超低渗透致密砂岩储层的多尺度显微孔隙结构表征及储-流耦合机制

为什么岩石中的微小空间对我们的能源未来很重要

随着易采油气田的枯竭，能源公司越来越多地转向那些几乎不允许流体流动的“致密”岩石。本文研究了来自中国鄂尔多斯盆地此类岩石的内部结构，展示了比沙粒小数千倍的孔隙如何同时控制岩石的储集能力和产出难易。通过跨越多种尺度绘制这些隐匿空间的分布，研究者为识别致密储层中值得开发的区域及其原因提供了更清晰的指南。

对致密砂岩盆地的深入观察

研究团队聚焦于延长组昌4+5段，这些层系埋藏于大规模的鄂尔多斯盆地。该组以细砂岩和粉砂岩为主，孔隙度低且渗透率极低，意味着其储存流体有限且传导性能差。基于五口井的岩心样本，作者记录了由石英与长石主导、伴有大量岩屑与粘土的复杂矿物组合。这种成分与沉积时平静的湖泊和河流三角洲环境共同作用，导致砂体在空间上差异很大，即使相邻层系在储层表现上也可能大相径庭。

从微米到纳米对孔隙的观察

为了解这些岩石如何储集与传输流体，研究者结合了七种实验室技术，每种技术观察不同尺度的孔隙。普通薄片与扫描电子显微镜揭示了六种主要孔型，包括粒间残余空隙、由矿物溶解形成的微孔、胶体晶体间孔隙以及微裂缝。高压汞压入实验与氮气吸附分别测量了从数十微米到数纳米各尺寸段的孔隙分布，而微米级CT扫描则展示了这些孔隙在三维空间中的连通性。最后，利用核磁共振（NMR）数据并通过气体与汞实验校准，构建出跨越五个数量级以上的连续孔径分布图谱。

什么决定储集，什么决定流动

统一的图景显示昌4+5段以纳米孔与小喉部为主，孔径呈特征性的双峰分布：一类代表颗粒间较大的空隙，另一类对应更狭窄的连接喉部。研究发现，总体孔容主要由大量小孔主导，这些孔存储了大部分流体。然而，流体的流动则更依赖相对少见的、更大且连通性更好的喉部。汞压入-排出曲线以及岩心驱替中油水共流的实验表明，只有少部分孔隙网络承担了大部分流动，而大部分被储存的流体则滞留在几乎不参与流动的区域。

岩石演化如何重塑微小空间

这些孔隙的形成与演化既与原始沉积有关，也与随后的化学变化相关。粗粒、分选较好的河道砂体倾向于保留更大、更简单的孔系，表现出较好的储层质量，而更细、更混浊的舌坝沉积则孔隙更复杂。数百万年的埋藏作用使得压实使颗粒更紧密，石英和方解石等胶结矿物填塞了许多剩余空隙，从而降低了储集与流动性能。与此同时，长石和岩屑的溶解又开辟了新的继发孔并在某些情况下改善了连通性。粘土矿物，尤其是绿泥石与伊利石，视其生长方式和位置，既可能通过在孔壁形成衬里而有利于保存孔隙，也可能通过膨胀和堵塞而收窄流动通道。

从显微结构到油田开发

通过将孔隙尺度测量与总体性质如孔隙度、渗透率和油—水流动曲线相联系，作者总结出一个简单经验：孔隙主导储集，而喉部主导流动。具有相似孔隙度的岩石，如果喉部在大小、数量或连通性上不同，其生产行为可能截然不同。这一由多尺度成像与严谨实验支撑的见解，为在致密储层中识别“甜点”以及制定符合岩石隐含结构限制的开发策略提供了实用框架。

引用: Li, CL., Su, DR., Chen, PP. et al. Multiscale microscopic pore structure characterization and storage–flow coupling mechanisms in ultra-low permeability tight sandstone reservoirs. Sci Rep 16, 14811 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-42495-y

关键词: 致密砂岩, 孔隙结构, 超低渗透, 鄂尔多斯盆地, 油藏流动