鄂爾多斯盆地西南部上古生界致密砂巖儲層孔隙結構研究

曲付濤

（1.西安石油大學地球科學與工程學院，陜西西安710065；2.陜西省油氣成藏地質(zhì)學重點實驗室，陜西西安710065）

鄂爾多斯盆地西南部上古生界致密砂巖儲層孔隙結構研究

曲付濤1，2

（1.西安石油大學地球科學與工程學院，陜西西安710065；2.陜西省油氣成藏地質(zhì)學重點實驗室，陜西西安710065）

利用場發(fā)射掃描電鏡技術、CT掃描技術結合常規(guī)薄片、鑄體薄片分析對鄂爾多斯盆地西南部上古生界山1、盒8段致密砂巖儲層孔喉結構特征進行研究。研究表明，盆地西南部上古生界致密砂巖儲層發(fā)育大量微米-納米級孔隙，微米級孔隙包括殘余粒間孔、粒內(nèi)溶孔及晶間孔，納米級孔隙包括粒內(nèi)孔、黏土礦物晶間孔和微裂隙。通過CT掃描分析對盆地西南部上古生界致密儲層孔隙結構進行三維重構，對儲層孔喉在三維空間的分布及其連通性分析，結果表明，盆地西南部上古生界致密砂巖儲層非均質(zhì)性較強，連通孔隙主要受喉道均值半徑的控制，只占總孔隙度的40%～70%。

場發(fā)射掃描電鏡；CT掃描；孔隙結構；致密砂巖儲層；鄂爾多斯盆地西南部

隨著油氣需求的不斷增長，低孔低滲儲層逐漸成為油氣產(chǎn)量增長的重要領域。勘探開發(fā)的實踐表明，微觀孔隙結構對儲層的儲集與滲流能力有直接影響，并影響著最終油氣藏產(chǎn)能的差異分布[1]。孔隙反映的是巖石的儲集能力，喉道的大小、形狀則控制了孔隙的儲集和滲流能力[2]。致密砂巖儲層的孔喉大小主要為微納米級別[3]。利用傳統(tǒng)的孔喉表征技術方法己經(jīng)不能滿足致密儲層的微觀孔隙結構研究，必須采用高精度的實驗技術才能實現(xiàn)。場發(fā)射掃描電鏡技術[4]、高精度CT掃描技術等[5-7]在此情況下應運而生。本文利用場發(fā)射掃描電鏡技術與CT掃描技術，結合常規(guī)薄片、鑄體薄片等對鄂爾多斯盆地西南部上古生界致密砂巖儲層微觀孔喉結構進行研究。

1 地質(zhì)背景

研究區(qū)位于鄂爾多斯盆地西南部，北起吳起、南至彬縣，西接平?jīng)觥|鄰正寧，面積約20 000 km2，主體位于伊陜斜坡西南部。現(xiàn)今構造表現(xiàn)為東高西低、南高北低的大型單斜特征。上古生界自下而上發(fā)育石炭系本溪組，二疊系太原組、山西組、石盒子組和石千峰組，整體為陸相-海陸過渡相碎屑巖沉積。前人研究表明[8]，本區(qū)山1段、盒8段存在三個物源區(qū)，南部物源為北秦嶺物源區(qū)的高級變質(zhì)巖及部分巖漿巖和少量的沉積巖，西南部物源為中北祁連和西秦嶺物源區(qū)的高級變質(zhì)巖及部分巖漿巖和少量的沉積巖，北部物源為陰山古陸西段太古界的中基性火山巖和沉積變質(zhì)巖。

2 儲層巖石學特征

根據(jù)巖心觀察，薄片鑒定以及粒度分析，盒8段巖性主要為巖屑石英砂巖、山1段以石英砂巖為主，巖石粒度普遍較粗，多數(shù)為中-粗粒石英砂巖，主要粒徑分布于0.4 mm～0.6 mm。顆粒分選中等-好，磨圓多為次棱-次圓狀，填隙物含量7%～14%，平均為11%，填隙物以膠結物和雜基為主，雜基含量較高。膠結物以水云母和高嶺石為主，局部發(fā)育硅質(zhì)膠結物，鐵白云石，多呈環(huán)邊狀分布。膠結類型以孔隙式和鑲嵌式膠結為主，基底式膠結次之，接觸式膠結極少。

圖1 研究區(qū)儲層孔滲分布特征

3 儲層物性特征

孔隙度和滲透率是反映碎屑巖儲層儲集性能和滲濾條件的兩個最基本參數(shù)[2]。根據(jù)研究區(qū)常規(guī)物性資料分析表明，山1段、盒8段儲層具有典型的低孔、低滲特點。孔隙度主要分布在2%～8%。其中盒8段平均孔隙度為4.6%，最小為0.5%，最大可達15.2%；山1段平均孔隙度為3.5%，最小為0.2%，最大為10.2%。盒8段滲透率均值為0.33×10-3μm2，主要分布在0.01× 10-3μm2～0.6×10-3μm2；山1段滲透率均值為0.17×10-3μm2，主要分布在0.01×10-3μm2～0.5×10-3μm2（見圖1）。總體來看，盒8段的物性略好于山1段的物性。

4 儲層孔隙類型及特征

4.1 孔隙類型

場發(fā)射掃描電子顯微鏡具有0.1 nm超高分辨率，可直接觀察致密儲層巖石中的納米級孔隙、喉道大小及形貌，是微米-納米級孔喉結構二維形貌觀察的有效手段[7]。

常規(guī)砂巖薄片及鑄體薄片分析顯示，研究區(qū)儲層微米級孔隙類型主要發(fā)育原生孔隙及次生溶孔。原生孔隙主要有殘余粒間孔及粒內(nèi)孔，次生孔隙主要有粒間溶孔、粒內(nèi)溶孔等。利用場發(fā)射掃描電鏡可觀察到致密砂巖儲層納米級孔隙，主要發(fā)育粒內(nèi)孔、黏土礦物晶間孔及微裂隙。

（1）殘余粒間孔。由于壓實和膠結作用，導致研究區(qū)儲層致密化程度較高，絕大部分原生粒間孔隙已被壓實膠結填充，僅局部發(fā)育殘余粒間孔（見圖2a、2b）。原生粒間孔隙在壓實作用下體積直接縮小，在膠結作用下不同程度地充填某些成巖礦物，從而使粒間孔隙進一步縮小，孔隙結構更加復雜，連通性變差。研究區(qū)孔隙的充填物為部分陸源雜基和自生黏土礦物，如伊利石、高嶺石等。這類孔隙孔徑一般在2 μm～200 μm，在總孔隙中所占比例少。

圖2 盆地西南部孔隙類型

（2）粒間溶孔。粒間溶孔是指粒間孔隙遭受溶蝕后所形成的孔隙。這類孔隙除在碎屑顆粒之間外，從孔隙周邊形態(tài)、相鄰顆粒表面特征、孔隙中殘留填隙物的產(chǎn)狀和孔隙分布狀況等方面，程度不同的保留溶蝕痕跡。研究區(qū)砂巖儲層中的粒間溶孔的顆粒邊緣極不規(guī)則，一般呈港灣狀，孔內(nèi)常見未完全溶蝕的填充物，此類孔隙一般連通性較好，孔徑大小不一，多在10 μm～50 μm，是本區(qū)目的層位較好的一類孔隙類型（見圖2c）。

（3）粒內(nèi)溶孔。指碎屑顆粒內(nèi)部所含可溶礦物被溶蝕而產(chǎn)生的孔隙，此類孔隙處于顆粒內(nèi)部，數(shù)量較多，往往呈串珠狀或蜂窩狀。掃描電鏡下可見研究區(qū)常見的有長石粒內(nèi)溶孔與巖屑溶孔（見圖2d）。巖屑溶孔是研究區(qū)上古生界目的層段孔隙的重要組成部分之一，孔徑一般在20 μm～100 μm，局部孔徑可達200 μm以上，所占面孔率一般在0.5%～1%。

（4）粒內(nèi)孔。鏡下觀察到的粒內(nèi)孔主要是長石粒內(nèi)孔（見圖2e）及石英粒內(nèi)孔（見圖2f）。孔隙直徑一般小于1 μm，形狀一般較為規(guī)則，有鮮明的棱角，具有立方形態(tài)[5]，在顆粒內(nèi)零散分布。該類孔隙一般由于沒有連通通道而不能成為有效孔隙，但其對巖石的力學性質(zhì)有重要影響。

（5）自生礦物晶間孔。研究區(qū)自生礦物晶間孔主要是高嶺石晶間孔（見圖2g）、伊利石晶間孔（見圖2h）、伊/蒙混層晶間孔及綠泥石晶間孔。此類孔隙半徑較小，其中高嶺石晶間孔孔徑一般在1 μm左右，雖然孔徑較小，但由于此類孔隙一般集群發(fā)育，故一般具有一定連通性，可成為有效的孔隙。伊利石晶間孔發(fā)育特征與高嶺石相似，所不同的是伊利石一般呈細鱗片狀，高嶺石一般呈書頁狀。綠泥石晶間孔孔徑很小，一般小于1 μm，易被束縛水飽和成為無效孔隙。自生礦物晶間孔在山1段、盒8段砂體中都比較發(fā)育，可占到總孔隙的30%，是研究區(qū)目的層位孔隙的重要貢獻者之一。

（6）微裂隙。研究區(qū)儲層發(fā)育微裂隙，鏡下所見直徑主要分布在1 μm～5 μm（見圖2i），其所形成的總孔隙度占0.5%左右，構成的儲集空間較小，對孔隙度總量的影響不大，但正是由于微裂隙的發(fā)育，將部分死孔隙連通，形成了砂巖儲層的滲濾通道，提高了巖石的滲透率。

據(jù)研究區(qū)大量薄片觀察以及巖石標本的掃描電鏡圖像分析，鄂爾多斯盆地西南部山1段、盒8段孔隙類型以巖屑溶孔、粒間溶孔為主，顆粒內(nèi)部發(fā)育納米級粒內(nèi)孔及粒內(nèi)溶孔，孔隙組合主要有黏土礦物晶間孔+粒間溶孔+粒內(nèi)溶孔+微裂縫。

4.2 孔隙特征

高精度CT掃描技術利用X射線穿透樣品，可直觀展現(xiàn)巖石原始的三維成像，確定儲層孔喉大小、形態(tài)、分布及連通性，以表征孔隙在儲層中形態(tài)及分布[9-11]。

通過巖心CT圖像分析，根據(jù)不同組分的顏色及形態(tài)特征可辨析出石英、黏土礦物、晶間孔、巖屑溶孔等結構組分。三維掃描分析可見巖心骨架顆粒內(nèi)孔隙空間較為發(fā)育，但往往因其充填膠結物導致剩余粒間孔被后期膠結作用改造為晶間孔，孔隙結構進一步復雜化，存在許多孤立的孔隙，喉道網(wǎng)絡分布不均勻，使巖心孔隙度降低，連通性變差（見圖3）。CT掃描數(shù)據(jù)顯示（見圖4），研究區(qū)總孔隙度在6%～9%，但孔隙結構復雜，連通性較差，連通孔隙體積比例可占到總孔隙體積的40%～70%。而常規(guī)物性測試手段如壓汞法等檢測到的是連通孔隙部分，封閉的孔隙檢測不到。封閉孔隙的大量發(fā)育也是研究區(qū)儲層低孔低滲的重要因素。

CT圖像分析結果顯示，盆地西南部盒8段和山1段孔隙、喉道半徑均值介于0.63 μm～2.20 μm，分析發(fā)現(xiàn)孔隙半徑均值連通度無明顯相關性，而喉道半徑均值與連通體積比例顯示一定程度的正相關性，數(shù)據(jù)擬合結果表明喉道均值一定程度上影響了孔隙之間的連通性（見圖5）。

圖3 盆地西南部巖心CT三維成像圖

圖4 盆地西南部孔隙類型分布關系圖

5 結論

（1）鄂爾多斯盆地西南部上古生界山1、盒8段砂巖儲層平均孔隙度為3.5%、4.6%；滲透率主要分布在（0.01～0.5）×10-3μm2、（0.01～0.6）×10-3μm2，屬于致密砂巖。

（2）上古生界致密砂巖儲層微米級孔隙包括殘余粒間孔、粒間溶孔、粒內(nèi)溶孔，納米級孔隙包括粒內(nèi)孔、黏土礦物晶間孔及微裂隙。微米級孔隙空間形態(tài)多數(shù)呈片狀及席狀，有時可見絨狀孔隙；而納米級晶間孔空間如柵格狀，呈不規(guī)則分布，連通性較差。

（3）CT研究分析表明，研究區(qū)致密砂巖儲層總孔隙度在6%～9%，但孔隙結構復雜，連通性較差，連通孔隙體積比例只占到總孔隙體積的40%～70%。

圖5 盆地西南部孔隙喉道半徑均值與連通體積比例交匯圖

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Research on the pore structure in the upper Paleozoic tight reservoir，southwest of Ordos basin

QU Futao1，2
（1.School of Earth Sciences and Engineering，Xi'an Shiyou University，Xi'an Shanxi 710065，China；2.Shanxi Key Lab of Petroleum Accumulation Geology，Xi'an Shanxi 710065，China）

Using field emission scanning electron microscopy（SEM）technology,combined with the computed tomography（CT）scanning technology and the conventional thin sections, geographic casting thin sections,this article analyzed the pore structure characteristics of tight reservoir in Shan-1 and He-8 formation during the upper Paleozoic in the southwest of Ordos basin.The study indicates that the tight reservoir in the upper Paleozoic of the southwest of Ordos basin developed a lot of micro-nanoscale pore,micron scale pore include residual intergranular pore,intragranular dissolved pore and intracrystalline pore,nanoscale pore included intragranular pore,clay mineral intercrystal pore and microcracks.To analyzed the three dimensional space distribution of pore throat and connectivity,the tight reservoir has been restricted of the three dimension through the analysis of the CT scan.The resultsshow the tight reservoir in the upper Paleozoic of the southwest of Ordos basin has a great heterogeneity and the connected pore is mainly controlled by average throat radius,only occupies 40%～70%of the total porosity.

field emission scanning electron microscopy（SEM）；computed tomography（CT）scan；pore structure；tight reservoir；southwest of Ordos basin

TE122.22

A

1673-5285（2016）01-0056-05

10.3969/j.issn.1673-5285.2016.01.016

2015－11-27

國家大型油氣田與煤層氣開發(fā)項目，項目編號：2011ZX05007-004。

曲付濤，男（1991-），在讀碩士研究生，從事油氣成藏地質(zhì)學、非常規(guī)油氣地質(zhì)與勘探工作，郵箱：ftqu07@163.com。