鄂爾多斯盆地長(zhǎng)7致密油儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間特征及其意義

馮勝斌 ，牛小兵 ，劉飛 ，楊孝，劉小靜，尤源 ，王芳

(1.長(zhǎng)慶油田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，陜西 西安，710018；2.低滲透油氣田勘探開(kāi)發(fā)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安，710018；3.長(zhǎng)慶油田分公司油藏評(píng)價(jià)處，陜西 西安，710018)

儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間特征作為油氣儲(chǔ)層評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)，一直受到石油地質(zhì)學(xué)者的廣泛重視并取得了眾多成果。值得注意的是，20世紀(jì)70年代末應(yīng)用新技術(shù)、新方法發(fā)現(xiàn)碎屑儲(chǔ)集巖的孔隙不僅是原生孔隙，而且發(fā)育大量次生孔隙，由此獲得了碎屑儲(chǔ)集巖理論上的突破性進(jìn)展[1?5]。隨研究的深入，儲(chǔ)層的儲(chǔ)集空間特征的描述更為精細(xì)，如儲(chǔ)層的孔隙類(lèi)型的劃分，由粗略的宏觀孔隙和微觀孔隙2類(lèi)基本類(lèi)型細(xì)化到大孔隙、中孔隙、小孔隙、微孔隙、吸附孔 5級(jí)[6]。由于世界油氣需求的持續(xù)增長(zhǎng)與常規(guī)油氣產(chǎn)量的不斷下降，近幾年，北美在頁(yè)巖氣、致密油上的工業(yè)開(kāi)發(fā)工作極大地推動(dòng)了世界范圍內(nèi)的非常規(guī)油氣藏的勘探開(kāi)發(fā)進(jìn)程[7?8]。這里的非常規(guī)油氣藏的本質(zhì)就是儲(chǔ)層的“非常規(guī)”，即儲(chǔ)層致密。其中，儲(chǔ)層致密的致密油是非常規(guī)油氣資源中主要的類(lèi)型，已成為全球非常規(guī)石油勘探開(kāi)發(fā)的亮點(diǎn)領(lǐng)域[8?9]。因此，鄒才能等[8]指出儲(chǔ)層儲(chǔ)集性能是非常規(guī)油氣研究的靈魂。鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組長(zhǎng) 7油層組中與油頁(yè)巖互層共生或緊鄰的砂巖儲(chǔ)層致密，滲透率一般小于 0.3×10?3μm2，按照致密油的劃分標(biāo)準(zhǔn)[7?8]，長(zhǎng)7致密砂巖油層為典型的致密油。前人對(duì)鄂爾多斯盆地長(zhǎng)7段致密油層組做了大量的研究工作，這些工作主要包括孔隙度、滲透率測(cè)試，薄片分析等。鄒才能等[8,10]利用場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡與Nano-CT技術(shù)已識(shí)別出納米級(jí)孔隙，同時(shí)認(rèn)為納米孔是致密油的主要儲(chǔ)集空間類(lèi)型。然而，鄂爾多斯盆地長(zhǎng)7致密油儲(chǔ)層在儲(chǔ)集空間特征上的研究較為薄弱，譬如，孔隙類(lèi)型及分布、納米孔隙的含量及含油性、石油儲(chǔ)集的主體孔隙類(lèi)型等都是亟需解決的問(wèn)題。因此，本文作者對(duì)鄂爾多斯盆地長(zhǎng)7致密油儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間特征進(jìn)行了研究，不僅有助于該盆地致密油的資源評(píng)價(jià)研究，還為該盆地致密油的勘探、開(kāi)發(fā)提供科學(xué)依據(jù)。

1 長(zhǎng)7致密油儲(chǔ)層常規(guī)測(cè)試特征

1.1 致密油儲(chǔ)層物性特征

油氣儲(chǔ)層的儲(chǔ)集物性是儲(chǔ)層評(píng)價(jià)研究中的重要參數(shù)[11]，而孔隙度、滲透率是描述該儲(chǔ)集物性的常規(guī)指標(biāo)。通過(guò)鄂爾多斯盆地長(zhǎng)7致密油儲(chǔ)層大量的物性數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，長(zhǎng)7砂巖的孔隙度主要分布于5%～15%，平均孔隙度為 10.1%；滲透率主要分布于 0.01×10?3～1×10?3μm2，平均滲透率為 0.18×10?3μm2(圖 1)。對(duì)盆地已規(guī)模有效開(kāi)發(fā)的特低滲透和超低滲透儲(chǔ)層儲(chǔ)集物性進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析(見(jiàn)圖2)。結(jié)果表明：長(zhǎng)7致密油儲(chǔ)層與鄂爾多斯盆地特低滲透和超低滲透儲(chǔ)層相比，滲透率相差較大，而孔隙度相近，說(shuō)明長(zhǎng)7致密油儲(chǔ)層具“相對(duì)高孔、低滲”的致密特征，這揭示長(zhǎng)7致密油儲(chǔ)層雖然低滲，但具較好的儲(chǔ)集流體的性能。

1.2 致密油儲(chǔ)層孔隙特征

薄片分析是研究油氣儲(chǔ)層孔隙特征的常規(guī)方法。對(duì)鄂爾多斯盆地長(zhǎng)7致密油儲(chǔ)層進(jìn)行了大量的鑄體薄片鑒定分析。結(jié)果表明，長(zhǎng)7致密油儲(chǔ)層在偏光顯微鏡下可見(jiàn)的孔隙類(lèi)型主要為長(zhǎng)石溶孔，其面積占總面積的1.8%，其次為粒間孔，其面積占總面積的0.6%，總面孔率為2.4%，由此可知，長(zhǎng)7致密油儲(chǔ)層與盆地特低滲透、超低滲透儲(chǔ)層相比，前者的面孔率明顯偏低(圖3)，然而，這與前文利用儲(chǔ)層物性孔隙度參數(shù)反映出的長(zhǎng)7致密油儲(chǔ)層具有較好的儲(chǔ)集性能相矛盾。鄂爾多斯盆地長(zhǎng)7致密油儲(chǔ)層鑄體薄片特征如圖4所示。圖4表明：薄片分析參數(shù)與物性分析參數(shù)反映的儲(chǔ)層儲(chǔ)集性能之間有顯著差異，以N33和Z182井為代表的長(zhǎng)7巖芯物性測(cè)試結(jié)果顯示：該致密油儲(chǔ)層具有較高的孔隙度，可是在單偏光下孔隙很難識(shí)別，面孔率統(tǒng)計(jì)值近似為 0。由此可見(jiàn)，鄂爾多斯盆地長(zhǎng) 7致密油儲(chǔ)層與該盆地特低滲透和超低滲透儲(chǔ)層孔隙特征有較大不同，鄂爾多斯盆地長(zhǎng)7致密油儲(chǔ)層亦可能發(fā)育納米孔孔隙類(lèi)型，但受偏光顯微鏡儀器分辨率的限制，對(duì)這些微孔隙采用薄片分析方法很難進(jìn)行有效地識(shí)別和統(tǒng)計(jì)。

圖1 鄂爾多斯盆地長(zhǎng)7致密油儲(chǔ)層孔滲分布頻率直方圖Fig.1 Histogram of physical property distribution frequency for Chang7 tight oil reservoir in Ordos basin

圖2 鄂爾多斯盆地長(zhǎng)7致密油與特低滲透、超低滲透儲(chǔ)層物性對(duì)比直方圖Fig.2 Histogram of physical property comparison between Chang7 tight oil reservoir in Ordos basin and extra low permeability,ultra low permeability reservoir

圖3 鄂爾多斯盆地長(zhǎng)7致密油與特低滲透、超低滲透儲(chǔ)層孔隙特征對(duì)比直方圖Fig.3 Histogram of pore structure characteristics comparison between Chang7 tight oil reservoir in Ordos basin and extra low permeability, ultra low permeability reservoir

圖4 鄂爾多斯盆地長(zhǎng)7致密油儲(chǔ)層鑄體薄片特征Fig.4 Casting thin section characteristics for Chang7 tight oil reservoir in Ordos basin

上述分析表明，鄂爾多斯盆地長(zhǎng)7致密油儲(chǔ)層較盆地特低滲透、超低滲透儲(chǔ)層的孔隙特征更為復(fù)雜，雖然長(zhǎng)7致密油儲(chǔ)層表現(xiàn)為相對(duì)高孔、具較好的儲(chǔ)集流體的特征，但是用常規(guī)的薄片分析及表征方法很難有效地揭示其復(fù)雜的孔隙特征，因而，需探索新的分析測(cè)試技術(shù)和表征方法。

2 長(zhǎng)7致密油儲(chǔ)層核磁共振測(cè)試儲(chǔ)集空間特征

近年來(lái)，用于材料分析測(cè)試的新技術(shù)、新方法為油氣儲(chǔ)層孔隙特征的研究提供了契機(jī)。其中，場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡和Nano-CT成像技術(shù)已被成功地應(yīng)用于致密儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)的研究。現(xiàn)有的研究成果顯示[8,10,12?13]：場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡雖具很高的分辨率，能有效識(shí)別出微米－納米級(jí)孔隙，但是該方法對(duì)樣品的制備要求較高，在一定程度上限制了它的廣泛使用；對(duì)于Nano-CT成像技術(shù)，以其能夠?qū)崿F(xiàn)三維刻畫(huà)和定量表征孔隙和喉道的技術(shù)性能受到研究者的青睞，但是目前國(guó)內(nèi)該類(lèi)測(cè)試儀器少、待分析樣品多、加上高昂的測(cè)試費(fèi)用等因素，很難滿(mǎn)足現(xiàn)行的科學(xué)研究及生產(chǎn)需求。然而，核磁共振的測(cè)試方法有效地解決了上述問(wèn)題。

據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道，巖芯飽和水時(shí)的核磁共振 T2譜分布能反映巖芯內(nèi)所有孔隙孔徑分布[12?16]，并且通過(guò)使用弛豫劑已實(shí)現(xiàn)了消除水信號(hào)獲取油相 T2譜分布的技術(shù)[17?18]。因此，可以采用核磁共振的方法來(lái)分析石油流體在不同孔徑孔隙中的分布特征[16,19?20]，即不同孔徑的儲(chǔ)集空間的含油性特征。另外，核磁共振測(cè)試技術(shù)在常規(guī)油氣儲(chǔ)層研究中已得到了廣泛應(yīng)用，且在油氣勘探、開(kāi)發(fā)中取得良好的應(yīng)用效果，故核磁共振測(cè)試技術(shù)具有較好的分析測(cè)試基礎(chǔ)。因此，本文使用Magnet2000型核磁共振巖樣分析儀分析長(zhǎng)7致密油儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間特征。樣品的選取和分析流程參照文獻(xiàn)[21]。

圖5 鄂爾多斯盆地長(zhǎng)7致密油儲(chǔ)層不同級(jí)別滲透率巖芯核磁共振測(cè)試孔徑分布Fig.5 Pore diameter distribution of different permeability core tested by nuclear magnetic resonance for Chang7 tight oil reservoir in Ordos basin

2.1 致密油儲(chǔ)層孔隙類(lèi)型及分布特征

使用 Magnet2000型核磁共振巖樣分析儀，對(duì)鄂爾多斯盆地長(zhǎng)7致密油儲(chǔ)層巖芯進(jìn)行了飽和水的核磁共振測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖5。在圖5中，巖芯的孔隙半徑據(jù)文獻(xiàn)[14?16]由T2譜弛豫時(shí)間轉(zhuǎn)換而來(lái)。從圖5可見(jiàn)，鄂爾多斯盆地長(zhǎng)7致密油儲(chǔ)層巖芯的孔隙孔徑分布范圍較寬。參照低滲透儲(chǔ)層孔隙類(lèi)型的劃分標(biāo)準(zhǔn)[6,8]，測(cè)試巖芯包含大孔(孔徑 r＞20 μm)、中孔(r=20～10 μm)、小孔(r=10～2 μm)、微孔(r=2～0.5 μm)及納米孔 (r＜0.5 μm)各種孔隙類(lèi)型。

進(jìn)一步分析表明，樣品的滲透率級(jí)別不同，其巖芯孔徑的分布范圍存在差異。滲透率相對(duì)高的巖芯孔徑分布范圍寬，其分布峰偏向孔隙半徑較大一側(cè)，反之，滲透率相對(duì)小的巖芯孔徑分布范圍較窄，其分布峰偏向孔隙半徑較小一側(cè)；同樣，樣品的滲透率級(jí)別不同，其巖芯的孔隙類(lèi)型與主體孔隙類(lèi)型也不同，長(zhǎng)7致密油儲(chǔ)層孔隙類(lèi)型總體上發(fā)育小孔?納米孔孔隙，隨滲透率的增大，孔隙類(lèi)型有變好的趨勢(shì)。由此可知，巖芯中主體孔隙類(lèi)型的發(fā)育程度與儲(chǔ)層滲透率的相關(guān)性顯而易見(jiàn)，這表明儲(chǔ)層的質(zhì)量受巖石致密程度的控制。此外，圖 5(d)所示的巖芯滲透率小于 1×10?5μm2，其石油儲(chǔ)集空間以微孔和納米孔孔隙類(lèi)型為主，據(jù)流體分布圖特征對(duì)比分析，該類(lèi)孔隙孔徑小、數(shù)量大，可見(jiàn)正是這些因素導(dǎo)致長(zhǎng)7致密油儲(chǔ)層具相對(duì)高孔的特征。

2.2 不同類(lèi)型孔隙含油性分析

巖芯飽和水后的核磁共振分析結(jié)果揭示出鄂爾多斯盆地長(zhǎng)7致密油儲(chǔ)層孔隙類(lèi)型復(fù)雜，不僅具常規(guī)油氣儲(chǔ)層發(fā)育的大孔?小孔孔隙，而且普遍發(fā)育微孔和納米孔孔隙。石油勘探者可能更為關(guān)心的是這些微孔和納米孔孔隙是否儲(chǔ)集石油，因此，本文采用巖芯核磁共振測(cè)試的油相T2譜分布和飽和水T2譜分布的對(duì)比關(guān)系來(lái)探討長(zhǎng)7致密油儲(chǔ)層不同孔隙類(lèi)型的含油性特征。初步分析結(jié)果表明，長(zhǎng)7致密油儲(chǔ)層的大孔至納米孔所有儲(chǔ)集空間均含油，且?guī)r芯中油流體和飽和水流體分布圖峰面積趨于一致，揭示出測(cè)試巖芯大孔?納米孔孔隙含油飽滿(mǎn)(圖6)。

圖6 鄂爾多斯盆地長(zhǎng)7致密油儲(chǔ)層巖芯核磁共振測(cè)試飽和水流體與油流體分布關(guān)系Fig.6 Distribution relationship between saturation water and oil in core by nuclear magnetic resonance for Chang7 tight oil reservoir in Ordos basin

3 石油地質(zhì)意義

鄒才能等[10]通過(guò)對(duì)鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組致密砂巖儲(chǔ)層束縛水膜厚度及原油單分子直徑(0.4～4 nm)的研究，計(jì)算出鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組致密砂巖儲(chǔ)層原油分子通過(guò)的臨界喉道半徑為54 nm。長(zhǎng)7致密油儲(chǔ)層壓汞測(cè)試結(jié)果表明：長(zhǎng)7儲(chǔ)層喉道半徑為10～1 000 nm范圍，喉道半徑中值達(dá)100 nm。同時(shí)，由長(zhǎng)7儲(chǔ)層的喉道半徑計(jì)算，長(zhǎng)7儲(chǔ)層毛細(xì)管阻力為0.01～2.00 MPa。綜合特征說(shuō)明：盆地長(zhǎng)7致密油儲(chǔ)層石油的運(yùn)移成藏主要受控于石油運(yùn)移的驅(qū)動(dòng)力。而鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組砂巖儲(chǔ)層石油充注成藏過(guò)程與成藏機(jī)理模擬實(shí)驗(yàn)分析亦進(jìn)一步證實(shí)：盆地低滲透儲(chǔ)層石油充注強(qiáng)度主要取決于驅(qū)動(dòng)壓力，當(dāng)驅(qū)動(dòng)壓力達(dá)到3 MPa時(shí)，致密儲(chǔ)層(滲透率＜0.3×10?3μm2)含油飽和度達(dá)到 60%以上，且隨著驅(qū)動(dòng)壓力增大含油飽和度呈增高的趨勢(shì)[22]，且實(shí)驗(yàn)結(jié)論與盆地長(zhǎng)7致密油儲(chǔ)層密閉取芯巖芯實(shí)測(cè)的結(jié)果一致(圖7)。已有研究成果表明：鄂爾多斯盆地長(zhǎng)7優(yōu)質(zhì)烴源巖生烴增壓形成的異常壓力是油氣運(yùn)移成藏的主動(dòng)力[23?24]，異常壓力恢復(fù)顯示盆地長(zhǎng)7優(yōu)質(zhì)烴源巖普遍存在5 MPa以上的異常壓力。因而，長(zhǎng)7致密油儲(chǔ)層具有良好的成藏條件，源儲(chǔ)共生，石油初次運(yùn)移動(dòng)力大、運(yùn)移距離短，從而石油充注強(qiáng)、含油飽和度高，且受儲(chǔ)層喉道細(xì)微的控制作用流體保存好、石油滯留成藏[25]，形成了今儲(chǔ)層中大孔至納米孔孔隙均含油的特征。

圖7 鄂爾多斯盆地Z193井長(zhǎng)7致密油儲(chǔ)層含油飽和度與孔隙度關(guān)系Fig.7 Relationship between oil saturation and porosity in Chang7 tight oil reservoir of well Z193 in Ordos basin

上述認(rèn)識(shí)對(duì)鄂爾多斯盆地致密油的勘探開(kāi)發(fā)具有一定的啟示意義：(1) 已有研究成果揭示頁(yè)巖中亦普遍發(fā)育大量納米孔隙和微裂縫[8,10,26]，因而長(zhǎng)7烴源巖不僅是生烴巖，而且是儲(chǔ)集巖。大量鉆井?dāng)?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表明，長(zhǎng) 7油頁(yè)巖大面積廣覆式分布，分布范圍達(dá)5×104km2，厚度一般為 10～40 m。所以，盆地長(zhǎng) 7不僅具有豐富的致密油，還發(fā)育有頁(yè)巖油資源。(2) 盆地中生界烴源巖發(fā)育特征表明，雖延長(zhǎng)組長(zhǎng)7優(yōu)質(zhì)烴源巖為主力源巖，但長(zhǎng)9、長(zhǎng)6、長(zhǎng)4＋5油層組在盆地局部凹陷發(fā)育不同規(guī)模、不同性質(zhì)的烴源巖，具有一定的生烴潛力，結(jié)合長(zhǎng)7源儲(chǔ)共生的致密砂巖儲(chǔ)層石油充注及儲(chǔ)集空間的含油性特征分析，可推測(cè)在這幾套源巖發(fā)育層位也具有形成類(lèi)似長(zhǎng)7油層組的致密油層。

4 結(jié)論

(1) 鄂爾多斯盆地長(zhǎng) 7致密油儲(chǔ)層具相對(duì)高孔低滲的特征，儲(chǔ)層孔隙孔徑分布范圍寬、孔隙類(lèi)型復(fù)雜，儲(chǔ)層中大孔、中孔、小孔、微孔及納米孔孔隙類(lèi)型均發(fā)育；長(zhǎng)7致密油儲(chǔ)層的孔徑分布范圍、孔隙類(lèi)型和主體孔隙類(lèi)型受儲(chǔ)層的致密程度的控制作用明顯。

(2) 鄂爾多斯盆地長(zhǎng) 7致密油儲(chǔ)層受高異常壓力及儲(chǔ)層本身的喉道細(xì)微特征的控制，石油充注強(qiáng)、流體保存好、石油滯留成藏，現(xiàn)今儲(chǔ)層中具大孔隙至納米孔孔隙均含油的特征，并且微孔至納米孔孔隙含油飽滿(mǎn)。

(3) 鄂爾多斯盆地致密油層分布廣、非常規(guī)油氣資源潛力大。長(zhǎng)7油層組發(fā)育的致密油和頁(yè)巖油是今后研究和勘探開(kāi)發(fā)的重要目標(biāo)；對(duì)長(zhǎng)9、長(zhǎng)6和長(zhǎng)4+5油層組烴源巖生排烴特征需進(jìn)一步分析，評(píng)價(jià)形成致密油和頁(yè)巖油的前景。

致謝：

本文得到了長(zhǎng)慶油田勘探開(kāi)發(fā)研究分析試驗(yàn)中心袁效奇高工、賀靜高工、解古巍工程師及成都理工大學(xué)趙應(yīng)權(quán)博士后的指導(dǎo)和幫助，樣品測(cè)試在中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院廊坊分院與長(zhǎng)慶油田勘探開(kāi)發(fā)研究院分析試驗(yàn)中心完成，在此致以衷心地感謝。

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