靖邊氣田高橋-杏河地區馬家溝組五1+2段儲層發育特征及其主控因素研究

李朝旭，王汝陽，唐 宏，孫靖虎

(1.中國石油長慶油田分公司氣田開發事業部，陜西 西安 710018；2.中國石油長慶油田分公司第六采氣廠，陜西 榆林 718600)

碳酸鹽巖氣藏是我國最為重要的油氣藏類型之一，資源潛力巨大，在全球范圍內已探明的油氣儲量中，碳酸鹽巖油氣儲量超過總儲量的一半。鄂爾多斯盆地是我國西部重要的含油氣盆地，靖邊氣田上古生界碳酸鹽巖是鄂爾多斯盆地古生界重要的勘探層位之一[1-4]。近年來針對古生界馬家溝組的勘探主要集中在靖邊氣田的東北地區和北部地區，研究指出馬家溝組儲層的發育主要受成巖作用影響，但是針對南部高橋-杏河地區的勘探及研究相對較少，特別是對于馬五段的研究更為缺乏。國內學者研究認為靖邊氣田南部馬五段一亞段、二亞段為一套典型的風化殼儲層，優質儲層的發育和分布與成巖作用密切相關[5-6]，但對馬五段儲層的發育特征及主控因素尚不明確，對儲層的構造改造作用研究更為缺乏。中奧陶世時期，研究區沉積一套以白云巖和灰巖為主的碳酸鹽巖地層[7-9]，此后，研究區在洋殼向華北板塊俯沖影響下結束海相沉積，進入構造抬升階段，發生沉積間斷的同時發生大規模的溶蝕作用，高橋-杏河地區處于鄂爾多斯盆地中部巖溶高地和巖溶斜坡地帶，研究區為整體向西傾斜的大型單斜地層，地形平坦，平均坡度<1°，大型斷層不發育[10-12]，勘探程度低，具有較大的勘探開發潛力。因此本文基于大量的巖芯、薄片及儲層物性分析，結合區域沉積及構造演化史，對儲層發育地質特征及其影響控制因素進行研究，分析不同沉積環境下巖石孔隙結構的差異及其對儲層的影響，并分析構造作用對儲層主要儲集空間——膏溶孔、溶蝕縫發育及滲流能力差異的影響，綜合解析不同因素對儲層發育影響差異性，闡明儲層品質影響主要因素，為下階段對該地區的勘探和開發提供一定的查考和指導。

1 區域地質概況

鄂爾多斯盆地地處我國西部地區，是一個位于克拉通內部經歷多個構造旋回的疊合含油氣盆地，盆地面積為3.7×105km2[13-14]，是一個資源豐富的大型盆地，其中古生界地層天然氣資源尤為豐富。奧陶系馬家溝組是古生界極為重要的碳酸鹽巖儲層，該地層沉積時期，鄂爾多斯盆地表現為隆起與坳陷相間分布的構造特點。以西南部的中央古隆起和東部的陜北凹陷為主要構造(圖1)[15-16]，二者相互協調，長期并存，共同決定了鄂爾多斯盆地奧陶系隆坳相間的古構造和古地理格局。研究區位于靖邊氣田南部高橋-杏河地區，構造上處于中央古隆起與陜北凹陷的寬緩過渡帶，沉積古地貌相對平坦[7,17-18]。受洋殼俯沖活動的影響，馬五1+2段地層沉積環境發生巨大變化，大規模海退使得研究區環境由濕潤變為干熱的強蒸發環境，地層沉積相轉變為蒸發臺地相，該時期在強烈的蒸發環境下。馬五1+2段沉積地層表現為陸表海碳酸鹽巖和蒸發巖沉積，巖石類型主要為灰白色、淺灰色、灰色的灰巖沉積、灰色、深灰色的膏質白云巖、泥質白云巖沉積，局部含灰白色-白色的膏質沉積。志留紀時期盆地受加里東大型構造運動的影響，地層抬升，暴露于地表遭受風化剝蝕，馬五1+2段地層接受廣泛的大氣水淋濾改造，形成大面積的風化殼巖溶儲層。

圖1 鄂爾多斯盆地構造區劃及研究區位置Fig.1 Tectonic regionalization and study arealocation of Ordos Basin

2 實驗樣品及測試

2.1 實驗樣品

本次研究過程中，對來自高橋-杏河地區陜289井、陜279井、陜321井、陜437井等在內的6口井的馬五1+2段巖芯進行取樣，分別開展巖芯及巖石薄片觀察、孔-滲性測試及壓汞分析(表1)。

表1 實驗測試項目及樣品Table 1 Test items and samples

2.2 實驗方法

2.2.1 孔隙度、滲透率測試

巖石孔隙度測試采用美國Core Lab公司生產的PoroPDP-200型覆壓孔隙度滲透率測量儀，最大圍壓為70 MPa，滲透率測量介于0.000 01～10 mD之間，孔隙度測量范圍介于0.01%～40.00%，滲透率測量采用壓力脈沖衰減法，孔隙度測量通過氦氣膨脹原理，采用波依爾定律進行計算，實驗前將巖芯樣品制作成2.6 cm×3.0 cm的尺寸，整個實驗過程采取室溫下參照《巖心分析方法》(SY/T 5336—2006)進行。

2.2.2 孔隙結構測試

儲層孔隙結果測試采用美國康塔公司生產的PoreMaster60型全自動壓汞儀，實驗前將樣品制成2.5 cm×3.5 cm的標準巖芯，儀器可測量的孔徑范圍介于0.003 6～950 μm之間，整個實驗過程采取室溫下參照《巖心分析方法》(SY/T 5336—2006)進行。

3 儲層發育特征

高橋-杏河地區馬五1+2段儲層是典型的風化殼儲層，是該地區的主力勘探層位，儲集空間類型、發育分布及物性特征對儲層研究具有重要意義[19]。

3.1 儲集空間類型及孔隙結構發育特征

3.1.1 儲層儲集空間特征

通過對馬五1+2儲層大量巖芯及巖石薄片的觀察分析，得到目的層儲集空間類型主要包括膏溶孔(圖2(a)和圖2(b))、溶縫(圖2(c))、晶間孔(圖2(d))及晶間溶孔(圖2(e))和構造裂縫(圖2(f))，在研究區內馬五1+2亞段白云巖儲層中，晶間孔及晶間溶孔總體為欠發育狀態，僅零星分布于局部地層中，說明晶間孔和晶間溶孔對研究區儲集空間的貢獻居于次要地位。而巖芯及薄片觀察后期溶孔和構造裂縫較為發育，是儲層最重要的儲集空間，體現了儲集的主要儲集空間主要由后期改造所形成的。觀察結果發現，研究區最為主要的孔隙空間類型是膏溶孔，由于地層沉積期為強蒸發環境，石膏晶體與白云石結晶體一同沉淀下來，呈零散狀分布于白云巖中，后期石膏結晶溶解形成該地區典型的膏溶孔，多顯長條狀或板狀石膏晶體形態，溶孔間的相互連通性較差，部分溶孔被后期方解石充填，薄片觀察溶孔為近圓形和橢圓形的小型孔洞，巖芯體現為疏密各異的近圓形小孔洞，部分小孔被充填。溶縫是另一類重要的溶蝕空間，主要為沿早期縫合線局部范圍及微裂縫發生溶蝕作用形成的不規則溶蝕縫，部分巖芯可見溶縫沿縫合線構造呈串珠狀分布，溶縫形狀不規則，多呈長條形，溶孔分布廣泛，是目的層第二重要的儲集空間。構造裂縫是在構造運動過程中形成的，馬五1+2儲層構造裂縫主要為大量微裂縫，多為未充填狀態，有效縫主要為埋藏晚成巖期由喜山期構造運動形成，一方面可作為溶縫發育的基礎，同時對儲層主要儲集空間-膏溶孔起聯通作用，溝通相互孤立的膏溶孔，對改善儲層的滲透性起到至關重要的作用。

3.1.2 儲層孔隙結構特征

儲層儲集空間結構是反映儲層好壞的另一重要參數，是衡量孔隙吼道特征及孔隙連通性好壞的重要指標，通常通過鑄體薄片反映直觀的孔隙結構[20]，通過壓汞實驗研究儲層微觀孔隙結構。本次研究中對來自于陜289井、陜279井等井在內的共30個鑄體薄片資料及8個樣品壓汞實驗進行分析(圖3)，根據毛管壓力參數對孔隙結構評價，若考慮壓汞實驗中排驅壓力大小和壓力中值，得到馬五1+2亞段儲層樣品孔隙結構均可達到中等以上，部分樣品孔隙結構可達到極好等級，當將儲層孔隙度和滲透性考慮在內時，儲層孔隙結構評價級別略有降低。薄片鑒定中不同孔隙類型其孔隙結構差異較為明顯，晶間溶孔的吼道寬度主要在35 μm以下(圖2(d))，少量樣品吼道寬度大于35 μm，孔隙半徑大小集中分布在50 μm以下，而樣品膏溶孔和溶縫吼道寬度以大于35 μm為主(圖2(a))，孔隙半徑也以大于50 μm為主(圖2(b)和圖2(c))，其中膏溶孔孔隙半徑大于200 μm的樣品數達總樣品數的60%以上。

圖2 馬五1+2儲層儲集空間發育特征Fig.2 Characteristics of reservoir space in Ma 51+2 reservoir

圖3 馬五1+2儲層壓汞曲線及孔喉分布Fig.3 Mercury pressure curve and pore throat distribution of Ma 51+2 reservoir

3.2 儲層物性特征

儲層物性直接影響儲層的品質，通常根據儲層孔隙度和滲透率二者進行評判儲層物性的好壞，高橋-杏河地區馬五1亞段及馬五2亞段儲層巖性和儲集空間均相同，但兩亞段儲層物性存在較大的差異，儲層孔滲關系具有明顯的不同，通過對兩亞段儲層樣品孔隙度和滲透率單獨分析，做樣品孔隙度和滲透率散點分布圖，排除帶裂縫的樣品，得到馬五1亞段儲層孔隙度和滲透率之間為簡單的線性相關性，相關系數中等，而馬五2亞段儲層樣品孔隙度和滲透率之間不存在線性關系(圖4)。

圖4 高橋-杏河地區馬五1+2亞段儲層孔-滲關系圖Fig.4 Reservoir porosity and permeability diagram of Ma 51+2 sub-member in Gaoqiao-Xinghe Area

根據儲層物性分級評價標準[21]，馬五1亞段超過90%的樣品孔隙度在10%以下，滲透率在1 mD以下，總體上處于低孔低滲-超低孔超低滲儲層，僅存在少數樣品孔隙度在10%以上，滲透率在1 mD以上，經巖芯觀察顯示，高孔隙度和滲透率儲層段裂縫發育。馬五2亞段更是以超低孔超低滲儲層為主。結合兩亞段不同儲層樣品孔隙度及滲透率分析(圖5)，馬五1亞段不同井孔滲關系較好的儲層段均為裂縫-孔隙型儲層，而馬五2亞段優質儲層段僅在297井3 622.44～3 623.21 m段，厚度不足1 m，可以算是馬五2亞段儲集物性相對較好。結合馬五1亞段、馬五2亞段儲層孔滲關系分析，儲層段總體孔滲關系差，優質儲層段為微裂縫發育段，儲層類型為裂縫-孔隙型裂縫。

圖5 高橋-杏河地區馬五1+2亞段儲層孔隙度及滲透率分布頻率直方圖Fig.5 Histogram of reservoir porosity and permeability distribution frequency in Ma 51+2 sub-member of Gaoxiao-Xinghe Area

4 主控因素分析

儲層的發育特征受多種因素的影響，一般可分為儲層成巖作用和后期改造作用，其中沉積環境、成巖作用和后期構造運動是對儲層影響最為重要的三個因素，因此主要圍繞這三方面對馬五1+2儲層發育控制因素進行分析。

4.1 沉積相對儲層作用

沉積作用對儲層的影響體現在不同沉積環境下，儲集巖類型的形成與沉積相密切相關，根據研究區巖性差異可以將研究區馬五1+2亞段沉積相類型主要包括開闊臺地相、局限臺地相和蒸發臺地相等三種類型，每一沉積相又可劃分為不同的沉積微相。通過對研究區單井沉積相及連井沉積相分析，不同沉積相巖性及其對儲層發育的影響因素各不相同，沉積相直接控制儲層的垂向及橫向展布特征，研究區馬五1+2亞段開闊臺地相以發育灰色、淺灰色灰巖為主。局限臺地相以灰、淺灰色云巖及灰質云巖為主，局部夾深灰色泥質云巖、云泥巖，蒸發臺地相巖石類型主要為云巖、膏巖及鹽巖等蒸發巖，孔隙多被膏質所充填。

沉積相對儲層的控制作用一方面體現在控制沉積物的粗細程度和分選性，直接影響儲層原生儲集空間的發育特征和分布，是儲層發育的基礎條件。另一方面，沉積相的差異是后期次生孔隙發育的先導條件之一，研究區次生孔隙主要為后期溶蝕孔隙，表現為膏溶孔和溶縫，最為主要的膏溶孔在臺地相中最為發育，臺地相主要為白云巖的含膏云坪沉積，在研究區的東部和南部局部發育泥云坪，灰云坪主要為中部地區發育，橫向展布特征較為明顯，白云巖沉積說明沉積期為水體較淺、強蒸發的瀉湖沉積環境。

圖6 研究區沉積相平面分布圖Fig.6 Plane distribution map of sedimentary facies in the study area

石膏的發育與沉積環境密切相關，表明沉積環境的為主要儲集空間的發育提供了先決條件。馬五1+2亞段儲層中，原生孔隙發育的先天條件不足，之所以成為儲層全靠次生孔隙的發育，如上所述，該套儲層中最主要最常見的次生孔隙是膏溶孔，這與其沉積環境水體鹽度達到在白云巖中有分散石膏沉淀的條件有關，這就為次生溶蝕孔隙(膏溶孔)的形成提供了條件。

4.2 成巖作用對儲層的控制

研究區下古生界馬五1+2亞段的碳酸鹽巖儲層原生孔隙度和滲透率均較低(圖4)，僅依靠原生孔隙空間不足以形成有效儲層，但后期成巖改造為儲集空間的擴大提供了途徑，盡管成巖作用的影響不足以形成馬五1+2亞段形成優質碳酸鹽巖儲層，但是在次生溶蝕作用下，部分溶孔和溶縫發育(圖2(b)和圖2(c))，使得儲層成為具備一定油氣儲集能力的油氣儲集層。根據成巖作用發生的先后順序及其對儲層的影響，可將研究區成巖作用分為早期建設性成巖作用及晚期破壞性成巖作用，早期成巖作用多為建設性成巖作用，強蒸發環境為研究區點狀分布的石膏的形成及白云巖的形成提供了基礎，而石膏及白云石的溶解差異性為溶蝕孔隙的形成提供了物質條件。另外，由于白云巖化作用，儲層脆性增加，為后期構造運動中微裂縫的形成提供了有利條件，裂縫的形成又為地表水的下滲、石膏的溶蝕提供了有利條件。后期破壞性成巖作用體現在早期溶蝕孔隙和溶縫由于后期成巖作用的影響，溶蝕孔隙和溶縫中被自生石英和方解石充填，降低儲層的儲滲性能。研究表明，研究區范圍內下古生界馬五1+2亞段碳酸鹽巖儲層具有較強的非均質性，正是由于成巖后期破壞性建設作用形成的。

4.3 構造作用對儲層的影響

高橋-杏河地區馬五1+2亞段碳酸鹽巖儲層原生孔隙發育程度差，儲層主要儲集空間的形成主要受后期改造的影響，成巖作用及構造作用是影響儲集空間改造的主要因素，早期成巖作用對儲層儲集空間的形成具有促進作用，而構造作用對該地區儲層的形成控制作用亦較為明顯，馬五1+2亞段儲層受成巖作用的影響，主要發育微晶或細粉晶白云巖，原生粒間孔隙欠發育，且沒有早期暴露條件，地層條件下，儲層原生孔隙空間之間的連通性較差，基本不具備滲流能力，因此在原生條件下，成巖過程中形成的分散狀石膏不容易發生溶蝕形成膏溶孔。而鉆井巖芯觀察結果表明，巖芯上可見大量大小不一的構造縫，多被后期方解石充填，此外，巖芯可見大量網狀微裂縫，部分網狀微裂縫發育密度可到毫米級(圖7(a)～圖7(c))，通過巖石薄片鏡下觀察，微裂縫發育特征與巖芯一致，但在薄片觀察中發現無論充填與未充填的膏溶孔，大多可見到有微裂縫或微裂紋與之相連(圖7(d)～圖7(e))。結果表明這些微裂縫既是流體運移的通道，也是成巖物質輸送的路徑，對于研究區馬五1+2亞段儲層的主要儲集空間膏溶孔的形成，構造微裂縫及微裂紋功不可沒，其作用不可或缺，是無以替代的，鏡下可見沿微裂縫兩次發生明顯的溶蝕現象，為后期白色方解石充填(圖7(g)～圖7(i))。

圖7 高橋-杏河地區馬家溝組儲層構造縫Fig.7 Reservoir structural fractures of Majiagou Formation in Gaoqiao-Xinghe Area

結合區域構造演化史分析，加里東運動對馬五1+2亞段儲層孔隙發育最為關鍵，受構造作用的影響，研究區地層整體抬升，上覆地層受構造作用的影響暴露于地表之上接受風化淋濾，同時伴隨著構造形變，地層中形成大量構造裂縫及風化縫，地表水沿裂縫發生下滲，儲層易溶礦物發生溶蝕，地層中石膏及壓溶縫兩側易溶礦物發生溶解，形成膏溶孔和溶蝕縫，是造成研究區馬五1+2亞段以膏溶孔為主要儲集空間儲層的最主要因素。通過對該地區巖石薄片鑒定，薄片中石膏殘留極為少見，但是對上覆馬五3亞段和馬五4亞段巖石薄片鑒定結果顯示，馬五3亞段和馬五4亞段地層中可見明顯的石膏殘留，裂縫也欠發育，表明馬五3亞段和馬五4亞段溶蝕作用相對較弱，表明構造運動過程中，地層抬升、地表水的下滲是該地區石膏被溶解形成膏溶孔的必要條件，也說明了構造運動是造成研究區馬五1+2亞段儲層形成的重要控制條件。

5 結 論

1) 高橋-杏河地區馬五1+2亞段儲層原生孔隙空間不發育，主要儲集空間為后期膏溶孔和溶縫，僅存少量的晶間孔隙，孔隙結構差，微裂縫的存在增大儲層儲集空間，為流體溶蝕作用的發生提供通道，溝通孤立孔隙空間，改善儲層的滲流能力。

2) 馬五1+2亞段儲層孔隙發育主要受沉積作用、成巖作用和構造作用三者而控制，含膏溶坪相膏巖分散狀沉積為膏溶孔隙發育的基礎，建設性成巖作用包括后期白云化作用及石膏的溶解作用，破壞性成巖作用包括后期自身石英和方解石充填作用，構造作用對馬五1+2亞段儲層最為重要，裂縫的存在為石膏的溶解提供了通道，加大儲集空間，溝通不同的孤立孔隙。