鄂爾多斯盆地白豹油田致密砂巖儲層孔喉結構及NMR分形特征

郝 棟，楊 晨，劉曉東，王 亮

(中國石油長慶油田分公司 第七采油廠，陜西 西安 710000)

引 言

致密砂巖油氣儲層的孔喉結構特征對油氣的富集及流體的滲流具有重要的影響，是致密砂巖儲層研究的熱點內(nèi)容[1-3]。目前針對致密砂巖儲層孔喉結構的研究方法多樣，以鑄體薄片、掃描電鏡等為主的圖像分析法可以清晰直觀地看到孔喉大小及形態(tài)，但受限于取樣范圍小，圖像法并不能全面反映整個巖樣的孔喉分布特征，且對孔喉大小及分布的定量化能力較為有限[3]。納米CT掃描技術與數(shù)字巖心結合能夠重構三維孔喉特征，但價格較為昂貴[2,4]。高壓壓汞法、恒速壓汞法、氮氣吸附等注入方法[5-6]可以定量表征儲層孔喉結構，但受控于注入介質(zhì)及壓力的影響，所表征的孔喉分布范圍都有一定的局限性，另一方面通過實驗所得的孔喉分布非均質(zhì)參數(shù)具有不可靠性。核磁共振法(NMR)目前被認為可以在全尺徑上表征致密砂巖儲層的孔喉大小分布，具有無損、制樣簡單等優(yōu)點，但如何將弛豫時間T2轉化為孔喉半徑一直是學者關注的問題[7]。近年來，多技術綜合分析、多尺度聯(lián)合表征孔喉結構已經(jīng)廣泛用于研究致密砂巖儲層孔喉結構[8-9]，如：聯(lián)合氮氣吸附、恒速壓汞以及高壓壓汞技術對更寬尺度孔喉結構進行表征[10-11]，引入分形理論對孔喉結構的復雜程度進一步研究等[12-13]。為了白豹油田二次上產(chǎn)，需進一步研究致密砂巖孔喉結構特征。綜合考慮多種方法的優(yōu)缺點，采用能表征全尺徑孔喉分布的NMR數(shù)據(jù)，引入分形理論對孔喉結構的復雜程度進行定量表征，改進前人分別針對可動流體與束縛流體賦存孔喉空間的復雜程度進行定量表征的研究方法，進一步分析影響孔喉結構復雜程度的因素。

本文以鄂爾多斯盆地西南部白豹油田延長組致密砂巖儲層為例，采用鑄體薄片、掃描電鏡，并結合計點統(tǒng)計法對目標層位巖石學特征、面孔率、孔隙類型及結構進行直觀觀測，采用高壓壓汞、恒速壓汞及核磁共振手段對研究區(qū)目標層位不同樣品的孔喉大小、喉道發(fā)育特征及孔喉結構進行定量表征。引入分形理論對核磁共振T2譜的分形維數(shù)進行計算，明確不同樣品孔喉結構復雜程度的差異，并對樣品的可動流體及束縛流體賦存空間的復雜程度進行定量表征，討論樣品孔喉結構復雜程度與巖石組分、物性特征、可動流體及孔喉結構參數(shù)之間的關系，厘清致密砂巖儲層孔喉結構特征及其影響因素，以期為油田再次上產(chǎn)提供可靠的理論依據(jù)。

1 地質(zhì)背景

鄂爾多斯盆地是典型的大型多旋回陸相克拉通盆地[14-15]，自盆地定型以來構造相對穩(wěn)定，僅在周緣地區(qū)發(fā)生斷裂和褶皺。盆地內(nèi)被分為6個一級構造單元(圖1)。研究區(qū)位于伊陜斜坡西南部，繼承伊陜斜坡的構造特征，呈一個向西傾斜角度小于1°的大型單斜， 整體上構造平緩穩(wěn)定。晚三疊系延長期為大型淡水湖泊的水進水退旋回，砂泥巖頻繁互層，為典型的三角洲前緣沉積，水下分流河道砂體是研究區(qū)良好的油氣儲集體[16]。針對鄂爾多斯盆地白豹油田延長組致密砂巖儲層進行取樣分析，樣品具有低孔、低滲、強非均質(zhì)性特征。共選取15口井樣品進行分析測試。為了研究致密砂巖樣品的孔喉特征、礦物成分、分形復雜程度及影響因素，首先對樣品進行預處理，洗油后在120 ℃真空下烘干至少24 h，隨后對樣品進行氦氣孔隙度、脈沖滲透率、鑄體薄片、掃描電鏡、高壓壓汞、恒速壓汞、核磁共振等測試，并應用NMR分形理論對樣品的結構復雜程度進行分析。

圖1 構造單元及研究區(qū)位置Fig.1 Location of tectonic unit and the study area

2 巖石學及物性特征

通過巖心觀察以及103塊樣品鑄體薄片鑒定結果可得，白豹油田延長組地層以灰色細-中粒長石巖屑砂巖和長石砂巖為主(圖2)。長石的質(zhì)量分數(shù)介于9.00%～52.00%，平均28.00%；巖屑質(zhì)量分數(shù)介于2.20%～38.90%，平均20.30%；石英質(zhì)量分數(shù)介于14.00%～84.00%，平均33.80%。巖屑組分主要為變質(zhì)巖屑和火成巖屑，沉積巖屑含量相對較低。膠結物以黏土和碳酸鹽巖為主，平均質(zhì)量分數(shù)分別達到6.20%和5.40%，硅質(zhì)膠結物質(zhì)量分數(shù)最小，僅為1.30%。黏土礦物以伊利石和綠泥石為主，其次為伊蒙混層，高嶺石不常見。

圖2 致密砂巖巖石成分三角圖Fig.2 Triangular graph of rock composition of tight sandstone

延長組81個實測物性數(shù)據(jù)顯示，儲層氣測孔隙度介于4.10%～14.34%，平均9.63%；氣測滲透率介于0.01～2.25×10-3μm2，平均0.49×10-3μm2。孔隙度小于10.00%的樣品占到樣品總量的61.73%，滲透率小于0.50×10-3μm2的樣品數(shù)占到總量的64.20%(圖3(a)—(b))。整體來看，物性較差，屬于典型的致密砂巖儲層[17]?？紫抖扰c滲透率之間呈較微弱的正相關關系，相關系數(shù)為0.582 6(圖3(c))，可見孔隙度與滲透率之間的相關性較差，孔隙度不是制約滲流能力的關鍵因素。

圖3 致密砂巖儲層孔滲分布及關系Fig.3 Distributions of porosity and permeability and relationship between them in the tight sandstone reservoir

3 孔喉類型、大小及分布特征

3.1 孔喉類型

鑄體薄片和掃描電鏡觀察結果顯示，目標層位致密砂巖儲層孔喉類型主要分為4類，即殘余粒間孔、溶蝕孔、晶間孔和微裂隙(圖4(a)—(d))。延長組壓實作用強烈，殘余粒間孔面孔率平均2.20%，綠泥石膜的存在對粒間孔的保存具有積極作用(圖4(e))，殘余粒間孔多為三角形或多邊形，直徑一般在2～200 μm，。研究區(qū)在強烈的物理化學作用影響下，長石、巖屑及不穩(wěn)定礦物遭受較強烈的溶蝕作用，形成直徑較大的溶蝕孔(圖4(f))，部分區(qū)域發(fā)育鑄模孔，多為不規(guī)則形狀，長石溶蝕現(xiàn)象較為常見，溶蝕作用形成的高嶺石在研究區(qū)較常見(圖5(a))，其次，研究區(qū)發(fā)育有濁沸石溶孔(圖5(b))。此溶蝕現(xiàn)象主要與長7的烴類流體有關[18-22]。溶蝕作用對研究區(qū)目標層位的孔喉結構具有一定的改善作用，大大增加了流體的儲層空間，對孔喉連通性的改善具有多樣性，因此，形成了非均質(zhì)程度不同的孔喉結構(圖5(c))。此外，在顆粒邊緣也發(fā)育少量的溶蝕孔隙，一般不易與粒間孔區(qū)分，對儲層具有積極的改造作用。晶間孔在致密砂巖儲層中廣泛發(fā)育，無論在原生粒間孔還是后期形成的溶蝕孔中，都有后期黏土礦物的充填，黏土礦物膠結形成的晶間孔對流體的滲流具有重要的影響，研究區(qū)晶間孔直徑一般不超過0.50 μm(圖4(c))，常見于伊利石、綠泥石及高嶺石等之間。微裂隙在研究區(qū)不常見，一般為脆性礦物如石英等的顆粒破裂縫(圖4(d))，寬度通常為幾納米。喉道類型主要為管束狀、彎片狀或兩者的組合形態(tài)(圖5(d)、(e))，喉道分布復雜，孔喉連通性差，不利于流體在其中滲流。云母及巖屑組分在強壓實作用下發(fā)生變形(圖5(f))，顆粒之間主要以線接觸和凹凸接觸為主(圖5(d))，不利于流體流動。

圖4 致密砂巖儲層孔隙類型Fig.4 Pore types of the tight sandstone reservoir

圖5 致密砂巖儲層礦物及喉道類型Fig.5 Minerals and pore throat types of the tight sandstone reservoir

3.2 孔喉大小及分布

孔喉整體大小主要通過高壓壓汞實驗進行表征，高壓壓汞實驗通過記錄汞注入飽和度及壓力信息來確定樣品的孔喉大小及分布。本次按照中國石油行業(yè)標準SY/T5346-2005進行壓汞實驗，采用Micromeritics AutoPoreIV9510型壓汞儀對樣品進行測試，測試的壓力范圍為0.03～241.00 MPa，進汞飽和度隨著注入壓力的增加而增大，實驗中最大壓力為206 MPa，對應的孔喉半徑為0.003 6 μm。

從5個樣品的高壓壓汞毛細管壓力曲線(圖6(a))可以看出，隨著壓力的增加進汞飽和度逐漸增加，汞突破排驅(qū)壓力后曲線呈現(xiàn)較緩的平臺，B-1樣品排驅(qū)壓力最小，水平段最為顯著。研究區(qū)樣品排驅(qū)壓力分布在0.110～0.506 MPa，最大進汞飽和度集中在87.25%～89.06%，5個樣品相差不大，但中值壓力變化較大，分布在1.279～27.671 MPa(表1)，說明在總進汞飽和度相差不大的情況下，不同樣品之間孔喉結構相差較大，表現(xiàn)在平臺段差異較大，中值壓力變化較大。整體上退汞效率較低，分布在31.10%～35.06%，大量的汞殘留在樣品孔喉空間中，是致密砂巖儲層復雜孔喉結構的一個顯著特點。依據(jù)Washburn方程，樣品對應的中值半徑在0.027～0.575 μm，分布較為分散。高壓壓汞實驗可以從整體上表征孔喉大小，但受實驗條件的限制，對相對大的孔隙表征不準確，但中值半徑可以反應孔喉的大小特征。

圖6 樣品壓汞毛管壓力曲線Fig.6 Capillary pressure curves of different samples in the study area

表1 高壓壓汞參數(shù)Tab.1 Parameters of high pressure mercury injection

致密砂巖的儲集空間包括孔隙及喉道兩部分，影響儲層非均質(zhì)性的重要因素在于喉道的大小及結構的復雜程度。恒速壓汞實驗可以分別表征孔隙及喉道的大小和分布，采用APSE-730型恒速壓汞儀對5個典型樣品進行測試，每個樣品選取直徑為1 cm的圓柱體進行試驗。在25 ℃條件下，以極低的速率0.0001 mL/min向巖心中進汞，接觸角為140°，表面張力為485 mN/m。汞的注入為一準靜態(tài)過程，通過記錄壓力的升高-回落來識別樣品的孔隙及喉道信息，最大進汞壓力可達6.2 MPa，對應的孔喉半徑為120 nm，在低于120 nm的孔喉中汞不能進入。恒速壓汞實驗所得的樣品孔喉和喉道信息如表2。5個樣品均為孔隙主導型，即孔隙最終進汞飽和度大于喉道最終進汞飽和度(圖6(b))。在早期進汞階段，總進汞飽和度與孔隙進汞飽和度曲線一致，即汞進入由大喉道主控的孔隙區(qū)，隨著壓力的進一步增加，孔隙進汞飽和度逐漸達到飽和，總進汞曲線與喉道進汞曲線保持一致(圖6(b))。

表2 恒速壓汞參數(shù)Tab.2 Parameters of rate-controlled mercury injection

樣品喉道半徑分布較為復雜，非均質(zhì)性強，集中分布在0.20～20.00 μm，平均喉道半徑分布在1.59～9.76 μm(圖7(a))，不同樣品喉道半徑分布區(qū)間差異較大，B-1，B-3樣品滲透率較大，相應的喉道半徑分布范圍較寬，B-4樣品滲透率僅為0.21×10-3μm2，喉道半徑分布范圍較窄，主峰峰值較小，平均喉道半徑為2.53 μm，最大連通喉道半徑為17.91 μm。樣品孔隙半徑分布在20.00～250.00 μm(圖7(b))，由于實驗原理的限制，恒速壓汞對孔隙半徑的表征具有一定的局限性[23]，這與實際孔隙大小不太相符(圖4)。擬合喉道半徑與滲透率之間的關系可以看出(圖7(c))，喉道半徑與滲透率之間具有一定的正相關性，說明喉道的尺度是影響樣品滲透率的一個重要因素，但這種正相關性也并不絕對，孔喉結構分布的復雜程度也在一定程度上影響著樣品的滲透性。

圖7 恒速壓汞孔喉參數(shù)分布特征Fig.7 Distribution characteristics of pore throat structure parameters of rate-controlled mercury injection

4 孔喉結構分形特征

前述通過圖像法、高壓壓汞以及恒速壓汞技術刻畫了致密砂巖樣品的孔喉整體大小、喉道大小及分布、孔隙大小等特征，為了進一步明確樣品的結構復雜程度，基于核磁共振實驗數(shù)據(jù)，引入分形理論展開研究。分形理論在表征復雜的多孔介質(zhì)不規(guī)則程度以及自相似性方面具有很好的適用性[12]，分形維數(shù)越高，代表孔喉結構越復雜，反之越均質(zhì)，目前針對致密砂巖、頁巖以及煤層結構復雜程度的研究得到了很好的應用[13,23-24]。

4.1 NMR測試結果

致密砂巖樣品飽和水核磁共振實驗可以得到弛豫時間T2譜分布特征，用以提供孔隙流體與顆粒表面之間的作用信息，離心后核磁共振實驗可以得到樣品的束縛水特征參數(shù)，由此可進一步得到不同樣品的可動流體飽和度以及全尺徑的孔喉分布等信息，弛豫時間越長，代表孔喉越大[25]。實驗所用核磁共振實驗儀為RecCore2500型核磁共振巖心分析儀，對樣品烘干不少于8 h，測量直徑、長度和重量，抽真空12 h，然后進行飽和地層水12 h，測量飽和樣品的重量，擦拭樣品表面液體，包裹保鮮膜，放入核磁共振分析儀進行測量，得到飽和水樣品的弛豫時間T2分布后，對樣品進行9 100 r/min離心，稱重并進行核磁共振測試得到束縛水狀態(tài)的T2譜分布。

核磁共振測試結果如表3所示， 飽和水的T2譜主要分布在<10 ms的區(qū)間。樣品滲透率越小， <10 ms區(qū)間的T2譜分布比例越高。核磁共振T2譜可以間接反映孔隙大小分布，每一個弛豫時間代表一個尺度的孔隙大小， 弛豫時間越長代表孔隙越大。5個樣品的飽和水T2譜分布均具有雙峰特征，左峰對應細小孔喉區(qū)域，右峰對應較大孔喉分布(圖8(a))。樣品滲透率越大，則右峰相對于左峰更為發(fā)育。例如：B-1樣品，飽和水狀態(tài)下右峰幅度值相對于左峰更高，代表樣品中大孔喉較為發(fā)育，相應的滲透率也較高；B-4樣品僅有微弱的右峰，流體基本都分布在較小的孔喉中，表明該樣品主要以微小孔隙為主(圖8(a))，滲透率也很低。

圖8 核磁共振T2譜分布Fig.8 NMR T2 spectra

從離心前后的T2譜參數(shù)可以得到樣品的可動流體賦存特征(圖8(b))，離心后，較大孔喉中的流體被甩出，而束縛流體主要分布在細小孔喉中，離心前后2個T2譜的峰面積差距越大，可動流體飽和度越高。5個樣品可動流體飽和度介于17.35%～50.89%，可動流體孔隙度介于1.15%～4.47%(表3)。可動流體的賦存特征與孔喉結構具有一定的相關性，孔喉結構越均質(zhì)，連通性越好，則可動流體飽和度越高，相反則束縛流體飽和度更高。

表3 樣品核磁共振測試結果Tab.3 NMR test results of different samples

4.2 NMR分形理論及意義

NMR實驗通過記錄T2譜分布特征間接反映孔喉大小分布特征?；贜MR的T2譜進行分形討論，可以得到不同樣品的孔喉結構復雜程度，孔喉結構復雜程度越高，則分形維數(shù)越大。目前NMR分形維數(shù)主要采用Zhou等[26-27]提出的公式進行計算。核磁共振橫向弛豫時間T2在均勻磁場下可以近似表示為

(1)

式中：ρ2為表面弛豫率；T2s為表面弛豫時間，m/ms；S為比表面積，m2；V為體積，m3；當孔隙模型為理想球體時，S/V=3/r，當模型變?yōu)楣苁鵂顣r，S/V=2/r。由此可得

T2∝r。

(2)

而根據(jù)分形理論，半徑大于r的孔隙數(shù)量與孔喉半徑有如下關系式[12-13]：

(3)

式中：N(>r)表示半徑大于r的孔喉數(shù)量，D為分形維數(shù)；rmax為最大孔喉半徑，μm，S(r)代表孔喉半徑的分布密度函數(shù)。

半徑小于r的孔隙的累積孔隙體積分數(shù)

考慮到rmin?rmax，Sv可以表示為：

(4)

結合式(2)和式(4)，可以得到

(5)

兩邊取對數(shù)得

lg(Sv)=(3-D)lg(T2)+(D-3)lgT2max。

(6)

若符合分形特征，則式(6)呈現(xiàn)線性關系，求取斜率λ，便可以得到分形維數(shù)

D=3-λ。

(7)

在表征孔喉結構方面，NMR比高壓壓汞、恒速壓汞等實驗手段具有一定的優(yōu)越性，尤其在表征全尺徑孔喉大小分布方面具有全面性，且通過離心實驗可以確定可動流體與束縛流體的分界。分形理論在評價多孔介質(zhì)的不規(guī)則程度以及自相似性方面具有成熟且廣泛的應用。因此，基于NMR實驗數(shù)據(jù)，引入分型理論對孔喉的自相似性進行深入研究，能更準確、更全面地表征孔喉結構的復雜程度。

4.3 NMR分形計算

計算NMR分形曲線斜率，得到5個致密砂巖樣品NMR分形維數(shù)(圖9)，可以看到曲線具有明顯的兩段式分形特征。為了更好研究孔喉結構對可動流體的影響，選取T2截止時間為界，將曲線劃分為2個不同的段，T2截止時間是區(qū)分可動流體孔隙與束縛流體賦存孔隙之間的有效分界線。分別對每個樣品的T2截止值左、右段進行擬合，得到束縛流體孔喉分形維數(shù)Dmin與可動流體孔喉分形維數(shù)Dmax(表4)。兩段線性擬合系數(shù)均較高，說明基于NMR進行分形討論具有一定合理性。由表4可以看出，樣品束縛流體孔喉分形維數(shù)介于0.421 1～1.652 1，平均1.059 4， 孔喉分形維數(shù)較小， 代表細小孔喉分布較為均質(zhì)，而可動流體孔喉分形維數(shù)介于2.896 5～2.977 2， 平均2.933 1，較大的孔喉形態(tài)各異，礦物表面粗糙程度不同，造成孔喉結構復雜程度較高，因此，分形維數(shù)較高。

圖9 不同樣品孔喉NMR分形曲線Fig.9 NMR fractal characteristics of different samples

表4 樣品NMR分形維數(shù)統(tǒng)計Tab.4 Statistical result of NMR fractal dimension of samples

5 討 論

5.1NMR分形維數(shù)與物性、可動流體飽和度的關系

分析NMR分形維數(shù)與物性之間的關系可以看出，可動流體孔喉分形維數(shù)Dmax與孔隙度具有微弱的負相關關系，與滲透率具有很好的負相關關系(圖10(a)—(b))，可動流體賦存于大孔喉中，大孔喉的復雜程度越低，分形維數(shù)越小，則相應的滲透率越高，而束縛流體孔喉分形維數(shù)Dmin與孔隙度、滲透率相關性不明顯，束縛流體存在于樣品的細小孔喉中，大多位于黏土礦物晶間孔中。細小孔喉的復雜程度與樣品整體上的孔隙度、滲透率之間的關系微弱，這從側面說明，較大孔喉的結構對樣品的儲集空間及允許流體通過能力具有一定的制約，孔喉結構的復雜程度是影響樣品滲透率的一個關鍵要素。樣品B-1可動流體孔喉分形維數(shù)為2.896 5，滲透率達到1.39×10-3μm2。

可動流體的飽和度和孔隙度是反應樣品中流體滲流能力的重要指標，孔喉結構復雜程度制約著流體的流動。分析可動流體飽和度和孔隙度與孔喉結構復雜程度之間的關系(圖10)，同樣可以看出，可動流體孔喉分形維數(shù)與其飽和度、體孔隙度具有良好的負相關關系(圖10(c)—(d))?？蓜恿黧w主要分布在大孔喉中，即大孔喉的結構復雜性決定樣品流體可動程度，二者的相關系數(shù)高達0.912 9，可動流體飽和度越大，說明樣品孔喉連通性越好，對應的滲透率也越大。大孔喉對樣品可動流體孔隙度具有一定的貢獻。研究區(qū)大孔喉主要源于粒間孔和部分溶蝕孔的貢獻，大孔喉的發(fā)育在一定程度上減弱樣品的孔喉分布復雜程度，因此，造成分形維數(shù)較小。綜上所述，大孔喉的復雜程度是評價樣品可動流體飽和度、孔隙度及滲流能力的關鍵要素。

圖10 孔喉分形維數(shù)與物性及可動流體參數(shù)的關系Fig.10 Relationships between fractal dimensions and physical properties and moveable fluid parameters of reservoir

5.2 NMR分形維數(shù)與巖石組分的關系

前述分析可得孔喉結構復雜程度制約樣品滲透率、流體可動能力。樣品的孔喉結構受控于巖石組分及成巖作用的影響。前人研究表明， 石英、長石和黏土礦物的含量與孔喉大小及非均質(zhì)程度之間具有一定的相關性[13]。對鄂爾多斯盆地白豹油田延長組致密砂巖樣品礦物組成與不同NMR分形維數(shù)的關系進行研究發(fā)現(xiàn)：石英含量與可動流體孔喉分形維數(shù)具有一定的負相關關系(圖11(a))，這一方面可能由于石英抗壓實能力強， 較好地保存了儲層孔喉，為可動流體的賦存提供了一定的空間，粒間孔的發(fā)育導致孔喉結構更加均質(zhì)，更有利于流體滲流，另一方面由于石英表面光滑、不易溶蝕、孔喉形狀規(guī)則，因此，石英含量越高， 分形維數(shù)越小。例如樣品B-1石英質(zhì)量分數(shù)為35%，由于抗壓實作用保留了一定的粒間孔，大孔喉較發(fā)育，可動流體儲層空間大，大孔喉相對較為均質(zhì)，因此，分形維數(shù)低，孔喉結構復雜程度低。長石含量與孔喉分形維數(shù)之間的關系不明顯(圖11(b))，這主要與長石的溶蝕多樣性有關[23]。填隙物含量與束縛流體和可動流體孔喉分形維數(shù)之間都具有一定的正相關關系(圖11(c)、(d))，填隙物含量的增加使粒間孔減小，并加劇孔喉結構的復雜性，導致孔喉結構非均質(zhì)性增強，填隙物一般完全或部分充填粒間孔，多成管束狀分布，雖然連通性較好，但孔喉尺寸很小，很難形成連續(xù)的滲流通道，加之與粒間大孔隙的組合，導致孔喉結構更為復雜，因此，其分形維數(shù)更高。對比束縛流體孔喉分形維數(shù)、可動流體的孔喉分形維數(shù)與填隙物之間的關系可以看出，束縛流體孔喉分形維數(shù)與填隙物含量的相關性稍高，這是由于束縛流體主要存在于小孔喉中，小孔喉的分布比例高是由于填隙物含量高造成的，尤其是黏土礦物晶間孔，形態(tài)各異，非均質(zhì)性強，相應的束縛流體部分孔喉分形維數(shù)則更高，這與前人研究結果相似[24]。

圖11 孔喉分形維數(shù)與巖石組分關系Fig.11 Relationships between Fractal dimensions and rock components

5.3 NMR分形維數(shù)與孔喉結構參數(shù)的關系

分形維數(shù)與孔喉結構之間具有一定的規(guī)律，孔喉結構越復雜，非均質(zhì)程度越高，分形維數(shù)值則越大[13,26-27]。為了進一步明確分形維數(shù)與孔喉結構參數(shù)之間的關系，分別對高壓壓汞、恒速壓汞所得孔喉結構參數(shù)與分形維數(shù)進行擬合，可以看出：平均喉道半徑、最大連通喉道半徑與可動流體孔喉分形維數(shù)呈負相關關系(圖12(a)、(b))， 與束縛流體孔喉分形維數(shù)相關性較差。平均喉道半徑越大，樣品滲流能力越強， 這是因為喉道決定了流體在儲層中的滲流能力?？蓜恿黧w分形維數(shù)與喉道半徑之間的負相關關系表明，可動流體賦存的大孔喉結構越均質(zhì)，喉道與孔隙之間的配置關系則越好，相應的喉道半徑越大。一般可動流體賦存位置的喉道半徑大且連通性好，孔喉結構相對均質(zhì)，相應的分形維數(shù)則低。

圖12 孔喉分形維數(shù)與孔喉結構參數(shù)的關系Fig.12 Relationships between fractal dimensions and pore throat structure parameters

可動流體孔喉分形維數(shù)與最終進汞飽和度呈很好的負相關關系(圖12(c))，最終進汞飽和度是表征樣品的儲集能力和滲流能力的重要孔喉參數(shù)。在相同的壓力下，最終進汞飽和度越大，樣品儲滲能力越好，說明樣品孔喉連通性越好，側面反映致密砂巖儲層孔喉體積越大，對應的分形維數(shù)越小，即孔喉復雜程度越低。

依據(jù)恒速壓汞實驗所得的總喉道進汞飽和度和總孔隙進汞飽和度，分析喉道進汞量與分形維數(shù)的關系，可知束縛流體孔喉分形維數(shù)與總喉道進汞飽和度呈正相關關系，可動流體孔喉分形維數(shù)與總喉道進汞飽和度呈負相關關系(圖12(d))?？蓜恿黧w部分喉道進汞飽和量越大，則分形維數(shù)越小，孔喉越均質(zhì)，更有利于流體的儲集和滲流。束縛流體部分喉道進汞量越大，在相同的壓力下，說明細小喉道所占的比例越高，不利于流體的滲流，相應的孔喉結構越復雜，因此，分形維數(shù)越高?？偪紫哆M汞飽和度與可動流體孔喉分形維數(shù)具有一定的負相關關系(圖12(e))，總孔隙進汞量越大，說明不同喉道尺度控制下的孔隙體積越大，代表孔喉半徑比越小，孔喉結構越均質(zhì)。

高壓壓汞所得中值半徑反映樣品的孔喉大小特征，經(jīng)分析得，可動流體孔喉分形維數(shù)與中值半徑具有很好的負相關關系(圖12(f))，即樣品整體孔喉半徑越大，儲集空間越大，允許流體通過的能力越強，孔喉結構越均質(zhì)，分形維數(shù)越小。由此可見，喉道對可動流體的賦存具有至關重要的意義；整體孔喉半徑越大，孔喉體積越大，結構相對更為均質(zhì)，更有利于流體滲流。

6 結 論

(1)鄂爾多斯盆地白豹油田延長組致密砂巖儲層孔喉大小以微米級為主；孔隙類型主要包括殘余粒間孔、溶蝕孔、晶間孔以及微裂隙；孔喉配置關系復雜，樣品均為孔隙主導型孔喉類型；平均喉道半徑在1.59～9.76 μm，喉道半徑是影響滲透率的一個重要參數(shù)。

(2)NMR孔喉分形維數(shù)具有兩段式分布特征，Dmin平均1.059 4，代表細小孔喉分布較為均質(zhì)；Dmax平均2.933 1，代表較大的孔喉結構復雜程度較高。

(3)孔喉結構的復雜程度和喉道大小是決定樣品滲流能力的關鍵要素；可動流體主要分布在大孔喉中，大孔喉的結構復雜性決定樣品流體可動程度；脆性礦物質(zhì)量分數(shù)對孔喉結構非均質(zhì)程度影響較大。