鄂爾多斯盆地中南部奧陶系白云巖儲層孔隙結構與成因分析

陳建華

中國石油測井有限公司長慶分公司長慶事業部,陜西 西安 710201

鄂爾多斯盆地奧陶系馬家溝組碳酸鹽巖含油氣層是油氣勘探與開發主力層系[1-3]，前人對該層系的沉積、儲層、構造演化等方面的研究取得了較好的成果[4-7]。鄂爾多斯盆地中南部氣井試氣結果表明，馬家溝組天然氣最高日產氣可達到25.6×104m3，具有較高的生產潛力，顯示出該區具有良好的氣藏成藏條件。由于碳酸鹽巖儲層特征、孔隙結構以及影響因素的復雜性和較大的不確定性[8-11]，在某種程度上制約了該區馬家溝組的天然氣勘探與開發進程。孔隙結構為儲層研究的主要內容，是油氣勘探與開發研究的重要部分[12-15]。目前，前人未對奧陶系碳酸鹽巖儲層的孔隙結構進行詳細分析，研究程度不夠。因此，筆者針對鄂爾多斯奧陶系白云巖儲層巖石學、儲集性能和孔喉結構進行分析，探討優質儲層的孔隙演化特征與形成因素，以期為下一步油氣精細勘探與開發提供借鑒。

1 地質背景

鄂爾多斯盆地位于華北地塊西部，是典型的克拉通盆地，具有穩定沉降、扭動遷移和多旋回等特征[16-19]。鄂爾多斯盆地經歷早古生代淺海臺地和晚古生代近海平原兩大沉積旋回，形成了發育穩定的碳酸鹽巖沉積。奧陶系馬家溝組碳酸鹽巖具有較好的油氣成藏條件，成為鄂爾多斯盆地油氣勘探的重要層系，具有較大的勘探潛力。馬家溝組儲層主要巖性為白云巖和灰巖，夾雜有膏巖、鹽巖，依旋回特征及巖性組合可分為6個層段，其中白云巖儲層為主力勘探目的層。

2 儲層特征及孔隙結構分析

2.1 儲層巖石學特征

研究區奧陶系碳酸鹽巖儲層主要為白云巖類，其巖性可進一步分為巖溶角礫白云巖、膏鹽溶蝕角礫泥、粉晶白云巖、結晶白云巖、含膏或膏鹽質白云巖和生物骨架白云巖(見圖1(a)、(b)、(c))。儲集空間主要為溶蝕孔隙、晶間孔隙及宏觀裂縫與微裂縫(見圖1(d)、(e)、(f))。

圖1 研究區儲層鏡下與巖心特征Fig.1 Microscopic and core characteristics of reservoirs in the study area

2.2 儲層物性特征及分布

由于白云巖儲層儲集與滲流空間主要形成于成巖作用過程中，因此儲層孔隙度與滲透率的分布以及相關關系均不同于碎屑巖，孔隙度及滲透率一般不服從正態分布。研究區儲層的孔隙度呈對數正態分布(見圖2)，主要介于2%～9%，峰值位于3.7%附近，平均3.7%；滲透率呈對數細偏分布，主要介于0.03～2mD，峰值位于0.06mD附近，平均為1.6mD。

圖2 儲層孔隙度及滲透率分布頻率圖Fig.2 Distribution frequency chart of reservoir porosity and permeability

表1 研究區儲層物性參數統計表

2.3 孔隙結構特征

研究區儲層孔隙結構可分為4大類共9小類。

2.3.1 以粉晶晶間孔為主的儲層

1)微晶間孔型儲層發育微孔隙，孔、洞及微裂縫發育程度差(見圖3)，低孔、低滲為其主要特征，孔隙度介于1.9%～9.5%，滲透率小于0.03mD；儲層具有較高排驅壓力，孔隙結構類型為高飽、高排、粗偏型，為弱非均質性，喉道峰值半徑介于0.05～0.3μm。

2)微晶間孔-溶洞型儲層的孔、洞較為發育，但連通性較差，高孔隙度和低滲透率為其主要特征。

2.3.2 以細晶晶間孔及溶蝕孔為主的儲層

1)孔隙-晶間孔型、小晶間孔型儲層的孔、洞發育較少，膠結致密，主要為晶間孔，低孔低滲，孔隙度介于2.1%～7%，滲透率一般低于0.03mD。儲層具有中、高飽和度、高排驅壓力，孔隙結構類型以高飽、高排、多峰、細峰為主，非均質性為弱到中等，喉道峰值半徑介于0.05～0.4μm。

2)晶間孔-孔隙型、中晶間孔型儲層的膠結程度降低，由于溶蝕作用的增加，其微孔含量升高較多，物性條件增強，孔隙度介于4%～10%，滲透率低于0.1mD，孔隙結構為中飽、中排、粗偏型，喉道峰值半徑介于0.3～3μm(見圖4)。

圖3 微晶間孔型儲層特征圖Fig.3 Characteristics of microcrystalline pore reservoir

圖4 晶間孔-孔隙型、中晶間孔型儲層特征圖Fig.4 Characteristics of intergranular pore-pore reservoir and medium intergranular pore reservoir

3)中晶間孔型、大晶間孔型、微縫-晶間孔-孔隙型儲層為孔隙、角礫間孔、溶孔、鹽模孔隙和微孔隙共生(見圖5)，是研究區儲層中物性條件最好的一類，主要分布在橫山-安塞-延長-宜川一線，成南北帶狀分布(見圖6)，高孔、高滲、大喉道半徑為其主要特征，孔隙度介于7%～21%，滲透率介于

圖5 中晶間孔型、大晶間孔型、微縫-晶間孔-孔隙型儲層特征圖Fig.5 Characteristics of medium intergranular pore reservoir,large intergranular pore reservoir and microfracture-intergranular pore-pore reservoir

0.6～200mD；儲層具有低排驅壓力，孔隙結構類型包括高飽低排粗偏、多峰型,中飽低排粗峰型,高飽中排粗峰型；中晶間孔型的喉道峰值半徑介于0.3～0.5μm；大晶間孔型的喉道峰值介于1～3μm。

圖6 研究區中晶間孔型、大晶間孔型、微縫-晶間孔-孔隙型的儲層分布圖Fig.6 Distribution map of medium intergranular pore reservoir,large intergranular pore reservoir and microfracture-intergranular pore-pore reservoir in the study area

2.3.3 以微孔為主的儲層

1)微孔型儲層發育晶間殘余微孔及不規則的顆粒間孔，孔隙發育程度較低，物性條件差，孔隙度介于1%～2.5%，滲透率一般在0.05mD以內；儲層具有中、高排驅壓力，孔隙結構為中、低、微飽和度、細偏型，喉道峰值半徑介于0.03～0.06μm。

2)微縫-微孔型儲層發育程度較低，晶間微裂縫以及晶間孔隙較為發育，孔隙度介于2%～6%，滲透率介于0.03～3mD；儲層具有中排驅壓力，孔隙結構為低飽中排多峰型和中飽中排多峰型，喉道峰值半徑介于0.04～0.2μm。

3)晶間孔-微縫-孔隙型儲層的微裂縫較為發育，具有高孔隙度、高滲透率的特點(見圖7)，孔隙度介于3%～9%，滲透率介于2～80mD。儲層具有高飽和度及低排驅壓力，孔隙結構為高飽低排細峰、多峰型，喉道峰值半徑介于0.3～3μm。

2.3.4 以微裂縫為主的儲層

微孔-裂縫型儲層巖性為泥灰巖、次生灰巖、含泥灰巖、致密細粉晶白云巖、硬石膏巖等，其中砂屑角礫泥灰巖及次生灰巖中的微裂縫發育較好，儲層孔隙度介于0.3%～3%，滲透率介于0.03～20mD；儲層具有微飽、低飽和高排驅壓力，孔隙結構為低飽中、高排粗偏型,微飽中、高排細偏型及多峰型，喉道峰值半徑介于0.04～0.08μm。

圖7 晶間孔-微縫-孔隙型儲層特征圖Fig.7 Characteristics of intergranular pore-microfracture-pore reservoir

3 儲層孔隙結構類型與成因機理

隨著時空變遷盆地內碳酸鹽巖形成了由海水到同生期淡水、由海水到埋藏、由埋藏到表生期淡水3個成巖演化序列，碳酸鹽巖儲層孔隙特征隨之演化，具有復雜的結構，流體在不同孔隙結構骨架內的滲流行為具有明顯的差異(見圖8)。可將其劃分為單重介質儲層、雙重介質儲層、多重介質儲層3類。

圖8 研究區碳酸鹽巖儲層演化史Fig.8 Evolution history of carbonate reservoir in the study area

3.1 單重介質儲層

單重介質儲層流體儲集空間與滲流空間一致，包括孔隙介質儲層和裂縫介質儲層。

3.1.1 孔隙介質儲層

孔隙介質儲層早期隨成巖演化，后期改造強度弱，孔隙由晶間孔構成，是流體儲集空間與滲流通道，孔隙結構以單峰曲線為特征，具弱微觀非均質性。儲層巖性為粗粉晶、中細晶及細粉晶白云巖，中、細晶白云巖儲層分布于盆地南、西緣的馬四段，儲層具有高飽低排細峰及粗峰型的孔隙結構；粗粉晶白云巖儲層分布于盆地馬五2亞段，為中晶間孔型結構；細粉晶白云巖儲層分布于盆地馬五5亞段，發育微晶間孔型儲層，孔隙結構為中、低飽高排細偏型。

此類儲層主要形成于鹵水回流滲透、熱對流海水以及熱液白云化作用，在表生淡水、混合水或酸性地下水溶蝕下，孔隙得到改善，形成擴大孔。研究區儲層類型的分布受控于成巖相，淡水溶蝕程度和白云石結晶程度決定了物性條件的優良程度。

3.1.2 裂縫介質儲層

裂縫介質儲層受后期表生成巖階段的成巖裂縫作用影響，微裂隙是主要流體儲集空間與滲流通道，孔隙發育差，孔喉分布具有細偏單峰特征，儲集能力低但滲流能力強；微觀非均質性以細偏單峰低飽或微飽、細偏雙峰低飽或微飽為主。構造破裂作用以及成巖壓溶作用是裂縫介質儲層形成的重要控制因素。宏觀裂縫型儲層的基質主要為脆性致密泥晶白云巖或泥晶灰巖，儲層基質物性特征與微裂縫型儲層基本一致，但滲透率更高；據巖心及野外剖面勘察，奧陶系普遍發育開啟的高角度共軛裂縫，尤其集中發育于馬五1、馬五3亞段厚層泥晶灰巖段。

3.2 雙重介質儲層

雙重介質儲層發育于表生成巖作用后，包括晶間孔-孔隙型、晶間孔-孔洞型、孔隙-晶間孔型、微縫-微孔型、微孔-微縫型等5類。前三類中孔隙及孔洞是流體儲集空間，微孔隙既是儲集空間也是滲流通道，后兩類中微孔隙是流體儲集空間，微裂縫是流體的滲流通道。該類儲層是馬五1～馬五4亞段的主要優質儲層類型。

儲層巖性為鹽、膏模孔粉-細晶白云巖，發育膏、鹽模孔和晶間微孔，粗偏雙峰孔喉，儲集性能較高，但滲流能力較低。孔隙結構主要為中高排、中高飽、多峰及粗偏型，其次為中排低飽細偏、多峰型。該類儲層主要形成于早期淡水溶蝕以及重結晶作用，鑄模孔和晶間微孔隙由于壓實之前灰泥或云泥的快速結晶與固結作用得以保存，在淡水或酸性地下水中孔隙可得到改善。研究區該類儲層分布于盆地馬五1亞段上部，受控于沉積相與成巖相。

圖9 研究區多重介質儲層與巖溶古地貌分布圖Fig.9 Distribution diagram of multiple medium reservoir and karst palaeogeomorphology in the study area

3.3 多重介質儲層

多重介質儲層主要形成于晚期成巖階段，巖性為膏鹽溶、巖溶角礫巖，發育晶間孔、溶蝕孔和微裂縫，雙峰或多峰孔喉分布，儲集性能較好。以粗偏三峰或雙峰高飽、細偏雙峰型孔隙結構為主，主要形成于早期及表生期巖溶作用，是巖層坍塌、角礫化及淡水溶蝕的結果。宏觀洞穴型儲層的巖性主要為巖溶洞穴混雜角礫巖，壓實程度較低但膠結程度較強，孔隙度一般大于10%，滲透率一般大于100mD。該類儲層發育在中、下奧陶統風化殼古潛水面之下，受到晚奧陶世古地貌特征的影響，特別是中部地區呈南北帶狀分布的巖溶階地(見圖9)，在長期風化淋濾作用下儲層形成具有一定規模的溶蝕孔洞。

4 結論

1)研究區奧陶系碳酸鹽巖儲層主要為白云巖類，儲集空間主要為溶蝕孔隙、晶間孔隙及宏觀裂縫與微裂縫。

3)儲層可劃分為單重介質儲層、雙重介質儲層、多重介質儲層3類，受控于成巖相和沉積相，淡水溶蝕程度和白云石結晶程度決定了物性條件的優良程度，優質儲層發育在中、下奧陶統風化殼古潛水面之下。