三臺(tái)油田頭屯河組疏松砂巖油藏可動(dòng)流體賦存特征

章彤

（中國(guó)石油 新疆油田分公司 準(zhǔn)東采油廠，新疆 阜康 831500）

準(zhǔn)噶爾盆地三臺(tái)油田侏羅系頭屯河組疏松砂巖油藏儲(chǔ)集層多為細(xì)砂巖，少量為中砂巖和含礫不等粒砂巖[1]。相同層段實(shí)驗(yàn)測(cè)試孔隙度和滲透率差異較大，儲(chǔ)集層多孔介質(zhì)空間結(jié)構(gòu)復(fù)雜，整體非均質(zhì)性較強(qiáng)，導(dǎo)致常規(guī)水驅(qū)開發(fā)效果不理想，單井產(chǎn)量低，剩余油賦存復(fù)雜[2-7]。針對(duì)疏松砂巖油藏開發(fā)中存在的問題，應(yīng)用核磁共振可動(dòng)流體測(cè)試技術(shù)，在定量評(píng)價(jià)儲(chǔ)集層可動(dòng)流體賦存及分布規(guī)律的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步認(rèn)識(shí)疏松砂巖油藏的孔喉系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特征及剩余油分布規(guī)律，為提高此類油田的開發(fā)效果提供理論支撐。應(yīng)用核磁共振技術(shù)獲取孔喉內(nèi)部流體橫向弛豫時(shí)間（T2），結(jié)合實(shí)測(cè)得到的孔喉尺寸及頻率分布，對(duì)不同級(jí)別滲透率、不同尺寸孔喉內(nèi)部的流體分布進(jìn)行定量評(píng)價(jià)[8-11]。研究成果表明，低滲砂巖可動(dòng)流體飽和度及T2截止值普遍較低，在頁巖油藏中二者更低[12-13]。同時(shí)，一些學(xué)者針對(duì)典型的砂礫巖、灰質(zhì)泥巖和砂巖油藏，核磁共振測(cè)試結(jié)果表明，影響儲(chǔ)集層可動(dòng)流體飽和度的主要因素是儲(chǔ)集層物性、孔喉結(jié)構(gòu)、成巖作用及黏土礦物含量。其中，孔隙度和滲透率均對(duì)可動(dòng)流體飽和度產(chǎn)生影響，喉道半徑和孔喉配置是制約可動(dòng)流體分布的關(guān)鍵參數(shù)，而可動(dòng)流體飽和度與壓實(shí)程度呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)[14-18]。

現(xiàn)階段關(guān)于儲(chǔ)集層可動(dòng)流體賦存規(guī)律的研究，僅限于超低滲—低滲儲(chǔ)集層，缺乏針對(duì)中—高滲儲(chǔ)集層及其可動(dòng)流體賦存規(guī)律的研究。因此，與低滲儲(chǔ)集層類似，筆者針對(duì)研究區(qū)疏松砂巖巖心樣品，通過核磁共振可動(dòng)流體測(cè)試技術(shù)，評(píng)價(jià)可動(dòng)流體在疏松砂巖多孔介質(zhì)中的賦存特征及規(guī)律，以期為疏松砂巖油藏優(yōu)選勘探目標(biāo)和改善開發(fā)效果提供理論支持。

1 儲(chǔ)集層特征

1.1 物性特征

三臺(tái)油田頭屯河組頭二段疏松砂巖儲(chǔ)集層樣品孔隙度為17.14%～21.78%，平均為19.50%；滲透率為15.97～24.21 mD，平均為19.35 mD。頭二段疏松砂巖儲(chǔ)集層物性好，可動(dòng)流體飽和度高，注水開發(fā)效果不理想，流體賦存規(guī)律不明確，需進(jìn)一步開展疏松砂巖可動(dòng)流體賦存規(guī)律研究。

1.2 礦物組成

頭二段疏松砂巖儲(chǔ)集層碎屑顆粒分選差，以細(xì)砂為主，少量中砂，磨圓度次棱角—次圓狀，接觸方式主要為點(diǎn)接觸和線接觸。儲(chǔ)集層巖性以長(zhǎng)石巖屑砂巖為主，巖屑平均含量為48.50%，長(zhǎng)石平均含量為19.13%，石英平均含量為16.25%。黏土礦物含量達(dá)到12.25%，其中，蒙脫石相對(duì)含量為58.24%，綠蒙混層相對(duì)含量為16.43%，在掃描電鏡下，可觀察到孔隙空間被大量綠蒙混層覆蓋（圖1a）。

1.3 微觀孔喉特征

頭二段疏松砂巖儲(chǔ)集層面孔率為14.25%；儲(chǔ)集層孔隙類型以粒間孔為主，占總孔隙度的83.34%（圖1b），其次為粒間溶孔和粒內(nèi)溶孔，分別占11.15%和5.51%；喉道以片狀和縮頸狀為主（圖1c），部分呈彎曲片狀，具有孔隙大、喉道窄的特點(diǎn)。雖然孔隙度較高，但由于片狀和縮頸狀喉道的存在，導(dǎo)致滲透率差異很大，進(jìn)而影響可動(dòng)流體飽和度及其賦存狀態(tài)。

1.4 膠結(jié)特征

膠結(jié)程度低是疏松砂巖的典型特征，其主要受到地層埋深、膠結(jié)物種類、膠結(jié)方式等因素的影響。頭二段疏松砂巖儲(chǔ)集層多見孔隙—接觸式和接觸式膠結(jié)，多見泥質(zhì)膠結(jié)（圖1d），膠結(jié)強(qiáng)度低，砂巖疏松。泥質(zhì)膠結(jié)物含量高是頭二段砂巖疏松、油井出砂嚴(yán)重的主要原因。

圖1 三臺(tái)油田頭二段疏松砂巖儲(chǔ)集層鏡下特征Fig.1.Microscopic characteristics of the unconsolidated sandstone reservoir in the Tou 2 member in Santai oilfield

2 實(shí)驗(yàn)介紹

2.1 實(shí)驗(yàn)材料及儀器

巖心樣品取自準(zhǔn)噶爾盆地三臺(tái)油田北10 區(qū)塊頭二段，直徑為2.49～2.51 cm，長(zhǎng)度為4.88～5.10 cm，巖心樣品信息詳見表1。實(shí)驗(yàn)用模擬地層水的礦化度為25 000 mg/L。實(shí)驗(yàn)設(shè)備為巖心樣品離心機(jī)和低場(chǎng)核磁共振儀：離心機(jī)型號(hào)為YC-1C 型，可用于直徑2.50 cm、高度3.00 cm 巖樣，最高轉(zhuǎn)速10 000 r/min，巖樣外旋半徑78 mm；核磁共振儀型號(hào)為MINI-MR，磁感應(yīng)強(qiáng)度0.5 T，射頻脈沖頻率為1.00～30.00 MHz，射頻頻率控制精度為0.01 MHz。

表1 三臺(tái)油田北10區(qū)塊頭二段長(zhǎng)石巖屑砂巖巖心樣品參數(shù)Table 1.Parameters of core samples of feldspar lithic sandstone from the Tou 2 member in Block Bei-10 of Santai oilfield

2.2 實(shí)驗(yàn)步驟

實(shí)驗(yàn)參照SY/T 6490—2014《巖樣核磁共振參數(shù)實(shí)驗(yàn)室測(cè)量規(guī)范》及SY/T 5336—2006《巖心分析方法》執(zhí)行，具體步驟：①在標(biāo)準(zhǔn)巖心上鉆取樣品，測(cè)量樣品直徑和長(zhǎng)度，將樣品放置于苯與酒精體積比為1∶3的萃取容器中洗油，洗油時(shí)間為10 d；②待洗油結(jié)束后，將樣品放置恒溫箱中加熱至90 ℃保持溫度不變24 h，取出測(cè)量樣品干重；③采用穩(wěn)態(tài)法測(cè)量巖心空氣滲透率；④應(yīng)用常規(guī)抽真空飽和地層水方法，結(jié)合高壓驅(qū)替裝置，為巖心樣品飽和模擬地層水，模擬地層水礦化度為25 000 mg/L，測(cè)量巖心濕重，計(jì)算巖心孔隙度，進(jìn)行核磁共振T2譜測(cè)試；⑤對(duì)巖心樣品分別進(jìn)行5 000 r/min、6 000 r/min、7 000 r/min、8 000 r/min離心，離心時(shí)間均為2 h，分別測(cè)量巖心4 次離心的水信號(hào)核磁共振T2譜；⑥計(jì)算巖心T2截止值、可動(dòng)流體飽和度和可動(dòng)流體孔隙度。

2.3 實(shí)驗(yàn)原理

油、水中的氫核在作橫向弛豫運(yùn)動(dòng)時(shí)與地層孔隙壁產(chǎn)生碰撞，孔隙大小和氫核的橫向弛豫時(shí)間成反比，這就是利用核磁共振橫向弛豫時(shí)間譜研究巖石孔隙結(jié)構(gòu)的理論基礎(chǔ)[19-21]。根據(jù)核磁共振原理，當(dāng)孔隙流體的T2大于可動(dòng)流體T2截止值時(shí)，流體為可動(dòng)流體，反之則為束縛流體。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與討論

研究區(qū)頭二段疏松砂巖膠結(jié)程度低且易破碎，核磁共振可動(dòng)流體測(cè)試難度大，本文通過優(yōu)選疏松砂巖巖心樣品，對(duì)同一樣品進(jìn)行4 次不同離心力下的可動(dòng)流體測(cè)試，并進(jìn)行測(cè)試結(jié)果分析，確定疏松砂巖最佳離心力。

3.1 T2譜形態(tài)變化

根據(jù)頭二段疏松砂巖3 塊典型巖心樣品的核磁共振T2譜形態(tài)（圖2）可以看出，4號(hào)和7號(hào)樣品離心前飽和水狀態(tài)下的T2譜呈單峰態(tài)，5 號(hào)樣品T2譜呈雙峰態(tài)。4號(hào)和7號(hào)樣品橫向弛豫時(shí)間為8.03～16.68 ms，T2譜與橫軸的包圍面積較大，T2譜信號(hào)幅度較高，說明4 號(hào)和7 號(hào)樣品小孔隙較為發(fā)育。5 號(hào)樣品T2譜右峰高于左峰，表明該樣品物性相對(duì)較好，中孔隙和大孔隙較為發(fā)育。

圖2 三臺(tái)油田頭二段疏松砂巖儲(chǔ)集層巖心樣品核磁共振T2譜Fig.2.NMR T2 spectra of core samples from the unconsolidated sandstone reservoir in the Tou 2 member of Santai oilfield

第一次離心后，3 塊樣品的核磁共振T2譜形態(tài)均發(fā)生變化，其中5 號(hào)樣品T2譜形態(tài)變化明顯，左、右峰均下降，7 號(hào)樣品T2譜下降幅度較低，尤其是小孔隙，說明小孔隙可動(dòng)流體飽和度較低。多次離心后，4 號(hào)樣品T2譜仍呈單峰態(tài)，峰值對(duì)應(yīng)的橫向弛豫時(shí)間向坐標(biāo)軸左側(cè)偏移，微—小孔隙中有束縛流體賦存，與飽和水狀態(tài)T2譜相比，4 號(hào)樣品離心最終狀態(tài)的T2譜下降明顯，可動(dòng)流體主要賦存在大孔隙中。5 號(hào)樣品第一次離心后，T2譜已由雙峰態(tài)變?yōu)閱畏鍛B(tài)，至第四次離心后的T2譜仍呈單峰態(tài)，并且自第二次離心后，T2譜變化幅度微?。慌c飽和水狀態(tài)T2譜相比，5 號(hào)樣品右峰下降明顯，可動(dòng)流體主要賦存在大孔隙中，且易被動(dòng)用，束縛流體主要集中在小孔隙。7 號(hào)樣品離心最終狀態(tài)的T2譜下降幅度較大，峰值稍向右偏移，可動(dòng)流體主要賦存在大孔隙。3 塊樣品即使在飽和水狀態(tài)下的T2譜特征不同，在之后對(duì)T2譜的分析中發(fā)現(xiàn)可動(dòng)流體多分布在較大孔隙中，束縛流體多分布在較小孔隙中，小孔隙可能出現(xiàn)死孔隙和堵塞喉道的比例較高，連通性較差。

3.2 可動(dòng)流體參數(shù)變化

頭二段疏松砂巖巖心樣品核磁共振可動(dòng)流體測(cè)試結(jié)果表明，3塊典型樣品的T2截止值為1.86～4.64 ms，平均為3.06 ms；可動(dòng)流體飽和度為80.42%～82.57%，平均為81.39%；可動(dòng)流體孔隙度為13.91%～17.98%，平均為15.88%，典型巖心樣品的可動(dòng)流體參數(shù)分布范圍差異較小。

為對(duì)比分析3塊疏松砂巖巖心樣品特征，參照5號(hào)樣品雙峰態(tài)T2譜，將雙峰連接段最低點(diǎn)作為較大和較小孔隙的分界點(diǎn)，該點(diǎn)的橫向弛豫時(shí)間為4.64 ms，統(tǒng)一將橫向弛豫時(shí)間在0.10～4.64 ms 的孔隙作為較小孔隙，橫向弛豫時(shí)間在4.64～24.04 ms 的孔隙作為較大孔隙。

飽和水狀態(tài)下，4 號(hào)樣品較小孔隙和較大孔隙中的流體相對(duì)含量分別為92.28%和7.72%。4號(hào)樣品離心后的核磁共振T2譜顯示，第一次離心后峰值略向左偏，T2譜幅度下降明顯，此時(shí)的可動(dòng)流體飽和度為57.39%，其中較大孔隙和較小孔隙范圍內(nèi)T2譜幅度均下降，較小孔隙下降幅度較小。第二次離心后的可動(dòng)流體飽和度為71.63%。離心結(jié)束后，4號(hào)樣品核磁共振T2截止值為1.86 ms，可動(dòng)流體飽和度為81.17%，可動(dòng)流體孔隙度為13.84%，束縛流體橫向弛豫時(shí)間主要為0.10～2.64 ms（圖2a）。

飽和水狀態(tài)下，5 號(hào)樣品較小孔隙可動(dòng)流體相對(duì)含量為43.63%；較大孔隙可動(dòng)流體相對(duì)含量為56.37%，該樣品較大孔隙和較小孔隙均發(fā)育。第一次離心后，T2譜下降幅度大且形態(tài)變?yōu)閱畏鍛B(tài)，可動(dòng)流體飽和度為73.97%，殘余流體在較小孔隙和較大孔隙分布占比分別為93.06%和3.96%，較大孔隙內(nèi)幾乎沒有流體殘余。第二次離心后，可動(dòng)流體飽和度為80.63%，說明較小孔隙中仍有殘余流體。最終離心結(jié)果顯示，5 號(hào)樣品核磁共振T2截止值為1.84 ms，可動(dòng)流體飽和度為80.42%，可動(dòng)流體孔隙度為15.63%，束縛流體幾乎全部集中在較小孔隙中（圖2b）。

飽和水狀態(tài)下，7 號(hào)樣品流體主要分布在較小孔隙中，較小孔隙內(nèi)的流體相對(duì)含量為83.18%，較大孔隙的流體相對(duì)含量為16.82%。由多次離心后的核磁共振T2譜可以看出，7 號(hào)樣品與其他2 塊樣品不同的是，經(jīng)過前兩次離心后T2譜下降幅度較小，之后再次離心后曲線出現(xiàn)較大幅度下降。分析核磁共振T2譜參數(shù)，第一次離心后的可動(dòng)流體飽和度為30.52%，較小孔隙和較大孔隙中的殘余流體相對(duì)含量分別為94.65%和5.35%，說明較大孔隙第一次離心中有較多流體脫出，仍有大量流體殘余在小孔隙中；第二次離心后的可動(dòng)流體飽和度為45.98%，較小孔隙和較大孔隙中的流體相對(duì)含量分別為91.73%和8.27%。最終離心結(jié)果顯示，7 號(hào)樣品核磁共振T2截止值為4.64 ms，可動(dòng)流體飽和度為82.57%，可動(dòng)流體孔隙度為17.98%。7 號(hào)樣品的可動(dòng)流體飽和度為3 塊樣品中最高，若不進(jìn)行第三次和第四次離心實(shí)驗(yàn)，所測(cè)得的可動(dòng)流體飽和度為45.98%，因此本文的實(shí)驗(yàn)方法能夠避免可動(dòng)流體參數(shù)出現(xiàn)較大誤差（圖2c）。

綜上，疏松砂巖儲(chǔ)集層與致密砂巖儲(chǔ)集層在可動(dòng)流體賦存特征方面存在明顯區(qū)別，以鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組長(zhǎng)6 段、長(zhǎng)8 段和長(zhǎng)9 段致密砂巖巖心樣品為例，致密砂巖物性較疏松砂巖差，T2截止值為0.65～0.94 ms，平均為0.78 ms；可動(dòng)流 體飽和度為42.39%～47.49%，平均為44.76%；可動(dòng)流體孔隙度為3.63%～6.64%，平均為4.85%。三臺(tái)油田頭二段疏松砂巖樣品T2截止值為3.06 ms；可動(dòng)流體飽和度為81.39%；可動(dòng)流體孔隙度為15.88%（表2）。與致密砂巖對(duì)比，疏松砂巖T2截止值較大，可動(dòng)流體飽和度和可動(dòng)流體孔隙度均較高，說明儲(chǔ)集層孔喉中可動(dòng)流體較多，束縛流體較少。

表2 疏松砂巖與致密砂巖儲(chǔ)集層特征對(duì)比Table 2.Comparison of reservoir characteristics of unconsolidated sandstone and tight sandstone

3.3 最佳離心力的確定

在核磁共振可動(dòng)流體測(cè)試過程中，離心力過小，可動(dòng)流體不能完全動(dòng)用，測(cè)試求取的T2截止值會(huì)過大；離心力過大，導(dǎo)致一部分束縛流體脫出，測(cè)試求取的T2截止值會(huì)過小，對(duì)疏松砂巖的孔隙結(jié)構(gòu)造成破壞，因此疏松砂巖核磁共振可動(dòng)流體測(cè)試中最佳離心力的確定很關(guān)鍵。計(jì)算不同離心力下疏松砂巖巖心樣品的T2譜與橫軸包圍面積，以2 次離心實(shí)驗(yàn)的T2譜與橫軸包圍面積差值為判定依據(jù)。3塊樣品在離心力為0.64 MPa時(shí)，與飽和水狀態(tài)相比，T2譜與橫軸包圍面積差值為154.51～684.14；在離心力為0.64～0.76 MPa時(shí)，T2譜與橫軸包圍面積差值為61.51～89.54；在離心力為0.76～0.89 MPa 時(shí)，T2譜與橫軸包圍面積差值為7.15～181.30；在離心力為0.89～1.02 MPa 時(shí)，T2譜與橫軸包圍面積差值為0.76～5.25。因此，3 塊巖心樣品所確定的最佳離心力為1.02 MPa。

不同的巖心樣品，可動(dòng)流體賦存特征存在差異。通過圖3a 可以看出，發(fā)育較大孔隙的5 號(hào)樣品在第一次離心后，較大孔隙的可動(dòng)流體飽和度高，并且?guī)缀醪辉匐S著離心力的增大而變化；而較小孔隙的可動(dòng)流體飽和度呈現(xiàn)緩慢上升，自第二次離心后改變幅度很小，較大孔隙與較小孔隙的可動(dòng)流體飽和度差異大。5 號(hào)樣品在4 次離心后測(cè)得的可動(dòng)流體有61.53%～68.51%來自于較大孔隙，束縛流體主要在較小孔隙中，并且很難再隨著離心力的增大被動(dòng)用。發(fā)育較小孔隙的4 號(hào)樣品和7 號(hào)樣品中，4 號(hào)樣品的可動(dòng)流體飽和度隨著離心力增大緩慢上升，較大孔隙和較小孔隙中的可動(dòng)流體飽和度差異不大，但整體看來，較大孔隙中賦存更多的可動(dòng)流體。7 號(hào)樣品在0.76 MPa 的離心力下，可動(dòng)流體飽和度曲線出現(xiàn)明顯拐點(diǎn)，較小孔隙的可動(dòng)流體飽和度上升明顯，最終離心實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示7 號(hào)樣品較大孔隙和較小孔隙的可動(dòng)流體飽和度差值僅為2.57%，說明在較低的離心力條件下，較小孔隙的一部分流體沒有被動(dòng)用，在最佳離心力1.02 MPa 下，樣品的可動(dòng)流體飽和度為82.57%，且較大孔隙和較小孔隙對(duì)可動(dòng)流體飽和度均有貢獻(xiàn)，尤其是在離心力由0.64 MPa 上升至1.02 MPa 時(shí)，較小孔隙可動(dòng)流體飽和度上升32.53%。

圖3 三臺(tái)油田頭二段疏松砂巖儲(chǔ)集層巖心樣品可動(dòng)流體飽和度隨離心力變化Fig.3.Changes of movable fluid saturation with centrifugal force in core samples from the unconsolidated sandstone reservoir in Tou 2 member of Santai oilfield

通過分析3 塊樣品在不同離心力下的可動(dòng)流體飽和度變化特征，在相同離心力下，較大孔隙的可動(dòng)流體飽和度均高于較小孔隙的可動(dòng)流體飽和度，可動(dòng)流體的主要貢獻(xiàn)者均為較大孔隙，束縛流體幾乎都分布在小孔隙中，并且很難隨著離心力的增大而動(dòng)用。不同的是，對(duì)于孔隙發(fā)育程度好、較大孔隙含量高的樣品，較大孔隙和較小孔隙各自的可動(dòng)流體飽和度差異明顯，但4 次離心實(shí)驗(yàn)樣品整體的可動(dòng)流體飽和度差異很小。對(duì)于孔隙發(fā)育程度差、較小孔隙含量高的樣品，離心力的增大能夠使樣品整體的可動(dòng)流體飽和度升高，尤其是較小孔隙的可動(dòng)流體飽和度顯著上升，不同尺寸孔隙最終對(duì)于可動(dòng)流體參數(shù)的貢獻(xiàn)幾乎沒有差異。

對(duì)比3塊樣品，7號(hào)樣品物性最好，同時(shí)可動(dòng)流體飽和度也最高，為82.57%；而4號(hào)樣品物性最差，可動(dòng)流體飽和度為81.17%，5號(hào)樣品的可動(dòng)流體飽和度為80.42%，4號(hào)樣品卻略高于5號(hào)樣品，說明物性只是可動(dòng)流體參數(shù)的影響因素之一，可動(dòng)流體參數(shù)還會(huì)受其他因素的綜合影響。

4 結(jié)論

（1）三臺(tái)油田頭二段疏松砂巖在飽和水狀態(tài)下的核磁共振T2譜既有單峰態(tài)，也有雙峰態(tài)，孔隙類型復(fù)雜。離心后的T2譜均呈單峰態(tài)，束縛流體多分布在較小孔隙中，可動(dòng)流體多分布在較大孔隙中。

（2）三臺(tái)油田頭二段疏松砂巖典型巖心樣品的T2截止值為1.86～4.64 ms，平均為3.06 ms；可動(dòng)流體飽和度為80.42%～82.57%，平均為81.39%；可動(dòng)流體孔隙度為13.91%～17.98%，平均為15.88%，可動(dòng)流體飽和度和可動(dòng)流體孔隙度均較高。

（3）在不同的離心力下，可動(dòng)流體主要來自較大孔隙，束縛流體則主要分布于較小孔隙。對(duì)于孔隙發(fā)育程度好、較大孔隙含量高的樣品，較大孔隙和較小孔隙的可動(dòng)流體飽和度差異明顯，測(cè)試后期可動(dòng)流體飽和度不會(huì)隨著離心力的提高出現(xiàn)顯著增大。對(duì)于孔隙發(fā)育程度差、較小孔隙含量高的樣品，離心力的增大能夠使整體的可動(dòng)流體飽和度顯著上升，測(cè)試后期不同孔隙對(duì)于可動(dòng)流體參數(shù)的貢獻(xiàn)幾乎沒有差異。