準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖凹陷二疊系風(fēng)城組頁巖儲層潤濕性及其主控因素

鄭國偉，高之業(yè)，黃立良，姜振學(xué)，何文軍，常佳琦，段龍飛，魏維航，王志偉

［1.中國石油大學(xué)（北京）油氣資源與探測國家重點實驗室，北京 102249；2.中國石油大學(xué)（北京）非常規(guī)油氣科學(xué)技術(shù)研究院，北京 102249；3.中國石油新疆油田分公司勘探開發(fā)研究院，新疆 克拉瑪依 834000］

北美頁巖油的成功勘探開發(fā)，引起了國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注［1-3］。中國頁巖油資源非常豐富，廣泛分布在準(zhǔn)噶爾盆地二疊系、鄂爾多斯盆地三疊系、江漢盆地古近系、松遼盆地白堊系以及渤海灣盆地［4-9］，具有很大的勘探開發(fā)潛力［10］。準(zhǔn)噶爾盆地二疊系風(fēng)城組具有典型的頁巖油成藏特征，是當(dāng)前中國頁巖油勘探的重要層段之一［11-13］。前人對風(fēng)城組研究發(fā)現(xiàn)，風(fēng)城組發(fā)育于特殊的堿湖沉積環(huán)境，是全球最古老的堿湖烴源巖，具有全層系含油、準(zhǔn)連續(xù)分布的成藏特征［14-18］。

儲層潤濕性是指地層流體中的某種流體在巖石表面擴展或者粘附的趨勢［19］，它控制著毛細管力、相對滲透率，對油、氣、水在巖石孔隙中的微觀分布及成藏過程有著重要的影響［20-23］。目前，頁巖潤濕性主要從表征方法改進、潤濕性定性和定量評價，以及潤濕性影響因素這3方面來研究［23-25］。頁巖儲層潤濕性可通過接觸角法、自發(fā)滲吸法、核磁共振法等方法測定，不同方法原理不同，應(yīng)用效果各異［26-29］。其中，接觸角法一直是頁巖儲層潤濕性研究中常用的方法［30-32］。與其他方法相比，接觸角法快速便捷，且可以測量頁巖樣品不同區(qū)域的潤濕性特征［31］。劉向君等［23］對川南龍馬溪組頁巖研究認(rèn)為，頁巖表面具有混合潤濕性，即“斑狀”潤濕，主要與巖石組分的非均質(zhì)性和復(fù)雜微納米孔隙系統(tǒng)有關(guān)［26］。Gao和Hu［32］對巴奈特（Barnett）頁巖潤濕性的研究同樣認(rèn)為頁巖中親油有機質(zhì)和親水無機礦物導(dǎo)致其具有“斑狀”潤濕性。前人研究表明影響頁巖儲層潤濕性的因素主要包括礦物組分、有機質(zhì)含量和孔隙結(jié)構(gòu)，而其他因素，如地層水性質(zhì)、溫度和壓力等也會在一定程度上影響潤濕性［33-37］，頁巖儲層潤濕性不是受單一因素控制，而是多因素共同控制的結(jié)果。瑪湖凹陷風(fēng)城組頁巖沉積相變特別快，發(fā)育多種沉積微構(gòu)造，包括水平層理、包卷構(gòu)造、壓墜構(gòu)造、云質(zhì)團塊和微裂縫等［38］，特別是云質(zhì)團塊、裂縫和紋層較為發(fā)育，影響頁巖儲層孔隙連通性，進而導(dǎo)致頁巖儲層潤濕性特征復(fù)雜、頁巖油賦存空間和運移通道不清。然而，目前針對瑪湖凹陷二疊系風(fēng)城組頁巖儲層潤濕性及其控制因素的研究較為薄弱，制約了對瑪湖凹陷風(fēng)城組頁巖油賦存機理和富集規(guī)律的深入認(rèn)識，亟需開展相關(guān)研究。

本文以準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖凹陷二疊系風(fēng)城組頁巖為研究對象，通過開展總有機碳含量（TOC）、巖石熱解和X射線衍射實驗明確頁巖有機地化和礦物組成特征，通過接觸角和自發(fā)滲吸實驗定量評價頁巖儲層潤濕性，結(jié)合N2吸附、高壓壓汞及微米CT定量表征孔隙結(jié)構(gòu)特征，最終明確TOC、礦物組分和孔隙結(jié)構(gòu)對頁巖儲層潤濕性的影響。

1 地質(zhì)概況

準(zhǔn)噶爾盆地是典型的大型疊合含油氣盆地，瑪湖凹陷是準(zhǔn)噶爾盆地中央坳陷的次一級負向構(gòu)造單元［14，39-40］。西側(cè)與烏夏斷裂帶以及克百斷裂帶相鄰，東南側(cè)與夏鹽凸起毗鄰，東北側(cè)為石英灘凸起和英西凹陷（圖1）?，敽枷菔菧?zhǔn)噶爾盆地油氣富集程度最高的生烴凹陷［14，41］，是目前勘探的重點區(qū)域之一［17］。瑪湖凹陷自下而上發(fā)育的地層有石炭系、二疊系、三疊系、侏羅系、白堊系、古近系、新近系和第四系，主力烴源巖為二疊系風(fēng)城組，其次為烏爾禾組和佳木河組烴源巖［41-42］?，敽枷軽井風(fēng)城組自下而上可劃分為風(fēng)城組一段（風(fēng)一段，P1f1）、風(fēng)二段（P1f2）、風(fēng)三段（P1f3）：風(fēng)一段主要為白云質(zhì)泥巖、白云質(zhì)粉砂巖、泥質(zhì)白云巖及凝灰?guī)r等細?；旆e巖，總厚度為200～450 m；風(fēng)二段為泥質(zhì)白云巖等混積巖夾堿礦層，總厚度為250～650 m；風(fēng)三段主要為泥質(zhì)白云巖、白云質(zhì)泥巖等混積巖，總厚度為150～550 m［17，42］（圖2）。

圖1 準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖凹陷構(gòu)造位置Fig.1 Map showing the tectonic location of the Mahu Sag，Junggar Basin

2 樣品信息及實驗方法

2.1 樣品信息

本研究共選取瑪湖凹陷X井二疊系風(fēng)城組16塊頁巖樣品（圖2）。風(fēng)城組整段均有取樣，其中風(fēng)一段取樣2塊，風(fēng)二段取樣12塊，風(fēng)三段取樣2塊。

圖2 瑪湖凹陷X井二疊系風(fēng)城組綜合柱狀圖Fig.2 The composite stratigraphic column of the Permian Fengcheng Formation in Well X，Mahu Sag

2.2 實驗

2.2.1TOC、巖石熱解和X射線衍射分析

TOC通過LECO CS230HC型碳硫分析儀測定。先將巖石碾磨成小于100目的粉末裝入瓷坩堝并置于通風(fēng)柜，用5 %的稀鹽酸溶液去除無機碳后，在高溫氧氣流中燃燒，使總有機碳轉(zhuǎn)化成為二氧化碳，最終由儀器檢測并給出TOC（GB/T 19145—2003），為保證實驗一致性，TOC、巖石熱解和X射線衍射分析實驗樣品為同一塊樣（約50 g）磨碎之后混合部分。

熱解參數(shù)由Rock Eval巖石熱解儀測定。稱取大約50～100 mg小于100目的樣品并置于樣品坩堝內(nèi)，然后將坩堝放置在儀器中進行加熱。裂解后的部分樣品進入FID（氫火焰離子化）檢測器并測定游離烴（S1）、熱解烴（S2）及最高熱解峰溫（Tmax）等參數(shù)。

礦物組分通過MiniFlexⅡ型X射線衍射分析儀測定。對頁巖粉末在溫度為24℃、相對濕度為35%的條件下，依據(jù)SY/T 5163—1995和SY/T 5983—94等標(biāo)準(zhǔn)測定，最終根據(jù)單個礦物在X射線光譜上的峰面積，定量計算其含量。

2.2.2 高壓壓汞實驗

高壓壓汞實驗采用美國AutoPoreⅣ9500壓汞儀。樣品測試前在105℃下烘干至恒重，壓汞實驗包括加壓進汞和減壓退汞過程，最高實驗壓力200 MPa。測試執(zhí)行中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)為GB/T 29172—2012和GB/T 29171—2012。實驗中通過施加壓力使得非潤濕性汞注入樣品內(nèi)部裂縫和孔隙中，根據(jù)Washburn方程［43］計算出不同進汞壓力相對應(yīng)的孔喉直徑，并根據(jù)不同壓力進汞量得到頁巖樣品的孔喉分布和孔體積分布等參數(shù)。

2.2.3氮氣吸附實驗

氮氣（N2）吸附實驗采用Micromeritics ASAP儀器對粒徑為60～80目的頁巖顆粒樣品展開分析，在低溫（-196℃）、97.3～127.0 KPa壓力條件下以高純度的N2為吸附質(zhì)，當(dāng)分子動力學(xué)直徑為0.364 nm的N2分子進入待測樣品孔隙中會被吸附在孔隙表面，并發(fā)生微孔填充和毛細管凝聚現(xiàn)象，最后獲得不同壓力下樣品 對N2的 吸 附 量，并 通 過BET（Brunauer?Emmet?Teller）多 分 子 層 吸 附 理 論 和BJH（Barrett?Joyner?Halenda）理論等獲得頁巖樣品比表面積、孔徑分布和孔體積等信息。

2.2.4 接觸角測定

接觸角實驗采用光學(xué)接觸角/界面張力儀JY-82C在室溫條件下測定氣-液-巖石體系接觸角。此儀器配備有高精度鏡頭的高速相機，通過高速相機記錄不同滴定液體在頁巖表面的動態(tài)展布運動過程，最終通過系統(tǒng)軟件實現(xiàn)對巖石接觸角的計算。實驗用水為去離子水，實驗用油為正癸烷，去離子水和正癸烷的性質(zhì)如表1所示。實驗所用樣品為邊長1 cm的立方體頁巖樣品。每個頁巖樣品選取頂、底面分別平行和垂直于頁巖層理方向的樣品開展水、油接觸角實驗。

表1 瑪湖凹陷X井頁巖樣品接觸角實驗相關(guān)流體物理性質(zhì)Table 1 The physical properties of fluids used in contact angle experiment with shale sampled from Well X，Mahu Sag

2.2.5 自發(fā)滲吸實驗

自發(fā)滲吸實驗采用邊長1 cm的立方體頁巖樣品，在所有的側(cè)面（除了頂部和底部）涂上快速固化透明的環(huán)氧樹脂。考慮到頁巖樣品的層理發(fā)育特征，在平行和垂直于頁巖層理方向分別開展水、油自發(fā)滲吸實驗。在進行自吸實驗前，所有樣品均在60℃烘箱中干燥48 h以上，以獲得恒定的初始含水飽和度，同時又不會對頁巖孔隙結(jié)構(gòu)造成嚴(yán)重破壞［44］。Hu和Gao給出了詳細的實驗步驟和數(shù)據(jù)處理方法［28，45］。

2.2.6 微米CT實驗

本次研究對完成自發(fā)滲吸實驗后的樣品FC5，F(xiàn)C8和FC11的頁巖開展微米CT掃描精細表征孔隙結(jié)構(gòu)，以更為直觀地揭示孔隙結(jié)構(gòu)對頁巖自發(fā)滲吸行為的影響。

微米CT實驗采用蔡司公司的ZEISS VersaXRM500型射線顯微鏡，分辨率為1 μm。微米CT實驗通過掃描獲得沿Z軸方向的2D平面成像（約1 024張），依次疊加構(gòu)成一個3D立體數(shù)據(jù)體。最后用Avizo軟件進行三維數(shù)據(jù)體重構(gòu)與分析。具體實驗過程分為4個步驟：①將樣品切割為直徑2.5 mm，高4.0 mm的柱樣；②將樣品固定在載物臺上；③開啟X射線源，X射線源被樣品吸收衰減后被探測器檢測；④儀器軟件自動儲存探測器接收到的信號，隨著樣品夾持器旋轉(zhuǎn)，軟件累計儲存不同角度接收到的信號，直到夾持器旋轉(zhuǎn)360°后結(jié)束掃描。

3 實驗結(jié)果

3.1 風(fēng)城組頁巖有機地化特征

研究區(qū)頁巖樣品有機地化信息如表2所示，頁巖樣品的TOC介于0.11%～1.42%，平均為0.72%，表明研究區(qū)頁巖樣品為中等-好烴源巖。XRD全巖分析結(jié)果見圖2，研究區(qū)頁巖樣品主要以石英、長石和碳酸鹽礦物為主，其中石英含量在9.00%～58.70%，平均為31.65 %；長石含量在12.80 %～47.40 %，平均為30.33 %；碳酸鹽巖含量在9.80 %～53.20 %，平均為27.80%；粘土礦物含量在0～6.30%，平均為1.40%。高長英質(zhì)、低粘土說明風(fēng)城組風(fēng)化作用以物理風(fēng)化為主，化學(xué)風(fēng)化作用不明顯；黃鐵礦含量在0～12.50%，平均為7.90%，指示風(fēng)城組頁巖沉積環(huán)境主要為還原環(huán)境［46］。頁巖巖相劃分方案以“沉積構(gòu)造+礦物組分”為基礎(chǔ)、參照趙賢正等巖相劃分方案［6］，結(jié)果如表2所示，其中紋層狀、層狀和塊狀是根據(jù)沉積構(gòu)造厚度來劃分的，將沉積構(gòu)造厚度小于1 cm的定義為紋層狀，沉積構(gòu)造厚度介于1～10 cm的定義為層狀，沉積構(gòu)造厚度大于10 cm的定義為塊狀。

表2 瑪湖凹陷X井頁巖樣品礦物組成和有機地化特征Table 2 Mineral compositions and organic geochemical characteristics of the Fengcheng Formation shale samples from Well X，Mahu Sag

3.2 接觸角

瑪湖凹陷風(fēng)城組頁巖水接觸角測定結(jié)果如表3所示。在測定過程中發(fā)現(xiàn)，去離子水接觸角均呈穩(wěn)定的半球狀，而正癸烷會在巖石表面瞬間鋪展，測試結(jié)果均為0°。因頁巖非均質(zhì)性較強，所以每一塊樣品都在不同位置進行了3次實驗，可以看出，常溫下水接觸角介于63.73°～113.00°，平均為83.28°，說明其具有一定的親水性，但油接觸角均為0°，說明其具有強親油性。

表3 瑪湖凹陷X井風(fēng)城組頁巖接觸角測定結(jié)果Table 3 Measured water contact angles of the Fengcheng Formation shale samples from Well X，Mahu Sag

3.3 自發(fā)滲吸

對平行層理方向和垂直層理方向的頁巖樣品進行了水相和油相（正癸烷）自發(fā)滲吸實驗，以評價其孔隙連通性和潤濕性。圖3展示了部分樣品自發(fā)滲吸曲線，所有樣品的自吸斜率見表4，結(jié)果顯示：不同頁巖樣品自吸斜率差異明顯，且同一樣品順層和穿層差異也較顯著。如圖3a所示，順層滲吸水的斜率遠大于穿層，但穿層滲吸油的斜率遠大于順層，說明順層方向連通的孔隙更親水，穿層方向連通的孔隙更親油，水更易沿著順層方向流動，而油更容易沿著穿層方向運移。再如圖3d所示，順層和穿層滲吸水的斜率都小于滲吸油的斜率，說明順層和穿層親油孔隙連通性均好于親水孔隙連通性，且該樣品潤濕性為親油性，順層和穿層方向都有利于頁巖油的運移。整體來看，瑪湖凹陷風(fēng)城組頁巖孔隙連通性較好，且親油孔隙連通性好于親水孔隙連通性。

表4 瑪湖凹陷X井風(fēng)城組頁巖不同流體自發(fā)滲吸實驗結(jié)果Table 4 The spontaneous imbibition results of the Fengcheng Formation shale samples from Well X，Mahu Sag

圖3 瑪湖凹陷X井頁巖樣品累積滲吸量與時間關(guān)系Fig.3 Cumulative water imbibition vs.time for the shale samples from Well X，Mahu Sag

3.4 氮氣吸附和高壓壓汞

N2吸附實驗的最佳孔徑表征范圍為2～50 nm的中孔，而高壓壓汞實驗為大于50 nm的宏孔，結(jié)合兩者可以對頁巖樣品孔隙結(jié)構(gòu)進行聯(lián)合表征［47］。實驗結(jié)果顯示，瑪湖凹陷風(fēng)城組不同巖相頁巖之間孔體積分布差異明顯，其中含灰長英質(zhì)頁巖、長英質(zhì)頁巖和含長英云質(zhì)頁巖孔隙主要分布在2～50 nm，含云長英質(zhì)頁巖孔隙分布較均勻，各個孔徑區(qū)間均有分布，粉砂巖孔徑大于100 nm的孔隙占比較大。

3.5 微米CT

微米CT圖像視域大小為500μm×500μm×500μm的立方體（圖4）。樣品FC8發(fā)育大量淺灰色團塊（圖4b，j），XRD結(jié)果顯示，該樣品碳酸鹽礦物含量為31.8 %（其中白云石含量為29.5 %，方解石含量為2.3%），巖心上也觀察到大量的團塊，為云質(zhì)團塊；樣品FC5發(fā)育沿層理方向的微裂縫，如圖4e和f紅色箭頭所示；樣品FC11礦物分布呈紋層狀（圖4h，i），為碳酸鹽紋層。

采用最大球算法建立孔隙-喉道球棍模型，黃色球體為孔隙，紅色柱體為喉道。樣品FC8孔隙多為聚集團塊狀，對應(yīng)為云質(zhì)團塊（圖4j）；樣品FC5發(fā)育微裂縫，存在大量連通的孔隙和喉道（圖4k）。為了研究其內(nèi)部裂縫的發(fā)育情況，采用連續(xù)切片對微裂縫進行了詳細的觀察，微裂縫寬度約為5～36 μm，長度約為165～500μm（圖4m—o），與外表面觀察到的微裂縫相比（圖4e），裂縫可延伸至頁巖內(nèi)部。而樣品FC11孔隙呈條帶狀分布（圖4l）。

圖4 瑪湖凹陷X井二疊系風(fēng)二段微米CT數(shù)字巖心圖Fig.4 Micro?CT digital core images of the second member of the Permian Fengcheng Formation in Well X，Mahu Sag

對頁巖孔隙直徑和孔隙配位數(shù)進行了定量統(tǒng)計，結(jié)果如圖5所示。3塊頁巖樣品中孔隙配位數(shù)為0的孔隙占比均大于50%，孔隙配位數(shù)為1的孔隙占比介于20%～30%（圖5a—c）。不發(fā)育裂縫的樣品FC8和FC11孔隙直徑偏小，主要分布在5～20 μm（圖5d，f）；發(fā)育裂縫的樣品FC5孔隙直徑偏大，主要分布在5～45μm，孔隙直徑介于20～45μm的占比超過30%（圖5e）。

圖5 瑪湖凹陷X井風(fēng)城組頁巖配位數(shù)和孔隙直徑分布Fig.5 Histograms of coordination number and pore diameter of the Fengcheng Formation shale samples from Well X，Mahu Sag

4 討論

4.1 風(fēng)城組頁巖儲層潤濕性特征

瑪湖凹陷風(fēng)城組頁巖水接觸角介于63.03°～113.00°，平均為83.28°，正癸烷接觸角均為瞬間鋪展，說明頁巖表面既表現(xiàn)為弱親水，又表現(xiàn)為親油，且頁巖表面親油性明顯好于親水性，所以綜合認(rèn)為瑪湖凹陷風(fēng)城組頁巖儲層潤濕性為偏向親油的混合潤濕。取3次水接觸角測量平均值，分析認(rèn)為不同巖相水潤濕能力由強到弱依次為：長英質(zhì)頁巖>含灰長英質(zhì)頁巖>含云長英質(zhì)頁巖>含長英云質(zhì)頁巖>粉砂巖。

利用公式（1）表征頁巖順層方向的親油性：

式中：Po為頁巖順層方向的親油性，無量綱；P2為頁巖順層滲吸正癸烷的斜率，無量綱；P1為頁巖順層滲吸水的斜率，無量綱。Po值越大，順層方向親油性越強。

利用公式（2）表征頁巖穿層方向的親油性：

式中：To為頁巖穿層方向的親油性，無量綱；T2為頁巖穿層滲吸正癸烷的斜率，無量綱；T1為頁巖穿層滲吸水的斜率，無量綱。To值越大，穿層方向親油性越強。

如圖6所示，通過Po，To和水接觸角的關(guān)系可以看出，To和水接觸角具有一定的相關(guān)性，但Po和水接觸角沒有相關(guān)性，說明穿層方向自發(fā)滲吸實驗和水接觸角實驗在表征頁巖潤濕性上具有一致性。

圖6 瑪湖凹陷X井風(fēng)城組頁巖To，Po與水接觸角相關(guān)性Fig.6 Cross?plots of TO and PO vs.water contact angle of the Fengcheng Formation shale samples from Well X，Mahu Sag

4.2 頁巖潤濕性主控因素

4.2.1 有機質(zhì)豐度和礦物組分對頁巖潤濕性的影響

TOC越高，水接觸角越大，頁巖親油性越強（圖7a），由于有機質(zhì)自身具有親油特性，因此高有機質(zhì)含量會導(dǎo)致頁巖表面更加疏水。通過水接觸角和礦物含量相關(guān)性圖可以看出，潤濕性和礦物含量的相關(guān)性較弱，其中水接觸角和白云石呈弱正相關(guān)，水接觸角與石英含量呈弱負相關(guān)，水接觸角與黃鐵礦、長石含量沒有明顯的相關(guān)性（圖7b—e）。純凈的礦物（石英、方解石、白云石、長石和黃鐵礦）通常呈現(xiàn)親水性，但會受油組分、鹵水類型等因素的影響而發(fā)生變化［48］。白云石晶體在水溶液中具有很強的極性，容易吸附原油中的極性物質(zhì)，因而白云石與原油接觸后整體表現(xiàn)出親油的潤濕特征。當(dāng)石英與地層水接觸時，石英中極性較強的Si-O共價鍵和水分子作用形成硅烷醇基（Si-OH），硅烷醇基（Si-OH）可再與水分子形成氫鍵，正是由于石英表面斷裂鍵與水之間的結(jié)構(gòu)力，導(dǎo)致石英呈現(xiàn)出親水性［49］。水接觸角與方解石含量的關(guān)系較為復(fù)雜，呈現(xiàn)出先下降后上升的關(guān)系。當(dāng)方解石含量小于15 %的時候，即巖相為含云長英質(zhì)頁巖的時候，隨著方解石含量增加，水接觸角減小，頁巖更加親水；當(dāng)方解石含量大于15%的時候，巖相轉(zhuǎn)變?yōu)楹议L英質(zhì)頁巖，隨著方解石含量增加，水接觸角呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢，表明方解石含量高的頁巖可能更加親油（圖7f）；分析認(rèn)為當(dāng)方解石含量較高時，部分方解石與有機酸等流體發(fā)生反應(yīng)，或者礦物表面與烴類流體接觸，使得這部分方解石從親水性逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橛H油性，且方解石含量越高，此現(xiàn)象越明顯。綜合分析認(rèn)為，由于頁巖組分的強非均質(zhì)性，礦物組分對潤濕性的控制作用較為復(fù)雜，多種礦物共同影響頁巖潤濕性。

圖7 瑪湖凹陷X井風(fēng)城組頁巖水接觸角與TOC、礦物組分含量相關(guān)性Fig.7 Cross?plots of shale?water contact angle vs.TOC content and different mineral contents of the Fengcheng Formation shale samples from Well X，Mahu Sag

4.2.2 孔隙結(jié)構(gòu)對頁巖潤濕性的影響

接觸角實驗反映的是頁巖表面的潤濕性，難以對頁巖內(nèi)部的潤濕性進行表征，而自發(fā)滲吸實驗反映的是流體在頁巖三維孔隙空間中的運移，因此采用自發(fā)滲吸實驗可以更為準(zhǔn)確地分析孔隙結(jié)構(gòu)對潤濕性的影響。

1）孔體積

通過統(tǒng)計Po，To與不同孔徑范圍的孔體積相關(guān)性可以看出（圖8），穿層方向頁巖潤濕性和孔體積具有良好的相關(guān)性，順層方向相關(guān)性較差，說明孔體積對頁巖潤濕性的控制作用主要體現(xiàn)在穿層方向。具體來說，親油性與中孔孔體積相關(guān)性以孔體積0.002 cm3/g（圖8a③號點）為分界呈先減小后增大的趨勢。圖8a中①，②和③號點的方解石含量分別為25.6 %，21.3%和1.1%，當(dāng)方解石含量增大時，頁巖親油性增強，其中①號點、②號點和圖7e中的①號點和②號點對應(yīng)，所以認(rèn)為中孔孔體積對頁巖潤濕性的影響出現(xiàn)分段是受方解石含量的影響。當(dāng)方解石含量超過20.0 %時，頁巖親油性隨方解石含量的增加而增加，但方解石含量對孔隙結(jié)構(gòu)和潤濕性影響的機制有待進一步研究。當(dāng)孔徑大于50 nm時，隨著孔體積的增大，頁巖的親油性逐漸增強，即宏孔體積對頁巖親油性具有較強的控制作用。由于油分子大于水分子的直徑［23］，所以在毛細管作用下水更容易進入小于50 nm的孔隙中，即中孔孔體積增加可增強頁巖的親水性，而油更容易進入大于50 nm的孔隙中，即宏孔孔體積增加可增強頁巖的親油性。

圖8 瑪湖凹陷X井風(fēng)城組不同方向親油性和孔體積對數(shù)相關(guān)性Fig.8 The correlation between oil wetting in different directions and logarithmic pore volume of the Fengcheng Formation shale samples from Well X，Mahu Sag

2）孔隙連通性

孔隙連通性對頁巖潤濕性的控制作用主要體現(xiàn)在親水和親油孔隙的連通性。自發(fā)滲吸實驗結(jié)果顯示瑪湖凹陷風(fēng)城組頁巖孔隙連通性較好，且親油孔隙連通性好于親水孔隙連通性?？紫杜湮粩?shù)能夠反應(yīng)頁巖孔隙的連通程度，配位數(shù)越大，內(nèi)部孔隙連通性越好。通過微米CT實驗可以看出，3個樣品中孔隙配位數(shù)為0的孔隙占比均大于50%，孔隙配位數(shù)為1的孔隙占比介于20 %～30 %，其余配位數(shù)孔隙占比都很低，而微米CT主要表征大于1μm的孔隙空間，說明孔隙直徑大于1μm的孔隙連通性很差。

結(jié)合自發(fā)滲吸和微米CT實驗結(jié)果對樣品FC5，F(xiàn)C8和FC11進行對比分析（表4；圖4，圖5）。

①樣品FC5：微米CT結(jié)果顯示沿層理方向發(fā)育一條微裂縫，球棍模型可以看出裂縫連通性較好，基質(zhì)的孔隙連通性很差，所以配位數(shù)結(jié)果顯示整體連通性較差；自發(fā)滲吸實驗結(jié)果顯示順層方向滲吸水和正癸烷的速率均高于穿層方向，且順層方向滲吸正癸烷的速率明顯高于穿層方向，說明沿裂縫發(fā)育的方向孔隙連通性有所增強，且親油孔隙連通性增強更為顯著，同時說明裂縫是頁巖油重要的運移通道和儲集空間。

②樣品FC8：微米CT結(jié)果顯示該樣品發(fā)育大量聚集型孔縫系統(tǒng)，球棍模型可以看出聚集型孔縫系統(tǒng)具有一定的連通性，但其余部分連通性很差；自發(fā)滲吸實驗顯示該樣品整體親油孔隙連通性很好。分析認(rèn)為云質(zhì)團塊發(fā)育大量孔隙直徑大于1μm孔隙，為頁巖油提供了儲集空間，但是大于1μm的孔隙連通性較差，而小于1μm的孔隙連通性好，頁巖油通過小孔隙運移到較大的孔縫系統(tǒng)中，小于1μm的孔隙為頁巖油提供了運移通道。

③樣品FC11：微米CT結(jié)果顯示孔隙具有定向排列性，和碳酸鹽紋層的發(fā)育有關(guān)，配位數(shù)顯示孔隙連通性較差；自發(fā)滲吸實驗結(jié)果顯示順層方向滲吸正癸烷的速率很高，認(rèn)為沿著紋層發(fā)育的方向孔隙大量分布，其定向排列影響了孔隙連通性，進而影響頁巖整體的潤濕性。

綜合分析認(rèn)為，瑪湖凹陷風(fēng)城組頁巖孔隙直徑大于1 μm的孔隙連通性較差，但裂縫和碳酸鹽紋層的發(fā)育會導(dǎo)致沿其發(fā)育方向的親油孔隙連通性變好，從而增強頁巖親油性；連通的小孔隙是頁巖油的主要運移通道，和云質(zhì)團塊中發(fā)育的聚集型的孔隙系統(tǒng)一起構(gòu)成云質(zhì)團塊特有的頁巖油運移通道和儲集空間。

4.3 頁巖儲層優(yōu)選

不同巖相頁巖含油性差異明顯（圖9），含油性由大到小依次為：粉砂巖>含云長英質(zhì)頁巖>含長英云質(zhì)頁巖>長英質(zhì)頁巖>含灰長英質(zhì)頁巖，優(yōu)勢巖相為粉砂巖和含云長英質(zhì)頁巖。如圖10所示，對比含油性和潤濕性的關(guān)系可以看出，總體上，隨著水接觸角的增大，頁巖親油性增強，含油性也隨之增強，因此，風(fēng)城組頁巖儲層潤濕性對其含油性具有重要的控制作用，具體可分為3個階段。①階段Ⅰ：當(dāng)頁巖水接觸角介于60°～80°時，隨著水接觸角的增大，頁巖含油性沒有明顯變化，均較低；②階段Ⅱ：當(dāng)頁巖水接觸角介于80°～90°時，頁巖含油性隨著水接觸角的增大快速增加；③階段Ⅲ：當(dāng)頁巖水接觸角大于100°時，頁巖含油性隨著水接觸角的增大也呈快速增加的趨勢，且此階段頁巖含油性最高。由此說明頁巖潤濕性對含油性的控制作用主要體現(xiàn)在Ⅱ和Ⅲ階段。

圖9 瑪湖凹陷X井風(fēng)城組不同巖相含油性Fig.9 Oil saturation indexes of different lithofacies of the Fengcheng Formation in Well X，Mahu Sag

圖10 瑪湖凹陷X井風(fēng)城組頁巖含油飽和度指數(shù)和水接觸角相關(guān)性Fig.10 Cross?plot of oil saturation index vs.water contact angle of the Fengcheng Formation shale samples from Well X，Mahu Sag

有機質(zhì)豐度、礦物組分和孔隙結(jié)構(gòu)等因素通過控制頁巖潤濕性，進而影響頁巖的含油性，而微裂縫、云質(zhì)團塊和紋層的發(fā)育會增強頁巖的親油性，據(jù)此初步確定研究區(qū)風(fēng)城組優(yōu)質(zhì)儲層為發(fā)育裂縫、云質(zhì)團塊和紋層構(gòu)造的粉砂巖和含云長英質(zhì)頁巖。

5 結(jié)論

1）準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖凹陷風(fēng)城組頁巖儲層潤濕性為偏向親油的混合潤濕，不同巖相水潤濕性由強到弱依次為：長英質(zhì)頁巖>含灰長英質(zhì)頁巖>含云長英質(zhì)頁巖>含長英云質(zhì)頁巖>粉砂巖。

2）頁巖潤濕性主要受有機質(zhì)豐度、礦物組分和孔隙結(jié)構(gòu)等多因素共同控制。TOC越高，頁巖親油性越強；礦物組分對潤濕性的控制作用較為復(fù)雜，單一礦物不是控制頁巖潤濕性的絕對因素，其中白云石和水接觸角呈弱正相關(guān)，石英含量與水接觸角呈弱負相關(guān)，與黃鐵礦、長石含量沒有明顯的相關(guān)性。白云石含量越高，水接觸角越大，親油性越強；石英含量越高，水接觸角越小，親水性越強；方解石對潤濕性的影響較為復(fù)雜，當(dāng)方解石含量小于15 %的時候，隨著方解石含量增加，水接觸角減小，頁巖更加親水，當(dāng)方解石含量大于15 %的時候，隨著方解石含量增加，水接觸角呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢，表明高方解石含量的頁巖更加親油。孔隙結(jié)構(gòu)對潤濕性的影響主要體現(xiàn)在親油和親水孔隙連通性上，即親油孔隙連通性越好，頁巖親油性越強，其中宏孔孔隙所占孔體積越大，頁巖親油性越強，中孔孔體積對頁巖親油性的影響呈先減小后增大的階段式，這與方解石含量密切相關(guān)，而方解石含量對中孔孔隙結(jié)構(gòu)和潤濕性的影響機制有待進一步研究。

3）云質(zhì)團塊、裂縫和碳酸鹽紋層會對孔隙連通性產(chǎn)生影響，進而影響頁巖的潤濕性。具體表現(xiàn)為：親油孔隙連通性沿著裂縫、碳酸鹽礦物紋層發(fā)育的方向會變好，增加頁巖的親油性；云質(zhì)團塊會形成聚集型、具有一定連通性的孔縫系統(tǒng)，并和連通的小孔隙一起構(gòu)成云質(zhì)團塊特有的頁巖油運移通道和儲集空間。

4）綜合分析認(rèn)為風(fēng)城組頁巖小于1μm的孔隙連通性較好，為頁巖油的主要運移通道，大于1μm的孔隙連通性差，是頁巖油主要的儲集空間。

5）頁巖儲層潤濕性對含油性有重要的控制作用，頁巖親油性越強，含油性越好。依據(jù)含油性、潤濕性、孔隙結(jié)構(gòu)及沉積構(gòu)造初步確定研究區(qū)風(fēng)城組優(yōu)質(zhì)儲層為發(fā)育裂縫、云質(zhì)團塊、紋層構(gòu)造的粉砂巖和含云長英質(zhì)頁巖。