鄂尔多斯盆地延长组致密油储集层特征研究

张兴文 王拓夫 闫家宁 韩明伟 任一菱 孙旭

摘要：为深入研究分析储层储集特征，通过大量的岩心观察、岩石薄片和室内实验，结合扫描电镜、常规压汞和核磁共振等进行分析。结果表明：鄂尔多斯盆地研究区致密油层页岩中主要矿物为粘土矿物、石英与长石，此外还含少量碳酸盐和黄铁矿。泥质页岩内刚性颗粒的粒度平均值为5.4μm，不存在砂级颗粒，泥级颗粒（≥8）能够占到中颗粒的50%以上。页岩、纹层和含纹层页岩的总有机碳含量（TOC）差异性较为明显，表明页岩的TOC 存在较强的非均一性。粉砂质纹层中页岩气所占据的含气孔隙度要比页岩层大，孔隙发育特征主要以粒/晶间孔和粒内孔为主，洗油前孔隙度为0.27%～8.06%，说明变化范围较大，平均2.35%。长7致密油储层大孔至纳米孔孔隙均含油，且微孔至纳米孔孔隙含油饱满。

关键词：鄂尔多斯盆地；
长7油层组；
页岩；
致密油储层；
储集特征

中图分类号：TE122.2+3文献标志码：A文章编号：1001-5922（2023）05-0107-05

Reservoircharacteristicsof YanchangFormationtight oilreservoirsinOrdosBasin

ZHANG Xingwen1，WANG Tuofu2，YAN Jianing1，HAN Mingwei1，REN Ling1，SUN Xu1

（1. Research Institute of Exploration and Development，PetroChina Liaohe Oilfield Company，Panjin 124020，Liaoning；
2. Exploration Department of PetroChina Liaohe Oilfield Company，Panjin，Liaoning，124020）

Abstract：In order to study and analyze the reservoir characteristics in depth，a large number of core observations， rock thin sections and laboratory experiments were combined with conventional mercury injection and nuclear mag? netic resonance to conduct analysis. The experimental results show that the main minerals in the tight oil shale inthe Ordos Basin are clay minerals，quartz and feldspar，in addition to a small amount of carbonate and pyrite. Theaverage particle size of the rigid particles in the argillaceous shale is 5.4μm. There are no sand-grade particles， and mud-grade particles（≥8）can account for more than 50% of the medium particles. The differences in TOCamong shale，laminar and laminar shale are obvious，indicating that the TOC of shale has strong heterogeneity. Thegas-bearing porosity occupied by shale gas in silty laminae is larger than that in shale layers，and the pore develop? ment characteristics are mainly granular/intercrystalline pores and intragranular pores. The range of porosity beforeoil washing is large，from 0.27%～8.06%，with an average of 2.35%. The macropores to nanopores of Chang 7 tightoil reservoirs all contain oil，and the pores from micropores to nanopores are full of oil.

Keywords：Ordos Basin，chang 7 oil formation，shale，tight oil reservoir，reservoir characteristics

我国非常规油气资源具有多时代、多层系、分布广、潜力巨大等特点[1-5]。页岩油技术可采资源量为43.5×108 t，主要分布于鄂尔多斯盆地三叠系长7段与长9段、松辽盆地白垩系青山口组和准噶尔盆地二叠系芦草沟组等地。鄂尔多斯盆地中生界湖盆中心己发现大规模分布的陆相页岩油气区，展现出良好的勘探前景[6-8]。由于非常规油气特殊的形成背景与地质条件，目前研究仍处于初级阶段，许多问题尚待解决，例如非常规油气储层特征，非常规油气资源储层储集分布特征，非常规油气勘探开发技术等[9]。

通过运用CT 扫描技术、X 衍射技术对致密油储层的微观孔隙结构特征进行研究，并运用CT 扫描技术构建三维立体模型，对孔喉结构、连通性等特征实现了定性描述[10]，发现致密油储层油藏的孔喉结构复杂，以小孔居多，可动流体分布不均匀，多在较小孔喉内。利用分子动力学理论方法、氮气吸附法对致密油储层油藏的孔隙结构性质进行研究，并运用分形几何法将微观孔隙结构参数进行定性表征[11]。利用场发射扫描电镜及Ⅹ衍射技术，发现致密油储层的孔隙结构具有良好的分形几何性质[12]。通过核磁共振、高压压汞、场发射电镜扫描等手段，对鄂尔多斯盆地延长组长7致密油储层进行研究，发现该区的微观孔隙结构特征复杂，孔隙类型主要以粒间孔、微孔隙、长石溶孔为主，喉道类型多样，主要呈片状、管束状和弯片状类型[13]。利用高压压汞和核磁共振技术，并结合微球管实验模型，将孔喉结构特征进行了划分，并对分选系数、歪度及其他孔喉参数进行了计算[14]。利用物理模型试验和测井类研究方法，对低渗透砂岩油藏的微觀孔隙结构进行了研究，并基于并结合砂体厚度、砂地比、孔喉缝等相关参数对其进行分类评价[15]。

本文选取鄂尔多斯盆地延长组长7致密油储层为研究区，详细刻画页岩储层岩石学特征及微观孔喉特征，深入研究非均质页岩储层的形成机制，探索储层储集特征，这不仅有助于深化陆相页岩致密油储层储集的理论认识，丰富非常规油气地质研究内容，而且对加快研究区油气勘探进程，实现寻找勘探后备区块和领域具有重要意义和作用。

1 材料与方法

1.1 试验材料

本文所用研究岩石样品取自延长组YS1、YS2、 YS4、YS7-1等9口井，选取其中30块典型样品，其中用于铸体薄片实验所用岩石取自YS1井2213.52 m和YS2井2362.79 m 处，用于核磁共振实验所用岩石取自 YS4井2611.25 m 和 YS7-1井2621.15 m 处、 YS8-2井2733.82 m 处。用于压汞实验的岩心取自 YS7-3井2598.31 m和YS7-4井2671.24 m处。

1.2 试验方法

（1）岩石铸体薄片分析：微观上以铸体薄片鉴定方法，明确长7致密油储层发育的岩石类型，并对其中岩屑长石砂岩和长石岩屑砂岩特征进行对比分析等。

（2）核磁共振实验分析：不仅可以分析整个样品中大小孔隙的分布情况，也可以分析出大小孔隙所分布的具体孔喉半径范围。将岩心100%饱和水的核磁共振T2谱转换为孔喉半径分布，可有效将微观孔喉半径与喉道半径之间的关系明确化，研究其连通性情况。这可定量地表征长7致密储层岩心的孔喉半径分布。

2 结果与讨论

2.1 页岩层系岩石学特征

2.1.1 矿物学特征

根据9个长7致密油储层页岩样品X 射线衍射数据，页岩中主要矿物为粘土矿物、石英与长石，此外还含少量碳酸盐和黄铁矿，结果如图1所示。

长7致密油储层页岩的矿物组成也具有较强的非均一性，即使同一口井的同一层位，在不同深度上的矿物组成也具有较大差别，如 YS7-1和 YS7-2此2个样品采样深度相差约1 m，矿物组成就存在较大差别。YS7-1号样品石英质量分数为39%，长石质量分数为19%，粘土矿物质量分数为31%；
YS7-12号样品石英质量分数为44%，长石质量分数为8%，粘土矿物质量分数为44%。长7致密油储层页岩的石英质量分数主要变化在20%～42%，平均约为32.3%，低于Barnett 页岩和南方古生界较高演化阶段的海相泥页岩；
长石质量分数较高，变化为10.0%～33.9%，平均24.2%，比北美地区长石含量要高。粘土矿物含量变化较大，主要分布在21.0%～64.08%，平均为58.0%，高于Barnett 页岩和南方古生界较高演化阶段的海相泥页岩（寒武-志留系）的页岩的粘土矿物含量。

2.1.2粒径分析

本文利用Mage-Pro Plus图像分析软件测量和统计了不同类型岩石中石英、长石等刚性颗粒的粒径，其中含粉砂质纹层黑色页岩和含粉砂质纹层灰黑色页岩中的泥质纹层中的刚性颗粒粒径基本类似，其中的粉砂岩中纹层的粒径也基本类似，因此同时进行统计，并对其中的泥质纹层和粉砂质纹层分别进行测量统计。

从图2可以看出，单层厚度大于1 cm 的泥质页岩内刚性颗粒的粒度主要分布于15μm 以下，平均值为5.4μm，中值粒径4.3μm，不存在砂级颗粒，粉砂级颗粒占颗粒总数的比例小于50%，泥级颗粒（≥8）能够占到中颗粒的50%以上。

2.2页岩非均质特征

2.2.1TOC 非均质性

本文对比了长7致密油储层页岩、含纹层页岩和粉砂质纹层的总有机碳含量（TOC）特征，其结果如图3所示。

从图3可以看出，页岩 TOC 最高，峰值为6%～7%，平均6.5%；
其次为含纹层页岩的TOC，峰值为1.05%～7.2%，平均4.49%；
粉砂质纹层TOC 最低，峰值为0.34%～7.1%，平均2.6%。从图3还可看出，页岩、纹层和含纹层页岩的 TOC 存在差异，表明页岩的 TOC 存在较强的非均一性。同一口井在同一层段的页岩TOC 也存在较大差别，如YS2井，长7致密油储层页岩TOC 最小为0.48%，最大为11%，表现为较强的非均一性。

2.2.2 物性非均质性

本文采用氦气气体膨胀法对页岩和粉砂质纹层两类样品的总孔隙度分别进行了测试，结果如图4所示。

从图4可以看出，页岩层的总孔隙度变化为2.63%～5.57%，平均总孔隙度3.62%，相邻粉砂质纹层的总孔隙度变化为3.20%～7.15%，平均总孔隙度5.26%，这是页岩层总孔隙度的1.5倍。

为了分析页岩和粉砂质纹层在含气孔隙度上的差异性，还结合氯仿抽提结果分别计算了粉砂质纹层和页岩层样品的含气孔隙度，根据PVT 方程可计算得到液态烃所占据的体积，进而可以得到页岩油气所占据的孔隙度（假定页岩中的自由水含量可忽略不计，且未被液态烃占据的孔隙均被页岩气充满）；
粉砂质纹层及相邻页岩含气孔隙度对比结果如图5所示。

从图5可以看出，纯页岩层样品的页岩气所占据的含气孔隙度变化为1.38%～2.86%，平均2.01%；
粉砂质纹层样品中的页岩气所占据的含气孔隙度分布为2.76%～5.76%，平均4.39%，粉砂质纹层中页岩气所占据的含气孔隙度是页岩层样品中页岩气所占据含气孔隙度的2倍。由此可见，粉砂质纹层中页岩气所占据的含气孔隙度要比页岩层大，页岩中的粉砂质纹层相对纯页岩层能够储集更多的气体。

2.3页岩储层微观孔隙特征

2.3.1孔隙发育特征

1）粒/晶间孔

图6为长7致密油储层页岩粒间孔孔径分布统计结果。

从图6可以看出，长7致密油储层粒间孔的孔径为5～600 nm，最大可达3.4μm；
多数孔隙的孔径小于200 nm，平均75 nm。孔径小于50 nm 的粒间孔占总数的52%；
孔径介于50～100 nm 的微孔级粒间孔占总数的30%；
孔径大于100 nm 的粒間孔占总数的17%。不同类型的粒间孔的特征、孔径大小有所不同。

2）粒内孔

图7为粒内孔孔径分布统计结果。

从图7可以看出，长7致密油储层页岩的粒内孔的孔径多数小于200 nm，最大可达4.7μm；
孔径较大的粒内孔为长石颗粒的溶孔，孔径的峰值为20～30 nm。孔径介于20～50 nm 的粒内孔占总数的39.4%；
孔径介于50～100 nm 的粒内孔占总数的25.6%；
孔径介于100～200 nm的粒内孔占总数的17.4%；
孔径大于200 nm的粒内孔占总数的17.6%。不同类型的粒内孔产状、大小不同，部分粒内溶孔孔径相对较大。

2.3.2 孔隙结构和物性特征

选取YS2、YS7-2、YS8等井中页岩段中不同深度、不同类型岩石（粉砂质纹层不发育的纯泥页岩，发育粉砂质纹层的页岩-纹层状页岩、粉砂岩夹层）的样品，采用N2、CO2低压吸附及高压压汞等测试分析手段，分析了页岩层系的孔隙结构及孔隙度特征（洗油前）。然后将样品经二氯甲烷抽提处理后，在优选部分样品测试了其孔隙结构及孔隙度特征。假定页岩层系储层的孔隙中除了油和水，其他孔隙空间均被页岩气及散失的轻烃占据，则自井简取出的未经洗油等方法处理的岩心样品的实测孔隙度则为游离态页岩气和损失轻烃所占据的孔隙度。

图8为长7致密油储层页岩层系岩心样品洗油前孔隙度的测试结果。

从图8可以看出，长7段页岩段洗油前孔隙度为0.27%～8.06%，其变化范围较大，平均为2.35%。

2.4 致密油储层储集分布特征

使用Magnet.2000型核磁共振岩样分析仪，对长7致密油储层岩心进行了饱和水的核磁共振测试，测试结果如图9所示。

从图9可以看出，岩心的孔隙半径由T2谱弛豫时间转换而来，长7致密油储层岩心的孔隙孔径分布范围较宽。参照低渗透储层孔隙类型的划分标准，测试岩心包含大孔（孔径r >20μm）、中孔（孔径r =20～10μm）、小孔（孔径 r =10～2μm）、微孔（孔径 r =2～0.5μm）及纳米孔（r <0.5μm）各种孔隙类型。

进一步分析表明，样品的渗透率级别不同，其岩心孔径的分布范围存在差异。渗透率相对高的岩心孔径分布范围宽，其分布峰偏向孔隙半径较大一侧；
反之，渗透率相对小的岩心孔径分布范围较窄，其分布峰偏向孔隙半径较小一侧。同样，样品的渗透率级别不同，其岩心的孔隙类型与主体孔隙类型也不同，长7致密油储层孔隙类型总体上发育小孔-纳米孔孔隙，随渗透率的增大，孔隙类型有变好的趋势。由此可知，岩心中主体孔隙类型的发育程度与储层渗透率的相关性显而易見，这表明储层的质量受岩石致密程度的控制。此外，图9（d）所示的岩心渗透率小于1×105μm2，其石油储集空间以微孔和纳米孔孔隙类型为主，据流体分布图特征对比分析，该类孔隙孔径小、数量大，说明正是这些因素导致长7致密油储层具相对高孔的特征。

3 结语

（1）长7致密油储层中页岩中主要矿物以粘土矿物、石英与长石为主，此外还含少量碳酸盐和黄铁矿。该段储层页岩矿物组成具有较强的非均一性，页岩TOC 最高，平均6.5%，粉砂质纹层TOC 最低，平均2.6%。页岩、纹层和含纹层页岩的TOC 存在差异，表明页岩的TOC 存在较强的非均一性。泥质页岩内刚性颗粒的粒度主要分布于15μm 以下，不存在砂级颗粒，粉砂级颗粒占颗粒总数的比例小于50%，泥级颗粒（≥8）能够占到中颗粒的50%以上；

（2）研究区页岩层的平均总孔隙度3.62%，相邻粉砂质纹层的平均总孔隙度5.26%，是页岩层总孔隙度的1.5倍；
粉砂质纹层中页岩气所占据的含气孔隙度（平均4.39%）是页岩层样品中页岩气所占据含气孔隙度（平均2.01%）的2倍。表明页岩中的粉砂质纹层相对纯页岩层能够储集更多的气体；

（3）研究区长7致密油储层孔隙发育特征主要以粒/晶间孔和粒内孔为主，岩层系中粉砂岩、细砂岩夹层中粒间孔相对较大，孔径多介于数百纳米到20μm。洗油前孔隙度为0.27%～8.06%，说明变化范围较大，平均2.35%；
储层孔隙类型总体上发育小孔-纳米孔孔隙，随渗透率的增大，孔隙类型有变好的趋势。长7致密油储层大孔至纳米孔孔隙均含油，且微孔至纳米孔孔隙含油饱满。

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