摘要：以渤海灣盆地G油田古近紀(jì)低滲透砂巖儲(chǔ)層為研究對(duì)象，綜合鑄體薄片、掃描電鏡（SEM）、高壓壓汞（MICP）及核磁共振（NMR）分析探討了孔隙結(jié)構(gòu)及其對(duì)儲(chǔ)層品質(zhì)和流體賦存的影響。低滲透砂巖儲(chǔ)層的孔喉大小分布范圍廣，微、納米級(jí)孔喉共存，且普遍呈現(xiàn)雙峰分布的特征。大孔喉系統(tǒng)主要由殘余粒間孔和溶蝕擴(kuò)大孔組成；而微小孔喉系統(tǒng)則主要由粒內(nèi)溶孔和晶間孔構(gòu)成。研究結(jié)果表明，孔喉連通能力及連通孔喉的體積分?jǐn)?shù)是影響低滲透砂巖儲(chǔ)層儲(chǔ)集物性和流體賦存特征的關(guān)鍵因素。物性越好的砂巖儲(chǔ)層中，連通性好的大孔喉（右峰）所占體積分?jǐn)?shù)越高，儲(chǔ)層滲流能力越強(qiáng)；反之，物性越差的儲(chǔ)層孔隙系統(tǒng)則主要由連通性差的微小孔喉（左峰）主導(dǎo)，儲(chǔ)層滲流能力較弱。束縛流體主要賦存在孔喉半徑較小、微觀連通性較差、分形維數(shù)較大的小孔喉系統(tǒng)中；而中、大孔隙系統(tǒng)的微觀連通性好、分形維數(shù)較小，主要富集可動(dòng)流體。研究還明確了半徑最大的孔喉是影響低滲透砂巖儲(chǔ)層滲透率和流體賦存特征的關(guān)鍵因素，并根據(jù)毛管壓力曲線和核磁共振T2（橫向弛豫時(shí)間）譜參數(shù)建立了兩套適用于低滲透砂巖儲(chǔ)層的滲透率評(píng)價(jià)模型。與經(jīng)典模型（如Coates和Schlumberger Doll research（SDR））相比，新模型具有更好的有效性和適用性。

關(guān)鍵詞：渤海灣盆地；低滲透砂巖；孔隙結(jié)構(gòu)；儲(chǔ)層質(zhì)量；可動(dòng)流體

doi：10.13278/j.cnki.jjuese.20230056

中圖分類號(hào)：TE122.2

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

Supported by the National Science and Technology Major Project Foundation of China （2016ZX05058001）

Fluid Occurrence State and Permeability Evaluation of Low-Permeability Sandstone Based on Pore Structure Characterization

Liu Zongbin， Li Chao， Lu Yan， Wang Ya， Huang Jianting

Tianjin Branch of CNOOC China Limited，Tianjin 300452，China

Abstract： This paper selected the Eocene low-permeability sandstones in the G oilfield， Bohai Bay basin as an example， and the influences of pore structure on reservoir quality and fluid occurrence were investigated by cast thin sections， scanning electron microscope （SEM）， mercury injection capillary pressure （MICP）， and nuclear magnetic resonance （NMR）. Due to a highly variable pore size distribution， micro-scale and nano-scale pore throats coexist. The pore-throat size distributions generally present bimodal behaviors. The large pore systems are mainly composed of residual intergranular pores and enhanced intergranular dissolution pores，while the micropore systems are dominated by intragranular dissolution pores and intergranular pores. The results indicate that pore connectivity is the key factor affecting the physical properties and fluid occurrence state of the low permeability sandstone reservoirs. The sandstones with better petrophysical properties have a high proportion of macroscopic pore throats （right peak） with good connectivity， and the permeability capacity of the sandstones is strong. In contrast， the pore systems of the sandstones with poor petrophysical properties are dominated by the microscopic pore throats （left peak） with poor pore connectivity， and the permeability capacity of the sandstones is weak. Bound fluids mainly exist in small pore systems with poor pore connectivity and large fractal dimensions， while large pore systems have good pore connectivity and small fractal dimensions and mainly contain movable fluids. The study also clarified that the permeability and fluid occurrence state of low-permeability sandstone reservoirs is mainly controlled by the relatively large pore throats in the pore network. It is revealed that the permeability prediction model based on MICP data and porosity derived from the “effective movable fluid method” provides a better estimation eect compared with the classic models （e.g.， Coates and SDR）.

Key words： Bohai Bay basin; low-permeability sandstones; pore structure; reservoir quality; movable fluids

0 引言

古近紀(jì)低滲透砂巖儲(chǔ)層作為渤海灣盆地G油田最重要的儲(chǔ)層類型之一，具有巨大的油氣勘探開發(fā)潛力[12]。低滲透砂巖儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜、孔喉大小分布多變，微觀非均質(zhì)性強(qiáng)，導(dǎo)致儲(chǔ)層評(píng)價(jià)及宏觀預(yù)測難度大[3]。另外，復(fù)雜的孔隙結(jié)構(gòu)極大程度地控制著流體在砂巖中的賦存狀態(tài)及滲流規(guī)律[46]。因此，微觀孔隙結(jié)構(gòu)對(duì)油氣藏評(píng)價(jià)及開發(fā)影響重大，決定著油氣藏產(chǎn)能的差異分布及油田的開發(fā)效果。準(zhǔn)確評(píng)價(jià)低滲透砂巖儲(chǔ)層復(fù)雜孔隙結(jié)構(gòu)，明確復(fù)雜孔隙結(jié)構(gòu)對(duì)儲(chǔ)層品質(zhì)、流體賦存的控制作用，探知不同孔隙系統(tǒng)控制下的滲流特征及滲流規(guī)律，對(duì)儲(chǔ)層精細(xì)評(píng)價(jià)、預(yù)測及提高采收率具有重大的理論和實(shí)際意義。

國內(nèi)外學(xué)者[79]圍繞微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征，如孔喉幾何形態(tài)、類型、大小分布、連通性及潤濕性等開展了諸多研究工作。滲透率作為微觀孔隙結(jié)構(gòu)的宏觀體現(xiàn)，也是評(píng)價(jià)儲(chǔ)層質(zhì)量和控制流體在儲(chǔ)層中滲流行為的一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)[1011]。目前，業(yè)內(nèi)學(xué)者在滲透率評(píng)價(jià)方面開展了一些研究工作，并建立了用于滲透率評(píng)價(jià)的經(jīng)驗(yàn)方程、模型等，主要包括Kozeny-Carman （KC）方程、PaRiS方程、Winland模型、Schlumberger Doll research（SDR）模型以及Coates模型等[1216]。這些模型在孔隙結(jié)構(gòu)簡單的中、高滲儲(chǔ)層的滲透率評(píng)價(jià)方面取得了較好的應(yīng)用效果。但對(duì)于低滲透砂巖儲(chǔ)層，其復(fù)雜的孔隙結(jié)構(gòu)系統(tǒng)和孔喉連通性是導(dǎo)致低滲透特性的重要因素，也是對(duì)滲透率評(píng)價(jià)起決定性作用的因素。以往的滲透率解釋模型難以有效地刻畫低滲透砂巖不同尺度孔喉及其連通性控制下的滲流特征差異。

本文綜合鑄體薄片、掃描電鏡（scanning electron microscope， SEM）、高壓壓汞（mercury injection capillary pressure， MICP）及核磁共振（nuclear magnetic resonance， NMR）精細(xì)刻畫了低滲透砂巖的微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征。在此基礎(chǔ)上，探究微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征對(duì)儲(chǔ)層品質(zhì)和流體賦存的影響，建立適用于低滲透砂巖的滲透率預(yù)測模型，對(duì)低滲透砂巖儲(chǔ)層流體流動(dòng)機(jī)制研究、儲(chǔ)層質(zhì)量及非均質(zhì)性評(píng)價(jià)具有重要意義。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

G油田位于中國渤海灣盆地的北東部（圖1）。古近系沙河街組是G油田的重要含油氣地層單元之一，自下而上可細(xì)分為4個(gè)沉積單元，即沙四段（Es4）、沙三段（Es3）、沙二段（Es2）、沙一段（Es1）（圖2）。沙四上亞段（Es4s）是本研究的目標(biāo)層段，其地層埋深為2 160 ～3 563 m，發(fā)育廣泛濱淺湖灘壩

砂沉積體[1315]。巖性類型主要為細(xì)砂巖、粉砂巖和泥質(zhì)粉砂巖（圖2）。由于受古地貌、古水流、古沉積物供應(yīng)和古基準(zhǔn)面變化的影響，砂體表現(xiàn)出復(fù)雜的橫向遷移和縱向變化特征，儲(chǔ)層宏觀和微觀非均質(zhì)性強(qiáng)，而儲(chǔ)層微觀非均質(zhì)性在很大程度上受控于微觀孔隙結(jié)構(gòu)。

2 儲(chǔ)集空間與孔隙結(jié)構(gòu)特征

2.1 儲(chǔ)集空間特征

根據(jù)鑄體薄片和掃描電鏡的巖相學(xué)分析可知，低滲透砂巖的孔隙系統(tǒng)主要由次生溶孔、殘余粒間孔隙、微裂縫和微孔隙組成，孔隙空間大小呈納米級(jí)—微米級(jí)不等，相應(yīng)的與孔隙連接的喉道類型也復(fù)雜多樣。從鑄體薄片巖相學(xué)觀察結(jié)果來看（鑄體薄片無法獲取微孔隙體積分?jǐn)?shù)），細(xì)砂巖平均總面孔率最高，孔隙系統(tǒng)主要由原生孔隙和次生溶孔組成；粉砂巖平均總面孔率次之，孔隙系統(tǒng)主要由次生溶孔組成；泥質(zhì)粉砂巖的平均總面孔率最低，其孔隙系統(tǒng)主要由原生孔隙和次生溶孔組成（圖3）。

由不穩(wěn)定組分溶蝕產(chǎn)生的次生溶孔是研究區(qū)主導(dǎo)的孔隙類型。部分次生溶孔與殘余粒間孔隙組成了擴(kuò)大孔，顯著地改善了孔隙系統(tǒng)的儲(chǔ)集能力（圖4a、b）。與殘余粒間孔隙組成的擴(kuò)大孔相連的喉道主要為孔隙縮小型和縮頸狀喉道，而局部不完全溶蝕作用形成的粒內(nèi)次生溶孔則多被微孔喉構(gòu)成的管束狀喉道連接（圖4c），在鑄體薄片的分辨率下呈孤立的死孔。

殘余粒間孔隙主要分布于粒徑較粗的細(xì)砂巖中，而在粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖中少見。連接殘余粒間孔隙的喉道以孔隙縮小型、縮頸狀和片狀喉道為主。孔隙縮小型喉道主要發(fā)育在顆粒支撐的細(xì)砂巖中局部顆粒之間不接觸的位置（圖4d）；縮頸狀喉道多見于點(diǎn)接觸、點(diǎn)線接觸的砂巖中（圖4e）；片狀喉道常見于點(diǎn)接觸、點(diǎn)線接觸的砂巖中，喉道極細(xì)，是低滲透砂巖中最常見的喉道類型（圖4f）。

微裂縫對(duì)砂巖儲(chǔ)集空間的貢獻(xiàn)較?。▓D4g），但微裂縫能夠顯著改善孔隙系統(tǒng)的連通性和滲流能力，也能夠通過提供有效的孔隙流體滲流通道，促進(jìn)溶蝕反應(yīng)的進(jìn)行，從而對(duì)儲(chǔ)層品質(zhì)的改造具有重要意義。

掃描電鏡顯示，微孔隙主要包括自生黏土礦物晶間孔（圖4h）及長石、巖屑等碎屑顆粒不完全溶蝕形成的微孔隙（圖4i）。自生黏土礦物晶間孔和碎屑顆粒溶蝕形成的微孔隙對(duì)提高儲(chǔ)層孔隙度（φ）具有一定的促進(jìn)作用，但由于微孔隙的孔徑通常小于1 μm，對(duì)儲(chǔ)層滲流性能基本沒有貢獻(xiàn)。

2.2 孔隙結(jié)構(gòu)特征

2.2.1 孔喉大小及分布

研究區(qū)低滲透砂巖儲(chǔ)層的孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜、類型多樣，孔喉大小分布范圍廣，自微米級(jí)到納米級(jí)均有發(fā)育（圖5）。按照其在低滲透砂巖儲(chǔ)層中的占比情況，可大致劃分三類。

占比最多的孔隙結(jié)構(gòu)毛管壓力曲線在進(jìn)汞階段形態(tài)較陡峭，平緩段不發(fā)育，且排驅(qū)壓力較高（圖5a）。該類孔隙結(jié)構(gòu)主要發(fā)育在泥質(zhì)粉砂巖和粉砂巖中，所對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)層儲(chǔ)集物性較差（滲透率（k）多分布在1×10-3 μm2以下）。喉道半徑大多小于1.0 μm（圖5b），孔隙系統(tǒng)以小孔喉為主，大孔喉發(fā)

育較少，小孔喉、中孔喉和大孔喉所占的平均體積分?jǐn)?shù)分別為77.94%，20.51%和1.55%（圖5c）。

占比次多的孔隙結(jié)構(gòu)的毛管壓力曲線在進(jìn)汞階段曲線形態(tài)較平緩，同時(shí)表現(xiàn)出較高的排驅(qū)壓力（圖5d），表明孔隙系統(tǒng)以小孔喉為主。孔徑分布范圍較窄，孔喉半徑基本在5.0 μm以下（圖5e），且小孔喉、中孔喉和大孔喉所占的平均體積分?jǐn)?shù)分別為29.03%，37.79%和33.18%（圖5f）。該類孔隙結(jié)構(gòu)主導(dǎo)的儲(chǔ)層儲(chǔ)集物性較好（滲透率多分布在1×10-3～10×10-3 μm2之間），主要發(fā)育在粉砂巖和細(xì)砂巖中。

占比最少的孔隙結(jié)構(gòu)的毛管壓力曲線在進(jìn)汞階段表現(xiàn)出一個(gè)較長的平緩段，具有較低的排驅(qū)壓力（圖5g），表明孔喉連通性較好。該類孔隙結(jié)構(gòu)主要發(fā)育于細(xì)砂巖和粉砂巖中，所對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)層儲(chǔ)集物性最好（滲透率多分布在10×10-3 μm2以上），孔隙系統(tǒng)主要由大孔喉主導(dǎo)（圖5h）。據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，小孔喉、中孔喉和大孔喉所占的平均體積分?jǐn)?shù)分別為24.22%，24.43%和51.35%（圖5i）。

聯(lián)合壓汞核磁標(biāo)定的方式獲取了低滲透砂巖全孔徑范圍內(nèi)的孔隙大小分布[1617]。如圖6所示，基于核磁共振數(shù)據(jù)獲取的孔隙大小分布特征與壓汞獲取的喉道大小分布特征整體呈現(xiàn)相同的趨勢(shì)。當(dāng)砂巖物性致密時(shí)（滲透率lt;0.1×10-3 μm2），孔隙和喉道均呈現(xiàn)單峰分布特征，以半徑小于0.1 μm的小孔喉占絕對(duì)主導(dǎo)（圖6a），儲(chǔ)集空間主要由晶間孔和微孔隙組成（圖4h、i）；隨著滲透率增加，砂巖孔喉開始呈現(xiàn)雙峰多峰分布特征（圖6b、c），主要由殘余粒間孔隙構(gòu)成的半徑大于1.0 μm的大孔喉也開始發(fā)育（圖4a），但砂巖滲透率在小于5.0×10-3 μm2時(shí)，其孔喉系統(tǒng)仍是由小孔喉和中孔喉主導(dǎo)，其儲(chǔ)集空間仍主要由晶間孔和粒內(nèi)溶孔組成；隨著滲透率增加，大孔喉開始占據(jù)主導(dǎo)地位（圖6d、e），殘余粒間孔（圖4d）和粒間溶蝕擴(kuò)大孔發(fā)育，孔喉分布開始向大孔喉絕對(duì)主導(dǎo)的方向演化（圖6f）。

2.2.2 孔隙結(jié)構(gòu)分形特征及表征

分形維數(shù)的概念是Mandelbrot于1977年首次提出的，其核心內(nèi)涵是分形物體的自相似性不隨著放大倍數(shù)或者尺度的變化而改變[18]。通過計(jì)算核磁共振和高壓壓汞數(shù)據(jù)的分形維數(shù)，可以定量地表征孔隙結(jié)構(gòu)在幾何學(xué)方面的不規(guī)則性和復(fù)雜程度，進(jìn)而定量地評(píng)價(jià)孔隙結(jié)構(gòu)的幾何非均質(zhì)性[1920]。

通過繪制進(jìn)汞飽和度（SHg）和毛管壓力（pc）的雙對(duì)數(shù)交會(huì)圖即可得到基于高壓壓汞數(shù)據(jù)計(jì)算的分形維數(shù)（D），lg（SHg）和lg（pc）交會(huì)圖中的轉(zhuǎn)折點(diǎn)實(shí)際上對(duì)應(yīng)于Pittman交會(huì)圖的apex點(diǎn)[13]（圖7）。因此，rapex為區(qū)分較大孔喉系統(tǒng)與較小孔喉系統(tǒng)的孔徑界限，將孔喉系統(tǒng)分割為分形特征截然不同的兩部分[21]。根據(jù)毛管壓力曲線計(jì)算的分形結(jié)果可知[1920]，較小孔喉系統(tǒng)（孔喉半徑（r）＜rapex）的分形維數(shù)D2為2.1～2.8，平均值為2.3，而較大孔喉系統(tǒng)（r≥rapex）的分形維數(shù)D1變化較大，為3.4～6.5，平均值為4.7。因此，較大的孔喉系統(tǒng)要比較小的孔隙系統(tǒng)更為復(fù)雜，非均質(zhì)性也更強(qiáng)，原因可能為大孔喉系統(tǒng)成因和幾何形狀更為復(fù)雜，而小孔喉系統(tǒng)通常為微孔喉，成因相對(duì)簡單，幾何形狀相對(duì)規(guī)則。

從基于核磁共振實(shí)驗(yàn)獲取的累積孔隙體積分?jǐn)?shù)（PV）和橫向弛豫時(shí)間（T2）的雙對(duì)數(shù)交會(huì)曲線（圖8）可以看出，隨著橫軸lg（T2）數(shù)值的增加，曲線的斜率逐漸減小，即孔隙半徑增大，分形維數(shù)增大，這也與高壓壓汞實(shí)驗(yàn)得到的結(jié)論一致，即大孔喉相對(duì)于小孔喉具有更加復(fù)雜和非均質(zhì)的幾何學(xué)特征，從而呈現(xiàn)出更高的分形維數(shù)。

3 孔隙結(jié)構(gòu)對(duì)儲(chǔ)層品質(zhì)的控制作用

孔隙度和滲透率是表征儲(chǔ)層巖石物理性質(zhì)的關(guān)鍵參數(shù)，分別反映了儲(chǔ)層的儲(chǔ)集能力和滲流能力。孔隙度和滲透率的大小及分布與孔隙結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，其中微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征顯著控制了滲透率的大小及其與孔隙度的對(duì)應(yīng)關(guān)系[21]。由于壓汞實(shí)驗(yàn)?zāi)軌驅(qū)?chǔ)層微觀孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)與儲(chǔ)層宏觀物性參數(shù)聯(lián)系起來，因此主要采用壓汞參數(shù)來探討孔喉連通性和孔喉大小分布對(duì)儲(chǔ)集物性的影響。

3.1 孔喉連通性對(duì)儲(chǔ)層物性的影響

定義Papex為較大有效連通孔喉（r≥rapex）所占的體積分?jǐn)?shù)[21]。這些孔隙體積均由較大的連通孔喉組成，也對(duì)滲透率起主要貢獻(xiàn)作用?；貧w分析表明，滲透率相同的砂巖樣品的Papex變化范圍較大，即滲透率不僅取決于連通孔隙的體積，還受孔喉連通能力的控制（圖9a）。一般而言，孔喉半徑越大，孔喉的連通能力越強(qiáng)。大孔喉和這些大孔喉連通的孔隙體積對(duì)控制儲(chǔ)層質(zhì)量起著重要作用。此外，滲透率與排驅(qū)壓力和之間呈現(xiàn)出良好的負(fù)相關(guān)關(guān)系，即排驅(qū)壓力越大對(duì)應(yīng)最大孔喉半徑越小，孔喉連通性越差，砂巖的滲流能力越差（圖9b）。

為了更加定量、深入地表征具有差異連通性的不同半徑的孔喉對(duì)儲(chǔ)層物性的影響，對(duì)半徑小于0.1 μm的孔喉和半徑大于等于1.0 μm的孔喉所連接的孔隙體積占總孔隙空間的體積分?jǐn)?shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。在孔喉半徑小于0.1 μm的孔喉主導(dǎo)的孔喉系統(tǒng)中，由于孔隙系統(tǒng)連通性差，儲(chǔ)層滲透率較低，一般小于1×10-3 μm2，且在同等孔隙度下，呈現(xiàn)出的滲透率顯著低于其他兩種孔隙系統(tǒng)，常出現(xiàn)“相對(duì)高孔低滲”的現(xiàn)象；而在以半徑大于等于1.0 μm的孔喉主導(dǎo)的孔隙系統(tǒng)中，孔隙空間連通性好，儲(chǔ)層滲透率較高，多大于10×10-3 μm2，且在同等孔隙度條件下顯示出最高的滲透率，常出現(xiàn)“相對(duì)低孔高滲”的現(xiàn)象（圖10）。

3.2 孔喉大小分布對(duì)儲(chǔ)層物性的影響

砂巖的最大孔喉半徑（rmax）和中值孔喉半徑（r50）與滲透率之間均存在很強(qiáng)的指數(shù)相關(guān)性（R2≥0.77，圖11），表明孔喉大小分布在控制砂巖儲(chǔ)層滲流能力方面起關(guān)鍵作用。泥質(zhì)粉砂巖的最大孔喉半徑基本小于1.0 μm（圖11a），表明其孔隙系統(tǒng)由微孔喉主導(dǎo)。微孔喉在孔隙網(wǎng)絡(luò)中普遍不連通或連通性很差，對(duì)滲透率貢獻(xiàn)微乎其微，這是導(dǎo)致泥質(zhì)粉砂巖樣品出現(xiàn)“相對(duì)高孔低滲”的主要原因。此外，微孔喉通常賦存在黏土礦物中，而黏土礦物的結(jié)晶習(xí)性通常導(dǎo)致孔隙空間具有很高的迂曲度，不利于巖

石中的流體流動(dòng)。與之相反，細(xì)砂巖往往具有較大的孔喉系統(tǒng)，細(xì)砂巖的中值孔喉半徑一般大于0.5 μm（圖11b），最大孔喉半徑基本在1.0 μm以上（圖11a）。細(xì)砂巖中的大孔喉系統(tǒng)通常與埋藏過程中保存較好的原生孔隙有關(guān)，這些原生孔隙孔徑較大，更有可能被相鄰的喉道連通，并在砂巖中形成連通的路徑。即使這些較大的孔喉只占孔隙空間的一小部分，它們也對(duì)滲透率具有顯著的貢獻(xiàn)。

通過統(tǒng)計(jì)不同滲透率級(jí)別砂巖樣品孔喉半徑與絕對(duì)滲透率的關(guān)系可知：不同半徑的孔喉對(duì)滲透率的貢獻(xiàn)差異顯著，隨著孔喉半徑的增大，其對(duì)滲透率的絕對(duì)貢獻(xiàn)升高（圖12）。對(duì)于滲透率大于1×10-3 μm2的砂巖，孔隙系統(tǒng)中需存在半徑大于1.0 μm的孔喉，而滲透率大于10×10-3 μm2時(shí)，砂巖的孔隙系統(tǒng)中需存在半徑大于4.0 μm的孔喉（圖12），這也正是低滲透砂巖孔隙系統(tǒng)最大孔喉半徑與滲透率存在強(qiáng)正相關(guān)性（圖11a）的主要原因。因此，總的來說，連通的孔隙體積以及大孔喉的半徑及體積分?jǐn)?shù)控制了儲(chǔ)層的滲流能力。

4 孔隙結(jié)構(gòu)對(duì)流體賦存狀態(tài)的影響

4.1 可動(dòng)流體與束縛流體分析

核磁共振實(shí)驗(yàn)過程采用鹽度為12 000 mg/L的氯化鈉溶液對(duì)巖樣進(jìn)行飽含水處理，并采集100%飽含水狀態(tài)下的核磁共振T2譜。以6 000 r/min的轉(zhuǎn)速對(duì)飽含水的巖樣進(jìn)行離心處理，去除巖心柱塞中的自由水，然后再次測量以獲得離心狀態(tài)下的核磁共振T2譜。其中，飽含水的巖樣中存在兩種類型的流體[22]，即可動(dòng)流體和束縛流體。離心后仍保留在黏土礦物微孔隙中或受毛細(xì)管力束縛而難以流動(dòng)的流體稱為束縛流體，其賦存的孔隙稱為束縛流體孔隙[2324]。中、大孔隙內(nèi)的流體由于受孔隙壁面巖石骨架作用力的影響較小，毛細(xì)管力對(duì)其束縛作用不大，主要富集可動(dòng)流體。低滲透砂巖儲(chǔ)層中的流體賦存狀態(tài)與孔喉大小分布及連通性緊密相關(guān)：可動(dòng)流體總是傾向于賦存在核磁獲取的孔隙大小分布的右峰，即連通性好、較大的孔隙系統(tǒng)內(nèi)，并且隨著滲透率增加，右峰的可動(dòng)流體孔隙占比顯著增加，左峰的束縛流體孔隙占比逐漸增大（圖13）。

4.2 可動(dòng)流體賦存影響因素分析

低滲透砂巖儲(chǔ)層強(qiáng)烈的微觀非均質(zhì)性，復(fù)雜多變的孔喉網(wǎng)絡(luò)極大程度地控制著砂巖儲(chǔ)層中流體的賦存狀態(tài)，是影響砂巖儲(chǔ)層中滲流行為的關(guān)鍵因素。

由于大孔隙通常具有更為復(fù)雜的幾何形態(tài)，因而在核磁共振實(shí)驗(yàn)中，可動(dòng)流體孔隙的分形維數(shù)（2.6～3.0）也明顯大于束縛流體孔隙的分形維數(shù)（1.2～2.4）（圖14a、b）。從核磁共振實(shí)驗(yàn)獲取的分形維數(shù)來看：可動(dòng)流體對(duì)應(yīng)的大孔隙部分具有分形特征，且與滲透率具有較好的負(fù)相關(guān)性（圖14a），表明可動(dòng)流體孔隙的幾何形態(tài)越復(fù)雜，越不利于流體在孔隙網(wǎng)絡(luò)中的滲流；而束縛流體孔隙則不具有分形特征，其分形維數(shù)值與滲透率大小基本沒有相關(guān)性（圖14b）。此外，作為微觀孔隙結(jié)構(gòu)連通性的宏觀表現(xiàn)，低滲透砂巖儲(chǔ)層的滲透率和儲(chǔ)層品質(zhì)指數(shù)都與可動(dòng)流體飽和度呈現(xiàn)出較好的正相關(guān)性，表明隨著儲(chǔ)層品質(zhì)變好和儲(chǔ)層滲透率的增大，儲(chǔ)層孔隙系統(tǒng)連通性變好，流體的可動(dòng)性也隨之增大（圖14c、d）。可動(dòng)流體參數(shù)能夠表征儲(chǔ)層的儲(chǔ)集能力和流體在巖石孔隙中的賦存特征，是評(píng)價(jià)儲(chǔ)層儲(chǔ)集、滲流性能的重要參數(shù)。

5 基于孔隙結(jié)構(gòu)的滲透率評(píng)價(jià)

5.1 基于改進(jìn)的Winland方程的滲透率評(píng)價(jià)模型

由于滲透率與孔喉大小分布之間存在很強(qiáng)的相關(guān)性，因此基于孔喉半徑的滲透率預(yù)測模型通常表現(xiàn)出較好的預(yù)測效果[8]。Winland模型描述了滲透率、孔喉半徑和孔隙度之間的關(guān)系，并指出常規(guī)儲(chǔ)層的滲透率主要受r35和孔隙度的控制[9]。有關(guān)學(xué)者[10，12]對(duì)Winland方程進(jìn)行了擴(kuò)展和重新擬合，發(fā)現(xiàn)與滲透率擬合度最高的孔喉半徑隨著儲(chǔ)層類型改變而變化。隨著儲(chǔ)層變得更加致密，最佳擬合半徑向大孔喉方向轉(zhuǎn)變。本研究通過對(duì)滲透率、孔隙度和間隔孔喉半徑（r5～r50）的多元回歸分析，建立了滲透率與間隔孔喉半徑的多元回歸方程。結(jié)果表明（表1），研究區(qū)低滲透砂巖儲(chǔ)層的滲透率與r10的相關(guān)性最好。此外，研究還發(fā)現(xiàn)沙四上亞段儲(chǔ)層的r10主要集中在0.1～5.0 μm之間，表明低滲透砂巖儲(chǔ)層的滲透率主要受大孔喉系統(tǒng)控制。

如圖15所示，預(yù)測滲透率與實(shí)測滲透率的擬合度較高，驗(yàn)證了該滲透率預(yù)測模型的有效性。此外，根據(jù)建立的經(jīng)驗(yàn)方程，還可以通過滲透率和孔隙度反向預(yù)測所對(duì)應(yīng)的孔喉半徑。

5.2 基于可動(dòng)流體孔隙度的滲透率評(píng)價(jià)模型

前文研究表明，砂巖中不連通或弱連通的孔隙對(duì)滲透率的貢獻(xiàn)很小。因此，與總孔隙度相比，可動(dòng)流體孔隙度（φm）更加適用于滲透率預(yù)測[11]，φm可以通過式（1）計(jì)算得到。φm與滲透率的回歸分析表明，φm和滲透率之間存在很強(qiáng)的指數(shù)相關(guān)性（R2=0.92，表2）。因此，利用φm來預(yù)測滲透率是可行的，基于φm的滲透率預(yù)測模型如式（2）所示。

φm=φNSm；（1）

k=0.0423e0.7899φm。（2）

式中：φN為核磁共振孔隙度，%；Sm為可動(dòng)流體飽和度，%。

如圖16所示，基于可動(dòng)流體孔隙度模型的滲透率預(yù)測值與實(shí)測值具有較高的吻合度。此外，與經(jīng)典的Coates和Schlumberger Doll research（SDR）模型相比，可動(dòng)流體孔隙度模型提供了更好的預(yù)測效果（表2，圖16），表明新模型對(duì)于滲透率預(yù)測具有更好的有效性和適用性。

6 結(jié)論

1）低滲透砂巖儲(chǔ)層的孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜、微觀非均質(zhì)性強(qiáng)，孔喉大小分布范圍廣，普遍呈現(xiàn)微、納米級(jí)孔喉共存的多尺度分布特征?？紫断到y(tǒng)主要由次生溶孔、殘余粒間孔隙、

微裂縫和微孔隙組成。其中，大的殘余粒間孔和溶蝕擴(kuò)大孔主要通過孔隙縮小型和縮頸狀喉道相連，而粒內(nèi)溶孔和微孔隙則主要通過管束狀喉道連接。

2）儲(chǔ)層的宏觀物性極大程度上受控于微觀孔隙結(jié)構(gòu)。整體上，孔喉半徑越大、連通性越好的孔喉對(duì)滲透率的貢獻(xiàn)越顯著?？缀戆霃酱笥诘扔?.0 μm的孔喉所主導(dǎo)的孔隙系統(tǒng)對(duì)滲透率的貢獻(xiàn)作用顯著；而由不連通或弱連通的孔喉（rlt;0.1 μm）所主導(dǎo)的孔隙系統(tǒng)的滲透率值多小于1×10-3 μm2。束縛流體主要賦存在孔喉半徑較小、微觀連通性較差的小孔喉系統(tǒng)中；而中、大孔隙系統(tǒng)的微觀連通性好，且孔隙內(nèi)的流體受孔隙壁面巖石骨架作用力的影響較小，毛細(xì)管力對(duì)其束縛作用較小，主要富集可動(dòng)流體。

3）低滲透砂巖儲(chǔ)層的孔喉大小及連通性的非均質(zhì)性強(qiáng)，滲透率主要受控于孔隙網(wǎng)絡(luò)中半徑最大的孔喉，r10是評(píng)價(jià)研究區(qū)低滲透砂巖儲(chǔ)層滲透率的最佳孔喉參數(shù)。此外，考慮到砂巖儲(chǔ)層的滲透率主要由大而有效連通的孔隙貢獻(xiàn)，不連通或弱連通的孔隙對(duì)滲透率的貢獻(xiàn)很小，構(gòu)建了基于可動(dòng)流體孔隙度的滲透率預(yù)測模型，相較于經(jīng)典的Coates和SDR模型，展現(xiàn)出更好的預(yù)測性能。

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