郝 棟，楊 晨，劉曉東，王 亮

(中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司 第七采油廠(chǎng)，陜西 西安 710000)

引 言

致密砂巖油氣儲(chǔ)層的孔喉結(jié)構(gòu)特征對(duì)油氣的富集及流體的滲流具有重要的影響，是致密砂巖儲(chǔ)層研究的熱點(diǎn)內(nèi)容[1-3]。目前針對(duì)致密砂巖儲(chǔ)層孔喉結(jié)構(gòu)的研究方法多樣，以鑄體薄片、掃描電鏡等為主的圖像分析法可以清晰直觀地看到孔喉大小及形態(tài)，但受限于取樣范圍小，圖像法并不能全面反映整個(gè)巖樣的孔喉分布特征，且對(duì)孔喉大小及分布的定量化能力較為有限[3]。納米CT掃描技術(shù)與數(shù)字巖心結(jié)合能夠重構(gòu)三維孔喉特征，但價(jià)格較為昂貴[2,4]。高壓壓汞法、恒速壓汞法、氮?dú)馕降茸⑷敕椒╗5-6]可以定量表征儲(chǔ)層孔喉結(jié)構(gòu)，但受控于注入介質(zhì)及壓力的影響，所表征的孔喉分布范圍都有一定的局限性，另一方面通過(guò)實(shí)驗(yàn)所得的孔喉分布非均質(zhì)參數(shù)具有不可靠性。核磁共振法(NMR)目前被認(rèn)為可以在全尺徑上表征致密砂巖儲(chǔ)層的孔喉大小分布，具有無(wú)損、制樣簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，但如何將弛豫時(shí)間T2轉(zhuǎn)化為孔喉半徑一直是學(xué)者關(guān)注的問(wèn)題[7]。近年來(lái)，多技術(shù)綜合分析、多尺度聯(lián)合表征孔喉結(jié)構(gòu)已經(jīng)廣泛用于研究致密砂巖儲(chǔ)層孔喉結(jié)構(gòu)[8-9]，如：聯(lián)合氮?dú)馕?、恒速壓汞以及高壓壓汞技術(shù)對(duì)更寬尺度孔喉結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征[10-11]，引入分形理論對(duì)孔喉結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度進(jìn)一步研究等[12-13]。為了白豹油田二次上產(chǎn)，需進(jìn)一步研究致密砂巖孔喉結(jié)構(gòu)特征。綜合考慮多種方法的優(yōu)缺點(diǎn)，采用能表征全尺徑孔喉分布的NMR數(shù)據(jù)，引入分形理論對(duì)孔喉結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度進(jìn)行定量表征，改進(jìn)前人分別針對(duì)可動(dòng)流體與束縛流體賦存孔喉空間的復(fù)雜程度進(jìn)行定量表征的研究方法，進(jìn)一步分析影響孔喉結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度的因素。

本文以鄂爾多斯盆地西南部白豹油田延長(zhǎng)組致密砂巖儲(chǔ)層為例，采用鑄體薄片、掃描電鏡，并結(jié)合計(jì)點(diǎn)統(tǒng)計(jì)法對(duì)目標(biāo)層位巖石學(xué)特征、面孔率、孔隙類(lèi)型及結(jié)構(gòu)進(jìn)行直觀觀測(cè)，采用高壓壓汞、恒速壓汞及核磁共振手段對(duì)研究區(qū)目標(biāo)層位不同樣品的孔喉大小、喉道發(fā)育特征及孔喉結(jié)構(gòu)進(jìn)行定量表征。引入分形理論對(duì)核磁共振T2譜的分形維數(shù)進(jìn)行計(jì)算，明確不同樣品孔喉結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度的差異，并對(duì)樣品的可動(dòng)流體及束縛流體賦存空間的復(fù)雜程度進(jìn)行定量表征，討論樣品孔喉結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度與巖石組分、物性特征、可動(dòng)流體及孔喉結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的關(guān)系，厘清致密砂巖儲(chǔ)層孔喉結(jié)構(gòu)特征及其影響因素，以期為油田再次上產(chǎn)提供可靠的理論依據(jù)。

1 地質(zhì)背景

鄂爾多斯盆地是典型的大型多旋回陸相克拉通盆地[14-15]，自盆地定型以來(lái)構(gòu)造相對(duì)穩(wěn)定，僅在周緣地區(qū)發(fā)生斷裂和褶皺。盆地內(nèi)被分為6個(gè)一級(jí)構(gòu)造單元(圖1)。研究區(qū)位于伊陜斜坡西南部，繼承伊陜斜坡的構(gòu)造特征，呈一個(gè)向西傾斜角度小于1°的大型單斜， 整體上構(gòu)造平緩穩(wěn)定。晚三疊系延長(zhǎng)期為大型淡水湖泊的水進(jìn)水退旋回，砂泥巖頻繁互層，為典型的三角洲前緣沉積，水下分流河道砂體是研究區(qū)良好的油氣儲(chǔ)集體[16]。針對(duì)鄂爾多斯盆地白豹油田延長(zhǎng)組致密砂巖儲(chǔ)層進(jìn)行取樣分析，樣品具有低孔、低滲、強(qiáng)非均質(zhì)性特征。共選取15口井樣品進(jìn)行分析測(cè)試。為了研究致密砂巖樣品的孔喉特征、礦物成分、分形復(fù)雜程度及影響因素，首先對(duì)樣品進(jìn)行預(yù)處理，洗油后在120 ℃真空下烘干至少24 h，隨后對(duì)樣品進(jìn)行氦氣孔隙度、脈沖滲透率、鑄體薄片、掃描電鏡、高壓壓汞、恒速壓汞、核磁共振等測(cè)試，并應(yīng)用NMR分形理論對(duì)樣品的結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度進(jìn)行分析。

圖1 構(gòu)造單元及研究區(qū)位置Fig.1 Location of tectonic unit and the study area

2 巖石學(xué)及物性特征

通過(guò)巖心觀察以及103塊樣品鑄體薄片鑒定結(jié)果可得，白豹油田延長(zhǎng)組地層以灰色細(xì)-中粒長(zhǎng)石巖屑砂巖和長(zhǎng)石砂巖為主(圖2)。長(zhǎng)石的質(zhì)量分?jǐn)?shù)介于9.00%～52.00%，平均28.00%；巖屑質(zhì)量分?jǐn)?shù)介于2.20%～38.90%，平均20.30%；石英質(zhì)量分?jǐn)?shù)介于14.00%～84.00%，平均33.80%。巖屑組分主要為變質(zhì)巖屑和火成巖屑，沉積巖屑含量相對(duì)較低。膠結(jié)物以黏土和碳酸鹽巖為主，平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別達(dá)到6.20%和5.40%，硅質(zhì)膠結(jié)物質(zhì)量分?jǐn)?shù)最小，僅為1.30%。黏土礦物以伊利石和綠泥石為主，其次為伊蒙混層，高嶺石不常見(jiàn)。

圖2 致密砂巖巖石成分三角圖Fig.2 Triangular graph of rock composition of tight sandstone

延長(zhǎng)組81個(gè)實(shí)測(cè)物性數(shù)據(jù)顯示，儲(chǔ)層氣測(cè)孔隙度介于4.10%～14.34%，平均9.63%；氣測(cè)滲透率介于0.01～2.25×10-3μm2，平均0.49×10-3μm2?？紫抖刃∮?0.00%的樣品占到樣品總量的61.73%，滲透率小于0.50×10-3μm2的樣品數(shù)占到總量的64.20%(圖3(a)—(b))。整體來(lái)看，物性較差，屬于典型的致密砂巖儲(chǔ)層[17]?？紫抖扰c滲透率之間呈較微弱的正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.582 6(圖3(c))，可見(jiàn)孔隙度與滲透率之間的相關(guān)性較差，孔隙度不是制約滲流能力的關(guān)鍵因素。

圖3 致密砂巖儲(chǔ)層孔滲分布及關(guān)系Fig.3 Distributions of porosity and permeability and relationship between them in the tight sandstone reservoir

3 孔喉類(lèi)型、大小及分布特征

3.1 孔喉類(lèi)型

鑄體薄片和掃描電鏡觀察結(jié)果顯示，目標(biāo)層位致密砂巖儲(chǔ)層孔喉類(lèi)型主要分為4類(lèi)，即殘余粒間孔、溶蝕孔、晶間孔和微裂隙(圖4(a)—(d))。延長(zhǎng)組壓實(shí)作用強(qiáng)烈，殘余粒間孔面孔率平均2.20%，綠泥石膜的存在對(duì)粒間孔的保存具有積極作用(圖4(e))，殘余粒間孔多為三角形或多邊形，直徑一般在2～200 μm，。研究區(qū)在強(qiáng)烈的物理化學(xué)作用影響下，長(zhǎng)石、巖屑及不穩(wěn)定礦物遭受較強(qiáng)烈的溶蝕作用，形成直徑較大的溶蝕孔(圖4(f))，部分區(qū)域發(fā)育鑄?？?，多為不規(guī)則形狀，長(zhǎng)石溶蝕現(xiàn)象較為常見(jiàn)，溶蝕作用形成的高嶺石在研究區(qū)較常見(jiàn)(圖5(a))，其次，研究區(qū)發(fā)育有濁沸石溶孔(圖5(b))。此溶蝕現(xiàn)象主要與長(zhǎng)7的烴類(lèi)流體有關(guān)[18-22]。溶蝕作用對(duì)研究區(qū)目標(biāo)層位的孔喉結(jié)構(gòu)具有一定的改善作用，大大增加了流體的儲(chǔ)層空間，對(duì)孔喉連通性的改善具有多樣性，因此，形成了非均質(zhì)程度不同的孔喉結(jié)構(gòu)(圖5(c))。此外，在顆粒邊緣也發(fā)育少量的溶蝕孔隙，一般不易與粒間孔區(qū)分，對(duì)儲(chǔ)層具有積極的改造作用。晶間孔在致密砂巖儲(chǔ)層中廣泛發(fā)育，無(wú)論在原生粒間孔還是后期形成的溶蝕孔中，都有后期黏土礦物的充填，黏土礦物膠結(jié)形成的晶間孔對(duì)流體的滲流具有重要的影響，研究區(qū)晶間孔直徑一般不超過(guò)0.50 μm(圖4(c))，常見(jiàn)于伊利石、綠泥石及高嶺石等之間。微裂隙在研究區(qū)不常見(jiàn)，一般為脆性礦物如石英等的顆粒破裂縫(圖4(d))，寬度通常為幾納米。喉道類(lèi)型主要為管束狀、彎片狀或兩者的組合形態(tài)(圖5(d)、(e))，喉道分布復(fù)雜，孔喉連通性差，不利于流體在其中滲流。云母及巖屑組分在強(qiáng)壓實(shí)作用下發(fā)生變形(圖5(f))，顆粒之間主要以線(xiàn)接觸和凹凸接觸為主(圖5(d))，不利于流體流動(dòng)。

圖4 致密砂巖儲(chǔ)層孔隙類(lèi)型Fig.4 Pore types of the tight sandstone reservoir

圖5 致密砂巖儲(chǔ)層礦物及喉道類(lèi)型Fig.5 Minerals and pore throat types of the tight sandstone reservoir

3.2 孔喉大小及分布

孔喉整體大小主要通過(guò)高壓壓汞實(shí)驗(yàn)進(jìn)行表征，高壓壓汞實(shí)驗(yàn)通過(guò)記錄汞注入飽和度及壓力信息來(lái)確定樣品的孔喉大小及分布。本次按照中國(guó)石油行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T5346-2005進(jìn)行壓汞實(shí)驗(yàn)，采用Micromeritics AutoPoreIV9510型壓汞儀對(duì)樣品進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試的壓力范圍為0.03～241.00 MPa，進(jìn)汞飽和度隨著注入壓力的增加而增大，實(shí)驗(yàn)中最大壓力為206 MPa，對(duì)應(yīng)的孔喉半徑為0.003 6 μm。

從5個(gè)樣品的高壓壓汞毛細(xì)管壓力曲線(xiàn)(圖6(a))可以看出，隨著壓力的增加進(jìn)汞飽和度逐漸增加，汞突破排驅(qū)壓力后曲線(xiàn)呈現(xiàn)較緩的平臺(tái)，B-1樣品排驅(qū)壓力最小，水平段最為顯著。研究區(qū)樣品排驅(qū)壓力分布在0.110～0.506 MPa，最大進(jìn)汞飽和度集中在87.25%～89.06%，5個(gè)樣品相差不大，但中值壓力變化較大，分布在1.279～27.671 MPa(表1)，說(shuō)明在總進(jìn)汞飽和度相差不大的情況下，不同樣品之間孔喉結(jié)構(gòu)相差較大，表現(xiàn)在平臺(tái)段差異較大，中值壓力變化較大。整體上退汞效率較低，分布在31.10%～35.06%，大量的汞殘留在樣品孔喉空間中，是致密砂巖儲(chǔ)層復(fù)雜孔喉結(jié)構(gòu)的一個(gè)顯著特點(diǎn)。依據(jù)Washburn方程，樣品對(duì)應(yīng)的中值半徑在0.027～0.575 μm，分布較為分散。高壓壓汞實(shí)驗(yàn)可以從整體上表征孔喉大小，但受實(shí)驗(yàn)條件的限制，對(duì)相對(duì)大的孔隙表征不準(zhǔn)確，但中值半徑可以反應(yīng)孔喉的大小特征。

圖6 樣品壓汞毛管壓力曲線(xiàn)Fig.6 Capillary pressure curves of different samples in the study area

表1 高壓壓汞參數(shù)Tab.1 Parameters of high pressure mercury injection

致密砂巖的儲(chǔ)集空間包括孔隙及喉道兩部分，影響儲(chǔ)層非均質(zhì)性的重要因素在于喉道的大小及結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度。恒速壓汞實(shí)驗(yàn)可以分別表征孔隙及喉道的大小和分布，采用APSE-730型恒速壓汞儀對(duì)5個(gè)典型樣品進(jìn)行測(cè)試，每個(gè)樣品選取直徑為1 cm的圓柱體進(jìn)行試驗(yàn)。在25 ℃條件下，以極低的速率0.0001 mL/min向巖心中進(jìn)汞，接觸角為140°，表面張力為485 mN/m。汞的注入為一準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程，通過(guò)記錄壓力的升高-回落來(lái)識(shí)別樣品的孔隙及喉道信息，最大進(jìn)汞壓力可達(dá)6.2 MPa，對(duì)應(yīng)的孔喉半徑為120 nm，在低于120 nm的孔喉中汞不能進(jìn)入。恒速壓汞實(shí)驗(yàn)所得的樣品孔喉和喉道信息如表2。5個(gè)樣品均為孔隙主導(dǎo)型，即孔隙最終進(jìn)汞飽和度大于喉道最終進(jìn)汞飽和度(圖6(b))。在早期進(jìn)汞階段，總進(jìn)汞飽和度與孔隙進(jìn)汞飽和度曲線(xiàn)一致，即汞進(jìn)入由大喉道主控的孔隙區(qū)，隨著壓力的進(jìn)一步增加，孔隙進(jìn)汞飽和度逐漸達(dá)到飽和，總進(jìn)汞曲線(xiàn)與喉道進(jìn)汞曲線(xiàn)保持一致(圖6(b))。

表2 恒速壓汞參數(shù)Tab.2 Parameters of rate-controlled mercury injection

樣品喉道半徑分布較為復(fù)雜，非均質(zhì)性強(qiáng)，集中分布在0.20～20.00 μm，平均喉道半徑分布在1.59～9.76 μm(圖7(a))，不同樣品喉道半徑分布區(qū)間差異較大，B-1，B-3樣品滲透率較大，相應(yīng)的喉道半徑分布范圍較寬，B-4樣品滲透率僅為0.21×10-3μm2，喉道半徑分布范圍較窄，主峰峰值較小，平均喉道半徑為2.53 μm，最大連通喉道半徑為17.91 μm。樣品孔隙半徑分布在20.00～250.00 μm(圖7(b))，由于實(shí)驗(yàn)原理的限制，恒速壓汞對(duì)孔隙半徑的表征具有一定的局限性[23]，這與實(shí)際孔隙大小不太相符(圖4)。擬合喉道半徑與滲透率之間的關(guān)系可以看出(圖7(c))，喉道半徑與滲透率之間具有一定的正相關(guān)性，說(shuō)明喉道的尺度是影響樣品滲透率的一個(gè)重要因素，但這種正相關(guān)性也并不絕對(duì)，孔喉結(jié)構(gòu)分布的復(fù)雜程度也在一定程度上影響著樣品的滲透性。

圖7 恒速壓汞孔喉參數(shù)分布特征Fig.7 Distribution characteristics of pore throat structure parameters of rate-controlled mercury injection

4 孔喉結(jié)構(gòu)分形特征

前述通過(guò)圖像法、高壓壓汞以及恒速壓汞技術(shù)刻畫(huà)了致密砂巖樣品的孔喉整體大小、喉道大小及分布、孔隙大小等特征，為了進(jìn)一步明確樣品的結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度，基于核磁共振實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，引入分形理論展開(kāi)研究。分形理論在表征復(fù)雜的多孔介質(zhì)不規(guī)則程度以及自相似性方面具有很好的適用性[12]，分形維數(shù)越高，代表孔喉結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，反之越均質(zhì)，目前針對(duì)致密砂巖、頁(yè)巖以及煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度的研究得到了很好的應(yīng)用[13,23-24]。

4.1 NMR測(cè)試結(jié)果

致密砂巖樣品飽和水核磁共振實(shí)驗(yàn)可以得到弛豫時(shí)間T2譜分布特征，用以提供孔隙流體與顆粒表面之間的作用信息，離心后核磁共振實(shí)驗(yàn)可以得到樣品的束縛水特征參數(shù)，由此可進(jìn)一步得到不同樣品的可動(dòng)流體飽和度以及全尺徑的孔喉分布等信息，弛豫時(shí)間越長(zhǎng)，代表孔喉越大[25]。實(shí)驗(yàn)所用核磁共振實(shí)驗(yàn)儀為RecCore2500型核磁共振巖心分析儀，對(duì)樣品烘干不少于8 h，測(cè)量直徑、長(zhǎng)度和重量，抽真空12 h，然后進(jìn)行飽和地層水12 h，測(cè)量飽和樣品的重量，擦拭樣品表面液體，包裹保鮮膜，放入核磁共振分析儀進(jìn)行測(cè)量，得到飽和水樣品的弛豫時(shí)間T2分布后，對(duì)樣品進(jìn)行9 100 r/min離心，稱(chēng)重并進(jìn)行核磁共振測(cè)試得到束縛水狀態(tài)的T2譜分布。

核磁共振測(cè)試結(jié)果如表3所示， 飽和水的T2譜主要分布在<10 ms的區(qū)間。樣品滲透率越小， <10 ms區(qū)間的T2譜分布比例越高。核磁共振T2譜可以間接反映孔隙大小分布，每一個(gè)弛豫時(shí)間代表一個(gè)尺度的孔隙大小， 弛豫時(shí)間越長(zhǎng)代表孔隙越大。5個(gè)樣品的飽和水T2譜分布均具有雙峰特征，左峰對(duì)應(yīng)細(xì)小孔喉區(qū)域，右峰對(duì)應(yīng)較大孔喉分布(圖8(a))。樣品滲透率越大，則右峰相對(duì)于左峰更為發(fā)育。例如：B-1樣品，飽和水狀態(tài)下右峰幅度值相對(duì)于左峰更高，代表樣品中大孔喉較為發(fā)育，相應(yīng)的滲透率也較高；B-4樣品僅有微弱的右峰，流體基本都分布在較小的孔喉中，表明該樣品主要以微小孔隙為主(圖8(a))，滲透率也很低。

圖8 核磁共振T2譜分布Fig.8 NMR T2 spectra

從離心前后的T2譜參數(shù)可以得到樣品的可動(dòng)流體賦存特征(圖8(b))，離心后，較大孔喉中的流體被甩出，而束縛流體主要分布在細(xì)小孔喉中，離心前后2個(gè)T2譜的峰面積差距越大，可動(dòng)流體飽和度越高。5個(gè)樣品可動(dòng)流體飽和度介于17.35%～50.89%，可動(dòng)流體孔隙度介于1.15%～4.47%(表3)?？蓜?dòng)流體的賦存特征與孔喉結(jié)構(gòu)具有一定的相關(guān)性，孔喉結(jié)構(gòu)越均質(zhì)，連通性越好，則可動(dòng)流體飽和度越高，相反則束縛流體飽和度更高。

表3 樣品核磁共振測(cè)試結(jié)果Tab.3 NMR test results of different samples

4.2 NMR分形理論及意義

NMR實(shí)驗(yàn)通過(guò)記錄T2譜分布特征間接反映孔喉大小分布特征?；贜MR的T2譜進(jìn)行分形討論，可以得到不同樣品的孔喉結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度，孔喉結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度越高，則分形維數(shù)越大。目前NMR分形維數(shù)主要采用Zhou等[26-27]提出的公式進(jìn)行計(jì)算。核磁共振橫向弛豫時(shí)間T2在均勻磁場(chǎng)下可以近似表示為

(1)

式中：ρ2為表面弛豫率；T2s為表面弛豫時(shí)間，m/ms；S為比表面積，m2；V為體積，m3；當(dāng)孔隙模型為理想球體時(shí)，S/V=3/r，當(dāng)模型變?yōu)楣苁鵂顣r(shí)，S/V=2/r。由此可得

T2∝r。

(2)

而根據(jù)分形理論，半徑大于r的孔隙數(shù)量與孔喉半徑有如下關(guān)系式[12-13]：

(3)

式中：N(>r)表示半徑大于r的孔喉數(shù)量，D為分形維數(shù)；rmax為最大孔喉半徑，μm，S(r)代表孔喉半徑的分布密度函數(shù)。

半徑小于r的孔隙的累積孔隙體積分?jǐn)?shù)

考慮到rmin?rmax，Sv可以表示為：

(4)

結(jié)合式(2)和式(4)，可以得到

(5)

兩邊取對(duì)數(shù)得

lg(Sv)=(3-D)lg(T2)+(D-3)lgT2max。

(6)

若符合分形特征，則式(6)呈現(xiàn)線(xiàn)性關(guān)系，求取斜率λ，便可以得到分形維數(shù)

D=3-λ。

(7)

在表征孔喉結(jié)構(gòu)方面，NMR比高壓壓汞、恒速壓汞等實(shí)驗(yàn)手段具有一定的優(yōu)越性，尤其在表征全尺徑孔喉大小分布方面具有全面性，且通過(guò)離心實(shí)驗(yàn)可以確定可動(dòng)流體與束縛流體的分界。分形理論在評(píng)價(jià)多孔介質(zhì)的不規(guī)則程度以及自相似性方面具有成熟且廣泛的應(yīng)用。因此，基于NMR實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，引入分型理論對(duì)孔喉的自相似性進(jìn)行深入研究，能更準(zhǔn)確、更全面地表征孔喉結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度。

4.3 NMR分形計(jì)算

計(jì)算NMR分形曲線(xiàn)斜率，得到5個(gè)致密砂巖樣品NMR分形維數(shù)(圖9)，可以看到曲線(xiàn)具有明顯的兩段式分形特征。為了更好研究孔喉結(jié)構(gòu)對(duì)可動(dòng)流體的影響，選取T2截止時(shí)間為界，將曲線(xiàn)劃分為2個(gè)不同的段，T2截止時(shí)間是區(qū)分可動(dòng)流體孔隙與束縛流體賦存孔隙之間的有效分界線(xiàn)。分別對(duì)每個(gè)樣品的T2截止值左、右段進(jìn)行擬合，得到束縛流體孔喉分形維數(shù)Dmin與可動(dòng)流體孔喉分形維數(shù)Dmax(表4)。兩段線(xiàn)性擬合系數(shù)均較高，說(shuō)明基于NMR進(jìn)行分形討論具有一定合理性。由表4可以看出，樣品束縛流體孔喉分形維數(shù)介于0.421 1～1.652 1，平均1.059 4， 孔喉分形維數(shù)較小， 代表細(xì)小孔喉分布較為均質(zhì)，而可動(dòng)流體孔喉分形維數(shù)介于2.896 5～2.977 2， 平均2.933 1，較大的孔喉形態(tài)各異，礦物表面粗糙程度不同，造成孔喉結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度較高，因此，分形維數(shù)較高。

圖9 不同樣品孔喉NMR分形曲線(xiàn)Fig.9 NMR fractal characteristics of different samples

表4 樣品NMR分形維數(shù)統(tǒng)計(jì)Tab.4 Statistical result of NMR fractal dimension of samples

5 討 論

5.1NMR分形維數(shù)與物性、可動(dòng)流體飽和度的關(guān)系

分析NMR分形維數(shù)與物性之間的關(guān)系可以看出，可動(dòng)流體孔喉分形維數(shù)Dmax與孔隙度具有微弱的負(fù)相關(guān)關(guān)系，與滲透率具有很好的負(fù)相關(guān)關(guān)系(圖10(a)—(b))，可動(dòng)流體賦存于大孔喉中，大孔喉的復(fù)雜程度越低，分形維數(shù)越小，則相應(yīng)的滲透率越高，而束縛流體孔喉分形維數(shù)Dmin與孔隙度、滲透率相關(guān)性不明顯，束縛流體存在于樣品的細(xì)小孔喉中，大多位于黏土礦物晶間孔中。細(xì)小孔喉的復(fù)雜程度與樣品整體上的孔隙度、滲透率之間的關(guān)系微弱，這從側(cè)面說(shuō)明，較大孔喉的結(jié)構(gòu)對(duì)樣品的儲(chǔ)集空間及允許流體通過(guò)能力具有一定的制約，孔喉結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度是影響樣品滲透率的一個(gè)關(guān)鍵要素。樣品B-1可動(dòng)流體孔喉分形維數(shù)為2.896 5，滲透率達(dá)到1.39×10-3μm2。

可動(dòng)流體的飽和度和孔隙度是反應(yīng)樣品中流體滲流能力的重要指標(biāo)，孔喉結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度制約著流體的流動(dòng)。分析可動(dòng)流體飽和度和孔隙度與孔喉結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度之間的關(guān)系(圖10)，同樣可以看出，可動(dòng)流體孔喉分形維數(shù)與其飽和度、體孔隙度具有良好的負(fù)相關(guān)關(guān)系(圖10(c)—(d))。可動(dòng)流體主要分布在大孔喉中，即大孔喉的結(jié)構(gòu)復(fù)雜性決定樣品流體可動(dòng)程度，二者的相關(guān)系數(shù)高達(dá)0.912 9，可動(dòng)流體飽和度越大，說(shuō)明樣品孔喉連通性越好，對(duì)應(yīng)的滲透率也越大。大孔喉對(duì)樣品可動(dòng)流體孔隙度具有一定的貢獻(xiàn)。研究區(qū)大孔喉主要源于粒間孔和部分溶蝕孔的貢獻(xiàn)，大孔喉的發(fā)育在一定程度上減弱樣品的孔喉分布復(fù)雜程度，因此，造成分形維數(shù)較小。綜上所述，大孔喉的復(fù)雜程度是評(píng)價(jià)樣品可動(dòng)流體飽和度、孔隙度及滲流能力的關(guān)鍵要素。

圖10 孔喉分形維數(shù)與物性及可動(dòng)流體參數(shù)的關(guān)系Fig.10 Relationships between fractal dimensions and physical properties and moveable fluid parameters of reservoir

5.2 NMR分形維數(shù)與巖石組分的關(guān)系

前述分析可得孔喉結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度制約樣品滲透率、流體可動(dòng)能力。樣品的孔喉結(jié)構(gòu)受控于巖石組分及成巖作用的影響。前人研究表明， 石英、長(zhǎng)石和黏土礦物的含量與孔喉大小及非均質(zhì)程度之間具有一定的相關(guān)性[13]。對(duì)鄂爾多斯盆地白豹油田延長(zhǎng)組致密砂巖樣品礦物組成與不同NMR分形維數(shù)的關(guān)系進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)：石英含量與可動(dòng)流體孔喉分形維數(shù)具有一定的負(fù)相關(guān)關(guān)系(圖11(a))，這一方面可能由于石英抗壓實(shí)能力強(qiáng)， 較好地保存了儲(chǔ)層孔喉，為可動(dòng)流體的賦存提供了一定的空間，粒間孔的發(fā)育導(dǎo)致孔喉結(jié)構(gòu)更加均質(zhì)，更有利于流體滲流，另一方面由于石英表面光滑、不易溶蝕、孔喉形狀規(guī)則，因此，石英含量越高， 分形維數(shù)越小。例如樣品B-1石英質(zhì)量分?jǐn)?shù)為35%，由于抗壓實(shí)作用保留了一定的粒間孔，大孔喉較發(fā)育，可動(dòng)流體儲(chǔ)層空間大，大孔喉相對(duì)較為均質(zhì)，因此，分形維數(shù)低，孔喉結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度低。長(zhǎng)石含量與孔喉分形維數(shù)之間的關(guān)系不明顯(圖11(b))，這主要與長(zhǎng)石的溶蝕多樣性有關(guān)[23]。填隙物含量與束縛流體和可動(dòng)流體孔喉分形維數(shù)之間都具有一定的正相關(guān)關(guān)系(圖11(c)、(d))，填隙物含量的增加使粒間孔減小，并加劇孔喉結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，導(dǎo)致孔喉結(jié)構(gòu)非均質(zhì)性增強(qiáng)，填隙物一般完全或部分充填粒間孔，多成管束狀分布，雖然連通性較好，但孔喉尺寸很小，很難形成連續(xù)的滲流通道，加之與粒間大孔隙的組合，導(dǎo)致孔喉結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，因此，其分形維數(shù)更高。對(duì)比束縛流體孔喉分形維數(shù)、可動(dòng)流體的孔喉分形維數(shù)與填隙物之間的關(guān)系可以看出，束縛流體孔喉分形維數(shù)與填隙物含量的相關(guān)性稍高，這是由于束縛流體主要存在于小孔喉中，小孔喉的分布比例高是由于填隙物含量高造成的，尤其是黏土礦物晶間孔，形態(tài)各異，非均質(zhì)性強(qiáng)，相應(yīng)的束縛流體部分孔喉分形維數(shù)則更高，這與前人研究結(jié)果相似[24]。

圖11 孔喉分形維數(shù)與巖石組分關(guān)系Fig.11 Relationships between Fractal dimensions and rock components

5.3 NMR分形維數(shù)與孔喉結(jié)構(gòu)參數(shù)的關(guān)系

分形維數(shù)與孔喉結(jié)構(gòu)之間具有一定的規(guī)律，孔喉結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，非均質(zhì)程度越高，分形維數(shù)值則越大[13,26-27]。為了進(jìn)一步明確分形維數(shù)與孔喉結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的關(guān)系，分別對(duì)高壓壓汞、恒速壓汞所得孔喉結(jié)構(gòu)參數(shù)與分形維數(shù)進(jìn)行擬合，可以看出：平均喉道半徑、最大連通喉道半徑與可動(dòng)流體孔喉分形維數(shù)呈負(fù)相關(guān)關(guān)系(圖12(a)、(b))， 與束縛流體孔喉分形維數(shù)相關(guān)性較差。平均喉道半徑越大，樣品滲流能力越強(qiáng)， 這是因?yàn)楹淼罌Q定了流體在儲(chǔ)層中的滲流能力?？蓜?dòng)流體分形維數(shù)與喉道半徑之間的負(fù)相關(guān)關(guān)系表明，可動(dòng)流體賦存的大孔喉結(jié)構(gòu)越均質(zhì)，喉道與孔隙之間的配置關(guān)系則越好，相應(yīng)的喉道半徑越大。一般可動(dòng)流體賦存位置的喉道半徑大且連通性好，孔喉結(jié)構(gòu)相對(duì)均質(zhì)，相應(yīng)的分形維數(shù)則低。

圖12 孔喉分形維數(shù)與孔喉結(jié)構(gòu)參數(shù)的關(guān)系Fig.12 Relationships between fractal dimensions and pore throat structure parameters

可動(dòng)流體孔喉分形維數(shù)與最終進(jìn)汞飽和度呈很好的負(fù)相關(guān)關(guān)系(圖12(c))，最終進(jìn)汞飽和度是表征樣品的儲(chǔ)集能力和滲流能力的重要孔喉參數(shù)。在相同的壓力下，最終進(jìn)汞飽和度越大，樣品儲(chǔ)滲能力越好，說(shuō)明樣品孔喉連通性越好，側(cè)面反映致密砂巖儲(chǔ)層孔喉體積越大，對(duì)應(yīng)的分形維數(shù)越小，即孔喉復(fù)雜程度越低。

依據(jù)恒速壓汞實(shí)驗(yàn)所得的總喉道進(jìn)汞飽和度和總孔隙進(jìn)汞飽和度，分析喉道進(jìn)汞量與分形維數(shù)的關(guān)系，可知束縛流體孔喉分形維數(shù)與總喉道進(jìn)汞飽和度呈正相關(guān)關(guān)系，可動(dòng)流體孔喉分形維數(shù)與總喉道進(jìn)汞飽和度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系(圖12(d))?？蓜?dòng)流體部分喉道進(jìn)汞飽和量越大，則分形維數(shù)越小，孔喉越均質(zhì)，更有利于流體的儲(chǔ)集和滲流。束縛流體部分喉道進(jìn)汞量越大，在相同的壓力下，說(shuō)明細(xì)小喉道所占的比例越高，不利于流體的滲流，相應(yīng)的孔喉結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，因此，分形維數(shù)越高?？偪紫哆M(jìn)汞飽和度與可動(dòng)流體孔喉分形維數(shù)具有一定的負(fù)相關(guān)關(guān)系(圖12(e))，總孔隙進(jìn)汞量越大，說(shuō)明不同喉道尺度控制下的孔隙體積越大，代表孔喉半徑比越小，孔喉結(jié)構(gòu)越均質(zhì)。

高壓壓汞所得中值半徑反映樣品的孔喉大小特征，經(jīng)分析得，可動(dòng)流體孔喉分形維數(shù)與中值半徑具有很好的負(fù)相關(guān)關(guān)系(圖12(f))，即樣品整體孔喉半徑越大，儲(chǔ)集空間越大，允許流體通過(guò)的能力越強(qiáng)，孔喉結(jié)構(gòu)越均質(zhì)，分形維數(shù)越小。由此可見(jiàn)，喉道對(duì)可動(dòng)流體的賦存具有至關(guān)重要的意義；整體孔喉半徑越大，孔喉體積越大，結(jié)構(gòu)相對(duì)更為均質(zhì)，更有利于流體滲流。

6 結(jié) 論

(1)鄂爾多斯盆地白豹油田延長(zhǎng)組致密砂巖儲(chǔ)層孔喉大小以微米級(jí)為主；孔隙類(lèi)型主要包括殘余粒間孔、溶蝕孔、晶間孔以及微裂隙；孔喉配置關(guān)系復(fù)雜，樣品均為孔隙主導(dǎo)型孔喉類(lèi)型；平均喉道半徑在1.59～9.76 μm，喉道半徑是影響滲透率的一個(gè)重要參數(shù)。

(2)NMR孔喉分形維數(shù)具有兩段式分布特征，Dmin平均1.059 4，代表細(xì)小孔喉分布較為均質(zhì)；Dmax平均2.933 1，代表較大的孔喉結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度較高。

(3)孔喉結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度和喉道大小是決定樣品滲流能力的關(guān)鍵要素；可動(dòng)流體主要分布在大孔喉中，大孔喉的結(jié)構(gòu)復(fù)雜性決定樣品流體可動(dòng)程度；脆性礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)孔喉結(jié)構(gòu)非均質(zhì)程度影響較大。