2017, Vol. 32
2. 吉林省有色金属地质勘查局研究所, 长春 130012
2. Jilin Nonferrous Metal Geological Exploration Bureau, Changchun 130012, China
目前我国中、高渗油藏的稳产难度日益加大，低渗、特低渗透油气资源做为一个世界性难点、热点，必将推向历史的舞台，成为石油行业可持续发展的主战场，用以缓解能源安全问题 (胡文瑞和翟光明，2010；邹才能等，2010).据国家最新一轮油气资源评估，全国石油资源总量为1086亿吨，其中低渗透资源为537亿吨，占据总资源量的49%.随着近些年低渗、特低渗透储层油气产量不断有新的突破和发现，预计低渗、特低渗透储层油气资源所占总量比例仍会持续攀升.在我国的剩余油气资源以特低渗透油气资源为主的大背景下，决定了特低渗透油气资源将逐步成为我国勘探开发的主要目标 (胡文瑞等，2013).然而与常规油藏相比，特低渗储层微观孔隙结构与渗流机理复杂，测井解释难度大，存在储层物性好，含油饱和度高，产量反而较低的问题 (庞振宇等，2013；杜金虎等，2014).
核磁共振岩心分析是通过核磁信号的弛豫谱分析，来获取岩心孔隙度、渗透率、可动流体饱和度、孔径分布等丰富的岩石物理性质信息.特别是可动流体饱和度的高低就是孔隙大小、孔隙形态、矿物成分、矿物表面性质等多种因素的综合反映 (肖立志等，2012).核磁共振实验可以定量标定含油饱和度可动流体的百分比，明确可采储量的上限，因此可动流体饱和度是储层评价尤其是低渗、特低渗砂岩储层评价中的关键参数之一 (闫建平等，2016).因此，本次研究对延长油田甘谷驿采油厂唐157井区长6储层岩心样品进行了核磁共振实验来获取可动流体饱和度，并应用多种实验手段，宏观与微观相结合，对甘谷驿油田长6储层可动流体饱和度的分布特征及主控因素开展深入研究，提到了特低渗储层综合评价的精度.
1 原理当一个流体中带有能量的质子靠近另外一种流体时，或者固液面接触，就会产生表面弛豫现象.因为液体与固体的性质是不相同的，存在着流体能量的损失 (Kenyon，1997).1997年Straley等人提出了表面弛豫速率，公式为
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式中：T2为单个孔隙内流体的核磁共振横向弛豫时间，ms；ρ为岩石的弛豫强度常数，m/ms；S/V为单个孔隙的比表面，m-1.
当流体 (油、水等) 饱和到岩样孔隙内后，流体分子会受到孔隙固体表面的作用力，作用力的大小取决于孔隙 (孔隙大小、孔隙形态)、矿物 (矿物成分、矿物表面性质) 和流体 (流体类型、流体黏度) 等.对饱和流体的岩样进行核磁共振T2测量时，得到的T2弛豫时间大小取决于流体分子受到孔隙固体表面作用力的强弱，因此T2弛豫时间的大小是孔隙 (孔隙大小、孔隙形态)、矿物 (矿物成分、矿物表面性质) 和流体 (流体类型、流体黏度) 等的综合反映，利用岩样内流体的核磁共振T2弛豫时间的大小及其分布特征，可对岩样孔隙内流体的赋存状态进行分析.当流体受到孔隙固体表面的作用力很强时 (如微小孔隙内的流体或较大孔隙内与固体表面紧密相接触的流体)，流体的弛豫时间很小，流体处于束缚或不可动状态，称之为束缚流体或不可动流体.反之，当流体受到孔隙固体表面的作用力较弱时 (弱较大孔隙内与固体表面不是紧密接触的流体)，流体的T2弛豫时间较大，流体处于自由或可动状态，称之为自由流体或可动流体，对应的饱和度为可动流体饱和度.因此在T2谱上存在一个界限，当T2弛豫时间大于某一值时，所对应的孔隙流体为可动流体，小于该值的T2弛豫时间所对应的孔隙流体则为不可动流体，该值被称为可动流体T2截止值.T2谱上弛豫时间大于T2截止值的各点的幅度与占所有点幅度和的百分数即为可动流体百分数.
2 可动流体饱和度特征为了个更好的研究分析研究区不同类型孔隙结构的渗流特征，对研究区长6储层7块体岩心样品核磁共振实验.图 1给出了含油砂体岩心饱和水状态下的核磁共振T2谱，其横坐标是弛豫时间T2，纵坐标是不同弛豫时间T2信号的强度或组分含量.本次实验以13.895 ms作为可动流体与束缚流体的T2弛豫时间界限值，对研究区长6储层的可动流体饱和度特征进行分析.
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图 1 研究区储层核磁共振T2谱分布图 Figure 1 Distribution of NMR T2 spectrum about the reservoir in study area |
根据国内外油气田开发生产的经验，如果单以可动流体饱和度高低为标准，可以将储层好差划分为五类 (表 1)：可动流体饱和度大于65%的是Ⅰ类 (好) 储层；可动流体饱和度介于50%~65%之间的是Ⅱ类 (较好) 储层；可动流体饱和度介于35%~50%之间的是Ⅲ类 (中等) 储层；可动流体饱和度介于20%~35%之间的是Ⅳ类 (较差) 储层；可动流体饱和度小于20%的是Ⅴ类 (很差) 储层.依据这一参考标准可以看出：7号样品长612小层的唐115井属于Ⅱ类 (较好) 储层；1号样品长612小层的唐151井、2号样品长612小层的唐138井、3号样品长622小层的唐138井属于Ⅲ类 (中等) 储层；4号样品长611小层的唐137井、5号样品长612小层的唐137井、6号样品长612小层的唐135井属于Ⅳ类 (较差) 储层，7号样品长612小层的唐115井属于Ⅱ类 (较好) 储层.
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表 1 核磁共振测试结果分析统计表 Table 1 Statistics on test result of nuclear magnetic resonance in study area |
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表 2 核磁共振可动流体饱和度评价标准 Table 2 Evaluation criterion on movablefluid saturation of NMR |
通过对研究区长6储层物性、成岩作用类型及其贡献度、储层的填隙物、胶结物的类型与含量、孔隙组合类型、微观孔喉的发育程度及其配置关系等进行综合对比分析研究，发现长6储层均具有较强的非均质性，不同物性、不同成岩作用类型及其贡献度、不同的填隙物、胶结物的类型与含量、不同孔隙组合类型、不同类型微观孔喉结构特征的储层具有不同的可动流体饱和度特征 (图 2).为了进一步深入剖析微观流体渗流特征的各种影响因素，对研究区长6储层7块样品开展核磁共振实验，并与铸体薄片、扫描电镜、X衍射，图像粒度分析等实验资料相结合，进行影响因素综合分析，认为研究区储层可动流体的主要影响因素包括物性、微观孔喉发育程度及其分布模式、粘土矿物充填孔隙程度、重结晶等储层微观特征 (王瑞飞等，2009；庞振宇等，2012；杨峰等，2013；赵继勇等，2015).然而各个相关参数对研究区长6储层的影响又略有不同，具体分析如下：
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图 2 研究区不同可动流体饱和度对比图 Figure 2 Comparison of different mobile fluid saturation in study area |
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表 3 孔隙结构参数与核磁共振可动流体关系表 Table 3 Relationship between pore structure parameters and movable fluid of NMR |
(1) 物性对可动流体饱和度的影响
研究区储层的可动流体饱和度分布具有强非均质性特征；总体上随着孔隙度、渗透率的增大，可动流体饱和度均有增大的趋势，然而与渗透率的正相关关系更为明显，相关系数达0.8338.随着渗透率的不断增大，可动流体饱和度的增大速率不断减小，直到渗透率到达到0.62×10-3 μm2，可动流体饱和度的增大速率变为最小，且趋于稳定 (图 3).说明喉道是决定可动流体饱和度大小的主要因素.同时发现物性与可动流体饱和度之间存在不匹配的现象，有的样品物性好，可动流体饱和度反而低，孔隙度表现尤为明显.说明物性不是影响可动流体饱和度大小的唯一因素，这也说明了低渗透地区复杂的微观孔隙结构和渗流特征.
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图 3 研究区可动流体饱和度与物性的关系图 Figure 3 Relationship between mobile fluid saturation and physical properties in study area |
(2) 孔隙结构对可动流体饱和度的影响
研究结果表明：物性较好的样品，可动流体饱和度偏高，但相关性并不十分明显，这是由于可动流体饱和度的大小受多种因素综合作用的结果 (朱永贤等，2008；时宇等，2009；高辉等，2011；Gharbi and Blunt, 2012).从图 4可以看出可动流体饱和度与高压压汞相关参数存在以下关系，可动流体饱和度与分选系数呈正相关关系，束缚水饱和度与分选系数呈负相关关系，可动流体饱和度与排驱压力呈负相关关系，束缚水饱和度与排驱压力呈正相关关系，且两者的相关性均较强.由此可见排驱压力越低、孔喉半径越大、分选系数越大可动流体饱和度越高，而束缚水饱和度越低.
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图 4 研究区可动流体饱和度与高压压汞参数关系图 Figure 4 Relationship between mobile fluid saturation and high pressure mercury injection parameters in study area |
可动流体饱和度与孔喉半径比平均值呈负相关关系，束缚水饱和度与孔喉半径比平均值呈正相关关系；可动流体饱和度与单位体积岩样有效总孔喉体积、单位体积岩样有效喉道个数、单位体积岩样有效孔隙个数、孔隙半径加权平均值、喉道半径加权平均值呈正相关关系，束缚水饱和度与单位体积岩样有效总孔喉体积、单位体积岩样有效喉道个数、单位体积岩样有效孔隙个数、孔隙半径加权平均值、喉道半径加权平均值呈负相关关系，相关系数分别为0.5439、0.6923、0.6909、0.2891、0.3878由此可知孔喉参数对可动流体具有主控作用，且单位体积有效喉道个数、单位体积有效孔隙个数对可动流体的影响最为重要，其次为单位体积有效总孔喉体积和孔喉半径比 (图 5).
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图 5 研究区可动流体饱和度与恒速压汞参数关系图 Figure 5 Relationship between mobile fluid saturation and constant rate mercury injection parameters in study area |
综上所述，说明可动流体饱和度主要受微观孔隙结构的控制.结合样品的物性分析得出结论，孔隙连通性好，孔喉比较小，喉道半径较粗、残余粒间孔保存较好、次生孔隙发育，即便物性稍微差些，可动流体饱和度也相对较高.粒间孔的剩余程度、溶孔及喉道的发育程度等对储层的好坏及可动流体饱和度的大小具有至关重要的作用.
(3) 粘土矿物类型对可动流体饱和度的影响
在砂岩储集层中，常见的粘土矿物有伊利石、绿泥石、蒙脱石以及伊蒙混层粘土矿物等 (表 4).研究区4号、5号和6号样品的粘土矿物充填严重 (图 6)，含量较高，分别为3.89%、5.11%和3.99%.其中4号和6号样品伊利石含量最多，分别为66.34%和65.49%，伊利石常以碎片状、鳞片状集合体包围在碎屑颗粒周围，丝状、条片状伊利石集合体多呈孔隙搭桥式，丝网状填充孔隙，使砂岩原来的粒间孔隙被肢解切割，变得迁回曲折，使粒间孔变为晶间孔或粘土微孔，并且纤维状伊利石具有很大的比表面，在这些微孔中的流体多为束缚状态，渗流时不参与流动，导致可动流体饱和度和可动流体孔隙度变小 (Mousavi and Bryant, 2012)；5号样品绿泥石含量最多，达67.04%，呈花瓣状充填于孔隙之中，减小了有效孔隙半径，同时增大比表面，从而导致可动流体饱和度降低.7号样品粘土矿物含量较高，达3.72%，但可动流体饱和度同样较高，这是由于7号样品的，道半径较粗、孔隙连通性好，孔喉比较小，残余粒间孔保存较好、次生孔隙较为发育的综合结果，说明可动流体饱和度受多种因素共同控制.
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图 6 研究区粘土矿物充填 Figure 6 Clay mineral filling in study area |
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表 4 研究区粘土矿物类型和核磁共振可动流体参数统计表 Table 4 Statistics on Clay mineral types and NMR fluid parameters in study area |
粘土矿物对可动流体饱和度的影响主要有以下两种原因：一是粘土矿物本身的吸附性，当其含量较高时，其所吸附的束缚水饱和度也较高；二是粘土矿物分布于孔隙之间，会造成孔喉半径变小，孔喉半径的减小将会降低储层的渗流性能.
研究区长6储层的地质条件复杂，在沉积过程中与成岩演化过程中造成储层孔隙结构的复杂性，如孔隙类型、孔喉特征、填隙物含量与类型、粘土矿物的含量与类型、压实程度、胶结类型等多因素的差异性，共同导致储层的可动流体饱和度存在很大差异性.因此储层评价尤其是低渗透储层评价应当综合考虑可动流体饱和度参数.
4 结论 4.1研究区长6储层的可动流体饱和度偏小，主要为在Ⅲ和Ⅳ类储层，含少量Ⅱ类储层.
4.2可动流体饱和度主要受微观孔隙结构的控制.孔隙连通性好，孔喉比较小，喉道半径较粗、残余粒间孔保存较好、次生孔隙发育，即便物性稍微差些，可动流体饱和度也相对较高.粒间孔的剩余程度、溶孔及喉道的发育程度等对储层的好坏及可动流体饱和度的大小具有至关重要的作用.
4.3粘土矿物对可动流体饱和度的影响主要有：一是粘土矿物本身的吸附性，当其含量较高时，其所吸附的束缚水饱和度也较高，降低可动流体饱和度；二是粘土矿物分布于孔隙之间，会造成孔喉半径变小，孔喉半径的减小将会降低储层的渗流性能，从而降低可动流体饱和度.
致谢 感谢审稿专家提出的修改意见和编辑部的大力支持！| [] | Du J H, Liu H, Ma D S, et al. 2014. Discussion on effective development techniques for continental tight oil in China[J]. Petroleum Exploration and Development, 41(2): 198–205. |
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