基于数字岩心的致密砂岩储层孔隙结构与渗流机理

针对致密砂岩储层微观孔隙结构复杂导致孔隙空间展布和渗流机理认识不清的问题,以莺歌海盆地乐东10区高温高压特低渗透致密砂岩储层为例,利用三维高精度Micro-CT扫描、纳米级电镜扫描等图像分析技术对致密砂岩储层的孔隙空间展布规律进行定量表征,建立基于数字岩心的双尺度三维孔隙结构模型,并基于双尺度孔隙耦合渗流模拟方法确定致密砂岩储层渗流机理。研究结果表明：①乐东10区致密砂岩储层主要发育3种尺度范围的孔隙,孔隙半径分别为0.070~3,3~40,40~300 μm;②在以长石溶孔、岩屑粒间孔为主的微孔隙尺度下,孔隙与喉道半径差异较小,渗流空间以微孔隙和喉道构成,表现为小孔小喉渗流模式,在气水两相渗流过程中水相渗透率下降快;③在由较大粒间溶孔、铸模孔与次级尺度孔隙共同组成的双尺度孔隙结构模型中,呈大孔小喉渗流模式,水相渗透率下降较缓。     

致密岩油的研究进展、存在问题和发展趋势

致密岩油是我国石油勘探比较现实的接替领域。致密岩油研究的难点在于:致密化过程与不同级别孔隙对石油迁移的影响,石油可否发生明显运移;是否全部为连续性油气聚集。近年来,人们总结出国内致密岩油的主要地质特征,初步探索了致密岩油的形成分布、富集成藏特征,逐步建立了纳米级孔喉的观测技术。国外研究认为,致密岩层内的流体流动受控于优势孔隙—喉道的分布,中孔网络与有机质内的大孔相连,提高了致密岩层的渗透性;致密油在富集过程中也会发生明显的侧向运移;连续性油气聚集模型不能准确反映威利斯顿盆地和大绿河盆地的油气资源潜力。今后应关注:岩石致密化过程和微米—纳米级孔喉的形成分布、致密岩油的赋存状态和运移成藏机理、我国致密岩油的资源潜力评价指标等3个关键科学问题。      

考虑气体滑脱及Knudsen扩散的低渗致密砂岩微观流动模拟

低渗致密砂岩纳米-微米尺度孔喉发育,微观非均质性强,渗流机理复杂,现有物理实验方法难以准确评价。采用基于数字岩心理论的微观流动模拟方法来分析低渗致密砂岩中天然气的渗流规律。以川西地区沙溪庙组砂岩样品为基础,利用CT扫描建立目标岩样三维数字岩心,通过孔喉识别、形态简化及喉道调整,构建了包含不同孔喉分布的低渗致密砂岩三维孔隙模型;考虑天然气在纳米-微米孔喉中输运机制的复杂性,建立了耦合Darcy渗流、气体滑脱和Knudsen扩散的流动控制方程,并结合孔隙模型对其进行离散求解。开展流动模拟,评价不同孔隙压力下各输运机制对天然气产出运移的影响。结果表明：低渗致密砂岩中喉道越小、孔隙压力越低,气体流动非线性越强;在孔隙压力高于10 MPa范围,天然气在平均喉道半径大于0.1 μm的砂岩孔隙空间中的流动基本满足Darcy渗流;而对于平均喉道半径小于0.1 μm的致密砂岩,孔隙压力低于10 MPa后气体滑脱和Knudsen扩散是气体运移中重要机制,对天然气生产的影响不可忽略。     

鄂尔多斯盆地三叠系长7段致密油成藏机理

为研究鄂尔多斯盆地三叠系延长组7段致密油成藏机理和分布特征,对长7段致密储集层沉积环境、岩石学特征、孔喉结构特征、运聚动力和成藏过程等进行系统分析。长7段致密油储集层主要为半深湖—深湖相砂质碎屑流沉积和三角洲前缘水下分流河道沉积。场发射扫描电镜、CT扫描等高分辨率显微技术研究表明,致密油储集层物性差,发育微—纳米级孔喉,以粒间孔和长石溶孔为主,管束状和条带状孔隙是有利的储集空间。致密油储集层生烃和成藏模拟实验结果表明,长7段优质烃源岩生烃增压动力强,成藏阶段储集层含油饱和度逾50%,随着动力的持续增加油气开始富集,含油饱和度可超70%。长7段致密油源储共生,烃类在高压驱动下,沿着相互叠置的相对高渗砂体、网状裂缝等输导体系运移,形成大面积连续或准连续分布的油气聚集。     

利用多尺度CT成像表征致密砂岩微观孔喉结构

为全面表征致密储集层微观孔喉分布及结构特征,对鄂尔多斯盆地上三叠统延长组致密砂岩储集层样品进行纳米-微米多尺度CT三维成像研究.首先利用低分辨率微米尺度X-CT扫描获取直径为2.54 cm岩心柱内部微米级别孔喉结构特征,然后根据微孔分布特征,制备多个直径为65 μm的样品进行高分辨率纳米尺度扫描,重构纳米级微孔三维结构模型,最终计算出样品的孔隙度和渗透率.在微米尺度下,孔喉大小不一,直径为5.4～26.0.μm,呈孤立状,局部呈条带状;在纳米尺度下,微孔直径主要为0.4～1.5 μm,纳米级微孔数量增多,孔喉为管状、球状,分布于矿物颗粒(晶体)内部或表面.纳米级球状微孔连通性较差,三维空间呈孤立状,多仅作为储集空间,而纳米级短管状微孔具有一定的连通性,与微米级管状微孔和邻近孤立球状纳米微孔具有一定连通性,兼具喉道与孔隙的双重功能.数值计算样品渗透率为0.843×10-3μm2,孔隙度为10％.图5表2参21     

济阳坳陷古近系致密储集层孔喉结构特征与分类评价

综合利用铸体薄片、常规压汞、恒速压汞、微纳米级CT扫描等资料,研究了济阳坳陷古近系致密砂岩和砂砾岩孔喉结构特征并进行类型划分。首先利用铸体薄片资料分析致密储集层物质组成和结构特征,然后利用常规压汞、恒速压汞和微米级CT扫描等测试手段研究致密储集层的孔喉结构特征,并对10个孔喉结构参数开展系统聚类分析,结合分类结果与试油成果,建立古近系致密储集层的分类方案。研究认为,济阳坳陷古近系致密储集层具有大孔微喉的特征,孔隙为微米级,喉道为次微米级—纳米级,孔喉半径比变化较大。致密储集层的渗透性受喉道半径控制,孔隙与喉道半径差别越小、孔喉分布均值性越好,渗透性越好。不经过压裂改造措施就能够产出工业油流的致密砂岩和致密砂砾岩的孔喉半径均值的下限分别为0.6μm和0.8μm,需要经过压裂改造措施后才能够产出工业油流的储集层孔喉半径均值为0.2～0.6μm,孔喉半径均值小于0.2μm的储集层为现有压裂改造措施条件下的无效储集层。由此对不同类型致密砂岩和砂砾岩储集层进行分类评价,在勘探评价中得到良好应用。图9表5参34     

玛湖凹陷百口泉组致密砂砾岩储层孔隙结构特征

玛湖凹陷百口泉组是重要的砂砾岩油气聚集区。为了研究玛湖凹陷百口泉组致密砂砾岩储层的孔隙结构特征,开展了压汞、核磁共振、铸体薄片等分析,结合微米CT扫描技术、扫描电镜矿物定量评价(QEMSCAN)及MAPS显微图像拼接技术,从尺度与精度、二维与三维综合开展其微观孔隙结构特征研究。结果表明:(1)玛湖凹陷百口泉组致密砂砾岩储层孔喉尺度分布广泛,呈现较明显双峰特征,大尺度孔喉为亚微米—微米级,而小尺度孔喉为纳米—亚微米级,以0.5～4.0μm喉道贡献率最高,微米级孔喉对渗流的贡献较大。(2)微米尺度下,孔隙结构具有强非均质性,复模态等特点,孔隙类型以溶蚀孔、粒间孔及微裂缝为主,孔隙展布状态主要有条带状和孤立状2种,孔隙连通性比孔隙尺度对渗流的贡献更大。(3)纳米尺度下,扫描电镜确定其主要矿物为石英和长石,粒间压实作用充分,颗粒形状结合紧密,不同孔渗的样品基质内纳米级微孔形态各异,多以分布于矿物颗粒(晶体)内部蜂窝状长石溶蚀孔或填隙物表面微孔为主,可见方解石颗粒解理缝,对微米级球状微孔及纳米级溶孔起到较好的沟通作用。该研究成果可为致密砂砾岩储层孔隙结构表征及"甜点"预测提供借鉴。     

玛湖凹陷二叠系风城组全油气系统成藏机理

准噶尔盆地西部玛湖凹陷风城组勘探揭示了常规—非常规油气有序共生特征。通过精细解剖玛湖凹陷风城组油藏特征,结合储集层宏微观分析及生产资料,剖析全类型油藏成藏机制。结果表明,全油气系统中常规油、致密油和页岩油有序成藏,核心为“源储耦合”以及储集层孔喉结构对油气的“动态封闭”成藏。致密储集层和页岩储集层在成岩早期为中—大孔喉的常规储集层,烃类浮力成藏;成岩中—后期演化为微米—纳米孔喉,浮力作用减弱,毛细管力增强,与烃源岩“相邻或一体”的储集层烃类持续发生初次或微运移,直至生排烃形成的源储压差与微米—纳米孔喉形成的毛细管力达到动态平衡,形成“自封闭”的连续型非常规油气聚集。常规储集层孔喉结构对烃类产生的毛细管力远小于浮力作用,需外部条件“他封闭”,形成圈闭中的油气聚集。总体表现为储集层孔喉结构的时空演化与油气生—排—运—聚的动态耦合。     

页岩油储集层数字岩心重构及微尺度下渗流特征——以吉木萨尔凹陷二叠系芦草沟组页岩油为例

为深入认识页岩油储集层孔隙结构特征和渗流特性,以吉木萨尔凹陷二叠系芦草沟组页岩油储集层为研究对象,利用微CT扫描技术和聚焦离子束电镜扫描技术,构建三维数字岩心模型,获得孔喉结构参数,并基于该结构特征建立多孔介质微尺度渗流物模装置,研究流体在微通道内的低速流动规律,同时利用该物模装置测量不同压裂液的流动特性和伤害程度。研究结果表明:页岩油储集层的孔隙结构具有非均质性强、孔隙连通性差等特点,储集空间主要为纳米级孔隙,储集层的流动能力取决于微米级孔隙的数量和大小;流体在微观尺度下的低速流动为非达西流,有启动压力梯度,且随着驱动压差增加,边界流体才能不断流出;胍胶破胶液的残渣和大分子结构的凝聚物易对储集层孔隙产生堵塞,建议页岩油储集层压裂时减少胍胶的用量,提高滑溜水比例,减少储集层伤害。     

核磁共振及微、纳米CT技术在致密储层研究中的应用——以鄂尔多斯盆地长7段为例

鄂尔多斯盆地长7段以致密储层为主,广泛发育微、纳米级孔喉系统,孔喉连通复杂。致密砂岩储层研究的基础是精确表征这类孔喉的特征,致密砂岩储层属于非常规的范畴,采用传统的研究方法无法实现微、纳米级孔喉的精确表征。借助核磁共振技术、CT技术,具体分析了Z230井、X233井、N44井的致密岩心样品,实现了对致密储层的精确表征。核磁共振技术实验得出,可动流体饱和度是评价低渗透致密储层的一个重要参数,可动流体饱和度与孔隙度、渗透率具有相关性;T2谱图分析得出了岩样的孔隙分布特征;微、纳米CT实验得到了孔喉三维立体图,并对岩样进行扫描切片成像,直观显示了孔喉的形态特征。实验分析认为,核磁共振技术与微、纳米CT技术可以实现对致密储层的精确表征与评价,是致密储层勘探开发的一个重要的技术手段。     

福山凹陷YN背斜流一段低渗透率储集层微观孔隙特征

利用微观及高压压汞等技术手段,获取相关实验资料,分析福山凹陷古近系YN背斜流沙港组一段储集层孔隙特征,研究储集层孔隙类型和孔喉大小、连通性、分布特征以及孔隙结构对储集层物性、驱油效率的影响。结果表明,该区流沙港组一段储集层属中低孔隙度、低渗透率储集层,以次生孔隙为主,孔隙类型主要为粒间溶蚀孔隙、粒内溶蚀孔隙;喉道大小以纳米级和亚微米级为主,为微细喉,均质系数较小,分选系数较大,孔喉呈双峰分布。孔喉大小分布不均匀,连通性较差,是造成储集层渗透能力差、采出程度低的主控因素。     

致密砂岩储集层微观孔喉结构及其分形特征——以西加拿大盆地A区块Upper Montney段为例

为表征致密砂岩储集层微观孔喉结构及其分形特征,利用铸体薄片、扫描电镜、高压压汞等测试方法,对西加拿大盆地A区块下三叠统Upper Montney段致密砂岩样品进行了研究。结果表明,研究区储集层主要孔隙类型包括溶蚀孔、原生剩余粒间孔和晶间微孔,见少量微裂缝;储集层孔喉半径多小于0.30 μm,分布曲线呈多峰形态,有效储集空间主要由亚微米级和纳米级孔喉组成;研究区致密砂岩储集层可划分为Ⅰ类、Ⅱ类和Ⅲ类,其对应的孔喉总分形维数分别为2.31、2.46和2.63,Ⅰ类储集层的物性较好,非均质性相对弱;不同大小孔喉的分形特征有差异,通常亚微米级孔喉的分形维数较纳米级孔喉大,即亚微米级孔喉非均质性更强。孔喉分形维数与其结构有关,不同孔喉的发育造成了致密砂岩储集层非均质性各异。     

低渗砂岩储层数字岩心构建及渗流模拟

基于CT扫描的数字岩心技术是研究低渗砂岩储层内部微观孔喉特征及孔隙尺度渗流机理的有效途径。为直观、深入研究低渗砂岩储层微—纳米尺度流体输运特征,先通过Micro-CT扫描技术获取低渗介质多尺度三维灰度图像,统计轴向截面孔隙率分布整体考察岩心非均质程度;再结合三维重构及逆向工程技术,精准构建低渗介质复杂孔隙三维数字模型后并转换成CAD实体模型;再利用COMSOL建立多组表征单元体有限元模型,数值计算不同边界条件下微—纳米孔隙内流体输运特征;然后通过三维流线及孔隙压力分布场,动态可视化再现低渗介质渗流过程;最后对比常规渗流实验与数值模拟结果,分析两者差异的产生原因,并提出应用数字平台研究低渗岩石物性及渗流机理的深入关注点。文中研究成果为低渗油藏多尺度数字岩心建模及深层次微观渗流机理研究提供了思路。     

长6致密砂岩油藏储层孔隙结构特征及孔缝组合模式

为了研究致密油孔隙结构特征及与石油渗流关系,利用F200场扫描电镜对鄂尔多斯甘谷驿油田致密油样品进行微观分析,建立该样品储层的微观孔隙裂缝体系,进一步通过压汞实验了解孔喉分布及不同孔径孔、缝对渗透率的贡献率,结合样品电镜扫描观察结果推断孔隙、裂缝储集渗流油气有效性。研究结果表明,该区致密油储层主要孔隙有原生孔、粒内溶孔、粒间基质溶蚀孔及晶间孔4种类型,油气主要储存在粒内、粒间溶孔中,原生粒间孔仅为次要储油空间,大量纳米级孔隙成为储油主体。而裂隙主要为微裂缝,由方解石解理缝、溶蚀缝及成岩收缩缝构成,其中方解石解理缝和溶蚀缝构成渗流运移主要通道,微裂缝与人工裂缝结合形成裂缝网络。微孔(小于2 nm)对油气储存有效,对油气渗流则不起作用。因此该区致密油储油渗流孔隙结构总结为“纳米溶孔储油,微裂缝人工压裂缝渗流”。据此将不同孔缝组合划分为3种模式:溶蚀孔缝组合模式、方解石解理缝+溶蚀孔组合模式、裂缝或孔隙单独存在模式。其中溶蚀孔缝组合模式和方解石解理缝+溶蚀孔组合模式流体渗流阻力小,在甜点区选择时应重点关注。     

非常规油气致密储层微观孔喉结构表征新技术及意义

非常规油气致密储集体以纳米、微米孔喉为主,微观孔喉结构特征是决定其低孔低渗的主要因素,也是建立非常规油气储层评价标准,揭示油气形成因素、富集规律等基本地质特征的基础。目前,非常规油气致密储层微观孔喉表征技术主要利用了纳米材料科学、物理化学以及分析化学等学科研究方法,通过二维场发射扫描电镜等图像直接观测、气体吸附等间接数值测定以及X-CT三维数值重构模拟孔隙结构三类技术方法,在孔喉大小、形态、分布、三维连通性等方面取得了初步进展,提高了纳米级微观孔喉结构的表征精度。但孔喉结构特征表征技术仍在测试原理、多类型数据融合、多技术手段联合与实验前处理、多尺度特征表征等方面值得进一步探索,该研究也将为准确评价有利致密储层发育区、致密油气等非常规油气甜点区提供依据。     

孔隙结构新参数_(r顶点)及其应用

压汞曲线在双对数坐标系中近似于双曲线。其顶点处的孔喉半径（r顶点）代表了岩石内部连通成有效孔隙系统时的孔喉半径。顶点位置与优势孔喉分布区间相对应。因此，r顶点可以作为反映储集层孔隙结构的重要参数。r顶点用于评价储集层和判定油气聚集有利部位十分有效。r顶点值越大，储集层越好，反之，储集层越差。r顶点值大于0．5μm的储集层厚度越大，对油气聚集越有利；r顶点值小于0．5μm或无顶点，则储集层聚集油气的可能性很小。该参数在我国某气田碳酸盐岩储集层研究中应用，效果明显，值得在碳酸盐岩地区以及砂岩地区储集层研究中推广。     

基于岩石电阻率参数研究致密砂岩孔隙结构

低孔低渗致密砂岩储层孔隙结构特征是影响其油气储集能力和采收率的重要因素，故对其孔隙结构特征进行研究具有重要的意义。文章主要探讨了利用电阻率参数开展该类储层孔隙结构特征研究的方法。基于铸体薄片和压汞实验数据反映出的此类储层孔隙结构的特征，选取毛细管束模型推导并建立了致密砂岩储层孔隙结构特征参数计算模型，并结合岩电实验数据对模型进行了验证。结果表明：从电阻率参数计算得到的岩石孔隙结构参数能较好地反映岩石的孔隙结构特征，利用电阻率计算得到的岩石孔隙结构参数是随含水饱和度变化而变化的量，其变化量及变化的速率能够反映出储集层开采过程中油气藏内部流体的分布变化；利用井下不同时刻实测电阻率参数计算得到的岩石的孔喉半径，仅代表测井时刻地层内导电流体所占据的孔隙空间的半径，而计算得到的岩石迂曲度也只反映了当前状态下导电流体的分布状况。     

鄂尔多斯盆地西南部上古生界致密砂岩储层孔隙结构研究

利用场发射扫描电镜技术、CT扫描技术结合常规薄片、铸体薄片分析对鄂尔多斯盆地西南部上古生界山1、盒8段致密砂岩储层孔喉结构特征进行研究。研究表明,盆地西南部上古生界致密砂岩储层发育大量微米-纳米级孔隙,微米级孔隙包括残余粒间孔、粒内溶孔及晶间孔,纳米级孔隙包括粒内孔、黏土矿物晶间孔和微裂隙。通过CT扫描分析对盆地西南部上古生界致密储层孔隙结构进行三维重构,对储层孔喉在三维空间的分布及其连通性分析,结果表明,盆地西南部上古生界致密砂岩储层非均质性较强,连通孔隙主要受喉道均值半径的控制,只占总孔隙度的40%~70%。     

吉木萨尔凹陷二叠系芦草沟组页岩储层孔隙结构定量表征

吉木萨尔凹陷二叠系芦草沟组是重要的页岩油气聚集区。通过铸体薄片、压汞及核磁共振等分析,结合医用CT、微米CT扫描技术、扫描电镜矿物定量评价（QEMSCAN）及Avizo可视化软件先进的数学算法,构建了吉木萨尔凹陷芦草沟组页岩储层的三维数字岩心并提取了孔隙网络模型参数,获取全尺度孔径分布曲线,从多个维度综合开展其微观孔隙结构定量表征研究。研究结果表明：①研究区芦草沟组页岩储层的孔隙度平均为7.6%,渗透率平均为0.37 mD,为“低孔-特低渗”型致密页岩储层,其主要储集空间类型为次生溶蚀孔,含残余粒间孔、生物体腔孔和成岩微裂缝。②孔喉尺度为纳米—微米级不等,以0.12~1.75 μm喉道贡献率最高,亚微米—微米级孔喉对渗流的贡献较大,孔隙展布形态多为孤立状和条带状,孔隙半径大多为4.5~12.5 μm;喉道半径大多为1.3~5.1 μm,喉道长度为5~15 μm;孔喉配位数为1~2,孔隙结构具有非均质性强、连通性差等特点,孔喉连通性比孔隙尺度对渗流的贡献更大。③纳米尺度下,基质矿物主要为石英和钠长石,纳米级微孔大多分布于矿物颗粒（晶体）内部有机质孔及胶结物微孔隙,孔径为0.015~5.000 μm。     

济阳坳陷二叠系储集层特征及其控制因素

通过对济阳坳陷二叠系砂岩储集层岩石的压汞实验分析,结合薄片分析与扫描电镜观察,利用能反映储集层孔隙结构特征及渗流性能的参数,分析该区二叠系储集层岩石的储集特征.结果表明,该区二叠系碎屑岩储集层以成分成熟度和结构成熟度均较高的中粗粒及含砾中粗粒石英砂岩为主,属于典型的低孔低渗-特低孔特低渗型储集层;主要储集空间为次生孔隙和裂缝,具有孔喉半径小、分选性和连通性较差、渗流能力较差的孔喉特征;最大孔喉半径是决定其渗流能力的主要因素,反映了次生孔隙的发育对其储集性能的重要性.研究结果还表明.控制该区二叠系碎屑岩储集层发育的主要地质因素是沉积主水道(高能河道或分流河道)的分布型式、酸性水介质溶蚀相的发育程度及构造条件.