特低滲儲層微觀孔隙結(jié)構(gòu)與可動流體賦存特征
——以二連盆地阿爾凹陷騰一下段儲層為例

黃 杰，杜玉洪，王紅梅，郭 佳，單曉琨，苗 雪，鐘新宇，朱玉雙

（1.中國石油華北油田分公司勘探開發(fā)研究院，河北任丘 062552；2.西北大學(xué)大陸動力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/地質(zhì)學(xué)系，西安 710069）

0 引言

阿爾凹陷是二連盆地近年來發(fā)現(xiàn)的重要含油凹陷，是重要的產(chǎn)能建設(shè)區(qū)，其中白堊系騰格爾組一段下段（騰一下段）儲層是目前的主力開發(fā)層系［1-2］，該段儲層的物性較差，孔隙結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，孔喉關(guān)系多樣，流體滲流規(guī)律復(fù)雜［3-4］。孔隙和喉道是控制流體滲流的主要通道［5］，孔隙、喉道的大小和分布影響著孔喉的連通性和滲流能力［6］，不同尺寸的孔喉結(jié)構(gòu)影響著儲層的孔隙度和滲透率等屬性，儲層孔隙結(jié)構(gòu)的有效表征對認(rèn)識儲層儲集和滲流能力具有重要作用［7-8］。目前壓汞技術(shù)已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于儲層微觀孔隙結(jié)構(gòu)的表征，高壓壓汞技術(shù)能夠表征孔隙結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和非均質(zhì)性［9-10］，恒速壓汞技術(shù)可以有效定量地表征孔隙和喉道半徑等微觀孔喉參數(shù)［11-12］。在低滲—致密儲層中，大小孔喉均有分布，當(dāng)分選系數(shù)小時(shí)，說明孔喉分布較集中，且主要為小孔喉；當(dāng)分選系數(shù)大時(shí)，則說明除了小孔喉外，還有大孔喉分布［13-14］。核磁共振技術(shù)不僅可以無損地評價(jià)儲層微觀孔隙結(jié)構(gòu)，還可以根據(jù)孔隙中流體氫核的弛豫過程分析流體的賦存狀態(tài)［15-17］?？蓜恿黧w賦存特征影響因素多樣，其不僅受到儲層物性的影響，還受到孔隙結(jié)構(gòu)和黏土礦物的控制［18-21］。

目前學(xué)術(shù)界對阿爾凹陷白堊系騰格爾組一段下段儲層孔隙結(jié)構(gòu)和可動流體賦存特征等方面的研究相對較少，但是在實(shí)際油氣藏開發(fā)過程中往往需要這方面的理論來支撐，本文利用掃描電鏡、鑄體薄片、X 射線衍射、高壓壓汞、恒速壓汞和核磁共振等技術(shù)方法，研究阿爾凹陷騰一下段儲層的微觀孔隙結(jié)構(gòu)，并分析其可動流體賦存特征及其主要的影響因素，以期為該區(qū)后續(xù)的油氣藏開發(fā)提供理論依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

阿爾凹陷位于二連盆地東北部，其構(gòu)造上屬于巴音寶力格隆起，形成于燕山運(yùn)動中期的區(qū)域裂陷作用［22］，總體上呈北東—南西向展布（圖1）。阿爾凹陷的面積較小，約2 200 km2，是二連盆地中眾多小凹陷之一［23］。依據(jù)阿爾凹陷近年來的勘探開發(fā)研究成果，目前該區(qū)最重要的開發(fā)目地層是白堊系，自下而上可分為3 組：阿爾善組、騰格爾組和賽漢塔拉組，騰格爾組自下而上又可分為騰一段和騰二段。依據(jù)沉積旋回，結(jié)合其巖性及電性特征又可將騰一段劃分為騰一上段和騰一下段，其中騰一下段頂部砂礫巖層是阿爾凹陷的主力含油層系。阿爾凹陷騰一下段儲層主要為扇三角洲沉積，靠近物源，沉積速率快，分選、磨圓差，結(jié)構(gòu)成熟度和成分成熟度低，顆粒大小混雜，孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜，儲層物性較差，孔隙度為7.9%～17.2%，平均為14.5%，滲透率為0.14～15.6 mD，平均為6.5 mD，屬于典型的特低滲儲層［24］。

圖1 二連盆地阿爾凹陷地理位置Fig.1 Geographical location of A'er Sag，Erlian Basin

2 巖石學(xué)特征

二連盆地阿爾凹陷騰一下段儲層砂巖類型主要為巖屑砂巖和巖屑長石砂巖，巖屑含量較高，其體積分?jǐn)?shù)為81.2%～92.4%，平均為85.1%，主要為石英巖（體積分?jǐn)?shù)7.8%）、板巖（體積分?jǐn)?shù)為5.2%）和變質(zhì)砂巖（體積分?jǐn)?shù)為3.5%）等變質(zhì)巖巖屑，及以噴發(fā)巖（體積分?jǐn)?shù)為12.4%）為主的火成巖巖屑，石英的體積分?jǐn)?shù)平均為25.2%，長石體積分?jǐn)?shù)平均為24.2%。巖石顆粒分選為中—差，主要為次棱角狀。填隙物含量較高，體積分?jǐn)?shù)平均為14.9%，主要為高嶺石［圖2（a）］（體積分?jǐn)?shù)為4.2%）、伊利石［圖2（b）］（體積分?jǐn)?shù)為3.1%）、鐵方解石［圖2（c）］（體積分?jǐn)?shù)為2.2%）、硅質(zhì)［圖2（d）］（體積分?jǐn)?shù)為2.1%）、少量蒙脫石［圖2（e）］和伊/蒙混層［圖2（f）］。膠結(jié)類型主要為孔隙膠結(jié)和加大孔隙膠結(jié)。

圖2 阿爾凹陷騰一下段儲層巖石學(xué)特征（a）高嶺石，A4 井，1 774.5 m；（b）伊利石，A6 井，1 722.3 m；（c）鐵方解石，A7 井，1 658.7 m；（d）硅質(zhì)，A11 井，1 753.2 m；（e）蒙脫石，A54 井，1 765.2 m；（f）伊/蒙混層，A7 井，1 658.7 mFig.2 Petrological characteristics of lower Et1 reservoir in A'er Sag

3 微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征

3.1 孔隙特征

二連盆地阿爾凹陷騰一下段儲層孔隙類型主要為粒間孔和溶蝕孔，發(fā)育少量晶間孔，其中粒間孔［圖3（a），（b）］分布廣泛，占總面孔率的62%，孔徑較大，連通性好，是該段儲層的主要孔隙類型。溶蝕孔［圖3（c），（d）］主要為長石溶孔，形狀不規(guī)則，孔徑大小不一，占總面孔率的35%。晶間孔［圖3（e），（f）］指填隙物晶間微孔隙，騰一下段儲層發(fā)育少量高嶺石及伊利石晶間微孔隙，平均面孔率為3%，孔徑較小，孔隙空間小，連通能力弱。16 塊樣品的恒速壓汞測試數(shù)據(jù)顯示，騰一下段儲層平均孔隙半徑為124～161 mm，分布較集中，平均孔隙半徑大小差異不明顯，孔隙半徑與滲透率相關(guān)性較差［圖4（a）］，說明孔隙的大小并不是儲層滲透率的決定性因素，對儲層滲流能力影響較小。

圖3 阿爾凹陷騰一下段儲層孔隙類型（a）粒間孔、孔隙縮小型喉道，A6 井，1 722.3 m；（b）粒間孔、片狀喉道，A3 井，1 791.3 m；（c）溶蝕孔、縮頸型喉道，A14 井，1 903.8 m；（d）溶蝕孔，A52 井，1 880.1 m；（e）晶間孔，A46 井，1 736.2 m；（f）晶間孔、管束狀喉道，A7 井，1 658.7 mFig.3 Pore types of lower Et1 reservoir in A'er Sag

圖4 阿爾凹陷騰一下段儲層滲透率與平均孔隙半徑（a）、平均喉道半徑（b）、孔喉半徑比（c）的關(guān)系Fig.4 Relationships of permeability with average pore radius（a），average throat radius（b），pore-throat radius ratio（c）of lower Et1reservoir in A'er Sag

3.2 喉道特征

阿爾凹陷騰一下段儲層主要發(fā)育4 種喉道類型：孔隙縮小型喉道、縮頸型喉道、片狀喉道和管束狀喉道。孔隙縮小型喉道為孔隙縮小部分，略小于孔隙，喉道粗，連通能力強(qiáng)［參見圖3（a）］；當(dāng)顆粒排列緊密或邊緣襯墊式膠結(jié)時(shí)，喉道顯著變窄，所形成的喉道為縮頸型喉道［參見圖3（c）］；片狀喉道指顆粒經(jīng)壓實(shí)排列緊密，所形成的孔隙之間狹窄的片狀滲流通道［參見圖3（b）］；目的層高嶺石、伊利石發(fā)育，充填粒間孔隙，其間微孔隙既是孔隙又是喉道，呈管束狀，也稱管束狀喉道，喉道細(xì)，連通性差［參見圖3（f）］。研究區(qū)儲層主要喉道類型為片狀喉道和孔隙縮小型喉道。儲層喉道特征復(fù)雜，喉道半徑存在較大差異，平均喉道半徑為0.8～6.0 mm，喉道半徑與滲透率具有很好的相關(guān)性［圖4（b）］，說明喉道半徑是影響儲層滲流的重要因素。

3.3 孔喉組合特征

研究區(qū)孔喉組合可分為5 種類型：粒間孔-孔隙縮小型喉道［圖5（a）］、粒間孔-縮頸型喉道［圖5（b）］、粒間孔-片狀喉道［圖5（c）］、溶蝕孔-片狀喉道［圖5（d）］和晶間孔-管束狀喉道［圖5（e）］。其中粒間孔-孔隙縮小型喉道組合與粒間孔-縮頸型喉道組合喉道較粗，滲流阻力相對較小，有利于流體的滲流，是研究區(qū)最有利于流體儲集和滲流的孔喉組合；粒間孔-片狀喉道組合與溶蝕孔-片狀喉道組合喉道狹長，孔隙喉道半徑差異懸殊，滲流阻力較大，不利于流體的滲流；晶間孔-管束狀喉道組合孔隙空間和滲流通道微小，僅提供較小的滲流貢獻(xiàn)。根據(jù)研究區(qū)儲層樣品的恒速壓汞測試數(shù)據(jù)，孔喉半徑比為43～301，差異較大，孔喉半徑比和滲透率呈較好的正相關(guān)［參見圖4（c）］，儲層孔喉半徑比越小，滲透率越高，越有利于流體的滲流。

圖5 阿爾凹陷騰一下段儲層孔喉組合特征（a）粒間孔-孔隙縮小型喉道，A6 井，1 722.3 m；（b）粒間孔-縮頸型喉道，A20 井，1 756.7 m；（c）粒間孔-片狀喉道，A20 井，1 756.7 m；（d）溶蝕孔-片狀喉道，A4 井，1 717.5 m；（e）晶間孔-管束狀喉道，A46 井，1 736.2 m；（f）粒間孔-片狀喉道，A14 井，1 903.8 mFig.5 Characteristics of pore throat combination of lower Et1 reservoir in A'er Sag

3.4 孔隙結(jié)構(gòu)

根據(jù)毛管壓力特征差異（圖6），將研究區(qū)儲層孔隙結(jié)構(gòu)分為3 類。

Ⅰ類為大孔喉結(jié)構(gòu)。該類孔喉結(jié)構(gòu)汞注入壓力低，毛管壓力曲線偏向左下方，平均排驅(qū)壓力為0.33 MPa，主要為粒間孔-孔隙縮小型喉道與粒間孔-縮頸型喉道孔喉組合，孔喉較大，平均孔隙半徑為149.70 mm［圖7（a）］，平均喉道半徑為4.79 mm。喉道半徑負(fù)偏態(tài)分布偏向高值［圖7（b）］，孔喉半徑比?。蹐D7（c）］，孔喉連通性好，平均最大進(jìn)汞飽和度為88.0%。該類孔隙結(jié)構(gòu)主要分布于扇三角洲前緣水下分流河道主河道上，水動力強(qiáng)，顆粒較大，物性好，平均孔隙度為16.1%，平均滲透率為16.8 mD，具有較好的儲集和滲流能力。

Ⅱ類為中孔喉結(jié)構(gòu)。該類孔隙結(jié)構(gòu)的汞注入壓力略高于Ⅰ類，平均排驅(qū)壓力為1.62 MPa?？缀碇饕獮榱ｉg孔-片狀喉道組合與溶蝕孔-片狀喉道組合，平均孔隙半徑為148.30 mm，平均喉道半徑為1.53 mm。喉道半徑近正態(tài)分布［圖7（b）］，大小喉道均提供滲透率貢獻(xiàn)，孔喉半徑比中等。進(jìn)汞飽和度略小于Ⅰ類，平均最大進(jìn)汞飽和度為83.4%。平均孔隙度為12.6%，平均滲透率為1.1 mD。該類孔隙結(jié)構(gòu)滲流能力中等，主要分布于扇三角洲前緣水下分流河道邊部。

圖6 阿爾凹陷騰一下段儲層毛管壓力曲線Fig.6 Capillary curves of lower Et1 reservoir in A'er Sag

圖7 阿爾凹陷騰一下段儲層孔隙半徑（a）、喉道半徑（b）、孔喉半徑比（c）分布Fig.7 Distribution of pore radius（a），throat radius（b）and pore-throat radius ratio（c）of lower Et1reservoir in A'er Sag

Ⅲ類為小孔喉結(jié)構(gòu)。該類孔喉結(jié)構(gòu)，汞注入壓力高，毛管壓力曲線顯著偏向右上方，平均排驅(qū)壓力為4.68 MPa?？缀碇饕獮榱ｉg孔-片狀喉道組合、溶蝕孔-片狀喉道組合和晶間孔-管束狀喉道組合。平均孔隙半徑為137.00 mm，平均喉道半徑為0.92 mm。喉道半徑正偏態(tài)分布偏向低值［圖7（b）］。大喉道較少，滲流能力主要由較小的喉道提供，孔喉半徑比大，孔喉連通性差，平均最大進(jìn)汞飽和度為81.2%。該類孔隙結(jié)構(gòu)樣品，主要為前緣席狀砂沉積，顆粒細(xì)，孔喉細(xì)小，物性普遍較差，平均孔隙度為9.3%，平均滲透率為0.3 mD，儲層滲流能力差。

4 可動流體賦存特征

對二連盆地阿爾凹陷騰一下段儲層12 塊樣品進(jìn)行飽和地層水狀態(tài)下核磁共振T2譜測試，再將樣品在300 psi 下離心，對離心后的樣品進(jìn)行T2譜測試，通過離心前后T2譜特征差異對比，分析可動流體賦存特征。

4.1 核磁共振T2 譜形態(tài)特征

I 類孔隙結(jié)構(gòu)樣品T2譜主要為左低右高雙峰型，T2弛豫時(shí)間大，主要分布為10～1 000 ms［圖8（a）］。Ⅱ類孔隙結(jié)構(gòu)樣品T2譜主要表現(xiàn)為左高右低雙峰型，T2弛豫時(shí)間主要分布為1～100 ms［圖8（b）］。Ⅲ類孔隙結(jié)構(gòu)主要為左單峰型，T2弛豫時(shí)間小，主要分布為1～10 ms［圖8（c）］。T2譜形態(tài)與儲層樣品微觀孔隙結(jié)構(gòu)有關(guān)。

圖8 阿爾凹陷騰一下段儲層核磁共振T2 譜Fig.8 T2 spectrum of NMR of lower Et1 reservoir in A'er Sag

4.2 可動流體飽和度特征

騰一下段儲層可動流體飽和度（Sm）為21.4%～70.3%，平均為52.2%。對于不同孔喉結(jié)構(gòu)類型樣品，可動流體飽和度特征存在較大差異。Ⅰ類大孔喉結(jié)構(gòu)可動流體飽和度高，主要分布在大孔隙中。Ⅱ類中孔隙結(jié)構(gòu)中小孔喉數(shù)量增多，連通性好的中小孔喉中也存在可動流體。Ⅲ類小孔喉結(jié)構(gòu)孔隙連通性差，束縛流體飽和度高。不同類型孔隙結(jié)構(gòu)均有可動流體分布，但連通好的大孔喉結(jié)構(gòu)可動流體飽和度高。

5 可動流體賦存主控因素

二連盆地阿爾凹陷騰一下段儲層宏觀物性差，微觀孔喉結(jié)構(gòu)特征復(fù)雜，可動流體賦存特征存在較大差異。儲層物性、孔喉發(fā)育情況、孔隙間連通性和黏土礦物特征等都對可動流體賦存有影響［25-27］。

5.1 宏觀物性的影響

騰一下段儲層核磁共振測試樣品孔隙度為8.5%～18.4%，平均13%；滲透率為0.4～13.4 mD，平均3.0 mD?？蓜恿黧w飽和度與孔隙度相關(guān)性差［圖9（a）］，與滲透率具有較好的相關(guān)性［圖9（b）］，說明儲層的儲集能力對可動流體的賦存并沒有起控制作用，可動流體賦存特征主要受控于儲層的滲流能力。高孔隙度樣品具有更大的儲集空間，但復(fù)雜的孔隙結(jié)構(gòu)和黏土礦物的填充可能使孔隙間的連通性變差，造成大量流體被束縛，可動流體飽和度降低。如研究區(qū)內(nèi)A46 井樣品孔隙度為12.9%，接近平均孔隙度，但其可動流體飽和度僅有21.4%，其喉道多為片狀喉道和管束狀喉道，喉道較小，黏土礦物等填隙物大量發(fā)育，孔喉半徑比大，孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜，滲流能力較差，滲透率僅為0.4 mD，大量流體被束縛，最終造成較低的可動流體飽和度。

圖9 阿爾凹陷騰一下段儲層可動流體飽和度與孔隙度（a）、滲透率（b）的關(guān)系Fig.9 Relationships of movable fluid saturation with porosity（a）and permeability（b）of lower Et1 reservoir in A'er Sag

5.2 微觀孔隙結(jié)構(gòu)的影響

5.2.1 孔隙和喉道大小

阿爾凹陷騰一下段儲層可動流體飽和度與平均孔隙半徑相關(guān)性較差［圖10（a）］，與平均喉道半徑呈較好的正相關(guān)關(guān)系［圖10（b）］。不同樣品的平均孔隙半徑差異較?。蹍⒁妶D7（a）］，對可動流體飽和度的影響較小。結(jié)合前述儲層物性對可動流體賦存特征的影響分析，說明決定儲層孔隙內(nèi)可動流體賦存特征的并不是孔隙的大小，而是孔隙間喉道的滲流能力。喉道半徑是影響可動流體賦存的主要因素，喉道半徑越大，可動流體飽和度越高。

5.2.2 孔喉半徑比

Ⅰ類孔隙結(jié)構(gòu)孔喉半徑比小，喉道相對較大，滲流能力好，可動流體飽和度高。Ⅲ類孔隙結(jié)構(gòu)孔喉半徑比越大，孔隙和喉道的大小差異越明顯，較大的孔隙以小喉道的形式被連接，孔喉連通性差，流體在孔隙和喉道間流動時(shí)的滲流阻力大，流體容易被束縛?？缀戆霃奖仍酱?，孔隙和喉道半徑差異越明顯，可動流體飽和度越低。可動流體飽和度與孔喉半徑比相關(guān)性如圖10（c）所示。

圖10 阿爾凹陷騰一下段儲層可動流體飽和度與孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)的關(guān)系Fig.10 Relationships of movable fluid saturation with pore structure parameters of lower Et1 reservoir in A'er Sag

5.2.3 喉道分布特征

平均喉道半徑影響著可動流體賦存特征，喉道的分布特征同樣對可動流體飽和度具有重要影響。喉道分選系數(shù)用來表征喉道半徑的分布情況，與可動流體飽和度呈較好的正相關(guān)關(guān)系［圖10（d）］，喉道分選系數(shù)越大，說明喉道半徑分布越分散，結(jié)合喉道半徑分布特征，發(fā)現(xiàn)喉道分布范圍越廣代表著存在較多滲流能力強(qiáng)的大喉道分布［參見圖7（b）］，流體不容易被束縛，可動流體飽和度越高。

5.3 黏土礦物的影響

研究區(qū)黏土礦物含量較高，各樣品黏土礦物普遍發(fā)育，充填孔隙和喉道，破壞孔隙和喉道間的連通性。書頁狀高嶺石充填孔隙［參見圖2（a）］，將大孔隙分割成若干的小孔隙，極大地降低了孔隙的儲集和滲流能力。絮狀伊利石［參見圖2（b）］、蒙脫石［參見圖2（e）］和伊/蒙混層［參見圖2（f）］從巖石顆粒表向孔隙延伸，充填分割孔隙，使孔隙和喉道連通性變差，流體在其間流動性變差，容易形成束縛流體。襯邊式綠泥石分布于顆粒表面使孔隙和喉道縮小，降低了孔喉間的連通性［27］?？蓜恿黧w飽和度與黏土礦物含量有較好的負(fù)相關(guān)關(guān)系（圖11），黏土礦物含量越高，可動流體飽和度越低。

圖11 阿爾凹陷騰一下段儲層可動流體飽和度與黏土礦物含量的關(guān)系Fig.11 Relationship between movable fluid saturation and clay mineral content of lower Et1 reservoir in A'er Sag

6 結(jié)論

（1）二連盆地阿爾凹陷騰一下段儲層微觀孔隙結(jié)構(gòu)可分為3 種類型：Ⅰ類大孔喉結(jié)構(gòu)，孔喉主要為粒間孔-孔隙縮小型喉道組合和粒間孔-縮頸型喉道組合，喉道半徑大，孔喉半徑比小，喉道半徑負(fù)偏態(tài)分布偏向高值。Ⅱ類中孔隙結(jié)構(gòu)，孔喉主要為粒間孔-片狀喉道組合與溶蝕孔-片狀喉道組合，喉道半徑近正態(tài)分布。Ⅲ類小孔隙結(jié)構(gòu)，孔喉主要為粒間孔-片狀喉道組合、溶蝕孔-片狀喉道組合和晶間孔-管束狀喉道組合，喉道半徑小，喉道半徑正偏態(tài)分布偏向低值。

（2）不同類型孔隙結(jié)構(gòu)，可動流體飽和度存在差異。Ⅰ類大孔喉結(jié)構(gòu)核磁共振T2譜呈左低右高雙峰型，滲流能力好，可動流體飽和度高。Ⅱ類中孔隙結(jié)構(gòu)核磁共振T2譜呈左高右低雙峰型，可動流體飽和度中等。Ⅲ類小孔隙結(jié)構(gòu)核磁共振T2譜呈左單峰型，可動流體飽和度低。

（3）儲層宏觀物性、微觀孔隙結(jié)構(gòu)和黏土礦物含量均對可動流體賦存具有重要影響，其中喉道的大小和分布是影響可動流體賦存的最主要因素，喉道半徑越大，大喉道越多，孔喉半徑比越小，黏土礦物含量越低，儲層滲流能力越好，可動流體飽和度越高。