致密砂岩微观孔喉结构特征及其对储层含油性的影响——以鄂尔多斯盆地延长组地层为例

马旭晴，王浩男，李昌庆，刘庆茹

(1.西安石油大学 地球科学与工程学院， 陕西 西安 710065； 2.西安石油大学 陕西省油气成藏地质学重点实验室， 陕西 西安 710065； 3.长庆油田分公司第三采气厂， 陕西 西安 710016)

0 引言

致密砂岩油气无明显圈闭界限，多为源内或近源聚集，呈连续或准连续分布特征，并且储层物性极差，存在多尺度储集空间类型，层间及层内非均质性强(邹才能等，2012；李爱芬等，2015；公言杰等，2016)。这些特征导致致密砂岩油气不同于常规油气，储层的精细研究成为重中之重。微观孔喉结构是影响原油运移和聚集、决定储层质量、控制储层含油性的关键，前人在储层孔喉结构的发育特征(毕明威等，2015)、孔喉结构的分类及定量表征(Jin et al.，2018；赵继勇等，2014；房涛等，2017)、孔喉结构对储层渗流特征的影响(Xiao et al.，2018；高旺来，2003；刘晓鹏等，2016)等方面做了大量工作。同时对油气充注聚集的孔喉半径上下限探讨做了很多研究(曹青等，2013；张洪等，2014；吴康军等，2016)，孔喉发育特征、孔喉含量及连通性对储层含油性方面涉及较少，导致目前对致密砂岩油气富集及“甜点”发育机理认识不足。

本次运用铸体薄片、高压压汞、核磁共振等多方法、多手段定量表征储层微观孔喉结构特征，以马岭地区长8储层为研究对象，深入分析孔喉结构特征对储层含油性影响，明确孔喉结构对原油充注与聚集的机理及致密砂岩油气富集的有利孔喉条件，为致密砂岩油后期增储上产提供依据。

1 区域地质特征

1.1 储层沉积及岩性特征

研究区处于鄂尔多斯盆地西南部，构造上位于天环凹陷和陕北斜坡构造带过渡部位，整体呈东高西低的西倾单斜(图1)。本文研究目的层段属于鄂尔多斯盆地三叠系延长组长8地层，岩性以暗色泥岩、灰色粉细砂岩为主，平均厚度为85 m，区域内连续分布且厚度变化不大。长7及长9这两套烃源岩层为长8储层油气提供充足来源，同时泥岩层内的生烃增压为油气的充注提供必要的动力(郭凯，2017)。主要发育三角洲前缘沉积，其中包括水下分流河道、决口扇、水下天然堤等多种沉积微相。受西南方向物源控制，沉积砂体整体呈条带状分布，西南—东北方向展布，以细砂、中砂为主。根据400余块岩矿资料统计，长8地层以岩屑长石砂岩为主，填隙物含量较高(平均大于9.5%)，以方解石、铁方解石、绿泥石为主，颗粒分选中等，且以次棱角状磨圆为主，反应储层岩石成分成熟度低、结构成熟度中等的特征(肖晖等，2019)。

图1 鄂尔多斯盆地构造单元及研究区位置图(据王浩男，2020修改)

1.2 物性及含油性特征

长8储层孔隙度分布在1.23%～20.07%之间，多数样品孔隙度小于10%，以6%～10%为主，平均孔隙度为8.83%，属于中—低孔储层。渗透率分布在0.01×10-3μm2～11.61×10-3μm2之间，为超低渗透储层。研究区长8储层为典型的中—低孔超低渗致密砂岩储层。

长8储层含油非均质性较强，含油饱和度在4.75%～60.2%范围内均有分布，分析不同样品物性与含油性关系表明，致密砂岩储层物性与含油性相关性不高(图2)，同一物性下储层中含油饱和度差异大。以上分析表明，油源供应充足的条件下，除物性外，储层孔喉结构也是含油性的重要影响因素。在储层物性相差不大的情况下，孔喉结构则对储层含油性起决定性作用。

图2 马岭地区长8致密砂岩储层物性与含油性关系

2 微观孔喉结构特征

2.1 储集空间类型及形态

长8储层发育粒间孔(面孔率分布在0.6%～8%，平均为2.1%)、粒内孔(溶孔面孔率为0.7%～1.8%，平均为1.1%)及黏土孔(图3c、f)三种储集空间类型，部分可见成岩成因的裂缝。其中，粒间孔多为残余粒间孔(图3a、d)，个别溶蚀强烈地区可形成溶蚀粒间孔(图3e)。该类孔隙形态不规则且多被黏土薄膜所包围，孔径相对较大，多为微米级孔隙。粒内孔以长石溶孔为主，岩屑溶孔次之(图3b、e)，溶蚀孔孔径相对较小，多为纳米级孔隙。薄片观察该类孔隙形态多呈圆形、串珠状，以孤立状孔隙和闭孔为主。

图3 马岭地区长8致密砂岩储层储集空间类型及镜下特征

2.2 孔喉大小、分布及连通性特征

选取不同物性典型样品压汞曲线可以看出(图4)，随着物性减小，孔喉分布整体由分选不好、略偏粗歪度过渡到分选相对较好、略偏细歪度，压汞曲线平台段距离缩短，且曲线平台变缓，进汞初始压力变大等特征。储层非常致密时，孔喉小且集中分布。长8储层排驱压力分布在0.18～10.34 MPa之间(图5a)，多数分布在0.3～3.5 MPa之间，占80%以上。样品中值半径普遍小于1 μm，主体分布在0.01～0.1 μm之间，有约13%的样品中值半径在0.01μm以下(图5b)。以上分析表明，储层整体致密、孔喉发育复杂、排驱压力高、中值压力大等特征。

图4 马岭地区长8致密砂岩储层不同物性压汞曲线特征

图5 马岭地区长8致密砂岩储层孔喉大小特征

通过对15块致密砂岩样品进行核磁共振分析发现，研究区储层束缚水饱和度最小为37.29%，最大可达93.55%，平均为64.91%，束缚水含量整体偏高。可动水饱和度为2.02%～49.52%，平均为24.53%。

3 微观孔喉结构对含油性的影响

3.1 储集空间类型及形态与含油性

成岩地质时期压实作用越弱，储层原生粒间孔隙和喉道连通性保存较好，利于孔隙中酸性流体的流动，与可溶颗粒间接触可增加岩石表面溶蚀率。溶蚀孔含量与粒间孔含量变化趋势基本相同也很好的说明了这一观点(图6)。含油饱和度与溶蚀孔、粒间孔的变化趋势一致，当储层中孔隙含量增加时，含油饱和度也呈增加趋势。

图6 马岭地区长8储层含油饱和度和不同类型储集空间含量变化关系

此外，绿泥石薄膜的存在不仅可减少压实作用，同时使孔喉表面转为亲油性特征，有利于油气聚集(操应长等，2018)。随着深度增加，绿泥石含量与含油饱和度均呈增加趋势(图7)，更加证实了上述论断。

图7 马岭地区长8储层绿泥石相对含量和含油饱和度纵向变化关系

3.2 孔喉相对发育程度与含油性

储层中孔隙主要起储集作用，喉道则为渗流的主要通道，控制油气的充注、运移和聚集。因此，储层中除孔隙外，喉道的发育程度也是影响含油性的重要因素，根据压汞的孔喉体积比参数来反映储层中孔隙和喉道的相对发育程度。样品孔喉体积比计算公式(葸克来，2016)为：

Vr=Sr/(Smax-Sr)

(1)

式(1)中，Vr为样品平均孔喉体积比；Sr为残余汞饱和度/%；Smax为最大进汞饱和度/%。

研究区储层孔喉体积比主体分布在0.76～5，含油饱和度与孔喉体积比呈现先增加后降低的趋势(图8)。

图8 马岭地区长8致密砂岩储层孔喉体积比与含油饱和度关系

孔喉体积比在1.7～3时，储层含油饱和度均较高，多数大于40%；孔喉体积比小于1.7时，随着体积比的增加含油饱和度增加，而孔喉比大于3时则相反。储层含油性受孔隙和喉道共同控制，喉道为主的储层储集空间相对较小，而孔隙为主的储层孔隙无法有效连通，也不利于原油的聚集。因此，适中的孔喉体积比同样是控制储层含油性的关键。

3.3 孔喉分布及大小与油气充注

分选系数可以很好的反应储层中孔喉的分布情况。图9显示，分选系数与含油饱和度呈正相关关系，相关系数R2为0.52，当分选系数Sp大于3.0时，储层含油饱和度达到30%以上，分选系数较低时含油饱和度也较低。表明孔喉大小分布过于集中时，不利于致密砂岩储层油气的充注。但注意到，这里只是考虑孔喉的分布，孔喉的大小同样是另一个主要因素，以下将对孔喉大小的影响进行分析。

图9 马岭地区长8储层孔喉分选系数Sp与含油饱和度关系

致密砂岩油气藏多由于生烃增压、黏土矿物膨胀等动力形成，因此致密砂岩油藏的形成应该存在一个孔喉上下限值，上限值则为浮力成藏的最小孔喉半径。孔喉大于该值时，油气则会在浮力作用下发生运移聚集，形成常规油气藏(赵靖舟等，2012)。研究认为，研究区地层倾角低，平均不足1°，单位油柱高度产生的最大浮力为0.1 MPa，对应半径大约为7.34 μm(白玉彬等，2014)，当倾角为90°时，下限值为2.94 μm(侯启军等，2011)。下限值由于充注压力和孔喉结构的影响，不同地区差异较大。在求取孔喉下限值时考虑束缚水膜的影响，求得该地区油气充注孔喉半径下限为0.077 μm(王浩男等，2020)。

随着含油饱和度的增加，孔喉分布峰值不断变大，向偏粗歪度过渡，并且大于0.077 μm的孔喉含量占比明显增大(图10)。因此，当孔喉分布较均匀且大于充注下限值的孔喉含量越多，储层含油性越好。

图10 马岭地区长8储层孔喉分布与含油饱和度特征

3.4 孔喉连通性与油气充注

孔喉的连通性好坏同样也控制着油气充注的强弱，连通孔喉的含量影响着储层含油饱和度的大小。核磁共振自由水饱和度表示储层孔隙空间中可以自由流动的流体多少，其值越大反映储层中孔喉连通性越好，反之亦然。本次以半径在0.077～7.34 μm的孔喉为研究对象进行分析。图11显示，自由水和束缚水含量变化较大，其中束缚水占孔喉总体积的3.2%～52.7%，平均为22.8%；自由水含量为7.83%～54.2%，平均为24.5%。从含油饱和度和自由水含量的变化趋势来看，随着储层自由水含量增加，含油饱和度也相应增加。同时也注意到，当储层中自由水与束缚水饱和度比值越大，含油饱和度明显越大。自由水含量越高，连通孔喉含量越多，该部分孔喉连通性越好，越有利于原油的充注和聚集。

图11 马岭地区长8储层不同半径孔喉自由水和束缚水含量分布特征及其与含油饱和度的关系

综上，储层中孔喉连通性对油气充注有明显的控制作用，尤其是0.077～7.34 μm的孔喉连通性对储层油气充注起决定性作用。其中自由水饱和度占总孔喉比越高，自由水与束缚水饱和度比值越大，越有利于原油的聚集，储层含油饱和度越高。

4 结论

(1)马岭长8储层孔喉结构复杂，发育粒间孔和粒内孔等多种纳米级的孔喉，粒内孔多以溶蚀成因为主。除物性外，孔喉结构也是影响致密砂岩储层含油性的另一重要因素，物性相差不大的储层孔喉结构则对储层含油性起决定性作用。

(2)储层孔喉中值半径多小于1 μm，主体分布在0.01～1 μm之间，孔喉结构具有排驱压力高、中值压力大、束缚水饱和度高(平均为64.91%)、储层含油性受变化差异大等特点。

(3)储层含油性受孔隙类型、孔喉分布及大小、孔喉连通性等因素共同控制。粒间孔发育良好、孔喉体积比中等(Vr为1.7～3)、大于充注下限值(0.077 μm)的孔喉含量高且连通性好均为储层含油性有利条件。

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