核磁共振及微、納米CT技術(shù)在致密儲(chǔ)層研究中的應(yīng)用
——以鄂爾多斯盆地長7段為例

韓文學(xué)，高長海，韓霞

（1.中國石油大學(xué)（華東），山東 青島 266580；2.中國石化勝利油田分公司現(xiàn)河采油廠，山東 東營 257000）

核磁共振及微、納米CT技術(shù)在致密儲(chǔ)層研究中的應(yīng)用
——以鄂爾多斯盆地長7段為例

韓文學(xué)1，高長海1，韓霞2

（1.中國石油大學(xué)（華東），山東 青島 266580；2.中國石化勝利油田分公司現(xiàn)河采油廠，山東 東營 257000）

鄂爾多斯盆地長7段以致密儲(chǔ)層為主，廣泛發(fā)育微、納米級(jí)孔喉系統(tǒng)，孔喉連通復(fù)雜。致密砂巖儲(chǔ)層研究的基礎(chǔ)是精確表征這類孔喉的特征，致密砂巖儲(chǔ)層屬于非常規(guī)的范疇，采用傳統(tǒng)的研究方法無法實(shí)現(xiàn)微、納米級(jí)孔喉的精確表征。借助核磁共振技術(shù)、CT技術(shù)，具體分析了Z230井、X233井、N44井的致密巖心樣品，實(shí)現(xiàn)了對(duì)致密儲(chǔ)層的精確表征。核磁共振技術(shù)實(shí)驗(yàn)得出，可動(dòng)流體飽和度是評(píng)價(jià)低滲透致密儲(chǔ)層的一個(gè)重要參數(shù)，可動(dòng)流體飽和度與孔隙度、滲透率具有相關(guān)性；T2譜圖分析得出了巖樣的孔隙分布特征；微、納米CT實(shí)驗(yàn)得到了孔喉三維立體圖，并對(duì)巖樣進(jìn)行掃描切片成像，直觀顯示了孔喉的形態(tài)特征。實(shí)驗(yàn)分析認(rèn)為，核磁共振技術(shù)與微、納米CT技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)致密儲(chǔ)層的精確表征與評(píng)價(jià)，是致密儲(chǔ)層勘探開發(fā)的一個(gè)重要的技術(shù)手段。

核磁共振技術(shù)；微、納米CT技術(shù)；致密砂巖儲(chǔ)層；儲(chǔ)層表征；微、納米級(jí)孔喉系統(tǒng)；長7段

0 引言

目前，常規(guī)油氣藏已經(jīng)不能滿足我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求，非常規(guī)油氣藏受到了廣泛的關(guān)注［1-6］。在此背景下，以鄂爾多斯盆地長7段為代表的致密油藏得到了勘探開發(fā)［7-9］。長7段發(fā)育一套低孔、低滲致密儲(chǔ)層，源儲(chǔ)配置好，有利于形成大規(guī)模的致密油氣藏［10-19］，鄂爾多斯盆地長7段以微、納米級(jí)孔喉為主［20］。

作為衡量和評(píng)價(jià)儲(chǔ)層優(yōu)劣的重要指標(biāo)，孔隙結(jié)構(gòu)特征研究一直受到國內(nèi)外石油地質(zhì)學(xué)家的關(guān)注［20-26］。儲(chǔ)集層微觀孔隙結(jié)構(gòu)是指儲(chǔ)集巖中孔隙和喉道的幾何形狀、大小、分布及其相互連通關(guān)系，是影響儲(chǔ)層物性的重要因素［17］。對(duì)于以納米級(jí)孔喉為主的致密砂巖儲(chǔ)集體，孔喉結(jié)構(gòu)更是決定孔滲特征的重要因素［18］，致密砂巖儲(chǔ)層通常是指滲透率小于或等于0.1×10-3μm2的砂巖儲(chǔ)層［19］。孔喉微觀結(jié)構(gòu)是決定其孔滲特征的重要因素，準(zhǔn)確全面表征儲(chǔ)層微觀孔喉結(jié)構(gòu)已成為致密儲(chǔ)集層研究的重要內(nèi)容。由于致密儲(chǔ)層的特殊性，采用常規(guī)方法無法完成致密儲(chǔ)層的精確表征。利用核磁共振技術(shù)，反演得到T2譜圖，再通過標(biāo)定巖心T2截止值時(shí)間，可以得到巖心可動(dòng)流體飽和度，然后分析巖心的孔隙結(jié)構(gòu)［21］。利用高精度Micro-CT或Nano-CT技術(shù)［22］，可以完成致密儲(chǔ)層微、納米級(jí)別的孔喉觀察和定量研究。由于微、納米CT掃描技術(shù)不具有破壞性，所以把樣品在處理前和處理后的圖像和數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，準(zhǔn)確評(píng)估在人工處理前、后巖石內(nèi)部的變化［23］。

1 核磁共振技術(shù)應(yīng)用

1.1 可動(dòng)流體飽和度

致密儲(chǔ)層物性極差，大部分流體被毛細(xì)管力和黏滯力束縛而不能流動(dòng)，因此，只有可以自由流動(dòng)的那部分流體才具有開采價(jià)值。但致密油藏的勘探開發(fā)潛力評(píng)價(jià)通常是采用常規(guī)的評(píng)價(jià)方法，沒有考慮到可動(dòng)流體的因素，顯然，這樣做是不準(zhǔn)確的，無法完成對(duì)致密儲(chǔ)層的精確評(píng)價(jià)［24］。

當(dāng)致密儲(chǔ)層孔隙小到某一程度后，孔隙中的流體無法流動(dòng)，就成為束縛流體，在T2弛豫時(shí)間譜上對(duì)應(yīng)著一個(gè)界限值，叫做可動(dòng)流體截止值?？筛鶕?jù)T2弛豫時(shí)間的大小和分布特征對(duì)致密儲(chǔ)層孔隙內(nèi)的流體進(jìn)行分析，進(jìn)而對(duì)致密儲(chǔ)層進(jìn)行精確評(píng)價(jià)。

莊230井位于長慶油田合水地區(qū)，構(gòu)造上位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡。巖性主要為灰褐色油斑細(xì)砂巖、灰色油跡細(xì)砂巖、灰色細(xì)砂巖，成分以長石為主，石英次之。分析21塊樣品，孔隙度最大10.37%，最小2.96%，平均7.81%；滲透率最大0.281 3×10-3μm2，最小0.033 7×10-3μm2，平均0.118 8×10-3μm2，屬于典型的低孔、低滲儲(chǔ)層。本次試驗(yàn)所用儀器是低磁場(chǎng)核磁共振巖心分析儀，可以對(duì)長度不大于5 cm，直徑2.5 cm巖心含水信號(hào)量進(jìn)行精確掃描，反演得到T2譜，通過標(biāo)定巖心T2截止值時(shí)間，得到巖心束縛水飽和度和可動(dòng)流體飽和度。

莊230井的一塊巖心樣品在4個(gè)不同的離心力下的核磁共振弛豫時(shí)間譜見圖1，通過T2弛豫時(shí)間譜可以確定可動(dòng)流體的T2截止值［21-26］。

圖1 莊230井離心前后T2譜

圖1中橫坐標(biāo)大于T2截止值的部分與曲線圍成的積分面積就是可動(dòng)流體的體積百分?jǐn)?shù)。試驗(yàn)中，0.145，0.290，1.441，2.876 MPa離心力分別對(duì)應(yīng)1.00，0.50，0.10，0.05 μm喉道半徑，不同的離心力對(duì)應(yīng)著不同的含水飽和度（見表1）。在此喉道半徑是指核磁共振可動(dòng)流體在巖石內(nèi)部孔徑半徑大于此喉道半徑孔隙中所含的流體量，因此，對(duì)于致密儲(chǔ)層來說，它能夠作為最大可開采資源量的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

表1 離心力與含水飽和度的關(guān)系

總結(jié)核磁共振T2譜圖，可得出：1）T2譜圖明顯呈現(xiàn)雙峰形態(tài)，表明巖心內(nèi)大孔與小孔孔隙半徑有明顯界限；2）弛豫時(shí)間小于10 ms的包絡(luò)面積明顯小于弛豫時(shí)間大于10 ms的包絡(luò)面積，表明巖石微小孔隙發(fā)育的數(shù)量明顯小于大、中孔隙；3）隨著試驗(yàn)所用離心力的增大，含水飽和度在逐漸減小，但是，當(dāng)減小到一定程度后，含水飽和度不再發(fā)生變化，此時(shí)對(duì)應(yīng)的含水飽和度即為束縛水飽和度。

1.2 可動(dòng)流體飽和度與孔隙度、滲透率的關(guān)系

莊230井的可動(dòng)流體飽和度與孔隙度、滲透率之間的相關(guān)關(guān)系見圖2。由圖2可看出：可動(dòng)流體飽和度與孔隙度相關(guān)系數(shù)僅為0.235 6，相關(guān)性極差；可動(dòng)流

體飽和度與滲透率相關(guān)系數(shù)為0.698 5，雖然高于與孔隙度的相關(guān)系數(shù)，但依然很差。

圖2 孔隙度、滲透率與可動(dòng)流體飽和度之間的關(guān)系

不同于常規(guī)儲(chǔ)層，孔隙度較高的儲(chǔ)層，可動(dòng)流體反而可能較低，反之亦然。筆者推斷，造成這一現(xiàn)象的原因可能是儲(chǔ)層中存在較多的“死孔隙”，即這些孔隙增加了總體測(cè)量的孔隙度，但是這些孔隙是孤立的，流體束縛在其中無法自由流動(dòng)，造成了高孔隙度下的低可動(dòng)流體飽和度。與此同時(shí)，滲透率較高的儲(chǔ)層，其可動(dòng)流體飽和度反而可能較低，反之亦然。造成這一現(xiàn)象的原因可能是巖樣中微裂縫的發(fā)育程度不同。即如果微裂縫發(fā)育，即使儲(chǔ)層滲透率極低，由于微裂縫的溝通，可動(dòng)流體飽和度依然可能很高；如果微裂縫的發(fā)育程度較低，即使?jié)B透率較高，其可動(dòng)流體飽和度依然較低。因此，對(duì)于非常規(guī)致密儲(chǔ)層，不能簡單地照搬常規(guī)儲(chǔ)層的那套評(píng)價(jià)參數(shù)，而應(yīng)該考慮可動(dòng)流體飽和度這一重要參數(shù)。

2 微、納米CT技術(shù)應(yīng)用

2.1 孔喉系統(tǒng)

鄂爾多斯盆地致密儲(chǔ)層發(fā)育多尺度、多類型孔隙，儲(chǔ)層可見孔體積分?jǐn)?shù)低，以黏土礦物晶間孔與長石溶蝕孔、粒間殘余孔等孔隙為主。儲(chǔ)層喉道細(xì)小，孔喉結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其中廣泛發(fā)育的微米級(jí)孔隙構(gòu)成了致密油的有效儲(chǔ)集空間。能否對(duì)這些微、納米級(jí)孔喉系統(tǒng)進(jìn)行精確表征，關(guān)系到致密油藏勘探開發(fā)的成敗。

本次實(shí)驗(yàn)采用實(shí)驗(yàn)室光源顯微成像納米級(jí)CT（最大分辨率為50 nm）與微米級(jí)CT（最大分辨率0.7 μm）相結(jié)合的方法，定量表征致密砂巖儲(chǔ)層微觀孔喉結(jié)構(gòu)。微米CT定量分析表明，鄂爾多斯盆地致密油儲(chǔ)層大于2 μm的孔隙體積分?jǐn)?shù)占97%以上（見圖3）?？缀淼挠行渲檬强刂浦旅苡蛢?chǔ)層物性的主要因素，喉道半徑是儲(chǔ)層滲透性能的主控因素。長7段致密油儲(chǔ)層喉道半徑分布范圍窄，主要分布于100～750 nm。通過對(duì)長7段巖心進(jìn)行微、納米CT掃描，建立了孔喉網(wǎng)絡(luò)模型，可以直觀觀測(cè)孔隙和喉道（見圖4）。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：部分相對(duì)較大喉道連通性較好，孔隙配位數(shù)較高（平均為2.5），喉道半徑大于300 nm的喉道約占總喉道的60%，為烴類分子運(yùn)移提供了良好的通道。

圖3 鄂爾多斯盆地長7段致密儲(chǔ)層孔隙構(gòu)成

圖4 X233井CT掃描結(jié)果

2.2 致密儲(chǔ)層微裂縫

微裂縫的發(fā)育有助于致密油藏的形成，同時(shí)廣泛發(fā)育的微裂縫，進(jìn)一步改善了儲(chǔ)集空間，有利于致密油藏的生產(chǎn)開發(fā)。巖心觀察表明：長7段致密砂巖儲(chǔ)層天然微裂縫較發(fā)育，每10 m發(fā)育天然裂縫2～3條，水平兩向應(yīng)力差4～7 MPa，有利于形成復(fù)雜裂縫；裂縫間距小，充填程度低，主要為層面縫、斜向縫和垂向縫；含油性差的層段裂縫不發(fā)育，裂縫發(fā)育的層段，含油性較好。在極致密的層段（如泥質(zhì)粉砂巖）中，儲(chǔ)層本身物性極差，裂縫的存在可以改善儲(chǔ)層的物性，對(duì)其含油性具有一定的控制作用。

如何在微觀層面精確表征這些微裂縫，也是致密油藏勘探開發(fā)的重要問題。通過CT掃描技術(shù)及三維成像顯示，準(zhǔn)確直觀地研究了致密儲(chǔ)層的微裂縫系統(tǒng)。結(jié)果顯示，長7致密砂巖樣品內(nèi)部微孔隙帶較為發(fā)育，與微裂縫形成連通的儲(chǔ)集、滲流系統(tǒng)（見圖5）。

圖5 N44井長7段致密砂巖CT掃描

3 結(jié)論

1）核磁共振實(shí)驗(yàn)得出的T2譜圖，可以精確表征致密儲(chǔ)層的孔隙分布情況，定量研究儲(chǔ)層中的可動(dòng)流體飽和度。

2）可動(dòng)流體飽和度的大小與孔隙度、滲透率的關(guān)系不大。不同于常規(guī)油藏評(píng)價(jià)參數(shù)，可動(dòng)流體飽和度是致密儲(chǔ)層評(píng)價(jià)的一個(gè)重要參數(shù)指標(biāo)。

3）微、納米CT技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)致密儲(chǔ)層孔喉系統(tǒng)的三維成像顯示，對(duì)樣品的要求低且沒有破壞性，所得結(jié)果更加形象、直觀，而且可以定量識(shí)別孔隙和喉道，避免了傳統(tǒng)的多種實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的缺點(diǎn)。

4）利用CT掃描成像技術(shù)，建立了CT掃描分層切片及正交切片，直觀描述了致密砂巖內(nèi)部微孔隙帶的發(fā)育情況，以及與微裂縫形成的儲(chǔ)集、滲流系統(tǒng)。

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（編輯 楊會(huì)朋）

Application of NMR and micrometer and nanometer CT technology in research of tight reservoir:Taking Chang 7 Member in Ordos Basin as an example

Han Wenxue1,Gao Changhai1,Han Xia2
(1.China University of Petroleum,Qingdao 266580,China;2.Xianhe Oil Production Plant of Shengli Oilfield Company,SINOPEC, Dongying 257000,China)

Chang 7 Member in Ordos Basin belongs to tight sandstone reservoir.Micrometer and nanometer pores dominate the storage spaceoftightsandstonereservoirsandtheconnectivityofporethroatsystemiscomplex.Thestudybasisoftightsandstone reservoiristo characterizeitsporeandthroatsystemprecisely.Thetightsandstonereservoirisunconventionalreservoiranditcann′tbecharacterized by traditional methods.With NMR and micrometer and nanometer CT technologies and by analyzing the core samples from Well Z230, Well X233,Well N44,the tight sandstone reservoirs can be precisely characterized.It is known that mobile fluid saturation is a very important parameter in evaluating the tight sandstone reservoirs and mobile fluid saturation has correlation with porosity and permeability.By T2spectrogram,the distribution of pore is analyzed.Through micrometer and nanometer CT test,the 3D image of pore and throat is gotten.And the scanning slice is imaged with the micrometer and nanometer CT technology.It shows the morphological characteristics of pore and throat intuitively.NMR and micrometer and nanometer CT technologies can precisely characterize and evaluate thetightsandstonereservoirs,whichareimportanttoolsfortheexplorationanddevelopmentoftightreservoirs.

NMR technology;micrometer and nanometer CT technology;tight sandstone reservoir;reservoir characterization; micrometer and nanometer pore throat system;Chang 7 Member

國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃（973計(jì)劃）項(xiàng)目“致密油（頁巖油）賦存與運(yùn)聚機(jī)理”（2014CB239005）；

山東省自然科學(xué)基金項(xiàng)目（ZR2013DM016）；中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金項(xiàng)目（14CX02034A）

TE135

：A

10.6056/dkyqt201501013

2014-05-11；改回日期：2014-11-12。

韓文學(xué)，男，1989年生，在讀碩士研究生，研究方向?yàn)榈刭|(zhì)資源與地質(zhì)工程，現(xiàn)從事油氣成藏機(jī)理及非常規(guī)油氣方面的工作。E-mail：190885656@qq.com。

韓文學(xué)，高長海，韓霞.核磁共振及微、納米CT技術(shù)在致密儲(chǔ)層研究中的應(yīng)用：以鄂爾多斯盆地長7段為例［J］.斷塊油氣田，2015，22（1）：62-66.

Han Wenxue，Gao Changhai，Han Xia.Application of NMR and micrometer and nanometer CT technology in research of tight reservoir：Taking Chang 7 Member in Ordos Basin as an example［J］.Fault-Block Oil&Gas Field，2015，22（1）：62-66.