徐家圍子斷陷沙河子組致密儲(chǔ)層孔徑分布定量表征

郭思祺，肖佃師, 2，盧雙舫，張魯川，谷美維

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徐家圍子斷陷沙河子組致密儲(chǔ)層孔徑分布定量表征

郭思祺1，肖佃師1, 2，盧雙舫1，張魯川1，谷美維1

(1. 中國(guó)石油大學(xué)(華東) 非常規(guī)油氣與新能源研究院，山東青島，266580；2.成都理工大學(xué)油氣藏地質(zhì)與開發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川成都，610059)

以徐家圍子斷陷沙河子組致密砂礫巖儲(chǔ)層為例，聯(lián)合低溫氮?dú)馕胶透邏簤汗Y料標(biāo)定核磁共振2譜，實(shí)現(xiàn)核磁弛豫時(shí)間2向孔喉半徑c的轉(zhuǎn)換；結(jié)合核磁孔徑分布曲線和鑄體薄片資料，定量評(píng)價(jià)沙河子組致密儲(chǔ)層的微觀孔徑分布及其影響因素。研究結(jié)果表明：核磁孔徑分布曲線與低溫氮?dú)馕郊皦汗目讖椒植记€基本吻合，彌補(bǔ)前人標(biāo)定核磁弛豫時(shí)間時(shí)較小、孔徑部分精度較差的不足。沙河子組致密砂礫巖儲(chǔ)層孔徑主要分布區(qū)間為0.01~10 μm，分布曲線多表現(xiàn)為雙峰狀。孔徑主要受壓實(shí)作用、膠結(jié)作用及溶蝕作用影響。隨著壓實(shí)作用的增強(qiáng)，孔隙及喉道變小；膠結(jié)物含量的增加進(jìn)一步降低孔喉連通性；溶蝕作用是致密儲(chǔ)層大孔發(fā)育的主要因素。

致密儲(chǔ)層；低溫氮?dú)馕?；核磁共振；壓汞技術(shù)；孔徑分布

隨著常規(guī)油氣的日益枯竭，資源潛力巨大的非常規(guī)油氣資源逐步引起廣泛的關(guān)注及重視，尤其以致密砂巖油氣的增長(zhǎng)速度最快[1?3]。油氣在致密儲(chǔ)層中的流動(dòng)、聚集機(jī)理明顯不同于常規(guī)儲(chǔ)層，這主要?dú)w因于致密儲(chǔ)層中發(fā)育微納米級(jí)別的復(fù)雜孔喉系統(tǒng)[4]。因此，致密儲(chǔ)層成儲(chǔ)機(jī)理及分級(jí)評(píng)價(jià)的研究，需要精細(xì)表征致密儲(chǔ)層的微觀孔喉結(jié)構(gòu)。儲(chǔ)層微觀孔隙是指儲(chǔ)集巖中孔隙和喉道的幾何形狀、大小、分布及其連通關(guān)系，其是影響儲(chǔ)層物性的重要因素[5]。國(guó)際純粹與應(yīng)用化學(xué)協(xié)會(huì)(IUPAC)命名方法將致密儲(chǔ)層孔隙分為3類，孔徑小于2 nm的孔隙稱為微孔；孔徑介于2~50 nm的孔隙稱為介孔(或稱中孔)；孔徑大于50 nm的孔隙稱為大孔?？紫督Y(jié)構(gòu)的表征方法分流體法、射線法和數(shù)值模擬法，其中流體法是定量表征孔隙體積及孔徑分布的主要方法，包括壓汞、低溫氮?dú)馕?，射線法包括掃描電鏡、核磁共振及中子散射等手段，但各種方法均存在局限性。目前最常用的孔隙結(jié)構(gòu)表征方法為高壓壓汞法，孔徑測(cè)量范圍受注汞壓力限制，不適用于致密儲(chǔ)層微孔和介孔的評(píng)價(jià)。低溫氮?dú)馕娇捎糜诒碚骺讖叫∮?0 nm的微孔及介孔的體積及孔徑分布，對(duì)大孔部分無(wú)法表征。核磁共振對(duì)孔隙內(nèi)流體響應(yīng)敏感[6]，2譜中包含有關(guān)孔喉結(jié)構(gòu)的信息，但測(cè)量單位為弛豫時(shí)間，需要進(jìn)行標(biāo)定，將其轉(zhuǎn)換為孔隙半徑。在傳統(tǒng)表征技術(shù)方法的基礎(chǔ)上，多學(xué)科、多領(lǐng)域測(cè)試手段和方法的有效結(jié)合是致密儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)表征技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。松遼盆地徐家圍子斷陷沙河子組SS9H井在2013年獲得20.8萬(wàn)m3高產(chǎn)工業(yè)氣流，展示了沙河子組致密氣的良好勘探前景，但沙河子組致密氣的勘探與評(píng)價(jià)工作仍處于起步階段，亟需對(duì)其開展儲(chǔ)層微觀表征工作，分析孔隙結(jié)構(gòu)及其影響因素，從而明確儲(chǔ)層分級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，開展儲(chǔ)層綜合評(píng)價(jià)。因此，以松遼盆地北部徐家圍子斷陷沙河子組致密砂礫巖儲(chǔ)層為研究對(duì)象，建立一種聯(lián)合低溫氮?dú)馕胶蛪汗Y料標(biāo)定核磁共振2譜的方法，定量表征了沙河子組致密儲(chǔ)層的孔徑分布，并結(jié)合薄片、X線衍射分析等研究了其孔徑分布的影響因素。

1 研究區(qū)地質(zhì)概況

1.1 區(qū)域地質(zhì)概況

徐家圍子斷陷為松遼盆地深層的一個(gè)低角度單斷型箕狀斷陷，近北北西向展布。該斷陷位于松遼盆地東部凹陷區(qū)內(nèi)，可進(jìn)一步劃分為徐西斷坳、升平斷坳、榆西斷坳和徐東斜坡四個(gè)次級(jí)構(gòu)造單元[7]。徐家圍子地區(qū)斷陷期地層主要包括白堊系下統(tǒng)的火石嶺組、沙河子組和營(yíng)城組，其中沙河子組地層形成于斷陷鼎盛期，構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈、持續(xù)拉張，在深湖-半深湖背景下，發(fā)育了扇三角洲、辮狀河三角洲及湖底扇等沉積體系。XT1井在沙河子組4 000 m以下地層中獲9萬(wàn)m3的工業(yè)產(chǎn)能，展示沙河子組致密砂礫巖氣良好的勘探潛力。前人研究工作表明，沙河子組氣藏具“源儲(chǔ)疊置、近源聚集”的特點(diǎn)，油氣分布不受構(gòu)造控制，具備致密砂巖氣藏的典型特征，油氣甜點(diǎn)區(qū)主要受優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的控制。因此，開展沙河子組致密儲(chǔ)層微觀孔隙分布及影響因素的研究，有利于指導(dǎo)該區(qū)儲(chǔ)層分級(jí)評(píng)價(jià)及優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的預(yù)測(cè)。

1.2 儲(chǔ)層特征

1.2.1 儲(chǔ)層巖石學(xué)特征與物性

通過對(duì)研究區(qū)64塊致密砂礫巖樣品的薄片鑒定可知：沙河子組巖石類型主要為長(zhǎng)石質(zhì)巖屑砂巖和巖屑長(zhǎng)石砂巖(圖1(a))。巖屑質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，達(dá)42.53%，以巖漿巖巖屑為主，變質(zhì)巖屑及沉積巖屑不發(fā)育；長(zhǎng)石次之，為25.64%；石英質(zhì)量分?jǐn)?shù)為17.56%。填隙物質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均值為14.24%，主要以泥質(zhì)雜基及碳酸鹽為主。

統(tǒng)計(jì)44口井645個(gè)物性測(cè)試數(shù)據(jù)，沙河子組致密儲(chǔ)層的孔隙度分布在0.3%~11.3%，平均值為4.18%，其中小于6%的樣品點(diǎn)占73.5%(圖1(b))；滲透率分布范圍為(0.001~11.2)×10?3μm2，平均值為0.26×10?3μm2，其中小于0.1×10?3μm2的樣品點(diǎn)占71%(圖1(c))?？紫抖扰c滲透率間無(wú)明顯正相關(guān)性，表明該區(qū)致密儲(chǔ)層的孔喉結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。

(a) 沙河子組巖性三角圖；(b) 沙河子組孔隙度分布直方圖；(c) 沙河子組滲透率分布直方圖

1.2.2 儲(chǔ)集空間類型

儲(chǔ)層物性是孔隙結(jié)構(gòu)的宏觀反映，物性的差別主要受微觀孔隙結(jié)構(gòu)的控制[8]。利用偏光顯微鏡對(duì)鑄體薄片進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)沙河子組儲(chǔ)層孔隙類型主要為粒間溶孔及長(zhǎng)石、巖屑等顆粒的粒內(nèi)溶孔，發(fā)育少量微裂縫，原生粒間孔不甚發(fā)育。

經(jīng)歷了強(qiáng)壓實(shí)及膠結(jié)作用后，沙河子組致密儲(chǔ)層中原生粒間孔規(guī)模較小或基本被碳酸鹽等膠結(jié)物充填，粒間孔所占比例較小，薄膜狀發(fā)育的綠泥石是殘余粒間孔保存的主要原因(圖2(a))，因其在埋藏過程中的持續(xù)生長(zhǎng)增強(qiáng)了儲(chǔ)層的抗壓實(shí)能力，并阻止石英次生加大[9?10]。溶蝕孔隙是沙河子組普遍發(fā)育的孔隙類型，有效改善了沙河子組儲(chǔ)層的物性，是沙河子組獲得高產(chǎn)氣流的關(guān)鍵。溶蝕孔可分為粒間溶孔和粒內(nèi)溶孔，碳酸鹽膠結(jié)物的溶蝕是沙河子組粒間溶孔形成的主要原因(圖2(b))，長(zhǎng)石和巖屑中不穩(wěn)定組分被溶蝕后形成粒內(nèi)溶孔(圖2(c)和(d))。沙河子組黏土礦物以伊利石和綠泥石為主，這些礦物晶體間存在大量的晶間孔[11]，是沙河子組致密氣的另一較發(fā)育的孔隙類型(圖2(e))。微裂縫多由壓實(shí)作用造成的鋼性顆粒破裂而形成，主要發(fā)育在砂質(zhì)礫巖及礫巖中(圖2(f))。微裂縫對(duì)致密儲(chǔ)層孔隙度貢獻(xiàn)較小，但明顯改善了儲(chǔ)層的滲透性，可以為有機(jī)酸等流體的運(yùn)移提供良好通道，利于儲(chǔ)層內(nèi)溶蝕孔的形成。

2 孔隙表征方法對(duì)比

表征儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)，深入揭示油氣儲(chǔ)層的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，對(duì)油氣田的勘探和開發(fā)具有重要意義。壓汞技術(shù)是目前定量研究巖石孔隙結(jié)構(gòu)最主要的方法之一，壓汞曲線的形態(tài)可以反映巖石孔隙大小及分布。核磁共振2譜在油層物理上的含義為巖石的孔隙大小分布，即不同大小孔隙的體積占總孔隙體積的比例。通過分析2分布，能夠確定油水分布狀態(tài)，估算儲(chǔ)集層的孔隙度、滲透率和飽和度等常規(guī)物性參數(shù)，快速無(wú)損地顯示巖石內(nèi)部結(jié)構(gòu)。前人大量研究表明，核磁共振2譜分布與壓汞所獲得的孔徑分布曲線之間存在密切的相關(guān)性，二者都能反映巖石的孔隙結(jié)構(gòu)，可以用高壓壓汞進(jìn)行核磁共振2譜的標(biāo)定[12?17]。但由于致密儲(chǔ)層孔喉窄小，孔隙連通性差，導(dǎo)致最大進(jìn)汞飽和度低，進(jìn)汞飽和度多低于60%，表明高壓壓汞只能反映出一部分較大的孔隙空間，當(dāng)孔喉半徑小于50 nm時(shí)，2分布曲線與毛管壓力曲線分布形態(tài)出現(xiàn)較大差異[15?17]，不能精細(xì)表征致密儲(chǔ)層中的微孔及介孔。低溫N2吸附受樣品的限制，大孔被破壞，只對(duì)中低孔有效。因此，多種實(shí)驗(yàn)方法的有效結(jié)合是致密儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)表征技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。

聯(lián)合多種方法可以表征出不同范圍內(nèi)孔隙的分布，能全面反映孔徑分布，但各種方法在重疊部分通常會(huì)表現(xiàn)出矛盾。核磁共振易受巖石中的順磁物質(zhì)影響使測(cè)得的孔徑偏小，由X線衍射全巖定量分析得知研究區(qū)內(nèi)黃鐵礦和菱鐵礦的質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均值分別為0.04%和0.71%，對(duì)核磁共振2譜的影響可以忽略不計(jì)。相對(duì)于高壓壓汞和低溫氮?dú)馕?，核磁共振反映的孔隙結(jié)構(gòu)相對(duì)全面，可以識(shí)別孔徑大于 10 nm的孔隙，但是測(cè)量單位為弛豫時(shí)間，需要對(duì)其進(jìn)行轉(zhuǎn)換。因此，可以結(jié)合低溫N2吸附和壓汞資料，來標(biāo)定核磁共振2譜。

(a) 綠泥石呈薄膜狀膠結(jié)，粒間孔發(fā)育(XS401井，4 529.42 m)；(b) 粒間溶孔(XS801井，4 027.32 m)；(c) 長(zhǎng)石粒內(nèi)溶孔(XT1井，3 938.56 m)；(d) 巖屑粒內(nèi)溶孔(SS4井，2 772.21 m)；(e) 粒間絮狀伊蒙混層發(fā)育晶間孔(FS9井，3 066.91 m，SEM)；(f) 微裂縫(XS44井，4 137.71 m)

3 基于核磁標(biāo)定的孔隙表征方法

3.1 基本原理

當(dāng)飽和油水的樣品置于均勻分布的靜磁場(chǎng)中時(shí)，流體中的氫核(1H)會(huì)被磁場(chǎng)極化，表現(xiàn)出磁化矢量。此時(shí)對(duì)樣品施加一定頻率的射頻場(chǎng)便可產(chǎn)生核磁共振現(xiàn)象。撤掉射頻場(chǎng)，可以接收到一個(gè)幅度隨時(shí)間以指數(shù)函數(shù)衰減的信號(hào)?？梢杂每v向弛豫時(shí)間1和橫向弛豫時(shí)間2來描述核磁共振信號(hào)衰減的快慢。由于2測(cè)量速度快，多采用2來測(cè)量核磁共振信號(hào)的衰減。氫核因做橫向弛豫運(yùn)動(dòng)與孔隙壁發(fā)生碰撞，造成能量損失。孔隙半徑越小，碰撞越頻繁，氫核能量損失越快，弛豫時(shí)間越短，因此孔隙半徑與氫核弛豫率呈反比關(guān)系[18?20]，即：

式中：2為孔道內(nèi)流體的核磁共振2弛豫時(shí)間，ms；為巖石的橫向表面弛豫率，是表征巖石性質(zhì)的參數(shù)，μm/ms；/為孔隙的比表面積，μm?1。

從式(1)可以看出：弛豫時(shí)間2和孔隙比表面積有關(guān)，而比表面積受孔隙形狀及大小影響。假設(shè)孔隙是由理想的球體或柱狀管道組成，孔隙半徑與喉道呈正比[21?22]，則式(1)可改寫為

式中：s為形狀因子，球形孔隙s=3，柱狀喉道s=2；c為孔喉半徑，μm。

從式(2)可以看出2與c成正比，引入橫向弛豫時(shí)間與孔喉半徑的轉(zhuǎn)換系數(shù)，單位為μm/ms，式(2)可進(jìn)一步改寫為

根據(jù)式(3)可以實(shí)現(xiàn)核磁橫向弛豫時(shí)間2向孔喉半徑c的轉(zhuǎn)換，從而得到核磁孔隙分布，對(duì)儲(chǔ)層的孔隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征。

3.2 實(shí)驗(yàn)步驟

本文聯(lián)合低溫氮?dú)馕郊皦汗Y料得到復(fù)合累計(jì)孔隙度曲線，用其標(biāo)定，實(shí)現(xiàn)核磁弛豫時(shí)間與孔隙半徑的轉(zhuǎn)換。具體實(shí)驗(yàn)步驟如下：

1) 將低溫氮?dú)馕胶蛪汗瘜?shí)驗(yàn)結(jié)果轉(zhuǎn)變?yōu)榭紫抖确至?。通過壓汞資料可以得到不同毛管壓力下的進(jìn)汞飽和度增量ΔHg，ΔHg乘以巖石總孔隙度便可得到不同毛管壓力所對(duì)應(yīng)的孔隙度分量，根據(jù)毛管壓力計(jì)算出相應(yīng)的孔喉半徑，得到不同孔隙半徑對(duì)應(yīng)的孔隙度分量；通過氮?dú)馕娇梢缘玫讲煌紫栋霃?＜100 nm)下單位質(zhì)量巖石的吸附體積，將孔隙體積乘以巖石骨架密度即得到不同孔隙半徑對(duì)應(yīng)的孔隙度分量；根據(jù)上述處理，即可得到壓汞與氮?dú)馕讲煌?jí)別孔徑的孔隙體積分?jǐn)?shù)分布(圖3(a))。

2) 確定孔隙累計(jì)分布。圖3(a)中氮?dú)馕?、壓汞孔徑分布曲線在0.01~0.1 μm處有重疊部分，在重疊部分選擇一個(gè)符合曲線整體走勢(shì)的點(diǎn)，該點(diǎn)對(duì)應(yīng)的孔喉半徑記為a。圖3(a)中根據(jù)曲線的整體走勢(shì)，在考慮高壓壓汞和氮?dú)馕綄?shí)驗(yàn)精度的前提下，選取二者孔徑分布曲線縱坐標(biāo)差值最小的點(diǎn)，即a選取為0.053 μm。以a為界，保留氮?dú)馕街锌讖叫∮赼的孔喉部分與壓汞中孔徑大于等于a的孔喉部分，將保留部分的孔隙度累加即可得到總孔隙度，t=5.121%；將保留下來的不同孔徑的孔隙度分量除以t得到其所占比例，繪制不同孔喉半徑下孔隙比例累計(jì)分布曲線(圖3(b))。

3) 確定最佳標(biāo)定系數(shù)。將核磁共振2譜曲線轉(zhuǎn)變?yōu)榭紫侗壤塾?jì)曲線，假定不同值，根據(jù)式(3)可將2弛豫時(shí)間轉(zhuǎn)變?yōu)榭缀戆霃?，得到不同孔喉半徑的孔隙比例累?jì)曲線。對(duì)比核磁得到的孔隙比例累計(jì)曲線與N2吸附和壓汞得到的累計(jì)曲線，進(jìn)行誤差計(jì)算，找到誤差最小時(shí)所對(duì)應(yīng)的，該即為最佳的轉(zhuǎn)換系數(shù)。誤差計(jì)算公式為

式中：r為壓汞和N2吸附復(fù)合累計(jì)曲線中的孔喉半徑，μm；C為2譜在一定下?lián)Q算得到孔隙半徑，μm；為壓汞和N2吸附復(fù)合累計(jì)曲線中孔喉半徑分布 點(diǎn)數(shù)。

圖3(c)中，假定取5，15和50，繪制不同值下孔隙比例累計(jì)曲線，通過與N2和壓汞累計(jì)曲線相比，當(dāng)為15時(shí)，二者誤差最小，兩條孔隙比例累積曲線形態(tài)趨于一致，確定最佳標(biāo)定系數(shù)為15。

4) 根據(jù)優(yōu)選出的，實(shí)現(xiàn)核磁共振曲線由2弛豫時(shí)間向孔喉半徑c的轉(zhuǎn)換，得到致密儲(chǔ)層中全尺度不同孔徑的孔隙體積分布(圖3(d))。

3.3 實(shí)驗(yàn)精度分析

將核磁轉(zhuǎn)換后的孔徑分布與高壓壓汞及低溫N2吸附的結(jié)果進(jìn)行疊合(圖4)，以檢驗(yàn)核磁標(biāo)定結(jié)果的精度。由圖4可知：標(biāo)定后的核磁共振2譜曲線與低溫N2吸附及壓汞獲得的孔徑分布基本一致，兩者孔徑分布范圍基本重合，且孔徑的峰值區(qū)間也基本一致，這說明標(biāo)定后的核磁曲線能有效反映致密儲(chǔ)層的孔徑分布。

(a) N2吸附和壓汞孔隙度分量圖；(b) N2吸附和壓汞的復(fù)合孔隙度累積分布圖；(c) 核磁孔隙累積分布圖；(d) 標(biāo)定后的核磁、壓汞和低溫N2吸附孔徑分布圖

(a) SS4井轉(zhuǎn)化后的核磁、壓汞和低溫N2吸附的孔徑分布圖；(b) DS14井轉(zhuǎn)化后的核磁、壓汞和低溫N2吸附的孔徑分布圖

核磁共振2譜曲線與壓汞及低溫N2吸附表征孔徑并不完全重合，主要因?yàn)?種方法的測(cè)量原理不同。高壓壓汞通過測(cè)量不同壓力下的進(jìn)汞量來反映喉道半徑及其相連的孔隙體積，核磁共振測(cè)量氫核在孔隙中的弛豫時(shí)間來表征不同半徑的孔隙，因此對(duì)于與小喉道相連的大孔部分，在高壓壓汞中出現(xiàn)的位置較核磁2譜滯后，即高壓壓汞在大孔徑部分(＞50 nm)表征值要小于核磁共振的表征值，而在較小孔徑部分(＜50 nm)表征值則大于核磁共振的表征值。低溫N2吸附需要粉碎樣品，通過氣體吸附和脫附原理來表征微孔和介孔的孔徑分布，對(duì)于孔徑小于10 nm的孔隙，核磁橫向弛豫時(shí)間變得很小，核磁測(cè)量值明顯低于低溫N2吸附結(jié)果，而對(duì)于孔徑為10~50 nm的孔隙，由于粉碎樣品破壞巖石中部分孔隙，低溫N2吸附結(jié)果近似或稍小于核磁共振的表征值。綜合上述分析，核磁共振在表征孔徑大于10 nm的孔隙部分的精度較高，能全面表征出致密儲(chǔ)層不同級(jí)別孔隙的分布。

4 沙河子組致密儲(chǔ)層孔徑分布及其影響因素

4.1 孔徑分布特征

為研究沙河子組致密砂礫巖儲(chǔ)層的孔徑分布，選取16塊砂礫巖樣品分別開展核磁共振、高壓壓汞及低溫N2吸附實(shí)驗(yàn)，利用本文中標(biāo)定方法對(duì)核磁共振2譜進(jìn)行標(biāo)定，進(jìn)而分析沙河子組儲(chǔ)層的孔徑分布及影響因素。致密砂礫巖儲(chǔ)層孔徑分布范圍為0.002~100 μm(圖5(a))，孔徑分布表現(xiàn)為雙峰狀，大孔部分峰值集中在2~10 μm，小孔部分峰值集中在10~100 nm。整體上孔徑幾何均值集中在50~150 nm，孔徑大于 1 μm的孔隙所占比例小于20%，表明沙河子組致密儲(chǔ)層孔喉半徑窄小，以納米級(jí)孔隙為主(圖5(b))。

4.2 孔徑分布的影響因素

4.2.1 黏土礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)孔徑的影響

國(guó)內(nèi)外研究表明：在沉積及成巖條件相同的情況下，黏土礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高，儲(chǔ)層的孔隙度和滲透率越低，儲(chǔ)層物性越差[23]。黏土礦物作為填隙物或膠結(jié)物充填粒間孔隙，縮小孔喉半徑、降低孔喉連通性，使孔隙度及滲透率降低。沙河子組致密儲(chǔ)層中黏土質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%~43%，其中大于10%的樣品占77%；黏土礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)與孔徑幾何均值呈明顯負(fù)相關(guān)，隨黏土礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，孔隙半徑明顯降低，這表明高黏土含量是控制該區(qū)致密儲(chǔ)層物性差、孔喉半徑窄小的一個(gè)重要原因(圖6(a))。

沙河子組致密儲(chǔ)層中黏土礦物以伊利石、伊蒙混層和綠泥石為主，其中伊利石對(duì)孔喉半徑的影響最大，其含量與孔徑表現(xiàn)出極強(qiáng)的負(fù)相關(guān)性(圖6(b))。研究發(fā)現(xiàn)：工區(qū)內(nèi)伊利石多呈片絲狀、片絮狀，由生長(zhǎng)點(diǎn)向孔隙空間內(nèi)伸展，極大地縮小了孔喉半徑(圖6(c))。同時(shí)，在伊蒙混層向伊利石轉(zhuǎn)化過程中，將產(chǎn)生額外的硅元素(圖6(d))，這些硅質(zhì)通常以石英次生加大或自形微晶的方式沉淀，減小孔徑、甚至阻塞喉道，使孔隙結(jié)構(gòu)變得更加復(fù)雜[24]。

(a) 沙河子組核磁孔徑分布圖；(b) 孔徑幾何均值分布區(qū)間

(a) 黏土質(zhì)量分?jǐn)?shù)與孔徑幾何均值關(guān)系；(b) 伊利石質(zhì)量分?jǐn)?shù)與孔徑幾何均值關(guān)系；(c) 粒表片絲狀伊利石及石英次生加大(DS1井，3 085.06 m，SEM)；(d) 伊利石質(zhì)量分?jǐn)?shù)與石英質(zhì)量分?jǐn)?shù)關(guān)系

4.2.2 成巖作用對(duì)孔徑的影響

沙河子組普遍發(fā)育的破壞性成巖作用有壓實(shí)作用及膠結(jié)作用，建設(shè)性成巖作用主要為溶蝕作用。其中壓實(shí)作用較強(qiáng)，顆粒多呈點(diǎn)?線接觸，局部可見凹凸接觸。主要發(fā)育的膠結(jié)作用有3類：碳酸鹽膠結(jié)、硅質(zhì)膠結(jié)及黏土礦物膠結(jié)。溶蝕作用是致密儲(chǔ)層物性得以改變的重要途徑，長(zhǎng)石及巖屑的溶蝕在沙河子組內(nèi)最為發(fā)育。成巖作用對(duì)儲(chǔ)層物性的影響具有雙重性，壓實(shí)作用和膠結(jié)作用使孔隙度降低，而溶蝕作用則增加了孔隙度[25]，結(jié)合鑄體薄片及核磁孔徑分布曲線來分析不同成巖作用對(duì)孔徑的影響。

分析不同壓實(shí)強(qiáng)度下巖石孔徑的變化，鑄體薄片顯示圖7(a)中Ⅰa，Ⅰb，Ⅰc及Ⅰd 4塊樣品的壓實(shí)作用依次增強(qiáng)。其中，Ⅰa樣品呈基底膠結(jié)，碳酸鹽膠結(jié)物充填粒間孔隙，顆粒多呈點(diǎn)接觸，壓實(shí)作用弱；Ⅰb樣品為孔隙膠結(jié)，顆粒間多為點(diǎn)?線接觸，壓實(shí)作用較弱；Ⅰc樣品為接觸膠結(jié)，顆粒多呈線接觸，壓實(shí)作用中等；Ⅰd樣品呈鑲嵌式膠結(jié)，云母壓彎變形、局部石英發(fā)育壓裂縫。觀察4塊樣品的核磁孔徑分布曲線(圖7(a))可知：曲線多具雙峰，主峰主要分布在10 nm至1 μm區(qū)間上，次峰主要分布區(qū)間為1~10 μm。隨著壓實(shí)作用的增強(qiáng)，雙峰均表現(xiàn)出總孔隙度減小，主峰孔徑變化不大，而次峰孔徑降低幅度較大，說明壓實(shí)作用使大孔部分孔徑減小，小孔部分體積變小。

膠結(jié)作用是造成儲(chǔ)層致密的主控因素。分析不同程度的膠結(jié)作用下巖石孔徑的變化。通過鑄體薄片觀察，圖7(b)中Ⅱa，Ⅱb，Ⅱc及Ⅱd 4塊樣品的膠結(jié)物含量依次增加，觀察核磁孔徑分布曲線(圖7(b))可知：隨著膠結(jié)作用的增加，孔隙度及主峰孔喉半徑均減小，且大孔的發(fā)育明顯減弱。當(dāng)膠結(jié)作用較強(qiáng)時(shí)(Ⅱd樣品)，孔隙連通性變差，曲線表現(xiàn)出孤立多峰狀分布，說明膠結(jié)作用使孔徑減小，嚴(yán)重時(shí)可堵塞喉道，增加孔隙結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性。

溶蝕作用是改善致密儲(chǔ)層物性的關(guān)鍵。研究區(qū)普遍發(fā)育的長(zhǎng)石及巖屑為次生孔隙的發(fā)育提供了必要條件。圖7(c)中Ⅲa，Ⅲb，Ⅲc及Ⅲd 4塊樣品的溶蝕作用依次增強(qiáng)，核磁孔徑分布曲線(圖7(c))多為雙峰，主峰中孔徑主要分布區(qū)間為0.01~1 μm，次峰中孔徑主要分布區(qū)間為1~10 μm。隨著溶蝕作用的增強(qiáng)，主峰孔隙度增加幅度不大，孔徑變化不大，次峰孔隙度及孔徑明顯增大，說明致密儲(chǔ)層中的大孔多為溶蝕孔隙。

(a) 壓實(shí)作用對(duì)孔徑的影響；(b) 膠結(jié)作用對(duì)孔徑的影響；(c) 溶蝕作用對(duì)孔徑的影響

5 結(jié)論

1) 壓汞法、低溫N2吸附及核磁共振之間存在內(nèi)在聯(lián)系，三者都可反映巖石的孔隙結(jié)構(gòu)。聯(lián)合低溫N2吸附及高壓壓汞資料標(biāo)定核磁共振2譜，將核磁弛豫時(shí)間2向孔喉半徑c轉(zhuǎn)換，可以實(shí)現(xiàn)致密儲(chǔ)層多尺度孔喉系統(tǒng)的全面表征，表征精度達(dá)10 nm。

2) 徐家圍子斷陷沙河子組致密砂礫巖儲(chǔ)層孔徑的主要區(qū)間為0.01~10 μm，孔徑小于1 μm的孔隙占80%以上，表明沙河子組致密儲(chǔ)層孔喉半徑窄小，以納米級(jí)孔隙為主。

3) 黏土礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高，孔徑越小。其中，伊利石對(duì)孔徑的影響最大。壓實(shí)作用和溶蝕作用對(duì)大孔隙的影響顯著。壓實(shí)作用使大孔部分孔徑減小，小孔部分體積變小。溶蝕作用使大孔隙數(shù)量明顯增加，而對(duì)小孔隙影響不大。膠結(jié)作用是導(dǎo)致致密儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜的關(guān)鍵因素。

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(編輯 楊幼平)

Quantificational characterization of tight reservoir pore size distribution of Shahezi Formation in Xujiaweizi Fault Depression

GUO Siqi1, XIAO Dianshi1, 2, LU Shuangfang1, ZHANG Luchuan1, GU Meiwei1

(1. Research Institute of Unconventional Oil & Gas and Renewable Energy, China University of Petroleum (East China), Qingdao 266580, China;2. State Key Laboratory of Oil & Gas Reservoir Geology and Exploitation, Chengdu University of Technology, Chengdu 610059, China)

Taking tight glutenite reservoir of Shehezi Formation in Xujiaweizi Fault Depression as an example, conversions from nuclear magnetic resonance (NMR)2to pore throat radius (c) were realized by cryogenic nitrogen adsorption experiment and mercury injection to calibrate NMR2, then microscopic pore size distribution and its influence factors were quantitatively evaluated by NMR pore size distribution curves and casting thin sections. The results show that NMR pore size distribution curves are similar to those of nitrogen adsorption and of mercury injection, which remedy the shortages of previous studies that smaller pore sizes have low precision. The main pore sizes of tight glutenite reservoirs of Shahezi Formation range from 0.01 to 10 μm. Distribution curves are always bimodal. Pore size is mainly affected by compaction, cementation and dissolution. With enhanced compaction, pores and throats become smaller. Increasing cement content reduces connection further, while dissolution is the major factor that tight reservoirs develop megalopores.

tight reservoirs; cryogenic nitrogen adsorption; nuclear magnetic resonance; mercury injection; pore size distribution

10.11817/j.issn.1672-7207.2016.11.018

P618.13

A

1672?7207(2016)11?3742?10

2015?11?27；

2016?02?23

國(guó)家自然科學(xué)重點(diǎn)基金資助項(xiàng)目(41330133)；國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(973計(jì)劃)項(xiàng)目(2014CB239005-001)；山東省優(yōu)秀中青年科學(xué)家科研獎(jiǎng)勵(lì)基金資助項(xiàng)目(2014BSE28018)；中國(guó)石化科技攻關(guān)項(xiàng)目(P15028)；高校自主創(chuàng)新科研計(jì)劃項(xiàng)目(15CX05046A，15CX07004A) (Project(41330313) supported by the Key Program of National Natural Science Foundation of China; Project(2014CB239005-001) supported by the National Basic Research Development Program (973 Program) of China; Project(2014BSE28018) supported by Outstanding Young Scientist Research Reward Fund of Shandong Province; Project(P15028) supported by the Research Project Funded by the SINOPEC Corporation; Projects(15CX05046A, 15CX07004A) supported by the Fundamental Research Funds for the Central Universities)

盧雙舫，教授，博士生導(dǎo)師，從事聚焦于非常規(guī)油氣地質(zhì)學(xué)和油氣地球化學(xué)方面研究；E-mail: lushuangfang@qq.com