第 2 卷 第 2 期 2015 年 4 月 非 常 规 油 气 UNCONVENTONAL OIL & GAS Vol. 2 No. 2 Apr. 2015 致 密 油 评 价 新 方 法 及 其 应 用 以 鄂 尔 多 斯 盆 地 延 长 组 长 7 段 致 密 油 为 例 王 明 磊, 张 福 东, 关 辉, 李 君, 杨 慎, 佘 源 琦, 邵 丽 艳 ( 中 国 石 油 勘 探 开 发 研 究 院 廊 坊 分 院, 河 北 廊 坊 065007) 摘 要 : 利 用 高 分 辨 率 场 发 射 扫 描 电 子 显 微 镜 微 米 及 纳 米 级 CT 扫 描 恒 速 压 汞 及 核 磁 共 振 等 先 进 技 术 方 法, 对 鄂 尔 多 斯 盆 地 延 长 组 长 7 段 致 密 油 储 层 微 观 孔 喉 结 构 特 征 及 致 密 油 赋 存 状 态 进 行 定 量 深 入 研 究 首 先 对 致 密 油 赋 存 的 微 观 孔 隙 结 构 进 行 分 析, 认 为 孔 隙 大 小 决 定 致 密 油 储 层 的 储 集 能 力, 喉 道 大 小 是 储 层 物 性 主 要 制 约 因 素 长 7 段 致 密 油 储 层 孔 隙 平 均 半 径 为 10 ~ 15μm, 喉 道 半 径 主 要 分 布 范 围 为 0. 3 ~ 0. 9μm; 其 中 半 径 为 0. 1 ~ 0. 5μm 的 喉 道 控 制 了 储 层 中 60% 的 可 动 流 体 ; 并 建 立 了 孔 隙 喉 道 及 孔 喉 配 置 结 构 三 维 立 体 模 型 定 量 评 价 致 密 油 微 观 赋 存 状 态, 将 其 分 为 乳 状 簇 状 喉 道 状 颗 粒 状 薄 膜 状 及 孤 立 状 6 种 赋 存 状 态, 定 量 测 得 储 层 中 致 密 油 以 乳 状 和 薄 膜 状 为 主 要 赋 存 状 态, 占 致 密 油 总 量 的 70% 以 上 致 密 油 赋 存 状 态 的 定 量 研 究, 为 科 学 开 展 致 密 油 储 层 评 价 及 实 现 致 密 油 有 效 动 用 提 供 可 靠 依 据 关 键 词 : 致 密 油 ; 孔 喉 结 构 ; 赋 存 状 态 ; 定 量 研 究 ; 鄂 尔 多 斯 盆 地 中 图 分 类 号 : TE135 文 献 标 识 码 : A New Tight Oil Evaluation Technology and Its Application A Case Study of Chang7 Tight Oil Reservoir in Yanchang Formation, Ordos Basin Wang Minglei, Zhang Fudong, Guan Hui, Li Jun, Yang Shen, She Yuanqi, Shao Liyan ( Research Institute of Petroleum Exploration and Development-Langfang Branch, Langfang, Hebei 065007, China) Abstract: Using the technology of leading field emission scanning electron microscope, micro- nano grade CT scanning technology, the technology of constant pressure mercury, the nuclear magnetic resonance technology, and other advanced technology, quantitative research was done about the reservoir pore-throat and tight oil occurrence state of Yanchang tight oil reservoir of Yanchang Formation in Ordos Basin. First of all, the micro-pore structure of tight oil in the reservoir was analyzed. It was believed that pore size determined tight oil reservoir capacity, and the size of pore throat was a main factor restricting reservoir property. The radius of porosity was around 10μm to 15μm, throats distribute between 0. 3μm and 0. 5μm, and the throats of the range 0. 1μm and 0. 5μm controlled 60% of movable fluid of reservoir. And 3D models of pore, throat and pore-throat structure were established. On the basis of quantitative evaluation of micro occurrence state, tight oil was divided into six types, i. e. thin film form, cluster form, throat form, emulsion form, particle form and isolated form. Emulsion form and thin film form were main types, and the content of emulsion form and thin film form accounted for about 70% of total. Quantitative research on micro occurrence state provided a reliable basis for evaluating tight oil reservoir and making effective use of tight oil. Key words: tight oil; pore-throat structure; occurrence state; quantitative research; Ordos Basin 第 一 作 者 简 介 : 王 明 磊 (1981 年 生 ), 男, 博 士, 工 程 师, 2009 年 毕 业 于 西 南 石 油 大 学, 从 事 于 石 油 天 然 气 综 合 研 究 工 作 邮 箱 : wml69@ petrochina. com. cn
2015 年 4 月 王 明 磊 等 : 致 密 油 评 价 新 方 法 及 其 应 用 以 鄂 尔 多 斯 盆 地 延 长 组 长 7 段 致 密 油 为 例 11 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 [1-4], 被 石 油 工 业 界 誉 为 黑 金 [5] 近 年 来 我 国 加 大 对 致 密 油 储 层 成 藏 等 方 面 研 究 力 度, 已 经 掌 握 了 致 密 油 储 层 的 岩 性 物 性 等 基 本 特 征, 但 在 致 密 油 储 层 微 观 孔 喉 结 构 表 征 方 面 仍 存 在 诸 多 难 题, 更 未 对 致 密 油 微 观 赋 存 状 态 进 行 定 量 评 价 目 前 对 致 密 油 储 层 研 究 主 要 是 采 用 一 些 常 规 的 研 究 方 法 [6-10], 不 能 满 足 致 密 油 储 层 微 米 纳 米 级 孔 喉 研 究 需 要 [11,12], 也 不 能 直 观 反 映 孔 喉 内 部 致 密 油 的 分 布, 在 一 定 程 度 上 影 响 了 对 致 密 油 的 深 入 研 究 因 此, 采 用 国 际 先 进 的 微 观 研 究 技 术 手 段, 开 展 致 密 油 储 层 微 观 孔 喉 结 构 及 致 密 油 赋 存 状 态 定 量 分 析, 对 深 入 认 识 致 密 油 具 有 重 要 意 义 1 实 验 方 法 鄂 尔 多 斯 盆 地 三 叠 系 延 长 组 长 7 段 为 主 要 的 致 密 油 储 层 发 育 段, 采 用 目 前 世 界 上 最 先 进 的 高 分 辨 率 场 发 射 扫 描 电 子 显 微 镜 ( 简 称 场 发 射 扫 描 电 镜 ) 结 合 能 谱 微 米 纳 米 级 CT 扫 描 ( 简 称 微 纳 米 CT) 恒 速 压 汞 及 核 磁 共 振 等 实 验 方 法, 综 合 分 析 长 7 段 致 密 油 储 层 孔 隙 喉 道 结 构 及 致 密 油 赋 存 状 态, 得 到 定 量 分 析 结 果 1. 1 微 纳 米 CT 扫 描 采 用 Phoenix nanotom m CT 系 统 对 致 密 储 层 岩 心 样 品 进 行 孔 隙 喉 道 识 别 和 提 取, 定 量 分 析 孔 喉 参 数, 并 建 立 孔 喉 三 维 立 体 结 构 通 过 高 精 度 [13-16] 的 微 米 纳 米 级 CT 扫 描 技 术 可 以 实 现 储 层 样 品 内 部 孔 喉 结 构 三 维 成 像, 确 定 致 密 储 层 微 米 纳 米 孔 喉 分 布 大 小 连 通 性 等, 也 可 以 表 征 石 油 在 微 米 纳 米 级 孔 喉 系 统 中 的 赋 存 状 态 在 复 杂 非 常 规 油 气 田 储 层 研 究 中 应 用 微 米 纳 米 级 CT 扫 描 系 统, 使 岩 石 内 部 结 构 可 视 化 定 量 研 究 成 为 可 能, 更 有 助 于 非 常 规 油 气 资 源 有 效 开 发 1. 2 场 发 射 扫 描 电 镜 采 用 FEI QUANTA 450FEG 场 发 射 扫 描 电 镜 对 岩 心 样 品 的 微 观 形 貌 进 行 扫 描 并 进 行 定 量 研 究 场 发 射 扫 描 电 镜 的 最 大 特 点 是 具 备 超 高 分 辨 率, 精 度 可 达 0. 5nm 是 微 米 纳 米 级 孔 喉 结 构 测 试 和 形 貌 观 察 的 最 有 效 仪 器 场 发 射 扫 描 电 镜 近 年 来 广 泛 应 用 于 致 密 储 层 和 页 岩 的 超 微 孔 隙 结 构 研 究 1. 3 恒 速 压 汞 采 用 ASPE730 型 恒 速 压 汞 仪 对 致 密 储 层 岩 心 样 品 进 行 孔 喉 大 小 的 定 量 分 析 与 常 规 压 汞 不 同, 恒 速 压 汞 是 以 极 低 的 恒 定 速 度 ( 通 常 为 0. 00005mL / min) 向 岩 样 孔 喉 内 进 汞, 实 现 对 喉 道 数 量 的 测 量, 克 服 了 常 规 压 汞 的 缺 陷 利 用 恒 速 压 汞 技 术 可 以 将 孔 隙 与 喉 道 区 分 并 分 别 测 量, 并 定 量 分 析 孔 喉 结 构, 所 得 到 的 信 息 能 较 好 地 反 映 流 体 渗 流 过 程 中 动 态 的 孔 隙 喉 道 特 征 [17] 1. 4 核 磁 共 振 利 用 核 磁 共 振 技 术, 不 仅 可 以 测 定 不 同 状 态 下 的 含 油 量 不 同 孔 径 孔 隙 内 剩 余 油 的 分 布 情 况, 而 且 还 可 以 对 油 相 采 出 程 度 进 行 精 确 计 算, 最 新 研 发 的 核 磁 共 振 结 合 离 心 法, 还 可 以 测 量 不 同 喉 道 大 小 区 间 内 油 相 分 布 情 况 2 实 验 结 果 与 分 析 2. 1 孔 隙 喉 道 定 量 研 究 使 用 场 发 射 扫 描 电 镜 微 纳 米 CT 扫 描 恒 速 压 汞 实 验 分 别 识 别 超 微 孔 隙 并 统 计 分 析 得 到 孔 喉 结 构 定 量 数 据, 各 种 技 术 测 得 数 据 精 度 见 表 1 表 1 孔 喉 结 构 定 量 分 析 数 据 表 Table 1 Quantitative analysis of pore-throat structure 单 位 : μm 实 验 技 术 场 发 射 扫 描 电 镜 微 纳 米 CT 扫 描 可 识 别 孔 喉 级 别 孔 隙 半 径 喉 道 半 径 范 围 平 均 值 范 围 平 均 值 纳 米 0. 005~30 0. 5~6. 0 0. 20~1. 20 0. 73 纳 米 微 米 0. 1~12. 0 0. 5~11. 0 0. 50~3. 00 0. 91 恒 速 压 汞 微 米 80 ~ 300 150. 0~160. 0 0. 29~0. 42 0. 33
12 非常规油气 油气勘探 上述多种技术结合对长 7 段致密油储层孔喉 特征进行定量评价研究, 确定致密油储层主体孔 隙半径为 0. 5 ~ 20μm, 孔隙平均半径为 10 ~ 15μm; Apr. 2 No. 2 主体喉道半径为 0. 3 ~ 0. 9μm ( 图 1 图 2) 长 7 段致密油储层孔隙和喉道都是微纳米级别, 微米 纳米级孔喉组合为有效储集空间 图 1 长 7 段致密油储层孔隙和喉道半径分布图 Fig. 1 Pore radius and throat radius distribution in Chang7 tight oil reservoir 图 2 长 7 段致密油储层孔隙和喉道大小场发射扫描电镜识别图 Fig. 2 Pore radius and throat radius identified by SEM in Chang7 tight oil reservoir 2. 2 孔喉配置定量评价 使用微纳米 CT 扫描系统对长 7 段致密油储层 建立孔喉结构三维立体模型 ( 图 3), 并选择物性 较好的储层样品 ( Y1 井) 和物性较差的储层样品 ( Y2 井) 进行对比 通过对比发现, 物性较好储 层 ( 渗透率>0. 1mD) 存在 20% ~ 30% 连通性较好 的大喉道, 喉道半径大于 5μm; 而物性较差储层 ( 渗透率<0. 1mD) 喉道细小, 半径小于 0. 1μm 的 喉道约占喉道总量的 60%, 且连通性差 说明在 致密储层中喉道是制约储层物性的关键因素 图 3 不同渗透率储层样品孔喉结构三维立体模型对比图 ( 微纳米 CT 测得) Fig. 3 3D model contrast of pore-throat structure of different permeability ( measured by micro-nano CT) 红色圆球为孔隙的缩略模型; 两个红球之间的部分即为喉道模型
2015 年 4 月 王 明 磊 等 : 致 密 油 评 价 新 方 法 及 其 应 用 以 鄂 尔 多 斯 盆 地 延 长 组 长 7 段 致 密 油 为 例 13 使 用 恒 速 压 汞 技 术 对 5 口 井 的 致 密 油 储 层 样 品 孔 喉 大 小 进 行 定 量 分 析, 并 计 算 孔 喉 半 径 比 ( 表 2) 由 表 2 可 知, 渗 透 率 低 的 样 品 ( Y2 井 Z143 井 和 N52 井 ) 有 效 孔 喉 半 径 比 加 权 平 均 值 大, 这 说 明 储 层 中 小 喉 道 制 约 了 大 孔 隙 中 流 体 的 流 动, 大 孔 隙 被 小 喉 道 控 制, 大 大 降 低 了 储 层 物 性 表 2 致 密 油 储 层 孔 喉 定 量 评 价 综 合 对 比 表 Table 2 Comprehensive comparison of quantitative pore-throatevaluation about tight oil reservoir 井 号 Y1 X233 Y2 Z143 N52 气 测 渗 透 率 (md) 0. 38 0. 12 0. 09 0. 07 0. 03 有 效 喉 道 半 径 加 权 平 均 值 (μm) 0. 42 0. 38 0. 29 0. 28 0. 29 有 效 孔 隙 半 径 加 权 平 均 值 (μm) 162. 74 161. 61 163. 09 153. 8 162. 46 有 效 孔 喉 半 径 比 加 权 平 均 值 492. 9 532. 58 661. 21 602. 9 657. 51 2. 3 致 密 油 赋 存 状 态 定 量 评 价 通 过 微 纳 米 CT 扫 描, 获 取 了 鄂 尔 多 斯 盆 地 延 长 组 长 7 段 HC2 样 品 的 3000 余 张 具 有 致 密 油 储 层 微 观 特 征 的 二 维 切 片 ; 再 通 过 数 字 合 成 技 术 对 这 3000 余 张 二 维 切 片 进 行 处 理, 得 到 了 致 密 油 储 层 孔 隙 喉 道 油 水 赋 存 状 态 等 三 维 立 体 图 像 及 致 密 油 含 油 饱 和 度 含 水 饱 和 度 等 信 息 ; 进 而 对 油 水 分 布 及 赋 存 状 态 进 行 分 析 在 孔 喉 结 构 配 置 研 究 的 基 础 上, 最 终 利 用 核 磁 共 振 结 合 离 心 法, 确 定 鄂 尔 多 斯 盆 地 长 7 段 致 密 油 储 层 中 0. 1 ~ 0. 5μm 喉 道 控 制 了 储 层 中 60% 的 可 动 流 体 ( 图 4), 再 次 证 实 了 喉 道 对 储 层 输 导 能 力 的 制 约 作 用 通 过 微 纳 米 CT 扫 描 获 得 的 致 密 油 储 层 含 油 饱 和 度 为 46. 1% 对 CT 扫 描 数 据 进 一 步 处 理, 将 储 层 中 致 密 油 归 纳 为 6 种 赋 存 状 态, 即 乳 状 簇 状 喉 道 状 颗 粒 状 薄 膜 状 和 孤 立 状 ( 图 5) 按 赋 存 位 置, 乳 状 簇 状 喉 道 状 为 粒 间 赋 存 ; 颗 粒 状 薄 膜 状 为 粒 表 赋 存 ; 孤 立 状 为 粒 内 赋 存 Fig. 4 图 4 长 7 致 密 油 储 层 喉 道 区 间 内 可 动 流 体 分 布 图 Distribution of movable fluid in different throat sections in Chang7 tight oil reservoir
14 非常规油气 油气勘探 Apr. 2 No. 2 图 5 致密油赋存状态分类图 Fig. 5 Classification of tight oil occurrence state 乳状赋存, 即致密油呈油水混合状, 主要赋 存位置为粒间孔和较大的溶蚀孔隙; 簇状致密油 表现为团簇状, 赋存位置也主要为粒间孔和较大 的溶蚀 孔 隙; 喉 道 状 致 密 油 呈 长 条 状 及 扁 平 状, 赋存位置主要为孔隙间的喉道; 颗粒状致密油呈 颗粒状吸附在矿物 颗粒表面, 赋存位置主要为 黏土等矿物颗粒表面, 与簇状致密油相比, 其体 积较小; 薄膜状致密油主要以薄膜状吸附在矿物 颗粒表面; 孤立状致密油呈斑点状 孤岛状附着 在微孔内, 赋存位置主要为溶蚀微孔及晶间孔等 纳米级孔隙, 连通性差 统计分析每种赋存状态的致密油原始含油量 及其所占比例 ( 图 6) 发现, 乳状致密油含量最 高, 为 16. 5%, 所占比例 35. 9%; 其次为薄膜状 致密油, 含量为 16. 1%, 所占比例 35. 1%; 簇状 图 6 各微观赋存状态致密油原始含油量及占比直方图 Fig. 6 Original oil content and proportion histogram of tight oil of all micro occurrence 致密油含量为 6. 1%, 所占比例 13. 2%; 颗粒状致 3 结束语 油含量为 1. 2%, 所占比例 2. 6%; 喉道状致密油 米级别, 孔隙平均半径为 10 ~ 15μm, 喉道平均半 密油含量为 3. 9%, 所占比例 8. 4%; 孤立状致密 含量最少, 含量为 1. 1%, 所占比例 2. 3% (1) 致密油储层, 孔隙和喉道都是微米 纳 径为 0. 3 ~ 0. 5μm, 微米级孔隙及纳米级孔隙组合
2015 年 4 月 王 明 磊 等 : 致 密 油 评 价 新 方 法 及 其 应 用 以 鄂 尔 多 斯 盆 地 延 长 组 长 7 段 致 密 油 为 例 15 为 有 效 储 集 空 间 (2) 物 性 较 好 储 层, 连 通 性 较 好 的 大 喉 道 较 多, 孔 隙 喉 道 比 小 ; 物 性 较 差 储 层, 连 通 性 差 的 小 喉 道 较 多 孔 隙 喉 道 比 大 在 致 密 油 储 层 中, 喉 道 是 制 约 储 层 输 导 能 力 的 关 键 因 素, 大 孔 隙 被 小 喉 道 控 制, 大 大 降 低 了 储 层 的 输 导 能 力 ; 0. 1 ~ 0. 5μm 喉 道 控 制 了 储 层 中 60% 的 可 动 流 体 (3) 致 密 油 储 层 中, 乳 状 薄 膜 状 致 密 油 含 量 最 高, 占 含 油 总 量 的 70% 以 上, 孤 立 状 喉 道 状 致 密 油 所 占 比 例 较 小, 分 别 仅 占 2. 6% 和 2. 3% 通 过 利 用 场 发 射 扫 描 电 镜 微 米 纳 米 CT 扫 描 恒 速 压 汞 及 核 磁 共 振 等 国 际 先 进 技 术 手 段, 对 延 长 组 长 7 段 致 密 油 储 层 微 观 孔 隙 结 构 及 其 赋 存 状 态 进 行 定 量 深 入 研 究, 实 现 了 对 致 密 油 储 层 研 究 从 定 性 到 定 量 的 转 变, 为 致 密 油 开 发 方 式 的 选 择 提 供 了 可 靠 依 据, 可 大 大 提 高 致 密 油 采 收 率 参 考 文 献 [1] 孙 赞 东, 贾 承 造, 李 相 方, 等. 非 常 规 油 气 勘 探 与 开 发 ( 上 册 ) [M]. 北 京 : 石 油 工 业 出 版 社, 2011: 1-150. [2] 邹 才 能, 陶 士 振, 侯 连 华, 等. 非 常 规 油 气 地 质 [M]. 北 京 : 地 质 出 版 社, 2011: 1-310. [3] 邹 才 能, 张 光 亚, 陶 士 振, 等. 全 球 油 气 勘 探 领 域 地 质 特 征 重 大 发 现 及 非 常 规 石 油 地 质 [J]. 石 油 勘 探 与 开 发, 2010, 37 (2): 129-145. [4] 邹 才 能, 朱 如 凯, 吴 松 涛, 等. 常 规 与 非 常 规 油 气 聚 集 类 型 特 征 机 理 及 展 望 以 中 国 致 密 油 和 致 密 气 为 例 [J]. 石 油 学 报, 2012, 33 (2): 173-180. [5] 王 永 辉, 卢 拥 军, 李 永 平, 等. 非 常 规 储 层 压 裂 改 造 技 术 进 展 及 应 用 [ J ]. 石 油 学 报, 2012, 33 (S1): 149-158. [ 6] Sondergeld C H, Ambrose R J, Rai C C, et al. Microstructural studies of gas shales. SPE Unconventional Gas Conference. Pittsburgh, Pennsylvania, USA: Society of Petroleum Engineers, 2010. [7] Passey Q R, Bohacs K M, Esch W L, et al. From oilprone sourcerock to gas - producing shale reservoir - geologic and petro-physical characterization of unconventional shale gas reservoirs. CPS / SPE International Oil & Gas Conference and Exhibi-tion in China, 2010. [8] 钟 太 贤. 中 国 南 方 海 相 页 岩 孔 隙 结 构 特 征 [J]. 天 然 气 工 业, 2012, 32 (9): 1-4. [9] 黄 振 凯, 陈 建 平, 薛 海 涛, 等. 松 辽 盆 地 白 垩 系 青 山 口 组 泥 页 岩 孔 隙 结 构 特 征 [ J]. 石 油 勘 探 与 开 发, 2013, 40 (1): 58-62. [10] 田 华, 张 水 昌, 柳 少 波, 等. 压 汞 法 和 气 体 吸 附 法 研 究 富 有 机 质 页 岩 孔 隙 特 征 [J]. 石 油 学 报, 2012, 33 (3): 421-426. [11] 邹 才 能, 朱 如 凯, 白 斌, 等. 中 国 油 气 储 层 中 纳 米 孔 首 次 发 现 及 其 科 学 价 值 [ J]. 岩 石 学 报, 2011, 27 ( 6) : 1857-1864. [12] 廖 群 山, 胡 华, 林 建 平, 等. 四 川 盆 地 川 中 侏 罗 系 致 密 储 层 石 油 勘 探 前 景 [ J]. 石 油 与 天 然 气 地 质, 2011, 32 ( 6) : 815-822. [13] 尤 源, 牛 小 兵, 辛 红 刚, 等. 国 外 致 密 油 储 层 微 观 孔 隙 结 构 研 究 [ J]. 石 油 科 技 论 坛, 2013 ( 1): 12-18. [14] Guillaume D, Janos L U, Peter A K, et al. High- resolution 3D fabric and porosity model in a tight gas sandstone reservoir: A new approach to investigate microstructures from mm- to nm-scale combining argon beam cross-sectioning and SEM imaging [ J]. Journal of Petroleum Science and Engineering, 2011, 78: 243-257. [15] Riepe L, Suhaimi M, Kumar M, et al. Application of high resolution micro - CT imaging and pore network modelling for the petrophysical characterization of tight gas reservoirs A case history from a Deep Clastic tight gas reservoir in Oman [ J]. Society of Petroleum Engineers Paper, 2011, 142472: 1-11. [16] 郝 乐 伟, 王 琪, 唐 俊. 储 层 岩 石 微 观 孔 隙 结 构 研 究 方 法 与 理 论 综 述 [J]. 岩 性 油 气 藏, 2013, 25 (5): 125-130. [17] 何 涛, 王 芳, 汪 伶 俐. 致 密 砂 岩 储 层 微 观 孔 隙 结 构 特 征 以 鄂 尔 多 斯 盆 地 延 长 组 长 7 储 层 为 例 [J]. 岩 性 油 气 藏, 2013, 25 (4): 23-26.