志丹地區長2儲層物性特征及其控制因素

宋曉莉，楊明明,肖 鑫，馬志峰，李 樂，杜 偉

(1.蘭州城市學院培黎石油工程學院，甘肅蘭州 730070；2.西安石油大學；3.延長油田股份有限公司瓦窯堡采油廠)

志丹地區長2儲層物性特征及其控制因素

宋曉莉1,2，楊明明2,肖 鑫2，馬志峰3，李 樂2，杜 偉2

(1.蘭州城市學院培黎石油工程學院，甘肅蘭州 730070；2.西安石油大學；3.延長油田股份有限公司瓦窯堡采油廠)

長2儲層為志丹地區主要產油層組，屬于三角洲前緣亞相沉積，有利儲層主要分布于水下分流河道和河口壩處，儲層物性較差，綜合評價為中孔特低滲透型儲層。為了進一步研究儲層物性特征和控制物性的主要影響因素，從沉積微相、成巖作用、微孔微裂縫、碎屑組分、碳酸鹽含量及黏土礦物含量等方面入手，分析了其對儲層物性的影響，并總結出研究區儲層物性的主要控制因素是沉積相帶和成巖作用。

志丹地區；儲層物性；長2儲層；成巖作用

1 區域概況

志丹地區位于鄂爾多斯盆地陜北斜坡中部，總面積約為240 km2。該斜坡形成于早白堊世，呈向西傾斜的平緩單斜，平均坡降10 m/km，傾角小于1°，斷層不發育，主要發育鼻狀構造[1-2]。

長2儲層為研究區主要產油層段，屬于三角洲前緣亞相沉積，沉積微相可分為水下分流河道、河口壩、分流間灣和遠砂壩等類型,有利儲層主要分布于水下分流河道和河口壩微相。研究區儲層物性較差，孔隙度平均16.51%，滲透率平均為7.56×10-3μm2，綜合評價為中孔特低滲儲層。結合現場生產需要及實際分層方案，根據次級沉積旋回組合及輔助標志層特征，自上而下將長2油層組分為長21、長22及長23三個亞油層組。

長2段地層厚度90～120 m，儲層巖性主要以灰色、淺灰色長石砂巖為主，此外也存在極少量的巖屑長石砂巖。巖石薄片粒度圖像分析測定結果顯示，粒級成分以細砂為主，次為中砂和粉砂，泥質含量極少。

2 儲層物性特征

2.1 孔隙度分布特征

根據大量巖心物性分析資料的統計，志丹地區長2砂巖儲層孔隙度最大值為22.40%，最小值為0.7%，平均值為16.51%；主要分布區間在12.0%～20.0%，該范圍樣品占全部樣品的81.61%；分布主頻在16.0%～20.0%處。

縱向上，孔隙度自下而上呈先增大后減小趨勢。對各個小層孔隙度的統計分析結果(表1)表明，位于長2最底部的長23孔隙度最小，平均15.44%，向上到長22平均值增大為17.54%，而從長22到長21孔隙度又呈現逐漸降低的趨勢，平均值16.56%。

表1 志丹地區長2儲層物性統計

2.2 滲透率分布特征

研究結果表明，志丹地區長2儲層滲透率最大值為44.62×10-3μm2，最小值為0.03×10-3μm2，平均值為7.56×10-3μm2。滲透率分布呈近似正態單峰，分布范圍為(0.03～46.83)×10-3μm2，主要分布區間在(0. 1～10.0)×10-3μm2，該區間的樣品占總樣品的74.11%，分布主頻在(1.0～5.0)×10-3μm2處。

縱向上，從長23到長21滲透率逐漸變差，但總體上長2各小層的滲透率較好(表1)。

2.3 孔、滲相關性

通過對孔隙度與滲透率之間的關系分析表明，本區長2砂巖儲層孔隙度與滲透率在半對數坐標中呈現較好的線性相關，相關系數為0.64(圖1)。

圖1 志丹地區長2孔隙度與滲透率關系

3 儲層物性影響因素分析

綜合研究和分析表明，影響區內長2砂巖儲層物性的因素較多，其影響因素主要包括沉積微相、成巖作用、微孔和微裂縫、微觀結構、礦物成分及含量等多個方面。

3.1 沉積微相對儲層物性的影響

碎屑巖儲層物性與沉積作用密切相關，沉積微相控制著儲層砂巖顆粒的粒度、結構成熟度和成分成熟度，因此儲集層在不同的相帶上其物性也具有差異性[3]。研究區沉積相帶分布簡單，儲層在水下分流河道和河口壩處的物性較好。水下分流河道及河口壩主體的滲透率一般大于2×10-3μm2，水下分流河道及河口壩側體滲透率主要分布在(0.8～2.0)×10-3μm2，而分流間灣的滲透率一般小于0.8×10-3μm2(圖2)。

圖2 志丹地區長2沉積相帶與滲透率等值線疊合圖

3.2 成巖作用的影響

研究區的成巖作用以壓實作用、膠結作用和溶蝕作用對儲層物性的影響最為明顯。

3.2.1 壓實作用

研究區長2儲層砂巖經歷了較強烈的機械壓實作用，是造成儲層物性變差的主要原因之一。壓實作用主要表現為：①石英、長石等剛性顆粒發生破裂，并在其顆粒表面出現壓裂紋；②塑性巖屑、黑云母、泥質膠結物、灰泥質膠結物等塑性礦物發生塑性變形、扭曲、假雜基化，沿長軸定向排列；③隨著壓實作用的增強，顆粒的接觸關系隨之發生變化，顆粒之間的接觸關系由點接觸變為線接觸甚至凹凸接觸；④綠泥石薄膜的發育和黏土礦物的析出附著在碎屑顆粒的表面，絲狀伊利石產生塔橋效應，占據了孔隙空間，堵塞喉道，降低了孔隙度、滲透率?？偠灾瑝簩嵶饔脤υ紫镀茐男暂^強，同時使孔隙和喉道迅速減小，孔隙類型從大孔中喉變為中孔細喉，最終變為小孔細微喉[4]。

根據Sherer(1987)建立的砂巖原始孔隙度計算公式計算得到研究區砂巖原始孔隙度平均值為36.70%，再根據壓實率計算公式得出研究區長2砂巖的壓實率為32.40%～78.50%，平均55.45%。壓實率可定量表征壓實強度，從而表明壓實作用對物性破壞非常大，導致原始孔隙大部分被其破壞。

3.2.2 膠結作用

膠結作用在志丹地區內普遍存在，是破壞原生孔隙的另一重要原因。研究區的膠結作用類型可分為硅質膠結作用、碳酸鹽膠結作用、黏土礦物膠結作用和長石膠結作用。

志丹地區硅質膠結和長石膠結主要以石英次生加大、鈉長石自生加大和孔隙充填式膠結為主，這些膠結作用使孔喉空間被占據，堵塞喉道，破壞了砂巖的原生孔隙。

志丹地區長2儲層主要以方解石膠結物為主。方解石、鐵方解石充填部分或大部分孔隙空間，使原生孔隙度大大降低，由于成巖作用后期方解石溶蝕程度較弱，不易產生溶孔，所以碳酸鹽膠結物中的次生孔隙較少。

研究區的主要黏土礦物為綠泥石和伊利石。伊利石形成于晚成巖階段，多來源于混層黏土礦物的成巖演化，也可由黏土基質重結晶或孔隙水沉淀而成，但其形成需要一定的物質來源和介質條件。在長石砂巖中，伊利石易于形成，特別是在富鉀的堿性條件下有利于形成伊利石。伊利石呈不規則片狀、發絲狀披蓋在顆粒表面或填充于孔縫中，由于殘留粒間縫中出現伊利石搭橋現象，從而降低儲層的孔隙度和滲流能力。本區長2砂巖綠泥石主要有兩種形態及產出，即早期的孔隙襯邊或薄膜綠泥石及晚期的孔隙充填綠泥石，其中以早期的綠泥石薄膜現象較為普遍。綠泥石薄膜的生長能夠平衡部分壓實作用，既能使砂巖的原生孔隙及次生孔隙得以保存，又能在一定程度上抑制石英的膠結作用[5-7]?？傊?，綠泥石薄膜或襯邊對長2砂巖儲層具有雙重作用。

3.2.3 溶蝕作用

溶蝕作用屬于建設性的成巖作用，是形成研究區長2油層組砂巖儲層次生孔隙的關鍵因素。被溶蝕的最主要成分是長石。次生溶孔是本區長2砂巖儲集空間的一個組成部分，不占主要地位，因為次生溶孔僅占總孔隙的17.78%。長石沿其解理縫、微裂縫及顆粒邊緣被溶蝕形成溶蝕粒間孔，也常見局部長石先發生碳酸鹽化，然后碳酸鹽礦物發生溶解而形成溶蝕粒內孔，溶蝕粒間孔和溶蝕粒內孔的形成也進一步促進和改善了孔隙喉道的發育及孔喉間的連通性。

3.3 微孔和微裂縫影響

通過實驗分析得出，本區長2砂巖儲層中僅有少量微孔(主要指晶間孔)發育，只占總孔隙度的0.47%；微裂縫在本區長2儲層局部區塊極少發育，僅占總孔隙度的0.01%，但是這些極少發育的蛇曲狀延伸微裂縫溝通了砂巖內的粒間孔、溶蝕孔、微孔隙，形成了有效的孔隙和滲流通道，對儲層的滲透性有較好的貢獻。

3.4 碎屑組分及碳酸鹽含量和黏土礦物含量的影響

3.4.1 云母的影響

長2儲層砂巖礦物成分中云母平均占3.08%，其對儲層物性的影響主要表現在壓實作用，使得塑性云母彎曲變形，隨之擠占粒間孔隙空間，這種情況可直接導致儲層物性變差。統計分析也發現孔隙度和滲透率隨著云母含量的增加有所降低，兩者呈現一定的負相關性。

3.4.2 碳酸鹽含量的影響

統計分析結果表明，膠結礦物對儲層物性具有明顯的影響。隨著碳酸鹽含量的增加，孔隙度和滲透率隨之降低。比較而言，碳酸鹽含量與孔隙度的負相關性尤為明顯(圖3)，這說明碳酸鹽膠結作用是造成儲層物性變差的主要原因。

3.4.3 黏土礦物含量的影響

統計分析結果表明，黏土礦物對儲層物性具有一定的影響，隨著含量的增加，孔隙度和滲透率降低。黏土礦物含量與孔隙度和滲透率略呈負相關性，說明黏土礦物是造成儲層物性變差的原因之一。

圖3 志丹地區長2儲層碳酸鹽含量對儲層物性的影響

4 結論

(1)志丹地區長2儲層物性較差，綜合評價為中孔特低滲透型儲層；孔隙度與滲透率在對數坐標中呈現較好的線性相關，相關系數為0.6406。

(2)沉積相帶和成巖作用對儲層物性起絕對的控制作用。分流河道和河口壩微相的儲層物性相對較好，是有利儲層的分布區。壓實作用破壞原生孔隙，同時使孔隙和喉道迅速減小，孔隙類型由大孔中喉變為中孔細喉，最終變為小孔細微喉，從而使原生孔隙大量損失；硅質膠結作用、碳酸鹽膠結作用、黏土礦物膠結作用和長石膠結作用為破壞原生孔隙的另一重要原因，但綠泥石對儲層物性有雙重作用；溶蝕作用屬于建設性的成巖作用，以長石碎屑的溶蝕最為常見，形成了一定量的次生溶孔，對儲層物性的改善起著較大作用。

(3)研究區的微孔、微裂縫能形成有效的孔隙和滲流通道，對儲層滲透性有很好的貢獻，但其含量分別只占總孔隙度的0.47%、0.01%，故對儲層物性的貢獻極為有限。

(4)云母、碳酸鹽、黏土礦物的含量對儲層物性有一定影響，隨其含量的增加，儲層的物性也隨之變差，其中碳酸鹽含量對物性的影響尤為明顯。

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編輯：吳官生

1673-8217(2015)03-0025-04

2014-12-23

宋曉莉，1986年生，2010年畢業于西安石油大學石油工程專業，主要從事石油工程實驗教學及研究。

TE112.23

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