松遼盆地大安油田納米級孔隙研究

張月，文慧儉，白東來，馬世忠，李躍，王琦，秦旗，王海鵬

（1.東北石油大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，黑龍江 大慶 163318；2.中國有色金屬長沙勘察設(shè)計研究院有限公司重慶分公司，重慶 410000）

隨著我國油氣資源量的逐年遞減，非常規(guī)油氣的勘探開發(fā)逐漸占據(jù)一席之地。自美國頁巖氣大量開發(fā)以來，中國也加入了尋找致密油氣的行列[1]。我國致密砂巖儲層分布范圍廣且類型多，可采資源量大[2]。對于致密油氣儲層，孔隙研究的主要類型由毫米—微米級孔喉逐漸向納米級孔喉轉(zhuǎn)變。近年來，國內(nèi)大量學(xué)者對納米級孔隙進(jìn)行了研究，在四川盆地、鄂爾多斯盆地頁巖層及勝利油田致密砂巖層均發(fā)現(xiàn)了納米級孔隙，并對納米級孔隙類型、形態(tài)特征進(jìn)行分類描述，對孔徑大小進(jìn)行測量分析[3-9]。松遼盆地深層青山口組和扶楊油層同樣發(fā)育致密砂巖[10]，但國內(nèi)沒有對松遼盆地致密油儲層進(jìn)行研究。本文通過高分辨率發(fā)射掃描電鏡及氮?dú)獾葴匚绞侄危瑢λ蛇|盆地大安油田納米級孔隙類型、特征、形態(tài)及孔徑分布等進(jìn)行觀察描述，為松遼盆地非常規(guī)油氣增儲提供直接證據(jù)。

1 研究區(qū)概況

大安油田位于松遼盆地南部中央坳陷區(qū)大安紅崗階地二級構(gòu)造帶中[11]，屬于階地擠壓構(gòu)造油氣聚集帶，其地理位置處于東經(jīng) 119°40′～128°24′， 北緯 42°25′～49°23′。研究區(qū)位于紅崗—大安階地上的最深洼槽軸線上，東鄰松南最好的生油凹陷——大安凹陷，主要含油層為扶余油層和楊大城子油層，屬白堊系泉頭組第四段和第三段地層。本次研究目的層為泉四段扶余油層，泉四段沉積時期，盆地持續(xù)坳陷，河流向盆地推進(jìn)，形成面積十分可觀的低水位淺水三角洲砂體。沉積微相類型有分流河道、河口壩、決口河道、溢岸砂、漫流砂等。該層巖性發(fā)育灰白色砂巖、泥質(zhì)砂巖、棕紅色灰綠色泥巖等，致密砂巖發(fā)育。

2 儲層特征

2.1 物性特征

利用 4 口井（紅 88、紅 90、紅 75-9-1、大 42-1）427塊巖心樣品，分別對扶余油層孔隙度和水平滲透率進(jìn)行研究。結(jié)果顯示，儲層孔隙度平均值為7.27%，其中，孔隙度 0～5%的樣品比例為 28.34%，5%～10%的為50.35%，10%～15%的為21.31%。參照儲層孔隙度分類標(biāo)準(zhǔn)，扶余油層儲層屬于特低孔—超低孔儲層。滲透率研究結(jié)果顯示，儲層水平滲透率平均值為0.25×10-3μm2，其中，滲透率小于0.1×10-3μm2的樣品比例為59.86%，0.1×10-3～1.0×10-3μm2的為 37.09%，1.0×10-3～10.0×10-3μm2的為 2.58%，10.0×10-3～50.0×10-3μm2的為0.47%。參照儲層滲透率分類標(biāo)準(zhǔn)，扶余油層屬于超低滲—非滲儲層。

2.2 孔隙結(jié)構(gòu)特征

利用紅88、紅90、紅 75-9-1、大42-1等 4口井 49塊常規(guī)壓汞樣品（樣品參數(shù)見表1），編制了扶余油層常規(guī)壓汞曲線（見圖1）[12]，進(jìn)而對扶余油層儲層孔隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行評價與分析。結(jié)果表明：研究區(qū)儲層孔隙結(jié)構(gòu)整體較差，孔喉半徑小，分選性較差，連通性不好。扶余油層孔隙結(jié)構(gòu)規(guī)律復(fù)雜，與常規(guī)儲層有一定差異，主要表現(xiàn)在孔喉連通性與孔喉大小、分選性匹配不好，例如：紅75-9-1井孔喉相對較大，分選相對較好，但其最大汞飽和度和最大退出效率僅為57.31%，20.19%，反映其連通性較差；而紅90井孔喉半徑相對較小，分選略差，但其最大汞飽和度和最大退出效率分別達(dá)到69.33%，29.22%，反映其孔喉連通性相對較好。此外，扶余油層儲層孔隙結(jié)構(gòu)非均質(zhì)性較強(qiáng)，不同井孔隙結(jié)構(gòu)差異很大（紅90井和紅75-9-1井差異顯著），即使同一口井，不同樣品間孔隙結(jié)構(gòu)也有較大差異。

利用紅 88、紅90、紅75-9-1、大42-1等 4口井 49塊常規(guī)壓汞樣品，編制了扶余油層儲層孔喉半徑分布圖（見圖2），進(jìn)而對扶余油層儲層孔喉半徑分布的特點(diǎn)進(jìn)行評價與分析[13]。從圖2可以看出：扶余油層儲層孔喉半徑主要分布在0.025～0.630 μm，呈雙峰分布，分選偏差，滲透率貢獻(xiàn)半徑分布峰位與孔喉半徑分布峰位對應(yīng)較好；但滲透率貢獻(xiàn)半徑略偏粗孔喉，峰值半徑位于粗孔喉，呈三峰分布，反映比例較少的粗大孔喉對滲透率貢獻(xiàn)較多。通過分析儲層孔喉半徑分布圖及部分樣品的鑄體薄片、掃描電鏡發(fā)現(xiàn)，扶余油層儲層孔隙普遍較小且不太發(fā)育，孔隙連通性較差，部分鑄體薄片樣品見有裂縫發(fā)育，但裂縫普遍較小。

表1 49塊常規(guī)壓汞樣品參數(shù)

3 砂巖納米級孔隙研究

3.1 砂巖納米級孔隙類型

在我國，判斷致密砂巖標(biāo)準(zhǔn)為：孔隙度小于10%，基質(zhì)覆壓滲透率小于0.1×10-3μm2（或空氣滲透率小于1×10-3μm2），孔喉半徑小于 1 μm，含油氣飽和度小于60%的砂巖儲集層[14]。研究區(qū)儲層巖石滲透率屬于低滲—致密等級，且主要以致密和超低滲為主；巖石孔隙度屬于低孔—超低孔等級，且主要以特低孔和超低孔為主。

圖1 研究區(qū)常規(guī)壓汞曲線

本次運(yùn)用高分辨率掃描電鏡對7塊致密砂巖樣品進(jìn)行研究，該掃描電鏡觀測精度高、能力強(qiáng)，對納米級孔隙能進(jìn)行高效的識別鑒定。共發(fā)現(xiàn)3種納米級孔隙類型：礦物晶間納米孔隙、顆粒內(nèi)納米孔隙、微裂縫。

1）礦物晶間納米級孔隙。該孔隙為充填于孔隙中的自生礦物晶體間的納米級孔隙，自生礦物以伊利石、綠泥石、石英為主，包括少量方解石等碳酸鹽巖礦物。其中，伊利石礦物呈發(fā)絲狀分布，發(fā)育雜亂不規(guī)則納米級孔隙，孔隙大小 0.204～0.714 μm（見圖 3a）。綠泥石呈片狀發(fā)育，粒間存在狹縫狀納米級孔隙，孔隙大小0.081～0.800 μm（見圖 3b）。石英礦物晶簇孔隙發(fā)育，粒間孔隙呈規(guī)則四邊形分布，孔隙大小0.200～0.800 μm（見圖 3c）。

2）礦物顆粒內(nèi)納米級孔隙。巖石骨架顆粒礦物形成的納米孔主要為石英、長石等礦物溶蝕形成的納米級孔隙。此類孔隙分布較零散，孔隙間不連通或者連通性極差。石英礦物表面溶蝕形成粒內(nèi)孔隙，呈橢球狀、串珠狀分布，孔隙大小 0.042～0.407 μm（見圖 3d）。 長石礦物表面淋濾形成粒內(nèi)溶孔，橢圓形、殘蝕狀分布，孔隙大小 0.352～1.550 μm（見圖 3e）。

3）微裂縫。微裂縫是連接微觀孔隙與宏觀裂縫的橋梁，發(fā)育在致密砂巖中的微裂縫主要有兩種類型，一種發(fā)育在顆粒內(nèi)部，另一種發(fā)育在碎屑顆粒邊緣。該區(qū)微裂縫僅在石英礦物邊緣及表面發(fā)現(xiàn)，石英顆粒邊緣微裂縫發(fā)育在石英礦物顆粒之間鑲嵌而成的微裂縫，鋸齒狀彎曲，長條形分布，縫隙寬度0.135～0.540 μm。石英顆粒內(nèi)微裂縫發(fā)育在礦物顆粒內(nèi)部，呈鋸齒-線狀分布，彎曲度較小，縫隙寬度0.031～0.154 μm （見圖3f）。石英礦物脆性高，易形成微裂縫，當(dāng)微裂縫相互連通形成網(wǎng)絡(luò)后，能有效地改善儲層滲流能力，從而成為致密砂巖微觀尺度上油氣滲流的主要通道。

圖3 超低孔低滲—致密砂巖樣品掃描電鏡

3.2 砂巖納米級孔隙形態(tài)特征

納米級孔隙形態(tài)具有多種性，不同的礦物類型所形成的孔隙形態(tài)特征也不同。實驗結(jié)果顯示，大安油田發(fā)育有網(wǎng)狀（見圖3a）、狹縫狀（見圖3b）、串珠狀（見圖3d）、短縫狀（見圖 4a）、三角狀（見圖 4b）、凹坑近球狀（見圖 4c）、梯形（見圖 4d）、針孔狀（見圖 4e）、長條狀（見圖 4f）、線狀（見圖 4g）、鋸齒狀（見圖 4h）、楔狀-長方形狀（見圖4i）等。納米級孔隙特征多樣，但大多呈獨(dú)立分布，從表面看喉道極少或沒有，優(yōu)化配置關(guān)系、人工改造滲流能力才有助于經(jīng)濟(jì)有效開采[15]。

圖4 納米級孔隙形態(tài)特征

3.3 砂巖納米級孔隙面孔率

面孔率是指在顯微鏡下的巖石可視孔隙度（不含微孔隙），即可視孔隙面積占觀測視域總面積的百分比[16]。本次針對單個礦物表面納米級孔隙進(jìn)行研究，對單礦物表面提出礦物表面面孔率概念，即掃描電鏡下單礦物一個表面上可視孔隙面積占此表面的百分比。

3.3.1 石英礦物表面納米級面孔率

石英礦物顆粒表面納米級孔隙發(fā)育3種情況：發(fā)育良好的面孔率為0.74%（見圖5a），發(fā)育中等面孔率為0.22%（見圖5b），發(fā)育較差面孔率為0.11%（見圖5c）。石英礦物在自然界中比較穩(wěn)定，在巖石中石英表面孔隙極低，多為物理作用形成。由實驗得知：石英礦物表面平均面孔率為0.36%。

3.3.2 長石礦物表面納米級面孔率

長石礦物表面納米級孔隙發(fā)育3種情況：發(fā)育良好的面孔率為2.70%（見圖5d），發(fā)育中等面孔率為1.70%（見圖5e），發(fā)育較差面孔率為1.20%（見圖5f）。自然界中長石礦物表面易形成淋濾溶孔，孔隙較多。由實驗結(jié)果得知：長石礦物表面平均面孔率為1.90%。

4 氮?dú)獾葴匚綄讖椒植嫉挠绊?/h2>

為研究納米級孔隙分布規(guī)律，本次運(yùn)用氮?dú)獾葴匚椒▽χ形⒖卓讖竭M(jìn)行研究。采用體積等效代換原理，對納米級孔隙能夠進(jìn)行準(zhǔn)確的評價[6]，即孔隙中充滿的液氮量等效為孔隙體積。共選取3塊致密樣品，其中：紅75-9-1井（2 130.0 m）孔隙度為3.0%，滲透率為0.02×10-3μm2（見圖 6a）；紅 75-9-1 井（2 161.4 m）孔隙度為 5.2%，滲透率為 0.03×10-3μm2（見圖 6b）；紅 88 井（2 342.5 m）孔隙度為 6.1%，滲透率為 0.05×10-3μm2（見圖6c）。納米級孔徑分布表明，孔滲越低的樣品，納米孔的含量越高；相反，納米孔的含量越少。納米孔含量 與孔滲值呈負(fù)相關(guān)。

圖5 石英、長石礦物表面納米級孔隙

圖6 大安致密砂巖納米級孔徑分布

5 結(jié)論

1）大安油田泉四段扶余油層組主要為特低—超低孔、超低滲—非滲儲層，儲層孔隙結(jié)構(gòu)整體較差，孔喉半徑主要分布在0.025～0.630 μm，致密砂巖發(fā)育。

2）大安油田泉四段扶余油層組特低孔低滲致密砂巖納米級孔隙發(fā)育礦物晶間納米孔隙、顆粒內(nèi)納米孔隙及微裂縫。納米級孔隙形態(tài)特征多樣，但孔隙間連通性差，滲流能力需要后期改造。對單礦物表面面孔率研究得知，石英礦物面孔率平均值為0.36%，長石礦物面孔率平均值為1.90%。

3）孔徑分布檢測得知，納米級孔隙大小分布情況與孔滲關(guān)系呈負(fù)相關(guān)。

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