鄂尔多斯盆地东北缘致密砂岩孔隙特征及其分类

杨庆龙，刘 双，袁立颖，李 磊，郝临山,2

（1.SGS-通标标准技术服务有限公司，北京 102200；2.山西大同大学，山西大同 037009）

储层孔隙结构是油气储层评价的关键指标，因其不仅控制着储层渗流特征，且直接影响着致密气井的产量和最终采收率[1]。致密砂岩具有低孔、低渗等非常规储层典型物性特征，其孔喉细小、结构复杂、非均质性强、连通性差等独特的孔隙结构[2]。目前，针对致密砂岩储层孔隙结构的研究手段多样，对孔隙特征进行定性描述的手段有扫描电镜、CT 扫描、铸体薄片、压汞、液氮吸附等。对孔隙特征进行定量评价的手段有压汞、液氮吸附、核磁共振等。但综合考虑样品代表性、观测尺度、测试时间等因素，压汞测试仍是目前研究致密砂岩储层孔隙特征的重要手段。

鄂尔多斯盆地位于华北地块西部，盆地北部冲积平原-三角洲沉积体系是天然气的主要富集区[3]，气源主要为盆地内石炭-二叠纪含煤层系[4]。研究区位于鄂尔多斯盆地伊陕斜坡东北缘。伊陕斜坡为一大型宽缓西倾单斜，地层倾角不足1°[5]。研究区内盒8 段砂岩十分发育，储集及含气性能较好，具有良好的勘探开发潜力。

位置示意图，见图1。

1 孔渗特征

图1 研究区构造位置示意图

孔渗是表征储层储集、渗流性能两个重要参数[6]。研究区内盒8 砂岩氮气渗透率测试，渗透率范围在0.01～5.36 mD 之间，平均为0.31 mD。其中＜0.1mD占35.77%，0.1～1 mD占58.98%，＞1 mD占5.25%。盒8段孔隙度范围在1.04～19.52%之间，平均为9.96%。其中孔隙度＜5%占总量的8.27%，5～10%占总量的38.64 %，10～15%占总量的50.08%，＞15%占总量的3.02%。渗透率和孔隙度测试结果显示，盒8段砂岩整体上孔隙度与渗透率相关性较好，随着孔隙度的升高，渗透率相应增加，在半对数曲线上表现出较好的正相关关系，见图2。

图2 盒8砂岩孔渗关系及其分类

盒8段砂岩储层分类结果显示，砂岩孔隙度主要分布在特低孔-低孔之间，渗透率主要分布在致密-超低渗之间[7]。综合分类结果，盒8段砂岩以超低渗-低孔为主（44.67 %），致密-特低孔次之（25.91%），超低渗-特低孔（16.06%）较少，具致密砂岩低孔低渗的典型特征。

2 扫描电镜下孔隙结构特征

扫描电镜是油气储层孔隙结构研究必不可少的手段[8]。研究区内原生孔隙的粒间孔一般为微米级，在成岩后生过程中，储层经过压实、压溶、胶结等致密化过程，大多的易溶易碎陆源碎屑如长石、碳酸盐矿物等已失去骨架颗粒的支撑作用，导致原生粒间孔常被蚀变矿物、自生矿物及次生加大充填，造成致密砂岩中的粒间孔得以保留的很少，仅存少量剩余粒间孔，见图3(a)。

次生孔隙中溶蚀孔发育广泛，数量多，尺度范围大，一般为微米至纳米级，是研究区致密砂岩储层中主要的孔隙类型。镜下碎屑长石的溶蚀孔常沿解理发育。溶蚀程度较轻者，保留碎屑轮廓；溶蚀严重者，碎屑轮廓已不复存在，见图3(b)。

砂岩中的晶间孔以纳米孔为主，由于自生矿物种类和发育程度不同，造成了晶间孔形状和大小各异。高岭石集合体常呈蠕虫状、手风琴状，常充填粒间孔；绿泥石、伊利石和伊蒙混层矿物晶间孔多成叶片状、似蜂窝状，绿泥石常与石英、高岭石共生，见图3(c)。

自生石英、长石、碳酸盐矿物的晶间孔以狭缝状孔、不规则多边形孔为主，但规模相对较小。部分样品显微构造发育，可见摩擦面、角砾、碎粒，对储层孔隙结构有一定的破坏作用，见图3(d)。

图3 扫描电镜下孔隙特征

扫描电镜观察认为，研究区内盒8砂岩储层孔隙主要以纳米晶间孔为主，岩石较致密。

3 压汞参数特征

压汞测试所获得参数可分为两类。一类为反映孔隙大小的参数，如排驱压力，中值压力等。排驱压力是划分岩石储集性能好坏的主要指标之一[9]。因为其既反映了岩石的孔隙喉道的集中程度，同时又反映了这种集中的孔隙喉道的大小。中值压力是指Shg=50%时相应的注入曲线的毛细管压力，该参数反应孔隙中存在气、水两相时，用以衡量气的产能大小。另一类为反映孔隙结构的参数，如退汞效率、歪度、分选系数等。退汞效率反映非湿润相的毛细管效应采收率，表示喉道体积占岩心中孔隙与喉道总体积的百分数。显然，退出效率越大，则岩心中孔隙与喉道的尺寸大小越均匀。歪度是量度孔隙喉道大小分布不对称性的参数。分选系数是样品中孔隙喉道大小标准差的量度，直接反应了孔隙喉道分布的集中程度。在总孔隙中，当具有某一等级的孔隙喉道占绝对优势时，表明其孔隙分选程度好。Sp值反映孔隙分布均匀程度，值越小，孔隙分布越均匀。

盒8 段砂岩样品排驱压力范围在0.23～1.46 MPa之间，平均为0.70 MPa，中值压力范围在2.07～63.12 MPa 之间，平均为12.42 MPa。退汞效率范围在24.56～52.00 %之间，平均37.52 %。歪度范围在-0.59～0.36 之间，平均-0.01，分选系数范围在1.52～2.32 之间，平均1.86。盒8 组底部排驱压力、中值压力、分选系数较高，退汞效率较低，较细歪度。表现出孔隙最大连通喉道半径小，储层致密程度高，孔隙结构复杂，连通性差等储层特点。排驱压力与孔隙度和渗透率分别表现出线性负相关及指数负相关性（见图4），中值半径与孔隙度和渗透率分别表现出线性正相关及指数正相关性（见图5）。

图4 排驱压力与孔渗参数关系

图5 中值半径与孔渗参数关系

关于孔径结构的划分，在国内应用比较广泛的是B.B 霍多特的十进制划分方案，霍多特对煤的孔径结构划分主要依据孔隙与气体分子的相互作用特征，将其划分为大孔（＞1 000 nm）、中孔（100～1 000 nm）、小孔（过渡化，10～100 nm）和微孔（＜10 nm）四种类型，他认为气体在大孔中主要以层流或紊流方式渗透，在微孔中以毛细管凝结、物理吸附及扩散现象等方式存在[10]。该分类应用较为广泛，客观反映了煤岩中连续的孔径结构特征。

研究区盒8 段微孔含量范围在0.41～40.12%之间，平均为6.81%；小孔含量范围在24.90～67.65%之间，平均为47.96 %；中孔含量范围在20.44～71.99%之间，平均为44.23%；大孔含量范围在0～10.51 %之间，平均为1.00 %；总体上，研究区内盒8 段主要以小孔及中孔为主，微孔含量较少。在部分层位微孔也是主要的孔隙结构重要组成部分（见图6）。

图6 盒8段孔隙结构组成

根据研究区盒8 砂岩毛细管压力曲线形态特征，砂岩孔隙类型主要有以下四种（见图7）。

（1）多峰型：此类砂岩整体表现为孔喉半径集中分布在多个不连续数值段内，压汞曲线有明显拐点，在此拐点处孔喉半径分布频率较低，此拐点前后，孔喉半径分布频率明显升高。此类砂岩排驱压力高，粗歪度，分选程度差，中值半径较低，在半对数毛细管压力进汞曲线低压力段有下凹形趋势，高压段有上凸趋势。

（2）宽峰型：此类砂岩整体表现为各孔喉半径分布相对比较均匀，无明显集中分布段。此类砂岩排驱压力低，细歪度，分选程度较好，中值半径较高，在半对数毛细管压力进汞曲线上表现为一斜率相对稳定直线。

（3）单峰递减型：此类砂岩整体表现为大、中孔喉类型含量较多，小、微孔喉含量较少。此类砂岩排驱压力较低，较粗歪度，分选程度一般，中值半径高，在半对数毛细管压力进汞曲线上表现为一下凹型曲线，随着毛细管压力的增大，斜率逐渐升高。

（4）单峰递增型：此类砂岩整体表现为小、微孔喉含量较多，大、中孔喉含量较少。此类砂岩排驱压力高，细歪度，分选程度较好，中值半径较低，在半对数毛细管压力进汞曲线上表现为一上凸型曲线，随着毛细管压力的增大，斜率逐渐降低。

图7 砂岩典型毛细管压力曲线

根据各峰型特征及其对应的孔渗特征，盒8砂岩储层开发潜力优先顺序为宽峰型＞单峰递减型＞多峰型＞单峰递增型。

4 结论

（1）研究区内砂岩孔隙度与渗透率具正相关，且以超低渗-低渗孔为主。扫描电镜下孔隙发育程度低，孔隙主要以晶间纳米孔为主，岩石较致密。压汞结果显示研究区内致密砂岩孔隙大小以中孔及小孔为主，少量大孔，部分地区微孔含量较高。

（2）研究区内致密砂岩主要孔隙结构类型分为双峰型、宽峰型、单峰递减型、单峰递增型等四种类型。