东营凹陷南斜坡是济阳坳陷规模最大、最典型的洼陷缓坡构造带，沙四段(E_s4)沉积期发育的滨浅湖滩坝砂体是南斜坡重要的油气储集体^[1]。受沉积环境、成藏机制、构造与成岩作用等的影响^[2]，沙四段岩心孔隙度为1.9%~19.6%，渗透率为0.02~ 69.40 mD，是典型的复杂孔隙结构低渗透砂岩储层，但其有效储层难以识别。目前，国内外对于中、高渗透储层孔隙结构的研究已取得了大量成果^[3-6]，但是低渗透砂岩储层具有独特的渗流机理和微观孔隙结构^[7-8]，使得中、高渗透储层结构研究方法和结论在低渗透储层结构研究中并不适用。

在低渗透砂岩孔隙结构研究方面，众多研究者^[7-9]认为它对储层质量有较大影响，并认为它在储层有效性评价以及产能预测等方面具有重要作用。很多学者^[9-13]利用铸体薄片、扫描电镜、常速压汞、恒速压汞、核磁T₂谱以及氮气吸附等资料对不同研究区的低渗透砂岩储层微观孔隙结构特征进行研究、分类，从而进一步分析其与孔隙度、渗透率的关系。也有学者^[14-15]在划分孔隙结构类型的基础上，利用聚类分析、Bayes判别以及神经网络进行孔隙结构类型的自动识别。前人的研究主要集中在孔隙结构的分类评价、识别以及孔隙结构与储层物性的关系上，但对低渗透砂岩储层中微孔特征、含量与孔隙结构类型的关系以及对测井电性响应的影响涉及较少。笔者以东营凹陷南斜坡沙四段低渗透砂岩储层为研究对象，利用压汞、核磁共振、物性、薄片及CT等资料对孔隙结构进行分析并划分其孔隙结构类型。发现矿物、粒径及成岩作用等综合控制着孔隙结构类型，微孔(孔喉半径 < 0.024 8 um)含量及其特征是孔隙结构类型差异很重要的表现形式。进一步分析矿物含量、粒径、电性与微孔含量的关系，发现矿物、粒径影响微孔的含量及特征，且微孔含量与电性特征关系密切。关注微孔特征、含量变化与电性响应的关系，有助于在井筒剖面进行孔隙结构类型划分及储层有效性评价，也有助于深入认识低渗透砂岩储层的孔隙结构。

孔隙结构特征在微观上反映了储集层的储集及渗流能力，是储集层评价和分类的重要依据。为了深入探索东营凹陷南斜坡沙四段低渗透砂岩的孔隙结构特征，采集研究区6口井的57个低渗透砂岩样品进行压汞测试，通过压汞曲线的不同特征来研究不同孔隙结构的差异。从测试结果来看，整体上沙四段压汞曲线较为凌乱(图 1)，其原因在于各个样品的孔隙结构差异较大。所涉及到的几个反映孔隙结构的基本表征量，如渗透率、孔隙度和孔喉半径均值都较低，且分布范围较宽，表明该区块样品孔隙结构的复杂性和低渗性。

图 1

Fig. 1

下载eps/tif图 图 1 沙四段砂岩储层压汞曲线 Fig. 1 The mercury intrusion curves of sandstone reservoirs of Es4

目前对于低渗透储层分类，以及微孔标准的规定，还没有统一的分界和定义^[16]，应凤祥等^[17]基于扫描电镜背散射电子成像分析，将孔隙大小分为5级：大孔＞100 μm，中孔50~100 μm，小孔20~50 μm，微细孔10~20 μm，微孔＜10 μm。由于沙四段表现为低渗透性，孔隙结构类型多样，为了便于分类研究，进一步对研究层段的毛管压力曲线形态及各特征参数统计分析，综合常规物性、核磁共振T₂谱及《油气储层评价方法》中关于碎屑岩储层孔隙度、渗透率类型划分标准^[18]，详细对比各种孔隙结构参数间的对应关系，将研究区低渗透砂岩孔隙结构细分成了三大类、五小类(表 1)，并结合压汞信息能够分辨的孔喉半径尺寸，将沙四段微孔标准界定为孔喉半径 < 0.024 8 μm。

表 1(Table 1)

表 1 沙四段低渗透滩坝砂岩孔隙结构分类参数[19] Table 1 Parameters of pore structure types of low permeability beach bar sandstone of Es4 孔隙结构分类 岩性 成岩作用 储集类型 物性分布 压汞特征 核磁特征 孔隙类型 孔隙度/% 渗透率/mD Pd/MPa SHgmax/% T2cut/ms SBVI/% Ⅰ2 粉砂岩、细砂岩 溶蚀作用强 ≥ 15 ≥ 10.0 < 0.2 ≥ 80 ≥ 14 50左右 中孔低渗 Ⅰ2 溶蚀为主 有效储层 ≥ 15 1.0~10.0 0.2~0.4 70~80 中孔特低渗 Ⅱ1 粉砂岩、灰质粉砂岩 溶蚀-压实为主 10~15 0.3~1.0 0.4~0.7 60~70 10~14 50~75 中孔超低渗 Ⅱ2 泥质粉砂岩、灰质粉砂岩 压实为主 差储层 7~10 0.1~0.3 0.7~1.6 50~60 < 10 75~85 特低孔超低渗 Ⅲ 泥岩、泥质粉砂岩 压实-胶结为主 非储层 < 7 < 0.1 ≥ 1.6 < 50 < 10 ≥ 85 超低孔非渗 注：Pd为排驱压力，SHgmax为最大进汞饱和度，T2cut为T2截止值，SBVI为核磁计算束缚水饱和度

下载CSV 表 1 沙四段低渗透滩坝砂岩孔隙结构分类参数[19] Table 1 Parameters of pore structure types of low permeability beach bar sandstone of Es4

储层孔隙形成、演化和结构特征受多重地质因素控制，有沉积作用，也有成岩作用^[20]。沉积作用从微观角度上可认为是矿物含量和粒径参数控制着孔隙结构类型，下面分析矿物、粒径以及成岩作用与孔隙结构类型的关系。

矿物成分及其含量是影响孔隙结构的基本因素，而胶结物类型及其含量是影响孔隙结构的主要因素。从沙四段三大类孔隙结构岩石的矿物含量来看，石英、长石以及岩屑含量总体相差不大，Ⅰ型孔隙结构相对于Ⅱ型和Ⅲ型孔隙结构，石英含量略小于后两类，岩屑含量相对略多，而方解石和白云石胶结物含量较少，Ⅰ型孔隙结构的胶结物的体积分数仅为9.5%，明显少于Ⅱ型(15.28%)与Ⅲ型(16.73%)孔隙结构的胶结物含量(表 2)。通过薄片鉴定资料发现，沙四段岩屑以结晶岩(主要矿物为石英、长石)以及中酸性喷出岩等刚性岩屑为主，泥质等塑性岩屑较少(图 2)，这可能是岩屑含量略高的Ⅰ型孔隙结构反而物性并没有降低的原因之一。另外，物性相对较差的Ⅱ型与Ⅲ型孔隙结构岩石，胶结物溶蚀弱，胶结作用较强，胶结物类型以方解石和白云石为主，同时伴有一定的石英增生。

表 2(Table 2)

表 2 沙四段不同孔隙结构矿物和胶结物含量对比 Table 2 The mineral and cement volume fraction of different types of pore structure of Es4 % 孔隙结构分类 φ(矿物) φ(胶结物) 石英 长石 岩屑 白云石 方解石 Ⅰ型 46.08 35.42 18.50 4.92 4.58 Ⅱ型 46.36 36.55 17.23 9.78 5.50 Ⅲ型 48.00 36.27 15.95 9.30 7.43

下载CSV 表 2 沙四段不同孔隙结构矿物和胶结物含量对比 Table 2 The mineral and cement volume fraction of different types of pore structure of Es4

图 2

Fig. 2

下载eps/tif图 图 2 沙四段砂岩中的矿物及岩屑(薄片) Fig. 2 The mineral and detritus of Es4(slice) 不等粒岩屑长石砂岩，F31-10井，3 105.14 m

粒径参数与孔隙结构的好坏有密切的关系，孔隙结构越好，其粒度中值就越大，随着孔隙结构变差，粒度中值呈明显下降趋势(表 3)，且一般粒径与最大粒径值分布范围越集中在较大粒径值的范围内。岩石颗粒的一般粒径在Ⅰ型孔隙结构中主要为0.06~0.13 mm和0.06~0.24 mm，最大粒径大于0.18 mm；Ⅱ型孔隙结构的一般粒径分布与Ⅰ型相似，但粒径为0.06~0.13 mm的比例明显增多，最大粒径出现双峰特征，分别为0.12~0.14 mm和大于2.2 mm；Ⅲ型孔隙结构一般粒径 < 0.13 mm，最大粒径分布也为双峰特征，分别为0.12~0.14 mm和0.16~0.18 mm (表 3)。

表 3(Table 3)

表 3 沙四段粒径分布与孔隙结构关系 Table 3 Relationship between pore structure types and grain size distribution of Es4 孔隙结构分类 粒度中值/mm 一般粒径分布/% 最大粒径分布/% 0.06~0.10 0.06~0.13 0.06~0.24 0.13~0.25 < 0.10 0.10~0.12 0.12~0.14 0.14~0.16 0.16~0.18 0.18~2.0 2.0~2.2 > 2.2 Ⅰ1 0.127 0 0 58.33 25.00 16.67 0 0 0 8.57 11.43 20.00 25.71 34.29 Ⅰ2 0.110 0 Ⅱ1 0.103 0 0 72.73 18.18 9.09 0 9.09 27.27 0 9.09 18.18 9.09 27.27 Ⅱ2 0.097 0 Ⅲ 0.060 5 9.09 90.91 0 0 9.09 9.09 27.27 9.09 27.27 9.09 0 9.09

下载CSV 表 3 沙四段粒径分布与孔隙结构关系 Table 3 Relationship between pore structure types and grain size distribution of Es4

成岩过程中沙四段砂岩孔隙结构主要受到压实作用、胶结作用和溶蚀作用的改造影响^[21]，形成了复杂的孔隙结构。Ⅰ₁型、Ⅰ₂型和Ⅱ₁型孔隙结构的储层岩性均以细、粉砂岩为主，较为致密(表 1)，但是由于发生溶蚀作用而产生次生孔隙，增加了储集空间，也改善了储层渗透性[图 3(a) ，(b)]。压实和胶结作用越强，使得岩石孔隙结构越差^[22]。正是由于压实和胶结作用均较大程度地降低了储层的物性，Ⅱ₂型和Ⅲ型孔隙结构均较差，不利于有效储层的发育[图 3(b)~ (f)]。

图 3

Fig. 3

下载eps/tif图 图 3 沙四段成岩作用对孔隙结构影响 Fig. 3 The effects of diagenesis on pore structure of Es4 (a)细粒岩屑长石砂岩，F133井，2397.88 m；(b)含白云质极细粒长石砂岩，F154井，3 509.52 m；(c)极细粒岩屑长石砂岩，F31-10井，3 107.96 m；(d)含白云质极细粒岩屑长石砂岩，F154井，3 509.03 m；(e)含白云质极细粒岩屑长石砂岩，F154井，3 514.12 m；(f)含灰质极细粒岩屑长石砂岩，F142-1井，3 105.34 m

由于矿物成分及含量、粒径以及成岩作用的共同影响，使得研究区低渗透滩坝砂岩孔隙结构变得复杂，不同孔隙结构类型微孔特征差异比较大。综合来看，粒径较大、刚性岩屑含量高的砂岩中可保留较多的原生孔隙，有利于孔隙流体的流动和溶蚀作用的进行；粒径较小、塑性岩屑含量高的砂岩容易成为强压实相，原生孔隙较少，不利于孔隙流体的流动和溶蚀作用的进行^[23]。因此，在低渗透砂岩储层孔隙结构特征差异的诸多表现形式中，微孔含量、微孔特征及发育程度与孔隙结构类型关系密切，探究微孔特征有利于更全面地认识低渗透砂岩储层的孔隙结构。

为了进一步弄清低渗透砂岩孔隙结构与微孔特征、含量的关系，在压汞实验的基础上，又筛选3口井的10块样品进行核磁共振实验，观察不同孔隙结构类型的压汞曲线、核磁T₂谱特征与孔喉分布、微孔含量变化的对应关系(表 4，图 4)，Ⅰ₁型，Ⅰ₂型和Ⅱ₁型孔隙结构均相对较好，微孔含量较低，体积分数分别为14.65%，27.87%和29.79%，它们的排驱压力值均较低，压汞曲线平缓段(S_AB)较长，喉道中值半径(r₅₀)较大。Ⅱ₂型和Ⅲ型孔隙结构均较差，以微孔为主，微孔体积分数分别为45.02%和49.5%，使得排驱压力明显增大，压汞曲线平缓段明显缩短，喉道中值半径也减小。

表 4(Table 4)

表 4 沙四段低渗透砂岩孔喉分布表 Table 4 Pore radius distribution of low permeability sandstone of Es4 % 孔隙结构分类 孔喉直径/μm < 0.0248 0.024 8~0.037 3 0.037 3~0.049 9 0.049 9~0.062 5 0.062 5~0.073 8 0.073 8~0.093 6 0.093 6~0.147 7 > 0.147 7 Ⅰ1 14.65 2.81 2.71 1.92 2.48 2.20 4.95 68.28 Ⅰ2 27.87 5.19 5.53 5.54 2.99 3.85 8.25 40.42 Ⅱ1 29.79 5.78 4.40 3.85 3.85 4.11 13.33 34.89 Ⅱ2 45.02 3.92 5.81 5.58 4.55 5.89 18.72 10.51 Ⅲ 49.50 7.36 4.68 5.10 4.60 6.02 14.96 7.78

下载CSV 表 4 沙四段低渗透砂岩孔喉分布表 Table 4 Pore radius distribution of low permeability sandstone of Es4

图 4

Fig. 4

下载eps/tif图 图 4 沙四段低渗透砂岩不同孔隙结构类型毛管压力曲线与核磁T2特征 Fig. 4 Capillary pressure curves and T2 spectrum characteristics of different types of pore structure of low permeability sandstone of Es4

随着孔隙结构越来越差，核磁T₂谱中自由流体谱所占比例逐渐变小，反映出大孔、中孔均逐渐减少，而微孔含量增大。这与表 2中孔喉分布特征一致。微孔含量的变化与压汞、核磁实验的结果相关性良好，因此微孔特征及含量的变化是孔隙结构类型差异的重要表现形式。

根据薄片和压汞资料，分别计算每个样品的微孔含量，比较不同孔隙结构类型，微孔含量与矿物成分、含量的关系[图 5(a)~(c)]。Ⅰ型孔隙结构岩样微孔含量最低，岩屑含量最高，因为岩屑、长石在后期遭受强烈的溶蚀作用，使得溶蚀孔隙发育，所以Ⅰ型孔隙结构物性最好；虽然Ⅱ型与Ⅲ型孔隙结构岩样的石英和长石含量与Ⅰ型孔隙结构相比略有增加，但受强压实作用或强胶结作用影响，岩石结构致密，微孔含量较大，物性最差。

图 5

Fig. 5

下载eps/tif图 图 5 沙四段矿物含量以及粒径与微孔含量的关系 Fig. 5 Relationships of micropore volume fraction with mineral content and grain size of Es4

所以，原始矿物成分及其含量和后期成岩作用的双重影响使得岩石的孔隙结构发生了很大的变化，主要表现在微孔含量的变化。当岩屑、长石含量较高且溶蚀作用发育时，很多微孔会转变为中孔或大孔，使得微孔含量降低。当压实作用或胶结作用为主要成岩作用时，孔隙度将大幅减小，微孔含量增大，物性条件也变差。

岩石颗粒的粒径分布受沉积作用控制，从而对孔隙结构有较大的影响。微孔含量作为孔隙结构类型差异的重要表现形式与粒径参数之间也有良好的对应关系。综合粒度和压汞资料，发现当微孔含量越大时，岩石粒度平均值及粒度中值均越小，即颗粒越细，孔隙结构越差[图 5(d)~(e)]。

统计不同孔隙结构类型的微孔含量，结合测井数据，建立微孔含量与各种电性参数的关系(图 6)。发现微孔含量较大时，泥质含量较高、岩石致密，补偿中子孔隙度(CNL)、声波时差(AC)、电阻率(R₁)值较低，而自然伽马(GR)、密度(DEN)值均较高[图 6(a~e) ]。测井电阻率响应受低渗透砂岩孔隙结构类型及微孔含量的影响较大。统计不同孔隙结构类型样品的电阻率响应值[图 6(f)]，发现孔隙结构越差(微孔含量越大)，岩样电阻率值越低。

图 6

Fig. 6

下载eps/tif图 图 6 沙四段电性与微孔含量的关系 Fig. 6 Relationships of micropore volume fraction with electric properties of Es4

在弄清微孔含量与测井响应之间的关系后，利用测井响应特征，在测井曲线上就可以比较容易地判断出微孔含量的大小及其变化趋势。因为微孔含量与孔隙结构类型关系密切，所以在测井曲线上反映出微孔含量信息有助于对孔隙结构类型的识别，从而对储层识别及有效性评价有帮助。

(1) 东营凹陷南斜坡沙四段(E_s4)低渗透滩坝砂岩孔隙结构类型复杂多样，使得电性特征难以明显反映储层及其有效性。利用物性、压汞、核磁实验等资料，对低渗透砂岩孔隙结构特征进行分析，划分为三大类五小类：即Ⅰ类(Ⅰ₁和Ⅰ₂)、Ⅱ类(Ⅱ₁和Ⅱ₂)和Ⅲ类。

(2) 矿物成分及含量、粒径和成岩作用等共同影响微孔特征、含量，进而影响孔隙结构类型。微孔含量及其类型是孔隙结构差异的重要表现形式，微孔含量越大，孔隙结构就相对越差，储层的有效性也随之变差。

(3) 微孔含量与测井响应特征有较好的对应关系，利用测井曲线对低渗透砂岩微孔含量变化的敏感性，有助于在井筒剖面准确地划分孔隙结构类型并进行储层有效性评价。