松辽盆地大安油田纳米级孔隙研究

2015-05-14张月文慧俭白东来马世忠李跃王琦秦旗王海鹏

断块油气田 2015年4期

张月，文慧俭，白东来，马世忠，李跃，王琦，秦旗，王海鹏

（1.东北石油大学地球科学学院，黑龙江大庆 163318；2.中国有色金属长沙勘察设计研究院有限公司重庆分公司，重庆 410000）

随着我国油气资源量的逐年递减，非常规油气的勘探开发逐渐占据一席之地。自美国页岩气大量开发以来，中国也加入了寻找致密油气的行列[1]。我国致密砂岩储层分布范围广且类型多，可采资源量大[2]。对于致密油气储层，孔隙研究的主要类型由毫米—微米级孔喉逐渐向纳米级孔喉转变。近年来，国内大量学者对纳米级孔隙进行了研究，在四川盆地、鄂尔多斯盆地页岩层及胜利油田致密砂岩层均发现了纳米级孔隙，并对纳米级孔隙类型、形态特征进行分类描述，对孔径大小进行测量分析[3-9]。松辽盆地深层青山口组和扶杨油层同样发育致密砂岩[10]，但国内没有对松辽盆地致密油储层进行研究。本文通过高分辨率发射扫描电镜及氮气等温吸附手段，对松辽盆地大安油田纳米级孔隙类型、特征、形态及孔径分布等进行观察描述，为松辽盆地非常规油气增储提供直接证据。

1 研究区概况

大安油田位于松辽盆地南部中央坳陷区大安红岗阶地二级构造带中[11]，属于阶地挤压构造油气聚集带，其地理位置处于东经 119°40′～128°24′，北纬 42°25′～49°23′。研究区位于红岗—大安阶地上的最深洼槽轴线上，东邻松南最好的生油凹陷——大安凹陷，主要含油层为扶余油层和杨大城子油层，属白垩系泉头组第四段和第三段地层。本次研究目的层为泉四段扶余油层，泉四段沉积时期，盆地持续坳陷，河流向盆地推进，形成面积十分可观的低水位浅水三角洲砂体。沉积微相类型有分流河道、河口坝、决口河道、溢岸砂、漫流砂等。该层岩性发育灰白色砂岩、泥质砂岩、棕红色灰绿色泥岩等，致密砂岩发育。

2 储层特征

2.1 物性特征

利用 4 口井（红 88、红 90、红 75-9-1、大 42-1）427块岩心样品，分别对扶余油层孔隙度和水平渗透率进行研究。结果显示，储层孔隙度平均值为7.27%，其中，孔隙度 0～5%的样品比例为 28.34%，5%～10%的为50.35%，10%～15%的为21.31%。参照储层孔隙度分类标准，扶余油层储层属于特低孔—超低孔储层。渗透率研究结果显示，储层水平渗透率平均值为0.25×10-3μm2，其中，渗透率小于0.1×10-3μm2的样品比例为59.86%，0.1×10-3～1.0×10-3μm2的为 37.09%，1.0×10-3～10.0×10-3μm2的为 2.58%，10.0×10-3～50.0×10-3μm2的为0.47%。参照储层渗透率分类标准，扶余油层属于超低渗—非渗储层。

2.2 孔隙结构特征

利用红88、红90、红 75-9-1、大42-1等 4口井 49块常规压汞样品（样品参数见表1），编制了扶余油层常规压汞曲线（见图1）[12]，进而对扶余油层储层孔隙结构进行评价与分析。结果表明：研究区储层孔隙结构整体较差，孔喉半径小，分选性较差，连通性不好。扶余油层孔隙结构规律复杂，与常规储层有一定差异，主要表现在孔喉连通性与孔喉大小、分选性匹配不好，例如：红75-9-1井孔喉相对较大，分选相对较好，但其最大汞饱和度和最大退出效率仅为57.31%，20.19%，反映其连通性较差；而红90井孔喉半径相对较小，分选略差，但其最大汞饱和度和最大退出效率分别达到69.33%，29.22%，反映其孔喉连通性相对较好。此外，扶余油层储层孔隙结构非均质性较强，不同井孔隙结构差异很大（红90井和红75-9-1井差异显著），即使同一口井，不同样品间孔隙结构也有较大差异。

利用红 88、红90、红75-9-1、大42-1等 4口井 49块常规压汞样品，编制了扶余油层储层孔喉半径分布图（见图2），进而对扶余油层储层孔喉半径分布的特点进行评价与分析[13]。从图2可以看出：扶余油层储层孔喉半径主要分布在0.025～0.630 μm，呈双峰分布，分选偏差，渗透率贡献半径分布峰位与孔喉半径分布峰位对应较好；但渗透率贡献半径略偏粗孔喉，峰值半径位于粗孔喉，呈三峰分布，反映比例较少的粗大孔喉对渗透率贡献较多。通过分析储层孔喉半径分布图及部分样品的铸体薄片、扫描电镜发现，扶余油层储层孔隙普遍较小且不太发育，孔隙连通性较差，部分铸体薄片样品见有裂缝发育，但裂缝普遍较小。

表1 49块常规压汞样品参数

3 砂岩纳米级孔隙研究

3.1 砂岩纳米级孔隙类型

在我国，判断致密砂岩标准为：孔隙度小于10%，基质覆压渗透率小于0.1×10-3μm2（或空气渗透率小于1×10-3μm2），孔喉半径小于 1 μm，含油气饱和度小于60%的砂岩储集层[14]。研究区储层岩石渗透率属于低渗—致密等级，且主要以致密和超低渗为主；岩石孔隙度属于低孔—超低孔等级，且主要以特低孔和超低孔为主。

图1 研究区常规压汞曲线

本次运用高分辨率扫描电镜对7块致密砂岩样品进行研究，该扫描电镜观测精度高、能力强，对纳米级孔隙能进行高效的识别鉴定。共发现3种纳米级孔隙类型：矿物晶间纳米孔隙、颗粒内纳米孔隙、微裂缝。

1）矿物晶间纳米级孔隙。该孔隙为充填于孔隙中的自生矿物晶体间的纳米级孔隙，自生矿物以伊利石、绿泥石、石英为主，包括少量方解石等碳酸盐岩矿物。其中，伊利石矿物呈发丝状分布，发育杂乱不规则纳米级孔隙，孔隙大小 0.204～0.714 μm（见图 3a）。绿泥石呈片状发育，粒间存在狭缝状纳米级孔隙，孔隙大小0.081～0.800 μm（见图 3b）。石英矿物晶簇孔隙发育，粒间孔隙呈规则四边形分布，孔隙大小0.200～0.800 μm（见图 3c）。

2）矿物颗粒内纳米级孔隙。岩石骨架颗粒矿物形成的纳米孔主要为石英、长石等矿物溶蚀形成的纳米级孔隙。此类孔隙分布较零散，孔隙间不连通或者连通性极差。石英矿物表面溶蚀形成粒内孔隙，呈椭球状、串珠状分布，孔隙大小 0.042～0.407 μm（见图 3d）。长石矿物表面淋滤形成粒内溶孔，椭圆形、残蚀状分布，孔隙大小 0.352～1.550 μm（见图 3e）。

3）微裂缝。微裂缝是连接微观孔隙与宏观裂缝的桥梁，发育在致密砂岩中的微裂缝主要有两种类型，一种发育在颗粒内部，另一种发育在碎屑颗粒边缘。该区微裂缝仅在石英矿物边缘及表面发现，石英颗粒边缘微裂缝发育在石英矿物颗粒之间镶嵌而成的微裂缝，锯齿状弯曲，长条形分布，缝隙宽度0.135～0.540 μm。石英颗粒内微裂缝发育在矿物颗粒内部，呈锯齿-线状分布，弯曲度较小，缝隙宽度0.031～0.154 μm （见图3f）。石英矿物脆性高，易形成微裂缝，当微裂缝相互连通形成网络后，能有效地改善储层渗流能力，从而成为致密砂岩微观尺度上油气渗流的主要通道。

图3 超低孔低渗—致密砂岩样品扫描电镜

3.2 砂岩纳米级孔隙形态特征

纳米级孔隙形态具有多种性，不同的矿物类型所形成的孔隙形态特征也不同。实验结果显示，大安油田发育有网状（见图3a）、狭缝状（见图3b）、串珠状（见图3d）、短缝状（见图 4a）、三角状（见图 4b）、凹坑近球状（见图 4c）、梯形（见图 4d）、针孔状（见图 4e）、长条状（见图 4f）、线状（见图 4g）、锯齿状（见图 4h）、楔状-长方形状（见图4i）等。纳米级孔隙特征多样，但大多呈独立分布，从表面看喉道极少或没有，优化配置关系、人工改造渗流能力才有助于经济有效开采[15]。

图4 纳米级孔隙形态特征

3.3 砂岩纳米级孔隙面孔率

面孔率是指在显微镜下的岩石可视孔隙度（不含微孔隙），即可视孔隙面积占观测视域总面积的百分比[16]。本次针对单个矿物表面纳米级孔隙进行研究，对单矿物表面提出矿物表面面孔率概念，即扫描电镜下单矿物一个表面上可视孔隙面积占此表面的百分比。

3.3.1 石英矿物表面纳米级面孔率

石英矿物颗粒表面纳米级孔隙发育3种情况：发育良好的面孔率为0.74%（见图5a），发育中等面孔率为0.22%（见图5b），发育较差面孔率为0.11%（见图5c）。石英矿物在自然界中比较稳定，在岩石中石英表面孔隙极低，多为物理作用形成。由实验得知：石英矿物表面平均面孔率为0.36%。

3.3.2 长石矿物表面纳米级面孔率

长石矿物表面纳米级孔隙发育3种情况：发育良好的面孔率为2.70%（见图5d），发育中等面孔率为1.70%（见图5e），发育较差面孔率为1.20%（见图5f）。自然界中长石矿物表面易形成淋滤溶孔，孔隙较多。由实验结果得知：长石矿物表面平均面孔率为1.90%。

4 氮气等温吸附对孔径分布的影响

为研究纳米级孔隙分布规律，本次运用氮气等温吸附法对中微孔孔径进行研究。采用体积等效代换原理，对纳米级孔隙能够进行准确的评价[6]，即孔隙中充满的液氮量等效为孔隙体积。共选取3块致密样品，其中：红75-9-1井（2 130.0 m）孔隙度为3.0%，渗透率为0.02×10-3μm2（见图 6a）；红 75-9-1 井（2 161.4 m）孔隙度为 5.2%，渗透率为 0.03×10-3μm2（见图 6b）；红 88 井（2 342.5 m）孔隙度为 6.1%，渗透率为 0.05×10-3μm2（见图6c）。纳米级孔径分布表明，孔渗越低的样品，纳米孔的含量越高；相反，纳米孔的含量越少。纳米孔含量与孔渗值呈负相关。