鄂爾多斯盆地延長組長7致密油儲層微觀孔隙特征研究

尤 源，牛小兵，馮勝斌，王 芳，王成玉，李衛成

(1.低滲透油氣田勘探開發國家工程實驗室,陜西西安710018；2.中國石油長慶油田分公司勘探開發研究院,陜西西安710018)

隨著“連續性油氣聚集”、“納米孔隙”等理論[1-3]的提出及“水平井+體積壓裂”技術[4]的進步,致密油已成為非常規油氣資源勘探開發的現實領域。鄂爾多斯盆地致密油是中國陸相湖盆致密油的典型代表,分布范圍廣、含油飽和度高,總資源量大[5-6],但這種致密油儲層異常致密,平均面孔率小于2%,儲層孔隙特征及油氣在孔隙空間中的賦存機制及滲流規律受到人們普遍關注[5,7]。由于致密油儲層孔隙微小、結構復雜,常規儲層孔隙測試技術表征難度較大[1-2],國外在致密油研究過程中開發了許多新的測試方法[8-11],應用效果較好。開展致密油儲層微觀孔隙特征,包括孔隙類型、孔隙尺度、孔隙成因等研究,對認識致密油儲層儲集空間類型和通過儲層改造及相應的配套開發技術形成長期可持續的致密油工業化開發具有重要意義。筆者采用場發射掃描電鏡、微米CT、自動礦物識別系統(QEMSCAN)和微圖像拼接(MAPS)等新技術方法,對鄂爾多斯盆地致密油儲層致密砂巖樣品進行研究,旨在揭示致密油儲層微觀孔隙特征,為致密油的勘探、開發提供理論依據。

1 研究新方法

1.1 測試方法的原理及特點

致密油儲層與常規低滲透儲層孔隙特征不同,利用鑄體薄片、掃描電鏡等常規儲層孔隙測試方法只能觀察到少量微孔隙或者看不到可見孔隙。針對致密油儲層小尺度孔隙特征,借鑒國外致密(頁巖)儲層研究方法[8-11],采用了先進的測試技術。這些測試技術的技術特點、研究尺度、圖像形式、定量效果等見表1。

表1 致密油儲層微觀孔隙測試方法及特點Table 1 Methods and their features for testing micro-pores in tight oil reservoir

由表1可以看出,相比常規孔隙測試方法,這些新方法在研究尺度上更加精細；視域范圍上兼顧宏觀與微觀；圖像展示形式上由二維向三維擴展；定量效果上更加準確、多樣。實際研究過程中發現,這些方法對致密油儲層微觀孔隙特征的研究具有獨特功能和較好的效果,可根據不同的測試目的和需求選取相應的測試方法或者組合不同的測試方法,以滿足致密油儲層研究需要。

1.2 測試樣品

研究過程中選取了鄂爾多斯盆地不同區塊延長組長7致密油儲層致密砂巖樣品,具有較強的代表性。樣品基本信息見表2。

1.3 測試流程

使用表1所示的主要測試手段,依次對致密油儲層樣品進行測試,測試方法為：通過場發射掃描電鏡對樣品進行精細掃描,得到微孔隙二維圖像,識別孔隙類型,表征孔隙尺度；通過微米CT掃描測試,結合數字巖心計算,建立致密油儲層樣品孔隙網絡模型,進一步統計得到孔隙及喉道的分布特征；對孔隙結構參數進行統計,分析孔隙、喉道的連通性；通過微圖像拼接獲得微孔隙的全景圖像；通過自動礦物識別系統對樣品進行掃描分析,獲得孔隙類型與賦存礦物的關系；綜合各項測試結果對致密油儲層孔隙特征進行綜合分析。

表2 致密油儲層致密砂巖樣品基本參數Table 2 Information for tight oil reservoir samples

2 微觀孔隙特征

2.1 孔隙尺度分布特征

鄂爾多斯盆地長7致密油儲層平均面孔率小于2%,常規鑄體薄片觀察發現儲層致密、可見孔隙不多(圖1)。致密油儲層是否發育更小的微孔隙需要通過新技術進一步研究。

采用場發射掃描電鏡技術對致密油儲層進行研究,識別其中的微孔隙,并進一步分析各種微孔隙在致密油儲層中的分布特征及所占的比例。

圖1 鄂爾多斯盆地長7致密油儲層樣品鑄體薄片圖像Fig.1 Thin sections for Chang7 tight oil reservoir samples in Ordos Basin

2.1.1 微(納)米級孔隙特征

通過場發射掃描電鏡測試,在鄂爾多斯盆地致密油儲層中發現豐富的微(納)米級孔隙。微(納)米級孔隙形態見圖2。

由圖2可見,致密油儲層廣泛發育微(納)米級孔隙,并且納米級孔隙類型多樣,形態各異。

圖2 鄂爾多斯盆地致密油儲層微(納)米級孔隙圖像Fig.2 Pictures for micro-pores or Nano-pores in tight oil reservoir in Ordos Basin

2.1.2 孔隙尺度分布特征

通過微米CT掃描識別出致密油儲層各尺度孔隙,并進行統計分析。致密油儲層孔隙半徑分布特征見圖3。其中,計算單元平均體積為2.11 mm3,識別出的孔隙總數約30000個。由圖3可見,致密油儲層具有各尺度孔隙連續分布的特征,從幾十微米到納米級別都有。其中大孔隙(大于20 μm)和中孔隙(10～20 μm)數量較少,小孔隙和微孔隙(小于2 μm)數量最多。

圖3 致密油儲層孔隙數量百分比構成Fig.3 Composition histogram for numbers of pores with different radius

通過微圖像拼接技術獲得了致密油儲層樣品Z8的微孔隙全景圖像(圖4)。致密油儲層發育多尺度孔隙,其中大孔隙主要以殘余粒間孔隙為主；小尺度孔隙主要是原生孔隙填充膠結物后的殘余粒間孔隙和溶蝕產生的微孔隙。

圖4 致密油儲層樣品孔隙全景圖像(Z8,視域1 mm×0.7 mm)Fig.4 MAPS for tight oil sandstone sample(Z8,field of vision 1 mm×0.7 mm)

2.1.3 主要儲集空間尺度特征

考慮到各尺度孔隙所占有的孔隙體積是儲集空間的重要反映,對樣品不同半徑的孔隙所占有的孔隙體積進行統計(圖5)。

對比圖3所示孔隙數量分布及圖5所示孔隙體積分布可以看出,大孔隙(大于20 μm)數量雖然不多,但所占的孔隙體積比重并不??；小孔隙(2～10 μm)所占的孔隙體積最大；微孔隙和納米孔隙(小于2 μm)雖然數量較多,但所占有的孔隙體積很小。測試樣品中,大于2 μm的孔隙所占體積超過95%。綜合以上分析,2 μm以上孔隙是致密油儲層儲集空間的主體。

圖5 致密油儲層孔隙體積百分比構成Fig.5 Composition histogram for volumes of pores with different radius

2.2 孔隙類型及成因分析

2.2.1 孔隙類型

對場發射掃描電鏡識別出的致密油儲層各種孔隙進行統計分析。各種孔隙尺度分布情況及孔隙類型見表3。

表3 鄂爾多斯盆地致密油儲層孔隙尺度及孔隙類型Table 3 Pores scale and type for tight oil reservoir in Ordos Basin

由表3可知,致密油儲層孔隙以小孔隙、微孔隙和納米孔隙最多,孔隙類型主要是各類溶蝕孔隙、殘余粒間孔隙和晶間孔隙。

2.2.2 孔隙成因分析

圖6 致密砂巖礦物、孔隙分布(Z8,視域1 mm×1 mm)Fig.6 Distributions of minerals and pores in tight oil sandstone sample(Z8,field of vision 1 mm×1 mm)

通過自動礦物識別系統對致密油儲層樣品進行測試,獲得致密油儲層礦物組成及孔隙分布圖像(圖6)。致密油儲層致密砂巖樣品主要由石英、長石等構成顆粒骨架,由伊利石、白云石等各類填隙物充填孔隙,膠結致密,但通過圖6(b)可見,主要的孔隙仍然是分布于顆粒間隙及顆粒邊緣接觸線上的各類殘余粒間孔隙(雖然孔隙尺度較小)及顆粒內的溶蝕孔隙。對這種微孔隙發育的原因分析如下：鄂爾多斯盆地長7期深湖細粒沉積背景[12-13]導致原始的粒間孔隙相對較??；強烈的壓實作用使顆粒間緊密接觸；同時膠結作用使大的粒間孔隙消失,殘留了小尺度的粒間孔隙。此外,長7層緊鄰烴源巖,生烴過程中形成的酸性流體容易發生大范圍的溶蝕作用,在此基礎上產生各種尺度的溶蝕孔隙,盆地延長組主力層位中,長7層溶蝕孔隙所占比例最高(達到了19.63%)；以上過程造成現今長7致密油儲層各尺度孔隙連續分布的特征。

2.3 孔隙連通性

通過CT掃描技術對致密油儲層致密砂巖樣品進行掃描,重新構建樣品的三維結構；結合數字巖心技術對致密油儲層致密砂巖樣品建立微觀孔隙網絡模型(圖7)；對孔隙網絡模型中各孔隙配位數的統計發現,致密油儲層孔隙網絡具有一定的連通性。配位數統計結果見圖8。

由圖7可見,致密油儲層各尺度孔隙相互連通,構成孔隙網絡,成為流體滲流通道。由圖8可見,致密油儲層樣品的配位數從0～20及以上均有分布,致密油儲層不同尺度級別的孔隙配位數不同,總體趨勢為大孔隙可以達到較高的配位數。

圖7 致密油儲層微觀孔隙網絡模型(Z8,1 mm3)Fig.7 Pore network model for tight oil reservoir(Z8,1 mm3)

圖8 致密油儲層分孔隙區間配位數分布Fig.8 Distribution of coordination number for pore with different scope of radius in tight oil sandstone samples

3 石油勘探意義及建議

鄂爾多斯盆地致密油儲層具有多尺度孔隙連續分布的特征。大量發現的納米級孔隙,改變了以往對儲層孔隙半徑下限的界定,極大地拓寬了具有儲集空間的巖石范圍。以往被視為非儲層的烴源巖及與烴源巖互層共生的各類致密砂巖都可以作為潛在的儲層考慮[14-16]。各尺度孔隙的存在充分證明致密油儲層具有儲集空間；有了儲集空間,又具備與源巖近鄰或者互層共生的特點,致密油儲層具備成藏條件。同時也要認識到,發育納米級孔隙并不一定可以作為有效的儲集空間,目前文獻報道納米級孔隙含油的證據還不多。鄂爾多斯盆地致密油儲層對儲集空間貢獻最大的還是微米級孔隙?？紤]到致密油儲層具有一定的非均質性,總體來說這種微米級孔隙總量還是比較可觀的。致密油儲層中發育的微孔隙類型仍然以殘余粒間孔隙和溶蝕孔隙為主,在儲層評價和預測過程中對儲層經歷的成巖作用需要特別重視,尤其關注相對壓實作用不強烈,殘余粒間孔隙較多的區域。此外,需要重點刻畫溶蝕作用對儲層的影響；對溶蝕作用的控制因素進行研究,總結溶蝕孔隙的分布規律,從而預測溶蝕孔隙發育的位置。

4 結 論

(1)鄂爾多斯盆地致密油儲層表現出微米—納米級多尺度孔隙連續分布的特征。

(2)受深湖細粒沉積及強膠結、強溶蝕影響,致密油儲層形成各尺度溶蝕孔隙及殘余粒間孔為主的孔隙類型。

(3)各尺度孔隙相互配置形成連通孔隙網絡,半徑大于2 μm的孔隙構成主要的儲集空間。

(4)源儲近鄰或源儲一體的優勢條件下,致密油儲層微孔隙中具備富集石油和大規模成藏的條件,具有較大勘探潛力。

致謝與數巖科技公司合作完成了部分測試及數字巖心計算工作,與中國石油勘探開發研究院廊坊分院、清華大學北京電子顯微鏡中心合作完成了場發射掃描電鏡測試工作；在制定樣品測試方案及后續數據分析時,以上合作單位對本文研究提出許多寶貴意見,在此表示感謝！

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