关系见图2。由图2可看出：可动流体饱和度与孔隙度相关系数仅为0.235 6，相关性极差；可动流

体饱和度与渗透率相关系数为0.698 5，虽然高于与孔隙度的相关系数，但依然很差。

图2 孔隙度、渗透率与可动流体饱和度之间的关系

不同于常规储层，孔隙度较高的储层，可动流体反而可能较低，反之亦然。笔者推断，造成这一现象的原因可能是储层中存在较多的“死孔隙”，即这些孔隙增加了总体测量的孔隙度，但是这些孔隙是孤立的，流体束缚在其中无法自由流动，造成了高孔隙度下的低可动流体饱和度。与此同时，渗透率较高的储层，其可动流体饱和度反而可能较低，反之亦然。造成这一现象的原因可能是岩样中微裂缝的发育程度不同。即如果微裂缝发育，即使储层渗透率极低，由于微裂缝的沟通，可动流体饱和度依然可能很高；如果微裂缝的发育程度较低，即使渗透率较高，其可动流体饱和度依然较低。因此，对于非常规致密储层，不能简单地照搬常规储层的那套评价参数，而应该考虑可动流体饱和度这一重要参数。

2 微、纳米CT技术应用

2.1 孔喉系统

鄂尔多斯盆地致密储层发育多尺度、多类型孔隙，储层可见孔体积分数低，以黏土矿物晶间孔与长石溶蚀孔、粒间残余孔等孔隙为主。储层喉道细小，孔喉结构复杂，其中广泛发育的微米级孔隙构成了致密油的有效储集空间。能否对这些微、纳米级孔喉系统进行精确表征，关系到致密油藏勘探开发的成败。

本次实验采用实验室光源显微成像纳米级CT（最大分辨率为50 nm）与微米级CT（最大分辨率0.7 μm）相结合的方法，定量表征致密砂岩储层微观孔喉结构。微米CT定量分析表明，鄂尔多斯盆地致密油储层大于2 μm的孔隙体积分数占97%以上（见图3）。孔喉的有效配置是控制致密油储层物性的主要因素，喉道半径是储层渗透性能的主控因素。长7段致密油储层喉道半径分布范围窄，主要分布于100～750 nm。通过对长7段岩心进行微、纳米CT扫描，建立了孔喉网络模型，可以直观观测孔隙和喉道（见图4）。实验结果表明：部分相对较大喉道连通性较好，孔隙配位数较高（平均为2.5），喉道半径大于300 nm的喉道约占总喉道的60%，为烃类分子运移提供了良好的通道。

图3 鄂尔多斯盆地长7段致密储层孔隙构成

图4 X233井CT扫描结果

2.2 致密储层微裂缝

微裂缝的发育有助于致密油藏的形成，同时广泛发育的微裂缝，进一步改善了储集空间，有利于致密油藏的生产开发。岩心观察表明：长7段致密砂岩储层天然微裂缝较发育，每10 m发育天然裂缝2～3条，水平两向应力差4～7 MPa，有利于形成复杂裂缝；裂缝间距小，充填程度低，主要为层面缝、斜向缝和垂向缝；含油性差的层段裂缝不发育，裂缝发育的层段，含油性较好。在极致密的层段（如泥质粉砂岩）中，储层本身物性极差，裂缝的存在可以改善储层的物性，对其含油性具有一定的控制作用。

如何在微观层面精确表征这些微裂缝，也是致密油藏勘探开发的重要问题。通过CT扫描技术及三维成像显示，准确直观地研究了致密储层的微裂缝系统。结果显示，长7致密砂岩样品内部微孔隙带较为发育，与微裂缝形成连通的储集、渗流系统（见图5）。

图5 N44井长7段致密砂岩CT扫描

3 结论

1）核磁共振实验得出的T2谱图，可以精确表征致密储层的孔隙分布情况，定量研究储层中的可动流体饱和度。

2）可动流体饱和度的大小与孔隙度、渗透率的关系不大。不同于常规油藏评价参数，可动流体饱和度是致密储层评价的一个重要参数指标。

3）微、纳米CT技术可以实现致密储层孔喉系统的三维成像显示，对样品的要求低且没有破坏性，所得结果更加形象、直观，而且可以定量识别孔隙和喉道，避免了传统的多种实验相结合的缺点。

4）利用CT扫描成像技术，建立了CT扫描分层切片及正交切片，直观描述了致密砂岩内部微孔隙带的发育情况，以及与微裂缝形成的储集、渗流系统。

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（编辑 杨会朋）

Application of NMR and micrometer and nanometer CT technology in research of tight reservoir:Taking Chang 7 Member in Ordos Basin as an example

Han Wenxue1,Gao Changhai1,Han Xia2
(1.China University of Petroleum,Qingdao 266580,China;2.Xianhe Oil Production Plant of Shengli Oilfield Company,SINOPEC, Dongying 257000,China)

Chang 7 Member in Ordos Basin belongs to tight sandstone reservoir.Micrometer and nanometer pores dominate the storage spaceoftightsandstonereservoirsandtheconnectivityofporethroatsystemiscomplex.Thestudybasisoftightsandstone reservoiristo characterizeitsporeandthroatsystemprecisely.Thetightsandstonereservoirisunconventionalreservoiranditcann′tbecharacterized by traditional methods.With NMR and micrometer and nanometer CT technologies and by analyzing the core samples from Well Z230, Well X233,Well N44,the tight sandstone reservoirs can be precisely characterized.It is known that mobile fluid saturation is a very important parameter in evaluating the tight sandstone reservoirs and mobile fluid saturation has correlation with porosity and permeability.By T2spectrogram,the distribution of pore is analyzed.Through micrometer and nanometer CT test,the 3D image of pore and throat is gotten.And the scanning slice is imaged with the micrometer and nanometer CT technology.It shows the morphological characteristics of pore and throat intuitively.NMR and micrometer and nanometer CT technologies can precisely characterize and evaluate thetightsandstonereservoirs,whichareimportanttoolsfortheexplorationanddevelopmentoftightreservoirs.

NMR technology;micrometer and nanometer CT technology;tight sandstone reservoir;reservoir characterization; micrometer and nanometer pore throat system;Chang 7 Member

国家重点基础研究发展计划（973计划）项目“致密油（页岩油）赋存与运聚机理”（2014CB239005）；

山东省自然科学基金项目（ZR2013DM016）；中央高校基本科研业务费专项资金项目（14CX02034A）

TE135

：A

10.6056/dkyqt201501013

2014-05-11；改回日期：2014-11-12。

韩文学，男，1989年生，在读硕士研究生，研究方向为地质资源与地质工程，现从事油气成藏机理及非常规油气方面的工作。E-mail：190885656@qq.com。

韩文学，高长海，韩霞.核磁共振及微、纳米CT技术在致密储层研究中的应用：以鄂尔多斯盆地长7段为例［J］.断块油气田，2015，22（1）：62-66.

Han Wenxue，Gao Changhai，Han Xia.Application of NMR and micrometer and nanometer CT technology in research of tight reservoir：Taking Chang 7 Member in Ordos Basin as an example［J］.Fault-Block Oil&Gas Field，2015，22（1）：62-66.