The distribution of movable fluid and its coupling influencing factors in ultra-low permeability sandstone reservoirs: a case study of Chang 6 member, Wuqi area, Ordos Basin

想象一下地球的地壳是一个由岩石构成的巨大、古老的天然海绵。几十年来，科学家们一直试图从这个海绵中挤出石油。但并非所有的海绵都是一样的。有些像厨房里的海绵，有着大而开放的孔隙，水（或石油）可以自由流动。另一些则像一块致密的砖头或非常紧密的细密海绵，其孔隙极其微小，流体被一种类似于“隐形胶水”的微小力量所困住。这就是“超低渗透性”储层的世界。在这些致密的岩石中，石油不仅仅是静止在那里；它是岩石微小孔隙与试图移动的流体之间的一场拉锯战。能源公司面临的一个重大问题是：这些石油中有多少实际上是“可移动的”？如果石油被困在太小或太窄的孔隙中，它们就毫无用处。如果它们处于尺寸合适的孔隙中，就可以被泵出，为我们的汽车提供动力并为我们的家庭供暖。了解这些微观孔隙的大小和形状，是解锁深埋地下能量的关键。

这篇论文深入探讨了地下世界的一个特定切片：中国鄂尔多斯盆地乌启地区的长6段。可以将这个区域想象成一个特定的、非常致密的岩层，它蕴藏着石油，但极难排出。由钟红利领导的研究团队想要弄清楚，在这些微小的空间里，究竟在哪里隐藏着“可移动”的石油，以及是什么因素使得某些岩石比其他岩石更容易让石油流动。他们并没有凭空猜测；他们采集了真实的岩石样本，将其粉碎，在强大的显微镜下观察，甚至使用了一种特殊的机器，该机器的作用类似于高压水枪，用以观察孔隙是如何连接的。

以下是他们的发现，这有点像将一个凌乱的房间分类为两堆截然不同的东西。

首先，他们发现这些岩石其实是一种混合物。它们主要由石英和长石（这些是沙子的主要组成部分）组成，其中还夹杂了一些岩石碎片。但真正的故事在于孔隙。研究人员发现，石油并不只是漂浮在一个大池子里；它被困在一个范围从沙粒大小到病毒大小的孔隙网络中。他们测量了“可动流体饱和度”——基本上就是可以实际移动的石油百分比——涵盖了所有样本。数值范围在 31.38% 到 62.67% 之间。这是一个巨大的差异！有些岩石有一半以上的石油已经准备好随时出发，而另一些岩石甚至连三分之一都不到。

研究团队意识到，他们可以将所有的岩石样本分为两个截然不同的阵营：I 型和 II 型。

I 型样本是那些“幸运的”岩石。它们通常发现于厚砂层的中部或顶部，就像沉积这些砂层的古老河流的主干道。这些岩石含有更高含量的长石，并且至关重要的是，拥有更多的“溶解孔隙”。想象一下一块瑞士奶酪，孔洞被酸液侵蚀变大，从而变得更大且更具连通性。在这些岩石中，孔隙较大，通常处于“微米”量级（百万分之一米）。因为孔隙更大且连接性更好，石油可以更轻松地移动。这些样本具有最高的动液饱和度，平均约为 54.86%。

II 型样本则是“致密”的岩石。它们发现于较薄的层位或砂体的底部，通常混有更多的泥质。这些岩石拥有更多微小的纳米级孔隙和非常狭窄的通道。这就像是尝试将水通过致密的绵密海绵而不是网眼网格进行推送。这里的石油被困在微小的缝隙和角落里。这些样本的动液饱和度要低得多，平均约为 41.59%。

最有趣的发现之一是关于孔隙的大小。研究人员发现，能够移动的石油量与“微米级”孔隙（大小在 0.3μm 至 3μm 之间）的存在密切相关。如果一块岩石拥有良好的中等尺寸孔隙网络，石油就能流动。如果它只有微小的纳米孔，石油就会被困住。这是这些“超低渗透性”岩石与甚至更致密的“致密砂岩”之间的关键区别。在最致密的岩石中，石油被迫进入极小的纳米孔，使其很难出来。但在研究中的长6段岩石中，那些稍大的微米级孔隙的存在发挥了巨大的作用。

论文还研究了这些岩石是如何形成并随时间发生变化的。他们发现这些岩石经历了一个被称为“压实”的过程，即上方地层的重量挤压了孔隙，使原始空间减少了 65% 至 85%。随后，“胶结作用”（矿物质将颗粒粘合在一起）使空间又减少了 15% 至 35%。尽管经历了这一切挤压，I 型岩石仍然设法保持了较大的孔隙，这可能是因为其中的长石随着时间的推移发生了溶解，从而创造了新的、更大的空间供石油隐藏。

那么，底线是什么？研究人员建议，要寻找那些可以从这些致密岩石中真正泵出石油的“甜点区”，你需要寻找那些发育最完善的微米级孔隙的岩石。这不仅仅取决于有多少石油，还在于石油是否有一条可以行走的道路。如果路太窄（纳米级），石油就会被困住。如果路足够宽（微米级），石油就可以移动。这项研究表明，即使在非常致密的岩石中，能产油的岩石与不能产油的岩石之间的区别，往往取决于微观孔隙的大小以及它们的连通程度。