庞玉东 刘元良 张 丽 席妮妮 袁立甲 陈朝兵

（1. 中国石油长庆油田公司第二采油厂，甘肃 庆阳 745100；2. 西安石油大学，陕西 西安 710065）

0 引 言

致密砂岩油气是当今石油工业发展的新领域，也是未来中国油气勘探和开发的重要资源[1］。致密砂岩储层具有物性差、孔隙结构复杂、流体可动性差等特点，严重制约了致密油气资源的评估和油田采收率的提高[2‐3］。致密砂岩储层中相互连通的孔喉空间是油气赋存和渗流的重要通道，决定着致密砂岩储层有效油气资源的储量评价和经济效益开发，因而，亟需深入研究致密砂岩储层孔隙结构及可动流体的赋存特征。目前，表征储层微观孔隙结构的方法可以归纳为3 种[4‐5］：直接成像法、流体侵入法和辐射探测法。直接成像法包括铸体薄片、扫描电镜和微、纳米计算机断层扫描技术，该方法可以定性−定量地表征储层孔隙的类型和分布，但受限于观察的视域和仪器的精度，需配合其他实验使用。流体侵入法包括汞注入技术和气体吸附技术[3，6］，该方法可以定量地表征储层孔隙大小分布、孔隙体积和比表面积，但也受限于仪器的压力、精度和测量的范围，且该方法属于破坏性技术。辐射探测法包括核磁共振技术、小角度和超小角度中子散射技术[7‐8］，其中核磁共振技术可以高效无损地表征储层孔喉空间大小分布特征，但横向弛豫时间与孔隙半径之间转换系数的确定受转换方法的影响，具有较强的不确定性[9‐10］。因此，单一的成像技术和测量方法均存在各自的优缺点及使用条件，有必要联合多种实验技术来精确表征致密砂岩储层的微观孔隙结构特征。

致密砂岩储层孔隙空间内流体的赋存特征和可动性一直是石油工作者关心的热点问题。近年来，众多学者认为储层流体可动性比储层物性更能有效开展储层分类和油气资源评价[11‐13］。前人基于核磁共振T2截止值对应的孔隙半径作为可动流体的下限，将储层流体划分为可动流体和束缚流体[12，14‐15］，并得到相应的可动流体饱和度和可动流体孔隙度，认为这些可动流体参数能够有效表征储层流体的可动性[16‐20］。因此，本文通过开展各类分析测试，明确研究区致密砂岩储层物性特征、孔隙类型和矿物成分及其含量，联合高压压汞和核磁共振测试结果来精确表征储层的全孔径孔喉大小分布特征、流体可动程度及其赋存特征，并对储层流体可动性的影响因素进行系统的分析，为后期储层评价和油藏开发提供理论依据。

1 地质背景

华池地区位于鄂尔多斯盆地伊陕斜坡的中西部[21‐22］（图1），地表为黄土塬地貌，区域勘探面积约为1 000 km2。研究区地层构造为低角度的西倾单斜，平均坡降较小，并发育多条呈近东—西向延伸的低幅鼻状隆起。研究区三叠系延长组长8 段地层厚度稳定，平均为80~95 m，根据沉积旋回特征可细分为长81和长82两个亚段，平均地层厚度分别为49.4 和41.2 m。

图1 研究区构造位置示意Fig. 1 Structural locations of studied area

研究区长8 段储层为盆地北东和西南双向物源的沉积交会区域，主要发育三角洲前缘水下分流河道砂体，平均砂体厚度约为21.0 m。

2 储层岩石学及物性特征

铸体薄片镜下观察及统计分析结果表明，研究区长8 段储层碎屑颗粒分选和磨圆较差，岩石类型主要以细粒岩屑长石砂岩为主，其次为长石砂岩，成分成熟度较低（图2）。

图2 研究区长8段砂岩成分三角图Fig. 2 Ternary diagram of sandstone composition of Chang 8 Member in studied area

研究区储层碎屑矿物成分中长石最为发育，其次为石英和岩屑，平均体积分数分别为44.9%、23.2%和18.7%。研究区填隙物体积分数较高，平均为13.3%，主要以黏土矿物为主，平均体积分数为9.63%。通过X 衍射对研究区10 块砂岩样品的黏土矿物含量进行定量分析，发现储层黏土矿物主要以绿泥石为主，其次为伊利石和高岭石，平均相对质量分数分别为61.46%、20.74%和8.76%。

研究区长8 段储层各样品的孔隙度分布在7.49%~12.02%，平均值为9.72%（表1）；渗透率分 布 在0.126×10−3~0.442×10−3μm2， 平 均 值 为0.257×10−3μm2，为典型的致密砂岩储层。

表1 研究区储层孔隙结构参数和可动流体参数Table 1 Pore structure parameters and movable fluid parameters of reservoirs in studied area

3 储层孔隙结构特征

3.1 孔隙类型

通过观察铸体薄片和扫描电镜图像发现，研究区长8 段致密砂岩储层孔隙类型以残余粒间孔为主，溶蚀孔和晶间孔次之，分别占总面孔率的59.2%、33.6%和7.2%。

储层中残余粒间孔分布广泛，孔径较大，孔喉连通性较好，常被绿泥石和硅质胶结物充填（图3（a）、（b））。溶蚀孔主要以长石溶孔为主（图3（c）、（d）），常与高岭石晶间孔共存，有利于改善储层质量。晶间孔通常为杂基和胶结物等填充孔隙而形成的管束状孔隙（图3（e）、（f）），易降低储层的孔喉连通性，其发育程度对储层物性和流体可动性具有重要影响。

图3 研究区长8段储层孔隙类型微观照片Fig. 3 Micrographs of reservoir pore types of Chang 8 Member in studied area

3.2 微观孔隙结构

根据毛细管压力曲线形态、孔喉大小分布和排驱压力特征可将研究区致密砂岩储层孔隙结构分为3 类（图4），相应的特征参数如表1 所示。Ⅰ类孔隙结构的毛细管压力曲线具有较长的平缓段（图4（a）），对应的孔喉半径分布呈偏右单峰特征，峰值分布在0.20~0.60 μm（图4（b）），平均孔喉半径和排驱压力均值分别为0.31 μm 和0.451 MPa，表明该类孔隙结构较大孔喉发育，汞在进入样品初期较易。此外，该类样品具有较高的储集空间和孔喉连通性，对应的最大进汞饱和度和退汞效率平均值分别为90.04%和47.17%（表1）。

图4 研究区致密砂岩储层毛细管压力和孔喉大小分布Fig. 4 Capillary pressure curves and pore-throat size distribution of tight sandstone reservoirs in studied area

Ⅱ类孔隙结构的毛细管压力曲线形态平缓段较短，进汞曲线随着进汞压力的增加而呈陡峭式上升（图4 （a）），排驱压力平均值为0.728 MPa（表1）。Ⅱ类孔隙结构的孔喉大小分布除样品A‐4外均呈单峰特征，峰值主要分布在0.10~0.40 μm（图4（b）），平均孔喉半径为0.20 μm（表1）。与Ⅰ类样品相比，Ⅱ类样品的储集性能和孔喉连通性较差，相应的最大进汞饱和度和退汞效率平均值分别为82.60%和44.28%（表1）。

Ⅲ类孔隙结构的毛细管压力曲线在进汞初期迅速上升，当进汞压力大于25 MPa 后缓慢上升（图4（a）），且排驱压力较高，平均值为1.036 MPa（表1），对应的孔喉大小分布具有偏左单峰特征，峰值为0.01~0.04 μm（图4（b）），平均孔喉半径为0.15 μm（表1），这表明该类孔隙结构发育较多的细小孔隙。Ⅲ类孔隙结构的最大进汞饱和度和退汞效率最低，平均值分别为81.80%和39.62%（表1），这表明该类孔隙结构受压实和胶结作用强烈，发育较多的黏土矿物和晶间孔，孔隙结构非均质性较强，具有最差的储集空间和的孔喉连通性。

3.3 全孔径孔喉大小分布特征

致密砂岩储层微观孔喉空间是流体赋存和渗流的主要场所，因而有必要定量表征储层全孔径孔喉大小分布特征[23‐24］。目前核磁共振饱和水T2谱与高压压汞所得的孔喉半径之间的转换是国内外学者研究储层孔喉大小分布常用的方法之一[9，13，21］。

然而，通过分析核磁共振饱和水T2谱分布特征，发现各样品的饱和水T2谱曲线形态可以划分为偏右单峰、对称双峰和左高右低双峰3 种类型（图5（a）），与对应样品的孔喉大小分布曲线形态之间存在较大的差异，这主要是因为核磁共振实验探测的是样品的孔隙空间，而高压压汞实验探测的是喉道及其控制的孔隙空间。

图5 核磁共振T2谱分布及可动流体T2谱转换结果Fig. 5 NMR T2 spectrum distribution and conversion results of movable fluid T2 spectrum

因此，本文在前人研究的基础上，根据核磁共振离心前后所得的T2谱共用一套相同的T2值序列，将离心前后相同T2值下的核磁共振信号量相减得到可动流体的T2谱分布（图5（b）），并提出利用高压压汞孔喉大小分布曲线来转换核磁共振可动流体T2谱，进而获取致密砂岩储层的全孔径孔喉大小分布特征。转换结果表明，各样品的全孔径孔喉大小分布曲线均呈偏右单峰特征，孔喉半径分布在0.001~10 μm（图5（c）），可以探测更多细小孔喉空间，且所得孔喉大小分布为单一孔喉半径对应的频率分布。

借鉴前人的孔喉大小分类标准[25‐26］，将研究区储层孔喉空间划分为微孔喉（<0.01 μm）、小孔喉（0.01~0.1 μm）、中孔喉（0.1~1 μm） 和大孔喉（>1 μm）4 种类型，并分别统计不同孔喉类型所占的体积分数（图5（d））。结果表明，研究区致密砂岩储层孔喉空间主要以中孔喉和小孔喉为主，平均所占比例分别为42.56%和37.43%，其次为微孔喉和大孔喉，平均所占比例分别为18.51% 和1.50%。此外，Ⅰ类和Ⅱ类孔隙结构以中孔喉发育为主，平均所占比例分别为46.86%和52.48%，其中Ⅰ类孔隙结构还发育较多大孔喉，平均所占比例为4.96%；而Ⅲ类孔隙结构以小孔喉为主，平均所占比例为46.59%，其次为微孔喉和中孔喉，平均所占比例分别为28.38%和25.03%，这表明不同孔喉类型及孔径大小的发育与组合造成了致密砂岩储层孔隙结构各异。

4 储层流体可动性及其影响因素

4.1 储层可动流体赋存特征

各样品核磁共振所得的可动流体参数表明（表1），华池地区长8 段致密砂岩样品的可动流体饱和度分布在28.26%~54.75%，平均值为41.38%，对应的可动流体孔隙度分布在2.58%~6.25%，平均值为4.07%。此外，各类孔隙结构对应的流体可动性存在较大的差异。Ⅰ类孔隙结构具有较强的储集性能和渗流能力，孔喉连通性好，流体可动程度最高；Ⅱ类孔隙结构的孔喉分选性和连通性较差，对应的储层流体可动性较差；而Ⅲ类孔隙结构具有较差的孔喉连通性和较强的孔喉非均质性，储层流体可动性最差，3 类孔隙结构对应的平均可动流体饱和度分别为51.85%、40.53%和33.01%，平均可动流体孔隙度分别为5.53%、3.69%和2.93%。

鉴于核磁共振可动流体T2谱可以反映储层孔喉空间内可动流体的分布特征，因此转换后的全孔径孔喉大小分布可以表示为可动流体赋存在不同孔喉半径内的频率分布，并统计不同孔喉类型下的可动流体参数。结果表明，研究区长8 段储层可动流体主要赋存在中孔喉和小孔喉中，对应的可动流体饱和度平均值分别为18.23%和15.20%，可动流体孔隙度平均值分别为1.79%和1.50%，这主要是由于中孔喉和小孔喉不仅占据较高的储集空间，且具有较大的孔喉半径和较高的渗流能力。而各样品的微孔喉发育程度较低，且孔喉半径最小，对样品渗透率的贡献率最低，因此微孔喉中赋存的可动流体较低，平均可动流体饱和度和可动流体孔隙度分别为7.21%和0.69%；大孔喉虽孔喉半径较大，对样品渗透率贡献率最高，但其孔喉空间所占比例最小，对应的可动流体饱和度和可动流体孔隙度最低，平均值分别为0.74%和0.08%。因此，储层孔喉半径越大，大孔喉空间所占的比例越高，越有利于储层可动流体的赋存与渗流。

4.2 储层流体可动性影响因素

4.2.1 物性

致密砂岩储层可动流体参数与孔隙度之间呈较弱的正相关性，而与渗透率之间具有较强的正相关性（图6（a）、（b）），这主要是由于孔隙度仅表征储层的储集性能，而可动流体参数反映储层内流体的流动性，与孔喉连通程度和渗流能力密切相关。储层的孔隙度越高，对应的样品储集空间越大，但不同孔喉大小的差异分布、组合及不同类型的胶结物发育，均可造成大量流体被束缚，因此，仅高孔喉空间不能决定储层流体可动性的好坏。此外，通过引入储层品质指数来综合表征储层的宏观品质[27］，分析储层物性对流体可动性的影响，其表达式为

图6 致密砂岩储层物性与可动流体参数之间的相关性Fig. 6 Correlation between property and movable fluid parameters of tight sandstone reservoirs

式中：RQI——储层品质指数；K——储层渗透率，10−3μm2；ϕ——储层孔隙度，%。

结果表明，储层品质指数与可动流体参数之间具有较好的正相关性（图6（c）），这表明储层流体的可动性受储层物性的综合影响，具有高孔喉空间且发育较大孔喉的储层有利于可动流体赋存和流动。

4.2.2 孔隙结构参数

图7 显示了储层微观孔隙结构对流体可动性的影响，其中，最大孔喉半径和平均孔喉半径与可动流体参数之间具有明显的正相关性（图7（a）、（b）），表明储层较大孔喉越发育，越有利于储层流体的渗流，而储层孔喉越细小，对流体的束缚作用越强，储层流体的可动性越差。孔喉分选系数反映储层孔喉分布的集中程度和复杂程度，与可动流体参数之间存在较强的正相关性（图7（c）），这表明储层孔喉分选系数越大，孔喉大小分布越不均一，平均孔喉半径往往较大，有利于提高流体可动性。表征储层孔喉连通性的参数中排驱压力与可动流体参数之间具有较好的负相关性（图7（d）），而退汞效率与可动流体参数之间具有较好的正相关关系（图7（e）），这表明储层排驱压力越小，退汞效率越高，孔喉连通性越好，越有利于储层流体发生渗流，对应的流体可动程度越高。最大进汞饱和度与可动流体参数之间相关性较弱（图7（f）），表明较大的孔喉空间和储集能力不会导致储层流体具有良好的可流动性。

图7 致密砂岩储层孔隙结构参数与可动流体参数之间的相关性Fig. 7 Correlation between pore structure parameters and movable fluid parameters of tight sandstone reservoirs

4.2.3 黏土矿物类型及其含量

黏土矿物主要充填在残余粒间孔和溶蚀孔中，加剧了致密砂岩储层孔隙结构的非均质程度，影响着储层流体的可动程度和赋存特征。可动流体参数与黏土矿物中绿泥石的相对质量分数之间具有较好的负相关性（图8（a）），而与高岭石和伊利石的相对质量分数之间存在较弱的负相关性（图8（b）、（c）），这表明不同黏土矿物类型、产状及其相对含量对流体可动性的影响程度不同。

图8 不同黏土矿物含量与可动流体参数之间的相关性Fig. 8 Correlation between different clay mineral contents and movable fluid parameters

研究区黏土矿物中以绿泥石最为发育，主要以衬边和膜状附着在颗粒表面，对原生孔隙进行切割和充填，增加了孔喉的比表面积，使得孔喉间连通性变差，导致可动流体饱和度降低。而高岭石和伊利石虽具有较强的亲水性，对储层流体易形成强吸附，致使流体可动程度降低，但两者发育程度较低，对储层流体可动性影响较小。此外，可动流体参数与黏土矿物体积分数之间具有较好的负相关性（图8（d）），表明储层流体的可动性受多种黏土矿物共同影响。黏土矿物中伊利石易吸水膨胀，而高岭石和绿泥石易分散、运移，堵塞孔喉通道，降低储层的孔喉连通性和渗流能力，导致储层形成较多的束缚流体，因此，黏土矿物含量越低，越有利于赋存高流动性流体。

5 结 论

（1）鄂尔多斯盆地华池地区长8 段储层主要发育残余粒间孔、溶蚀孔和晶间孔3 种孔隙类型。根据毛细管压力曲线形态和排驱压力将研究区储层孔隙结构划分为3 类：Ⅰ类、Ⅱ类和Ⅲ类，对应的储层物性和流体可动性依次变差。利用高压压汞所得的孔喉大小分布曲线来转换核磁共振可动流体T2谱，可以精确表征0.001~10 μm 的全孔径孔喉大小分布特征，且该转换结果可以反映不同孔喉半径下可动流体的频率分布特征。

（2）不同孔喉类型及孔径大小的组合与发育造成了致密砂岩储层孔隙结构各异，且不同孔喉类型对应的可动流体赋存特征存在较大差异。中孔喉和小孔喉是研究区储层的主要孔喉空间类型，同时也是储层可动流体的主要赋存场所，而孔喉半径较小的微孔喉和渗流能力较强的大孔喉均占据较小的孔喉空间，对应的流体可动程度较低。

（3）致密砂岩储层微观孔隙结构是影响流体可动性的主要因素，高孔喉空间和较大孔喉发育有利于储层可动流体的赋存和渗流，而孔喉连通性好且复杂程度弱的孔隙结构是控制流体可动性的关键。此外，储层流体的可动性还受储层物性和黏土矿物的综合影响，较低的黏土矿物含量和较高的储层品质均有利于致密砂岩储层流体的流动。