鄂尔多斯盆地高桥——杏河地区盒8段储层特征<br/>

鄂尔多斯盆地高桥——杏河地区盒8段储层特征

2012-08-01吴昌荣李朝曾张剑峰嵇业成王安发李西军黄航娟

成都理工大学学报（自然科学版） 2012年5期

吴昌荣李朝曾张剑峰嵇业成王安发李西军黄航娟

（1.油气藏地质及开发工程国家重点实验室（成都理工大学），成都610059；2.长庆油田分公司长南气田开发项目部，西安710018）

高桥－杏河地区位于陕西省安塞县、志丹县，北起镰刀湾，西到薛岔旦八镇，东界和南界为矿权线。油气勘探面积近6000km2。近几年来上古生界二叠系石盒子组致密砂岩层的天然气勘探获得突破，通过持续的勘探工作，研究区已形成重要的储量接替区。据统计，目前致密砂岩气已占中国天然气总探明地质储量的40%，约占全国天然气可采储量的1／3，总年产量的1／5左右，并将继续成为储量和产量增长的亮点［1－3］。盒8段的致密砂岩气藏是研究区最具现实勘探开发意义的非常规天然气领域。目前研究区尚处于开发早期阶段，其主力产层盒8段的储层特征亟待得到系统认识。本文基于区域地质背景，主要根据钻井资料，分析常规岩石薄片、铸体薄片、扫描电镜、孔渗分析、压汞实验结果，对高桥－杏河地区盒8段开展储层地质特征研究，为研究区确定勘探策略及编制开发方案提供科学依据，对其他类似地区的储层特征研究也具有一定借鉴意义［4－6］。

1 地质背景

鄂尔多斯盆地是中国大陆第二大盆地，它是在前寒武纪结晶基底基础上发育起来的沉积盆地，属于稳定的克拉通内盆地，其中的沉积岩层厚度、范围大，且分布稳定。该盆地也是一个“聚宝盆”，集油气、煤和铀等多种能源矿产于一盆，其中蕴藏着丰富的油气资源，古生界中主要富集天然气，中生界中主要分布石油［7］。

鄂尔多斯盆地沉积盖层的发育大体可分为浅海台地（早古生代）、滨海平原（晚古生代）、内陆拗陷（中生代）、周边断陷（新生代）4个阶段。在各个沉积阶段形成了不同的沉积特征、沉积环境和沉积体系。在晚古生代中二叠世石盒子期，兴蒙海槽西段褶皱关闭，受其挤压应力的影响，北部的阿拉善、阴山古隆起进一步抬升，盆地内地形随之变陡，来自北部剥蚀区的大量粗碎屑物质由河流向南搬运，造成冲积平原相区迅速向南扩大，迫使湖水不断向南退去；同时，三角洲体系快速向湖推进，致使三角洲平原相带向南迁移，平原相区缩小，前缘相区增大。区域沉积总体继承性较强［7－9］。

高桥－杏河地区构造位置为鄂尔多斯盆地伊陕斜坡靖边古潜台南部。在盆地内7个一级构造单元中，该区东部属于陕北古拗陷，西部属于中央古隆起，中部的陕北古拗陷和中央古隆起也被称为伊陕斜坡或陕北斜坡（图1）。研究区内不发育断层，地势比较平坦，是平均坡度＜1°的西倾大单斜［8］。

图1 鄂尔多斯盆地构造分区及研究区位置Fig.1 The tectonic division of Ordos Basin and the position of the study area

研究区钻井钻遇的地层自上而下依次为：第四系；侏罗系安定组、直罗组、延安组；三叠系延长组、纸坊组、和尚沟组、刘家沟组；二叠系石千峰组、石盒子组、山西组、太原组；石炭系本溪组；奥陶系马家沟组。其中上古生界简况见表1。古生界奥陶系马家沟组、石炭系太原组、二叠系山西组和石盒子组为该区重要的含气层，其中下石盒子组的第8段是主力产层之一。

研究区内石盒子组属于河流－三角洲相沉积，储层物性较好，砂岩储层主要沿古河道走向分布。其中盒8段发育辫状河三角洲平原－辫状河三角洲前缘亚相沉积［10，11］。

2 储层岩石学特征

通过岩心观察及取样磨制岩石薄片鉴定，盒8段的储层主要为砂岩。在成分上，盒8段碎屑成分均以石英占明显优势，其次为岩屑，以变质岩碎屑为主，次为喷出岩碎屑，沉积岩碎屑较少见，稀见长石；胶结物以硅质为主，多以石英次生加大形式出现，次为碳酸盐，多为方解石，呈斑点斑块状分布；填隙物除黏土杂基外，也较常见自生黏土矿物高岭石和伊利水云母，偶见个别杂基含量较高（表2）。盒8段储层的岩石类型主要为石英砂岩、纯石英砂岩（石英的质量分数＞95%的砂岩）、岩屑石英砂岩，其次为岩屑砂岩（表3，图2）［12］。岩石结构上，盒8段以中、粗粒结构为主，样品中的中砂岩占到近半数，粗砂岩次之，细砂岩最少。盒8段分选中等，部分分选中偏差，局部含砾及泥砾；磨圆度以次棱角状－次圆状为主，少部分为圆状，少许为棱角状。

表1 鄂尔多斯盆地高桥杏河地区上古生界地层表Table 1 The stratigraphic chart of Upper Paleozoic in the Gaoqiao－Xinghe area of Ordos Basin

3 储层孔隙类型

研究区盒8段储层为碎屑岩储层，根据常规薄片、铸体薄片鉴定，并结合扫描电镜分析，认为盒8段现存的孔隙类型包括剩余原生粒间孔、粒缘溶孔、粒内溶孔、填隙物晶间孔及晶间溶孔等。

表2 高桥杏河地区二叠系盒8段储层薄片鉴定岩石成分（面积分数／%）Table 2 Rock composition by thin section determination of Member 8of the Permian Shihezi Formation reservoir in the Gaoqiao－Xinghe area

表3 高桥杏河地区二叠系盒8段储层薄片鉴定岩石类型Table 3 Rock types by thin section determination of Member 8of Permian Shihezi Formation reservoir in the Gaoqiao－Xinghe area

3.1 剩余原生粒间孔

经压实压溶和胶结作用等成岩作用改造后，典型的剩余粒间孔一般呈棱角状，可为不规则的三角形、四角形等（图2－A，B）。

3.2 粒缘溶孔及粒间溶孔

粒缘溶孔主要表现为围限剩余原生粒间孔的颗粒边缘，呈港湾状、凹凸状或锯齿状，由颗粒边缘发生溶蚀所致（图2－C）。

3.3 粒内溶孔及铸模孔

粒内溶孔总体欠发育，主要见于部分岩屑内（图2－D）。石英组分的粒内溶孔一般连通性差（图2－E，F），贡献甚微；长石颗粒的粒内溶孔较为发育（图2－G），但研究区盒8段储层中少见长石，载体稀缺。铸模孔在研究区盒8段储层中也极少出现。

3.4 填隙自生矿物晶间孔及晶间溶孔

研究区盒8段储层孔隙内的填隙自生矿物，除胶结物外，主要为高岭石和伊利水云母。在其充填而未填塞死的原孔隙（主要为剩余粒间孔和粒缘溶孔）内，现今表现为自生矿物晶间孔（图2－H）；局部有少许自生矿物溶解就表现为晶间溶孔（图2－I，J）。

3.5 构造裂缝

在研究区盒8段储层中，无论是岩心观察还是岩石薄片镜下观察，所见的裂缝都较少（图2－K，L），但构造裂缝这种孔隙类型无疑是存在的。虽然微裂缝在储层孔隙中总量极少，但是未充填或半充填的微裂缝在储层中可起到连通孔隙的重要作用。

在上述孔隙类型中，最重要也是最主要的是剩余原生粒间孔，其次是粒缘溶孔和粒内溶孔，再次是自生矿物晶间孔；其他类型孔隙因数量很少而对储层的贡献很有限。

4 储层物性特征

4.1 盒8段储层常规物性

图2 高桥杏河地区二叠系盒8段的储层孔隙类型Fig.2 Reservoir pore types of Member 8of Permian Shihezi Formation in Gaoqiao－Xinghe area

所谓储层常规物性主要指孔隙度和渗透率。将研究区盒8段13口井的566个孔隙度、559个渗透率分析资料进行统计，其孔、渗分布如图3、图4所示。总体上盒8段孔隙度值域为0.64%～15.90%，相差2个数量级，平均值仅为6%左右；渗透率值域为0.0018×10－3～32.9165×10－3μm2，相差4个数量级，平均值不到0.3×10－3μm2，即大多数样品的渗透率低于鄂尔多斯盆地上古生界天然气藏“相对高渗储层”渗透率下限值0.5×10－3μm2，这预示研究区的天然气富集与高产受到很大制约［13］。

图3 盒8段储层孔隙度分布频率直方图Fig.3 Frequency histogram of porosity distribution of Member 8of the Shihezi Formation reservoir

图4 盒8段储层渗透率分布频率直方图Fig.4 Frequency histogram of permeability distribution of Member 8of the Shihezi Formation reservoir

在上述统计数据中，盒8上、下亚段的各自物性如表4所示，总体上盒8段储集物性上亚段略优于下亚段。两个亚段的孔、渗分布如图5、图6所示。

图5 盒8上、下亚段储层孔隙度分布频率直方图Fig.5 Frequency histogram of porosity distribution of the upper and lower subsegments of Member 8of the Shihezi Formation reservoir

图6 盒8上、下亚段储层渗透率分布频率直方图Fig.6 Frequency histogram of permeability distribution of the upper and lower subsegments of Member 8of the Shihezi Formation reservoir

用盒8段物性分析中孔渗配套的533个样品的孔、渗数据制作散点图（图7）。结果显示，盒8段储层孔、渗有一定相关性，是较为复杂的乘幂关系，其关系式为 K＝0.0038φ1.8043，相关系数0.7977。这很可能与成岩作用有关。

盒8段储层孔隙度φ＜5%的“差”储层占45.40%，在5%～10%的“较差”储层占43.29%，在10%～15%的“中等”储层占10.95%，＞15%的“较好”储层，仅占0.35%。渗透率评价更差，K＜1×10－3μm2的“不渗透”层或致密储层占比高达95.88%，在1×10－3～10×10－3μm2的“差”储层或低渗透储层占3.94%，属于渗透性“较差”的常规储层仅占0.18%，可以忽略不计［14］。因此，高桥－杏河地区盒8段储层总体上属于低孔低渗甚至超低孔超低渗储层［15］。在低孔低渗－超低孔超低渗的大背景下，研究区仍有物性（因渗透率受裂缝影响较大，着重考虑孔隙度参数）相对较好的井区及层段（图5、图6）。

图7 盒8段储层孔、渗分布散点图Fig.7 Scatter plot of the porosity and permeability distribution of Member 8of the Shihezi Formation reservoir

表4 盒8段上、下亚段储层物性统计Table 4 Physical properties of the upper and lower subsegments of Member 8of the Shihezi Formation reservoir

4.2 盒8段储层孔隙结构

4.2.1 压汞实验反映的储层孔隙结构

研究区盒8段7口井7个代表性样品的压汞实验结果反映了储层孔隙结构（表5）。表中对孔隙结构好、中、差的评价，只是一个相对优劣的概念。按照毛管压力参数的分类评价［16］，主要考虑排驱压力和中值压力，表5中“较好”的样品有1个，“中等”的样品有1个，“中－差”的样品有4个，“差”的样品有1个。其代表性毛管压力曲线及孔喉分布如图8、图9所示。储层孔隙结构相对较好，孔喉组合为中孔中喉，粗歪度，孔喉半径较大，孔喉分选较好，孔喉大小分布相对集中和均匀，孔喉连通比例高，则储层孔隙度较大，渗透率明显更大。

4.2.2 铸体薄片显示的储层孔隙结构

来自研究区4口井10个盒8段铸体薄片的图像分析资料（大多是下亚段）从喉道数、面孔率、平均孔隙直径、喉道直径、平均配位数等方面显示了储层孔隙结构（表6）。代表性的孔隙大小及二维切面的喉道分布如图10、图11、图12所示。

表5 盒8段储层孔隙结构参数Table 5 Parameters of pore structure of Member 8of the Shihezi Formation reservoir

图8 S298井盒8段孔隙结构较好的毛管压力曲线及孔喉分布Fig.8 Capillary pressure curve and the distribution of pores and throats with better pore structure of Member 8of the Shihezi Formation reservoir

图9 S293井盒8段孔隙结构较差的毛管压力曲线及孔喉分布Fig.9 Capillary pressure curve and the distribution of pores and throats with poor pore structure of Member 8of the Shihezi Formation reservoir

表6 盒8段储层铸体薄片图像分析孔隙结构参数汇总表Table 6 Parameters of pore structure by casting thin section's image analysis of Member 8of the Shihezi Formation reservoir

图10 盒8段铸体薄片图像分析孔隙结构Fig.10 Pore structure by casting thin section's image analysis of Member 8of the Shihezi Formation reservoir

表6中10个铸体薄片中有6个未见喉道，实际岩石样品中不可能没有喉道。这一方面反映切面二维空间的局限性，另一方面说明储层以＜1 μm喉道占绝对优势，稍宽的喉道太少，随机的一个切面切到的几率太小。相对而言，图11所代表的储层明显优于图12所代表的储层，甚至优于图10所代表的储层。

综上所述，盒8段储层孔隙结构与常规物性反映的地质规律是完全一致的，孔隙结构上也反映了盒8段低孔低渗－超低孔超低渗储层物性特征。

图11 盒8段铸体薄片图像分析孔隙结构Fig.11 Pore structure by casting thin section's image analysis of Member 8of the Shihezi Formation reservoir

图12 盒8段铸体薄片图像分析孔隙结构Fig.12 Pore structure by casting thin section's image analysis of Member 8of the Shihezi Formation reservoir

5 主控因素讨论

高桥－杏河地区盒8段储层物性较差，属于低孔低渗甚至超低孔超低渗砂岩储层，其形成主要受到沉积作用、成岩作用以及构造作用的控制［17，18］。

5.1 沉积作用对储层特征的控制

物源、气候、搬运、沉积、再搬运、再沉积等地质过程对储层特征起到根本的控制作用。物源区母岩以变质岩和花岗岩为主就可为原始孔隙保持创造条件。搬运过程决定多期河道叠加充填模式，控制沉积物的粒度、分选、磨圆、泥质含量等，影响储层物性。沉积相对储层特征影响最直接。一方面，沉积相控制储层的横向展布和纵向叠置。盒8段储层主要为砂岩，其横向展布主要受到陆相辫状河三角洲平原和三角洲前缘河道砂体分布的控制，纵向叠置主要受到古河道迁移的控制。另一方面，沉积相既与原生孔隙的发育关系密切，又是次生孔隙发育的先导条件。通常最主要最常见的次生孔隙多为溶蚀孔隙，碎屑岩储层中次生溶蚀孔隙以粒内溶孔居多，而粒内溶孔更多见于长石颗粒；岩石薄片中偶见个别长石，粒内溶孔发育也明显优于其他碎屑颗粒。研究区盒8段储层中次生粒内溶孔欠发育，与沉积产物中缺少长石成分不无关系，即该套储层中缺乏次生孔隙发育的物质基础。总之，沉积作用是储层特征的物质基础。

5.2 成岩作用对储层特征的控制

研究区盒8段碎屑岩储层中，杂基含量不高，有利于原生粒间孔的发育；但原生粒间孔遭受成岩改造强烈，原生粒间孔消减较为明显。首先是压实压溶，导致原生粒间孔逐步缩减；再则其胶结作用发生较晚，为压实压溶的强化创造了条件；同时，盒8段的砂岩以硅质胶结为主，而硅质主要来自石英颗粒间的压溶产物，其孔隙式胶结导致原生粒间孔缩减叠加。由压实压溶作用主导的原生粒间孔隙缩减的双重效应，是造成盒8段碎屑岩储层低孔低渗的主要原因。值得特别注意的是，不同岩性的致密化机理可能有较大差异，石英砂岩主要是硅质胶结作用使其致密化，而岩屑砂岩主要是压实作用使其致密化［19，20］。加之建设性的溶蚀改造欠发育，相反在成岩晚期自生矿物高岭石和水云母对先期孔隙的充填改造，使孔隙进一步消减，以致储层低孔低渗的性质进一步强化。由此可见，盒8段虽然具备原生粒间孔发育的有利条件，但经过前述建设性不足而破坏性过剩的致密化成岩作用改造，形成现今低孔低渗甚至超低孔超低渗储层。总之，成岩作用是储层特征的改造条件。

5.3 构造作用对储层特征的控制

由于研究区的构造平缓，构造作用对储层特征的影响不甚明显。但在岩心观察和薄片镜下鉴定中发现的少量（微）裂缝，也显示了后期构造作用对储层改造作用的存在。鄂尔多斯盆地中新生代印支期、燕山期、喜马拉雅期先后发生数次构造活动，并且主应力场方向有所变化，这就可能形成多期构造（微）裂缝［21］。这些半充填或未充填的（微）裂缝本身既可形成一种储集空间，又极大地改善储集岩的渗透性；另外，早期形成的（微）裂缝对于成岩作用的发生也有促进作用。所以构造作用对于改善研究区盒8段这种低孔低渗甚至超低孔超低渗储层的物性以及烃类运移具有重要意义。总之，构造作用是储层特征的演化动力。

6 结论

a.高桥－杏河地区盒8段储层的岩石类型主要为中、粗粒石英砂岩、纯石英砂岩、岩屑石英砂岩，其次为岩屑砂岩。岩石的成分成熟度高，结构成熟度中等。

b.高桥－杏河地区盒8段储层的孔隙类型主要是剩余原生粒间孔，其次是粒缘溶孔和粒内溶孔，再次是自生矿物晶间孔；其他类型孔隙因数量很少对储层的贡献有限。

c.高桥－杏河地区盒8段上亚段储层物性略优于下亚段。盒8段储层在常规物性及孔隙结构上表现为低孔低渗－超低孔超低渗特征。在此大背景下，存在储集物性相对较好的井区和储层段。

d.高桥－杏河地区盒8段储层特征的主控因素包括沉积作用、成岩作用、构造作用。沉积作用是储层特征的物质基础，成岩作用是储层特征的改造条件，构造作用是储层特征的演化动力。盒8段储层的展布主要受到陆相辫状河三角洲平原和三角洲前缘河道砂体分布和古河道迁移的控制。盒8段储层经历了建设性不足而破坏性过剩的致密化成岩作用改造。构造作用形成的少量（微）裂缝对改善盒8段这种低孔低渗甚至超低孔超低渗储层的物性以及烃类运移具有重要意义。

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