环江—刘峁塬地区长81储层物性及其影响因素分析

2013-09-18陈文龙张庆洲云正文杨军侠

地下水 2013年5期

陈文龙，张庆洲，云正文，严婷，张彬，杨军侠

(1.中国石油长庆油田分公司超低渗透油藏研究中心，陕西西安710061;2.中国石油长庆油田分公司油藏评价处，陕西西安710061)

环江—刘峁塬地区位于鄂尔多斯盆地伊陕斜坡南部(图1)，区域构造比较简单，总体表现为一平缓的西倾单斜，地层倾角0.5度左右，仅在大单斜背景上发育一系列由差异压实作用形成的东向西倾没的低幅鼻状隆起，宽度近3～5 km，这些鼻隆构造与砂体配合，有利于油气的聚集。三叠系延长组长81油层组是该区目前增储上产最主要的含油层系，建产潜力大。开展储层物性其影响因素分析，对该区长8油藏的进一步勘探、开发具有重要意义。

表1 环江—刘峁塬地区长8储层岩矿特征统计表

图1 研究区位置图

1 储层岩石学特征

镜下薄片(普通、铸体)观察结果表明，长81储层组分特征为石英含量30.0%～43.0%，长石含量23.6%～34.8%，岩屑含量16.0%～30.0%，以变质岩屑、火成岩屑为主，沉积岩屑含量较少，不足1.0%(表1)，砂岩类型主要为岩屑长石砂岩，其次为长石岩屑砂岩(图2)，以灰色、灰褐色细砂岩为主，细砂含量达到85%以上(表2)，砂岩分选好、磨圆度好，储集砂岩磨圆度以次棱角状为主，其次为次圆状和棱角状。上述分析表明，研究区距离源区较远，储层成分和结构成熟度均较高。

图2 环江－刘峁塬长8油层组岩石组分图

表2 环江－刘峁塬地区长8储层粒度特征统计表

储层填隙物由胶结物和杂基组成，其中胶结物主要为碳酸盐矿物，平均铁方解石含量为3.1%，方解石含量为2.8%;粘土矿物主要为绿泥石和水云母，绿泥石含量为3.0%，其主要产出状态为孔隙衬里，即包膜绿泥石，绿泥石膜的存在使溶蚀的长石不易垮塌，并且可以阻止自生石英的生长，从而有效地保护孔隙(表2)。

2 储层孔隙类型

储层的孔隙类型与其储集性能有极其密切的关系，分析储层孔隙类型及其在成岩过程中的演化规律是寻找和预测有利产建目标区的重要手段。

储层孔隙按成因可划分为原生孔隙和次生孔隙。原生孔隙主要指碎屑颗粒的粒间孔隙。次生孔隙是指在沉积岩形成后，因淋滤、溶蚀、交代、溶解及重结晶等作用在岩石中形成的孔隙和缝洞。在成岩过程中，经压实、胶结及压溶等作用，原生孔隙将逐渐减少，与此同时，可溶性碎屑颗粒和易溶胶结物随着埋深的增加会发生溶解和交代作用，从而促成碎屑岩中次生孔隙的发育。次生孔隙主要包括长石溶孔、岩屑溶孔和晶间孔等。

薄片观察结果表明，环江－刘峁塬地区长81储层孔隙类型包括残余粒间孔，长石溶孔、岩屑溶孔(表3)，平均面孔率为3.68%。残余粒间孔以三角形、四边形及多边形为主(图3A)，是长81储层最主要的储集空间，占总孔隙的60.7%;其次为长石溶孔，占总孔隙的34.0%，其中长石常沿解理缝选择性溶蚀，形态不规则，部分长石完全溶蚀，可形成铸模孔(图3B)，残留有以绿泥石为主的泥晶套，孔内有少量的沿解理蚀变的绢云母残余，部分长石溶孔和粒间孔相连，形成大孔隙。

图3 长8储层主要孔隙类型

表3 环江－刘峁塬地区长8储层孔隙类型统计表

3 储层孔隙结构

储层孔隙结构是指砂岩储集层中的空间结构，包括孔隙大小和分布、孔隙和喉道的连通关系、孔隙的几何形态和微观非均质特征、孔隙中粘土矿物成分及产状等。

长8储集砂岩岩性整体较为致密，孔隙结构属于细小孔隙微细喉道，平均中值半径为0.23 μm。孔喉虽然细小，但分选相对较好，分选系数为1.97，退汞效率相对较高，平均为32.35%(表4)，毛管压力曲线中间平缓段较长(图4)，表明长8储集砂岩的孔隙喉道分布较集中，分选较好。

图4 环江－刘峁塬地区长8储层毛管压力曲线图

4 储层物性特征

储层物性特征是决定储层储集性能的关键，其直观的表征为孔隙度和渗透率的大小。岩心分析结果表明，环江－刘峁塬地区长8储层平均孔隙度为9.14%，一般介于6.0～＜10.0%(图5);平均渗透率为0.36 mD，一般介于0.1～0.5 mD(图6)，储层物性整体上呈现出低孔、低渗特征，属典型的超低渗(致密)油藏。

5 储层物性影响因素分析

一般来讲，影响砂岩储层物性的因素可以归纳为宏观和微观两个方面。宏观因素主要包括构造运动和沉积环境，微观因素则主要指碎屑沉积物本身的特点，如颗粒成份、物理化学性质、结构构造、填隙物成分和含量等。宏观因素和微观因素相互影响、相互制约，从而造成储层较强的非均质性。通过对环江－刘峁塬地区长8储层的岩芯描述、微观结构研究，认为影响区内储层物性的主要因素可归纳为沉积环境、骨架颗粒的物理化学性质及成岩演化作用等。

表4 环江－刘峁塬地区长8储层孔隙结构统计表

图5 环江－刘峁塬地区长8储层孔隙度分布直方图

图6 环江－刘峁塬地区长8储层渗透率分布直方图

5.1 沉积环境对储层物性的影响

环江－刘峁塬地区长81储层位于三角洲前缘亚相水下分流河道，砂体以细砂－粉砂为主，粒度相对较细，因而整体孔渗性较差，但由于受河流和湖泊波浪的改造，砂体较纯净，颗粒分选性较好，杂基含量较少，胶结类型以孔隙胶结、接触胶结为主，碎屑颗粒构成支架状，使得有限的孔隙空间具有较好的连通性，有效孔隙度损失较小，在整体孔渗性较差的前提下却具有较好的渗透性。

5.2 骨架颗粒的物理化学性质对储层物性的影响

碎屑岩储层中骨架颗粒按其物理性质可划分为刚性、半塑性、塑性三种类型。

刚性颗粒主要包括石英、长石、隧石、石英岩屑和花岗岩岩屑等，这些颗粒由于硬度大，抗压实能力强而不易发生形变，起着支撑砂岩骨架的作用，因此，刚性颗粒含量较高时，砂岩中的原生粒间孔隙容易保存。半塑性颗粒主要为各种火山岩岩屑、白云岩岩屑和少量灰岩岩屑，这些岩屑具有一定的抗压实能力，在早期机械压实过程中不易变形，但在埋深超过2 500m时则发生明显的变形，特别是白云岩岩屑较为集中的部位可以发生类似碳酸盐岩。塑性颗粒包括泥质岩岩屑、千枚岩岩屑和云母类碎屑等由粘上矿物组成的颗粒，这些颗粒的特点是硬度低、塑性大、易被压实、变形而发生塑性流动，并充填在原生粒间孔内而造成砂岩孔隙度损失，因此，这类岩屑含量较高时对储层原生孔隙的保存极为不利，特别是当这种碎屑含量达到20%以上时，在压实作用下，可使砂岩原生粒间孔迅速消失，对储层损害较大。

环江－刘峁塬地区长8储层中刚性颗粒石英及长石的含量较低(石英+长石平均为63.3%)，而易变形的变质岩屑、泥质岩岩屑、云母类含量相对较高(13.7%)，储层埋深较大(大于2 700m)，因此，这也是造成该区储层为低孔超低渗的主要原因。

储层碎屑颗粒按化学性质可划分为易溶颗粒和难溶颗粒。易溶颗粒主要包括长石、火山岩岩屑和碳酸盐岩屑等，这些骨架颗粒是后期溶蚀改造并产生孔隙的物质基础，对改善碎屑储集岩物性有积极的作用;难溶颗粒主要为石英、隧石等硅质岩类，这些颗粒化学性质较为稳定，在酸性流体作用下不易溶解，因此，对储层物性影响不大。

环江－刘峁塬地区长8储层长石+火成岩屑含量较高(37.8%)，在成岩后期，因淋滤、溶蚀、交代、溶解及重结晶等作用，形成的次生孔隙占到了储层面孔率的近40%，从而有效改善了储层物性。

图7 环江－刘峁塬地区长8储层储层压实作用强

5.3 成岩作用对储层物性的影响

成岩作用对储层物性具有明显的控制作用，其影响包括改善和破坏两个方面。由于成岩环境的不断变换，有些成岩作用对储层既有破坏性也有建设性。研究区长8储层性质明显受到成岩作用的影响和改造，其中对储层物性改造较大的成岩作用主要有压实作用、胶结作用和溶解作用。

5.3.1 压实作用使储层孔隙度大幅度下降

压实作用是使颗粒被压致密、原生孔隙度降低的重要原因之一，压实作用对储层物性的影响与碎屑岩储集层的矿物成分和结构有关。一般而言，石英颗粒的抗压实能力最强，长石次之，岩屑抗压强度最小。陆源杂基含量低、抗压性强的刚性颗粒(石英、长石)含量高、粒度粗、分选好的砂岩，压实后以颗粒支撑为主，原生粒间孔降低程度相对较少;陆源杂基含量高、抗压性弱的塑性颗粒(云母、泥质岩类等)含量高、粒度细，分选较差的砂岩，经压实后，导致杂基支撑，塑性变形颗粒挤入孔隙，甚至造成假杂基产状，小颗粒嵌入大孔隙内，原生粒间孔隙快速降低以至消失。长8砂岩中具较高的长石及岩屑，在埋藏过程中，因强烈的压实作用，颗粒多呈点—线接触，以线接触为主，塑性岩屑或矿物如泥岩岩屑、云母等的弯曲变形，甚至被挤入粒间孔形成假杂基，从而造成岩石大量原生孔隙损失、渗透率变差(图9)。由于环江长8储层的石英含量较低，抗压能力弱，原生粒间孔大幅损失，但同时，成岩压实作用也可使长石等脆性矿物破裂，形成长石破裂缝并溶蚀扩大，提高了储层的渗透性。

5.3.2 胶结作用对储层物性具有双重影响作用

环江—刘峁塬地区长8砂岩广泛发育碳酸盐胶结和绿泥石粘土膜。碳酸盐胶结物主要为铁方解石、方解石、铁白云石，多以粒间胶结物、交代物或次生孔隙内充填物的形式出现，占据了孔隙的位置，缩小或堵塞喉道，降低了岩石的孔隙度和渗透率，从而使储层物性变差，但成岩早期发生连晶方解石胶结作用，提供了碎屑颗粒间的支撑，有效地增强了岩石的抗压实能力，使部分粒间孔隙得以保存，对储层物性的改善具有一定的积极作用。绿泥石作为粘土矿物胶结物，赋存的主要状态是孔隙衬里方式产出的粘土膜。粘土膜形成于早成岩早期之后，为近于等厚的环边。环边绿泥石的广泛存在使岩石的抵抗压实作用能力加强，同时使溶蚀作用形成的粒内孔隙或铸模孔隙得以保存，并且可以阻止石英在颗粒表面成核，在一定程度上阻止石英的次生加大，从而有利于孔隙保存(图8)。但过厚的绿泥石膜也可使喉道变得更弯曲，极大地降低了粒间孔的孔径，从而使渗透率降低(图9)，甚至孔隙被完全充填。

图8 绿泥石膜保护孔隙L3井

图9 绿泥石膜破坏孔隙J30－46

5.3.3 溶解作用有效改善了储层物性

研究区长8期溶蚀作用普遍，主要发生在早成岩晚期及晚成岩早期，以晚成岩期的溶蚀作用对砂体的次生溶孔的形成最为重要。研究区最主要的溶解矿物是长石，其次为早期形成的碳酸盐胶结物被溶蚀。溶蚀作用具有以下特点:一是溶蚀作用广泛，砂岩中各种易溶组分(包括易溶碎屑颗粒、杂基以及自生胶结物)均可见到溶蚀现象;二是溶蚀作用强烈，一些不易溶蚀的组分如石英骨架颗粒等也普遍发生了溶蚀。因此，由溶解作用形成的次生溶孔在研究区发育普遍，形成了一定规模的次生孔隙，如长石溶孔、岩屑溶孔等，由溶解作用造成的次生溶孔在研究区长8储层中占砂岩总面孔率的39.2%，在很大程度上了改善了储层的物性。因此，溶解作用产生的次生溶孔是研究区砂岩物性改善的主要原因之一。