致密油評價新方法及其應用
——以鄂爾多斯盆地延長組長7段致密油為例

王明磊，張福東，關輝，李君，楊慎，佘源琦，邵麗艷

(中國石油勘探開發(fā)研究院廊坊分院，河北廊坊 065007)

摘要：利用高分辨率場發(fā)射掃描電子顯微鏡、微米及納米級CT掃描、恒速壓汞及核磁共振等先進技術方法，對鄂爾多斯盆地延長組長7段致密油儲層微觀孔喉結構特征及致密油賦存狀態(tài)進行定量深入研究。首先對致密油賦存的微觀孔隙結構進行分析，認為孔隙大小決定致密油儲層的儲集能力，喉道大小是儲層物性主要制約因素。長7段致密油儲層孔隙平均半徑為10～15μm，喉道半徑主要分布范圍為0.3～0.9μm；其中半徑為0.1～0.5μm的喉道控制了儲層中60%的可動流體；并建立了孔隙、喉道及孔喉配置結構三維立體模型。定量評價致密油微觀賦存狀態(tài)，將其分為乳狀、簇狀、喉道狀、顆粒狀、薄膜狀及孤立狀6種賦存狀態(tài)，定量測得儲層中致密油以乳狀和薄膜狀為主要賦存狀態(tài)，占致密油總量的70%以上。致密油賦存狀態(tài)的定量研究，為科學開展致密油儲層評價及實現(xiàn)致密油有效動用提供可靠依據(jù)。

關鍵詞：致密油；孔喉結構；賦存狀態(tài)；定量研究；鄂爾多斯盆地

中圖分類號：TE135

作者簡介：第一王明磊(1981年生)， 男，博士，工程師，2009 年畢業(yè)于西南石油大學，從事于石油天然氣綜合研究工作。郵箱：wml69@petrochina.com.cn。

New Tight Oil Evaluation Technology and Its Application—A Case Study of Chang7

Tight Oil Reservoir in Yanchang Formation, Ordos Basin

Wang Minglei, Zhang Fudong, Guan Hui, Li Jun, Yang Shen, She Yuanqi, Shao Liyan

(ResearchInstituteofPetroleumExplorationandDevelopment-LangfangBranch,Langfang,Hebei065007,China)

Abstract:Using the technology of leading field emission scanning electron microscope, micro-nano grade CT scanning technology, the technology of constant pressure mercury, the nuclear magnetic resonance technology, and other advanced technology, quantitative research was done about the reservoir pore-throat and tight oil occurrence state of Yanchang tight oil reservoir of Yanchang Formation in Ordos Basin. First of all, the micro-pore structure of tight oil in the reservoir was analyzed. It was believed that pore size determined tight oil reservoir capacity, and the size of pore throat was a main factor restricting reservoir property. The radius of porosity was around 10μm to 15μm, throats distribute between 0.3μm and 0.5μm, and the throats of the range 0.1μm and 0.5μm controlled 60% of movable fluid of reservoir. And 3D models of pore, throat and pore-throat structure were established. On the basis of quantitative evaluation of micro occurrence state, tight oil was divided into six types, i.e. thin film form, cluster form, throat form, emulsion form, particle form and isolated form. Emulsion form and thin film form were main types, and the content of emulsion form and thin film form accounted for about 70% of total. Quantitative research on micro occurrence state provided a reliable basis for evaluating tight oil reservoir and making effective use of tight oil.

Key words: tight oil; pore-throat structure; occurrence state; quantitative research; Ordos Basin

致密油是繼頁巖氣之后全球非常規(guī)油氣勘探開發(fā)的又一新熱點[1-4]，被石油工業(yè)界譽為“黑金”[5]。近年來我國加大對致密油儲層、成藏等方面研究力度，已經(jīng)掌握了致密油儲層的巖性、物性等基本特征，但在致密油儲層微觀孔喉結構表征方面仍存在諸多難題，更未對致密油微觀賦存狀態(tài)進行定量評價。目前對致密油儲層研究主要是采用一些常規(guī)的研究方法[6-10]，不能滿足致密油儲層微米—納米級孔喉研究需要[11，12]，也不能直觀反映孔喉內部致密油的分布，在一定程度上影響了對致密油的深入研究。因此，采用國際先進的微觀研究技術手段，開展致密油儲層微觀孔喉結構及致密油賦存狀態(tài)定量分析，對深入認識致密油具有重要意義。

1 實驗方法

鄂爾多斯盆地三疊系延長組長7段為主要的致密油儲層發(fā)育段，采用目前世界上最先進的高分辨率場發(fā)射掃描電子顯微鏡(簡稱場發(fā)射掃描電鏡)結合能譜、微米—納米級CT掃描(簡稱微納米CT)、恒速壓汞及核磁共振等實驗方法，綜合分析長7段致密油儲層孔隙喉道結構及致密油賦存狀態(tài)，得到定量分析結果。

1.1 微納米CT掃描

采用Phoenix nanotom m CT系統(tǒng)對致密儲層巖心樣品進行孔隙喉道識別和提取，定量分析孔喉參數(shù)，并建立孔喉三維立體結構。通過高精度的微米—納米級CT掃描技術[13-16]可以實現(xiàn)儲層樣品內部孔喉結構三維成像，確定致密儲層微米—納米孔喉分布、大小、連通性等，也可以表征石油在微米—納米級孔喉系統(tǒng)中的賦存狀態(tài)。在復雜非常規(guī)油氣田儲層研究中應用微米—納米級CT掃描系統(tǒng)，使巖石內部結構可視化、定量研究成為可能，更有助于非常規(guī)油氣資源有效開發(fā)。

1.2 場發(fā)射掃描電鏡

采用FEI QUANTA 450FEG場發(fā)射掃描電鏡對巖心樣品的微觀形貌進行掃描并進行定量研究。場發(fā)射掃描電鏡的最大特點是具備超高分辨率，精度可達0.5nm。是微米—納米級孔喉結構測試和形貌觀察的最有效儀器。場發(fā)射掃描電鏡近年來廣泛應用于致密儲層和頁巖的超微孔隙結構研究。

1.3 恒速壓汞

采用ASPE730型恒速壓汞儀對致密儲層巖心樣品進行孔喉大小的定量分析。與常規(guī)壓汞不同，恒速壓汞是以極低的恒定速度(通常為0.00005mL/min)向巖樣孔喉內進汞，實現(xiàn)對喉道數(shù)量的測量，克服了常規(guī)壓汞的缺陷。利用恒速壓汞技術可以將孔隙與喉道區(qū)分并分別測量，并定量分析孔喉結構，所得到的信息能較好地反映流體滲流過程中動態(tài)的孔隙、喉道特征[17]。

1.4 核磁共振

利用核磁共振技術，不僅可以測定不同狀態(tài)下的含油量、不同孔徑孔隙內剩余油的分布情況，而且還可以對油相采出程度進行精確計算，最新研發(fā)的核磁共振結合離心法，還可以測量不同喉道大小區(qū)間內油相分布情況。

2 實驗結果與分析

2.1 孔隙、喉道定量研究

使用場發(fā)射掃描電鏡、微納米CT掃描、恒速壓汞實驗分別識別超微孔隙并統(tǒng)計分析得到孔喉結構定量數(shù)據(jù)，各種技術測得數(shù)據(jù)精度見表1。

表1　孔喉結構定量分析數(shù)據(jù)表

上述多種技術結合對長7段致密油儲層孔喉特征進行定量評價研究，確定致密油儲層主體孔隙半徑為0.5～20μm，孔隙平均半徑為10～15μm；主體喉道半徑為0.3～0.9μm(圖1、圖2)。長7段致密油儲層孔隙和喉道都是微納米級別，微米—納米級孔喉組合為有效儲集空間。

圖1　長7段致密油儲層孔隙和喉道半徑分布圖 Fig.1　Pore radius and throat radius distribution in Chang7 tight oil reservoir

圖2　長7段致密油儲層孔隙和喉道大小場發(fā)射掃描電鏡識別圖 Fig.2　Pore radius and throat radius identified by SEM in Chang7 tight oil reservoir

2.2 孔喉配置定量評價

使用微納米CT掃描系統(tǒng)對長7段致密油儲層建立孔喉結構三維立體模型(圖3)，并選擇物性較好的儲層樣品(Y1井)和物性較差的儲層樣品(Y2井)進行對比。通過對比發(fā)現(xiàn)，物性較好儲層(滲透率>0.1mD)存在20%～30%連通性較好的大喉道，喉道半徑大于5μm；而物性較差儲層(滲透率<0.1mD)喉道細小，半徑小于0.1μm的喉道約占喉道總量的60%，且連通性差。說明在致密儲層中喉道是制約儲層物性的關鍵因素。

圖3　不同滲透率儲層樣品孔喉結構三維立體模型對比圖(微納米CT測得) Fig.3　3D model contrast of pore-throat structure of different permeability(measured by micro-nano CT) 紅色圓球為孔隙的縮略模型；兩個紅球之間的部分即為喉道模型

使用恒速壓汞技術對5口井的致密油儲層樣品孔喉大小進行定量分析，并計算孔喉半徑比(表2)。由表2可知，滲透率低的樣品(Y2井、Z143井和N52井)有效孔喉半徑比加權平均值大，這說明儲層中小喉道制約了大孔隙中流體的流動，大孔隙被小喉道控制，大大降低了儲層物性。

表2　致密油儲層孔喉定量評價綜合對比表

2.3 致密油賦存狀態(tài)定量評價

通過微納米CT掃描,獲取了鄂爾多斯盆地延長組長7段 HC2樣品的3000余張具有致密油儲層微觀特征的二維切片；再通過數(shù)字合成技術對這3000余張二維切片進行處理，得到了致密油儲層孔隙、喉道、油、水賦存狀態(tài)等三維立體圖像及致密油含油飽和度、含水飽和度等信息；進而對油、水分布及賦存狀態(tài)進行分析。

在孔喉結構配置研究的基礎上，最終利用核磁共振結合離心法，確定鄂爾多斯盆地長7段致密油儲層中0.1～0.5μm喉道控制了儲層中60%的可動流體(圖4)，再次證實了喉道對儲層輸導能力的制約作用。

通過微納米CT掃描獲得的致密油儲層含油飽和度為46.1%。對CT掃描數(shù)據(jù)進一步處理，將儲層中致密油歸納為6種賦存狀態(tài)，即乳狀、簇狀、喉道狀、顆粒狀、薄膜狀和孤立狀(圖5)。按賦存位置，乳狀、簇狀、喉道狀為粒間賦存；顆粒狀、薄膜狀為粒表賦存；孤立狀為粒內賦存。

圖4　長7致密油儲層喉道區(qū)間內可動流體分布圖 Fig.4　Distribution of movable fluid in different throat sections in Chang7 tight oil reservoir

圖5　致密油賦存狀態(tài)分類圖 Fig.5　Classification of tight oil occurrence state

乳狀賦存，即致密油呈油水混合狀，主要賦存位置為粒間孔和較大的溶蝕孔隙；簇狀致密油表現(xiàn)為團簇狀，賦存位置也主要為粒間孔和較大的溶蝕孔隙；喉道狀致密油呈長條狀及扁平狀，賦存位置主要為孔隙間的喉道；顆粒狀致密油呈顆粒狀吸附在礦物、顆粒表面，賦存位置主要為黏土等礦物顆粒表面，與簇狀致密油相比，其體積較??；薄膜狀致密油主要以薄膜狀吸附在礦物顆粒表面；孤立狀致密油呈斑點狀、孤島狀附著在微孔內，賦存位置主要為溶蝕微孔及晶間孔等納米級孔隙，連通性差。

統(tǒng)計分析每種賦存狀態(tài)的致密油原始含油量及其所占比例(圖6)發(fā)現(xiàn)，乳狀致密油含量最高，為16.5%，所占比例35.9%；其次為薄膜狀致密油，含量為16.1%，所占比例35.1%；簇狀致密油含量為6.1%，所占比例13.2%；顆粒狀致密油含量為3.9%，所占比例8.4%；孤立狀致密油含量為1.2%，所占比例2.6%；喉道狀致密油含量最少，含量為1.1%，所占比例2.3%。

圖6　各微觀賦存狀態(tài)致密油原始含油量及占比直方圖 Fig.6　Original oil content and proportion histogram of tight oil of all micro occurrence

3 結束語

(1)致密油儲層，孔隙和喉道都是微米—納米級別，孔隙平均半徑為10～15μm，喉道平均半徑為0.3～0.5μm，微米級孔隙及納米級孔隙組合為有效儲集空間。

(2)物性較好儲層，連通性較好的大喉道較多，孔隙喉道比小；物性較差儲層，連通性差的小喉道較多、孔隙喉道比大。在致密油儲層中，喉道是制約儲層輸導能力的關鍵因素，大孔隙被小喉道控制，大大降低了儲層的輸導能力；0.1～0.5μm喉道控制了儲層中60%的可動流體。

(3)致密油儲層中，乳狀、薄膜狀致密油含量最高，占含油總量的70%以上，孤立狀、喉道狀致密油所占比例較小，分別僅占2.6%和2.3%。

通過利用場發(fā)射掃描電鏡、微米—納米CT掃描、恒速壓汞及核磁共振等國際先進技術手段，對延長組長7段致密油儲層微觀孔隙結構及其賦存狀態(tài)進行定量深入研究，實現(xiàn)了對致密油儲層研究從定性到定量的轉變，為致密油開發(fā)方式的選擇提供了可靠依據(jù)，可大大提高致密油采收率。

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