致密氣儲層孔喉分形特征及其與滲流的關系
——以鄂爾多斯盆地下石盒子組盒8段為例

吳浩，劉銳娥，紀友亮，張春林，陳勝，周勇，杜威，張云釗，王曄

1.中國石油大學(北京)地球科學學院，北京 102249 2.油氣資源與探測國家重點實驗室，北京 102249 3.中國石油勘探開發研究院廊坊分院，河北廊坊 065007 4.中國石油大學(北京)非常規天然氣研究院，北京 102249

致密氣儲層孔喉分形特征及其與滲流的關系
——以鄂爾多斯盆地下石盒子組盒8段為例

吳浩1,2，劉銳娥3，紀友亮1,2，張春林3，陳勝3，周勇1,2，杜威1，2，張云釗4，王曄1,2

1.中國石油大學(北京)地球科學學院，北京 102249 2.油氣資源與探測國家重點實驗室，北京 102249 3.中國石油勘探開發研究院廊坊分院，河北廊坊 065007 4.中國石油大學(北京)非常規天然氣研究院，北京 102249

選取鄂爾多斯盆地盒8段16塊致密砂巖樣品進行恒速壓汞測試，結合同位樣品核磁共振實驗，分析了致密氣儲層孔喉分布特征；在此基礎上，運用分形幾何原理和方法，開展了致密氣儲層孔喉分形研究，并表征了分形與儲層滲流特征和孔隙結構參數的關系。結果表明：致密氣儲層有效孔隙被亞微米—微米級孔喉所控制，其中孔隙主要為大孔和中孔，喉道由微喉道、微細喉道和細喉道所組成；致密氣儲層孔隙分布不具分形特征，而孔喉整體和喉道則符合分形結構，且分別對應分形維數D1和D2；基于儲層孔喉分形結構與其滲流特征，將盒8段致密氣儲層孔喉分形結構劃分為2種類型：Ⅰ型表現為階段式分形特征，以進汞壓力1 MPa為界，大于1 MPa孔喉具有分形特征，且儲層階段進汞飽和度主要由喉道貢獻，反之，孔喉不符合分形特征，其進汞飽和度增量由孔隙貢獻；Ⅱ型為整體式分形，進汞飽和度幾乎全由喉道貢獻。儲層孔喉分形維數與滲透率、平均喉道半徑和主流喉道半徑存在較好的負相關性，與微觀非均質系數呈現較明顯的正相關性，而與孔隙度、平均孔隙半徑和平均孔喉半徑比之間沒有明顯的相關性。

孔隙結構；分形維數；滲流特征；致密氣儲層；恒速壓汞

0 引言

常規油氣的日益枯竭使得致密油氣成為現今國內外油氣勘探與開發的重點領域。鄂爾多斯盆地上古生界盒8段是典型的致密砂巖氣儲層[1-2]，是國內致密氣勘探與開發的主力層系。隨著蘇里格、烏審旗等一批上萬億方的大型油氣田(藏)相繼發現[3-5]，促進了致密氣相關領域的研究；其中致密氣儲集層孔隙結構一直是研究的熱點[6-10]，因為其不僅控制著儲層滲流特征，且直接影響著致密氣井的產量和最終采收率[7,11]。

致密氣儲層孔隙具有納米級到微米級尺度的較強非均質性，常規歐式幾何理論描述孔隙結構受到一定的約束，而這一問題被后來Mandelbrot創立的分形幾何有效解決，其提出分形維數可以用來定量的描述孔隙結構的復雜性[12-13]。儲層的孔隙結構具備一定的分形特征，其對評價致密氣優質儲層具有指導意義。目前，針對致密砂巖儲層孔隙結構的研究手段多樣，主要包括流體注入法和光電磁輻射技術(圖1)[7,14-15]。國內外學者應用這些技術對砂巖儲層孔隙結構分形特征進行了大量研究，但主要集中在常規壓汞技術[16]、小角度中子散射法[17]、掃描電鏡法[18]、核磁共振[19]等手段。對比這些研究方法，均無法得到儲層的有效孔隙和喉道數量，影響了研究的可靠性[20-21]。此外，對儲層孔隙結構分形的研究存在一個根本問題，就是尚未對所使用實驗技術是否能夠識別出儲層的有效孔喉進行論證，就直接應用實驗結果做分形研究，其對勘探與開發失去了指導意義。因此，本文選擇鄂爾多斯盆地盒8段致密砂巖作為研究對象，利用恒速壓汞、核磁共振技術首先對儲層的有效孔喉分布特征進行研究，在此基礎上，應用分形幾何理論開展致密氣儲層孔喉分形特征，并厘定儲層孔隙結構分形與儲層滲流特征和孔隙結構參數的關系，旨在為致密氣的勘探與開發提供地質依據。

圖1 非常規油氣儲層孔隙結構表征方法(據Clarkson et al.[7]; Bustin et al.[14]； 任曉霞等[15]修改)Fig.1 Methods used to characterize the pore structure of unconventional oil and gas reservoirs (modified from Clarkson et al.[7], Bustin et al. Ren et al.[15])

1 地質背景與樣品

鄂爾多斯盆地位于華北地臺西緣，北鄰陰山褶皺帶，南接秦嶺造山帶，西抵盆緣沖斷帶，東至晉西撓褶帶，屬于華北地臺的次級構造單元。盆內發育一系列軸向為近東西向的鼻狀隆起帶，區域斷裂構造微弱。在中二疊統下石盒子組盒8沉積期主要為河流—三角洲沉積，受多物源控制，盆地大面積富砂，古地理格局表現為一個“敞流型洪泛盆地”，無統一匯水區。沉積巖性以灰色、淺灰色砂巖和泥巖為主，儲集巖石類型主要為中粒和中—粗粒石英砂巖、巖屑石英砂巖和少量的巖屑砂巖[3]。

本次研究選取鄂爾多斯盆地盒8段致密砂巖氣富集區蘇里格、烏審旗等地區13塊樣品(深度普遍小于3 500 m)，及具勘探潛力前景區的隴東地區3塊樣品(平均深度在4 000 m左右)，共計16塊代表性的致密砂巖樣品；巖性均為灰色、淺灰色中粒和中—粗粒致密砂巖，且隴東地區的樣品整體上相對更加致密。將16塊樣品鉆取成直徑為2.5 cm的標準巖樣塞，清洗并烘干，參照SY/T5336—1996標準對巖樣進行氦孔隙度和滲透率測量，結果顯示孔隙度分布在6.53%～15.45%，平均值為9.45%；滲透率分布在(0.042～1.690)×10-3μm2，平均0.470×10-3μm2(表1)。

2 致密砂巖孔喉分布特征

2.1 實驗方法

使用美國巖芯實驗系統公司研發的APSE-730型恒速壓汞分析儀，儀器工作壓力0～6.205 5 MPa，進汞速度0.000 001 mL/s～1 mL/min，接觸角140°，表面張力485 dyne/cm；從每個標準巖樣塞中選取物性較好部分制成直徑為1 cm的圓柱體巖芯做恒速壓汞實驗。首先對巖芯抽真空后浸泡在汞液中，在25℃條件下，以恒定的極低速度0.000 1 mL/min向巖芯中進汞，為模擬地層準靜態流體注入過程[22]。依據進汞過程中壓力突然降落—回升來識別儲層的孔隙和喉道(圖2)。由于受到實驗條件的限制，目前進汞壓力最大可至6.205 5 MPa，對應的喉道半徑約為120 nm，而小于120 nm的喉道及所對應的孔隙未能被測出。

表1 取樣、實驗信息及樣品物性數據

注：☆指對樣品進行的實驗。

核磁共振實驗采用中國科學院滲流所研發的RecCore2500型核磁共振巖芯分析儀，對100%飽和水及離心后的標準巖樣塞進行核磁共振T2譜測試。主要測試參數：共振頻率2.38 MHz，回波個數2 048，掃描次數128，等待時間5 000 ms，回波間隔0.6 ms，增益50，實驗溫度為25℃。離心實驗采用PC-1型離心機[23-24]，最大離心力下對應的喉道半徑為0.05 μm。通過核磁共振可獲取飽和水和不同離心力下巖芯孔隙T2譜、可動流體飽和度及孔隙大小分布特征等信息[25-26]。

恒速壓汞和核磁共振實驗測試過程均在中石油勘探開發研究院廊坊分院滲流所實驗中心完成，測試結果見表2。

圖2 恒速壓汞技術原理示意圖Fig.2 Schematic diagram of the principle of constant rate mercury intrusion technology

2.2 致密砂巖孔喉分布特征

通過對16塊巖芯恒速壓汞實驗測試出的孔喉半徑分布特征進行分析(圖3)，并參考低滲透儲層孔喉類型的劃分標準[27-29]，結果表明盒8段致密氣儲層儲集空間主要由大孔(孔隙半徑大于100 μm)、中孔(孔隙半徑為100～50 μm)2種類型組成；而喉道則主要發育微喉道(喉道半徑r=0.5～0.025 μm)、微細喉道(r=1.0～0.5 μm)和細喉道(r=2.0～1.0 μm)；由于實驗條件限制，吸附喉道(r<0.025 μm)沒有別被識別出。整體上，16塊不同滲透率的巖芯樣品平均孔喉半徑差異不明顯，且孔喉分布特征具有一定的相似性；即孔喉大小分布相對集中，孔隙半徑主要以70～200 μm占有重要比例，喉道半徑則主要分布在0.3～1.5 μm，且隨著樣品滲透率的增大孔喉分布主峰右移(圖3a)。由圖3中也可看出，個別樣品間的孔喉分布特征也存在一定的差異現象；即喉道分布頻率呈現尖峰，而對應的孔隙分布頻率則相對較寬(如2-Sz、14-Ld樣品)；也有呈現相反的孔喉分布特征(如5-Sz、13-Ld樣品)。造成這個差異分布現象的原因主要是由于不同滲透率的樣品其孔喉配置關系不同；樣品喉道發育相對集中、且平均孔喉比較大，造成孔喉分布呈現尖頻喉道、較寬頻孔隙的特征，其往往代表滲透率較低的樣品；而當樣品的喉道發育相對較寬、且平均孔喉比較小，使得其孔喉分布為寬頻喉道、相對尖頻孔隙的特征，多為滲透率相對較高的樣品。區域上致密氣儲層孔喉分布特征也具有一定的規律性(圖3b)，在蘇里格中帶孔喉分布特征常表現為喉道呈現單峰式、孔隙為雙峰式；隴東地區孔喉分布特征常表現為喉道呈現單峰式、孔隙多為鋸齒狀的單峰式；而蘇里格東帶這兩種孔喉分布模式均存在。

表2 鄂爾多斯盆地盒8段致密砂巖樣品孔隙結構參數

注：Sif為束縛水飽和度；Smf為可動流體飽和度；r為最大離心力對應的喉道半徑。

圖3 孔隙和喉道分布頻率圖a.16塊巖芯孔喉分布特征；b.區域的孔喉分布特征Fig.3 Distribution frequency of pore and throat

核磁共振T2譜原理表明巖芯微小孔隙中的流體經歷一個相對大的弛豫表面，弛豫速度比大孔隙較快，因此可以用核磁共振T2譜間接的反映孔隙大小分布；即每一個弛豫時間代表一個孔隙大小，越大的孔隙其弛豫時間相對越長，而孔隙越小弛豫時間則越短[30]。依據T2譜峰形態、峰數及弛豫時間等可將孔隙劃分為吸附孔(孔徑小于0.1 μm)、滲流孔(大于0.1 μm)和裂縫[23,25]。本文通過對同位樣品2-Sz、7-Sd、9-Sd、14-Ld及15-Ld的100%飽和水和2.86 MPa離心后核磁共振T2譜分析(圖4)，表明5個樣品的T2譜均具有相似的雙譜峰(P1和P2)，且主要發育微小孔隙和滲流孔(大、中孔隙)。

依據前人研究[30-31]，將核磁共振T2譜弛豫時間相應的轉換成了孔隙半徑(圖4)。從圖中可見，儲層中的束縛水主要賦存在納米級喉道(r<0.05 μm)所控制的孔隙中(圖4中灰色部分)；整體上，隨著樣品滲透率的增大束縛水飽和度Sif逐漸減小，而大、中孔隙中的流體則在最大離心力后幾乎被排驅殆盡。實驗測試結果顯示(表2)，盒8段致密氣儲層束縛水飽和度Sif平均可達52.3%，可動流體飽和度Smf則平均為47.7%；且可動流體飽和度幾乎被亞微米—微米級孔喉所控制，孔隙間具有較好的聯通性，對儲層中氣體和水等的流動具有重要意義；而吸附孔一般多為聯通性相對較差的納米級孔喉，不利于流體的流動[26]。

綜上所述，核磁共振實驗顯示致密氣儲層中的流體主要賦存在亞微米—微米級的孔喉中，但可動流體飽和度和束縛水飽和度受控于不同的孔喉組合特征。束縛水飽和度主要受納米級喉道(r<0.05 μm)控制的亞微米級孔，納米孔和微米孔影響較??；而可動流體飽和度則主要受喉道半徑大于0.05 μm所控制的亞微米—微米級孔喉影響。恒速壓汞對致密砂巖孔喉分布的研究表明，孔喉分布主要以喉道半徑大于約0.1 μm的亞微米—微米級孔為主。因此，對于中粒、中—粗粒的致密砂巖儲層而言，恒速壓汞技術識別出的孔喉，其對控制致密氣儲層滲流特征起著主要作用，可將其作為儲層的有效孔隙和喉道。

3 致密砂巖孔喉分形特征

以往采用的分形描述和方法不能科學地對儲層的孔隙和喉道分形特征分別進行表征，所以本文在恒速壓汞技術對致密砂巖有效孔喉識別的基礎上，對鄂爾多斯盆地盒8段致密氣儲層孔喉分形特征進行了系統研究。

3.1 分形理論

分形幾何原理表明[32]，若儲層孔喉分布符合分形結構，則有關系式：

(1)

式中，N(>r)表示孔喉半徑大于r的數量，D為分形維數。

依據毛管壓力模型，N(>r)也可表示為[33]：

圖4 樣品核磁共振T2譜分布特征Fig.4 NMR T2 distribution of tight sandstone samples

N(>r)=VHg/(πr2ι)

(2)

式中，ι為毛細管的長度，VHg表示孔喉半徑為r時對應的累積進汞體積。

由拉普拉斯方程式，并結合式(1)和式(2)，可得：

SHg=aPc-(2-D)

(3)

式中，SHg為進汞飽和度，Pc為毛管壓力，a為常量。

對式(3)兩邊取對數，得：

(4)

由式(4)可知，孔喉分形維數可根據lgSHg與lgPc作圖，若存在線性關系，通過擬合曲線計算出斜率λ，則D-2=λ，即,

D=2+λ

(5)

3.2 孔喉分形計算

恒速壓汞實驗不僅可以得到致密砂巖儲層孔喉進汞壓力Pc和總進汞飽和度SHg，而且可以將孔隙進汞飽和度和喉道進汞飽和度區分開。因此，按照式(4)對每一個樣品孔喉整體、孔隙和喉道分別作對應的lgSHg和lgPc散點圖分析(圖5)，通過擬合直線，計算出直線的斜率λ，進而根據式(5)可得到孔喉的分形維數。

圖5 不同樣品孔喉分形特征a.樣品3-Sz；b.樣品4-Sz；c.樣品2-Sz；d.樣品15-Ld；e，f.分別為樣品2-Sz 和15-Ld孔喉局部(虛線部分)分形示意。Fig.5 Pore-throat fractal characteristics of different samples

通過對16塊樣品孔喉分形維數的計算結果分析(表3、圖5)，顯示鄂爾多斯盆地盒8段致密氣儲層孔喉整體和喉道均具有分形結構，而孔隙不具有分形特征。依據孔喉整體和喉道分形結構特征，將盒8段致密氣儲層孔喉分形特征劃分為2種類型。

孔隙分形類型Ⅰ(圖5a，b)，表現為階段式分形結構。具這種分形特征的孔隙結構是鄂爾多斯盆地盒8段致密氣儲層的主要孔隙結構類型，主要發育在蘇里格中帶和東帶，其孔喉分布特征常表現為喉道呈現單峰式、孔隙為雙峰式(圖3)。在進汞壓力平均約為1 MPa處，對應的喉道半徑約為0.7 μm時，是分形結構的一個轉折點。當進汞壓力大于1 MPa，孔喉整體和喉道具明顯的分形特征，對應的分形維數分別為2.179 1～2.892 0和2.674 3～3.235 6，平均為2.640 6和3.018 2；然而當進汞壓力小于1 MPa，儲層孔喉均不具有分形特征。從表3中分析可知，儲層孔喉整體的分形維數D1均小于喉道分形維數D2，說明儲層喉道分布比較復雜，非均質性較強。

孔隙分形類型Ⅱ(圖5c，d)，表現為整體式分形結構。具該類分形特征的致密氣儲層發育相對較少，主要在蘇里格東帶和隴東地區發育，孔喉分布特征常表現為喉道呈現單峰式、孔隙多為鋸齒狀的單峰式(圖3)。在整個孔喉分布范圍內，孔喉整體和喉道均具分形特征，對應的分形維數D1、D2分別為2.829 9～3.312 5和2.794 0～3.286 9，平均為3.391 8和3.096 3。

整體上，Ⅱ類孔隙分形結構的分形維數D1和D2均大于Ⅰ類孔隙分形結構，但此時不能依據分形維數的幾何意義來解釋Ⅱ類孔隙分形結構的儲層其孔喉分布相對更復雜，因為Ⅱ類是針對儲層的整體孔喉分形結果，而Ⅰ類是孔喉局部的分形結果。倘若按照Ⅰ類孔隙分形轉折點(約1 MPa處)將Ⅱ類孔隙分形劃分為兩部分，此時與Ⅰ類對應的分形結構部分的分形維數也相對較小(圖5e，f)。因此，整體上具Ⅱ類孔隙分形結構的儲層孔喉發育反而相對更均勻。

3.3 孔喉分形與滲流特征的關系

研究發現致密氣儲層孔隙結構的這種階段式分形和整體式分形結構與儲層階段進汞飽和度曲線具有很好的耦合關系。當致密氣儲層孔隙分形結構為Ⅰ類時，儲層在滲流特征上具有一定的響應，即具分形結構部分(進汞壓力約大于1 MPa)在階段進汞曲線上往往表現為進汞增量幾乎由喉道貢獻；反之，儲層的進汞增量由孔隙貢獻為主(圖6a，b)。同樣的對于Ⅱ類孔隙分形的致密氣儲層而言，對應在滲流特征上表現為階段進汞增量主要由喉道所控制(圖6c，d)。因此，儲層孔喉分形結構與滲流作用密切相關，今后可用儲層的孔喉分形特征來反映和描述致密氣儲層的滲流特征。

表3 致密氣儲層孔喉分形維數結果

注：D1為孔喉整體分維值；D2為喉道的分維值。

3.4 分形維數與孔隙結構參數的關系

孔隙結構的復雜性與非均質性，可以由分形維數進行表征。依據分形理論，分形維數愈大，孔隙結構愈復雜[26]。為表征分形維數與盒8段致密氣儲層孔隙結構參數的關系，分別對其與孔隙度、滲透率、主流喉道半徑等孔隙結構參數做擬合關系曲線，如圖7所示。

喉道大小及分布是影響儲層滲透率大小的關鍵因素[34]。通過分析表明，整體上盆地盒8段致密氣儲層孔喉分形維數D1、D2與其滲透率、平均喉道半徑和主流喉道半徑均存在一定的負相關性(圖6b，c，f)，且這種負相關性明顯程度主要受致密氣儲層喉道分布非均質性影響。相比之下，具Ⅰ型孔隙結構的分形維數與主流喉道半徑和平均喉道半徑的負相關性比Ⅱ型的負相關性相對明顯，這是由于具Ⅰ型孔隙結構的儲層其主流喉道和平均喉道趨向于具分形部分的喉道方向發育，喉道非均質相對較弱，使得分形維數與其負相關較明顯?？傊?，隨著分形維數的增大，儲層滲透率越小、滲透能力也越差，其非均質性越復雜。

微觀非均質系數用來反映孔喉分布的均勻程度，從圖6g可以看出，分形維數D1、D2均與微觀非均質系數呈現較好的正相關性。隨分形維數的增大，儲層非均質系數增大，導致孔喉分布復雜、不均勻，微觀非均質性增強。該認識同前人關于低滲透儲層孔隙分形維數對孔喉分選關系的研究結果規律相似[20,35]。

分形維數同孔隙度、平均孔隙半徑和平均孔喉半徑比之間沒有明顯的相關性(圖6a，d，e)，這是由于致密氣儲層孔隙不具有分形結構，而D1、D2分別反映的是儲層孔喉整體和喉道大小分布的分形維數，孔隙度則主要是由儲層孔隙大小等控制。

4 討論

通過對致密氣儲層孔喉分形的系統研究，明確了致密氣儲層孔隙結構分形特征具有多樣性，對于鄂爾多斯盆地盒8段而言，主要可分為兩種類型。這個認識與時宇等[19]使用恒速壓汞對低滲透砂巖孔喉分形研究的結果產生了一定的相同和不同之處。相同點是均認為儲層的孔隙不具有分形結構，這可能是由于低滲透儲層孔隙類型多樣且大小分布不均勻所造成；不同在于筆者認為儲層孔喉整體和喉道具有階段式和整體式分形結構，不是所謂的喉道均具有分形特征。

圖6 致密氣儲層階段進汞飽和度曲線綜合圖Fig.6 Mercury incremental intrusion curves of tight sandstone reservoirs

圖7 致密氣儲層孔喉分形維數與孔隙結構參數關系Fig.7 Plot of pore (pore and throat) fractal dimensions vs. pore structure parameters of tight gas reservoir

樣品14-Ld與其他四個樣品核磁共振T2譜的形態差異可以用分形結構來解釋，相比之下14-Ld樣品其T2雙譜峰不明顯，譜峰P1和P2峰值差異較小，峰值相對都較高，說明其對應的大、中孔隙較為發育，進而導致孔隙差異性較強，具階段式分形結構；而其他四個樣品其T2譜峰中的P1峰值高，說明相對的儲層微小孔隙最為發育，而P2譜峰代表的大、中孔隙相對發育較少，這樣的組合發育模式使得孔喉之間相似程度增強，使得孔喉具有整體式分形結構。

針對中粒、中—粗粒的致密砂巖氣儲層孔喉分形的研究，今后應加強應用恒速壓汞技術。而且在實驗條件允許的情況下，應開展針對不同沉積環境下的儲集層孔喉分形特征研究，探討沉積環境對孔喉分形結構的控制，進步來應用儲層的孔喉分形結構特征來預測有利的致密氣甜點區。

5 結論

(1) 恒速壓汞技術較好的識別出盒8段中粒、中—粗粒致密砂巖氣儲層的有效孔隙為亞微米—微米級孔喉所控制，其中孔隙主要為大孔和中孔，喉道由微喉道、微細喉道和細喉道所組成。

(2) 明確了致密氣儲層孔隙分布不具分形特征，而孔喉整體和喉道則符合分形結構特征；基于儲層孔隙分形結構和其滲流特征，將孔隙分形結構劃分為2種類型。Ⅰ型表現為階段式分形特征，以進汞壓力1 MPa為界，大于1 MPa具有分形特征，且儲層的階段進汞飽和度主要由喉道貢獻，反之，孔喉不符合分形特征，階段進汞飽和度主要由孔隙貢獻；Ⅱ型為整體式分形，其階段進汞飽和度幾乎全由喉道所貢獻。

(3) 分形維數與滲透率、平均喉道半徑和主流喉道半徑存在較明顯的負相關性，與微觀非均質系數呈現較好的正相關性；而與孔隙度、平均孔隙半徑和平均孔喉半徑比之間沒有明顯的相關性。

本文對于蘇里格廟地區和隴東地區儲層孔喉分布與分形的關聯性只是進行了初步認識和闡述，在今后大量樣品分析的基礎上，有待進步厘定和總結其特征。

致謝 論文得到了兩位審稿專家和編輯部老師給予的寶貴修改意見，在此一并感謝。

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Fractal Characteristics of Pore-throat of Tight Gas Reservoirs and Its Relation with Percolation: A case from He 8 Member of the Permian Xiashihezi Formation in Ordos Basin

WU Hao1,2，LIU RuiE3，JI YouLiang1,2，ZHANG ChunLin3，CHEN Sheng3,ZHOU Yong1,2，DU Wei1,2,ZHANG YunZhao4，WANG Ye1,2

1. College of Geoscience, China University of Petroleum, Beijing 102249, China 2. State Key Laboratory of Petroleum Resources and Prospecting, Beijing 102249, China 3. PetroChina Research Institute of Petroleum Exploration & Development-Langfang Branch, Langfang, Hebei 065007, China 4. Unconventional Natural Gas Research Institute, China University of Petroleum, Beijing 102249, China

Constant-rate mercury intrusion (CRMI) was performed on 16 samples from the He8 Member tight sandstone of the Permian Xiashihezi Formation in Ordos Basin, and combined with the NMR experiment, the pore (pore and throat) structure features were investigated finely. Based on the research of the pore structure features, fractal characteristics of pore (pore and throat) in tight sandstone reservoir were carried out, and the relationship between pore fractal and percolation characteristics and pore structure parameters were quantitatively characterized. The results show that the effective pores and throats of tight gas reservoir are controlled by submicron and micron scale pore-throats. The pores are mainly composed of macrospores and mesopores, and the throats consist of micro throats, micro-fine throats and fine throats. In the light of effective pores and throats recognized by CRMI and NMR, it is suggested that both pore-throat and throat distribution conform to the fractural structure with dimension valueD1andD2, respectively, while pore distribution does not. Based on the characteristics of pore fractal structure and percolation, pore fractal structures of He 8 Member tight gas reservoir are divided into two categories: typeⅠhas the staged fractal characteristic, i.e., there is a clear inflection point with about 1 MPa pressure of mercury injection (MIP). When the MIP is greater than 1 MPa, the reservoir pore-throat has fractal characteristic and the throats contribute to mercury saturation increment (MSI). On the contrary, the MSI is almost entirely contributed by the pores. Type Ⅱ is the integral fractal, and the MSI is almost all contributed by the throats. The fractal dimensions of tight gas reservoir pore which has a certain correlation with pore micro geometrical parameters where as its relationship with permeability, average throat radius and mainstream throat radius are obvious negative correlation. The fractal dimensions show a positive linear correlation with micro heterogeneity coefficient, while no direct or weak relationships with porosity, average pore radius and average pore-throat radius ratio.

pore structure; fractal dimension; percolation characteristic; tight gas reservoir; constant-rate mercury intrusion

1000-0550(2017)01-0151-12

10.14027/j.cnki.cjxb.2017.01.015

2016-02-02；收修改稿日期： 2016-03-24

國家自然科學基金項目(41272157)；國家科技重大專項(2016ZX05007-003)；中國石油科技創新基金(2014D-5006-0101)；中國石油大學(北京)科研基金(2462013YJRC038，2462015YQ0108)[Foundation: National Natural Science Foundation of China, No.41272157; Major National Science and Technology Project, No.2016ZX05007-003; CNPC Innovation Foundation, No.2014D-5006-0101; Science Foundation of China University of Petroleum, Beijing, No.2462013YJRC038, 2462015YQ0108]

吳浩，男，1990年出生，博士研究生，沉積學與儲層地質學，E-mail: H.Wu1990@outlook.com

紀友亮，男，教授，E-mail: jiyouliang@cup.edu.cn

TE122.2

A