榆林氣田長(zhǎng)北區(qū)塊盒8 段儲(chǔ)層特征研究

孫紅艷，史鵬濤，趙艷春，譚顯銀

（1.西安石油大學(xué)石油工程學(xué)院，陜西西安 710065；2.延長(zhǎng)油田勘探開發(fā)技術(shù)研究中心，陜西延安 716000）

研究區(qū)位于鄂爾多斯盆地中部的伊陜斜坡上，是上、下古生界兩套含氣層系疊合發(fā)育區(qū)[1]。其上古生界主要?dú)庠磶r是石炭-二疊系下部海陸過(guò)渡相煤巖與泥巖，發(fā)育于氣源巖之間及其上的河流相砂體、三角洲分流河道砂體、三角洲前緣河口壩砂體、海相濱岸砂壩以及潮道砂體等構(gòu)成了儲(chǔ)集體，二疊系上部河漫灘-湖相泥巖構(gòu)成了本區(qū)上古生界氣藏理想的區(qū)域蓋層[2-5]。鄂爾多斯盆地上古生界地層自下而上發(fā)育有：上石炭統(tǒng)本溪組、下二疊統(tǒng)太原組、山西組、中二疊統(tǒng)下石盒子組、上石盒子組以及上二疊統(tǒng)石千峰組[6]。而本次研究區(qū)目的層位是下石盒子組底部的盒8 段，該區(qū)的主力產(chǎn)氣層之一，它具有低孔、低滲、低豐度的特征，總體上屬于低效致密砂巖氣田的典型代表。由于上古生界主要儲(chǔ)集層砂巖經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的成巖作用，儲(chǔ)集巖中原生孔隙大部分遭受破壞，取而代之的是殘余粒間孔、各種可溶性礦物的次生溶孔以及高嶺石晶間孔，構(gòu)成了上古生界低孔低滲砂巖儲(chǔ)集體系。

1 儲(chǔ)層特征

1.1 儲(chǔ)層巖石學(xué)特征

1.1.1 巖石類型及特征 根據(jù)對(duì)榆林氣田長(zhǎng)北區(qū)塊盒8 段四口取芯井巖心的觀察和對(duì)鑄體薄片的鑒定結(jié)果分析，本區(qū)盒8 段儲(chǔ)層以巖屑石英砂巖（包括單晶石英、多晶石英、燧石以及變質(zhì)石英巖巖屑）和巖屑（除變質(zhì)石英巖巖屑）為主，長(zhǎng)石含量極少，主要為堿性長(zhǎng)石，多數(shù)已經(jīng)完全高嶺石化，幾乎為零（見圖2），石英類平均68 %，巖屑平均22 %，長(zhǎng)石為0。巖屑以千枚巖、石英巖、噴發(fā)巖、板巖和變質(zhì)砂巖等淺變質(zhì)巖為主（2.2 %～4.6 %），少量片巖、鈣化碎屑、高嶺石化碎屑巖屑（0 %～1 %）（見圖1）。

1.1.2 填隙物特征 根據(jù)對(duì)榆林氣田長(zhǎng)北區(qū)塊盒8 段三口取芯井粘土礦物X 衍射資料分析，本區(qū)砂巖中膠結(jié)物的含量平均13 %，主要為伊利石平均4.3 %和硅質(zhì)平均3.7 %，高嶺石平均3 %（見圖2）。

1.1.3 砂巖結(jié)構(gòu)特征 根據(jù)巖心觀察與描述，結(jié)合收集到的全區(qū)砂巖薄片及鑄體薄片鑒定資料統(tǒng)計(jì)結(jié)果長(zhǎng)北區(qū)塊盒8 砂巖以粒徑在0.5～1 mm 的粗砂巖占砂巖總量的41 %，粒徑在0.25～0.5 mm 的中砂占51 %，細(xì)砂占砂巖總量的8 %，含細(xì)砂及粉砂。

本區(qū)上古生界盒8 段砂巖的碎屑顆粒磨圓度主要為次棱角，其次為次棱-次圓、次圓，幾乎不見棱角狀顆粒。砂巖分選中-好者占砂巖總量的90 %以上，僅有少數(shù)砂巖分選相對(duì)較差。少數(shù)呈點(diǎn)-線接觸或凹凸?fàn)罱佑|，個(gè)別砂巖在膠結(jié)物含量較多的情況下顆粒呈現(xiàn)漂浮狀、游離狀（見圖2，圖3）。

1.2 儲(chǔ)層物性特征

1.2.1 巖芯常規(guī)物性分析 根據(jù)5 口井的巖心物性分析，長(zhǎng)北區(qū)塊盒8 段孔隙度最大為10.73 %，最小為5.52 %，平均為8.20 %；滲透率最大為2.21×10-3μm2，最小為0.10×10-3μm2，平均為0.74×10-3μm2，總體來(lái)說(shuō)低滲的特征非常明顯。按照石油行業(yè)儲(chǔ)層物性劃分標(biāo)準(zhǔn)（見表1），本區(qū)盒8 段儲(chǔ)層多屬低孔低滲儲(chǔ)層。通過(guò)對(duì)研究區(qū)盒8 段儲(chǔ)層的孔隙度與滲透率的關(guān)系研究，可以看出它們具有很好的正相關(guān)關(guān)系（見圖4）。

圖1 研究區(qū)砂巖成分三角圖

圖2 研究區(qū)填隙物成分對(duì)比直方圖

圖3

表1 碎屑巖儲(chǔ)層孔隙度、滲透率分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（原石油行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)）

圖4 研究區(qū)孔隙度與滲透率關(guān)系圖

2 儲(chǔ)集特征

2.1 儲(chǔ)層孔隙空間類型及孔隙組合

通過(guò)砂巖薄片鑒定，結(jié)合掃描電鏡等資料分析，該區(qū)盒8 段儲(chǔ)層孔隙類型主要為殘余粒間孔，次生溶孔，高嶺石晶間孔和微裂隙（見圖5）。本段砂巖的孔隙類型多以復(fù)合型為主，主要有粒間孔、晶間孔和溶孔的組合，以及粒間孔與溶孔、溶孔與晶間孔、溶孔與微孔等。相對(duì)而言粒間孔、晶間孔、溶孔、溶孔與晶間孔的孔隙組合對(duì)儲(chǔ)層的發(fā)育比較有利。

圖5 研究區(qū)主要孔隙類型

2.2 孔隙結(jié)構(gòu)特征

儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)主要由孔隙和喉道組成。孔隙結(jié)構(gòu)特征是指孔隙及連通孔隙的喉道大小、形狀、連通情況、配置關(guān)系及其演化特征。毛管壓力測(cè)定可以直接反映砂巖孔隙結(jié)構(gòu)各個(gè)參數(shù)。

盒8 段排驅(qū)壓力平均為0.68 MPa，排驅(qū)壓力小；孔喉中值壓力平均為7.26 MPa；最大孔喉半徑平均為1.31 μm；中值半徑平均為0.14 μm，則孔喉半徑小；分選系數(shù)平均為2.64，孔喉分選差；變異系數(shù)平均為0.26；最大進(jìn)汞飽和度較高，平均為85.7 %；退汞效率較低，平均為28.17 %，說(shuō)明砂巖的孔隙較大，喉道半徑小，孔隙與喉道間的連通性較差（見表2）。

表2 長(zhǎng)北區(qū)塊盒8 段壓汞參數(shù)統(tǒng)計(jì)

依據(jù)孔喉半徑分布曲線可以看出，孔喉半徑以雙峰和多峰態(tài)分布為主，表明可能存在多種孔喉類型，巖芯大多具有兩種孔隙-喉道系統(tǒng)，進(jìn)汞量主要受0.01～1.00 μm 的喉道所控制。壓汞曲線平臺(tái)不明顯，主要為陡斜式（見圖6）。

圖6 研究區(qū)孔喉特征

3 影響儲(chǔ)層的因素

3.1 沉積相帶控制著高孔高滲儲(chǔ)集砂體的分布

研究區(qū)并不是所有的砂巖均可形成有效儲(chǔ)層，僅是其中的粗砂巖相才可形成有效儲(chǔ)層。在粗砂巖中，顆粒間以線接觸為主，部分顆粒接觸，巖屑顆粒溶蝕形成的次生孔隙較為發(fā)育，還有部分粒間溶孔和殘余原生粒間孔隙，物性相對(duì)較好，可以形成粗粒石英巖屑砂巖粒間孔-溶孔、中粗粒富含高嶺石微孔-溶孔等有利孔隙組合類型[7-8]。而中砂巖和細(xì)砂巖，壓實(shí)作用非常強(qiáng)烈，顆粒間多呈凹凸接觸，原生孔隙喪失殆盡，溶蝕作用不發(fā)育，在顯微鏡下觀察幾乎沒有孔隙，形成（中）細(xì)粒火山巖屑砂巖致密區(qū)。根據(jù)研究區(qū)沉積環(huán)境分析和沉積微相的劃分，盒8 段砂體以辮狀河三角洲平原砂體為主。

由此可見，沉積條件控制砂巖的組構(gòu)，進(jìn)而控制其成巖作用和孔隙發(fā)育特征，最終造成巖石物性的差異，在普遍的低滲砂巖背景上尋找高效儲(chǔ)層必須從沉積微相的界定和詳細(xì)解剖入手[9]。

3.2 成巖作用控制著孔隙的演化方向

成巖作用對(duì)儲(chǔ)層的影響主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：（1）溶蝕和溶解不穩(wěn)定組分后產(chǎn)生次生孔隙，使儲(chǔ)集性能向著有利的方向發(fā)展；（2）壓實(shí)、膠結(jié)作用以及某些次生礦物的形成，堵塞了原生孔隙，降低了滲透率，使儲(chǔ)集性能向著不利的方向發(fā)展。因此，在成巖作用過(guò)程中，這兩大因素誰(shuí)優(yōu)誰(shuí)劣將會(huì)從根本上決定儲(chǔ)層的物性。

研究表明硅質(zhì)膠結(jié)作用較強(qiáng)是形成鄂爾多斯盆地低孔低滲儲(chǔ)層的主要原因。主要表現(xiàn)為：（1）石英次生加大縮小了孔喉；（2）硅質(zhì)膠結(jié)物呈嵌晶式-連晶式膠結(jié)堵塞孔隙；（3）微晶硅質(zhì)物充填溶孔，減少了孔隙；（4）自生石英擠壓高嶺石集合體，使變小的孔喉難以再度開啟。砂巖中的自生石英與面孔率呈反比關(guān)系。相反，高嶺石膠結(jié)物，由于晶間孔、微孔發(fā)育，形成此類有效孔隙的成巖蝕變作用和溶解作用對(duì)儲(chǔ)層來(lái)說(shuō)，是一種積極的建設(shè)性的事件。

3.3 裂縫進(jìn)一步改善儲(chǔ)集性能

研究區(qū)的成巖作用，已經(jīng)進(jìn)入了孔隙度降低、利于裂縫形成的晚成巖階段。巖石的剛性、脆性特征，石英質(zhì)砂粒內(nèi)存在破裂跡或顆粒力學(xué)性質(zhì)的不穩(wěn)定性，都有利于微裂縫的產(chǎn)生。此外，填隙物中普遍存在的蝕變凝灰質(zhì)為微裂縫形成提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。凝灰質(zhì)脫水和收縮形成收縮縫，收縮縫在酸性介質(zhì)下溶蝕擴(kuò)大，形成粒緣縫、網(wǎng)狀縫、長(zhǎng)條狀孔隙、超大孔隙等，徹底改善了砂巖的儲(chǔ)集性能。

4 結(jié)論

（1）研究區(qū)儲(chǔ)層巖性為中-粗粒巖屑石英砂巖和細(xì)-中粒巖屑砂巖，碎屑顆粒主要粒徑主要分布于0.25～1 mm，磨圓度主要為次棱角，其次為次棱一次圓，次圓，分選中等好。

（2）研究區(qū)砂巖的實(shí)測(cè)孔隙度平均為8.20 %，滲透率平均為0.74×10-3μm2，屬低孔低滲儲(chǔ)層。

（3）研究區(qū)主要發(fā)育四類孔隙，殘余粒間孔，次生溶孔，高嶺石晶間孔和微裂隙，孔隙類型多以復(fù)合型為主，主要有粒間孔、晶間孔和溶孔的組合，以及粒間孔與溶孔、溶孔與晶間孔、溶孔與微孔等。

（4）盒8 段排驅(qū)壓力平均為0.68 MPa，排驅(qū)壓力小；喉道中值半徑平均為0.14 μm，則孔喉半徑小。

［1］ 付金華，魏新善，石曉英.鄂爾多斯盆地榆林氣田天然氣成藏地質(zhì)條件［J］.天然氣工業(yè)，2005，25（4）：9-11.

［2］ 琚惠姣. 蘇里格氣田西區(qū)蘇48 區(qū)上古生界儲(chǔ)層特征及其主控因素研究［D］.西安：西北大學(xué)，2011.

［3］ 蔣繼輝，王寶清.鄂爾多斯盆地東部下二疊統(tǒng)太原組天然氣的生成與儲(chǔ)集［J］.天然氣地球科學(xué)，2004，15（5）：511-515.

［4］ 陳全紅.鄂爾多斯盆地上古生界沉積體系及油氣富集規(guī)律研究［D］.西安：西北大學(xué)，2007.

［5］ 金華，王懷廠，魏新善，等.鄂爾多斯盆地榆林大型氣田石英砂巖儲(chǔ)層特征及成因［J］.低滲透油氣田，2004，9（2）：6-10.

［6］ 楊俊杰. 鄂爾多斯盆地構(gòu)造演化與油氣分布規(guī)律［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2002.

［7］ 劉吉余.油氣田開發(fā)地質(zhì)基礎(chǔ)［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2011.