低滲透致密砂巖儲(chǔ)層中石油微觀賦存狀態(tài)與油源關(guān)系——以鄂爾多斯盆地三疊系延長(zhǎng)組為例

牛小兵，馮勝斌，劉 飛，王成玉，鄭慶華，楊 孝，尤 源

(1.中國(guó)石油長(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. 中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司油藏評(píng)價(jià)處，陜西西安710018)

隨著北美地區(qū)頁(yè)巖氣、致密油的成功開(kāi)發(fā)，可利用的油氣賦存的孔隙由毫米級(jí)和微米級(jí)孔延伸到納米級(jí)孔隙［1-2］。鄂爾多斯盆地中生界延長(zhǎng)組砂巖儲(chǔ)層以特低滲透-超低滲透為主，儲(chǔ)層具有微米-納米級(jí)孔隙組合特征［1］。這類儲(chǔ)層由于孔隙小、喉道細(xì)、礦物顆粒表面粗糙，帶來(lái)石油運(yùn)聚阻力大、滲流能力低及啟動(dòng)壓力梯度高等制約石油運(yùn)移充注及聚集成藏的不利因素［3-6］，因而石油在該類儲(chǔ)層中的微觀賦存狀態(tài)具有多樣性，其在很大程度上將影響到低滲透油藏的地質(zhì)儲(chǔ)量計(jì)算，尤其是對(duì)致密油分布規(guī)律認(rèn)識(shí)和資源評(píng)價(jià)具有重要的影響［7］。但是，盡管目前該盆地在這類儲(chǔ)層中已取得了重大勘探開(kāi)發(fā)成果及一系列地質(zhì)理論認(rèn)識(shí)［8-11］，但對(duì)石油在不同尺度孔隙中的微觀賦存特征及形成機(jī)理研究較少。本文試圖采用核磁共振測(cè)試技術(shù)，來(lái)分析鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組儲(chǔ)層孔隙分布特征、不同大小孔隙中石油微觀賦存狀態(tài)及其與源儲(chǔ)距離關(guān)系，以期對(duì)該盆地低滲透致密儲(chǔ)層石油運(yùn)移充注特征及聚集成藏機(jī)理有更深入的認(rèn)識(shí)，并為盆地致密油的研究和勘探開(kāi)發(fā)提供借鑒。

1 地質(zhì)背景

鄂爾多斯盆地位于華北地臺(tái)西南部。該盆地晚三疊世為一個(gè)大型內(nèi)陸差異性沉積盆地，期間沉積了一套厚千余米的黃綠、灰綠色砂巖夾暗色泥巖、黑色油頁(yè)巖的湖泊-三角洲相地層，是該盆地中生界重要的生油層和產(chǎn)油層。該套地層歸屬上三疊統(tǒng)延長(zhǎng)組，自下而上劃分為長(zhǎng)10 至長(zhǎng)1 共10 個(gè)油層組。其中，長(zhǎng)7油層組發(fā)育優(yōu)質(zhì)烴源巖，是盆地中生界最主要的油源巖。

該套地層10 個(gè)油層組均發(fā)育砂巖儲(chǔ)層，但油層組之間及同一油層組在不同地區(qū)砂巖儲(chǔ)層物性存在較大差異?？傮w上，長(zhǎng)4+5 以上油層組和北東物源沉積區(qū)儲(chǔ)層物性相對(duì)較好［12-13］，滲透率(K)多變化于0.3 ×10-3～5.0 ×10-3μm2之間;而長(zhǎng)7 油層組砂巖儲(chǔ)層平均滲透率小于0.3 ×10-3μm2，是典型的致密油儲(chǔ)層。目前，延長(zhǎng)組10 個(gè)油層組均有油藏發(fā)現(xiàn)，具多層系含油的特點(diǎn)。

2 樣品采集及分析方法

主要圍繞長(zhǎng)7 優(yōu)質(zhì)烴源巖分布區(qū)采集延長(zhǎng)組砂巖儲(chǔ)層樣品。在長(zhǎng)8 油層組上部和長(zhǎng)7 油層組中部各選擇2 塊代表近源儲(chǔ)層的樣品，在長(zhǎng)6 油層組上部和長(zhǎng)2油層組上部各選擇1 塊代表遠(yuǎn)源儲(chǔ)層的樣品。所有樣品均采自新鮮的、含油性好的鉆井巖心，樣品規(guī)格為2.5 cm×5.0 cm 的短巖心柱(表1)。

明確儲(chǔ)層孔隙分布特征是開(kāi)展儲(chǔ)層中石油微觀賦存狀態(tài)研究的前提。高壓壓汞法是研究?jī)?chǔ)層孔喉分布特征的常用方法，但其因進(jìn)汞飽和度常小于100%，不能反映微小孔隙、復(fù)雜孔隙的分布［14］。巖心飽和水時(shí)的核磁共振T2譜分布能反映巖心內(nèi)所有孔隙孔徑分布［14-16］，并且該測(cè)試技術(shù)具有通過(guò)使用馳豫劑消除水信號(hào)干擾，獲取油相T2譜分布特征的優(yōu)勢(shì)［17-18］。因而，可以采用核磁共振技術(shù)分析石油在不同尺度孔隙中的微觀賦存特征［19-20］。另外，核磁共振測(cè)試技術(shù)在致密油氣儲(chǔ)層研究中已得到了廣泛應(yīng)用［21］，且在油氣勘探與開(kāi)發(fā)中取得良好的應(yīng)用效果。為此，本文使用Magnet 2000 型核磁共振巖樣分析儀分析該盆地低滲透致密砂巖儲(chǔ)層石油微觀賦存狀態(tài)。

表1 鄂爾多斯盆地低滲透致密砂巖樣品采集位置及特征Table 1 Sample locations and characteristics of tight sandstones with low permeability in Ordos Basin

實(shí)驗(yàn)步驟為:首先，對(duì)未經(jīng)處理的新鮮樣品，測(cè)試反映巖心原始流體信息的核磁共振T2譜分布特征;其次，對(duì)巖心樣品進(jìn)行鹽水飽和處理，分析獲取孔隙度、滲透率、可動(dòng)流體飽和度、束縛流體飽和度及孔隙結(jié)構(gòu)特征參數(shù);最后，用氯化錳溶液浸泡巖心樣品，測(cè)得巖心石油T2譜分布，并將測(cè)得的T2譜馳豫時(shí)間按照文獻(xiàn)［14］的方法轉(zhuǎn)化為孔徑分布值。

3 分析結(jié)果及討論

3.1 近源油藏儲(chǔ)層石油微觀賦存狀態(tài)

圖1 為盆地近源油藏儲(chǔ)層巖心核磁共振測(cè)試結(jié)果。4 個(gè)樣品的飽和水流體和油流體分布曲線為雙峰模式，原始流體分布曲線既有單峰模式又有雙峰模式。從飽和水流體分布曲線看，研究區(qū)儲(chǔ)層的孔隙孔徑分布范圍較寬，按照低滲透儲(chǔ)層孔隙類型的分類標(biāo)準(zhǔn)［1，7，22］劃分，包含大孔(r ＞20 μm)、中孔(r =20～10 μm)、小孔(r=10～2 μm)、微孔(r =2.0～0.5 μm)及納米孔(r ＜0.5 μm)各種不同尺度孔隙類型;油流體分布曲線揭示研究區(qū)儲(chǔ)層中不同尺度的孔隙中均賦存石油，即大孔至納米孔均儲(chǔ)集石油。比較特殊的是，原始流體與飽和水流體分布曲線在大孔徑一側(cè)相差較大，這可能是由于該盆地原油油質(zhì)輕［23］，巖心脫離了地下的溫度和壓力條件，在鉆井取心、制樣及分析過(guò)程中大孔隙中油流體發(fā)生了逸散［24］。油流體和飽和水流體分布曲線在小孔徑一側(cè)趨于一致，揭示儲(chǔ)層微孔隙-納米孔隙含油飽滿，且受喉道微細(xì)控制流體保存好［25］。上述特征表明，該盆地近源油藏儲(chǔ)層中大孔至納米孔均儲(chǔ)集石油。

圖1 鄂爾多斯盆地近源油藏儲(chǔ)層巖心核磁共振T2譜圖Fig.1 T2 spectra on NMR of the cores from reservoirs near source rocks in the Ordos Basin

3.2 遠(yuǎn)源油藏儲(chǔ)層石油微觀賦存狀態(tài)

圖2 所示為盆地遠(yuǎn)源油藏儲(chǔ)層巖心核磁共振測(cè)試結(jié)果。對(duì)照?qǐng)D1 顯示，盆地遠(yuǎn)源油藏儲(chǔ)層與近源油藏儲(chǔ)層孔隙孔徑分布特征相似，大孔至納米孔均發(fā)育，也具有石油逸散的現(xiàn)象;不同的是，遠(yuǎn)源油藏儲(chǔ)層油流體分布曲線為單峰模式，且油流體分布峰明顯偏向大孔徑一側(cè)，表明遠(yuǎn)源油藏儲(chǔ)層具有納米孔隙不含油、小孔隙含油性差、中孔隙至大孔隙含油性好的微觀賦存狀態(tài)。

3.3 石油微觀賦存狀態(tài)控制因素

鄂爾多斯盆地近源與遠(yuǎn)源油藏儲(chǔ)層中石油微觀賦存狀態(tài)差異明顯，近源油藏儲(chǔ)層不僅大、中孔隙儲(chǔ)集油，且半徑小于0.5 μm 的納米孔隙含油飽滿(圖1)，而遠(yuǎn)源油藏儲(chǔ)層石油主要賦存在大、中孔隙，小孔隙至微孔隙含油差，納米孔隙不含油。已有資料表明，石油常賦存在孔隙半徑大于0.1 μm 的儲(chǔ)集空間［20］，研究區(qū)內(nèi)近源的長(zhǎng)7 致密砂巖儲(chǔ)層中存在小于0.1 μm 的儲(chǔ)集空間賦存石油的現(xiàn)象(圖1c，d)，遠(yuǎn)源儲(chǔ)層則無(wú)，這顯示盆地近源儲(chǔ)層與遠(yuǎn)源儲(chǔ)層具有不同的石油運(yùn)移充注、成藏條件。

由盆地延長(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［26］(圖3)，當(dāng)驅(qū)動(dòng)壓力達(dá)到3 MPa時(shí)，超低滲透儲(chǔ)層(K=0.3 ×10-3～1.0 ×10-3μm2)含油飽和度達(dá)到70%以上，并隨壓力增大有增高趨勢(shì)(圖3a);此時(shí)致密儲(chǔ)層(K ＜0.3 ×10-3μm2)含油飽和度也可達(dá)到60%以上(圖3b)。這揭示盆地低滲透儲(chǔ)層石油充注強(qiáng)度與物性關(guān)系不大，而主要取決于驅(qū)動(dòng)壓力，這與朱志強(qiáng)等［5］對(duì)松遼盆地的模擬結(jié)果一致?？碧綄?shí)踐亦證實(shí)，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［8-11，27］，異常壓力恢復(fù)顯示該烴源巖與近源儲(chǔ)層之間普遍存在5 MPa 以上的異常壓力。這些證據(jù)充分證明，對(duì)于近源儲(chǔ)層，由于受異常壓力控制，石油運(yùn)移驅(qū)動(dòng)壓力大，石油充注強(qiáng)，含油飽和度高，儲(chǔ)層中大孔至納米孔均賦存石油;而遠(yuǎn)源儲(chǔ)層由于運(yùn)移距離遠(yuǎn)，異常壓力在運(yùn)移路徑中被消耗，石油充注成藏主導(dǎo)作用力為浮力［11、28］，浮力遠(yuǎn)低于異常壓力，故遠(yuǎn)源儲(chǔ)層中石油主要賦存在毛細(xì)管阻力較小的中至大孔喉儲(chǔ)集空間。

圖2 鄂爾多斯盆地遠(yuǎn)源油藏儲(chǔ)層巖心核磁共振T2 譜圖Fig.2 T2 spectra on NMR of the cores from reservoirs far from source rocks in the Ordos Basin

圖3 鄂爾多斯盆地低滲透巖心含油飽和度與壓力關(guān)系［26］Fig.3 Oil saturation vs. pressure for core samples from low permeability sandstones in the Ordos Basin［26］

3.4 對(duì)盆地致密油研究和勘探開(kāi)發(fā)的啟示及意義

致密油已成為北美等地區(qū)非常規(guī)油氣資源發(fā)展的新熱點(diǎn)。但目前國(guó)內(nèi)致密油的勘探開(kāi)發(fā)和相關(guān)研究仍處于準(zhǔn)備階段［29-30］。鄒才能等對(duì)我國(guó)致密砂巖油氣儲(chǔ)層研究中，應(yīng)用場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡與Nano-CT 技術(shù)發(fā)現(xiàn)了孔隙半徑小于0.5μm 的納米級(jí)孔隙類型［1］。本文采用核磁共振技術(shù)亦發(fā)現(xiàn)鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組低滲透儲(chǔ)層、致密油儲(chǔ)層普遍發(fā)育半徑小于0.5μm 的納米級(jí)孔隙類型。更為重要的是，這些近源儲(chǔ)層中納米級(jí)孔隙普遍含油，該發(fā)現(xiàn)進(jìn)一步豐富和完善了納米孔隙的生產(chǎn)意義［1，7］。

另外，由于致密油是近幾年提出和引起石油勘探者與學(xué)者廣泛關(guān)注的新生事物，綜合文獻(xiàn)調(diào)研來(lái)看，目前對(duì)致密油術(shù)語(yǔ)的定義存在分歧，需不斷完善致密油術(shù)語(yǔ)的定義［1，7，30-32］。本文近源與遠(yuǎn)源油藏儲(chǔ)層不同尺度孔隙石油微觀賦存狀態(tài)差異的發(fā)現(xiàn)表明，致密油定義中致密油層不僅包括烴源巖和砂巖、碳酸鹽巖夾層系統(tǒng)，還應(yīng)包括緊鄰源巖的上、下層致密砂巖或碳酸鹽巖儲(chǔ)層。需說(shuō)明的是:由于受烴源巖厚度、生排烴強(qiáng)度、排烴動(dòng)力、儲(chǔ)層特征等多因素的影響，緊鄰烴源巖的致密油層分布的頂?shù)徒缇€難以制定統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，不同的盆地需具體分析。

上述初步認(rèn)識(shí)對(duì)盆地致密油的研究和勘探開(kāi)發(fā)具有一定的啟示意義:①盆地長(zhǎng)7 油層組厚度達(dá)90～110 m，縱向上巖性組合為泥巖(油頁(yè)巖)與砂巖互層分布，具有源儲(chǔ)共生或自生自儲(chǔ)的有利成藏條件。砂巖儲(chǔ)層中大孔至納米級(jí)孔隙均賦存石油，實(shí)測(cè)含油飽和度高達(dá)70%以上，致密砂巖油業(yè)已成為現(xiàn)實(shí)的非常規(guī)資源;頁(yè)巖隨著納米孔隙作為油氣儲(chǔ)集空間新認(rèn)識(shí)的提出和勘探開(kāi)發(fā)技術(shù)的發(fā)展［1，7，33-34］，盆地長(zhǎng)7 分布面積達(dá)2.5 ×104km2、厚10～40 m 的油頁(yè)巖儲(chǔ)集的豐富石油資源，是今后重要的勘探開(kāi)發(fā)攻關(guān)目標(biāo)。②緊鄰源巖的上下層致密砂巖發(fā)育致密油的新認(rèn)識(shí)的提出，拓寬了盆地致密油勘探開(kāi)發(fā)的領(lǐng)域，即盆地長(zhǎng)8 油層組上部和長(zhǎng)6 油層組下部發(fā)育的砂層薄、巖性致密、滲透率低的以往不具開(kāi)發(fā)效益的致密砂巖儲(chǔ)層，將成為致密油勘探的范疇。③盆地長(zhǎng)9、長(zhǎng)6、長(zhǎng)4 +5 油層組在盆地局部凹陷發(fā)育有不同規(guī)模、不同性質(zhì)的烴源巖，具有一定的生烴潛力，結(jié)合近源儲(chǔ)層石油微觀賦存特征及形成機(jī)理分析，推測(cè)這幾套源巖發(fā)育層位也可形成類似長(zhǎng)7 油層組的致密油層。

4 結(jié)論

1)鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組低滲透儲(chǔ)層孔隙孔徑分布范圍寬、孔隙類型復(fù)雜，儲(chǔ)層中大孔、中孔、小孔、微孔及納米孔隙類型均發(fā)育。

2)盆地近源與遠(yuǎn)源油藏儲(chǔ)層中石油微觀賦存狀態(tài)差異明顯。近源儲(chǔ)層受高異常壓力控制石油充注強(qiáng)，大孔隙至納米孔隙均含油，且微孔至納米孔隙含油飽滿;遠(yuǎn)源儲(chǔ)層石油運(yùn)移充注動(dòng)力小，石油有選擇性地賦存在中至大孔隙，納米孔隙不含油。

3)鄂爾多斯盆地致密油層分布廣、資源潛力大。其中，長(zhǎng)7 烴源巖分布區(qū)的延長(zhǎng)組長(zhǎng)8 油層組上部、長(zhǎng)7 油層組和長(zhǎng)6 油層組下部致密砂巖是今后致密油研究和勘探開(kāi)發(fā)的主要目標(biāo);對(duì)長(zhǎng)9、長(zhǎng)6 和長(zhǎng)4 +5 油層組烴源巖需再認(rèn)識(shí)生烴能力，評(píng)價(jià)形成致密油的前景。

致謝：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，在此一并致謝。

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