济阳坳陷东营凹陷不同岩相页岩储层微观结构定量特征

1. 引言

济阳坳陷东营凹陷是中国东部重要的页岩油产区，其陆相断陷湖盆环境为页岩油富集提供了有利条件。页岩储层的微观结构（如纳米孔隙、微裂缝及其连通性）直接控制油气的储集与渗流能力，是评估储层性能、优化开发方案的关键。近年来，随着非常规油气技术的进步，该领域研究已成为热点。因此，对东营凹陷不同岩相页岩的微观结构进行定量研究，不仅能深化页岩油富集机理的认识，也对提高采收率具有重要的学术价值和现实意义。

2. 不同岩相页岩储层微观结构实验分析

2.1 实验样品采集与制备

为确保代表性，实验样品采集自济阳坳陷东营凹陷不同区域，包括利津、牛庄、博兴等富油洼陷。采用岩心钻取技术，结合地质录井数据选取典型层段，涵盖泥岩、灰岩和白云岩三类岩性，对应沙三下亚段和沙四上亚段地层。样品制备包括切割打磨、氩离子抛光及真空干燥，以保障微观结构分析质量。

2.2 实验方法与原理

本研究运用多种方法定量分析页岩储层微观结构，核心手段为扫描电镜（SEM）和 CT 扫描。SEM 通过电子束生成高分辨率图像，观察纳米至微米级孔隙特征，操作含样品固定、喷金和逐层扫描。CT 扫描利用X 射线重建三维模型，揭示孔隙连通性和裂缝情况。高压压汞和低温氮气吸附实验则分别表征孔喉大小及纳米级孔隙结构，这些方法为数据获取提供了技术支持[1]。

3. 不同岩相页岩储层微观结构定量特征

3.1 岩相类型划分

济阳坳陷东营凹陷页岩的岩相类型主要依据岩石组分、沉积构造及有机质丰度划分。该区域主要有富有机质纹层状泥质灰岩、纹层状砂质灰岩、含有机质纹层状砂质灰岩及有机质块状灰岩等四种类型。富有机质纹层状泥质灰岩富含碳酸盐矿物，具有明显纹层结构，形成于半深湖区季节性沉积；块状灰岩则有机质丰度低，纹层发育差，多见于浅湖环境。不同岩相的空间分布与沉积环境相关，深湖区陡坡带多分布纹层状泥质灰岩，浅湖区常见块状灰岩。这为后续微观结构研究奠定了基础。

3.2 微观结构特征对比

通过扫描电镜（SEM）和CT 扫描分析，不同岩相页岩微观结构差异显著。纹层状泥质灰岩孔隙形态多样，包括方解石晶间孔、黏土矿物晶间孔及层间缝，孔隙尺寸从纳米到微米级，连通性好。块状灰岩则以黏土矿物晶间孔为主，孔隙小且连通性差，储集性能较弱。纹层状砂质灰岩溶蚀孔和微裂缝发育，储集能力和渗透率较高。低温氮气吸附实验显示，纹层状页岩孔径分布三峰为主，块状灰岩双峰为主，微观结构特征对比为储集性能理解提供了定量依据。

3.3 实际案例分析

以东营凹陷牛页1 井和樊页平1 井为例，分析岩相页岩储层开采表现。牛页1 井钻遇富有机质纹层状泥质灰岩，孔隙度高达8.72%，孔径大，裂缝发育，压裂后产量高且稳产周期长。樊页平 1 井钻遇块状灰岩，孔隙度仅 4.35% ，孔隙小且连通性差，压裂后产量低且衰减快。微观结构特征显示，纹层状泥质灰岩高孔隙度和连通性提供优越储集条件，块状灰岩孔隙结构差限制油气渗流能力，实例验证了微观结构对储集和渗流的影响，岩相类型是页岩油甜点评价关键因素之一。

4. 微观结构定量特征与储层物性关系

4.1 与孔隙度的关系

孔隙度是页岩储层储集性能的关键指标，受孔隙数量、大小及分布等微观结构特征的影响显著。不同岩相页岩的微观结构差异决定了其孔隙度变化。例如，济阳坳陷东营凹陷的纹层状岩相因富含纳米级和微米级孔隙，孔隙度高于块状岩相。研究表明，粘土片间孔和碳酸盐晶间孔对总孔隙度的贡献率达 50%～70% ，是提升孔隙度的主要因素。基于高压压汞和小角 X 射线散射等技术建立的孔隙度与孔隙大小模型显示，孔隙度随孔径增大呈非线性增长，不同岩相差异明显。理解微观结构与孔隙度的相关性有助于评估储集能力和优化开发方案。

4.2 与渗透率的关系

渗透率衡量页岩储层流体渗流能力，受孔隙连通性和裂缝发育程度影响。济阳坳陷东营凹陷的纹层状岩相因孔隙连通性好、中介孔丰富，渗透性能优于块状岩相。构造张裂缝和粘土收缩缝显著提升渗透率，尤其在裂缝密度高区域可提高一个数量级[2]。核磁共振技术揭示了不同孔径流体可动性差异，自由态流体信号与渗透率正相关，吸附态流体信号反映孔隙表面特性限制渗透率。实际案例显示，特定岩相页岩储层开采过程中产量和压力响应不同，归因于微观结构差异。探讨微观结构与渗透率关系对预测渗流行为和优化开采工艺意义重大。

5. 微观结构特征的成因分析

5.1 成岩作用的影响

成岩作用是塑造页岩储层微观结构的关键，包括压实、胶结和溶蚀作用。在济阳坳陷东营凹陷，随着埋深增加，压实作用增强，页岩颗粒接触更紧密，孔隙空间减小，尤其在泥岩类岩相中，孔隙趋于扁平化甚至闭合。胶结作用通过矿物沉淀填充孔隙空间，在灰岩类和白云岩类岩相中，方解石和白云石的胶结作用降低了孔隙度和连通性。然而，溶蚀作用产生次生孔隙，研究区沙四上亚段和沙三下亚段的页岩中常见溶蚀孔隙，与有机质成熟产生的酸性流体有关。不同成岩阶段的影响不同，早成岩阶段压实作用主导，晚成岩阶段溶蚀作用改善孔隙结构。

5.2 沉积环境的影响

沉积环境对济阳坳陷东营凹陷页岩微观结构有重要控制作用。水体深度、盐度及物源供应决定页岩矿物组成和沉积构造，影响微观结构。例如，沙四上亚段为咸化湖泊环境，盐度高，利于白云石和方解石沉淀，形成白云岩类岩相，孔隙结构非均质高。沙三下亚段水体盐度较低，以微-半咸化为主，泥岩类岩相发育，孔隙以有机质孔和粒间孔为主，连通性较好[3]。物源供应变化影响孔隙形态和分布，沉积环境通过矿物成分和沉积构造塑造微观结构，为理解其成因提供依据。

6. 结论

本研究对济阳坳陷东营凹陷不同岩相页岩储层的微观结构进行了系统分析，揭示了其定量特征规律。页岩储层的微观结构在孔隙形态、大小及连通性上表现出显著的岩相差异。例如，富有机质纹层状泥质灰岩相以晶间孔和溶蚀孔为主，平均孔隙度为 8.72% ，储集性能较高；而块状灰岩相由于缺乏明显的纹层结构，孔隙度较低且连通性较差。微观结构特征与储层物性密切相关，特别是孔隙度和渗透率受控于孔隙数量、大小及其连通性。粘土片间孔和碳酸盐晶间孔对总孔隙度的贡献率最高，可达 50%～70% ，而构造张裂缝和微裂缝的发育显著提升了渗透率。这些发现为理解页岩油气的赋存状态和运移机制提供了理论依据。

参考文献：

[1]刘惠民.济阳坳陷页岩油勘探实践与前景展望[J].中国石油勘探，2022，27（1）：73-87.

[2]宋明水；刘惠民；王勇；刘雅利.济阳坳陷古近系页岩油富集规律认识与勘探实践[J].石油勘探与开发，2020，47（2）：225-235.

[3]徐效平.渤海湾盆地东营凹陷古近系富碳酸盐矿物页岩储集特征及其控制因素[J].石油实验地质，2023，45（3）：413-421.