基于岩石物理相的储集层孔隙结构分类评价——以鄂尔多斯盆地姬塬地区长8油层组为例

赖锦，王贵文,2，陈敏，王书南，柴毓，蔡超，张永辰，李鉴伦

（1. 中国石油大学（北京）地球科学学院；2. 中国石油大学（北京）油气资源与探测国家重点实验室）

1 研究思路

岩石物理相是具有一定岩石物理性质及渗流特征的储集层成因单元，是沉积作用、成岩作用、构造作用和后期流体改造作用的综合反映，在微观上表现为储集层孔隙结构特征[1-5]。岩石物理相充分考虑了影响储集层物性和孔隙结构非均质性的裂缝相、沉积相和成岩相 3大主控因素，强调从储集层形成机制的角度认识储集层、评价储集层对油气的控制作用[1,6]，因此通过储集层岩石物理相研究可探讨储集体内孔隙空间的形成及其演化过程，基于岩石物理相分类可较好地实现储集层孔隙结构特征的分类评价，并可利用岩石物理相地质“相”的内涵预测有利孔渗发育带，为储集层的区域评价和预测提供依据。

研究区姬塬地区位于鄂尔多斯盆地中偏西部地区（见图1），面积约9 500 km2。区内地层平缓，倾角仅0.5°左右，构造简单，总体为一西倾的平缓大单斜[7]。姬塬地区延长组为一套内陆坳陷型敞流湖泊三角洲相沉积[8]，根据岩性、沉积旋回可将其自上而下分为长1到长10共10个油层组，其中长10—长7沉积期为湖进期，长7沉积期为湖盆鼎盛期，长6—长2沉积期为湖退期，长1沉积期为准平原化期[9-10]。目的层长8油层组沉积主体为浅水三角洲体系，分流河道发育[8]。相对较浅的水体、稳定的构造背景、平缓的坡度及充足的物源形成了长 8油层组纵向上相互叠置、平面上连片分布的大套砂体，为储集体系大规模发育创造了有利条件，也促进了研究区长 8油层组大规模连续型岩性地层油气藏的形成[11]。由于该类储集层受沉积环境及成岩作用、构造等因素影响较大，储集层总体表现出低孔低渗、油层薄和非均质性强的特点，属典型的特低渗透非均质岩性地层油藏，且储集层微观孔隙类型多样，结构复杂，储集性能相差悬殊[9]。因此，加强对研究区长8油层组孔隙结构的研究，对其进行分类评价，才能更有效地反映储集层储集性能和流体的渗流特征，充分挖掘其油气产能并更好地进行储集体预测。

图1 研究区构造位置示意图

本文在前人研究成果基础上，充分利用岩心、薄片和钻井、测井资料，对影响研究区长 8油层组有利储集层分布的沉积相、成岩相和裂缝相特征进行研究，并据此对长 8油层组储集层岩石物理相进行分类与定名，通过预测有利岩石物理相带的分布实现对研究区长8油层组有利孔渗发育带的预测。

2 长8油层组岩石物理相分类

从“相控”角度出发，岩石物理相主要受控于沉积相、成岩相和裂缝相[12]，其分类与定名应采用 3类相叠合的原则，即沉积相+成岩相+裂缝相[8,12-13]。笔者对研究区长 8油层组储集层的沉积（微）相特征、成岩相和裂缝相特征分别进行了研究，通过 3者的叠加与复合实现对长8油层组储集层岩石物理相的分类。

2.1 长8沉积相特征

前已述及，姬塬地区长 8油层组沉积期，其周边地形十分平缓，倾角很小，大的构造背景处于基底整体一致下降的拗陷时期，沉积环境主要为浅水三角洲前缘，水下分流河道砂体发育，延伸较远，局部发育河口坝及水下分流间湾等微相[9-11]。

处于相对高能环境下的三角洲前缘水下分流河道，由于水动力较强，碎屑颗粒的分选性和磨圆度较好，粒度较粗，黏土矿物含量低，原始粒间孔发育，易形成较好的储集空间，岩性组合以灰白色、灰褐色中砂岩为主，测井曲线常呈钟形及（齿化）箱形。

水下分流河道向前延伸时能量减弱，大量河水携带物快速堆积下来，在河口处形成河口坝，由分选好、质纯的细砂和粉砂组成，其测井曲线呈漏斗形，上部多为水下分流河道沉积。

水下分流间湾形成于水动力能量较弱的湖湾地区，岩性为泥岩、泥质粉砂岩，储集物性较差，不能形成有效储集层，常以隔夹层的形式出现于水下分流河道及河口坝砂体中，自然伽马测井曲线呈高幅齿状。

2.2 长8成岩相特征

成岩相通常包含两方面内容，即成岩环境及在该环境下的成岩产物，反映沉积岩目前的面貌[14]。研究区长 8油层组储集层在埋藏成岩演化过程中经历了多种成岩作用。镜下可观察到的成岩现象为：沉积物颗粒间以线接触为主（见图2a），说明经历了较强压实作用；石英自生加大普遍；主要储集空间以长石、岩屑次生溶孔为主（见图2b、2c）；蒙脱石已基本消失，伊/蒙混层矿物普遍发育，混层比多小于 10%，为有序混层带（见图2d）。由于姬塬地区长8油层组为一套煤系，早期地层水呈酸性，缺乏早期的方解石等胶结物[15]，成岩中后期出现铁方解石、铁白云石等钙质胶结物（见图 2d），部分薄片还可见环边状的绿泥石薄膜（见图2e），绿泥石的形成会增加岩石的机械强度并在一定程度上抑制晚期石英的胶结作用，因而对储集层物性起保护作用[16-17]。

图2 姬塬地区长8油层组镜下成岩及成岩相特征

对部分代表井长 8油层组泥岩样品的镜质体反射率（Ro）进行测定，结果表明Ro值为0.5%～1.3%，处于中成岩阶段A期。由此可以判断研究区长8储集层砂岩经历了早成岩阶段 A、B期，现今主要处于中成岩阶段A期，部分层段已进入中成岩阶段B期。典型的成岩演化序列为：机械压实→绿泥石黏土膜胶结→石英自生加大→长石、岩屑溶蚀→高岭石沉淀→石油充注→晚期碳酸盐胶结（铁方解石、铁白云石等）→裂缝发育。

在上述对长8油层组储集层成岩作用、成岩矿物、成岩阶段和成岩演化序列等特征认识的基础上，结合前人研究成果，主要根据成岩作用类型和强度、成岩矿物及其对储集层物性的影响，将长 8油层组储集层划分为 5种成岩相：绿泥石衬边弱溶蚀成岩相（见图2e）、不稳定组分溶蚀成岩相（见图2f）2种建设性成岩相；压实致密成岩相（见图2g）、高岭石充填成岩相（见图 2h）和碳酸盐胶结成岩相（见图2i）3种破坏性成岩相，各成岩相均具有不同的成岩作用组合及储集层孔隙发育特征[15,17]。

在成岩相划分的基础上，结合岩心薄片及测井资料，归纳总结了 5种不同成岩相在测井曲线上的响应特征。对成岩相敏感度较高的常规测井曲线包括声波时差、自然伽马、密度、补偿中子测井、补偿中子孔隙度与密度孔隙度差等。本文主要参照石玉江等对不同成岩相测井响应特征的归纳[17]，对 5种成岩相的测井响应特征进行归纳（见表1）。

表1 姬塬地区长8油层组储集层成岩相测井响应特征

2.3 长8裂缝相特征

本文在考虑构造作用对岩石物理相的控制作用时主要从裂缝相角度分析，利用裂缝角度和裂缝密度等对长 8油层组储集层进行裂缝相分类。对于裂缝发育的层段，一般根据裂缝发育的级别从低到高可分为近水平缝、低角度斜交缝、高角度斜交缝和网状缝，裂缝相的发育可以显著改善砂岩储集层的孔渗性（尤其是渗流性能）。但研究区处于构造活动相对稳定区（平缓大斜坡），长8油层组储集层中不发育大型褶皱和断裂，而且长 8油层组岩石中塑性碎屑颗粒含量较高，因此砂岩中破裂作用不普遍[2]，裂缝发育规模较小。岩心观察和成像测井图像表明，长8油层组储集层只有局部层段发育高角度缝，裂缝密度一般仅为1～2条/m。裂缝相的识别与划分主要依据成像测井资料。

2.4 长8油层组岩石物理相分类命名

上述研究表明，长 8油层组储集层沉积微相类型主要有水下分流河道、河口坝和水下分流间湾3种；成岩相类型有绿泥石衬边弱溶蚀相、不稳定组分溶蚀相、压实致密相、高岭石充填相和碳酸盐胶结成岩相5种；裂缝发育规模小，局部层段发育高角度斜交缝。由于姬塬地区长 8油层组储集层在构造上属于平缓的单斜背景，裂缝基本不发育，沉积微相也相对单一，主体沉积以浅水三角洲前缘水下分流河道为主，所以本文划分长 8油层组储集层岩石物理相时主要侧重成岩相的划分，也结合裂缝相和区域沉积微相进行综合分析。

以耿 166井为例，根据测井、录井资料，结合研究区地质背景（见图3），对长8段储集层沉积微相进行划分；根据表 1中的成岩相划分标准，利用测井曲线组合实现该井纵向上成岩相的划分；利用FMI成像测井资料统计储集层裂缝发育层段和裂缝发育级别，确定各层段裂缝相特征。在单井纵向沉积微相、成岩相和裂缝相划分的基础上，通过 3者的叠合实现岩石物理相的分类命名。由上述可知，姬塬地区长 8油层组储集层理论上可划分出岩石物理相类型 30种（3×5×2），但其中包括一些不合理或不存在的组合，如水下分流间湾-绿泥石衬边弱溶蚀-高角度缝，这是由于水下分流间湾微相岩性以泥岩为主，一般以发育压实致密成岩相为主，不可能出现绿泥石衬边弱溶蚀或者不稳定组分溶蚀成岩相等建设性成岩相，一般也不发育裂缝。

划分结果表明，耿166井长8油层组储集层发育的岩石物理相类型有：水下分流河道-不稳定组分溶蚀-高角度斜交缝相（2 796～2 797 m）、水下分流河道-压实致密-无裂缝发育相（2 823～2 825 m）和水下分流河道-绿泥石环边胶结-无裂缝发育相（2 790～2 793 m）等（见图3）。

3 基于岩石物理相分类的储集层孔隙结构分类评价

考虑到按照“相控”方法进行岩石物理相分类之后命名方案的复杂性，笔者认为可按照有利和不利的沉积微相、建设性和破坏性的成岩相、裂缝发育与否对叠加后的岩石物理相进行分类归纳总结。

3.1 储集层孔隙结构分类及定量表征参数

储集层岩石物理相研究的目的在于对油气储集层质量进行分类评价，预测高产、低产区[18]。孔隙结构是储集层分类评价的基础，低渗透储集层微观结构复杂，不同孔隙结构的储集层宏观上表现为孔渗性的不同。表征储集层微观孔隙结构、反映宏观渗流特征的参数包括地层流动带指数（FZI）和储集层品质指数（RQI）。马旭鹏等[19]研究表明，RQI是定量表征储集层微观孔隙结构的最佳宏观物性参数，其值越大，储集层微观孔隙结构越好；而 FZI与孔隙结构的关系较复杂，当孔隙结构变差时，FZI可能增大也可能减小。

目前评价储集层孔隙结构最直接有效的资料为压汞曲线，根据压汞曲线把研究区孔隙结构类型分为Ⅰ类大中孔中喉型、Ⅱ类中孔细喉型、Ⅲ类小孔细喉型和Ⅳ类微孔微喉型4种类型（见表2）。毛管压力曲线显示长 8油层组储集层排驱压力总体偏高，退汞效率低，分选性略显不好，以细歪度为主，少量粗歪度。

图3 耿166井长8油层组储集层岩石物理相划分

表2 姬塬地区长8油层组利用压汞曲线的孔隙结构分类标准

对池307井、耿166井等关键井41块岩心柱塞样的压汞测试参数及其与 RQI的相关性分析表明，RQI与储集岩排驱压力（p）、分选系数（Sp）相关性较高（见图4）。由图4和表2可见，RQI值越大，对应的排驱压力值越小、分选系数越大，表示孔隙结构相对越好。样品分析结果表明，大中孔中喉型 4个样品，RQI值为0.48～0.65 μm，平均0.60 μm；中孔细喉型11个样品，RQI值为 0.25～0.41 μm，平均 0.32 μm；小孔细喉型 14个样品，RQI值为 0.11～0.45 μm，平均 0.17 μm；微孔微喉型10个样品，RQI值为0.09～0.16 μm，平均0.12 μm。

因此，在物性资料准确的前提下，可以利用储集层品质因子综合评价储集层孔隙结构。在对非均质储集层进行岩石物理相分类后，各类岩石物理相具有特定的水动力特征，一般情况下，其孔隙度与渗透率呈规律性变化，可建立各岩石物理相的孔隙度-渗透率关系[10]并计算其RQI值，如此便可实现长8油层组储集层各单井纵向孔隙结构连续评价，并可根据有利岩石物理相的分布实现长 8油层组储集层有利孔隙结构发育带的分布预测。

图4 储集层品质指数与压汞孔隙结构参数交会图（样品个数41）

3.2 孔隙结构与岩石物理相类型对应关系

按沉积相、成岩相和裂缝相对储集岩孔隙结构的作用（建设或破坏），对长8油层组储集层岩石物理相类型进行聚类分析，可归纳总结出PF1—PF4共4类岩石物理相（见图5）。

图5 耿166井不同类别岩石物理相孔渗关系交会图

3.2.1 PF1类

该类岩石物理相发育于裂缝相（微裂缝）发育层段，其沉积相和成岩相类型可为建设型也可为破坏型，该类岩石物理相发育层段渗透率很高，一般具有较高的RQI值（0.92～1.93，平均 1.48）。岩心柱塞样通常取自岩心致密部位，一般不发育宏观构造裂缝。裂缝或微裂缝较发育的岩心样品在毛管压力曲线上一般表现为低排驱压力、较大最大孔喉半径等。但裂缝和微裂缝在一定程度上改善储集层孔渗性的同时，也加大了储集层非均质性，裂缝、微裂缝发育且分布较均匀时对改善储集层孔隙结构最为有利。

3.2.2 PF2类

该类岩石物理相发育于有利沉积相（主要是水下分流河道）和建设性成岩相（绿泥石衬边弱溶蚀成岩相、不稳定组分溶蚀成岩相）叠加发育层段，裂缝不发育。该类岩石物理相沉积物形成于有利的沉积相带且后期成岩改造作用有利于改善孔隙结构，多对应Ⅰ类和Ⅱ类较有利孔隙结构，是有利孔渗发育带。该类岩石物理相RQI值为0.04～1.00，平均0.33。

3.2.3 PF3类

该类岩石物理相发育于有利沉积相和破坏性成岩相（压实致密成岩相、高岭石充填成岩相和碳酸盐胶结成岩相）叠加发育层段，裂缝不发育。该类储集层虽处于有利的沉积微相带，但由于地质历史时期经历了较强的破坏性成岩作用，现今一般表现为非均质性强的特征，孔隙结构较为复杂，多发育Ⅲ类小孔细喉型孔隙结构，部分层段可发育Ⅱ类孔隙结构。该类岩石物理相RQI值为0.03～0.40，平均0.11。

3.2.4 PF4类

该类岩石物理相包括两种类型：①发育于不利沉积微相（水下分流间湾）和破坏性成岩相叠加发育层段，裂缝不发育。由于形成于水动力能量较低的河道间相带，颗粒粒度较细，泥质含量高，该沉积微相中形成的砂体后期易经受较强压实和胶结作用的改造，一般形成孔隙结构复杂的双孔隙储集层，有时甚至难以形成有效储集层。②形成于有利的沉积微相，但后期经历了压实和胶结作用的强烈改造。该类岩石物理相总体表现出特低孔低渗的特征，孔隙结构以Ⅳ类微孔微喉型为主，RQI值为0.05～0.11，平均0.07。

上述研究表明，虽然影响储集岩孔隙结构的因素众多，如沉积因素造成的颗粒粒度、形状、分选的差异，成岩因素如压实、胶结及溶蚀等强度的差异等，但这些影响因素最终均表现为储集层孔隙度和渗透率的差异，即RQI值的变化。由此根据不同岩石物理相的RQI值即可实现各单井纵向孔隙结构分类评价，如耿166井单井纵向上PF1、PF2岩石物理相层段多对应Ⅰ类和Ⅱ类较有利孔隙结构，而PF3、PF4岩石物理相层段一般形成Ⅲ类和Ⅳ类孔隙结构（见图5）。

4 有利孔渗发育带预测

有利沉积微相带、成岩相带和裂缝相的叠合部位即是有利岩石物理相带发育部位，亦即有利孔隙结构发育带。岩石物理相的平面展布也遵循优势相原则，由于长8油层组大多数层段不发育裂缝，因此其有利沉积微相和成岩相的叠合处即是有利孔渗带分布区。长8油层组可进一步细分为长811、长812、长821和长822共4个小层，在单井纵向沉积微相和成岩相剖面展开的基础上，对各小层沉积微相和成岩相进行平面成图，根据二者在平面上的叠加绘制各小层岩石物理相的平面展布图（见图6）。

图6 姬塬地区长8油层组各小层岩石物理相平面展布图

由图 6可见，对于任一小层，油井和水井大多处于有利的岩石物理相带（PF2），少部分位于PF3带，而不利的岩石物理相带（PF4）基本为干井，因此PF2岩石物理相分布区即是最有利的孔渗发育带。单井产能还跟烃源岩、疏导体系等成藏要素有关，但从物性和孔隙结构方面考虑，有利的岩石物理相带（主要是PF2）即是有利孔渗发育区。

5 结论

姬塬地区长 8油层组储集层沉积微相类型主要有水下分流河道、河口坝和水下分流间湾；成岩相类型有绿泥石衬边弱溶蚀相、不稳定组分溶蚀相、压实致密相、高岭石充填相和碳酸盐胶结成岩相；大多数层段不发育裂缝，局部层段发育高角度斜交缝相。根据沉积相、成岩相和裂缝相叠加划分岩石物理相的方法，划分出水下分流河道-不稳定组分溶蚀-高角度斜交缝相、水下分流河道-压实致密-无裂缝发育相和水下分流河道-绿泥石环边胶结-无裂缝发育相等岩石物理相。

储集层品质因子是定量表征储集层微观孔隙结构的较好宏观物性参数，其值越大，表明储集层微观孔隙结构越好，根据不同类别岩石物理相的RQI值即可实现各单井纵向上的孔隙结构分类评价。

按照沉积相、成岩相和裂缝相对储集岩孔隙结构的建设与破坏作用，对长 8油层组储集层的岩石物理相类型进行聚类分析，级别从高到低可分为PF1、PF2、PF3和PF4 4大类岩石物理相，由PF1至PF4类岩石物理相，RQI值依次降低，孔隙结构变差。长 8油层组油井和水井大多处于有利的岩石物理相（PF2）带，根据有利岩石物理相（主要是 PF2）的平面展布即可预测有利孔渗发育带。

岩石物理相方法由于充分考虑了影响孔隙结构的主要地质因素，适合于类似姬塬地区长 8油层组低渗透碎屑岩储集层的孔隙结构分类评价和有利孔渗发育带的预测。

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