致密油储层微观孔隙结构定量表征——以鄂尔多斯盆地新安边油田长7储层为例

鄂尔多斯盆地新安边油田长7致密油储层具有较好的开发潜力,由于微观孔隙结构研究的薄弱制约了致密油勘探开发进程,对后期开采具有较大影响。该文采用扫描电镜、铸体薄片、高压压汞、微纳米CT扫描等技术,对新安边油田长7致密油储层的储集空间特征及微观孔隙结构参数进行定量表征。结果表明,长7致密油储层孔隙类型主要分为三类:粒间孔、溶孔、微裂缝。研究区发育大量纳米级孔喉,其对储层的储集及渗流能力具有较大贡献。依据不同样品的排驱压力划分:排驱压力小于1 MPa时,微米尺度孔隙丰富且连通性好,孔喉形态多为粗大管状、条带状,喉道半径主要集中在100~380 nm;排驱压力介于1~3 MPa之间,局部孔隙连通性好,纳米尺度孔喉多发育于粒内溶孔,孔喉形态表现为管束状、球状,喉道半径主要分布于75~250 nm;排驱压力大于3 MPa时,大量孤立的小球状孔喉聚集,垂向连通性差,仅局部微裂缝发育区提供储集空间,喉道半径主要集中为15~75 nm。      

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。     

国外致密油储层微观孔隙结构研究及其对鄂尔多斯盆地的启示

致密油储层微观孔隙结构是致密油储层研究的重点和难点,也是制约致密油勘探、开发的关键问题,主要表现在：致密油储层微观孔隙结构表征难、分类评价难、预测难,并且孔隙结构与油气赋存和渗流的关系复杂等。国外在致密油储层微观孔隙结构研究方面取得了一些进展：发现了纳米孔喉储集类型并研究了其成因;逐级深入,形成了微观尺度分析测试系列方法;发展了数字岩心技术;定量分析了矿物成分及其在微观渗流中的作用;有效识别和表征了微裂缝;对比分析了储层中各类孔隙及流体分子的尺度。根据国外的经验,探讨了鄂尔多斯盆地致密油储层微观孔隙结构研究的思路和方法,指出要在致密油储层微观孔隙结构测试手段上有所突砘要证实致密油储层中纳米级孔隙的存在与否及其贡执要揭示致密油储层中孔隙和喉道的配置关系;要认识致密油储层中微裂缝发育及分布规律;要探讨致密油储层改造及储层保护的手段．     

鄂尔多斯盆地延长组长7油层组页岩-致密砂岩储层孔缝特征

鄂尔多斯盆地三叠系延长组长7油层组是富有机质页岩和致密砂岩共生发育的富油层位,富有机质页岩既是生油层又是储层,并为致密砂岩提供油源。揭示页岩储层和致密砂岩储层之间的孔缝特征,对认识页岩油和致密油赋存空间和运移机理具有重要意义。综合岩心描述、场发射扫描电镜、激光共聚焦显微镜、核磁共振实验、高压压汞和低温吸附实验等手段,定性描述和定量表征相结合,刻画了富有机质泥页岩和致密砂岩储层中的孔隙类型和孔径大小。富有机质泥页岩孔隙类型包括粒间孔、粒内孔、有机质孔,页岩中孔隙的孔径范围总体分布在50 nm以下。页岩中的裂缝包括水平缝、低角度缝、高角度缝和近直立缝。致密砂岩储层孔隙类型包括剩余原生粒间孔、晶间孔和次生孔,且次生孔是主要的孔隙类型。致密砂岩孔隙直径多在2 μm以上,孔喉半径多集中在73.5 nm以下,但对渗透率起贡献作用的孔喉半径区间为73.5~735 nm,致密砂岩中同样发育微裂缝和高角度裂缝。页岩和致密砂岩孔隙的形成和演化均受沉积作用和成岩作用的影响,成岩作用流体和烃类流体的运移和充注将页岩和致密砂岩构成了有机整体。延长组长7油层组页岩-致密砂岩系统中存在3类孔缝网络和石油运移路径：①页岩内纳米-微米级孔隙-裂缝网络,形成页岩油的存储空间和石油源内运移的路径;②致密砂岩内纳米级喉道和微米级孔隙的孔隙网络系统,形成致密油的存储空间;③页岩和致密砂岩间差异孔喉结构-微裂缝-裂缝孔喉网络系统,构成源内石油向源外运移的路径。     

致密砂岩储集空间多尺度表征——以松辽盆地齐家地区高台子油层为例

以松辽盆地齐家地区高台子油层三、四段致密砂岩储层为研究对象,利用纳米与微米CT、自动矿物识别系统（QEMSCAN）、MAPS图像拼接技术以及环境扫描电镜（ESEM）等非常规测试新技术,从宏观和微观两个尺度对齐家地区高台子致密储层空间进行表征。研究表明：①宏观尺度下,储层岩性主要以粉砂岩与泥质粉砂岩为主;层理构造多样,以块状层理、槽状交错层理、楔状层理和透镜状层理为主;砂泥间互特征明显,层理构造的多样性增强了致密储层的非均质性,块状层理最有利于致密油富集。②微观尺度下,孔隙具有微米-纳米连续分布的特征,微米孔隙峰值主要集中在2~3 μm,纳米孔主体孔喉分布在200~300 nm。不同三维建模区域孔喉空间分布及连通性特征具有明显的微观非均质性;微观孔隙结构类型以粒间溶孔、粒内溶孔和微裂缝为主,孔隙度高值区对应有机酸高值区,存在较明显的耦合关系,受溶蚀作用控制显著。     

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。     

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%。     

鄂尔多斯盆地西南部长6—长8段致密砂岩储层微观孔隙特征

为了精确、直观地表征鄂尔多斯盆地西南部长6—长8段致密砂岩储层的微观孔隙结构,应用铸体薄片、扫描电镜与高压压汞等方法分析了储集空间的类型与物性特征,通过微米—纳米CT三维成像技术定量表征了微观孔隙的结构并对其三维孔隙的空间形态、大小、连通情况及分布特征进行了深入的研究,在此基础上进一步探讨了微观孔隙结构对孔隙度的影响。结果表明:长6—长8段致密砂岩储层发育多种类型的微观孔隙,常见有粒间孔、粒内孔、晶间孔与微裂缝4类孔隙类型。依据长宽比值(l/d)划分三维微观孔隙的空间形态类型,其中粒间孔为不规则状,粒内孔与晶间孔为球状,微裂缝多为管束状。微米尺度下不规则状与管束状孔隙发育,孔隙连通性较好,孔隙体积多为20~100μm~3,平均孔隙半径多小于5μm;纳米尺度下球状孔隙发育,孔隙连通性较差,孔隙体积多为104~107nm~3,平均孔隙半径多小于0.1μm。致密砂岩孔隙度与平均孔隙半径的相关性较差,其中管束状孔隙的数量、管束状与不规则状孔隙的平均半径对样品孔隙度的影响较大。由此可知微米尺度下管束状与不规则状孔隙是长6—长8段致密砂岩储层储集空间的主要贡献者。     

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。     

不同基质-裂缝耦合模式下致密油生产动态特征

针对致密油生产动态特征复杂、单井产能差异大的特点,基于不同孔缝介质并存的致密油储层特征,研究多重介质耦合下的流动机理,结合地震解释、测井分析和岩心薄片等静态资料,基于裂缝类型、尺度和发育程度的变化,将致密油储层储渗模式划分为多级裂缝-孔隙型、大裂缝-孔隙型、微裂缝-孔隙型和孔隙型4种类型,不同储渗模式具有不同的孔缝介质组合类型,表现出不同的渗流特征和产能特征。利用油藏工程和数值模拟方法,结合动、静态资料,揭示出各类储渗模式下油井的生产动态特征。对比分析得出,只有当不同尺度的大裂缝和微裂缝组成复杂缝网时,储层出油能力最强。针对不同储渗模式,应采用合适的储层改造方式,使天然裂缝与人工压裂裂缝形成缝网,有效沟通基质,在增加初期产量和产量规模的同时,增大基质的动用程度,提高致密油采出程度。     

致密油与页岩油的概念与应用

通过国内外大量的文献调研,了解和分析了致密油和页岩油术语的不同含义与应用情况,对比了它们之间的异同点,并提出了应用和完善致密油和页岩油概念的建议。致密油含义有广义与狭义之分;页岩油除用于指油页岩加工的石油外,其含义也有广义和狭义之分。致密油与页岩油异同点表现为3种情况:①致密油与页岩油概念完全不同,属于不同的非常规石油资源类型;②致密油与页岩油含义完全相同,可以互换使用;③致密油与页岩油概念既有关系,也有差别。在应用致密油和页岩油术语时,要遵循"尊重习惯、方便交流"的原则。致密油和页岩油有不同含义,不要只从字面上机械理解,要真正理解它们的实际内涵。对于致密油和页岩油术语使用中遇到的问题,应采取"不断完善,适时修正"的原则,不断完善致密油和页岩油术语的定义,使它们的定义和应用更加科学、规范,同时也要方便、适用和与国际接轨。     

关于致密油气和页岩油气的讨论

在全球范围内,非常规油气勘探开发都正在从幕后步入前台,为了厘清有关概念、明确勘探思路、指导勘探决策,对致密油气和页岩油气等的勘探开发历程和发展前景进行了讨论。结果认为：①目前工业开采中广义的致密储层油气主要包括致密砂岩油气、页岩油气、煤层气,其有效开采依赖于共同的主体技术--水平井和压裂;②美国的非常规油气开发从致密砂岩油气起步向煤层气、页岩气延伸,因气价下跌而促进了页岩油的开采;③近年来页岩气、页岩油成为美国油气产量增速最快的类型,从而使其成为天然气、石油产量增速最快的国家;④据最新资源评价结果测算,页岩油、页岩气分别占世界油、气资源总量的10％、32％;⑤近年世界流行的致密油（ tight liquids）概念,其主体是页岩油,包括天然气液（NGLs,Natural Gas Liquids）和轻质黑油（Light Oil）,生产实践表明,目前仅能开发致密储层油中的相对轻质者,因而可称其为轻质致密油（LTO,Light Tight Oil）。     

鄂尔多斯盆地致密油的定义

致密油是继页岩气之后全球非常规油气勘探开发的又一新热点,被中国石油界广泛关注,但目前对致密油的定义还存在诸多分歧。基于鄂尔多斯盆地延长组致密油特征分析,从致密储层物性、可动流体等方面对致密油定义进行深入研究,综合勘探开发成果确定延长组致密油渗透率界限,进而探讨致密油的定义标准。研究结果表明,鄂尔多斯盆地延长组致密油成藏条件良好,主力层系为长6、长7、长8及长9油层组,盆地中部及南部深湖相沉积发育区是最有利的致密油勘探区。综合分析测井、物性、可动流体、主流喉道半径、启动压力梯度、原油粘度、压力系数以及试油试采等资料,提出利用致密油储层六参数法对鄂尔多斯盆地延长组储层分类标准进行调整,将延长组致密油渗透率界定为小于0.5×10-3 μm2,主要包括致密砂岩油和页岩油。其他盆地或油田应结合实际地质特征及勘探开发实践对致密油进行定义。     

Classification and characteristics of tight oil plays

Based on the latest conventional–unconventional oil and gas databases and relevant reports,the distribution features of global tight oil were analyzed.A classification scheme of tight oil plays is proposed based on developed tight oil fields.Effective tight oil plays are defined by considering the exploiting practices of the past few years.Currently,potential tight oil areas are mainly distributed in 137 sets of shale strata in 84 basins,especially South America,North America,Russia,and North Africa.Foreland,craton,and continental rift basins dominate.In craton basins,tight oil mainly occurs in Paleozoic strata,while in continental rift basins,tight oil occurs in Paleozoic–Cenozoic strata.Tight oil mainly accumulates in the Cretaceous,Early Jurassic,Late Devonian,and Miocene,which correspond very well to six sets of globaldeveloped source rocks.Based on source–reservoir relationship,core data,and well-logging data,tight oil plays can be classified into eight types,above-source play,below-source play,beside-source play,in-source play,between-source play,in-source mud-dominated play,insource mud-subordinated play,and interbedded-source play.Specifically,between-source,interbedded-source,and in-source mud-subordinated plays are major targets for global tight oil development with high production.Incontrast,in-source mud-dominated and in-source plays are less satisfactory.     

青西油田裂缝-孔隙型致密油层保护

青西油田为自生自储式裂缝性油气藏，非均匀性强、埋藏深（4100－4700m），储集层主要为下白垩统下沟组致密的白云质泥岩、泥质白云岩和砂砾岩，主要储集空间为裂缝，其次为溶蚀孔、洞，极易遭受污染。针对青西油田下沟组储集层的损害情况，进行敏感性实验并分析损害机理，结合敏感性评价结果及现场试验结果，提出钻井、固井、完井、采油、修井等过程中的油层保护具体措施。表1参12（谢全民摘）     

致密油资源评价新进展

致密油是继页岩气之后当下非常规油气领域的热点,全球致密油可采资源量达到473×10⁸t。近年,北美地区致密油勘探开发技术进步显著,产量增加迅速,中国在致密油勘探也取得了明显成效。在致密油资源评价方面,国外已形成相对成熟的评价技术,总体以类比法和统计法为主,各有其优缺点和适用条件;国内,完善资源评价技术已成为致密油增储上产的当务之急。重点探讨了致密油资源评价方法及资源富集特点,初步形成了类比法、统计法、成因法3大类7种评价方法及评价参数体系,并采用新建立的分级资源丰度类比法、EUR类比法、小面元容积法,在四川、鄂尔多斯、松辽、准噶尔、渤海湾等致密油盆地进行了具体应用。初步评价结果表明,中国致密油资源潜力大,地质资源量达200×10⁸t,具备规模化发展的资源基础。     

巴肯致密油藏开发对我国开发超低渗透油藏的启示

对低渗透、特低渗透和超低渗透油藏进行了重新划分,对超低渗透油藏和致密油藏在概念上进行了区分,对致密油藏成藏、开发特点进行了讨论,指出了巴肯致密油藏和我国普通意义上的低渗透油藏之间的差异。同时,给出巴肯致密油藏开发所采用的关键技术及其在开发致密油藏方面的理论认识,以期对我国开发超低渗透油藏或致密油藏从理论认识及技术等方面都具有一定的参考价值。     

鄂尔多斯盆地致密油、页岩油特征及资源潜力

长庆油田对渗透率为0.3～1mD的超低渗透油藏已实现了规模有效开发。考虑到鄂尔多斯盆地石油勘探开发实际,将储集层地面空气渗透率小于0.3mD,赋存于油页岩及其互层共生的致密砂岩储层中,石油未经过大规模长距离运移的油藏称为致密油,包括致密砂岩油和页岩油2大类。延长组致密油主要发育于半深湖-深湖相区,以延长组7段（简称长7）油层组油页岩、致密砂岩和湖盆中部的延长组6段（简称长6）油层组致密砂岩最为典型。致密油具有分布范围广,烃源岩条件优越,砂岩储层致密,孔喉结构复杂,物性差,含油饱和度高,原油性质好,油藏压力系数低的特点。纳米级孔喉系统广泛发育是致密油储集体连续油气聚集的根本特征,延长组致密砂岩储层中大多数连通的孔喉直径大于临界孔喉直径,满足油气在致密储层中运移的条件。根据致密油层与生油岩层的接触关系,确定了3种致密油储集层类型：①致密块状砂岩储层;②砂岩-泥岩互层型储层;③油页岩型致密储层。鄂尔多斯盆地长6和长7油层组致密油分布广泛,初步预测致密油总资源量约30×10⁸t,其中长7油层组页岩油资源量超过10×10⁸t,长7油层组致密砂岩油资源量约9×10⁸t,长6油层组致密砂岩油资源量约11×10⁸t。致密油资源是长庆油田实现年产油气当量5000×10⁴t并长期稳产较为现实的石油接替资源。     

裂缝性致密油藏非稳态窜流规律

对裂缝性油藏渗流过程中基质-裂缝间窜流规律的研究发现,其形状因子是随着时间发生变化的。裂缝性致密油藏传统模型通常将形状因子考虑为常数,无法准确描述双重介质油藏的渗流规律,因此,文中考虑致密油藏应力敏感特征,引入与压力有关的变渗透率系数,建立了裂缝性致密油藏不稳定渗流方程。综合运用分离变量法和幂级数法对该模型进行求解,得出时变形状因子表达式。将推导的时变形状因子应用到典型双重介质模型中,计算结果表明,运用所推导的时变形状因子的预测结果和精细网格模型一致,较准确地反映了裂缝性致密油藏基质-裂缝系统间窜流规律,简化了基质-裂缝系统间窜流过程的定量数学模拟,为类似油藏进行试井分析和产能评价提供了更准确的理论依据。