杭錦旗地區山2致密砂巖儲層特征及其控制因素

何望雪

(西安石油大學地球科學與工程學院，陜西 西安 710000)

致密儲層的主要特征為油藏類型多，油氣資源儲量大，目前其在油氣勘探領域受到廣泛關注。鄂爾多斯盆地屬于一個典型的大沉積盆地，其構造變形弱、表現出多旋回演化的特征，有很高的研究可利用價值。相關低孔低滲的致密砂巖儲層的研究已經有很多，且建立了不同的模型，這對此致密砂巖儲層進一步研究提供可靠支持和依據[1-6]。本文選擇此盆地杭錦旗地區C工區致密砂巖儲層為研究對象，根據研究目標和要求而選擇石學、沉積學技術進行分析，明確了其儲層的形成機制和影響因素，為當地這種儲層的開發提供參考。

1 地質概況

從總體形態看，此盆地為矩形，其內部主要為西傾的大型平緩斜坡，勘探發現坡降均值為10 m/km。其北部為杭錦旗地區，橫跨伊盟、伊陜、天環向斜等相應的構造塊，而其中的二疊系山西組為目的層。

2 致密砂巖儲層特征

2.1 儲層巖性特征

對采樣的巖石樣本進行檢測，發現此區域山2段儲集巖巖性相對簡單，其中占比率較高的為中～粗粒巖屑石英砂巖。也有一定比例的巖屑砂巖，對應的占比分別為53.8%、38.5%，其中巖屑石英砂石大部分為粗粒、中粒；巖屑砂巖的粒度小。

巖礦探測發現，2段儲集層段的礦物組成主要為石英類、巖屑，相應的占比例分別為77.86%，21.14%，而巖屑中變質巖的比為14.5%，沉積巖的占比為5.8%，火成巖的為0.8%。檢測還發現此區域儲層填隙物大部分為綠泥石相關的黏土礦物。

2.2 儲層物性特征

在研究過程中，對C工區山2段的三百多個樣本進行檢測，發現相應的孔隙度主要分布區間為5.4%～15%，樣本均值為8.6%；滲透率在0.25～2 mD，樣品均值為0.67 mD。根據圖1可知，孔隙度與滲透率表現出很強的對數直線相關性。由此判斷，此區域山2段砂巖儲層的滲透率和孔隙度都較低，二者相關性強，因而其中的延長組層主要為基質孔隙。

圖1 C工區山2段砂巖孔隙度與滲透率關系圖

2.3 儲層孔隙結構特征

從空隙類型角度分析可知，山2段的孔隙大部分為原生孔、粒間溶孔，也有少比例的粒內溶孔。特定區域中還可觀察到很明顯的晶間融孔，以及壓力作用下產生的不同大小微裂縫，有的區域這兩種孔隙同時存在。

3 影響因素

3.1 沉積作用對儲層物性的影響

對比分析可知，鄂北與蘇里格地區所處的沉積體系相一致。從物相組成角度看，杭錦旗探區的山西組是三角洲平原沉積而形成的。

辮狀河三角洲在發育過程中，穩定水體受到辮狀水流的沖擊而形成一定的粗碎屑堆積提。季節性洪水流量對這種沉積體的影響很明顯。其對應的亞相包括辮狀河道和泛濫平原，具體分析后發現前者的構造特征為分選中-差、底部發育充填，其中的填充物剖面呈透鏡狀，且存在很明顯的槽狀交錯層理，砂顆粒度大。泛濫平原主要組成包括煤層、棕褐色泥巖等，在特定的雨季條件下會形成沼澤。

分析基于探測資料建立的山2段沉積相圖(見圖2)可知，此儲層砂體主要發育在河道主體區，且其分布方向也和河道走向相符合，對應的單井厚度變化區間為10～30 m。辮狀河道的主要特征為河床和主水流線位置的穩定性差，而在沉積條件方面，則坡降大、能量高，在沉積過程中接收了大量粗的碎屑物質。從物相方面分析可知，其沉積相主要有廢棄河道微相，水道充填微相等。其中水道充填物的組成成分相對復雜，主要為粗砂巖、透鏡狀細礫巖，在最下層還可觀察到很明顯的沖刷面；辮狀河沉積體系的主要組成為心灘微相，其主要組成為粉砂巖，粗砂巖、細粒砂巖等。根據實際經驗可知，這種河床的穩定性差。河漫灘亞相在對應的沉積體系相應的組分很復雜，主要為不同微相的砂質泥巖、炭質泥巖互層，也含有一定量決口扇微相。從顆粒度方面看，大部分為粉～細砂巖。泥巖的水平層理很明顯，且檢測還發現其中有大量的鈣質結核，且這些結核的分布有很強的集中性。

圖2 C工區山2段沉積相平面圖

根據以上的論述看出，研究區最有利的儲層相帶為中心灘微相。砂巖儲層的儲集物性和很多因素都存在相關性，且其中影響最明顯的為沉積環境。在儲層形成過程中，沉積環境對沉積相的形式有很強的控制作用，可以據此控制沉積時的動力狀況、粒度特征，從而影響了儲層的物性條件，且對儲層的類型也會產生一定影響[7-8]。

3.2 成巖作用對儲層物性的影響

研究證明，在巖石儲層物性變化過程中，成巖作用會對其產生重要影響[9]。具體通過以下幾個方面體現出來：壓實作用、溶蝕作用、各類膠結作用。目前該領域中的大部分研究都是圍繞以上幾個要素來展開的。

1)壓實作用及碎屑組分對儲層物性的影響

對于礦物質來說，由于存在長期的壓實作用，而其中的一些砂巖中碎屑顆粒之間以點-線接觸，某些石英砂巖則是以線接觸的形式存在，這種特殊的物理結構導致巖石被壓實和充填。受壓后的原生粒間孔在一段時間后發生變形并最終消失，但由于巖石中碎屑物石英占據絕大多數比重，且從結構是上來看，其顆粒比較粗大，抗壓性強，在壓實作用下，其中的細孔仍然會長期存在。孔隙形狀大致可分為兩類，分別是：三角形、四邊形，其中的充填物種類也較多，但最常見的一類是高嶺石。

除了埋深因素外，沉積物所含礦物組分比例也與儲層物性之間有著十分密切的聯系。不同的比例條件下，儲層物性也表現出不同的特點。如石英抗機械壓實作用較高，即便其受到較強的擠壓作用，也會因為砂巖致密化程度低而將空隙保存下來。

2)溶蝕作用對儲層物性的影響

根據以往的實地考察顯示，研究區儲集巖成分比較復雜，但其中占比最大的是巖屑石英砂巖，其次為巖屑砂巖。而填隙物中，占比最大的礦物質有三類，分別是：高嶺石、伊利石、綠泥石。儲集巖中含量最多的一類物質為黏土礦物，主要為高嶺石。而此類巖石的大量出現，導致礦物層中極易發生凝灰質蝕變現象。高嶺石呈碎屑外形，其呈現出這種特殊的物理結構主要由以下因素決定。即：堿性長石和火山碎屑蝕變。另外也有少量的雜基形態的高嶺石，這種物理結構主要與火山灰蝕變有關。

在礦物層中，存在著不同含量的高嶺石、泥巖、云母片等，當這些物質不完全溶蝕時，便會形成粒間溶孔。另外，在不同的巖石中，會存在一定量的粒內溶孔，如泥巖、板巖、云母片、白云石等，這種溶孔一般以兩者形態存在于巖石中，即粒內孤立狀或蜂窩狀。有人研究后認為，這種物理結構可能與地層水變為堿性，又與發生溶蝕的現象有關。此外，在在高嶺石和水云母內，存在著一定比例的晶間微孔，孔徑通常不超過50 μm。測量后得出，高嶺石微孔的孔徑一般不小于10 μm，不超過20 μm。相對來說，水云母微孔的孔徑要小得多(通常不小于1 μm，不超過5 μm)，這些微孔與溶孔幾乎是共存的。

由于受到溶蝕作用的影響，巖石孔隙會不斷發生變化，長時間演化后原本獨立的微裂縫互相連通。在這種情況下，油氣的儲集及運移難度大幅度降低，相應的采集成本也減少。

3)膠結作用對儲層物性的影響

除了以上幾個因素外，膠結作用也是影響儲層物性的一大要素。C工區山西組致密砂巖膠結物中，占比最多的物質有兩類，分別是：高嶺石、硅質，其中前者最為常見。研究顯示，高嶺石含量與巖石面孔率之間密切相關。在巖層中，長石受溶蝕后會逐漸生成高嶺石，通常，其膠結物本身會占據些許粒間孔隙。然而就其本身來說，因為存在晶間孔的發育，且在此過程中，伴隨著溶蝕現象的發生，使得儲層中出現不同大小的空隙，這就為資源的開采提供了便利。

硅質膠結物主要分布于石英砂巖中，該物質的形成一般與石英次生加大密切相關。 在這一演化過程中，礦物質中的原生粒間孔可能被完全充填，這會給資源開采帶來不利影響。

4 結論

1)研究區山西組山2段儲層砂巖為儲集巖，其巖性主要為中～粗粒巖屑石英砂巖，也有少部分巖屑砂巖，對應的儲層砂巖孔隙度和滲透率都很低。

2)心灘微相為其中最佳的儲層發育相帶，物性良好。

3)原始粒間孔在一定壓力作用下被壓實和充填，會從負面影響到儲層物性，此外儲層物性也容易受到沉積物含礦物組分因素的影響。如石英的抗壓性能強，會阻礙砂巖致密化過程，因而其中可觀察到一定量原生孔。

4)溶蝕因素有利于改善孔隙，會導致獨立的微裂縫連接起來，可很好的滿足油氣資源儲集及運移相關要求。

5)膠結因素的影響相對復雜，如高嶺石可改善孔隙狀況，而硅質膠結物則起到相反的影響，一些情況下導致空隙消失。