特低渗—致密砂岩储层成藏模拟试验与成藏机理

摘 要：对采自鄂尔多斯盆地延长组的8块渗透率为（的特低渗—致密砂岩岩芯样品进行石油驱替成藏模拟试验。试验采用驱动压力分段逐级提升式连续油相充注。结果表明：特低渗—致密砂岩储层石油运移、聚集、成藏机理与常规储层明显不同。随着石油不断注入和驱动压力的不断增高，岩芯中孔隙水逐渐排出，含油饱和度随之增高，并且增高趋势呈现先快后慢的指数式特征；样品最终含油饱和度与渗透率相关关系不显著，与孔隙度呈正相关；特低渗—致密储层具有原油活塞式驱替运移的成藏机理，成藏效率高，石油成藏富集受到油源规模、驱动压力、成藏流体性质等因素的影响；优质烃源岩是特低渗—致密储层石油富集的主控因素。

关键词：砂岩储层；特低渗；致密；渗透率；模拟试验；成藏机理；延长组；鄂尔多斯盆地

中图分类号：P618.13；TE122 文献标志码：A

浮力在石油运移、聚集中所起的作用十分有限，延长组大面积分布的特低渗透、致密砂岩储层如何成藏富集值得研究。笔者对采自鄂尔多斯盆地延长组的8块典型特低渗—致密砂岩岩芯样品进行原油驱替地层水的成藏模拟试验，深入研究延长组低渗透油气运聚成藏机理及成藏主控因素，深化认识岩性油藏分布规律。

1 材料与方法

试验装置为一个岩芯驱替系统（图1），驱替装置安装在恒温箱中，恒温箱温度始终保持为25 ℃。试验流程分为以下步骤。

2 试验样品

4 讨 论

4.1 驱动压力

虽然试验证实特低渗—致密砂岩石油不需要很大的驱动压力就能注入，但是驱动压力的增大无疑会使含油饱和度增高。这在驱动压力低于10 MPa时十分明显。在一定的驱动压力下，岩芯含油饱和度只能达到一定程度，只有增加驱动压力才能使含油饱和度进一步增高。再则，本次模拟试验只使用了长度为5 cm的岩芯柱，而在地质条件下，鄂尔多斯盆地延长组上至长1、长2油层组，下至长9、长10油层组，含油的低渗透—致密砂岩储层纵向跨度可达数百至上千米，由于低渗透—致密砂岩储层孔隙小，喉道细，矿物颗粒表面粗糙，摩擦力较大，导致毛细管阻力大，使得油水在孔隙中难以产生重力分异，无法在浮力作用下发生二次运移，因此油气大规模成藏仍需较大的驱动压力。

4.2 孔隙度、渗透率与最终含油饱和度的关系

统计数据显示，渗透率与样品最终含油饱和度之间的关系比较复杂，不是单纯的线性关系，而是呈现幂指数的关系，孔隙度与最终含油饱和度则为正相关关系（图5）。对于5个致密储层样品，渗透率与最终含油饱和度的关系不显著，孔隙度与最终含油饱和度呈正相关关系（图6）。这说明在驱替动力充足的情况下，最终含油饱和度主要受孔隙度控制，孔隙度越高，最终含油饱和度越高；这也说明鄂尔多斯盆地延长组特低渗—致密储层油气成藏发生在大规模成岩作用之后[26]。其中，mD是渗透率单位，1 mD=0986 9×10-3 μm2。

图5 渗透率和孔隙度与最终含油饱和度的关系

Fig.5 Relationships Between Permeability， Porosity and Final Oil Saturation

图6 致密岩芯渗透率和孔隙度与最终含油饱和度的关系

Fig.6 Relationships Between Permeability， Porosity and Final Oil Saturation of Tight Sandstone Cores

4.3 特低渗—致密油储层成藏机理

从表2可以看出，在油驱水初始阶段（岩芯出口端见油之前），注入的油可完全替换岩芯中的孔隙水，并使岩芯达到较高的含油饱和度（1904%～7856%）。此过程类似活塞运动，油进入储层，完全顶替孔隙水；这一阶段可以定义为原油成藏阶段，大部分原油在此阶段聚集。当注入岩芯的模拟油体积为岩芯孔隙体积1倍时，含油饱和度为26.40%～78.83%，并占到最终含油饱和度的71.45%～100%，说明特低渗—致密储层成藏效率高，孔隙流体1∶1替换即可成藏。这充分反映出特低渗—致密储层原油活塞式驱替运移的成藏机理。随着试验进行以及驱动压力的增高，进一步注入原油，岩芯中仍有部分水被驱出，这些水可能来自岩芯出口端尚未波及的孔隙水和已经波及的运移通道中孔隙角隅的残余水，在这一过程中岩芯的含油饱和度进一步提高，但驱油效率明显下降，可称之为原油富集阶段。

在这种活塞式驱替运移的成藏机理下，特低渗—致密砂体集输导层与储集层于一体。由于成藏效率很高，油气在足够大压力梯度下发生规模性二次运移时，经过特低渗—致密砂体时，以活塞式推进驱替地层水，直接在输导层聚集。随着烃类流体的反复驱替和驱动压力的增高使得砂体含油范围逐步扩大，含油饱和度增高，最终形成大面积特低渗—致密油藏。

4.4 优质烃源岩为储层原油富集提供优越条件

模拟试验表明，原油注入初期，岩芯含油饱和度增高很快。随着原油的不断注入、运移，岩芯含油饱和度持续缓慢增高，原油进一步得到富集，注入倍数越高，含油饱和度越高（图7）。因此，油源的规模和质量是制约石油聚集规模、富集程度和运移距离（油藏分布）的关键因素。由于特低渗—致密砂岩储层孔隙小，喉道细，流体以驱替方式运移，储层中的油水难以发生重力分异。如果油水混合或交替进入

5 结 语

（1）鄂尔多斯盆地延长组特低渗—致密储层具有孔隙小、喉道细微、矿物颗粒表面黏土矿物发育等特点。在进行模拟原油驱替试验时，原油驱替地层水的过程类似活塞运动，成藏效率高。起初注入的原油完全替换出地层水，并能使储层达到较高的含油饱和度；随着原油的持续驱替和驱动压力的不断增加，储层含油饱和度会进一步增高。试验表明，较大的油源规模、优质富烃成藏流体、较高的石油运移动力有利于特低渗—致密砂岩储层成藏富集，以上条件均可由长7段优质烃源岩提供。

（2）优质烃源岩生烃膨胀形成高压，并排出大量油相富烃流体。“初次运移排出高压流体，形成源储压差促使二次运移，运移泄压后恢复平衡”的过程反复进行，使得储集砂体含油范围不断扩大，含油饱和度不断增高，直至烃源岩生排烃过程结束。因此，在烃源岩持续埋藏生排烃的过程中，特低渗—致密油储层成藏具有扩张式持续成藏的特征。优质烃源岩是特低渗—致密储层富集的主控因素。

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