儲層表征技術及應用進展

趙 習，劉 波，郭榮濤，張單明，李 揚，田澤普

(1.北京大學 地球與空間科學學院，北京 100871； 2.北京大學 石油與天然氣研究中心，北京 100871；3.中國地質大學(北京) 地球科學與資源學院，北京 100083)

儲層表征技術及應用進展

趙 習1,2，劉 波2，郭榮濤1,2，張單明1,2，李 揚3，田澤普1,2

(1.北京大學 地球與空間科學學院，北京 100871； 2.北京大學 石油與天然氣研究中心，北京 100871；3.中國地質大學(北京) 地球科學與資源學院，北京 100083)

近年來，非常規(guī)油氣勘探開發(fā)取得重大突破，大大拓展了儲層研究內(nèi)容，有力推動了儲層研究方法的創(chuàng)新。對儲層孔隙結構和孔滲特征的認識因新技術的應用而拓展，從常規(guī)尺度到納米級孔隙，從低孔低滲到超低滲儲層。文章在介紹和比較孔隙表征的多種方法基礎上，根據(jù)孔隙結構和儲滲特征將儲層分為大—中孔高滲儲層、微孔低滲儲層、納米孔超低滲儲層和復合型孔隙儲層4類，并針對不同類型的儲層探討了各個表征方法的優(yōu)缺點和有效范圍，提出了適用于不同類型儲層的表征方法組合，針對復合型孔隙儲層提出了分區(qū)—分層表征技術。此外，文章還探討了這些表征技術在孔隙成因、孔隙內(nèi)壁表面結構、充填物特征等研究方面的應用，將儲層表征技術從儲層品質研究延伸到成因研究，為更加全面綜合認識和評價儲層提供參考。

表征技術；孔滲特征；孔隙結構；成因特征；儲層分類

儲層是因發(fā)育孔隙空間而具有流體儲集和流動能力的巖體。儲層作為油氣賦存的重要載體，尋找和定位儲層是油氣勘探開發(fā)的唯一目的?？紫犊臻g的數(shù)量和結構特征決定了特定流體在儲層中的儲集能力和流動能力?？紫犊臻g的大小和數(shù)量表示為孔隙度；孔隙空間的結構關系表現(xiàn)為孔隙和喉道的幾何形狀、分布、相互連通情況[1]，即滲透率。因此，認識和表征孔隙有定性和定量2個途徑，相應的有不同方法。

近年來，隨著頁巖氣勘探開發(fā)的興起，儲層的研究范圍得到了很大拓展。頁巖儲層以納米孔為主體，具有特殊的孔隙結構[2]。不同于常規(guī)儲層，頁巖儲層中的孤立孔也可能成為有效儲集空間。這些非常規(guī)儲層特殊性的認識對表征技術的精度和探測方式提出了更高的要求。許多學者對非常規(guī)儲層的表征技術做了研究[3-7]，主要集中在非常規(guī)儲層表征技術的總結和探討上。本文在前人研究的基礎上，結合常規(guī)儲層的研究方法，針對各種類型儲層進行表征方法的討論，以期提出相對完善的儲層表征方法體系。

目前有十余種技術用于孔隙表征，其表征內(nèi)容和精度范圍各不相同(圖1)。單一的技術方法難以全面認識復雜儲層的物性特征，因此，必須在儲層分類基礎上采取擇優(yōu)組合的方式配套應用有關技術方法，才能對復雜儲層進行科學的成因分析和精確的特性評價。本文根據(jù)孔隙大小和滲透率將儲層分為大—中孔高滲儲層、微孔低滲儲層、納米孔超低滲儲層和復合型孔隙儲層4類。在綜合分析各種表征方法的精度、測量范圍、空間分辨率、可操作性、成本等因素的基礎上，提出了針對不同類型儲層較為優(yōu)化的研究評價方案。同時，從孔隙成因角度總結了適用于孔隙成因類型、孔隙內(nèi)部充填物、孔隙內(nèi)壁表面結構等特征分析的表征方法。

1 孔隙表征技術

儲層孔隙的表征技術可分為定性表征和定量表征2大類，2類方法的綜合應用，為孔隙的研究提供重要的參考和依據(jù)(表1)。

1.1 定性表征技術

定性表征技術主要包括光學顯微鏡法、掃描電子顯微鏡法、環(huán)境掃描電鏡法、透射電子顯微鏡法、原子力顯微鏡法和激光掃描共焦顯微鏡法。光學顯微鏡主要通過對鑄體薄片的觀察，獲取面孔率、孔隙、喉道及孔喉配位數(shù)等信息[8]。掃描電鏡(SEM)不僅可以定性還可以定量表征儲層孔隙結構，魏廣振等[9]利用掃描電子顯微鏡定量獲得面孔率數(shù)據(jù)，建立該數(shù)據(jù)與滲透率/孔隙度比值之間的關系，進而可以定量計算巖石孔喉平均半徑。環(huán)境掃描電鏡(ESEM)可以觀察不導電的樣品，分辨率比常規(guī)掃描電鏡高，同時還可觀察含水、含油的樣品，對樣品處理的要求較低[10]。透射電鏡(TEM)分辨率高于掃描電鏡[11-12]，但TEM實驗中，樣品的密度、厚度等都會影響到最后的成像質量，因此必須制備超薄切片，對于巖石薄片來說，厚度一般為50～500 nm[13]。原子力顯微鏡(AFM)在石油工業(yè)領域的應用較少[14-15]，其雖然能突破掃描電鏡的分辨率極限，但孔隙圖像不如SEM圖像形象、直觀。

激光掃描共聚焦顯微鏡的分辨率為0.1 μm，它可以對樣品進行分層掃描，將掃描得到的圖像疊加從而構成樣品的三維圖像?？梢詫悠愤M行立體結構分析，同時直觀地觀察儲層內(nèi)部孔隙的空間關系[16]。孫先達等[17]在激光掃描的基礎上，利用三維重建技術重建微孔隙的結構，發(fā)現(xiàn)火山巖儲層中的微孔隙多數(shù)可以連通，并且局部微孔隙的孔隙度可達 30%。CT掃描技術分為常規(guī)CT掃描、高分辨率CT掃描、微米CT掃描和納米CT掃描，其分辨率逐漸升高[18]。常規(guī)CT掃描和高分辨率CT掃描目前主要用于常規(guī)儲層孔隙的表征，微米CT掃描和納米CT掃描主要用于非常規(guī)儲層孔隙的表征。

圖1 孔隙表征技術的測量精度范圍

表1 儲層孔隙表征技術綜合對比

Table 1 Comprehensive comparisons of reservoir characterization techniques

表征方法測量精度應用制樣要求測試優(yōu)點測試缺點定性表征定量表征顯微鏡技術CT掃描壓汞氣體吸附壓汞—比表面積聯(lián)合分析液體飽和法核磁共振小角散射光學顯微鏡普通掃描電鏡場發(fā)射掃描電鏡環(huán)境掃描電鏡透射電鏡原子力顯微鏡宏觀CT微米CT納米CT常規(guī)壓汞恒速壓汞氮氣吸附二氧化碳吸附X射線小角散射中子小角散射>0.3μm>6nm>1nm>1nm>0.1nm>0.1nm>0.6mm>1μm>50nm10nm～400μm2nm～1μm2～200nm0.35～2nmnm～μm8nm～80μm1nm～20μm 孔隙大小、連通性分析 孔隙形貌、孔喉大小、成分分析 孔隙形貌、孔喉大小、成分分析、原油賦存狀態(tài) 孔隙形貌、孔喉大小 孔隙形貌、孔喉大小 孔隙形貌、孔喉大小、孔隙連通性、孔隙三維空間分布 孔隙度、孔喉配置、孔隙半徑大小 比表面積、孔徑分布 孔徑分布 孔隙度、滲透率 孔徑分布、孔隙度、滲透率 孔徑分布 孔徑分布、氣體吸附情況 厚度為0.03mm的薄片 φ20mm×10mm的塊狀樣品,表面鍍導電膜 表面無需鍍導電膜 厚度為50～500nm的薄片 φ20mm×10mm的塊狀樣品 直徑2cm的柱塞 毫米級尺度柱塞 微米級尺度巖樣 厘米級、毫米級尺度巖樣 毫米級尺度巖樣 微米級尺度巖樣 毫米級尺度巖樣 厘米級尺度巖樣 厘米級尺度巖樣 60～80目粉末樣 直徑約0.8mm的巖石顆粒 圖像直觀,費用低廉 分辨率較高,可觀察孔隙表面形貌 可在自然狀態(tài)下觀察樣品,可觀察不導電樣品 分辨率高,可對納米級孔隙成像 分辨率高,可對納米級孔隙成像 對巖心無損傷,測試速度快 方便快捷,費用低廉 分別給出喉道和孔隙各自的發(fā)育情況 制樣簡單,可較準確地測量納米級孔隙 可對非常規(guī)致密儲層進行較準確的表征 無需預處理、操作簡便 無損、結果相對準確 測試快速準確,可測試孤立孔 分辨率較低 要求樣品必須具有導電性 實驗條件要求高,制樣復雜 成像范圍小,直觀性較差 測試方法復雜,費用較高 無法測試孤立孔 實驗時間長 測量的孔徑范圍小 測量過程中礦物可能發(fā)生溶解,導致結果不準確飽和度受分子直徑制約、各個參數(shù)對結果影響較大 X射線穿透性比中子弱受中子源制約

1.2 定量表征技術

定量表征技術主要包括流體注入法、氣體吸附法、核磁共振法和X射線小角散射法等。

流體注入法包括壓汞法和液體飽和法，壓汞法可分為常規(guī)壓汞法和恒速壓汞法。常規(guī)壓汞法無法得到喉道的數(shù)量分布，對于后期成巖作用比較強、次生孔隙發(fā)育的孔隙結構來說就會有較大的誤差。利用恒速壓汞得到的喉道、孔隙等信息能較好地反映油氣藏內(nèi)流體滲流過程中動態(tài)的孔、喉特征，對于孔、喉性質差別很大的低滲透儲層尤其適用。液體飽和法選用巖心柱塞樣，將酒精或煤油等流體注入已知尺寸和質量的巖心中，結合浮力公式計算出樣品的孔隙度，液體飽和法只能得到孔隙度和滲透率數(shù)據(jù)，不能分析樣品的孔徑分布[19-21]。

氣體吸附法主要應用于非常規(guī)油氣儲層的納米級孔隙表征。其中，N2吸附法常運用BET模型作為比表面測試的計算方法[22]，測量范圍約為1～200 nm，但通常認為N2吸附法在測量100 nm以上的孔隙時不夠準確[23]；CO2吸附法微孔的表面積是利用D-R方程求得的，可以測量大于0.35 nm的孔隙[24]。

核磁共振測量近年來在非常規(guī)儲層孔隙結構研究中的應用越來越廣泛，運華云等[25]等通過對比巖心的核磁共振T2分布與壓汞法得到的孔喉半徑之間的關系，發(fā)現(xiàn)二者具有良好的相關性；周科平等[26]對花崗巖進行的核磁共振成像分析，圖像的亮度反映了樣品中含水量的多少，因此巖樣內(nèi)部的孔隙大小以及分布情況也可通過核磁共振成像反映出來。

小角散射法近年來逐漸被應用于頁巖孔隙測試，小角散射法包括X射線小角散射(SAXS)和中子小角散射(SANS)[27]，分別利用X射線與中子射線獲得樣品微觀信息，其中SAXS可在10 s內(nèi)完成單個樣品的測試，并可測試孤立孔[28]。SAXS和SANS能夠測定頁巖中1 nm～20 μm的孔隙[27]，并且可用于CO2和CH4等氣體在微孔隙中的吸附情況[29-32]。

2 表征技術在儲層評價中的應用

從上文可見，不同的孔隙表征方法適用于不同類型的儲層。實際研究工作中，針對孔隙結構復雜、類型多樣的復合型儲層需要多種方法配套使用才能有效表征儲層特性。

儲層的分類方案多種多樣，本文針對孔隙的孔徑大小和滲透率對儲層進行分類。儲層內(nèi)部主要孔隙的孔徑大小對儀器的分辨率和精度的要求不同，而滲透率在一定程度上反映了孔隙結構和孔隙的連通性，對測量方法也有不同的要求，結合這2個參數(shù)對儲層進行分類，可以綜合反映儲層孔隙的大小和孔—喉結構。

分類方案選取Loucks[33]在2011年提出的孔徑大小分類方案和中國石油儲層分類評價標準中的滲透率標準。Loucks將孔隙分為大孔(>4 mm)、中孔(62.5 μm～4 mm)、微孔(1～62.5 μm)、納米孔(1 nm～1 μm)和埃米孔(<1 nm)5類，滲透率標準則采用大于100×10-3μm2、(1～100)×10-3μm2和小于1×10-3μm2分別表示高滲透率、低滲透率和超低滲透率。根據(jù)該分類方法將儲層分為大—中孔高滲儲層、微孔低滲儲層、納米孔超低滲儲層，上述3種類型的儲層主體孔隙大小相對均一，將其歸為單一型儲層。而復合孔隙型儲層的孔隙直徑可能三者兼有或主要為其中2類，滲透率可能為高滲也可能為低滲，針對其特殊性，總結出一種分區(qū)—分層儲層表征技術，對該類儲層進行系統(tǒng)表征。下文針對不同類型的儲層分別討論其儲層表征適用方法。

2.1 單一孔隙型儲層

單一孔隙型儲層的主體孔隙大小集中在一個范圍內(nèi)，孔隙大小相對于復合孔隙型儲層更均一些，通常砂巖儲層、頁巖儲層的孔隙可以達到上述標準。

2.1.1 大—中孔高滲儲層

大—中孔高滲儲層孔隙直徑主體在62.5 μm以上，滲透率大于100×10-3μm2，此類儲層具有孔隙大、孔隙度高、滲透率高的特點。該儲層孔隙連通性好，孔隙直徑大，在表征孔隙時，應用常規(guī)的方法即可將儲層的孔隙進行較為準確的表征。主要方法為應用鑄體薄片法、壓汞法從定性和定量二方面表征孔隙大小、孔徑分布、孔隙類型以及儲層滲透率。

2.1.2 微孔低滲儲層

微孔低滲儲層孔隙直徑主體在1～62.5 μm范圍內(nèi)，滲透率主體在(1～100)×10-3μm2范圍內(nèi)，此類儲層具有孔隙較小、滲透率較低的特點。該儲層孔隙直徑較小，孔隙之間連通性較差，儲層的非均質性較強，儲層之中往往存在許多孤立孔，一般的方法難以達到測定孤立孔隙的目的。因此針對該類儲層，首先需要提高孔隙測定的精度，提高對孔隙形態(tài)進行定性觀察時圖像的分辨率，其次要考慮測試能否表征出孤立孔。

該類儲層孔隙主體為微米孔，適用于該類儲層的定性觀察儀器主要有掃描電鏡、激光掃描共聚焦顯微鏡，通過定性觀察可確定儲層孔隙類型、分布情況以及孔隙連通性，其中掃描電鏡應用最為廣泛，圖像直觀性較好，在此種類型儲層的表征中優(yōu)于透射電鏡和原子力顯微鏡。定量表征主要采用恒速壓汞法，可以表征出低滲儲層喉道和孔隙的發(fā)育情況，此外，孤立孔可應用X射線小角散射法進行定量研究；空間上可采用微米CT掃描觀察儲層樣品孔隙的空間分布情況。

2.1.3 納米孔超低滲儲層

納米孔超低滲儲層孔隙直徑主體為納米級孔隙，此類儲層具有孔隙極小、滲透率超低的特點，主要為非常規(guī)頁巖氣、致密油儲層。該類儲層在定性觀察時對電鏡的分辨率要求較高，傳統(tǒng)的掃描電鏡不能很好地觀察納米級孔隙，利用分辨率較高的場發(fā)射電子顯微鏡(FE-SEM)結合氬離子拋光技術[34-36]，可以較好地觀察納米級孔隙。除此之外，透射電鏡和原子力顯微鏡可以達到更高的精度，觀察到更小尺度的孔隙，因此可以結合這2種方法，對納米孔超低滲儲層的孔隙進行定性分析[14]。

定量分析方面，可以將壓汞法和氣體吸附法相結合，分別測定不同精度范圍的孔隙。田華等[37]表征泥頁巖孔隙時，將壓汞法、氮氣吸附法和二氧化碳吸附法聯(lián)合起來使用，可以準確、全面地分析孔隙。Clarkson等[38]利用氣體吸附法研究北美頁巖時也認為，利用氮氣吸附法測試2～300 nm的孔隙，利用二氧化碳吸附法測試小于2 nm的孔隙，可以較好地表征頁巖的納米級孔隙。另外，張騰等[7]通過研究龍馬溪組頁巖總結出了不同區(qū)段適用的表征方法：小于50 nm適用氮氣吸附法；介于50～200 nm之間使用核磁共振法；介于200～30 000 nm之間綜合使用核磁共振法和高壓壓汞法；大于30 000 nm使用核磁共振法。運用該組合測出的數(shù)據(jù)能夠較準確地表征泥頁巖孔隙孔徑分布。

針對上述3類儲層，總結出不同的表征方法組合(表2)，能夠較為直觀地反映不同類型儲層適用的孔隙表征方法。

2.2 復合孔隙型儲層

對于大多數(shù)儲層尤其是碳酸鹽巖儲層來說，儲層的非均質性非常強，儲層中既有大的溶蝕孔，也有小的微納米孔隙。微納米孔隙往往對致密油凝析氣儲層有著很大的貢獻，因此，研究該類儲層需要用一套較為完善合理的方法，按照一定的表征順序進行孔隙結構的研究。

表2 單一孔隙型儲層適用的孔隙表征方法

圖2 復合型孔隙表征流程

通過對前人研究的總結，認為在研究該類儲層時應遵循從宏觀到微觀、從大中孔到微納孔的順序對孔隙進行表征，將該種表征方法稱為分區(qū)—分層表征技術。根據(jù)孔隙的尺度，將樣品的孔隙進行分區(qū)：大—中孔為A區(qū)；微—納孔為B區(qū)(圖2)。

首先對樣品進行鑄體薄片的觀察，對樣品主孔隙大小和面孔率有一個整體認識，同時通過壓汞法、流體飽和法對樣品的孔隙度進行定量測量，運用微米CT法對樣品進行掃描，得到微孔隙分布的三維重構圖，在該精度下可表征微米—毫米級的A區(qū)孔隙，即大—中孔。接下來對樣品進行B區(qū)孔隙，即微納米孔隙的表征。運用掃描電鏡、環(huán)境掃描電鏡、場發(fā)射掃描電鏡等對樣品微納米孔形貌進行觀察，如果需要研究更小的孔隙，還可用分辨率更高的透射電鏡、原子力顯微鏡等方式進行納米孔形貌的觀察。定量表征則選擇核磁共振法、氣體吸附法、X射線小角散射法等對孔隙空間進行測量；另外，納米CT法在用來分析孔喉數(shù)量及連通性方面也有很好的效果(圖2)。按照上述順序對復合型孔隙儲層進行表征，可對儲層不同尺度的孔隙進行較為全面的表征，定性方面可以識別不同尺度孔隙的形態(tài)，定量方面可測得不同尺度孔隙的數(shù)量，能夠得到更加準確的孔隙度和滲透率數(shù)據(jù)。

3 表征技術在儲層成因研究中的應用

在對儲層孔隙進行研究的過程中，不僅關注孔隙大小和孔隙的連通性，還應關注孔隙的成因、類型、發(fā)育過程等信息，以便為巖石特征、成巖過程、儲層特性、含油性、油氣運移等研究提供更多可靠證據(jù)。因此，在研究孔隙的這些特性時，需要運用不同的表征方法，以達到研究孔隙表面、切面、孔隙內(nèi)部充填礦物特征。

3.1 儲層孔隙成因類型研究

Choquette和Pray[39]基于對碳酸鹽巖沉積學、成巖作用及孔隙研究成果，對碳酸鹽巖孔隙進行系統(tǒng)分類。Schmidt[40]將碎屑巖的孔隙類型分為5類：粒間孔隙、特大溶孔、鑄模孔隙、組分內(nèi)孔隙和裂縫?？紫兜某梢蝾愋涂赏ㄟ^孔隙的屬性，如大小、形狀、與某種特殊組構的相對位置來確定，需要用到的技術手段主要為顯微分析技術，其中最常用的是光學顯微鏡和掃描電鏡技術。

光學顯微鏡下可從切面分辨出孔隙的產(chǎn)狀，孔—巖組構關系，從而判定孔隙的成因類型。如識別粒間孔，即鮞粒、砂屑等顆粒之間的孔隙(圖3a)，晶間孔則為方解石、白云石晶體之間的孔隙(圖3b)，溶蝕孔則是溶解作用形成的孔隙，邊界不規(guī)則，多呈港灣狀，常切割顆粒或其他次生組分(圖3c)。因此根據(jù)不同成因類型孔隙的特征屬性，在光學顯微鏡下可將其進行區(qū)分辨別。

掃描電鏡下可觀察孔隙的立體結構，主要指孔隙周圍和內(nèi)壁的巖石礦物形態(tài)，有助于識別孔隙的成因類型和形成機理。從圖4a掃描電鏡照片中可見清晰的白云石顆粒，顆粒堆積時形成的支撐格架未被完全充填形成了豐富的粒間孔；圖4b中可見白云石的晶間孔，孔隙內(nèi)部邊緣呈棱角狀；溶蝕孔內(nèi)部則相對平滑，圖4c孔隙內(nèi)壁上部還保留著溶蝕的痕跡，下部發(fā)育自形白云石，說明早期發(fā)生溶蝕作用，后期發(fā)生白云石充填。掃描電鏡、環(huán)境掃描電鏡均可達到觀察孔隙內(nèi)壁結構的目的，其中掃描電鏡應用最為廣泛，通過觀察巖樣的新鮮斷面，觀察孔隙內(nèi)壁形態(tài)，其圖像直觀清晰，分辨率較高。

3.2 儲層孔隙充填物研究

除此之外，在偏光顯微鏡下還可觀察孔隙的內(nèi)部充填礦物的特征，從而判斷孔隙空間的充填、保存情況。例如在碳酸鹽巖中，經(jīng)歷多期成巖作用，孔隙可能經(jīng)歷了溶蝕—膠結等過程，在薄片下可通過礦物產(chǎn)狀進行辨別，從而確定孔隙演化過程(圖5)。在研究孔隙內(nèi)部油氣的賦存情況時，采用熒光顯微鏡進行觀察，判斷孔隙中是否含油。另外，環(huán)境掃描電鏡可對巖樣原始狀態(tài)下的孔隙結構及油氣賦存狀態(tài)進行觀察，結合能譜分析，可以驗證孔隙中賦存流體的性質[4]。在研究致密儲層孔隙的含油狀況時，采用激光掃描共聚焦顯微鏡，可以對樣品進行分層掃描，將掃描得到的圖像疊加從而構成樣品的三維圖像，同時也可得到三維孔隙中的含油情況[41]。研究其充填物的目的在于：一方面可以揭示儲層的演化史，對認識儲層最終的成因，特別是次生孔隙意義重大；另一方面可以了解儲層的油氣賦存狀況，對于評價儲層的含油性有重要意義。

圖3 光學顯微鏡下的3種成因類型孔隙

圖4 掃描電鏡下的3種成因類型孔隙

圖5 柴達木盆地西部地區(qū)西岔溝剖面藻灰?guī)r顯微鏡下溶蝕孔a.單偏光；b.正交偏光，可看出該孔隙經(jīng)歷了溶蝕—膠結充填等過程

4 結論

(1)隨著非常規(guī)油氣的發(fā)展，儲層孔隙表征技術得到了很大發(fā)展，在顯微技術方面，分辨率有顯著提高，原子力顯微鏡、透射電鏡等方法可觀察孔徑為0.1 nm的孔隙。定量表征的發(fā)展在于運用氣體吸附、核磁共振等方法對致密儲層的孔隙進行測量，孤立孔也可用X射線小角散射法測出，分辨率和精確度得到了很大提高。

(2)針對儲層巖石的孔隙大小和滲透率的差異對儲層進行分類，將儲層分為單一孔隙型儲層和復合孔隙型儲層2類。針對不同類型的單一孔隙型儲層，提出了適用于該類儲層的孔隙表征方法組合；針對復合孔隙型儲層，提出了能夠全面表征孔隙的流程，有助于設計較為優(yōu)化的孔隙評價方案。

(3)針對孔隙成因特征，光學顯微鏡和掃描電鏡可通過觀察孔隙的大小、形狀、與某種特殊組構的相對位置來確定孔隙的成因類型，普通光學顯微鏡、熒光顯微鏡、環(huán)境掃描電鏡、激光掃描共聚焦顯微鏡則可觀察孔隙內(nèi)充填物，能夠為成巖過程、儲層演化、含油性、油氣運移等提供更多可靠證據(jù)。

[1] 陳杰,周改英,趙喜亮,等.儲層巖石孔隙結構特征研究方法綜述[J].特種油氣藏,2005,12(4):11-14.

Chen Jie,Zhou Gaiying,Zhao Xiliang,et al.Overview of study methods of reservoir rock pore structure[J].Special Oil and Gas Reservoir,2005,12(4):11-14.

[2] 鄒才能,陶士振,楊智,等.中國非常規(guī)油氣勘探與研究新進展[J].礦物巖石地球化學通報,2012,31(4):312-322.

Zou Caineng,Tao Shizhen,Yang Zhi,et al.New advance in unconventional petroleum exploration and research in China[J].Bulletin of Mineralogy,Petrology and Geochemistry,2012,31(4):312-322.

[3] 于炳松.頁巖氣儲層孔隙分類與表征[J].地學前緣,2013,20(4):211-220.

Yu Bingsong.Classification and characterization of gas shale pore system[J].Earth Science Frontiers,2013,20(4):211-220.

[4] 蔣裕強,陳林,蔣嬋,等.致密儲層孔隙結構表征技術及發(fā)展趨勢[J].地質科技情報,2014,33(3):63-70.

Jiang Yuqiang,Chen Lin,Jiang Chan,et al.Characterization techniques and trends of the pore structure of tight reservoirs[J].Geological Science and Technology Information,2014,33(3):63-70.

[5] 白斌,朱如凱,吳松濤,等.非常規(guī)油氣致密儲層微觀孔喉結構表征新技術及意義[J].中國石油勘探,2014,19(3):78-86.

Bai Bin,Zhu Rukai,Wu Songtao,et al.New micro-throat structural characterization techniques for unconventional tight hydrocarbon reservoir[J].China Petroleum Exploration,2014,19(3):78-86.

[6] 崔景偉,鄒才能,朱如凱,等.頁巖孔隙研究新進展[J].地球科學進展,2012,27(12):1319-1325.

Cui Jingwei,Zou Caineng,Zhu Rukai,et al.New advances in shale porosity research[J].Advances in Earth Science,2012,27(12):1319-1325.

[7] 張騰,張烈輝,唐洪明,等.頁巖孔隙整合化表征方法:以四川盆地下志留統(tǒng)龍馬溪組為例[J].天然氣工業(yè),2015,35(12):19-26.

Zhang Teng,Zhang Liehui,Tang Hongming,et al.An integrated shale pore characterization method:A case study of the Lower Silurian Longmaxi Formation in the Sichuan Basin[J].Natural Gas Industry,2015,35(12):19-26.

[8] 方小洪.儲層參數(shù)平面上的預測和空間展布[D].成都:成都理工大學,2006.

Fang Xiaohong.Reservoir parameter forecast in the plane and mop in the space[D].Chengdu:Chengdu University of Technology,2006.

[9] 魏廣振.巖石孔喉平均半徑SEM測定法[J].分析儀器,2011(2):51-53.

Wei Guangzhen.A method for measuring mean radius of pore throat of rocks by scanning electron microscops[J].Analytical Instrumentation,2011(2):51-53.

[10] 趙永剛,趙明華,趙永鵬,等.一種分析碳酸鹽巖孔隙系統(tǒng)數(shù)字圖像的新方法[J].天然氣工業(yè),2006,26(12):75-78.

Zhao Yonggang,Zhao Minghua,Zhao Yongpeng,et al.A new approach of analyzing digital image of pore system of carbonate rocks[J].Natural Gas Industry,2006,26(12):75-78.

[11] Németh P,Tribaudino M,Bruno E,et al.TEM investigation of Ca-rich plagioclase:Structural β uctuations related to the I1-P1 phase transition[J].American Mineralogist,2007,92(7):1080-1086.

[12] Fisher Q J,Cliff R A,Dodson M H.U-Pb systematics of an Upper Carboniferous black shale from south Yorkshire,UK[J].Chemical Geology,2003,194(4):331-347.

[13] Mayer J,Giannuzzi L A,Kamino T,et al.TEM sample preparation and FIB-induced damage[J].MRS Bulletin,2007,32(5):400-407.

[14] Javadpour F,Farshi M M,Amrein M.Atomic-force microscopy:A new tool for gas-shale characterization[J].Journal of Canadian Petroleum Technology,2012,51(4):236-243.

[15] 白永強,李娜,楊旭,等.基于原子力顯微鏡表征的含油儲層微觀孔隙結構分析及應用[J].東北石油大學學報,2013,37(1):45-50.

Bai Yongqiang,Li Na,Yang Xu,et al.Analysis and applications of microscopic pore structure characterization of oil reservoir by atomic force microscopy[J].Journal of Northeast Petroleum University,2013,37(1):45-50.

[16] 應鳳祥,楊式升,張敏,等.激光掃描共聚焦顯微鏡研究儲層孔隙結構[J].沉積學報,2002,20(1):75-79.

Ying Fengxiang,Yang Shisheng,Zhang Min,et al.Application of laser scanning confocal microscope to the measurement of pore texture in reservoirs[J].Acta Sedimentologica Sinica,2002,20(1):75-79.

[17] 孫先達,李宜強,戴琦雯.激光掃描共聚焦顯微鏡在微孔隙研究中的應用[J].電子顯微學報,2014(2):123-128.

Sun Xianda,Li Yiqiang,Dai Qiwen.Laser scanning confocal microscope in micropores study[J].Journal of Chinese Electron Microscopy Society,2014(2):123-128.

[18] Ketcham R A,Carlson W D.Acquisition,optimization and interpretation of X-ray computed tomographic imagery:Applications to the geosciences[J].Computers & Geosciences,2001,27(4):381-400.

[19] 薛清太.高壓飽和法在低孔低滲儲層孔隙度測試中的應用[J].內(nèi)蒙古石油化工,2011,37(8):289-290.

Xue Qingtai.Application of high pressure saturation method in porosity test of low porosity and low permeability reservoir[J].Inner Mongulia Petrochemical Industry,2011,37(8):289-290.

[20] 李桂梅.液體飽和法巖心孔隙度測量不確定度評定[J].計量與測試技術,2012,39(4):83-84.

Li Guimei.The assessment of measuring the porosity of core using fluid saturation method[J].Metrology & Measurement Technique,2012,39(4):83-84.

[21] 李新,劉鵬,羅燕穎,等.頁巖氣儲層巖心孔隙度測量影響因素分析[J].地球物理學進展,2015,30(5):2181-2187.

Li Xin,Liu Peng,Luo Yanying,et al.Analysis of influencing factors on porosity measurement of shale gas reservoir core[J].Progress in Geophysics,2015,30(5):2181-2187.

[22] Zhu Xiaojun,Cai Jingong,Xu Xingyou,et al.Discussion on the method for determining BET specific surface area in argillaceous source rocks[J].Marine and Petroleum Geology,2013,48:124-129.

[23] 曹庚振,王林,張艷惠,等.氮氣物理吸附法和壓汞法表征FCC催化劑孔徑分布研究[J].煉油與化工,2015(1):9-12.

Cao Gengzhen,Wang Lin,Zhang Yanhui,et al.Research on nitrogen physical adsorption method and mercury intrusion method used for characterization of FCC catalyst pore size distribution[J].Refining and Chemical Industry,2015(1):9-12.

[24] Clarkson C R,Bustin R M.Variation in micropore capacity and size distribution with composition in bituminous coal of the Western Canadian Sedimentary Basin:Implications for coalbed methane potential[J].Fuel,1996,75(13):1483-1498.

[25] 運華云,趙文杰,劉兵開,等.利用T2分布進行巖石孔隙結構研究[J].測井技術,2002,26(1):18-21.

Yun Huayun,Zhao Wenjie,Liu Bingkai,et al.Researching rock pore structure with T2distribution[J].Well Logging Techno-logy,2002,26(1):18-21.

[26] 周科平,李杰林,許玉娟,等.基于核磁共振技術的巖石孔隙結構特征測定[J].中南大學學報(自然科學版),2012,43(12):4796-4800.

Zhou Keping,Li Jielin,Xu Yujuan,et al.Measurement of rock pore structure based on NMR technology[J].Journal of Central South University (Science and Technology),2012,43(12):4796-4800.

[27] Radlinski A P,Mastalerz M,Hinde A L,et al.Application of SAXS and SANS in evaluation of porosity,pore size distribution and surface area of coal[J].International Journal of Coal Geo-logy,2004,59(3/4):245-271.

[28] 田華,張水昌,柳少波,等.X射線小角散射法研究頁巖成熟演化過程中孔隙特征[J].石油實驗地質,2016,38(1):135-140.

Tian Hua,Zhang Shuichang,Liu Shaobo,et al.Evolution of pores in shale during thermal maturation using small angle X-ray scattering (SAXS)[J].Petroleum Geology & Experiment,2016,38(1):135-140.

[29] Radlinski A P.Small-angle neutron scattering and the microstructure of rocks[J].Reviews in Mineralogy and Geochemistry,2006,63(1):363-397.

[30] Melnichenko Y B,Radlinski A P,Mastalerz M,et al.Characterization of the CO2fluid adsorption in coal as a function of pressure using neutron scattering techniques (SANS and USANS)[J].International Journal of Coal Geology,2009,77(1/2):69-79.

[31] Mares T E,Radliński A P,Moore T A,et al.Assessing the potential for CO2adsorption in a subbituminous coal,Huntly Coalfield,New Zealand,using small angle scattering techniques[J].International Journal of Coal Geology,2009,77(1/2):54-68.

[32] Bahadur J,Melnichenko Y B,Mastalerz M,et al.Hierarchical pore morphology of Cretaceous shale:A small-angle neutron scattering and ultrasmall-angle neutron scattering study[J].Energy & Fuels,2014,28(10):6336-6344.

[33] Loucks R G,Reed R M,Ruppel S C,et al.Spectrum of pore types and networks in mudrocks and a descriptive classification for matrix-related mudrock pores[J].AAPG Bulletin,2012,96(6):1071-1098.

[34] Ross D J K,Bustin R M.The importance of shale composition and pore structure upon gas storage potential of shale gas reservoirs[J].Marine and Petroleum Geology,2009,26(6):916-927.

[35] Slatt R M,O'Brien N R.Pore types in the Barnett and Woodford gas shales:Contribution to understanding gas storage and migration pathways in fine-grained rocks[J].AAPG Bulletin,2011,95(12):2017-2030.

[36] 焦淑靜,韓輝,翁慶萍,等.頁巖孔隙結構掃描電鏡分析方法研究[J].電子顯微學報,2012,31(5):432-436.

Jiao Shujing,Han Hui,Weng Qingping,et al.Scanning electron microscope analysis of porosity in shale[J].Journal of Chinese Electron Microscopy Society,2012,31(5):432-436.

[37] 田華,張水昌,柳少波,等.壓汞法和氣體吸附法研究富有機質頁巖孔隙特征[J].石油學報,2012,33(3):419-427.

Tian Hua,Zhang Shuichang,Liu Shaobo,et al.Determination of organic-rich shale pore features by mercury injection and gas adsorption methods[J].Acta Petrolei Sinica,2012,33(3):419-427.

[38] Clarkson C R,Solano N,Bustin R M,et al.Pore structure characterization of north American shale gas reservoirs using USANS/SANS,gas adsorption,and mercury intrusion[J].Fuel,2013,103:606-616.

[39] Choquette P W,Pray L C.Geologic nomenclature and classification of porosity in sedimentary carbonates[J].AAPG Bulletin,1970,54(2):207-250.

[40] Schmidt V,Mcdonald D A.Texture and recognition of secondary porosity in sandstones[J].Special Publications,1979,26:209-225.

[41] 孫先達,索麗敏,張民志,等.激光共聚焦掃描顯微檢測技術在大慶探區(qū)儲層分析研究中的新進展[J].巖石學報,2005,21(5):1479-1488.

Sun Xianda,Suo Limin,Zhang Minzhi,et al.New progress of reservoir research by the technology of Laser confocal scanning microscope analysis in the Daqing exploration area[J].Acta Petrologica Sinica,2005,21(5):1479-1488.

(編輯 徐文明)

Reservoir characterization and its application to development

Zhao Xi1,2, Liu Bo2, Guo Rongtao1,2, Zhang Shanming1,2, Li Yang3, Tian Zepu1,2

(1.SchoolofEarthandSpaceSciences,PekingUniversity,Beijing100871,China;2.InstituteofOilandGas,PekingUniversity,Beijing100871,China;3.SchoolofEarthSciencesandResources,ChinaUniversityofGeosciences,Beijing100083,China)

Recently, the exploration and development of unconventional oil and gas resources have obtained a great breakthrough, which expanded research and promoted the technique innovation of reservoir study. Consequently, from conventional-scale to nano-scale pores, low to extra-low porosity and permeability, the understanding of reservoir pore structure, porosity and permeability continues to deepen. Various reservoir characterizations were introduced and compared. On the basis of pore structure and porosity-permeability characteristics, reservoirs were classified into four kinds: macro to medium-pore and high permeability reservoirs, micro-pore and low permeability reservoirs, nano-pore and ultra-low permeability reservoirs, and compound pore reservoirs. The advantages, disadvantages and applications of each characterization method were discussed, and some combined methods applicable to different types of reservoirs were also presented. A divisional-layered characterization technique was put forward to deal with compound pore reservoirs. In addition, the application in pore genesis, filling material, and surface structure of internal walls of pore were discussed. Thus, the research on reservoir extended from the structure level to the genesis level, providing references for more comprehensive understanding.

characterization technique; porosity and permeability characteristics; pore structure; genetic feature; reservoir classification

2016-06-20；

2017-02-22。

趙習(1991—)，女，碩士研究生，地質學專業(yè)，從事儲層地質學研究。E-mail：zhaoxi0207@pku.edu.cn。

劉波(1965—)，男，研究員，博士生導師，從事碳酸鹽巖教學與科研。E-mail：bobliu@pku.edu.cn。

國家自然科學基金項目(41272137, 41572117)資助。

1001-6112(2017)02-0287-08

10.11781/sysydz201702287

TE122.2

A