_国外致密油储层微观孔隙结构研究及其对鄂尔多斯盆地的启示

（1）晶内孔。这些晶内孔大多数存在于有机物颗粒
可动性，需要有效的技术方法，并确定可动流体的孔
中，具有不规则的形状特征，尺度在（5～750）× 10-9m
喉下限。可见，油气赋存状态、渗流规律及驱动机制
之间，平均在 100 × 10-9m 左右。采用扫描电镜图像计数
与储层微观孔隙结构特征密切相关，它们影响油气生
统计方法得到有机质颗粒中的纳米孔隙度达到 20.2%。
产规律和最终开发的可行性。
（2 ）粒间孔。有机质颗粒内的粒间孔及有机质颗
（4 ）微观孔隙结构预测难。
粒间的粒间孔，一般发育在平行层状及小束状富有机
储层预测对于寻找有利勘探目标、确定部署方向
质的薄层中。
至关重要。其中，微观孔隙结构的预测非常重要，但
* 基金项目：中国石油天然气股份有限公司重大科技专项“鄂尔多斯盆地致密油勘探开发关键技术研究”（编号：2011E-2602）。 第一作者简介：尤源，1982 年生，工程师，2010 年毕业于中国石油大学（北京）油气田开发工程专业，获博士学位，主要从事 低渗透油田开发及储层评价工作。E-mail：youy_cq@
数字岩心技术是基于现代微观测试技术及计算机 模拟技术的进步，通过不同的微观测试手段，获取真 实致密油储层的孔隙结构和颗粒构型[15]。通过计算机 模拟技术，在三维空间建立代表孔隙结构的数据体， 并通过三维影像技术将这种数据体展示出来，获得直 观的孔隙微观模型影像。这些微观测试手段包括：高 倍光学显微镜、扫描电镜和纳米 CT 扫描等[16，17]。此外， 建立的数字岩心模型可以结合微尺度的 N — S 方程及 孔隙渗流模型构建数字孔隙网络模型（图 3）。应用建 立的孔隙网络模型，对储层进行孔隙建模、物性表征， 并开展单相和多相渗流研究。在国外，数字岩心已经 发展成为一种非常实用的微观孔隙结构和渗流研究工 具。在致密油藏和致密气藏的研究中已经被普遍采 用，对致密油气藏的有效开发提供了有益的指导。 2.4 分析了矿物成分及其在微观渗流中的作用
细尺度开展研究，从不同视角观察及定量 评价致密油储层的微观孔隙结构；利用理
（a ）
（b）
黄铁矿 微球
论模型开展了致密油储层中流体的渗流规
律研究等，取得了诸多新认识。这些新认
识有效地指导了人们认识致密油储层，探
索致密油储层中油气开发的有效方法。 2. 1 发现了纳米孔喉储集类型并研究
了其成因
（c ）
颗粒
1 致密油储层的基本特征及孔隙结构研 究的难点
致密油是指以吸附或游离状态赋存于富有机质且 渗透率极低的暗色页岩、泥质粉砂岩和砂岩夹层系统 中的自生自储、连续分布的石油聚集[9]。致密油储层 在矿物组分、成岩演化、储层微观孔隙结构等方面都 具有明显不同于常规储层及一般低渗透储层的特殊 性。这些特殊性影响储层的储集性能及流体在其中的 分布和运移状态。
图 1 盆地长 7 致密油储层激光共聚焦及核磁共振测试结果 2013 年第 1 期·石油科技论坛 13
技术创新
孔隙之间的沟通状态和配置关系，进而影响流体传质
平整矿物表面聚焦成像。在研究中观察到了如下 3 种
机制和成藏后油气调整。致密油储层中流体可动性与
主要的孔隙类型：
孔隙结构关系密切。研究、表征致密油储层中流体的
尤 源 等：国外致密油储层微观孔隙结构研究及其对鄂尔多斯盆地的启示
过程中，通过对样品进行切片扫描和空间三维图像反 演，得到样品在三维空间中的孔隙结构特征。随着测 试技术的进步，观察的尺度逐级深入到纳米尺度空 间。通过特殊的制样技术和扫描电镜相结合，可以观 察到纳米级别的孔隙微观特征，如 FIB-SEM[12（] 离子束 聚焦—扫描电镜）。通过高精度的 Micro-CT 或 Nano-CT 技术[13，14]也可以实现纳米级别的微观孔隙观察和测 试。建立不同尺度的微观测试方法，使人们根据研究 对象和目的选用合适的测试技术，实现微观级别的观 察和描述，从而获得全新的认识。 2.3 发展了数字岩心技术
演化历史、建立成藏模式也具有重要意义。因此，微
隙和有机质颗粒有关。研究还表明，在有机质中发育
观孔隙结构的准确表征及科学预测对于确定有利区分
的大量纳米孔隙与有机质的热成熟度直接相关，并认
布、快速发现勘探目标意义重大。
为大部分纳米孔隙形成于生烃过程中有机质的热压缩。
综合以上分析，开展致密油储层微观孔隙结构研
综合以上分析可以看出，致密油储层比较特殊， 微观孔隙结构研究既是关键也是难点。难点主要表现 在以下几个方面：
（1 ）微观孔隙结构表征难。 致密油赋存于页岩、泥质粉砂岩等致密的非常规 储集空间中，这些储集空间中存在各类微孔隙，构成 致密油储层的主要储集空间类型。这些微孔隙的微观 形态、连通性等都影响油气在其中的分布和赋存状 态。要明确致密油储层微观孔隙结构需要深入微观尺 度开展研究，研发高精度、微尺度测试技术，建立定 量表征参数，描述和评价微孔隙。此外，喉道是控制 渗流的关键，在研究过程中需要特别关注喉道的作 用，难度比较大。 （2 ）孔隙结构分类评价难。 致密油储层中孔隙类型多样，具有常规的粒间孔、 晶间孔、溶蚀微孔，也有黏土矿物及有机质中的纳米 孔。不同的孔隙类型及特征对于储层的储、渗性能影响 很大。因此，在储层评价中，需要对孔隙分类，明确致 密油储层孔隙类型及主要孔隙所占的比重。影响孔隙结 构的因素很多，孔隙结构分类和评价需要有效的评价参 数，充分反映致密油储层的基本特征，并能区分出致密 油储层的差异。此外，考虑致密油储层中流体的渗流特 征，还需要确定参与渗流的孔隙结构参数界限。 （3 ）孔隙结构对油气赋存及渗流的影响规律复杂。 致密油储层近源，油气充注过程中，储层微观孔 隙结构特征对充注效果影响较大。孔喉细小，毛细管 力强，油气聚集和运移的主导力发生变化，油、气、水 分布规律与常规储层有较大差异。孔喉结构决定不同
国外在致密油储层微观孔隙结构研究方面起步较 早，做了大量研究工作，研发了多种微观测试技术和 方法，获得了诸多发现，并形成了新的理论体系。这些 成果有效助推了致密油的勘探开发，目前已经成功开 发了 Bakken、Eagle Ford、Barnet 等[5～7]多个致密油气藏。
国内致密油资源丰富，但相关研究才刚刚起步， 在其储层微观孔隙结构研究方面目前仍沿用常规的测 试手段和方法，对于先进的测试技术方法仅处于探索 之中，难以满足致密油研究的需要[8]。因此，借鉴国外 的研究思路和技术方法，筛选适合我国致密油研究的 技术系列和攻关方向是十分必要的。
关键词：鄂尔多斯盆地 致密油 孔隙结构 纳米孔隙 数字岩心 DOI：10.3969/j.issn.1002-302x.2013.01.003
随着世界能源需求的急剧增加，非常规油气资源 越来越受到重视[1，2]。致密油是非常规油气资源中比较 现实的部分，也是未来油气增储上产的重要接替资源。 因此，致密油的研究和开发近年来受到广泛关注[3，4]。 致密油的储层特征，尤其是微观孔隙结构与常规低渗 透储层有显著的差异，给勘探和开发工作带来了一系 列难题。致密油储层微观孔隙结构特征与油气赋存规 律、成藏模式、渗流机理、储层保护等关系密切[4]。因 此，开展致密油储层微观孔隙结构特征研究，对于发 现有利勘探目标，有效开展储层评价，实施储层改造 及储层保护，实现致密油有效动用具有重大意义。
10µm 1µm （d）
由于页岩油气的开发引起了人们对页
岩孔隙结构的浓厚兴趣，很多人致力于这
方面的研究。Robert G. Loucks[11]在研究中发
现，在Mississippian Barnett 页岩中大量分布
1µm
200nm
着纳米级的孔隙（图 2）。他们在研究中使 用了场发射扫描电镜观察微孔隙，通过 Arion-beam milling 技术（氩离子抛光技术）在
图 2 美国 Barnett 页岩中的纳米孔隙（引自 G.L.Robert，2009）
（ ａ ） 硅化化石碎片，包 含 大 量 粒 内 微 孔；（ ｂ ） 黄铁矿球粒包含晶间微米孔和纳米 孔；（ ｃ ） 无机颗粒周边环绕的纳米孔；（ ｄ ） 无机基质中的纳米孔
14 石油科技论坛·2013 年第 1 期
页岩中流体的流动主要通过有机质层构成的渗透层。
究，需要采用不同于常规储层研究的新思路和新的技
2.2 逐级深入微观测试尺度
术手段，获取真实、准确、科学的规律认识，指导致
以往孔隙结构研究常用的测试方法，如薄片鉴
密油的勘探和开发。
定，分析尺度一般在毫米级别；通过常规的扫描电镜
2 国外致密油储层微观孔隙结构研究进展
技术创新
国外致密油储层微观孔隙结构研究 及其对鄂尔多斯盆地的启示 *
尤 源 １，２ 牛小兵 １，２ 辛红刚 １，２ 冯胜斌 １，２ 宋 娟 １，２ 毛振华 １，２ 张丹丹 １，２ 1 . 中国石油长庆油田公司勘探开发研究院；2 . 低渗透油气田勘探开发国家工程实验室
摘 要：致密油储层微观孔隙结构是致密油储层研究的重点和难点，也是制约致密油勘探、开发的关键问题，主要表 现在：致密油储层微观孔隙结构表征难、分类评价难、预测难，并且孔隙结构与油气赋存和渗流的关系复杂等。国外在致 密油储层微观孔隙结构研究方面取得了一些进展：发现了纳米孔喉储集类型并研究了其成因；逐级深入，形成了微观尺度 分析测试系列方法；发展了数字岩心技术；定量分析了矿物成分及其在微观渗流中的作用；有效识别和表征了微裂缝；对 比分析了储层中各类孔隙及流体分子的尺度。根据国外的经验，探讨了鄂尔多斯盆地致密油储层微观孔隙结构研究的思路 和方法，指出要在致密油储层微观孔隙结构测试手段上有所突破；要证实致密油储层中纳米级孔隙的存在与否及其贡献；要 揭示致密油储层中孔隙和喉道的配置关系；要认识致密油储层中微裂缝发育及分布规律；要探讨致密油储层改造及储层保 护的手段。
技术和普通的 CT 扫描可以实现微米级别的微观孔隙 结构特征的分析。扫描电镜侧重表面形态的观察，而
国外较早注意到致密油储层微观孔隙结构的特殊