鄂尔多斯盆地长7致密油储层储集空间特征及其意义

冯胜斌^{1, 2}，牛小兵^{1, 2}，刘飞^{1, 2}，杨孝³，刘小静³，尤源^{1, 2}，王芳^{1, 2}

(1. 长庆油田分公司勘探开发研究院，陕西 西安，710018；

2. 低渗透油气田勘探开发国家工程实验室，陕西 西安，710018；

3. 长庆油田分公司油藏评价处，陕西 西安，710018)

摘 要：通过对长7致密油储层的核磁共振测试，研究鄂尔多斯盆地长7致密油储层储集空间特征。结果表明：鄂尔多斯盆地长7致密油储层孔隙孔径分布范围宽，储层中大孔、中孔、小孔、微孔及纳米孔孔隙类型均发育，且孔径分布范围、孔隙类型和主体孔隙类型受储层致密程度的控制作用明显；长7致密油储层大孔至纳米孔孔隙均含油，且微孔至纳米孔孔隙含油饱满。长7致密油储层微孔、纳米孔孔隙类型的识别及其含油的认识对鄂尔多斯盆地非常规油气资源的勘探与开发具有一定的启示意义。

关键词：

鄂尔多斯盆地；长7油层组；致密油；孔隙特征；核磁共振技术；

中图分类号：TE122.2           文献标志码：A         文章编号：1672-7207(2013)11-4574-07

Characteristics of Chang7 tight oil reservoir space in Ordos basin and its significance

FENG Shengbin^{1, 2}, NIU Xiaobin^{1, 2}, LIU Fei^{1, 2}, YANG Xiao³, LIU Xiaojing³, YOU Yuan^{1, 2}, WANG Fang^{1, 2}

(1. Research Institute of Exploration and Development of Changqing Oilfield Company, Xi’an 710018, China;

2. National Engineering Laboratory of Exploration and Development of Low-Permeability Oil-Gas fields, Xi’an 710018, China;

3. Reservoir Description Department t of Changqing Oilfield Company, Xi’an 710018, China)

Abstract: The Chang7 tight oil reservoir in Ordos basin was tested by nuclear magnetic resonance (NMR). The results show that the pore size distribution of Chang7 tight oil reservoir is extremely wide, with big size pores, intermediate size pores, small pores, micro-pores and nano-pores all existed. The parameters, such as pore size, pore composition, principal pore type, are closely related to compactness of the reservoir. Almost all pores, from big size to nanometer size in tight oil reservoir contains oil, and the oil saturation in micro-pores and nano-pores are acceptably high. The identification of pore types in tight oil reservoir, especially micro-pores and nano-pores, and cognition of oil saturation in these pores have great significance to the exploration and development of tight oil resources in Ordos basin.

Key words: Ordos basin; Chang7 oil bearing formation; tight oil; pore characteristics; nuclear magnetic resonance technology

储层储集空间特征作为油气储层评价的重要指标，一直受到石油地质学者的广泛重视并取得了众多成果。值得注意的是，20世纪70年代末应用新技术、新方法发现碎屑储集岩的孔隙不仅是原生孔隙，而且发育大量次生孔隙，由此获得了碎屑储集岩理论上的突破性进展^[1-5]。随研究的深入，储层的储集空间特征的描述更为精细，如储层的孔隙类型的划分，由粗略的宏观孔隙和微观孔隙2类基本类型细化到大孔隙、中孔隙、小孔隙、微孔隙、吸附孔5级^[6]。由于世界油气需求的持续增长与常规油气产量的不断下降，近几年，北美在页岩气、致密油上的工业开发工作极大地推动了世界范围内的非常规油气藏的勘探开发进 程^[7-8]。这里的非常规油气藏的本质就是储层的“非常规”，即储层致密。其中，储层致密的致密油是非常规油气资源中主要的类型，已成为全球非常规石油勘探开发的亮点领域^[8-9]。因此，邹才能等^[8]指出储层储集性能是非常规油气研究的灵魂。鄂尔多斯盆地延长组长7油层组中与油页岩互层共生或紧邻的砂岩储层致密，渗透率一般小于0.3×10^-3 μm²，按照致密油的划分标准^[7-8]，长7致密砂岩油层为典型的致密油。前人对鄂尔多斯盆地长7段致密油层组做了大量的研究工作，这些工作主要包括孔隙度、渗透率测试，薄片分析等。邹才能等^{[8, 10]}利用场发射扫描电镜与Nano-CT技术已识别出纳米级孔隙，同时认为纳米孔是致密油的主要储集空间类型。然而，鄂尔多斯盆地长7致密油储层在储集空间特征上的研究较为薄弱，譬如，孔隙类型及分布、纳米孔隙的含量及含油性、石油储集的主体孔隙类型等都是亟需解决的问题。因此，本文作者对鄂尔多斯盆地长7致密油储层储集空间特征进行了研究，不仅有助于该盆地致密油的资源评价研究，还为该盆地致密油的勘探、开发提供科学依据。

1  长7致密油储层常规测试特征

1.1  致密油储层物性特征

油气储层的储集物性是储层评价研究中的重要参数^[11]，而孔隙度、渗透率是描述该储集物性的常规指标。通过鄂尔多斯盆地长7致密油储层大量的物性数据统计，长7砂岩的孔隙度主要分布于5%~15%，平均孔隙度为10.1%；渗透率主要分布于0.01×10^-3~1×10^-3 μm²，平均渗透率为0.18×10^-3 μm²(图1)。对盆地已规模有效开发的特低渗透和超低渗透储层储集物性进行统计分析(见图2)。结果表明：长7致密油储层与鄂尔多斯盆地特低渗透和超低渗透储层相比，渗透率相差较大，而孔隙度相近，说明长7致密油储层具“相对高孔、低渗”的致密特征，这揭示长7致密油储层虽然低渗，但具较好的储集流体的性能。

1.2  致密油储层孔隙特征

薄片分析是研究油气储层孔隙特征的常规方法。对鄂尔多斯盆地长7致密油储层进行了大量的铸体薄片鉴定分析。结果表明，长7致密油储层在偏光显微镜下可见的孔隙类型主要为长石溶孔，其面积占总面积的1.8%，其次为粒间孔，其面积占总面积的0.6%，总面孔率为2.4%，由此可知，长7致密油储层与盆地特低渗透、超低渗透储层相比，前者的面孔率明显偏低(图3)，然而，这与前文利用储层物性孔隙度参数反映出的长7致密油储层具有较好的储集性能相矛盾。鄂尔多斯盆地长7致密油储层铸体薄片特征如图4所示。图4表明：薄片分析参数与物性分析参数反映的储层储集性能之间有显著差异，以N33和Z182井为代表的长7岩芯物性测试结果显示：该致密油储层具有较高的孔隙度，可是在单偏光下孔隙很难识别，面孔率统计值近似为0。由此可见，鄂尔多斯盆地长7致密油储层与该盆地特低渗透和超低渗透储层孔隙特征有较大不同，鄂尔多斯盆地长7致密油储层亦可能发育纳米孔孔隙类型，但受偏光显微镜仪器分辨率的限制，对这些微孔隙采用薄片分析方法很难进行有效地识别和统计。

图1  鄂尔多斯盆地长7致密油储层孔渗分布频率直方图

Fig.1  Histogram of physical property distribution frequency for Chang7 tight oil reservoir in Ordos basin

图2  鄂尔多斯盆地长7致密油与特低渗透、超低渗透储层物性对比直方图

Fig.2  Histogram of physical property comparison between Chang7 tight oil reservoir in Ordos basin and extra low permeability, ultra low permeability reservoir

图3  鄂尔多斯盆地长7致密油与特低渗透、超低渗透储层孔隙特征对比直方图

Fig.3  Histogram of pore structure characteristics comparison between Chang7 tight oil reservoir in Ordos basin and extra low permeability, ultra low permeability reservoir

图4  鄂尔多斯盆地长7致密油储层铸体薄片特征

Fig.4  Casting thin section characteristics for Chang7 tight oil reservoir in Ordos basin

上述分析表明，鄂尔多斯盆地长7致密油储层较盆地特低渗透、超低渗透储层的孔隙特征更为复杂，虽然长7致密油储层表现为相对高孔、具较好的储集流体的特征，但是用常规的薄片分析及表征方法很难有效地揭示其复杂的孔隙特征，因而，需探索新的分析测试技术和表征方法。

2 长7致密油储层核磁共振测试储集空间特征

近年来，用于材料分析测试的新技术、新方法为油气储层孔隙特征的研究提供了契机。其中，场发射扫描电镜和Nano-CT成像技术已被成功地应用于致密储层孔隙结构的研究。现有的研究成果显示^{[8, 10, 12-13]}：场发射扫描电镜虽具很高的分辨率，能有效识别出微米－纳米级孔隙，但是该方法对样品的制备要求较高，在一定程度上限制了它的广泛使用；对于Nano-CT成像技术，以其能够实现三维刻画和定量表征孔隙和喉道的技术性能受到研究者的青睐，但是目前国内该类测试仪器少、待分析样品多、加上高昂的测试费用等因素，很难满足现行的科学研究及生产需求。然而，核磁共振的测试方法有效地解决了上述问题。

据相关文献报道，岩芯饱和水时的核磁共振T₂谱分布能反映岩芯内所有孔隙孔径分布^[12-16]，并且通过使用弛豫剂已实现了消除水信号获取油相T₂谱分布的技术^[17-18]。因此，可以采用核磁共振的方法来分析石油流体在不同孔径孔隙中的分布特征^{[16, 19-20]}，即不同孔径的储集空间的含油性特征。另外，核磁共振测试技术在常规油气储层研究中已得到了广泛应用，且在油气勘探、开发中取得良好的应用效果，故核磁共振测试技术具有较好的分析测试基础。因此，本文使用Magnet2000型核磁共振岩样分析仪分析长7致密油储层储集空间特征。样品的选取和分析流程参照文献[21]。

2.1  致密油储层孔隙类型及分布特征

使用Magnet2000型核磁共振岩样分析仪，对鄂尔多斯盆地长7致密油储层岩芯进行了饱和水的核磁共振测试，测试结果见图5。在图5中，岩芯的孔隙半径据文献[14-16]由T₂谱弛豫时间转换而来。从图5可见，鄂尔多斯盆地长7致密油储层岩芯的孔隙孔径分布范围较宽。参照低渗透储层孔隙类型的划分标准^{[6, 8]}，测试岩芯包含大孔(孔径r＞20 μm)、中孔(r=20~10 μm)、小孔(r=10~2 μm)、微孔(r=2~0.5 μm)及纳米孔(r＜0.5 μm)各种孔隙类型。

图5  鄂尔多斯盆地长7致密油储层不同级别渗透率岩芯核磁共振测试孔径分布

Fig.5  Pore diameter distribution of different permeability core tested by nuclear magnetic resonance for Chang7 tight oil reservoir in Ordos basin

进一步分析表明，样品的渗透率级别不同，其岩芯孔径的分布范围存在差异。渗透率相对高的岩芯孔径分布范围宽，其分布峰偏向孔隙半径较大一侧，反之，渗透率相对小的岩芯孔径分布范围较窄，其分布峰偏向孔隙半径较小一侧；同样，样品的渗透率级别不同，其岩芯的孔隙类型与主体孔隙类型也不同，长7致密油储层孔隙类型总体上发育小孔-纳米孔孔隙，随渗透率的增大，孔隙类型有变好的趋势。由此可知，岩芯中主体孔隙类型的发育程度与储层渗透率的相关性显而易见，这表明储层的质量受岩石致密程度的控制。此外，图5(d)所示的岩芯渗透率小于1×10^-5 μm²，其石油储集空间以微孔和纳米孔孔隙类型为主，据流体分布图特征对比分析，该类孔隙孔径小、数量大，可见正是这些因素导致长7致密油储层具相对高孔的特征。

2.2  不同类型孔隙含油性分析

岩芯饱和水后的核磁共振分析结果揭示出鄂尔多斯盆地长7致密油储层孔隙类型复杂，不仅具常规油气储层发育的大孔-小孔孔隙，而且普遍发育微孔和纳米孔孔隙。石油勘探者可能更为关心的是这些微孔和纳米孔孔隙是否储集石油，因此，本文采用岩芯核磁共振测试的油相T₂谱分布和饱和水T₂谱分布的对比关系来探讨长7致密油储层不同孔隙类型的含油性特征。初步分析结果表明，长7致密油储层的大孔至纳米孔所有储集空间均含油，且岩芯中油流体和饱和水流体分布图峰面积趋于一致，揭示出测试岩芯大孔-纳米孔孔隙含油饱满(图6)。

3  石油地质意义

邹才能等^[10]通过对鄂尔多斯盆地延长组致密砂岩储层束缚水膜厚度及原油单分子直径(0.4~4 nm)的研究，计算出鄂尔多斯盆地延长组致密砂岩储层原油分子通过的临界喉道半径为54 nm。长7致密油储层压汞测试结果表明：长7储层喉道半径为10~1 000 nm范围，喉道半径中值达100 nm。同时，由长7储层的喉道半径计算，长7储层毛细管阻力为0.01~2.00 MPa。综合特征说明：盆地长7致密油储层石油的运移成藏主要受控于石油运移的驱动力。而鄂尔多斯盆地延长组砂岩储层石油充注成藏过程与成藏机理模拟实验分析亦进一步证实：盆地低渗透储层石油充注强度主要取决于驱动压力，当驱动压力达到3 MPa时，致密储层(渗透率＜0.3×10^-3 μm²)含油饱和度达到60%以上，且随着驱动压力增大含油饱和度呈增高的趋势^[22]，且实验结论与盆地长7致密油储层密闭取芯岩芯实测的结果一致(图7)。已有研究成果表明：鄂尔多斯盆地长7优质烃源岩生烃增压形成的异常压力是油气运移成藏的主动力^[23-24]，异常压力恢复显示盆地长7优质烃源岩普遍存在5 MPa以上的异常压力。因而，长7致密油储层具有良好的成藏条件，源储共生，石油初次运移动力大、运移距离短，从而石油充注强、含油饱和度高，且受储层喉道细微的控制作用流体保存好、石油滞留成藏^[25]，形成了今储层中大孔至纳米孔孔隙均含油的特征。

图6  鄂尔多斯盆地长7致密油储层岩芯核磁共振测试饱和水流体与油流体分布关系

Fig.6  Distribution relationship between saturation water and oil in core by nuclear magnetic resonance for Chang7 tight oil reservoir in Ordos basin

图7  鄂尔多斯盆地Z193井长7致密油储层含油饱和度与孔隙度关系

Fig.7  Relationship between oil saturation and porosity in Chang7 tight oil reservoir of well Z193 in Ordos basin

上述认识对鄂尔多斯盆地致密油的勘探开发具有一定的启示意义：(1) 已有研究成果揭示页岩中亦普遍发育大量纳米孔隙和微裂缝^{[8, 10, 26]}，因而长7烃源岩不仅是生烃岩，而且是储集岩。大量钻井数据统计表明，长7油页岩大面积广覆式分布，分布范围达5×10⁴ km²，厚度一般为10~40 m。所以，盆地长7不仅具有丰富的致密油，还发育有页岩油资源。(2) 盆地中生界烃源岩发育特征表明，虽延长组长7优质烃源岩为主力源岩，但长9、长6、长4＋5油层组在盆地局部凹陷发育不同规模、不同性质的烃源岩，具有一定的生烃潜力，结合长7源储共生的致密砂岩储层石油充注及储集空间的含油性特征分析，可推测在这几套源岩发育层位也具有形成类似长7油层组的致密油层。

4  结论

(1) 鄂尔多斯盆地长7致密油储层具相对高孔低渗的特征，储层孔隙孔径分布范围宽、孔隙类型复杂，储层中大孔、中孔、小孔、微孔及纳米孔孔隙类型均发育；长7致密油储层的孔径分布范围、孔隙类型和主体孔隙类型受储层的致密程度的控制作用明显。

(2) 鄂尔多斯盆地长7致密油储层受高异常压力及储层本身的喉道细微特征的控制，石油充注强、流体保存好、石油滞留成藏，现今储层中具大孔隙至纳米孔孔隙均含油的特征，并且微孔至纳米孔孔隙含油饱满。

(3) 鄂尔多斯盆地致密油层分布广、非常规油气资源潜力大。长7油层组发育的致密油和页岩油是今后研究和勘探开发的重要目标；对长9、长6和长4+5油层组烃源岩生排烃特征需进一步分析，评价形成致密油和页岩油的前景。

致谢：

本文得到了长庆油田勘探开发研究分析试验中心袁效奇高工、贺静高工、解古巍工程师及成都理工大学赵应权博士后的指导和帮助，样品测试在中国石油勘探开发研究院廊坊分院与长庆油田勘探开发研究院分析试验中心完成，在此致以衷心地感谢。

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(编辑  赵俊)

收稿日期：2012-08-09；修回日期：2012-11-20

基金项目：中国石油天然气股份公司重大科技专项(2011E-2602)

通信作者：冯胜斌(1973-)，男，甘肃会宁人，工程师，从事油藏评价、石油地质综合研究；电话：029-86591924；E-mail: fsb_cq@petrochina.com.cn