鄂爾多斯盆地西峰東部長(zhǎng)8致密砂巖儲(chǔ)層特征研究

劉 浪 王 琳 蔡永吉 路 敏 吳雨風(fēng)

（1.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田公司采油二廠，甘肅 慶陽(yáng) 744100；2.長(zhǎng)安大學(xué)資源學(xué)院，陜西 西安 710054）

0 引言

自20 世紀(jì)初，國(guó)內(nèi)開始進(jìn)行油氣勘探開發(fā)以來，目前已超過110年［1-2］。前期的開發(fā)重點(diǎn)為常規(guī)油氣藏的勘探開發(fā)［2-4］。而進(jìn)入21 世紀(jì)以來，煤層氣、致密油（氣）、頁(yè)巖油（氣）等非常規(guī)油氣的勘探開發(fā)逐漸引起國(guó)內(nèi)外相關(guān)行業(yè)和相關(guān)領(lǐng)域的諸多專家與學(xué)者的關(guān)注［3-5］。

鄂爾多斯盆地中生界三疊系廣泛發(fā)育致密砂巖油氣儲(chǔ)層，儲(chǔ)層物性普遍介于0.05～1mD 之間［6-8］。前人厘定為中國(guó)典型致密油儲(chǔ)層，具有含油層系多、分布面積大、儲(chǔ)層物性差、微觀孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜等特點(diǎn)［9-10］，研究致密油儲(chǔ)層差異性成藏規(guī)律是該類廣覆式分布的巖性油層取得勘探開發(fā)突破的關(guān)鍵。前人對(duì)鄂爾多斯盆地長(zhǎng)8 段低豐度、低產(chǎn)含油致密儲(chǔ)層特征及其富集規(guī)律進(jìn)行了大量研究，通過持續(xù)開展分層系物源分析技術(shù)研究［11-12］，精細(xì)刻畫了砂體展布規(guī)律［13-14］，深化了地層格架和沉積演化規(guī)律研究進(jìn)展［15-16］，致密油勘探取得了一定的突破［17-19］。西峰地區(qū)長(zhǎng)8段儲(chǔ)層砂體總體為致密砂巖帶（滲透率小于1mD），致密油多富集于相對(duì)較高滲透率的河道主砂帶，且高產(chǎn)井多受控于優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層（滲透率大于1mD）［20-22］，但對(duì)于研究區(qū)長(zhǎng)8 段致密油儲(chǔ)層特征及其控制因素的分析還相對(duì)較少，制約了該區(qū)域的勘探進(jìn)程。

本研究綜合采用巖石薄片、掃描電鏡（Scanning Electron Microscope，SEM）及高壓壓汞（Highpressure Mercury Intrusion Porosimety，HMIP）等多種分析測(cè)試手段，對(duì)儲(chǔ)層特征進(jìn)行研究，并分析成巖作用對(duì)儲(chǔ)層特征的影響，為隴東地區(qū)西峰東部的致密油高效勘探開發(fā)提供參考。

1 地質(zhì)背景

鄂爾多斯盆地是我國(guó)內(nèi)陸第一大常規(guī)—非常規(guī)油氣、煤及地?zé)岬热茉吹某练e盆地，盆地內(nèi)能源資源豐富。西峰地區(qū)位于甘肅省慶陽(yáng)市，地處盆地西南部油氣富集區(qū)［23-24］，其位置如圖1 所示。研究區(qū)范圍南起寧159 井區(qū)，北至西27 井區(qū)，西從西15井區(qū)，東到西90井區(qū)，面積約550 km2。

圖1 研究區(qū)位置

研究區(qū)湖盆在晚三疊世歷經(jīng)長(zhǎng)9 期小型湖侵作用、長(zhǎng)8期三角洲進(jìn)積沉積作用、長(zhǎng)7期大型湖侵作用后，達(dá)到鼎盛。因此，長(zhǎng)8期是在長(zhǎng)9期小型湖侵背景上發(fā)育的建設(shè)性三角洲沉積，主要表現(xiàn)為長(zhǎng)8 前期（長(zhǎng)82）由于受小型湖侵影響而沉積規(guī)模小，后期（長(zhǎng)81）沉積規(guī)模則逐漸變大的特征［25-26］。

2 主要沉積相標(biāo)志

2.1 沉積相標(biāo)志

研究區(qū)長(zhǎng)8 儲(chǔ)層中三角洲前緣沉積特征明顯，常見有斜層理、平行層理及塊狀層理等。說明砂體沉積時(shí)期受到間歇性湖浪和河流雙向水動(dòng)力作用，在較快沉積速度下，易形成正粒序垂向序列。

2.2 沉積相及測(cè)井相特征

西峰東部長(zhǎng)8 致密砂巖主要沉積于三角洲前緣水下分流河道或分流間灣環(huán)境，研究區(qū)長(zhǎng)8 組沉積相類型見表1。水下分流河道發(fā)育的儲(chǔ)集砂體具有箱形和鐘形GR 或SP 曲線形態(tài)，分流間灣發(fā)育的儲(chǔ)集砂體則具有鋸齒狀GR 或SP 曲線形態(tài)。局部地區(qū)發(fā)育多期河道砂體疊置的河口壩儲(chǔ)集砂體，具有鐘形或（箱形＋鐘形）GR 或SP 曲線形態(tài)。

表1 研究區(qū)長(zhǎng)8組沉積相類型

3 儲(chǔ)層特征

3.1 儲(chǔ)層巖石學(xué)特征

西峰東部地區(qū)長(zhǎng)8 致密砂巖儲(chǔ)層主要發(fā)育長(zhǎng)石巖屑砂巖和巖屑長(zhǎng)石砂巖，含少量巖屑砂巖。西峰東部地區(qū)長(zhǎng)8 儲(chǔ)層砂巖成分分類如圖2 所示。優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層儲(chǔ)集砂體巖性以（中）細(xì)粒巖屑長(zhǎng)石砂巖為主，物性相對(duì)較好，分選好～中等；多見次棱狀顆粒、孔隙及壓嵌-孔隙膠結(jié)、線接觸，少見點(diǎn)-線接觸。

圖2 西峰東部地區(qū)長(zhǎng)8儲(chǔ)層砂巖成分分類三角

3.1.1 碎屑組分特征。西峰東部地區(qū)長(zhǎng)8 段儲(chǔ)層以細(xì)粒巖屑長(zhǎng)石砂巖、長(zhǎng)石巖屑砂巖為主。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，長(zhǎng)81層142 個(gè)樣品、長(zhǎng)82層120 個(gè)樣品可知，長(zhǎng)81、長(zhǎng)82石英含量分別為31.4%、30.6%；長(zhǎng)81、長(zhǎng)82長(zhǎng)石含量分別為32.5%、31.7%；長(zhǎng)81巖屑和云母含量分別為24.6%、3.6%，長(zhǎng)82巖屑和云母含量分別為23.9%、5.3%。

3.1.2 填隙物特征。西峰東部地區(qū)長(zhǎng)8 儲(chǔ)集砂體填隙物以綠泥石、水云母、（鐵）方解石和硅質(zhì)為主。其中，鐵方解石含量、水云母含量及綠泥石含量由長(zhǎng)82至長(zhǎng)81遞減，大班方解石含量遞增明顯，硅質(zhì)含量、長(zhǎng)石含量及高嶺石含量由下向上略微增加。

3.2 孔隙特征

3.2.1 孔隙類型。西峰東部地區(qū)長(zhǎng)8 段儲(chǔ)層各小層孔隙類型組成變化較大，多見殘余粒間孔、粒間溶孔、長(zhǎng)石溶孔和晶間孔等。長(zhǎng)81可見少量微裂隙。晶間孔、巖屑溶孔及長(zhǎng)石溶孔由長(zhǎng)82至長(zhǎng)81自下而上逐漸增多。

3.2.2 孔隙結(jié)構(gòu)特征。西峰東部地區(qū)長(zhǎng)8 段儲(chǔ)層孔喉結(jié)構(gòu)型整體為細(xì)-微孔細(xì)喉道型或微孔細(xì)喉道型，儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)，中值半徑較小。塊狀砂巖的門檻壓力和中值壓力均較低，而含泥質(zhì)紋理砂巖的門檻壓力和中值壓力則均較高。塊狀砂巖平均排驅(qū)壓力為1.098 MPa，而含泥質(zhì)紋理砂巖的平均排驅(qū)壓力為5.741 MPa。

3.3 物性特征

據(jù)研究區(qū)鉆井巖心的常規(guī)物性資料統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，長(zhǎng)8 段孔隙度為0.5%～20.8%（平均9.7%），滲透率為0.03×10-3～18.2×10-3μm2（平均1.40×10-3μm2），主值區(qū)間為0.2×10-3～0.5×10-3μm2。長(zhǎng)8段砂巖表現(xiàn)超低孔-低滲型儲(chǔ)層特征［27-28］，局部發(fā)育呈現(xiàn)相對(duì)高孔、高滲區(qū)，長(zhǎng)82儲(chǔ)集砂巖物性（平均孔隙度、平均滲透率分別為11.6%和1.64 mD）略高于長(zhǎng)81（平均孔隙度、平均滲透率分別為8.5%和1.26 mD），研究區(qū)儲(chǔ)層物性統(tǒng)計(jì)見表2。

表2 研究區(qū)儲(chǔ)層物性統(tǒng)計(jì)

長(zhǎng)石砂巖物性好，多見殘余粒間孔和次生長(zhǎng)石溶孔，見有中-細(xì)粒細(xì)礫巖，孔隙度、滲透率較大（平均孔隙度、平均滲透率分別為14.86%和3.24 mD）明顯優(yōu)于巖屑長(zhǎng)石砂巖（10.34%和1.97mD）和巖屑砂巖物性（4.94%和0.42mD）。

塊狀砂巖孔隙度為10%～15%（ 平均13.14%），滲透率為6～10 mD（平均8.74 mD），而含泥質(zhì)紋理砂巖孔隙度、滲透率多低于7%（平均5.38%）和4 mD（平均1.94 mD）。塊狀構(gòu)造砂體的物性明顯好于非均質(zhì)砂體，塊狀層理是油氣富集的沉積構(gòu)造［29-30］。

4 成巖作用

巖石薄片、SEM 等顯微觀測(cè)是判斷方法成巖作用類型的有效技術(shù)手段之一［31］。通過顯微觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)西峰東部長(zhǎng)8 致密儲(chǔ)集砂巖主要發(fā)育呈現(xiàn)強(qiáng)壓實(shí)作用、強(qiáng)膠結(jié)作用（圖3a、3b）、強(qiáng)溶蝕作用（圖3c）、弱交代作用以及烴類充注等特征。

圖3 西峰東部地區(qū)成巖作用特征

4.1 壓實(shí)作用

壓實(shí)作用是導(dǎo)致砂巖致密化的主要成巖作用之一，并且其過程是不可逆的［32-33］。西峰東部地區(qū)長(zhǎng)8 儲(chǔ)層埋深為1 800～2 300 m，尚未達(dá)到深埋藏的標(biāo)準(zhǔn)（3 500 m）。巖心薄片觀察多見顆粒定向排列、塑性顆粒（如云母）變形，線接觸發(fā)育，可見少量點(diǎn)-線接觸及凹凸接觸表現(xiàn)為強(qiáng)壓實(shí)作用特征。

4.2 膠結(jié)作用

膠結(jié)作用也是導(dǎo)致砂巖致密化的重要成巖作用之一［32-33］。研究區(qū)西峰東部主要發(fā)生方解石膠結(jié)、石英膠結(jié)（圖3a）以及自生黏土礦物膠結(jié)（圖3b、3c）等。

4.2.1 （鐵）方解石膠結(jié)。（鐵）方解石膠結(jié)作用在整個(gè)成巖階段都會(huì)發(fā)生［33-35］，其會(huì)導(dǎo)致原生孔隙被充填，破壞儲(chǔ)層物性。但大量（鐵）方解石的沉淀會(huì)支撐巖石骨架，從而降低壓實(shí)作用的影響，并為溶蝕作用提供有利條件［36］。

4.2.2 石英膠結(jié)。石英膠結(jié)主要是來自剛性石英壓溶產(chǎn)物、黏土礦物轉(zhuǎn)化產(chǎn)物或長(zhǎng)石溶蝕產(chǎn)物［33-35］。西峰東部地區(qū)長(zhǎng)8致密砂巖可見與碎屑石英呈共軸生長(zhǎng)的次生加大、粒間微粒等石英膠結(jié)類型。

4.2.3 黏土礦物膠結(jié)。西峰東部地區(qū)長(zhǎng)8 致密儲(chǔ)層中多見高嶺石、綠泥石及伊利石等黏土礦物膠結(jié)。鉀長(zhǎng)石溶解會(huì)導(dǎo)致石英次生加大或自生石英晶體（圖3a）等石英膠結(jié)類型外，還會(huì)產(chǎn)生高嶺石沉淀充填孔隙。伊利石多呈搭橋狀、絲縷狀（圖3b）充填粒間孔，其會(huì)堵塞喉道，降低孔喉連通性和滲透率。富Fe、Mg 的強(qiáng)水動(dòng)力環(huán)境是綠泥石沉淀的有利條件［35］，多種水介質(zhì)條件使得綠泥石極易被吸附在顆粒表面，從而形成綠泥石環(huán)邊保護(hù)膜，有利于殘余粒間孔隙的保存。

4.3 溶蝕作用

酸∕堿性流體使碎屑顆粒（長(zhǎng)石、巖屑、石英等）發(fā)生溶蝕作用，形成次生溶蝕孔隙，從而擴(kuò)大儲(chǔ)集空間，形成優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層（滲透率大于1mD）。長(zhǎng)石溶孔、巖屑溶孔等次生孔隙發(fā)育帶是優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的有利發(fā)育帶。巖心薄片觀察多見長(zhǎng)石溶孔發(fā)育（圖3c），表現(xiàn)為強(qiáng)溶蝕作用特征。

4.4 其他成巖作用

西峰東部地區(qū)長(zhǎng)8 致密儲(chǔ)集砂巖中還可以觀察到交代作用及烴類充注作用現(xiàn)象。鏡下可見（鐵）方解石交代石英形成的懸浮砂狀結(jié)構(gòu)［31］以及黑色殘留烴類物質(zhì)充填或襯墊孔隙。

5 結(jié)論

①西峰東部地區(qū)長(zhǎng)8 致密儲(chǔ)層中優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層發(fā)育（中）細(xì)粒長(zhǎng)石巖屑（巖屑長(zhǎng)石）砂巖（長(zhǎng)石含量＞35%），多見次棱狀顆粒，經(jīng)過分選，多見壓嵌-孔隙或孔隙膠結(jié)、線接觸。粒間孔和長(zhǎng)石溶孔是主要孔隙類型，多見細(xì)-微孔細(xì)喉道或微孔細(xì)喉道孔隙結(jié)構(gòu)。

②水下分流河道發(fā)育的塊狀長(zhǎng)石巖屑砂巖及巖屑長(zhǎng)石砂巖是主要的儲(chǔ)集巖體，強(qiáng)溶蝕作用形成長(zhǎng)石溶蝕孔以及綠泥石膠結(jié)保護(hù)的殘余粒間孔是致密油的主要富集空間。（鐵）方解石膠結(jié)作用和交代作用可以降低壓實(shí)作用影響或支撐巖石骨架，從而保護(hù)原生孔隙或提供有利于溶蝕作用發(fā)生的條件。

③儲(chǔ)集砂巖致密化的主要原因是強(qiáng)壓實(shí)作用和方解石膠結(jié)作用，石英膠結(jié)、高嶺石膠結(jié)、伊利石膠結(jié)及殘留烴充填也對(duì)儲(chǔ)層致密化有一定的促進(jìn)作用。