致密油評(píng)價(jià)新方法及其應(yīng)用——以鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組長(zhǎng)7段致密油為例

致密油評(píng)價(jià)新方法及其應(yīng)用
——以鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組長(zhǎng)7段致密油為例

王明磊，張福東，關(guān)輝，李君，楊慎，佘源琦，邵麗艷

(中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院廊坊分院，河北廊坊 065007)

摘要：利用高分辨率場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡、微米及納米級(jí)CT掃描、恒速壓汞及核磁共振等先進(jìn)技術(shù)方法，對(duì)鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組長(zhǎng)7段致密油儲(chǔ)層微觀孔喉結(jié)構(gòu)特征及致密油賦存狀態(tài)進(jìn)行定量深入研究。首先對(duì)致密油賦存的微觀孔隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，認(rèn)為孔隙大小決定致密油儲(chǔ)層的儲(chǔ)集能力，喉道大小是儲(chǔ)層物性主要制約因素。長(zhǎng)7段致密油儲(chǔ)層孔隙平均半徑為10～15μm，喉道半徑主要分布范圍為0.3～0.9μm；其中半徑為0.1～0.5μm的喉道控制了儲(chǔ)層中60%的可動(dòng)流體；并建立了孔隙、喉道及孔喉配置結(jié)構(gòu)三維立體模型。定量評(píng)價(jià)致密油微觀賦存狀態(tài)，將其分為乳狀、簇狀、喉道狀、顆粒狀、薄膜狀及孤立狀6種賦存狀態(tài)，定量測(cè)得儲(chǔ)層中致密油以乳狀和薄膜狀為主要賦存狀態(tài)，占致密油總量的70%以上。致密油賦存狀態(tài)的定量研究，為科學(xué)開(kāi)展致密油儲(chǔ)層評(píng)價(jià)及實(shí)現(xiàn)致密油有效動(dòng)用提供可靠依據(jù)。

關(guān)鍵詞：致密油；孔喉結(jié)構(gòu)；賦存狀態(tài)；定量研究；鄂爾多斯盆地

中圖分類號(hào)：TE135

作者簡(jiǎn)介：第一王明磊(1981年生)， 男，博士，工程師，2009 年畢業(yè)于西南石油大學(xué)，從事于石油天然氣綜合研究工作。郵箱：wml69@petrochina.com.cn。

New Tight Oil Evaluation Technology and Its Application—A Case Study of Chang7

Tight Oil Reservoir in Yanchang Formation, Ordos Basin

Wang Minglei, Zhang Fudong, Guan Hui, Li Jun, Yang Shen, She Yuanqi, Shao Liyan

(ResearchInstituteofPetroleumExplorationandDevelopment-LangfangBranch,Langfang,Hebei065007,China)

Abstract:Using the technology of leading field emission scanning electron microscope, micro-nano grade CT scanning technology, the technology of constant pressure mercury, the nuclear magnetic resonance technology, and other advanced technology, quantitative research was done about the reservoir pore-throat and tight oil occurrence state of Yanchang tight oil reservoir of Yanchang Formation in Ordos Basin. First of all, the micro-pore structure of tight oil in the reservoir was analyzed. It was believed that pore size determined tight oil reservoir capacity, and the size of pore throat was a main factor restricting reservoir property. The radius of porosity was around 10μm to 15μm, throats distribute between 0.3μm and 0.5μm, and the throats of the range 0.1μm and 0.5μm controlled 60% of movable fluid of reservoir. And 3D models of pore, throat and pore-throat structure were established. On the basis of quantitative evaluation of micro occurrence state, tight oil was divided into six types, i.e. thin film form, cluster form, throat form, emulsion form, particle form and isolated form. Emulsion form and thin film form were main types, and the content of emulsion form and thin film form accounted for about 70% of total. Quantitative research on micro occurrence state provided a reliable basis for evaluating tight oil reservoir and making effective use of tight oil.

Key words: tight oil; pore-throat structure; occurrence state; quantitative research; Ordos Basin

致密油是繼頁(yè)巖氣之后全球非常規(guī)油氣勘探開(kāi)發(fā)的又一新熱點(diǎn)[1-4]，被石油工業(yè)界譽(yù)為“黑金”[5]。近年來(lái)我國(guó)加大對(duì)致密油儲(chǔ)層、成藏等方面研究力度，已經(jīng)掌握了致密油儲(chǔ)層的巖性、物性等基本特征，但在致密油儲(chǔ)層微觀孔喉結(jié)構(gòu)表征方面仍存在諸多難題，更未對(duì)致密油微觀賦存狀態(tài)進(jìn)行定量評(píng)價(jià)。目前對(duì)致密油儲(chǔ)層研究主要是采用一些常規(guī)的研究方法[6-10]，不能滿足致密油儲(chǔ)層微米—納米級(jí)孔喉研究需要[11，12]，也不能直觀反映孔喉內(nèi)部致密油的分布，在一定程度上影響了對(duì)致密油的深入研究。因此，采用國(guó)際先進(jìn)的微觀研究技術(shù)手段，開(kāi)展致密油儲(chǔ)層微觀孔喉結(jié)構(gòu)及致密油賦存狀態(tài)定量分析，對(duì)深入認(rèn)識(shí)致密油具有重要意義。

1 實(shí)驗(yàn)方法

鄂爾多斯盆地三疊系延長(zhǎng)組長(zhǎng)7段為主要的致密油儲(chǔ)層發(fā)育段，采用目前世界上最先進(jìn)的高分辨率場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡(簡(jiǎn)稱場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡)結(jié)合能譜、微米—納米級(jí)CT掃描(簡(jiǎn)稱微納米CT)、恒速壓汞及核磁共振等實(shí)驗(yàn)方法，綜合分析長(zhǎng)7段致密油儲(chǔ)層孔隙喉道結(jié)構(gòu)及致密油賦存狀態(tài)，得到定量分析結(jié)果。

1.1 微納米CT掃描

采用Phoenix nanotom m CT系統(tǒng)對(duì)致密儲(chǔ)層巖心樣品進(jìn)行孔隙喉道識(shí)別和提取，定量分析孔喉參數(shù)，并建立孔喉三維立體結(jié)構(gòu)。通過(guò)高精度的微米—納米級(jí)CT掃描技術(shù)[13-16]可以實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)層樣品內(nèi)部孔喉結(jié)構(gòu)三維成像，確定致密儲(chǔ)層微米—納米孔喉分布、大小、連通性等，也可以表征石油在微米—納米級(jí)孔喉系統(tǒng)中的賦存狀態(tài)。在復(fù)雜非常規(guī)油氣田儲(chǔ)層研究中應(yīng)用微米—納米級(jí)CT掃描系統(tǒng)，使巖石內(nèi)部結(jié)構(gòu)可視化、定量研究成為可能，更有助于非常規(guī)油氣資源有效開(kāi)發(fā)。

1.2 場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡

采用FEI QUANTA 450FEG場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡對(duì)巖心樣品的微觀形貌進(jìn)行掃描并進(jìn)行定量研究。場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡的最大特點(diǎn)是具備超高分辨率，精度可達(dá)0.5nm。是微米—納米級(jí)孔喉結(jié)構(gòu)測(cè)試和形貌觀察的最有效儀器。場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡近年來(lái)廣泛應(yīng)用于致密儲(chǔ)層和頁(yè)巖的超微孔隙結(jié)構(gòu)研究。

1.3 恒速壓汞

采用ASPE730型恒速壓汞儀對(duì)致密儲(chǔ)層巖心樣品進(jìn)行孔喉大小的定量分析。與常規(guī)壓汞不同，恒速壓汞是以極低的恒定速度(通常為0.00005mL/min)向巖樣孔喉內(nèi)進(jìn)汞，實(shí)現(xiàn)對(duì)喉道數(shù)量的測(cè)量，克服了常規(guī)壓汞的缺陷。利用恒速壓汞技術(shù)可以將孔隙與喉道區(qū)分并分別測(cè)量，并定量分析孔喉結(jié)構(gòu)，所得到的信息能較好地反映流體滲流過(guò)程中動(dòng)態(tài)的孔隙、喉道特征[17]。

1.4 核磁共振

利用核磁共振技術(shù)，不僅可以測(cè)定不同狀態(tài)下的含油量、不同孔徑孔隙內(nèi)剩余油的分布情況，而且還可以對(duì)油相采出程度進(jìn)行精確計(jì)算，最新研發(fā)的核磁共振結(jié)合離心法，還可以測(cè)量不同喉道大小區(qū)間內(nèi)油相分布情況。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 孔隙、喉道定量研究

使用場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡、微納米CT掃描、恒速壓汞實(shí)驗(yàn)分別識(shí)別超微孔隙并統(tǒng)計(jì)分析得到孔喉結(jié)構(gòu)定量數(shù)據(jù)，各種技術(shù)測(cè)得數(shù)據(jù)精度見(jiàn)表1。

表1　孔喉結(jié)構(gòu)定量分析數(shù)據(jù)表

上述多種技術(shù)結(jié)合對(duì)長(zhǎng)7段致密油儲(chǔ)層孔喉特征進(jìn)行定量評(píng)價(jià)研究，確定致密油儲(chǔ)層主體孔隙半徑為0.5～20μm，孔隙平均半徑為10～15μm；主體喉道半徑為0.3～0.9μm(圖1、圖2)。長(zhǎng)7段致密油儲(chǔ)層孔隙和喉道都是微納米級(jí)別，微米—納米級(jí)孔喉組合為有效儲(chǔ)集空間。

圖1　長(zhǎng)7段致密油儲(chǔ)層孔隙和喉道半徑分布圖 Fig.1　Pore radius and throat radius distribution in Chang7 tight oil reservoir

圖2　長(zhǎng)7段致密油儲(chǔ)層孔隙和喉道大小場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡識(shí)別圖 Fig.2　Pore radius and throat radius identified by SEM in Chang7 tight oil reservoir

2.2 孔喉配置定量評(píng)價(jià)

使用微納米CT掃描系統(tǒng)對(duì)長(zhǎng)7段致密油儲(chǔ)層建立孔喉結(jié)構(gòu)三維立體模型(圖3)，并選擇物性較好的儲(chǔ)層樣品(Y1井)和物性較差的儲(chǔ)層樣品(Y2井)進(jìn)行對(duì)比。通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，物性較好儲(chǔ)層(滲透率>0.1mD)存在20%～30%連通性較好的大喉道，喉道半徑大于5μm；而物性較差儲(chǔ)層(滲透率<0.1mD)喉道細(xì)小，半徑小于0.1μm的喉道約占喉道總量的60%，且連通性差。說(shuō)明在致密儲(chǔ)層中喉道是制約儲(chǔ)層物性的關(guān)鍵因素。

圖3　不同滲透率儲(chǔ)層樣品孔喉結(jié)構(gòu)三維立體模型對(duì)比圖(微納米CT測(cè)得) Fig.3　3D model contrast of pore-throat structure of different permeability(measured by micro-nano CT) 紅色圓球?yàn)榭紫兜目s略模型；兩個(gè)紅球之間的部分即為喉道模型

使用恒速壓汞技術(shù)對(duì)5口井的致密油儲(chǔ)層樣品孔喉大小進(jìn)行定量分析，并計(jì)算孔喉半徑比(表2)。由表2可知，滲透率低的樣品(Y2井、Z143井和N52井)有效孔喉半徑比加權(quán)平均值大，這說(shuō)明儲(chǔ)層中小喉道制約了大孔隙中流體的流動(dòng)，大孔隙被小喉道控制，大大降低了儲(chǔ)層物性。

表2　致密油儲(chǔ)層孔喉定量評(píng)價(jià)綜合對(duì)比表

2.3 致密油賦存狀態(tài)定量評(píng)價(jià)

通過(guò)微納米CT掃描,獲取了鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組長(zhǎng)7段 HC2樣品的3000余張具有致密油儲(chǔ)層微觀特征的二維切片；再通過(guò)數(shù)字合成技術(shù)對(duì)這3000余張二維切片進(jìn)行處理，得到了致密油儲(chǔ)層孔隙、喉道、油、水賦存狀態(tài)等三維立體圖像及致密油含油飽和度、含水飽和度等信息；進(jìn)而對(duì)油、水分布及賦存狀態(tài)進(jìn)行分析。

在孔喉結(jié)構(gòu)配置研究的基礎(chǔ)上，最終利用核磁共振結(jié)合離心法，確定鄂爾多斯盆地長(zhǎng)7段致密油儲(chǔ)層中0.1～0.5μm喉道控制了儲(chǔ)層中60%的可動(dòng)流體(圖4)，再次證實(shí)了喉道對(duì)儲(chǔ)層輸導(dǎo)能力的制約作用。

通過(guò)微納米CT掃描獲得的致密油儲(chǔ)層含油飽和度為46.1%。對(duì)CT掃描數(shù)據(jù)進(jìn)一步處理，將儲(chǔ)層中致密油歸納為6種賦存狀態(tài)，即乳狀、簇狀、喉道狀、顆粒狀、薄膜狀和孤立狀(圖5)。按賦存位置，乳狀、簇狀、喉道狀為粒間賦存；顆粒狀、薄膜狀為粒表賦存；孤立狀為粒內(nèi)賦存。

圖4　長(zhǎng)7致密油儲(chǔ)層喉道區(qū)間內(nèi)可動(dòng)流體分布圖 Fig.4　Distribution of movable fluid in different throat sections in Chang7 tight oil reservoir

圖5　致密油賦存狀態(tài)分類圖 Fig.5　Classification of tight oil occurrence state

乳狀賦存，即致密油呈油水混合狀，主要賦存位置為粒間孔和較大的溶蝕孔隙；簇狀致密油表現(xiàn)為團(tuán)簇狀，賦存位置也主要為粒間孔和較大的溶蝕孔隙；喉道狀致密油呈長(zhǎng)條狀及扁平狀，賦存位置主要為孔隙間的喉道；顆粒狀致密油呈顆粒狀吸附在礦物、顆粒表面，賦存位置主要為黏土等礦物顆粒表面，與簇狀致密油相比，其體積較??；薄膜狀致密油主要以薄膜狀吸附在礦物顆粒表面；孤立狀致密油呈斑點(diǎn)狀、孤島狀附著在微孔內(nèi)，賦存位置主要為溶蝕微孔及晶間孔等納米級(jí)孔隙，連通性差。

統(tǒng)計(jì)分析每種賦存狀態(tài)的致密油原始含油量及其所占比例(圖6)發(fā)現(xiàn)，乳狀致密油含量最高，為16.5%，所占比例35.9%；其次為薄膜狀致密油，含量為16.1%，所占比例35.1%；簇狀致密油含量為6.1%，所占比例13.2%；顆粒狀致密油含量為3.9%，所占比例8.4%；孤立狀致密油含量為1.2%，所占比例2.6%；喉道狀致密油含量最少，含量為1.1%，所占比例2.3%。

圖6　各微觀賦存狀態(tài)致密油原始含油量及占比直方圖 Fig.6　Original oil content and proportion histogram of tight oil of all micro occurrence

3 結(jié)束語(yǔ)

(1)致密油儲(chǔ)層，孔隙和喉道都是微米—納米級(jí)別，孔隙平均半徑為10～15μm，喉道平均半徑為0.3～0.5μm，微米級(jí)孔隙及納米級(jí)孔隙組合為有效儲(chǔ)集空間。

(2)物性較好儲(chǔ)層，連通性較好的大喉道較多，孔隙喉道比??；物性較差儲(chǔ)層，連通性差的小喉道較多、孔隙喉道比大。在致密油儲(chǔ)層中，喉道是制約儲(chǔ)層輸導(dǎo)能力的關(guān)鍵因素，大孔隙被小喉道控制，大大降低了儲(chǔ)層的輸導(dǎo)能力；0.1～0.5μm喉道控制了儲(chǔ)層中60%的可動(dòng)流體。

(3)致密油儲(chǔ)層中，乳狀、薄膜狀致密油含量最高，占含油總量的70%以上，孤立狀、喉道狀致密油所占比例較小，分別僅占2.6%和2.3%。

通過(guò)利用場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡、微米—納米CT掃描、恒速壓汞及核磁共振等國(guó)際先進(jìn)技術(shù)手段，對(duì)延長(zhǎng)組長(zhǎng)7段致密油儲(chǔ)層微觀孔隙結(jié)構(gòu)及其賦存狀態(tài)進(jìn)行定量深入研究，實(shí)現(xiàn)了對(duì)致密油儲(chǔ)層研究從定性到定量的轉(zhuǎn)變，為致密油開(kāi)發(fā)方式的選擇提供了可靠依據(jù)，可大大提高致密油采收率。

參考文獻(xiàn)

[1]孫贊東,賈承造,李相方,等.非常規(guī)油氣勘探與開(kāi)發(fā)(上冊(cè))[M].北京：石油工業(yè)出版社,2011：1-150.

[2]鄒才能,陶士振,侯連華,等.非常規(guī)油氣地質(zhì)[M].北京：地質(zhì)出版社,2011:1-310.

[3]鄒才能,張光亞,陶士振,等.全球油氣勘探領(lǐng)域地質(zhì)特征、重大發(fā)現(xiàn)及非常規(guī)石油地質(zhì)[J].石油勘探與開(kāi)發(fā),2010,37(2):129-145.

[4]鄒才能,朱如凱,吳松濤,等.常規(guī)與非常規(guī)油氣聚集類型、特征、機(jī)理及展望——以中國(guó)致密油和致密氣為例[J].石油學(xué)報(bào),2012,33(2):173-180.

[5]王永輝,盧擁軍,李永平，等. 非常規(guī)儲(chǔ)層壓裂改造技術(shù)進(jìn)展及應(yīng)用[J].石油學(xué)報(bào),2012,33(S1):149-158.

[6]Sondergeld C H，Ambrose R J，Rai C C，etal. Micro-structural studies of gas shales. SPE Unconventional Gas Conference.Pittsburgh，Pennsylvania, USA: Society of Petroleum Engineers，2010.

[7]Passey Q R，Bohacs K M，Esch W L，etal. From oil-prone sourcerock to gas-producing shale reservoir-geologic and petro-physical characterization of unconventional shale gas reservoirs. CPS / SPE International Oil & Gas Conference and Exhibi-tion in China，2010.

[8]鐘太賢.中國(guó)南方海相頁(yè)巖孔隙結(jié)構(gòu)特征[J]. 天然氣工業(yè),2012,32(9): 1-4.

[9]黃振凱,陳建平,薛海濤,等. 松遼盆地白堊系青山口組泥頁(yè)巖孔隙結(jié)構(gòu)特征[J].石油勘探與開(kāi)發(fā),2013,40(1):58-62.

[10]田華,張水昌,柳少波,等. 壓汞法和氣體吸附法研究富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖孔隙特征[J]. 石油學(xué)報(bào),2012,33(3):421-426.

[11]鄒才能，朱如凱，白斌，等. 中國(guó)油氣儲(chǔ)層中納米孔首次發(fā)現(xiàn)及其科學(xué)價(jià)值[J]. 巖石學(xué)報(bào)，2011，27( 6) : 1857-1864.

[12]廖群山，胡華，林建平，等. 四川盆地川中侏羅系致密儲(chǔ)層石油勘探前景[J]. 石油與天然氣地質(zhì)，2011，32( 6) : 815-822.

[13]尤源,牛小兵,辛紅剛,等. 國(guó)外致密油儲(chǔ)層微觀孔隙結(jié)構(gòu)研究[J]. 石油科技論壇,2013(1):12-18.

[14]Guillaume D, Janos L U, Peter A K,etal. High- resolution 3D fabric and porosity model in a tight gas sandstone reservoir:A new approach to investigate microstructures from mm- to nm-scale combining argon beam cross-sectioning and SEM imaging[J]. Journal of Petroleum Science and Engineering,2011,78:243-257.

[15]Riepe L, Suhaimi M, Kumar M,etal. Application of high resolution micro-CT imaging and pore network modelling for the petrophysical characterization of tight gas reservoirs A case history from a Deep Clastic tight gas reservoir in Oman[J]. Society of Petroleum Engineers Paper, 2011， 142472:1-11.

[16] 郝樂(lè)偉,王琪,唐俊.儲(chǔ)層巖石微觀孔隙結(jié)構(gòu)研究方法與理論綜述[J].巖性油氣藏,2013, 25(5):125-130.

[17]何濤，王芳，汪伶俐. 致密砂巖儲(chǔ)層微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征——以鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組長(zhǎng)7儲(chǔ)層為例[J].巖性油氣藏，2013，25(4)：23-26.