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长7段页岩油储层润湿性特征及成因机制研究

润湿性,润湿性成因,页岩油,长7段,鄂尔多斯盆地

润湿性是描述地层水、原油、岩石相互作用的一个重要参数，控制着原油在储层微纳米孔隙中的赋存特征以及流动性，对原油的采收率有着重要影响。目前陇东地区长7页岩油储层的润湿性特征及其成因还不明确，亟需选择合适的实验方法来明确长7页岩油储层的润湿性特征及其成因机制，以期为制定合理的开发方案提供依据。目前实验室润湿性的表征方法主要有6种：接触角法、Amott法、USBM法、自吸速率法、核磁共振松弛法以及核磁-自吸体积法（张永超, 2019）。接触角法能够实现样品润湿性从强亲水到强亲油特征的快速简便测定，得到是岩石表面的平均润湿性，结果可能会受液滴所在位置的影响，且难以揭示孔隙尺度的润湿性特征。Amott法、USBM法和核磁共振松弛法需要借助驱替来评价润湿性，而对于致密储层或者页岩油储层具有低孔、低渗、孔喉细小的特点，这些方法显然不适用。自发渗吸是润湿相通过毛细管力被自发吸入多孔介质，而非湿相则被相应地排出的过程（Dai et al., 2019）。同时，低场核磁共振作为一种无损的孔隙流体探测技术，能够获取储层孔隙度、渗透率、可动流体饱和度及流体微观分布状态等信息（Tian et al., 2022）。因此，联合核磁共振技术和自发渗吸实验可以有效的表征储层宏观和微观孔隙的润湿性。储层润湿性的影响因素主要包括原油组分、矿物组成、地层水性质、温压条件以及碎屑颗粒表面粗糙度等。

本研究以长7_1-2亚段夹层型页岩油储层为研究对象，开展油水岩系统润湿角检测、核磁-自吸、XRD分析、抽提及族组分分离、SEM-荷电效应、普通扫描电镜、原子力学显微镜等实验，同时收集了研究区地层水的PH和矿化度等信息，以分析长7_1-2亚段夹层型页岩油储层的润湿性特征，在此基础上讨论了润湿性的成因机制，并得到了原油微观赋存特征的佐证。

在油水岩三相体系测量水在未洗油（省去老化过程）岩片上的润湿角显示润湿角分布在53.4°~118.7°之间，平均为89.8°，反应出弱亲水~弱亲油的特征。核磁自吸实验显示研究区样品相对润湿指数分布在-77.8%~-1.6%之间，表现出中性~亲油的特征；同时，对于强亲油样品而言，几乎所有孔隙都表现出更亲油的特征，而中等亲油~中性润湿样品表现出小孔隙（<2ms）更亲水、大孔隙（>2ms）更亲油的特征（图1）。综上认为长7_1-2亚段夹层型页岩油储层润湿性以亲油为主，发育少量中性润湿储层。



图1 不同样品自吸水T2谱与自吸油T₂谱对比

原油中含有大量的极性化合物，比如有机酸，主要带负电荷（葸克来等, 2023）。而岩石表面也往往是带电的，研究区地层水PH绝大多数是小于7的，即地层水偏酸性，导致石英、长石、绿泥石矿物表面带正电，而碳酸盐矿物和其它黏土矿物表面带负电。因此，研究区石英、长石和绿泥石是亲油矿物，它们易吸附原油中的极性分子形成油膜，从而破坏初始水膜。研究区非烃和沥青质的含量都较低，暗示不同样品中非烃和沥青质比例的差异可能对润湿性的影响不大。对于研究区矿物组成而言，亲油矿物（石英、长石和绿泥石）占比在80%以上，为原油吸附提供了充注的点位。此外，粒间孔多发育在石英和钠长石颗粒之间，钾长石普遍被溶蚀，钠长石多发育粒内溶孔，杂基微孔多与黏土矿物、云母相关。矿物组成也影响孔隙结构，即石英和长石含量越高，孔隙结构越好，进而原油充注程度越高，原油与岩石接触的越充分，越有利于改变岩石初始润湿性。此外，粗糙度也会影响初始水膜的厚度，粗糙度越高，储层初始状态下矿物表面水膜越厚，普通扫描电镜和原子力学显微镜显示不同矿物表面粗糙度：石英<碳酸盐<杂基≈长石，故长石表面比石英表面更易吸附原油。综上，长7页岩油储层独特的润湿性特征是地层水为弱酸性、高矿化度为基础，因矿物组成、孔隙结构、含油饱和度的差异，而导致不同样品的润湿性略有差异。

借助高压压汞、抽提及镜下实验揭示了长7_1-2亚段页岩油的充注孔喉下限在33.5~53.7nm之间，主要赋存在裂缝和粒间孔及长石溶孔等常规孔喉系统中。同时，SEM结合能谱证实了石英和长石表面吸附原油的含量要明显高于黏土矿物，碳酸盐矿物表面几乎没有原油吸附（图2）。分析不同矿物与残余油量的关系发现，石英与残余油量呈弱的正相关关系，长石与残余油量关系不明显，可能与岩屑中也含有大量石英和长石矿物，而碳酸盐矿物、云母、黏土矿物与残余油量呈负相关关系，进一步证实原油主要吸附在石英和长石矿物表面。



图2 SEM结合能谱揭示原油在不同矿物表面的吸附特征

参考文献：

张永超. 致密砂岩中的润湿性及其对石油运移和聚集的影响研究[D]. 北京：中国石油大学(北京), 2019: 2-5.

Dai Caili, et al. Oil migration in nanometer to micrometer sized pores of tight oil sandstone during dynamic surfactant imbibition with online NMR[J]. Fuel, 2019, 245: 544-553.

Tian Weichao, et al. NMR characterization of fluid mobility in low-permeability conglomerates: An experimental investigation of spontaneous imbibition and flooding[J]. Journal of Petroleum Science & Engineering, 2022, 214: 110483.

崔传智, 韦自健, 吴忠维,等. 基于DLVO理论的低矿化度水驱对岩石润湿性的影响[J]. 中国石油大学学报：自然科学版, 2020, 44(1): 106-114.

葸克来, 张媛媛, 操应长, 等. 孔喉微观润湿性对页岩油赋存的控制作用: 以准噶尔盆地吉木萨尔凹陷二叠系芦草沟组纹层状页岩为例[J]. 石油勘探与开发, 2023, 50(2): 297-308.



第一作者简介：

田伟超，男，1990年4月生，山东东明人，讲师，主要从事非常规油气地质研究。湖北省武汉市，长江大学，430100，15610493492，520044@yangtzeu.edu.cn.