鄂尔多斯盆地延长组特低渗透储层微观地质成因

高永利，孙 卫，张 昕

1.西安石油大学石油工程学院，西安 710065

2.西北大学大陆动力学国家重点实验室，西安 710069

3.西安石油大学地球科学与工程学院，西安 710065

0 引言

我国低渗透和特低渗透油田储量资源比较丰富，随着石油勘探和开发技术的进步，低渗透和特低渗透油田探明和动用地质储量所占的比例在总储量中所占的份额明显增大。据统计［1］，探明储量中低渗透及特低渗透储量所占比例高达70%，鄂尔多斯盆地特低渗透储量所占比例更大，特低渗透油田已成为我国陆上石油工业稳定发展的重要潜力。要合理、高效地开发低渗透及特低渗透油田，就必须搞清其储层地质特征，这样才能够采取有效措施提高采收率。

1 特低渗透储层胶结物含量及不同类型对储层的影响

1.1 胶结物含量越高，储层渗透率越小

胶结物含量对储层渗透性能具有较大影响，胶结物含量的多少与类型不但与沉积环境有关，而且与成岩作用有关。特别对于低渗透-特低渗透储层而言，胶结物含量越多，胶结物占据的孔喉空间越多，导致储层渗透率降低的幅度越大。

表1是对西峰、沿河湾、合水、安塞王窑等几个典型低渗透区块延长组储层胶结物成分及其体积分数的显微镜下统计结果。从表中数据可以看出：渗透率小于0.5×10－3μm2的储层胶结物体积分数平均为13.9%，渗透率大于1×10－3μm2的储层胶结物体积分数平均为11.7%，渗透率小于0.5×10－3μm2的储层胶结物体积分数平均比渗透率大于1.0×10－3μm2的储层大2.2%；渗透率范围不同，胶结物成分及体积分数差异也较大。

1.2 绿泥石含量对储层物性具有重要控制作用

根据对西峰地区延长组长8储层资料统计，储层中具有较多的绿泥石。绿泥石主要有2种赋存状态［2－5］：一种是以孔隙衬边方式产出的黏土膜（绿泥石膜），另一种是充填于孔隙的充填物，但主要以绿泥石膜的形式存在。绿泥石膜常吸附烃质组分成为沥青质，显微镜下呈黑色 ，显微荧光分析发褐色荧光。绿泥石膜的存在一方面能够将碎屑与孔隙水隔开，阻止长石和石英骨骸的形成，从而阻止形成加大边，另一方面颗粒间的薄膜可以增强砂岩的机械强度和抗压实能力，抑制石英胶结作用，使粒间孔隙得以保存。但是，薄膜中沥青质的存在占据了孔隙空间，使孔隙度和流体的渗流空间减小，而且由于绿泥石也常常占据孔隙喉道，使喉道变细、曲折迂回，降低了储层的渗透率。统计结果表明，渗透率大于1.0×10－3μm2的储层绿泥石膜厚度大部分小于5 μm，渗透率小于1.0×10－3μm2的储层绿泥石膜厚度大部分大于5μm（图1），庄9、19井区达到10μm左右（图2a，b）。绿泥石膜发育的砂岩中碎屑颗粒多呈点－线接触，机械压实作用较弱［6］。

1.3 岩盐对姬塬地区长4＋5及长6储层物性具有重要影响

从电镜扫描资料来看，姬塬地区长4＋5及长6储层成岩阶段中、晚期析出的NaCl晶体呈立方体状，大小为3～20μm，集合体呈嵌晶状或团块状，晶体形态不清，一般附着于孔壁或者喉道壁，缩小了孔径或者喉道半径，降低了储层渗透率（图2c）。但当注入低矿化度水时，对改善储层物性则具有明显效果（图2d，表2）。

表1 不同渗透率段储层胶结物体积分数对照Table1 Volume fraction comparison between difference permeability

图1 西峰地区长8储层绿泥石膜厚度与储层渗透率关系Fig.1 Relationship between permeability and film thickness of illite in Chang 8of Xifeng area

1.4 铁方解石含量明显影响储层物性

碳酸盐胶结物在不同成岩阶段均有产出，不同成岩阶段产出的碳酸盐胶结物其晶体特征和矿物成分存在较大差异［7］。

晚成岩阶段形成的连晶状铁方解石和铁白云石体积分数最高可达13%，呈斑状充填孔隙，主要分布于流体活动较活跃的孔隙中（图2e）。其占据了孔隙的位置，缩小或堵塞喉道，极大地降低了岩石的面孔率（图3）、孔隙度和渗透率（表3），是延长组储层致密化的重要原因之一。

表2 旗85－89井长6砂岩中岩盐矿物溶解前后物性对比Table2 Physical property comparison between before and after the halite corrosion，well Q 85－89，Chang 6

表3 长6储层铁方解石体积分数与储层孔隙度、渗透率的关系Table3 Relationship between ferrocalcite volume fraction and permeability and porosity，Chang 6

图2 铸体薄片和电镜扫描照片Fig.2 Photos of cast section and SEM

图3 长4＋5层铁方解石体积分数与面孔率关系Fig.3 Relationship between ferrocalcite volume fraction and scope－pore coefficient，Chang 4＋5

1.5 伊利石胶结物发育，极大地降低了储层物性

伊利石通常形成于晚成岩阶段，是蒙脱石转化的胶结物，也可由岩屑蚀变而来［6］。自生伊利石结构较疏松，多呈丝缕状、搭桥状、鳞片状包围在碎屑颗粒周围（图2f，g），在流体流动过程中堵塞喉道，使孔喉的有效渗流半径减小，从而使得储层渗透率降低［2］。

与西峰白马区（三角洲前缘沉积体系）长8储层相比，合水长6储层（浊积扇沉积体系）中胶结物发育，体积分数高达15.1%，且胶结物以伊利石为主，平均体积分数为8.2%；而白马区胶结物体积分数为11.7%，伊利石体积分数仅为1.9%。伊利石体积分数高是导致合水长6储层物性变差的主要因素之一。数据统计结果表明，绿泥石与伊利石的体积分数具有较好的消长关系（图4）。

1.6 浊沸石胶结是陕北地区长6储层低渗的主控因素

陕北地区长6储层砂岩浊沸石较发育，体积分数一般为3%，部分可达到8%～22%［8－9］。

浊沸石大多分布在三角洲前缘亚相水下分流河道砂岩中，常与绿泥石黏土衬边伴生，而且主要分布在多期河道叠置的厚砂岩中，形成绿泥石－浊沸石胶结相；比较薄的孤立水下分流河道砂岩中浊沸石体积分数少，主要为硅质和方解石充填胶结。火山碎屑岩屑体积分数越高，浊沸石体积分数亦越高。

有机质脱梭基产生酸性水，酸性水运移过程中遇到浊沸石胶结的砂岩 ，可溶蚀其中的浊沸石形成浊沸石溶孔。当溶蚀作用中等或较弱时，因溶蚀不彻底而呈麻斑状充填于粒间孔隙中（图2h）。

图4 长8绿泥石与伊利石相对体积分数关系Fig.4 Relationship of relative volume fraction between illite and chlorite，Chang 8

沿河湾地区长6储层碎屑体积分数（86.4%）、平均孔径（21.3μm）与王窑区长6储层（碎屑体积分数86.9%，平均孔径23.3μm））基本一致，胶结物体积分数相当（13.3%和12.1%）；但沿河湾储层胶结物以浊沸石为主，体积分数高达6.6%，而王窑区浊沸石体积分数仅为0.7%。浊沸石弱溶蚀作用是形成沿河湾低孔超低渗储层的主要原因。

2 特低渗透储层孔喉结构复杂，喉道细小

2.1 储层渗透率越低，面孔率越小

表4是对西峰、沿河湾、合水、安塞王窑等几个典型区块延长组储层铸体薄片孔隙类型的统计结果。从表中数据可以看出，不同渗透率区间储层平均孔径规律性不明显：渗透率小于0.5×10－3μm2的Z9、Z19井平均孔径反而大；但渗透率小于0.5×10－3μm2的储层面孔率明显小于渗透率大于1×10－3μm2的储层，说明面孔率在一定程度上反映储层的渗透性能。

2.2 储层排驱压力高，孔喉中值半径小

常规高压压汞法以毛细管束模型为基础，假设多孔介质由直径大小不同的毛细管束组成。表5是利用高压压汞取得的长庆超低渗透油藏不同区域不同渗透率区间储层孔喉结构特征参数。从表中数据可以看出：渗透率小于0.5×10－3μm2的储层排驱压力平均值达到1.405MPa，而渗透率大于1×10－3μm2的储层排驱压力平均值只有0.487MPa；渗透率小于0.5×10－3μm2的储层中值半径平均值只有0.10μm，而渗透率大于1×10－3μm2的储层中值半径达到0.3μm。这说明渗透率低的储层排驱压力高、中值半径小。

表4 典型区块储层孔隙类型统计数据Table4 Typical block statistics data of reservoir pore form

表5 长庆超低渗透油藏不同渗透率区间储层孔喉结构特征参数对比Table5 Statistics data comparison of difference interval permeability reservoir pore structure parameter of Changqing ultra－low permeability reservoir

2.3 恒速压汞资料反映出储层喉道细小

恒速压汞假设多孔介质由直径大小不同的喉道和孔隙构成，恒速压汞逼近于准静态的进汞过程。恒速压汞与高压压汞的差异性在于恒速压汞能够分别确定出储层中孔隙和喉道的大小与分布［10－11］。

图5是利用恒速压汞技术数据取得的西峰（董81－50井，孔隙度为12.7%，渗透率为0.24×10－3μm2，长8）与姬塬（于44－35，孔隙度为13.5%，渗透率为2.19×10－3μm2，长4＋5）两口井储层的孔隙半径及喉道半径分布频率曲线。从曲线图上可以看出，尽管两口井储层渗透率差异很大，但孔隙半径分布范围基本一致，最大的差异性在于特低渗透储层的喉道半径分布频率非常集中，无较大喉道存在，而且喉道比低渗透储层更细小。

3 储层渗透率越低，可动流体饱和度越低

可动流体饱和度能够反映孔隙表面和流体相互间作用，特别是固体表面对流通的束缚作用，是孔隙结构对流体渗流阻力大小的体现方式之一［12－14］。

图6是利用核磁共振分析结果得出的西峰油田长8储层渗透率与可动流体分布饱和度关系图，表6是统计出的不同渗透率段可动流体饱和度值。可以看出：渗透率越低，可动流体饱和度整体上越小（渗透率小于0.3×10－3μm2的储层，可动流体饱和度为35.82%）；渗透率越高可动流体饱和度整体上越大（渗透率大于1×10－3μm2的储层，可动流体饱和度为56.10%）。这说明渗透率越低，储层不可动流体饱和度越大，进而说明渗透率越低储层孔喉比面越大、储层孔喉越细小。

图5 储层孔隙半径及喉道半径分布频率曲线Fig.5 Frequency curve of pore and throat radius，well D81－50and Y44－35

图6 长8可动流体饱和度与渗透率关系Fig.6 Relationship between movable liquid saturation and permeability，Chang 8

表6 核磁共振可动流体分析Table6 Movable liquid statistics data using NMR

4 结论

1）特低渗透储层胶结物含量越高渗透率越低，而其中的绿泥石、岩盐、铁方解石、伊利石和浊沸石胶结物含量较高及其赋存形态复杂或者溶蚀程度差是导致特低渗透储层物性差、孔隙结构复杂的关键地质成因。

2）特低渗透储层在微观上表现出面孔率低、排驱压力高、小喉道发育、可动流体饱和度低等特点，最终表现为开发效果较差。

（References）：

［1］李道品.低渗透油田开发概论［J］.大庆石油地质与开发，1997，16（3）：33－37.Li Daopin.Brief Introduction to Low Permeability Oilfield Development［J］.Petroleum Geology ＆Oilfield Deuelopment in Daqing，1997，16（3）：33－37.

［2］高辉，孙卫.鄂尔多斯盆地合水地区长8储层成岩作用与有利成岩相带［J］.吉林大学学报：地球科学版，2010，40（3）：542－548.Gao Hui， Sun Wei. Diagenesis and Favorable Diagenetic Facies of Chang 8Reservoir in Heshui Area，Ordos Basin［J］.Journal of Jilin University：Earth Science Edition，2010，40（3）：542－548.

［3］王琪，禚喜准，陈国俊，等.鄂尔多斯盆地盐池-姬源地区三叠系长4＋5砂岩成岩演化特征与优质储层分布［J］.沉积学报，2005，23（3）：397－404.Wang Qi， Zhuo Xizhun， Chen Guojun，et al.Characteristics of Diagenetic Evolution of Chang 4＋5 Sandstones（Upper Triassic）in Yanchi－Jiyuan Area，Ordos Basin and Distribution of High－Quality Reservoir［J］.Acta Sedimentologica Sinica，2005，23（3）：397－404.

［4］窦伟坦，田景春，王峰 ，等.鄂尔多斯盆地长6油层组储集砂岩成岩作用及其对储层性质的影响［J］.成都理工大学学报：自然科学版，2009，36（2）：153－158.Dou Weitan，Tian Jingchun，Wang Feng，et al.Diagenesis and Its Influence on the Reservoir Ruality of Member 6of the Upper Triassic Yanchang Formation Oil Reservoirs in Ordos Basin［J］.Journal of Chengdu University of Technology ：Scienc ＆ Technology Edition，2009，36（2）：153－158.

［5］姚泾利，王琪，张瑞，等.鄂尔多斯盆地华庆地区延长组长6砂岩绿泥石膜的形成机理及其环境指示意义［J］.沉积学报，2009，29（1）：72－77.Yao Jingli，Wang Qi，Zhang Rui，et al.Forming Mechanism and Their Environmental Implications of Chlorite－Coatings in Chang 6Sandstone （Upper Triassic）of Huaqing Area，Ordos Basin［J］.Acta Sedimentologica Sinica，2009，29（1）：72－77.

［6］杨克文，庞军刚，李文厚.志丹地区延长组储层成岩作用及孔隙演化［J］.吉林大学学报：地球科学版，2009，39（4）：662－667.Yang Kewen，Pang Jungang，Li Wenhou.Evolution of Diagenesis and Pore in Sandstone Reservoirs in Zhidan Area［J］.Journal of Jilin University ：Earth Science Edition，2009，39（4）：662－667.

［7］齐亚林，宋江海，王立社，等.鄂尔多斯盆地正宁地区延长组长6、长8砂岩储层成岩作用特征［J］.西北地质，2009，42（3）：95－101.Qi Yalin，Song Jianghai，Wang Lishe，et al.Reservoir Diagenesis of Chang 6－8in Yanchang Formation of Zhengning Area in Ordos Basin［J］.Northwestern Geology，2009，42（3）：95－101.

［8］杨晓萍，裘怿楠.鄂尔多斯盆地上三叠统延长组浊沸石的形成机理分布规律与油气关系［J］.沉积学报，2002，20（4）：628－632.Yang Xiaoping，Qiu Yinan.Formation Process andDistribution of Laumontite in Yanchang Formation（Upper Triassic） of Ordos Basin ［J］. Acta Sedimentologica Sinica，2002，20（4）：628－632.

［9］薛军民，解伟，王震，等.川口油田长6储层成岩作用［J］.吉林大学学报：地球科学版，2009，39（6）：1007－1012.Xue Junmin，Xie Wei，Wang Zhen，et al.Diagenesis of Chang 6Reservoir in Chuankou Oilfleld［J］.Journal of Jilin University：Earth Science Edition，2009，39（6）：1007－1012.

［10］王翊超，王怀忠，李炼民，等.恒速压汞技术在大港油田孔南储层流动单元微观孔隙特征研究中的应用［J］.天然气地球科学，2011，22（2）：335－339.Wang Yuchao，Wang Huaizhong，Li Lianmi，et al.Application of Constant Velocity Mercury Injection Technique to Study Microscopic Pore Structures on Various Reservoir Flow Unit in Kongnan Area［J］.Natural Gas Geoscience，2011，22（2）：335－339.

［11］王瑞飞，沈平平，宋子齐.特低渗透砂岩油藏储层微观孔喉特征［J］.石油学报，2009，30（4）：560－563.Wang Ruifei， Shen Pingping， Song Ziqi.Characteristics of Micro－Pore Throat in Ultra－Low Permeability Sandstone Reservoir［J］.Acta Petrolei Sinica，2009，30（4）：560－563.

［12］王瑞飞，陈明强.特低渗透砂岩储层可动流体赋存特征及影响因素［J］.石油学报，2008，29（4）：558－561.Wang Ruifei，Chen Mingqiang.Characteristics and Influencing Factors of Movable Fluid in Ultra－Low Permeability Sandstone Reservoir［J］.Acta Petrolei Sinica，2008，29（4）：558－561.

［13］王为民，郭和坤，叶朝辉.利用核磁共振可动流体评价低渗透油田开发潜力［J］.石油学报，2001，22（6）：40－44.Wang Weimin，Guo Hekun， Ye Chaohui.The Evaluation of Development Potential in Low Permeability Oil Field by the Aid of NMR Movable Fluid Detecting Technology［J］.Acta Petrolei Sinica，2001，22（6）：40－44.

［14］高辉，孙卫.特低渗透砂岩储层可动流体变化特征与差异性成因［J］.地质学报，2010，84（8）：1223－1230.Gao Hui，Sun Wei.Movable Fluid Changing Characteristics and Diversity Origin of Ultra－Low Permeability Sandstone Reservoir［J］.Acta Geologica Sinica，2010，84（8）：1223－1230.