閆 健，秦大鵬，王平平，王海華

（1.西安石油大學石油工程學院，陜西西安 710065；2.陜西省油氣田特種增產(chǎn)技術重點實驗室，陜西西安 710065；3.中國石油長慶油田分公司第六采油廠，陜西西安 718600）

為滿足石油戰(zhàn)略儲備需求，中國能源公司紛紛加大了對致密油氣的勘探開發(fā)力度。鄂爾多斯盆地是中國第二大致密油氣盆地，地跨陜甘寧蒙晉五省區(qū)，總面積達37×104km2，具有豐富的致密油氣資源，開發(fā)潛力巨大［1-3］。但由于其具有儲層物性差、非均質性嚴重、孔隙結構復雜、微納孔喉發(fā)育等特點，導致自然衰竭開發(fā)采收率低下，即使是在水平井和體積壓裂技術的幫助下，原油采收率仍然很難超過10%［4-5］。近些年，中外學者研究發(fā)現(xiàn)，致密油儲層中部分流體在滲流過程中會被毛管壓力和黏滯力等作用力束縛，無法參與流動，只有能夠擺脫束縛力參與流動的流體才是真正具有開采價值的資源［6-8］。而致密砂巖儲層復雜的孔隙結構特征又進一步加劇了流體賦存狀態(tài)的復雜性，導致開發(fā)效果很不理想。隨著低場核磁共振技術在石油工業(yè)中的不斷發(fā)展和應用，核磁共振具有測試時間短、精度高、無損樣品等諸多優(yōu)點，不但能夠直接反映密閉巖心中流體的分布狀態(tài)，還能定量表征巖心內的微觀孔隙結構特征［9-13］。郭睿良等采用核磁共振技術研究了鄂爾多斯盆地長7儲層可動流體分布特征，但是由于研究的巖心樣品數(shù)很少（僅6塊），得出的結論具有很大的局限性，也并未明確可動流體的主要影響因素，不具有現(xiàn)場指導價值［14］。為此，筆者基于核磁共振可動流體測試原理，以鄂爾多斯盆地吳起油田長7 儲層為研究對象，選取30 塊巖心分別開展了可動流體測試和高壓壓汞實驗，在分類歸納的基礎上建立了儲層分類標準，定量評價了不同孔隙半徑孔隙內可動流體賦存量，從儲層物性、孔隙半徑分布、微觀孔隙結構和黏土礦物對可動流體影響因素進行了分析，取得的成果和認識為致密砂巖油藏勘探開發(fā)提供了指導和借鑒。

1 實驗器材與方法

1.1 實驗器材

實驗巖心取自吳起油田長7 儲層21 口取心井，巖心主要為細-中粒巖屑質長石砂巖，其次為長石質巖屑砂巖，碎屑組分主要由石英（含量為17.8%～44.6%）、長石（含量為20.2%～46.8%）和巖屑（含量為5.4%～55.2%）構成?？紫抖戎饕獮?.7%～12.01%，平均為7.78%；滲透率主要為0.003～0.223 mD，平均為0.071 mD。實驗用水為根據(jù)儲層地層水復配的等礦化度鹽水，水型為NaHCO3型，礦化度為21 400 mg/L。

實驗儀器主要有核磁共振儀和離心機。核磁共振儀為北京斯派克制造的SPEC-RC2 型，磁場強度為0.28 T，頻率精度為0.01 Hz，最大共振頻率為5 MHz。離心機為Core Lab 公司制造的Optima L-100XP 型超速離心機，最高轉速為100 000 r/min，最大離心力為802 400 xg。

1.2 實驗方法

實驗前將巖心等體積縱向切割為兩半（切割后每塊直徑不變，長度約為4 cm），清洗烘干后，將其中一塊巖心用于核磁共振可動流體測試實驗，另一塊巖心用于高壓壓汞測試實驗。核磁共振可動流體測試實驗的具體步驟為：將巖心放置于高壓密閉容器中抽真空72 h，然后向高壓容器中注入模擬地層水，并加壓至50 MPa 飽和巖心7 d。降壓取出巖心后，對飽和地層水狀態(tài)下的巖心進行T2譜采樣，然后分別在0.2，0.4，2.0 和4.0 MPa 離心力下對巖心進行離心實驗，并對每個壓力下離心后的巖心狀態(tài)進行T2譜采樣。高壓壓汞測試實驗的具體步驟為：將巖心放置于高壓壓汞儀的巖心室中，逐漸提高注入壓力，并記錄壓力穩(wěn)定后的壓力值和汞注入量。當注入壓力能夠克服毛管壓力時，汞開始進入孔隙，進入孔隙中的汞體積即為該孔喉對應的孔隙體積。

2 實驗結果與分析

2.1 儲層類型劃分

根據(jù)研究區(qū)長7 儲層30 塊巖心飽和地層水后的核磁共振T2譜分布形態(tài)和T2表達式［17-18］，可將儲層孔隙類型劃分為小孔隙（對應T2譜分布左峰）和大孔隙（對應T2譜分布右峰）。同時，還可以進一步劃分為Ⅰ，Ⅱ和Ⅲ類儲層。其中，Ⅰ類儲層的T2譜分布為典型的右峰高于左峰的連續(xù)型雙峰形態(tài)（圖1），反映該類儲層具有大孔隙較為發(fā)育，大孔隙體積占比高，儲層物性好，且孔喉之間連通性好的特點。Ⅱ類儲層的T2譜分布為典型的左右兩峰峰值相當?shù)倪B續(xù)型雙峰形態(tài)，且兩峰對應弛豫時間所包絡的面積基本相等（圖2），反映該類儲層具有大孔隙和小孔隙發(fā)育程度相當，大、小孔隙體積占比相近，儲層物性相對較好，且孔喉之間連通性較好的特點。而Ⅲ類儲層的T2譜分布為左峰高于右峰，右峰發(fā)育較弱的雙峰形態(tài)（圖3），反映出小孔隙發(fā)育程度高、體積占比高，以及孔喉之間連通性差的特點。

圖1 Ⅰ類儲層典型巖心離心前后T2譜分布Fig.1 T2 spectrum distribution of typical cores of typeⅠreservoir before and after centrifugation

圖2 Ⅱ類儲層典型巖心離心前后T2譜分布Fig.2 T2 spectrum distribution of typical cores of typeⅡreservoir before and after centrifugation

圖3 Ⅲ類儲層典型巖心離心前后T2譜分布Fig.3 T2 spectrum distribution of typical cores in typeⅢreservoir before and after centrifugation

通過對3 類儲層共計30 塊代表巖心（圖1—圖3）進行離心后發(fā)現(xiàn)，在0.4 MPa 離心力作用下，T2譜分布均變化較小，且小孔隙對應的振幅變化幅度更小，說明在此離心力作用下小孔隙和大孔隙中的可動流體含量相對較少。當離心力增加至4.0 MPa后，Ⅰ類和Ⅱ類儲層的T2譜形態(tài)發(fā)生明顯變化，即大孔隙對應的右峰下降明顯，而小孔隙對應左峰下降幅度較小，T2譜形態(tài)由右峰高于左峰或兩峰相當轉變?yōu)樽蠓甯哂谟曳?，說明大、小孔隙中均賦存有可動流體，但大孔隙中可動流體賦存量大于小孔隙。而Ⅲ類儲層的T2譜分布整體變化較小，說明相比于前兩類儲層，Ⅲ類儲層中可動流體賦存量小，且大部分孔隙中的流體以束縛態(tài)存在于小孔隙中。此外，由圖1 還發(fā)現(xiàn)，代表Ⅰ類儲層的7#巖心在4.0 MPa離心力作用后大孔隙對應右峰的下降幅度明顯大于8#巖心中大孔隙對應右峰的下降幅度，說明8#巖心中部分大孔隙存在死孔隙或孔喉堵塞的現(xiàn)象，導致巖心中某部位的孔喉連通性較差，可動流體無法流動，成為了束縛流體。類似現(xiàn)象還有代表Ⅱ類儲層的13#巖心在4.0 MPa 離心力作用后小孔隙對應左峰的下降幅度大于20#巖心中小孔隙對應左峰的下降幅度，說明13#巖心中部分小孔喉之間連通性較好，其賦存流體在附加離心力作用下能夠克服毛管壓力順利流出。因此3種類型儲層中的可動流體賦存特征明顯不同，而同一類型儲層的不同巖心，其可動流體賦存特征也存在較大差異。

2.2 儲層可動流體賦存特征

計算和統(tǒng)計3類儲層代表巖心離心后可動流體參數(shù)（表1）可知，不同類型儲層的可動流體參數(shù)存在較大差異，Ⅰ類儲層可動流體飽和度為31.11%～65.09%，平均值為50.35%；可動流體孔隙度為1.71%～6.02%，平均值為3.98%。Ⅱ類儲層可動流體飽和度為26.64%～60.71%，平均值為42.00%；可動流體孔隙度為1.80%～6.74%，平均值為3.66%。Ⅲ類儲層可動流體飽和度為11.54%～27.17%，平均值為21.40%；可動流體孔隙度為0.44%～3.11%，平均值為1.62%。綜上可知，Ⅰ類和Ⅱ類儲層可動流體參數(shù)較為接近，可動流體賦存量大，是未來勘探開發(fā)的主要方向。而Ⅲ類儲層可動流體參數(shù)較差，可動流體賦存量小，不具備開發(fā)經(jīng)濟價值。

計算4 個離心力對應的動用孔隙半徑，結合離心后T2譜分布可以獲得不同孔隙半徑孔隙中可動流體飽和度分布特征（表1）。由表1 和圖4 可知，Ⅰ類儲層中可動流體主要賦存于孔隙半徑為0.105～0.527 μm 的孔隙中，其可動流體飽和度平均值達24.47%，其次為孔隙半徑為0.053～0.105 μm 的孔隙中，其可動流體飽和度平均值為12.42%，即在孔隙半徑為0.053～0.527 μm的孔隙中可動流體賦存量占巖心總可動流體賦存量的73.28%。Ⅱ類儲層可動流體分布特征與Ⅰ類儲層相似，孔隙半徑為0.053～0.527 μm 的孔隙中賦存的可動流體賦存量占巖心中總可動流體賦存量的70.77%。而Ⅲ類儲層中4類孔隙半徑孔隙的可動流體飽和度偏低，且相差較小，孔隙半徑為0.053～0.527 μm 的孔隙中賦存的可動流體賦存量僅占巖心中總可動流體賦存量的57.43%。由此可進一步得知，可動流體主要賦存于Ⅰ類和Ⅱ類儲層中孔隙半徑為0.053～0.527 μm的孔隙中，而孔隙半徑大于1.055 μm 的孔隙中可動流體飽和度較低，這主要是因為巖心樣品中孔隙半徑大于1.055 μm 的孔隙非常少，使得此類孔隙中可動流體賦存量很少，進而導致可動流體飽和度較低。

表1 3類儲層孔隙結構參數(shù)及可動流體參數(shù)Table1 Pore structure parameters and movable fluid parameters of three type reservoirs

圖4 3類儲層中不同孔隙半徑孔隙內可動流體飽和度分布Fig.4 Distribution of movable fluid saturation in pores with different sizes in three types of reservoirs

2.3 儲層物性及微觀孔隙結構特征

2.3.1 儲層物性特征

通過統(tǒng)計3 類儲層30 塊代表巖心孔隙度與滲透率的關系（圖5a 和表1）可知，Ⅰ類儲層孔隙度主要為5.5%～10%，平均值為7.62%；滲透率主要為0.016～0.17 mD，平均值為0.079 mD。Ⅱ類儲層孔隙度主要分布在6.65%～11.1%，平均值為8.31%；滲透率主要分布在0.020～0.223 mD，平均值為0.107 mD。Ⅲ類儲層孔隙度主要為3.7%～12.01%，平均值為7.4%；滲透率主要為0.003～0.065 mD，平均值為0.026 mD。3 類儲層的滲透率與孔隙度之間呈一定線性關系，相關系數(shù)為0.56～0.65。此外，根據(jù)巖心飽和地層水狀態(tài)下T2譜分布中大、小孔隙對應弛豫時間所包絡的面積之比，可以分別計算出小孔隙和大孔隙的平均孔隙度。由圖5b 可知，3 類儲層的平均孔隙度相差較小，但3 類儲層對應的小孔隙平均孔隙度依次增大，大孔隙平均孔隙度依次降低，說明Ⅰ類儲層中大孔隙較為發(fā)育，Ⅱ類儲層中大、小孔隙發(fā)育程度相當，而Ⅲ類儲層中小孔隙較為發(fā)育。綜上可以看出，雖然Ⅰ類和Ⅱ類儲層物性整體高于Ⅲ類儲層，但儲層物性還與微觀孔隙結構具有直接關系。

2.3.2 微觀孔隙結構特征

通過統(tǒng)計3 類儲層共計30 塊代表巖心的高壓壓汞測試結果（圖6）可知，Ⅲ類儲層平均閾壓為6.01 MPa，遠高于Ⅰ和Ⅱ類儲層的平均閾壓（1.68 和1.75 MPa），說明汞在較小壓力下更容易進入Ⅰ和Ⅱ類儲層中。與此對應的Ⅰ和Ⅱ類儲層的最大孔隙半徑分別為0.620 和0.981 μm，遠大于Ⅲ類儲層的最大孔隙半徑0.232 μm。中值壓力代表了非潤濕相飽和度在50%時對應的毛管壓力，其值越小表明巖石滲濾性越好。由圖6a可知，Ⅰ和Ⅱ類儲層的中值壓力相差較小，分別為6.86和7.99 MPa，遠小于Ⅲ類儲層的中值壓力（43.71 MPa）；與此對應的Ⅰ類和Ⅱ類儲層中值半徑為0.17 和0.154 μm，遠大于Ⅲ類儲層的中值半徑（0.027 μm）。而Ⅰ和Ⅱ類儲層的平均孔隙半徑分別為0.295 和0.278 μm，與Ⅲ類儲層的平均孔隙半徑（0.122 μm）卻相差較?。▓D6），說明Ⅲ類儲層的孔隙結構非常復雜，非均質性異常嚴重。通過對比3 類儲層的分選系數(shù)可知，Ⅰ和Ⅱ類儲層的平均分選系數(shù)分別為2.55 和2.71，而Ⅲ類儲層的平均分選系數(shù)達到3.62，說明Ⅲ類儲層孔隙分選程度較差，不同孔隙半徑的孔隙和喉道分布分散，也進一步驗證了Ⅲ類儲層非均質性嚴重的特點。此外，3 類儲層有效孔隙度相差較小，這主要是因為巖心樣品致密，孔隙體積小，進入孔隙內的汞體積變化量與巖心外觀體積相比非常小，導致3 類儲層之間的差異較小。

圖5 3類儲層孔隙度與滲透率特征Fig.5 Porosity and permeability characteristics in three types of reservoirs

圖6 3類儲層孔隙結構參數(shù)對比Fig.6 Comparison of pore structure parameters in three types of reservoirs

3 可動流體賦存特征影響因素

研究區(qū)長7 儲層可動流體參數(shù)分布范圍廣泛，即使是同一取心井同一層位或鄰近取心井同一層位的巖心，其可動流體參數(shù)都存在明顯差異，說明可動流體影響因素極其復雜。為探究儲層可動流體賦存特征影響因素，分別選取儲層物性、孔隙半徑、微觀孔隙結構和黏土礦物等參數(shù)進行詳細分析。

3.1 儲層物性

由圖7 可知，研究區(qū)長7 儲層可動流體飽和度與孔隙度的相關性較差（圖7a，黑色虛線），但與滲透率的相關性較高（圖7b，黑色虛線），相關系數(shù)達到0.604 8，即儲層滲透率增大，可動流體飽和度也相應增加。這是因為孔隙度主要表征儲層儲集空間，而滲透率主要表征孔喉之間的連通程度，也就說儲集空間大的儲層不一定可動流體飽和度就高，而可動流體飽和度受孔喉之間連通程度的影響更大。此外，由圖7 還可以看出不同類型儲層的孔隙度和滲透率與可動流體飽和度的相關性也存在差異。Ⅰ和Ⅱ類儲層中孔隙度和滲透率與可動流體飽和度均呈現(xiàn)出較高的正相關性，其中滲透率與可動流體飽和度的相關系數(shù)達到0.7 以上。而Ⅲ類儲層的孔隙度和滲透率與可動流體飽和度的相關性較差，甚至低于長7 儲層整體孔隙度和滲透率與可動流體飽和度的相關性。這說明當儲層物性好時，可動流體飽和度的高低同時受到孔隙度和滲透率的影響，但受滲透率的影響程度更大；而當儲層物性差時，可動流體飽和度受孔隙度和滲透率的影響較小。

3.2 孔隙半徑

圖7 3類儲層孔隙度和滲透率與可動流體飽和度的關系Fig.7 Relationships among movable fluid saturation and porosity/permeability in three types of reservoirs

圖8 3類儲層中小、大孔隙孔隙度與可動流體飽和度的關系Fig.8 Relationships among porosity of small/large pores and movable fluid saturation in three types of reservoirs

圖8展示了小孔隙和大孔隙孔隙度對可動流體飽和度的影響。3 類儲層中可動流體飽和度與大孔隙孔隙度的相關程度均高于小孔隙孔隙度，而Ⅰ和Ⅱ類儲層中可動流體飽和度與大孔隙孔隙度的相關程度高于Ⅲ類儲層，說明可動流體飽和度受大孔隙發(fā)育程度的影響較大，大孔隙發(fā)育程度越高，可動流體飽和度越大；而Ⅲ類儲層中由于微小孔隙較為發(fā)育，納米級孔隙占比高，小孔隙孔隙度較大，導致可動流體飽和度較低。

3.3 微觀孔隙結構

孔隙是巖石內的儲集空間，而喉道是連通不同孔隙半徑孔隙之間的橋梁。喉道的形狀和大小會直接影響孔隙之間的連通性，進而對可動流體參數(shù)產(chǎn)生影響［19-20］。為評價孔喉大小對可動流體的影響程度，分別選取最大孔喉半徑、中值半徑、平均孔喉半徑、分選系數(shù)、最大進汞飽和度和有效孔隙度進行分析。由圖9a 可知，3 類儲層中可動流體飽和度與最大孔喉半徑的相關程度均較差，說明最大孔喉半徑對可動流體飽和度影響較小，也就是說在某些非均質性嚴重的儲層中，孔喉半徑分布較廣，分選性較差，導致儲層雖然具有較大的最大孔喉半徑，但可動流體飽和度卻較低。

由圖9b可知，Ⅰ類儲層中可動流體飽和度與中值半徑成正相關，相關系數(shù)達0.767，Ⅱ類儲層次之，Ⅲ類儲層中并未發(fā)現(xiàn)存在相關性。但從長7儲層整體來看（黑色虛線），研究區(qū)長7 儲層可動流體飽和度與中值半徑的相關程度較高，相關系數(shù)達0.754 3，說明中值半徑對可動流體飽和度影響較大。然而，圖9c 卻顯示3 類儲層中可動流體飽和度與平均孔喉半徑的相關性較差，與最大孔喉半徑中出現(xiàn)的規(guī)律類似，Ⅲ類儲層中可動流體飽和度與最大孔喉半徑呈一定的負相關性，這進一步說明研究區(qū)長7 儲層的非均質性較為嚴重，導致可動流體飽和度與中值半徑相關程度較高，但卻與平均孔喉半徑相關性較差，即研究區(qū)長7 儲層平均孔喉半徑對可動流體飽和度的影響較小。

由圖9d 可知，儲層的分選系數(shù)主要為1.5～5，說明儲層分選性屬于中等偏差。3 類儲層的可動流體飽和度與分選系數(shù)的相關性較高，其中Ⅰ類和Ⅱ類儲層中可動流體飽和度與分選系數(shù)呈負相關關系，且相關性較高；而Ⅲ類儲層中可動流體飽和度與分選系數(shù)呈一定正相關關系，相關性相對較差。這說明在物性和孔隙結構參數(shù)較好的Ⅰ類和Ⅱ類儲層中，分選性越好、分選系數(shù)越接近1，可動流體飽和度越大。而在物性和孔隙半徑都較差的Ⅲ類儲層中，分選性越差、分選系數(shù)越大，可動流體飽和度相對越大，這主要是因為Ⅲ類儲層孔喉細小，而分選性變差會在一定程度上增加大孔喉的比例，增大可動流體飽和度。

圖9 3類儲層孔隙結構參數(shù)與可動流體飽和度的關系Fig.9 Relationships among pore structure parameters and movable fluid saturation in three types of reservoirs

由圖10a 可知，Ⅲ類儲層中可動流體飽和度與最大進汞飽和度呈負相關關系，而在Ⅰ和Ⅱ類儲層中并未發(fā)現(xiàn)存在相關性。相反，在Ⅰ和Ⅱ類儲層中可動流體飽和度與有效孔隙度具有較高的正相關性（圖10b），相關系數(shù)分別為0.662 4 和0.532 9；但在Ⅲ類儲層中并未發(fā)現(xiàn)存在相關性。這說明有效孔隙度對可動流體飽和度的影響較大，而最大進汞飽和度對可動流體飽和度的影響較小。這主要是因為有效孔隙度是表征有效孔隙之間連通性的主要參數(shù)，而孔喉連通程度直接影響可動流體飽和度的高低。

圖10 3類儲層最大進汞飽和度和有效孔隙度與可動流體飽和度的關系Fig.10 Relationships among movable fluid saturation and maximum mercury saturation/effective porosity in three types of reservoirs

3.4 黏土礦物

由表2 可知，研究區(qū)長7 儲層黏土礦物絕對含量為6.5%，以高嶺石為主，占總黏土礦物含量的40.2%，其次為伊利石和綠泥石，分別占26.5%和24.2%。而Ⅰ和Ⅱ類儲層中黏土礦物含量與Ⅲ類儲層存在較大差異，Ⅲ類儲層中伊利石和伊/蒙混層含量增加，高嶺石含量降低，且黏土礦物絕對含量也激增至11.3%。通過場發(fā)射掃描電鏡發(fā)現(xiàn)，Ⅰ和Ⅱ類儲層代表巖心（10#和14#）中均觀測到了分散質點式的高嶺石分布于顆粒表面和孔隙襯邊式的綠泥石填充在顆粒之間（圖11a），雖然高嶺石和綠泥石的存在會擠壓孔隙體積，使喉道變得狹窄，但其對可動流體整體賦存特征影響較弱。而在Ⅲ類儲層代表巖心（26#和27#）中觀測到大量蜂窩狀的伊利石（圖11b）和彎曲片狀的伊/蒙混層集合體填充于孔隙內（圖11c），擠壓、切割孔隙、堵塞孔喉，導致孔喉連通性變差，而有些大孔隙由于喉道被伊/蒙混層堵塞，變?yōu)樗揽紫?，導致其內可動流體成為束縛流體，大大降低了可動流體飽和度。綜上可知，黏土礦物中伊利石和伊/蒙混層含量及賦存方式對可動流體賦存特征影響較大。

表2 3類儲層典型巖心X-射線衍射黏土礦物分析Table2 X diffraction analysis of typical core samples in three types of reservoirs%

圖11 儲層典型巖心掃描電鏡圖像Fig.11 SEM images of typical core samples in target reservoir

4 結論

研究區(qū)長7 儲層可劃分為Ⅰ，Ⅱ和Ⅲ共3 種類型，其對應大孔隙發(fā)育程度、孔喉連通性和可動流體賦存量依次降低，Ⅰ和Ⅱ類儲層的儲集性能、滲流能力和微觀孔隙結構特征較為接近，Ⅲ類儲層則相對較差。

3 類儲層中可動流體賦存特征存在較大差異，Ⅰ，Ⅱ和Ⅲ類儲層可動流體飽和度平均值分別為50.35%，42.00%和21.40%。Ⅰ和Ⅱ類儲層可動流體參數(shù)相近，且可動流體賦存量大，是未來勘探開發(fā)的主要方向。

Ⅰ和Ⅱ類儲層中孔隙半徑為0.053～0.527 μm的孔隙中可動流體賦存量分別占巖心總可動流體量的73.28%和70.77%。而Ⅲ類儲層中4 類孔隙半徑孔隙內可動流體飽和度低，且相差較小。研究區(qū)長7 儲層的可動流體主要賦存于Ⅰ和Ⅱ類儲層中孔隙半徑為0.053～0.527 μm的孔隙中。

滲透率和中值半徑是影響研究區(qū)長7儲層可動流體賦存特征的主要因素，但Ⅰ和Ⅱ類儲層中可動流體主要還受孔隙度、大孔隙孔隙度、分選系數(shù)、有效孔隙度和黏土礦物影響；而Ⅲ類儲層的影響因素多且雜，未能確定其主要影響因素。