章彤

（中国石油 新疆油田分公司 准东采油厂，新疆 阜康 831500）

准噶尔盆地三台油田侏罗系头屯河组疏松砂岩油藏储集层多为细砂岩，少量为中砂岩和含砾不等粒砂岩[1]。相同层段实验测试孔隙度和渗透率差异较大，储集层多孔介质空间结构复杂，整体非均质性较强，导致常规水驱开发效果不理想，单井产量低，剩余油赋存复杂[2-7]。针对疏松砂岩油藏开发中存在的问题，应用核磁共振可动流体测试技术，在定量评价储集层可动流体赋存及分布规律的基础上，进一步认识疏松砂岩油藏的孔喉系统结构特征及剩余油分布规律，为提高此类油田的开发效果提供理论支撑。应用核磁共振技术获取孔喉内部流体横向弛豫时间（T2），结合实测得到的孔喉尺寸及频率分布，对不同级别渗透率、不同尺寸孔喉内部的流体分布进行定量评价[8-11]。研究成果表明，低渗砂岩可动流体饱和度及T2截止值普遍较低，在页岩油藏中二者更低[12-13]。同时，一些学者针对典型的砂砾岩、灰质泥岩和砂岩油藏，核磁共振测试结果表明，影响储集层可动流体饱和度的主要因素是储集层物性、孔喉结构、成岩作用及黏土矿物含量。其中，孔隙度和渗透率均对可动流体饱和度产生影响，喉道半径和孔喉配置是制约可动流体分布的关键参数，而可动流体饱和度与压实程度呈现负相关[14-18]。

现阶段关于储集层可动流体赋存规律的研究，仅限于超低渗—低渗储集层，缺乏针对中—高渗储集层及其可动流体赋存规律的研究。因此，与低渗储集层类似，笔者针对研究区疏松砂岩岩心样品，通过核磁共振可动流体测试技术，评价可动流体在疏松砂岩多孔介质中的赋存特征及规律，以期为疏松砂岩油藏优选勘探目标和改善开发效果提供理论支持。

1 储集层特征

1.1 物性特征

三台油田头屯河组头二段疏松砂岩储集层样品孔隙度为17.14%～21.78%，平均为19.50%；渗透率为15.97～24.21 mD，平均为19.35 mD。头二段疏松砂岩储集层物性好，可动流体饱和度高，注水开发效果不理想，流体赋存规律不明确，需进一步开展疏松砂岩可动流体赋存规律研究。

1.2 矿物组成

头二段疏松砂岩储集层碎屑颗粒分选差，以细砂为主，少量中砂，磨圆度次棱角—次圆状，接触方式主要为点接触和线接触。储集层岩性以长石岩屑砂岩为主，岩屑平均含量为48.50%，长石平均含量为19.13%，石英平均含量为16.25%。黏土矿物含量达到12.25%，其中，蒙脱石相对含量为58.24%，绿蒙混层相对含量为16.43%，在扫描电镜下，可观察到孔隙空间被大量绿蒙混层覆盖（图1a）。

1.3 微观孔喉特征

头二段疏松砂岩储集层面孔率为14.25%；储集层孔隙类型以粒间孔为主，占总孔隙度的83.34%（图1b），其次为粒间溶孔和粒内溶孔，分别占11.15%和5.51%；喉道以片状和缩颈状为主（图1c），部分呈弯曲片状，具有孔隙大、喉道窄的特点。虽然孔隙度较高，但由于片状和缩颈状喉道的存在，导致渗透率差异很大，进而影响可动流体饱和度及其赋存状态。

1.4 胶结特征

胶结程度低是疏松砂岩的典型特征，其主要受到地层埋深、胶结物种类、胶结方式等因素的影响。头二段疏松砂岩储集层多见孔隙—接触式和接触式胶结，多见泥质胶结（图1d），胶结强度低，砂岩疏松。泥质胶结物含量高是头二段砂岩疏松、油井出砂严重的主要原因。

图1 三台油田头二段疏松砂岩储集层镜下特征Fig.1.Microscopic characteristics of the unconsolidated sandstone reservoir in the Tou 2 member in Santai oilfield

2 实验介绍

2.1 实验材料及仪器

岩心样品取自准噶尔盆地三台油田北10 区块头二段，直径为2.49～2.51 cm，长度为4.88～5.10 cm，岩心样品信息详见表1。实验用模拟地层水的矿化度为25 000 mg/L。实验设备为岩心样品离心机和低场核磁共振仪：离心机型号为YC-1C 型，可用于直径2.50 cm、高度3.00 cm 岩样，最高转速10 000 r/min，岩样外旋半径78 mm；核磁共振仪型号为MINI-MR，磁感应强度0.5 T，射频脉冲频率为1.00～30.00 MHz，射频频率控制精度为0.01 MHz。

表1 三台油田北10区块头二段长石岩屑砂岩岩心样品参数Table 1.Parameters of core samples of feldspar lithic sandstone from the Tou 2 member in Block Bei-10 of Santai oilfield

2.2 实验步骤

实验参照SY/T 6490—2014《岩样核磁共振参数实验室测量规范》及SY/T 5336—2006《岩心分析方法》执行，具体步骤：①在标准岩心上钻取样品，测量样品直径和长度，将样品放置于苯与酒精体积比为1∶3的萃取容器中洗油，洗油时间为10 d；②待洗油结束后，将样品放置恒温箱中加热至90 ℃保持温度不变24 h，取出测量样品干重；③采用稳态法测量岩心空气渗透率；④应用常规抽真空饱和地层水方法，结合高压驱替装置，为岩心样品饱和模拟地层水，模拟地层水矿化度为25 000 mg/L，测量岩心湿重，计算岩心孔隙度，进行核磁共振T2谱测试；⑤对岩心样品分别进行5 000 r/min、6 000 r/min、7 000 r/min、8 000 r/min离心，离心时间均为2 h，分别测量岩心4 次离心的水信号核磁共振T2谱；⑥计算岩心T2截止值、可动流体饱和度和可动流体孔隙度。

2.3 实验原理

油、水中的氢核在作横向弛豫运动时与地层孔隙壁产生碰撞，孔隙大小和氢核的横向弛豫时间成反比，这就是利用核磁共振横向弛豫时间谱研究岩石孔隙结构的理论基础[19-21]。根据核磁共振原理，当孔隙流体的T2大于可动流体T2截止值时，流体为可动流体，反之则为束缚流体。

3 实验结果分析与讨论

研究区头二段疏松砂岩胶结程度低且易破碎，核磁共振可动流体测试难度大，本文通过优选疏松砂岩岩心样品，对同一样品进行4 次不同离心力下的可动流体测试，并进行测试结果分析，确定疏松砂岩最佳离心力。

3.1 T2谱形态变化

根据头二段疏松砂岩3 块典型岩心样品的核磁共振T2谱形态（图2）可以看出，4号和7号样品离心前饱和水状态下的T2谱呈单峰态，5 号样品T2谱呈双峰态。4号和7号样品横向弛豫时间为8.03～16.68 ms，T2谱与横轴的包围面积较大，T2谱信号幅度较高，说明4 号和7 号样品小孔隙较为发育。5 号样品T2谱右峰高于左峰，表明该样品物性相对较好，中孔隙和大孔隙较为发育。

图2 三台油田头二段疏松砂岩储集层岩心样品核磁共振T2谱Fig.2.NMR T2 spectra of core samples from the unconsolidated sandstone reservoir in the Tou 2 member of Santai oilfield

第一次离心后，3 块样品的核磁共振T2谱形态均发生变化，其中5 号样品T2谱形态变化明显，左、右峰均下降，7 号样品T2谱下降幅度较低，尤其是小孔隙，说明小孔隙可动流体饱和度较低。多次离心后，4 号样品T2谱仍呈单峰态，峰值对应的横向弛豫时间向坐标轴左侧偏移，微—小孔隙中有束缚流体赋存，与饱和水状态T2谱相比，4 号样品离心最终状态的T2谱下降明显，可动流体主要赋存在大孔隙中。5 号样品第一次离心后，T2谱已由双峰态变为单峰态，至第四次离心后的T2谱仍呈单峰态，并且自第二次离心后，T2谱变化幅度微小；与饱和水状态T2谱相比，5 号样品右峰下降明显，可动流体主要赋存在大孔隙中，且易被动用，束缚流体主要集中在小孔隙。7 号样品离心最终状态的T2谱下降幅度较大，峰值稍向右偏移，可动流体主要赋存在大孔隙。3 块样品即使在饱和水状态下的T2谱特征不同，在之后对T2谱的分析中发现可动流体多分布在较大孔隙中，束缚流体多分布在较小孔隙中，小孔隙可能出现死孔隙和堵塞喉道的比例较高，连通性较差。

3.2 可动流体参数变化

头二段疏松砂岩岩心样品核磁共振可动流体测试结果表明，3块典型样品的T2截止值为1.86～4.64 ms，平均为3.06 ms；可动流体饱和度为80.42%～82.57%，平均为81.39%；可动流体孔隙度为13.91%～17.98%，平均为15.88%，典型岩心样品的可动流体参数分布范围差异较小。

为对比分析3块疏松砂岩岩心样品特征，参照5号样品双峰态T2谱，将双峰连接段最低点作为较大和较小孔隙的分界点，该点的横向弛豫时间为4.64 ms，统一将横向弛豫时间在0.10～4.64 ms 的孔隙作为较小孔隙，横向弛豫时间在4.64～24.04 ms 的孔隙作为较大孔隙。

饱和水状态下，4 号样品较小孔隙和较大孔隙中的流体相对含量分别为92.28%和7.72%。4号样品离心后的核磁共振T2谱显示，第一次离心后峰值略向左偏，T2谱幅度下降明显，此时的可动流体饱和度为57.39%，其中较大孔隙和较小孔隙范围内T2谱幅度均下降，较小孔隙下降幅度较小。第二次离心后的可动流体饱和度为71.63%。离心结束后，4号样品核磁共振T2截止值为1.86 ms，可动流体饱和度为81.17%，可动流体孔隙度为13.84%，束缚流体横向弛豫时间主要为0.10～2.64 ms（图2a）。

饱和水状态下，5 号样品较小孔隙可动流体相对含量为43.63%；较大孔隙可动流体相对含量为56.37%，该样品较大孔隙和较小孔隙均发育。第一次离心后，T2谱下降幅度大且形态变为单峰态，可动流体饱和度为73.97%，残余流体在较小孔隙和较大孔隙分布占比分别为93.06%和3.96%，较大孔隙内几乎没有流体残余。第二次离心后，可动流体饱和度为80.63%，说明较小孔隙中仍有残余流体。最终离心结果显示，5 号样品核磁共振T2截止值为1.84 ms，可动流体饱和度为80.42%，可动流体孔隙度为15.63%，束缚流体几乎全部集中在较小孔隙中（图2b）。

饱和水状态下，7 号样品流体主要分布在较小孔隙中，较小孔隙内的流体相对含量为83.18%，较大孔隙的流体相对含量为16.82%。由多次离心后的核磁共振T2谱可以看出，7 号样品与其他2 块样品不同的是，经过前两次离心后T2谱下降幅度较小，之后再次离心后曲线出现较大幅度下降。分析核磁共振T2谱参数，第一次离心后的可动流体饱和度为30.52%，较小孔隙和较大孔隙中的残余流体相对含量分别为94.65%和5.35%，说明较大孔隙第一次离心中有较多流体脱出，仍有大量流体残余在小孔隙中；第二次离心后的可动流体饱和度为45.98%，较小孔隙和较大孔隙中的流体相对含量分别为91.73%和8.27%。最终离心结果显示，7 号样品核磁共振T2截止值为4.64 ms，可动流体饱和度为82.57%，可动流体孔隙度为17.98%。7 号样品的可动流体饱和度为3 块样品中最高，若不进行第三次和第四次离心实验，所测得的可动流体饱和度为45.98%，因此本文的实验方法能够避免可动流体参数出现较大误差（图2c）。

综上，疏松砂岩储集层与致密砂岩储集层在可动流体赋存特征方面存在明显区别，以鄂尔多斯盆地延长组长6 段、长8 段和长9 段致密砂岩岩心样品为例，致密砂岩物性较疏松砂岩差，T2截止值为0.65～0.94 ms，平均为0.78 ms；可动流 体饱和度为42.39%～47.49%，平均为44.76%；可动流体孔隙度为3.63%～6.64%，平均为4.85%。三台油田头二段疏松砂岩样品T2截止值为3.06 ms；可动流体饱和度为81.39%；可动流体孔隙度为15.88%（表2）。与致密砂岩对比，疏松砂岩T2截止值较大，可动流体饱和度和可动流体孔隙度均较高，说明储集层孔喉中可动流体较多，束缚流体较少。

表2 疏松砂岩与致密砂岩储集层特征对比Table 2.Comparison of reservoir characteristics of unconsolidated sandstone and tight sandstone

3.3 最佳离心力的确定

在核磁共振可动流体测试过程中，离心力过小，可动流体不能完全动用，测试求取的T2截止值会过大；离心力过大，导致一部分束缚流体脱出，测试求取的T2截止值会过小，对疏松砂岩的孔隙结构造成破坏，因此疏松砂岩核磁共振可动流体测试中最佳离心力的确定很关键。计算不同离心力下疏松砂岩岩心样品的T2谱与横轴包围面积，以2 次离心实验的T2谱与横轴包围面积差值为判定依据。3块样品在离心力为0.64 MPa时，与饱和水状态相比，T2谱与横轴包围面积差值为154.51～684.14；在离心力为0.64～0.76 MPa时，T2谱与横轴包围面积差值为61.51～89.54；在离心力为0.76～0.89 MPa 时，T2谱与横轴包围面积差值为7.15～181.30；在离心力为0.89～1.02 MPa 时，T2谱与横轴包围面积差值为0.76～5.25。因此，3 块岩心样品所确定的最佳离心力为1.02 MPa。

不同的岩心样品，可动流体赋存特征存在差异。通过图3a 可以看出，发育较大孔隙的5 号样品在第一次离心后，较大孔隙的可动流体饱和度高，并且几乎不再随着离心力的增大而变化；而较小孔隙的可动流体饱和度呈现缓慢上升，自第二次离心后改变幅度很小，较大孔隙与较小孔隙的可动流体饱和度差异大。5 号样品在4 次离心后测得的可动流体有61.53%～68.51%来自于较大孔隙，束缚流体主要在较小孔隙中，并且很难再随着离心力的增大被动用。发育较小孔隙的4 号样品和7 号样品中，4 号样品的可动流体饱和度随着离心力增大缓慢上升，较大孔隙和较小孔隙中的可动流体饱和度差异不大，但整体看来，较大孔隙中赋存更多的可动流体。7 号样品在0.76 MPa 的离心力下，可动流体饱和度曲线出现明显拐点，较小孔隙的可动流体饱和度上升明显，最终离心实验结果显示7 号样品较大孔隙和较小孔隙的可动流体饱和度差值仅为2.57%，说明在较低的离心力条件下，较小孔隙的一部分流体没有被动用，在最佳离心力1.02 MPa 下，样品的可动流体饱和度为82.57%，且较大孔隙和较小孔隙对可动流体饱和度均有贡献，尤其是在离心力由0.64 MPa 上升至1.02 MPa 时，较小孔隙可动流体饱和度上升32.53%。

图3 三台油田头二段疏松砂岩储集层岩心样品可动流体饱和度随离心力变化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

通过分析3 块样品在不同离心力下的可动流体饱和度变化特征，在相同离心力下，较大孔隙的可动流体饱和度均高于较小孔隙的可动流体饱和度，可动流体的主要贡献者均为较大孔隙，束缚流体几乎都分布在小孔隙中，并且很难随着离心力的增大而动用。不同的是，对于孔隙发育程度好、较大孔隙含量高的样品，较大孔隙和较小孔隙各自的可动流体饱和度差异明显，但4 次离心实验样品整体的可动流体饱和度差异很小。对于孔隙发育程度差、较小孔隙含量高的样品，离心力的增大能够使样品整体的可动流体饱和度升高，尤其是较小孔隙的可动流体饱和度显著上升，不同尺寸孔隙最终对于可动流体参数的贡献几乎没有差异。

对比3块样品，7号样品物性最好，同时可动流体饱和度也最高，为82.57%；而4号样品物性最差，可动流体饱和度为81.17%，5号样品的可动流体饱和度为80.42%，4号样品却略高于5号样品，说明物性只是可动流体参数的影响因素之一，可动流体参数还会受其他因素的综合影响。

4 结论

（1）三台油田头二段疏松砂岩在饱和水状态下的核磁共振T2谱既有单峰态，也有双峰态，孔隙类型复杂。离心后的T2谱均呈单峰态，束缚流体多分布在较小孔隙中，可动流体多分布在较大孔隙中。

（2）三台油田头二段疏松砂岩典型岩心样品的T2截止值为1.86～4.64 ms，平均为3.06 ms；可动流体饱和度为80.42%～82.57%，平均为81.39%；可动流体孔隙度为13.91%～17.98%，平均为15.88%，可动流体饱和度和可动流体孔隙度均较高。

（3）在不同的离心力下，可动流体主要来自较大孔隙，束缚流体则主要分布于较小孔隙。对于孔隙发育程度好、较大孔隙含量高的样品，较大孔隙和较小孔隙的可动流体饱和度差异明显，测试后期可动流体饱和度不会随着离心力的提高出现显著增大。对于孔隙发育程度差、较小孔隙含量高的样品，离心力的增大能够使整体的可动流体饱和度显著上升，测试后期不同孔隙对于可动流体参数的贡献几乎没有差异。