非常规储层孔隙结构表征技术及进展

非常规储层的复杂孔隙结构是影响储层物性和油气储集的重要因素。目前用于非常规储层孔隙结构表征的方法多种多样,但各种表征技术的原理和适用范围存在较大差异。从定性和定量2方面对目前非常规储层孔隙结构的主要表征技术展开调研,针对扫描电镜等二维图像扫描技术、微纳米CT等三维重构技术、氮气吸附等间接定量表征技术以及目前研究较多的全孔径联合表征技术的研究进展及主要应用进行总结,厘清不同表征技术在原理、对象和精度上的适用情况,形成针对不同孔隙尺度的表征技术体系,基本满足非常规储层评价需求。但目前非常规储层孔隙结构表征技术在精度与尺度兼顾、联合表征算法解释等方面仍需进一步探索。     

低阶煤储层微观孔隙结构多尺度联合表征

多尺度微观孔隙结构对低阶煤储层煤层气吸附/解吸过程的研究具有重要意义。以黄陇侏罗系煤田和陕北侏罗系煤田低阶煤为研究对象,采用压汞、液氮吸附和CO₂吸附等测试手段表征低阶煤储层的孔径分布、孔隙类型等参数,联合核磁共振测试定量分析低阶煤阶段孔径和多尺度孔径分布特征。结果表明,低阶煤孔隙以微孔为主,大孔次之。微孔、大孔、介孔对比表面积的贡献率依次减小。低阶煤储层孔隙类型以两端开口的“柱状孔”和“墨水瓶孔”为主,孔隙连通性较好。核磁共振法获取样品的T₂c截止值为1.4～155.2 ms,变化较大,束缚流体饱和度（BVI）为79.21%～96.96%,可动流体饱和度低。低阶煤储层的孔隙结构复杂多样,单一测试技术与联合计算表征方法在表征低阶煤储层的孔隙结构时差异较大。     

四川盆地龙马溪组页岩储层孔隙结构的定量表征

页岩孔隙结构的定量表征可为页岩储层质量评价提供基础参数,但是利用常规方法很难准确表征页岩的微米-纳米级孔隙结构。 以四川盆地龙马溪组含气页岩为研究对象,综合对比常用的氮气（ N ₂）吸附法、高压压汞法、核磁共振法等页岩测试手段的原理及优缺点,提出利用低压氮气吸附法测得的累计孔径分布来拟合页岩核磁 T 2 谱相对应的累计孔径分布,优化页岩核磁 T 2 谱与孔径的转换系数 C ,进而应磁共振测试结果来表征页岩中不同尺度的孔隙分布。 该方法可以弥补传统的低压氮气吸附与高压压汞联合表征方法的不足,因为高压压汞法测试可能会导致页岩破裂,产生大量微米级裂缝,这些微裂缝很难与天然微裂缝区分开。 此外,核磁共振具有对岩样加工简单、人工破坏性小、测试不需外来压力等优点,因此推荐低压氮气吸附法与核磁共振法联合表征页岩的孔隙结构方法,它能科学、准确地表征页岩的孔喉分布。 研究表明,龙马溪组页岩孔径分布曲线具有双峰或三峰特征,主要孔径为 0.2～100.0 nm ,介孔和微孔占优势,孔隙体积百分比分别为 67.75% 和 25.33% 。 最终明确了该区页岩储层孔隙结构的定量表征方法。     

低渗透储层核磁共振可动流体研究-以姬塬地区长6储层为例

姬塬地区长6储层属典型的低渗透砂岩储层,微观孔隙结构复杂,流体赋存状态不同与常规储层。利用核磁共振技术对该储层样品进行了测试,对有效可动流体孔隙度进行了定义,分析了可动流体的变化特征及影响因素。研究结果表明,低渗透砂岩储层可动流体含量低,孔隙连通性决定可动流体饱和度的大小,喉道大小、有效孔隙空间和粘土矿物的赋存是可动流体含量的主要影响因素。     

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。     

特低渗透储层可动流体饱和度影响因素分析——以安塞油田长6储层为例

利用核磁共振技术,对鄂尔多斯盆地延长组特低渗透砂岩储层样品进行了测试;对可动流体饱和度参数进行了定义,分析了可动流体的赋存特征及影响因素。研究结果表明,特低渗透砂岩储层核磁共振T2谱截止值低,可动流体含量差异性较大。可动流体参数分布范围宽且具有较强的非均质性,孔隙半径整体差别不大,不是影响可动流体饱和度大小的主要控制因素。喉道的大小及连通性控制着可动流体的饱和程度。喉道半径大且喉道连通的有效孔隙个数多时,有效孔隙体积随喉道半径增大而增大,可动流体高。     

鄂尔多斯盆地镇北地区延长组超低渗透储层孔隙结构及其分形特征

选取鄂尔多斯盆地镇北地区延长组7块超低渗透岩心样品,分别开展铸体薄片、扫描电镜、X衍射、高压压汞和核磁共振等实验,明确了超低渗透储层孔喉分布特征、孔隙类型、矿物组成及其含量;运用分形理论研究了储层孔喉分形特征,系统分析了分形维数与储层物性、孔隙结构参数和矿物成分及其含量之间的关系。结果表明:研究区储层孔隙类型主要为残余粒间孔、溶蚀孔和晶间孔。储层矿物成分以石英和长石为主,黏土矿物中绿泥石含量最高。根据毛管压力曲线形态和排驱压力可将储层孔隙结构分为Ⅰ类、Ⅱ类和Ⅲ类3种类型,其储集性能和渗流能力依次变差,孔隙结构非均质性逐渐增强。高压压汞所得的孔喉大小分布具有多重分形特征,依据分形特征曲线存在的明显转折点,将孔隙空间分为大孔、中孔和微孔,微孔相对于大孔和中孔而言孔隙分布较为均匀和规则,对应分形维数最小。核磁共振技术可以更全面地表征储层的孔隙空间,T2T2cutoff段孔喉分布不具有分形特征,T2T2cutoff段可动流体孔隙空间和有效孔隙符合分形结构,对应的分形维数均反映相互连通孔隙的复杂程度。储层孔喉分形维数与孔隙度和渗透率之间具有较好的负相关性,与孔隙结构参数之间也存在较好的相关关系,储层的矿物组成及其含量是决定分形维数大小的内在因素,进而影响储层质量和孔隙结构特征。     

砂岩岩石核磁共振T_2谱定量表征

基于统计学中的正态分布模型和地质混合经验分布模型,应用图解法和矩法2种数学算法,对核磁共振T2谱进行定量表征研究,提取出核磁共振T2谱反映自身孔隙结构及流体赋存状态信息的16项特征变量。在此基础上,结合压汞孔喉分布资料分析了核磁共振定量参数的岩石物理意义,验证了核磁共振定量参数表征储层微观孔隙结构方法的可靠性。在核磁共振定量表征参数相关性分析基础上,优选参数进行储层渗透率和束缚水饱和度求取,与实际岩心分析资料对比,新模型计算效果良好。进一步结合地区储层产能特征,利用核磁共振T2谱定量表征参数对储层进行分类综合评价,在冀东油田某井区的实际应用效果表明,核磁共振T2谱定量参数在储层微观孔隙结构特征研究、储层渗透率及束缚水饱和度计算、储层综合分类等方面均具有良好的评价效果。     

核磁共振与高压压汞实验联合表征致密油储层微观孔喉分布特征

通过设计算法程序,利用压汞实验得到的致密储层孔喉分布数据,校正优化了核磁共振实验T₂弛豫时间与孔喉半径的换算系数,提高了核磁共振表征孔喉分布的精度,建立了表征致密储层微观孔隙分布特征的核磁实验方法。该方法应用于松辽盆地南部白垩系致密油样品孔喉分布表征,不同含油饱和度样品孔喉分布数据表明,含油饱和度小于10%的样品孔喉集中在10~300 nm;含油饱和度介于10%~40%的样品孔喉集中在20~1 000 nm;含油饱和度大于40%的样品孔喉集中在20~3 000 nm。致密储层中不同级别微纳米级孔隙系统的发育控制了致密油含油性。      

川东南地区中二叠统茅口组灰泥灰岩储层孔隙特征

近期川东南多口钻井在茅口组一段灰泥灰岩储层实现了油气勘探突破,其作为一种新类型非常规气藏得到了大量关注。为了进一步弄清该区茅一段灰泥灰岩储层的岩石学特征和储层孔隙特征,基于野外和岩心样品,开展了岩石学和储层孔隙表征工作。研究表明:①茅一段主要发育于外缓坡相,灰泥灰岩的总有机碳含量平均值为0.76%～1.1%,平面上自北西向南东呈增大的趋势,与孔隙度变化趋势相似。②茅一段灰泥灰岩储集空间主要包含有机质孔、无机孔和微裂缝三大类,其中有机质孔可分为独立的有机质孔隙、包裹滑石的有机质孔隙和黄铁矿晶间有机质孔隙,无机孔可分为粒间孔、晶间孔、晶体内部溶孔,微裂缝可分为滑石缝、粒缘缝、应力缝;有机质孔在川东南地区茅一段灰泥灰岩储层中并不占主导地位,微裂缝是灰泥灰岩最重要的储集空间。③通过低温氮气吸附、低温CO₂吸附、高压压汞实验以及纳米CT扫描联合表征,灰泥灰岩储层孔隙以细颈广体的墨水瓶形孔为主,微孔、中孔、宏孔均有发育,孔径主要分布在0.4～100 nm,跨度范围较大;灰泥灰岩非均质性明显,连通性较差,裂缝对于连通孔隙有重要影响。茅一段灰泥灰岩为一套新类型非常规储层,鉴于其复杂的矿物组成和特殊的孔隙特征,需加强有针对性的酸化压裂技术攻关,从而促进灰泥灰岩储层的油气勘探开发。      

鄂尔多斯盆地延长组陆相页岩孔隙类型划分方案及其油气地质意义

鄂尔多斯盆地延长组陆相页岩储层作为一种非常规储集体,对于其孔隙类型划分,当前国内尚无针对性的划分方案。为此,充分调研了国内外页岩储层孔隙类型分类方案,并从中优选出Loucks和于炳松的分类方案,结合延长组陆相页岩孔隙类型扫描电镜观察结果,对Loucks和于炳松的分类方案适当修改,提出了针对性更强的延长组陆相页岩孔隙类型划分方案,以期为延长石油陆相页岩气的发展提供理论支撑。此外,通过氩离子抛光扫描电镜观察,分析了延长组陆相页岩储层孔隙类型发育特征,系统研究了各类孔隙的形成机制、发育规模及油气地质意义。实验结果表明,延长组陆相页岩中粘土集合体内矿物片间孔隙油气地质意义最大;其次为黄铁矿晶间孔隙、有机质孔隙、裂缝孔隙和粘土矿物片间孔隙;再次为刚性颗粒粒间孔隙及边缘孔;石英颗粒溶孔孔径小、连通性差,油气地质意义最小。     

利用核磁共振技术确定有机孔与无机孔孔径分布——以四川盆地涪陵地区志留系龙马溪组页岩气储层为例

页岩有机孔隙具有强烈亲油性,无机孔隙具有强烈亲水性。基于页岩孔隙润湿性差异,利用核磁共振技术（NMR）确定有机孔隙和无机孔隙孔径分布。步骤如下：将页岩岩心分别在饱和油与水条件下进行核磁共振观测,确定有机孔隙和无机孔隙横向弛豫时间（T₂）分布谱,再利用高压汞注入与液氮吸附联测实验,建立T₂时间与孔径大小定量关系（r_d=52T₂）,以此为基础确定有机孔和无机孔孔径分布。将这一方法应用于四川盆地涪陵地区志留系龙马溪组页岩孔隙评价中,页岩有机孔直径集中分布在2～50 nm,峰值为10 nm,少量有机孔直径分布在200～500 nm。无机孔直径分布范围较宽,分布在2.5～500 nm,峰值为50 nm。微裂缝尺寸较大,分布在4～10 μm,峰值为5 μm。应用FIB-SEM识别孔隙类型及其孔径分布,并检验NMR确定的孔径分布,两者具有一致性。核磁共振技术可以进行岩心全直径测量,能较真实地反映地下页岩气储层有机孔与无机孔孔径分布,而且测量成本低,具有良好应用前景。     

核磁共振技术定量表征致密砂岩气储层孔隙结构——以临清坳陷东部石炭系—二叠系致密砂岩储层为例

核磁共振技术能够实现岩石微米—纳米级孔隙高精度、快速、无损测量,为致密砂岩孔隙结构定量表征提供新的手段。基于压汞数据刻度核磁共振T_2谱的方法,针对致密砂岩压汞进汞饱和度不足100%而造成的测不准问题,提出采取压汞曲线和T_2谱从右边界的最大孔隙向左侧小孔隙累加,选定右累加曲线中压汞测量的孔喉半径范围作为核磁共振孔喉半径的可对比区间,利用纵向插值法和最小二乘法构建T_2谱转换的孔喉半径分布曲线。选择临清坳陷东部石炭系—二叠系致密砂岩气储层为研究对象,利用改进方法获得核磁共振T_2谱和孔喉半径转换系数及孔喉半径分布,定量研究了储层孔隙结构特征,并结合岩石薄片、扫描电镜观察,探讨了致密砂岩孔隙结构差异成因及储层有效性。结果表明,利用改进方法得到的核磁共振孔喉半径曲线与压汞曲线吻合度高,显著提高了致密砂岩核磁共振测试的准确度。研究区石炭系—二叠系致密砂岩孔喉半径主要分布于0.002~2μm,总体为亚微米—纳米级孔隙,但不同类型砂岩孔喉半径分布具有明显差异:岩屑石英砂岩富硅质、贫塑性岩屑和杂基,总体以亚微米级孔喉为主,含微米级孔喉;岩屑长石砂岩和长石岩屑(富石英)砂岩石英含量高、塑性岩屑和杂基含量较低,为亚微米—纳米级孔喉(纳米级占优);而长石岩屑(富岩屑)砂岩和岩屑砂岩贫石英、富塑性岩屑和杂基,主要是小于0.05μm的纳米级孔喉。微观岩石学组分是控制孔隙结构差异和储层有效性的关键因素,储层质量宏观上可能受控于沉积微相,粗粒和细粒的点砂坝/河床滞留微相岩屑石英砂岩是最有利储层,细粒的点砂坝微相岩屑长石砂岩、分流河道和障壁砂坝长石岩屑(富石英)砂岩是较有利储层,而潮坪相长石岩屑(富岩屑)砂岩、岩屑砂岩均是孔、渗性极差的无效储层。     

致密砂岩储层可动流体分布特征及影响因素——以鄂尔多斯盆地姬塬油田延长组长8油层组为例

可动流体参数是评价致密砂岩储层渗流特征的重要指标。基于核磁共振可动流体测试原理,对姬塬油田延长组长8油层组不同小层下的6块典型致密岩心样品进行了可动流体特征研究,并以毛细管压力曲线为基础,将核磁共振T₂谱分布换算为孔喉半径分布,确定了可动流体的最小孔喉半径。利用铸体薄片、黏土矿物X射线衍射、场发射扫描电镜以及纳米CT扫描等技术,分析了可动流体的影响因素。分析表明,研究区长8油层组致密储层的核磁共振T₂谱形态主要表现为4种类型：右峰发育型、单峰型、右峰微发育型、左右峰相当型;可动流体主要赋存于大孔隙和中孔隙内,部分微-小孔隙中也赋存有一定量的可动流体;可动流体百分数为6.89%~70.09%,可动流体孔隙度为0.39%~5.62%,可动流体所占的最小孔喉半径为0.024~0.555 μm,其分布范围广,反映了姬塬油田长8油层组具有较强的非均质性。可动流体参数与储层孔隙度的相关性较差。造成长8油层组中可动流体参数差异较大的主要影响因素包括渗透率、孔喉结构特征、黏土矿物的含量及赋存方式、次生孔隙的发育程度及孔喉连通性、微裂缝发育程度等。     

多方法协同表征特低渗砂岩储层全孔径孔隙结构——以鄂尔多斯盆地合水地区砂岩储层为例

高压压汞、恒速压汞、核磁共振实验在表征特低渗透砂岩储层的微观孔隙结构时存在局限性,其结果与铸体薄片和扫描电镜观察到的特征吻合度不高。为了解决这一问题,更加精细地刻画孔喉分布特征,以鄂尔多斯盆地合水地区砂岩储层样品为例,提出了多方法协同表征全孔径孔喉结构的方法。利用高压压汞所得毛管压力曲线与核磁共振联合高压压汞计算所得的伪毛管压力曲线对比,根据喉道分类分别计算吸附喉、微喉、细微喉、中细喉对应的孔隙空间的连通比。根据核磁共振实验原理,利用公式实现横向弛豫时间向孔径的转换,公式中比表面积利用高压压汞计算,弛豫率利用恒速压汞对比核磁共振T₂谱标定,将协同计算所得孔喉分布结果与对应的孔喉连通比相乘得到不同尺度喉道及孔隙连通空间分布曲线。结果显示:吸附喉连通比最低,其他类型的喉道连通比较高,且差异不大。喉道分布范围（0.003~3.661 μm）较恒速压汞结果变大,孔隙半径（0.8~91.4 μm）减小,孔喉比（16.4~58.6）减小,与铸体薄片与扫描电镜观察结果基本相符。说明多种方法协同计算一定程度上克服了高压压汞喉道与孔隙的叠加以及恒速压汞的计算误差,更接近于储层真实状态。      

三台油田头屯河组疏松砂岩油藏可动流体赋存特征

准噶尔盆地三台油田头屯河组疏松砂岩油藏储集层孔隙结构复杂,非均质性强,流体分布差异大。为确定疏松砂岩油藏储集层可动流体赋存特征,通过测试典型岩心样品离心前后的核磁共振T₂谱,定量评价疏松砂岩油藏储集层的T₂截止值及可动流体饱和度。分析结果表明,头屯河组头二段储集层孔隙类型复杂,喉道细小,连通性差;根据T₂谱计算,油藏的可动流体饱和度为80.42%~82.57%,平均为81.39%;可动流体孔隙度为13.91%~17.98%,平均为15.88%;T₂截止值为1.86~4.64 ms,平均为3.06 ms。可动流体主要来自较大孔隙,束缚流体则主要分布于较小孔隙。疏松砂岩岩心样品的最佳离心力为1.02 MPa,较大孔隙发育程度较差的4号和7号样品,4次离心过程中较大孔隙和较小孔隙的可动流体饱和度差异明显;而较大孔隙发育程度较好的5号样品,离心力的增大能够使整体的可动流体饱和度显著上升,在离心力接近1.02 MPa,即最佳离心力时,不同孔隙对于可动流体参数的贡献几乎没有差异。     

渝西地区海相页岩储层孔隙有效性评价

基于页岩储层中毛细管束缚水、黏土束缚水、黏土结合水和干酪根核磁共振响应特征,开展了页岩储层孔隙有效性评价研究。选取渝西地区Z202井、Z201井3 500 m以深页岩样品开展渐变离心与渐变干燥处理后的核磁共振实验,确定了页岩储层中毛细管束缚水、黏土束缚水和基底信号的T₂截止值（T_2cutoff）,分别为0.98~1.08 ms,0.25~0.55 ms,0.12~0.20 ms。3个不同的T_2cutoff逐渐减小,对应的可动水饱和度、毛细管束缚水饱和度和黏土束缚水饱和度分别在29.72%~48.12%、10.25%~20.19%和12.97%~15.68%;200℃干燥后的岩心核磁共振T₁-T₂图谱揭示页岩中存在不连通孔隙;通过定量划分页岩储层孔隙系统,确定了有效孔隙下限的核磁共振T_2cutoff（平均值为0.4 ms）,对应的孔径下限为4.25 nm。据此,建立了识别页岩储层孔隙流体类型、划分页岩储层孔隙系统、评价页岩储层孔隙有效性、确定储层有效孔径下限等系列页岩储层的有效性评价技术和方法。     

海相页岩气储层孔隙表征、分类及贡献

以渝东南彭水地区五峰组-龙马溪组页岩气为例,开展低温二氧化碳吸附（LTCA）、氮气吸附（LTNA）、核磁共振（NMR）、压汞、扫描电镜以及氦测孔隙度等孔隙表征实验,全面刻画页岩孔隙结构,建立全孔径表征及分类方法,研究它们在页岩气赋存和渗流等方面的差异贡献。结果表明,氦测孔体积最大;其次为LTNA和NMR,两者分别在刻画较小孔（<10nm）和较大孔方面优势明显,联合二者可表征页岩全孔径分布。全孔径分布揭示页岩气孔隙分布范围宽,但70%孔体积集中在孔径小于25 nm。结合分形特征,以5,25和100 nm为界,将其划分为微孔、小孔、中孔和大孔。微孔、小孔和中孔主要受有机质含量和粘土矿物含量的影响;此外,中孔还受粒内溶蚀孔的影响,而大孔主要由粒间孔和粘土层间缝构成。微孔和小孔分别为页岩吸附气、游离气提供主要场所;小孔和中孔相互连接,为页岩气在基质中渗流提供通道。研究成果对页岩气储层分类、渗流机理认识等具有指导意义。     

沾化凹陷低熟页岩储层特征及其对页岩油可动性的影响

利用扫描电镜、索氏抽提、气体吸附、核磁共振（含离心）等实验手段对沾化凹陷沙河街组三段（沙三段）下亚段泥页岩展开研究,以明确泥页岩储层特征对页岩油可动性的影响及其作用机制。沾化凹陷沙三段下亚段页岩主要发育有机质孔、粒间孔、晶间孔、溶蚀孔、构造缝和层理缝等储集空间。以50 nm和2 μm为界,不同岩相页岩的核磁共振孔径分布曲线均具明显的三段式特征。孔径小于50 nm的孔体积主要由方解石溶蚀孔提供,孔径介于50 nm~2 μm的孔体积由粒间孔提供,孔径>2 μm孔缝的孔体积由层理缝和构造缝提供。页岩储层的孔隙结构特征和矿物组成共同控制了页岩油的可动性。页岩油可动性差,可动油饱和度平均仅为21.50%,可动油主要赋存在大孔隙（孔径>50 nm）中,小孔隙（孔径＜50 nm）中以束缚油为主,页岩油的临界流动孔径约为50 nm。大孔隙不仅可以提供页岩油储集空间,也有利于页岩油的流动;小孔隙具有较大的比表面积、较强的吸附能力和较差的连通性,不利于页岩油流动。矿物组构宏观上影响了页岩油的可动性,方解石含量增加可以提高页岩的脆性,利于裂缝的形成,对页岩油渗流具有积极意义;黏土矿物因其较大的比表面积和堵塞孔喉,不利于页岩油的流动。层理构造不仅利于层理缝等储集空间的发育,也改善了页岩孔隙的连通性,有利于页岩油的流动。