致密砂岩储层可动流体赋存特征及主控因素分析——以鄂尔多斯盆地华庆地区长63储层为例

王 桐，魏 虎，孙 卫，韩 进，白云云，高庚庚.

(1.大陆动力学国家重点实验室/西北大学地质学系，陕西西安 710069；2.陕西延长石油(集团)有限责任公司研究院，陕西西安 710075；3.榆林学院化学与化工学院，陕西榆林 719000；4.陕西延长石油(集团)有限责任公司下寺湾采油厂，陕西延安 716000)

随着我国跻身全球第二大经济体，其发展对于石油资源的需求也是急速增长，全球油气勘探开发从低渗透储层到特低渗透储层，再到致密砂岩非常规储层，勘探开发的力度和强度也是不断增强，科学研究的手段也在不断创新。鄂尔多斯盆地目前已探明的油气储量相当丰富，勘探开发潜力巨大。笔者以鄂尔多斯盆地华庆地区长63致密砂岩储层为研究对象，运用扫描电镜、铸体薄片、高压压汞、恒速压汞、核磁共振等多种先进实验手段相结合，主要从物性、微观孔喉结构特征角度出发对研究区的可动流体赋存特征做了定量评价，并在此基础上分析总结了影响可动流体赋存的主要控制因素。

鄂尔多斯盆地华庆地区的地理位置处于甘肃省华池县和庆城县境内，在沉积演化过程中，主要受东北和西南两大物源控制，发育曲流河三角洲相和辫状河三角洲相两大沉积体系[1]。华庆地区长63储层由于受沉积、成岩作用的控制，孔喉细小，非均质性较强，孔喉的连通性差异较大，孔喉类型多样，导致其可动流体赋存特征复杂，已经成为研究区油气增产的主要制约因素之一。关于流体在孔隙和喉道空间的赋存状态和渗流能力的评价分析研究，对于指导研究区进行进一步油气资源的开发和评估均具有重要的科学意义和实践意义。

1 储层基础地质特征

1.1 岩石学特征

岩心铸体薄片和扫描电镜等科学技术手段观察鉴定统计表明：长石砂岩是研究区最为常见的岩石类型，颜色以灰黑色、灰色居多，岩屑长石砂岩和长石岩屑砂岩也有一定的分布，岩屑砂岩呈零星分布(图1)。变质岩岩屑含量最高，平均为6.2%；火成岩岩屑平均含量为2.9%，含量最低；沉积岩岩屑居中，平均为3.6%。长石是长63储层最主要的碎屑成分，含量一般在9.49%～64.90%，平均含量为43.37%；石英含量次之，一般在22.31%～66.37%，平均含量为37.11%；岩屑成分的含量最低，平均为19.52%。填隙物以杂基和碳酸盐胶结物(主要是铁方解石和白云石)为主，含有少量的石英加大硅质和泥铁质。绝大部分砂岩粒径分布在0.08～0.22 mm之间，粒径整体比较细，少见粒径为中砂级别的颗粒，分选性以中等—好为主，磨圆度较差，主要以次棱角状碎屑颗粒为主，有少量的棱—次棱角状碎屑颗粒。孔隙度主要分布在8%～12%之间，平均为11.6%。渗透率主要分布在0.1～0.5 mD之间，平均为0.35 mD。

图1 华庆地区长63储层砂岩分类Fig.1 Characters and types of Chang-63 reservoir in Huaqing area

1.2 微观孔隙结构特征

储层的微观孔喉结构特征直接影响储层的储集性能和油气的渗流能力，对可动流体赋存状态更是有着极其重要的影响[2-4]。通过对实验样品进行镜下鉴定和研究发现研究区长63储层孔隙类型复杂多样，主要发育粒间孔、长石溶孔和岩屑溶孔3种孔隙类型，另外还可见少量的杂基溶孔、粒间溶孔和微裂隙等孔隙类型(图2)，其一般占总面孔率的5%以下。物性较好的孔隙组合类型主要有3种，分别是粒间孔、粒间孔—溶孔和溶孔—粒间孔，它们的渗透率分别为0.62 mD、0.40 mD、0.44 mD，孔隙度分别为12.0%、12.3%、12.3%。镜下观察发现，研究区喉道类型以片状为主，局部可见管束状、点状喉道。这是由于研究区经受机械压实作用和胶结作用比较强烈，尤其是机械压实作用使碎屑颗粒的接触关系重新排列且长石含量高抗压实能力相对较弱所造成的。

图2 华庆地区长63致密砂岩储层铸体薄片图像Fig.2 Photographs of casting thin section of Chang-63 reservoir in Huaqing areaa.B103井，2 090.30 m，长石溶孔、微孔；b.S51井，2 164.28 m，发育的绿泥石膜及残余粒间孔；c.S51井，2 164.28 m，局部残余的细小的粒间孔及长石溶孔，绿泥石膜可见；d.B79井，2 191.00 m, 发育的粒间孔及长石溶孔。

2 可动流体赋存特征研究

2.1 核磁共振可动流体实验原理

核磁共振技术是目前反映储层自身孔隙结构和流体赋存状态的先进实验技术手段，通过对核磁测量所得的原始回波脉冲序列进行回波串反演和拟合，可以得到可动流体孔隙度、可动流体百分数、束缚流体饱和度以及不同孔隙空间流体的赋存状态等可以反映储层微观地质信息的量。利用核磁共振技术研究多孔介质中岩石的微观孔隙结构的主要理论依据是核磁的信号幅度与样品内氢核的数目即流体量成正比，即孔隙小，T2值小，反之孔隙大，则T2值大[5-7]。实验所得所有孔隙T2的分布就代表了岩石的孔径分布，由此可见核磁共振实验可以有效地反映不同孔隙流体的赋存状态，并对潜在的可动流体的含量进行估算。

2.2 实验过程

本次实验所用的12块样品均取自鄂尔多斯盆地华庆地区长63特低渗透砂岩储层，所有的核磁共振测试都是在低磁场核磁共振岩心分析系统上完成的，采用型号是Magnet2000型的仪器，T2谱测量采用的是自旋回波脉冲CPMG序列，共振频率为2.38 MHz，实验温度保持恒温20 ℃。具体的实验步骤和方法如下：

首先对所采集的岩样进行加工，制作成直径约为25 mm、长度约为4 cm的圆柱塞样标准岩心。然后对岩心样品进行洗油操作清洗掉岩样孔隙空间残余的原油和杂质，在80 ℃温度条件下将样品烘干24 h，再将样品放入真空加压饱和装置中，抽真空以20 MPa压力饱和模拟地层水72 h。最后将饱和模拟地层水状态的标准岩心裹上保鲜膜并称重对其进行核磁共振T2测试，反演拟合获取表征可动流体赋存特征的参数。

2.3 T2谱形态特征

饱和模拟地层水状态下的T2谱分布形态是对岩样孔隙的类型、孔径大小、矿物成分、流体的类型和流体黏度等的综合反映[7]。华庆地区长63致密砂岩储层T2谱分布形态复杂，主要表现为双峰结构形态，且左右峰幅度高低不等，同时具有一定的多峰和单峰形态(图3)。具体可分为左高右低型双峰(B78，B105，B89)、左低右高型双峰(B79)、左偏多峰型(B123)、右偏多峰型(B67)、单峰(S66，B91，B120，B51，B26)5种形态。以石油与天然气行业标准(表1)为分类依据，按照核磁共振可动流体饱和度的含量大小将研究样品进行分类，具体分类结果见表2，结果表明实验样品储层以Ⅲ类和Ⅳ类居多，这说明研究区的可动流体含量整体不高。

表1 可动流体饱和度储层评价标准Table 1 Classification of mobile fluid saturation reservoirs evaluation standard

图3 华庆地区长63储层核磁共振T2谱频率分布Fig.3 Frequency distribution of NMR T2 spectrum of Chang-63 reservoir in Huaqing area

2.4 可动流体分布特征

对研究区饱和模拟地层水的12块实验样品在低磁场核磁共振岩心分析系统上进行核磁共振T2谱测量，研究区长63致密砂岩储层可动流体饱和度主要介于2.16%～55.94%之间，平均值为28.24%，最大值和最小值的极差为25.90；可动流体孔隙度分布范围基本介于0.29%～5.75%之间，平均值为2.37%，最大值和最小值的极差为19.82(表2)。总的来说，致密砂岩储层长63可动流体参数变化差异较大，非均质性相对较强，这是由于华庆地区长63致密砂岩储层微观孔喉特征复杂，黏土矿物的类型、含量均不相同所造成的。

表2 华庆地区长63致密砂岩储层核磁共振可动流体实验参数表Table 2 Experimental parameters of NMR movable fluid in Chang-63 tight sandstone reservoir in Huaqing area

本次研究我们根据该地区大量核磁实验T2截止值的经验值，将T2弛豫时间等于13.895 ms作为判定可动流体和束缚流体的临界值，T2弛豫时间大于13.895 ms对应孔隙中的流体为可动流体，反之则为束缚流体[7-9]。同时引入了Φm可动流体孔隙度参数的定义Φm=Sm×Φ/100，Sm是可动流体饱和度。对于致密砂岩储层而言，特别是低渗—特低渗储层，孔喉细小、非均质性较强，孔喉的连通性差异较大，可动流体赋存特征复杂，单一的孔隙度参数并不能说明储层的可动用孔隙度，而可动流体孔隙度参数Φm是对储层可动流体含量的定量化表征，在评价储层开发价值、可动流体资源量潜力方面具有非常重要的科学实践意义。

可动流体一般存在于中大孔隙内，束缚流体一般存在于细小孔隙内。长63低渗透砂岩储层单个样品的可动流体参数分布的范围差异也比较大，例如，核磁共振T2谱显示，B105井样品可动流体主要分布范围为T2弛豫时间2.23～71.97 ms所对应的孔隙中，而B78井样品的可动流体主要分布范围为1.86～644.95 ms所对应的孔隙中，这说明并非所有的可动流体都存在于中大孔隙中，细小孔隙中也存在部分可动流体。

3 可动流体赋存特征影响因素分析

本次研究所选取的华庆地区长63致密砂岩储层12块样品的可动流体参数变化差异均很大，足以说明研究区的可动流体赋存特征足够复杂，其控制影响因素也很多，并且通常是多个因素共同控制的结果。结合前人对可动流体赋存特征的研究，同时根据对本次所选取的12块实验样品的具体分析，将从物性、微观孔隙结构特征和黏土矿物3个方面来对可动流体的影响因素进行分析。

3.1 物性

通过分析12块样品孔隙度、渗透率分别与可动流体参数(可动流体百分数、可动流体孔隙度)的关系可以发现：储层样品的可动流体百分数分布范围很广，相对于孔隙度而言，渗透率与可动流体百分数和可动流体孔隙度均具有很好的相关性，其相关系数R2分别为0.615 0和0.392 6；储层的孔隙度与可动流体参数的相关性就比较弱，其相关系数R2分别为0.090 8和0.130 7(图4)。但是孔隙度与可动流体孔隙度的相关性要好于它与可动流体百分数的相关性。

图4 物性参数与可动流体饱和度、可动流体孔隙度相关性Fig.4 Correlation between physical property parameters and mobile fluid saturation and between physical property parameters and mobile fluid porosity

研究分析发现，储层物性相近的样品，可动流体参数差异也会很大。例如2号样品和6号样品，他们的孔隙度分别为8.94%、8.98%，渗透率分别为0.170 mD、0.102 mD，物性非常接近但是可动流体百分数分别为32.58%和45.67%。孔隙度很高但是渗透率相对比较低的储层，可动流体百分数仍可能会很低。比如本次实验 的8号样品，孔隙度大小为12.44%，但是渗透率比较低仅为0.021 mD，综合影响导致它的可动流体百分数只有2.16%。通过以上综合分析，我们可以得出储层物性对可动流体百分数是有一定的影响，但并不是绝对的。

3.2 储层微观孔喉结构特征

通过对研究区样品进行核磁共振、高压压汞、恒速压汞等实验，再进行对比分析，对可动流体赋存特征进行定量表征。分析发现样品的可动流体百分数分布差异很大，而孔隙半径的分布范围主要集中在80～210 μm之间，平均为133 μm，分布区间和频率近似一致(图5a)；喉道半径的分布范围主要集中在0.1～2.5 μm之间，平均为0.5 μm，分布区间和频率差异特别大(图5b)。8号、10号和12号这3块样品均表现出“高孔隙度、低可动流体饱和度”的特征，由于喉道的非均质性较强，微喉道发育，孔喉半径比大，造成大孔隙被小喉道所包围控制的局面，使得孔喉连通性差，流体的渗流阻力增大，从而出现孔隙度高但是可动流体饱和度低的现象。

图5 华庆地区长63储层孔隙半径、喉道半径分布频率Fig.5 Frequency distribution of pore radius and throat radius of Chang-63 reservoir in Huaqing area

主流喉道半径的分布和平均孔喉比的大小对致密砂岩储层渗流能力的影响是至关重要的[10-13]。恒速压汞实验分析表明，长63致密砂岩储层主流喉道半径分布范围为0.147～1.960 μm之间，平均值为0.635 μm；平均孔喉比分布范围介于127.44～891.30之间，平均值为465.10。可动流体孔隙度是储层可动流体的定量化表征，如图6所示，主流喉道半径与可动流体饱和度和可动流体孔隙度均呈现出良好的正相关关系，相关系数R2分别为0.392 5和0.800 8；平均孔喉比与可动流体饱和度和可动流体孔隙度均呈现出较好的负相关关系，相关系数R2分别为0.477 7和0.496 6。主流喉道半径与可动流体孔隙度的相关性要好于和可动流体饱和度的相关性，样品随着主流喉道半径的增加，可动部分的孔隙和可动流体的含量增加明显。平均孔喉比越大，流体渗流阻力越大，容易形成高孔隙度低可动流体饱和度的现象，但并非平均孔喉比越小越好，也有可能会出现小喉道包围小孔隙的现象，可动流体饱和度含量也会变低。这说明喉道的结构特征以及孔喉的连通性对于储层可动流体百分数的影响起着关键性的控制作用。

图6 主流喉道半径、平均孔喉比与可动流体参数的相关性Fig.6 Correlation diagram of mainstream throat radius, average pore throat ratio and movable fluid parameters

3.3 黏土矿物

黏土矿物的成分、含量和分布形式均对储层的可动流体赋存特征具有一定的影响[14-16]。X-衍射实验分析表明，研究区长63致密砂岩储层黏土矿物绝对含量分布范围为1.26%～10.56%之间，平均值为4.70%；黏土矿物平均相对含量最高的是伊利石，平均相对含量为48.94%，绿泥石居中，伊/蒙混层次之，平均相对含量分别为37.63%和13.43%(表3)。大量的黏土矿物充填于孔隙和喉道之间，造成孔喉半径变小，孔喉连通性变差，降低储层的渗流性能，导致不可动流体增加，对可动流体赋存特征具有很大的破坏作用。

表3 华庆地区长63储层X-衍射黏土矿物统计数据Table 3 Statistical data of X-diffraction clay minerals of Chang-63 reservoir in Huaqing area

研究区实验样品黏土矿物以孔隙充填型和搭桥型分布形式最为常见，少见孔隙衬垫型。黏土矿物主要充填在残余粒间孔以及溶蚀孔中，其中以丝缕状、丝带状伊利石和棉絮状的伊/蒙混层充填粒间孔隙为主，堵塞、切割了孔隙和喉道，使得原本细小的喉道变得更为曲折狭窄，孔隙之间的连通性变差，流体通过孔喉空间更为不易，致使可动流体含量较低(图7)。不同的黏土矿物由于其产状和在孔喉中分布的形式不同，对可动流体赋存的影响也不相同。比如2号样品，孔隙度为8.94%，渗透率为0.170 mD，伊利石、绿泥石、伊/蒙混层黏土矿物相对含量分别为82.85%、8.89%、8.26%，绝对含量为2.74%，大量伊利石充填在孔隙之间，使得微孔发育，喉道曲折缩小，可动流体饱和度为32.58%。5号样品黏土矿物绝对含量为6.29%，伊利石、绿泥石、伊/蒙混层黏土矿物相对含量分别为18.95%、70.49%、10.56%，以膜状贴附在孔隙边缘形成孔隙衬边的绿泥石对可动流体赋存的影响相对比较弱。因此可以说明，不同黏土矿物对可动流体赋存的影响不同，黏土矿物对致密砂岩储层可动流体赋存特征有一定的影响，但并非单一黏土矿物所决定的，而是多种矿物共同作用综合影响的结果。

图7 华庆地区长63储层扫描电镜图像Fig.7 SEM image of Chang-63 reservoir in Huaqing areaa.B123井，2 012.78 m，粒间、粒表伊利石、伊/蒙混层黏土及残余孔隙；b.B78井，2 084.55 m，粒间伊利石、绿泥石黏土、晶粒状黄铁矿及残余孔隙；c.B26井，1 801.25 m，粒间伊利石黏土填隙物及残余孔隙；d.B105井，2 090.30 m，粒表微晶石英及衬垫状绿泥石黏土。

4 结论

(1)鄂尔多斯盆地华庆地区长63致密砂岩储层可动流体饱和度基本介于2.16%～55.94%之间，平均值为28.24%，最大值和最小值的极差为25.90；可动流体孔隙度分布范围基本介于0.29%～5.75%之间，平均值为2.37%，最大值和最小值的极差为19.82。致密砂岩储层长63可动流体参数变化差异较大，非均质性相对较强。

(2)华庆地区长63致密砂岩储层T2谱分布形态复杂，主要表现为双峰结构形态，且左右峰幅度高低不等，同时具有一定的多峰和单峰形态，具体可分为左高右低型双峰、左低右高型双峰、左偏多峰型、右偏多峰型和单峰5种形态。

(3)长63储层孔喉细小，非均质性较强，孔喉连通性差异较大，可动流体赋存特征复杂，渗透率与可动流体参数的相关性相比于孔隙度较好。喉道的结构特征以及孔喉的连通性对于储层可动流体百分数的影响起着关键性的决定作用；同时黏土矿物的成分、含量以及分布形式对可动流体的赋存特征具有一定破坏作用。