苏里格东区致密气藏成岩储集相分类及其测井响应特征研究

2013-12-03成志刚宋子齐景成何羽飞张亮段琼

测井技术 2013年2期

成志刚，宋子齐，，景成，何羽飞，张亮，段琼

（1.中国石油集团测井有限公司油气评价中心，陕西西安710077；2.西安石油大学石油工程学院，陕西西安710065；3.中国石油大学石油工程学院，山东青岛266555）

0 引言

苏里格东区致密气藏上古生界山2、山1期沉积环境由海相转变为陆相，处于曲流河三角洲平原沉积，盒8段以发育大型河流－冲积平原体系并大幅度向南推进为特征，盒8下期物源相当丰富，形成辫状河沉积，晚期随着北部内蒙古陆抬升相对减弱，沉积物补给及其河流进积作用减弱，河流类型由盒8下辫状河转变为盒8上曲流河沉积。这些相带中沉积物分选性差，成岩作用复杂，压实和胶结作用强烈，且储层成岩阶段终止于中成岩B期，没有达到次生孔隙大规模发育的晚成岩阶段，导致储层致密且致密化时间早于大量生排气期，形成了该区目的层段盒8上、盒8下、山1、山2非均质性致密气藏储层［1－3］。

镜下薄片鉴定表明，该区盒8上、盒8下、山1、山2岩性成分复杂多变，主要为一套岩屑石英砂岩，部分岩屑砂岩及少量石英砂岩。在岩屑石英砂岩中，石英含量39.3%～98.5%，岩屑含量4.3%～60.7%，长石含量0～15.4%。区内碎屑颗粒中岩屑含量普遍较高，平均含量25.9%，以千枚岩、变质砂岩、石英岩岩屑为主。该区目的层段填隙物含量在6%～30%，平均在14%，以硅质、铁方解石、高岭石、水云母为主，见少量绿泥石、菱铁矿、凝灰质和铁白云石，岩石普遍含云母，泥质杂基较高，最高可达15%。

总体来看，该区目的层段储层处于多期不同类型沉积、成岩相带及物源方向变化，其碎屑及其填隙物成分、结构、陆源杂基含量变化很大。主要特征是含高岭石、蚀变凝灰质、石英加大变化和碳酸盐含量变化，储层中杂基、岩屑含量高、长石贫乏、粒度较粗、结构致密，砂岩成熟度低。在成岩过程中，杂基、岩屑容易被压实变形，从而阻塞孔隙和喉道，使其原生孔隙大量消失，次生孔隙相对发育，形成了该区不同类别致密气藏成岩储集相储层［4－6］。为此，研究该区目的层段成岩储集相分类及其测井响应特征，有利于利用成岩储集相分类特征筛选致密气藏含气层段及其有利区域。

1 成岩储集相分类描述模式

1.1 成岩储集相形成的有利因素和不利条件

该区盒8、山1、山2期成岩作用时序和类型相当，共同经历了早期压实作用和中期胶结作用及溶蚀作用。其中压实作用、胶结作用为破坏性成岩作用，不利于成岩储集相形成和演化。广泛发育的溶蚀作用和破裂缝为建设性成岩作用，有利于成岩储集相形成。

（1）溶蚀作用特别有利于成岩储集相形成。煤系地层在成煤过程排出酸性水，使长石、岩屑、泥质杂基发生大规模溶蚀溶解，极大改善了储层孔隙度和渗透率，形成的次生溶孔是成岩储集相主要孔隙类型。

（2）环边绿泥石胶结包壳及粗粒刚性砂粒的抗压实作用有效保护成岩储集相储层孔隙。它不但使砂岩的原生孔隙得以保存，同时也使由长石等骨架颗粒溶解形成的次生孔隙得以保存，它们也是该区成岩储集相形成的重要因素。

（3）压实作用不利于成岩储集相形成，据薄片观察，压实作用颗粒由点接触变为线接触，部分凹凸接触和缝合线接触，使原生孔隙极大降低，出现千枚岩屑、泥质岩屑等塑性成分发生变形、弯曲、碎屑颗粒定向排列、石英颗粒波状消光等。它是促使储层低孔隙度、低渗透率和致密的最主要因素。

（4）胶结作用也不利于成岩储集相形成。石英次生加大和微晶石英发育，形成石英胶结物占据孔隙空间，以及自生高岭石充填粒间孔，它们都明显降低储层孔隙度。特别是自生碳酸盐中连生方解石胶结物和分散粒状方解石胶结物，不仅占据有限的残余粒间孔隙，而且还占据长石等铝硅酸盐溶解作用形成的次生孔隙，往往形成致密性储集层。

1.2 成岩储集相分类描述模式

根据成岩过程成岩储集相形成的基本特征，结合岩心观察，该区主要成岩作用类型有压实、压溶、硅质胶结、高岭石胶结、碳酸盐胶结交代、杂基蚀变及溶蚀等。通过研究该区致密气藏成岩储集相形成的有利因素和不利条件，分析成岩过程孔隙演化基本规律和演化参数变化及其孔隙组合、孔隙结构特征，在研究区划分出Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类成岩储集相类型［6－8］。

通过该区目的层段4类成岩储集相孔隙度演化过程反演［8－9］，得出各类成岩储集相各成岩阶段孔隙度演化模式（见图1）。

图1 各类成岩储集相各成岩演化阶段孔隙度演化模式图

图1中不同成岩储集相经压实、胶结造成不同程度低孔隙度、低渗透率致密储层，溶蚀及其裂缝改善储层孔隙度和渗透率，形成的次生溶孔是不同类别成岩储集相的主要孔隙类型。

（1）Ⅰ类成岩储集相——硅质弱胶结粒间孔、溶孔型成岩储集相。该Ⅰ类硅质弱胶结强溶蚀成岩储集相岩石参数演化分析模式从初始孔隙度39.38%算起［8］，压实过程损失孔隙度25%左右，压实过程孔隙损失率64%左右。胶结及其石英加大造成11%左右的孔隙度损失。压实、胶结后剩余4%左右的原生粒间孔隙。后期溶蚀作用又贡献12%左右的较高孔隙度，造成相对高孔隙度、高渗透率的有利成岩储集相（见图1）。

该类成岩储集相岩性以粗粒石英砂岩及岩屑石英砂岩为主，杂基含量通常小于6%。岩相中的刚性砂粒具有较高抗压性和成岩早期形成的颗粒表面绿泥石黏土薄膜阻止石英加大，在酸性水形成时期保留了一定残余粒间孔隙，形成了酸性水运移通道，有利于原生孔隙保存和酸性地层水流动，使其酸性水容易进入溶蚀不稳定杂基、岩屑、胶结物及少量长石等，形成硅质弱胶结粒间孔、溶孔型成岩储集相（见图2）。

图2 研究区盒8下Ⅰ类成岩储集相粒间孔－溶孔发育图

该类成岩储集相具有较好的渗流、储集能力和孔隙结构特征，渗透率大于1.0×10－3μm2，孔隙度一般大于10%，面孔率大于6%，压汞曲线为宽平台，排驱压力小于0.5MPa，中值压力小于2.0MPa，中值半径大于0.3μm，最大孔喉半径3.0μm，进汞饱和度大于90%，退汞效率大于40%（见表1）。主要分布多期叠置单渗砂能量厚度大的分流河道心滩和边滩部位，砂体成岩过程参数演化给出了中压实、弱胶结和强溶蚀作用特征，特别是次生孔隙发育，其溶蚀增加次生孔隙度可达10%以上，已成为该区致密气藏储层中筛选相对优质储层的甜点。

（2）Ⅱ类成岩储集相——石英加大及高岭石充填溶孔型成岩储集相。该Ⅱ类石英加大及高岭石充填胶结溶蚀成岩储集相参数演化模式从初始孔隙度39.38%算起，压实过程孔隙度损失26%左右，压实过程孔隙损失率67%左右。胶结及其石英加大造成12%左右的孔隙度损失。压实、胶结后剩余孔隙仅为0～2%的原生粒间孔隙。后期溶蚀作用贡献10%左右的孔隙度，造成了相对较为有利的成岩储集相（见图1）。

该类成岩储集相岩性以中－粗粒岩屑石英砂岩和富含石英岩屑的砂岩为主，杂基含量在6%～12%。该类岩相石英加大边及粒间自生石英发育，其石英次生加大及高岭石充填使粒间孔隙明显减少。但储层中易溶的岩屑、杂基和蚀变高岭石形成的溶蚀作用及其蚀变作用，为该类成岩储集相提供了一定的排出扩散条件，形成研究区分布广泛的溶孔型成岩储集相（见图3）。

图3 研究区盒8下Ⅱ类成岩储集相溶孔发育图

该类成岩储集相具有相对较好的渗流、储集能力和孔隙结构特征，渗透率（0.3～1.0）×10－3μm2，孔隙度8%～10%，面孔率3%～6%，压汞曲线为缓坡型，排驱压力0.5～1.5MPa，中值压力2～10MPa，中值半径0.1～0.3μm，最大孔喉半径0.5～3.0μm，最大进汞饱和度在70%～90%，退汞效率25%～40%（见表1）。主要分布在分流河道滞留充填叠置砂体及其心滩、边滩砂体中，砂体成岩过程参数演化给出了相对较低的压实、胶结和较强溶蚀作用特征，其溶蚀增加次生孔隙度可达10%，也成为该区致密气藏筛选相对优质储层的甜点。

（3）Ⅲ类成岩储集相——高岭石化晶间孔型成岩储集相。该Ⅲ类高岭石化晶间孔型蚀变成岩储集相参数演化模式亦从初始孔隙度39.38%算起，压实过程孔隙度损失28%左右，压实过程孔隙损失率70%。胶结及其石英加大造成12%左右的孔隙度损失。后期溶蚀及蚀变作用贡献了4%～8%的孔隙度，造成了一定量高岭石晶间孔为主较为致密成岩储集相（见图1）。

图4 研究区盒8上Ⅲ类成岩储集相蚀变高岭石晶间孔发育图

该类成岩储集相岩性为中粗粒杂砂岩、岩屑砂岩为主，杂基含量可达12%～16%，杂基常被高岭石、微晶石英、绿泥石等次生矿物交代蚀变，在粒内溶孔及相邻粒间孔隙中沉淀出大量晶形较好的自生高岭石晶体，形成分散质点式充填的晶间孔，属于成岩较为致密的高岭石晶间孔型成岩储集相（见图4）。

该类成岩储集相主要经强烈压实塑性碎屑发生杂基化并充填粒间，孔隙度小于8%，面孔率小于2%，渗透率小于0.3×10－3μm2，其孔隙度较高，但大孔隙少，主要孔隙喉道细小，渗透率低。压汞曲线为斜坡型，排驱压力1.5～3.0MPa，中值压力9.0～15.0MPa，中值半径约为0.1μm，最大孔喉半径0.5μm，最大进汞饱和度40%～70%，退汞效率20%～25%（见表1）。主要分布在低能河道滞留充填砂体（含废弃河道砂体）及天然堤、决口扇砂体中，砂体成岩过程参数演化定量分析给出了高压实、胶结和溶蚀蚀变特征，成岩中后期在孔隙中蚀变沉淀呈分散质点式充填的高岭石晶间孔，为致密气藏储层提供一定的储集、渗流条件。

（4）Ⅳ类成岩储集相——强压实胶结致密型成岩储集相。该Ⅳ类强压实胶结致密成岩储集相参数演化初始孔隙度39.38%算起，压实过程孔隙度损失了28%左右，压实过程孔隙损失率72%左右。胶结及其石英加大造成仅剩的11%左右的孔隙度几乎全部损失，后期发育的微孔隙和极少量溶蚀孔贡献了4%左右的孔隙度，造成了强压实胶结致密型成岩储集相（见图1）。

该类成岩储集相岩性主要为细、中、粗粒岩屑砂岩，岩屑主要为易压实的千枚岩、片岩和泥岩等，塑性岩屑，易于压实。储层所含碳酸盐矿物连晶式胶结，形成典型成岩致密相储层（见图5）。

图5 研究区盒8下Ⅳ类成岩储集相强压实胶结致密储层图

该类成岩储集相历经强烈压实和胶结作用，储层物性和孔隙结构很差，面孔率一般小于0.5%或无可见孔隙，孔隙度小于6%，渗透率小于0.1×10－3μm2，压汞曲线为斜坡型，排驱压力大于1MPa，中值压力大于15MPa，中值半径小于0.05μm，最大孔喉半径小于0.3μm，最大进汞饱和度小于50%，退汞效率小于25%（见表1）。主要分布在河道边缘、天然堤、决口扇及分流间湾砂体中，砂体成岩过程参数演化给出了高压实、高胶结和蚀变特征，形成了一种特别致密型成岩储集相。

1.3 成岩储集相分类特征

从图1和表1可以看出，该区目的层段储层强烈的压实作用和胶结作用是形成致密性气藏的关键，Ⅰ、Ⅱ类成岩储集相成岩过程参数演化给出了相对较低压实、胶结和强溶蚀作用特征，反映储层处于有利的沉积、成岩相带，具有相对较好的岩性、物性、孔隙类型、孔隙结构特征，集中反映出该区致密气藏中相对优质储层及其含气有利区形成的地质特点［8－12］，成为该区致密气藏储层筛选相对优质储层的甜点。

2 分类成岩储集相测井响应特征

上述储层成岩储集相分类集中体现出岩性、物性及微观孔隙结构等地质因素对储层成岩储集相的控制作用。特别是该区致密气藏微观孔隙类型组合复杂，岩石孔隙结构非均质性强，孔喉细小，类型多样，致密气评价解释难度很大［13－16］。因此，有必要利用测井资料在非均质致密储层背景上评价划分优质储层，把测井所采集的大量信息转化为分类成岩储集相致密气识别评价的实用方法。

通过该区24口井目的层段致密气藏岩心分类成岩储集相测井响应统计分析，确定不同系列测井曲线评价划分成岩储集相的响应特征及其分布范围（见表1），其中孔隙度系列评价成岩储集相以密度和声波时差测井为最佳，在分类成岩储集相的分布范围及其变化幅度差异最大，识别成岩储集相类别最敏感（见图6）。岩性系列以自然电位测井在分类成岩储集相的分布范围及变化幅度差异较为明显（见图7），自然伽马能谱以钾含量测井在分类成岩储集相评价划分变化幅度差异相对较大（见图8）。电阻率测井系列在分类成岩储集相评价划分变化幅度也有明显差异（见图9）。在分类成岩储集相上的曲线差异为致密气藏储层评价划分提供了十分有效的含气信息。自然伽马、钍、铀含量、光电吸收截面指数、井径、中子孔隙度在分类成岩储集相上的差异也为致密气藏储层挖潜提供了相互匹配的含气信息（见表1）。

图6 分类成岩储集相密度与声波时差关系图

图9 分类成岩储集相密度与电阻率关系

Ⅰ、Ⅱ类成岩储集相甜点测井响应及其分布范围显示特征明显，它们不但具有致密气藏相对优质储层的孔隙结构和渗流、储集能力。而且相对于致密的Ⅲ、Ⅳ类成岩储集相储层测井响应异常差异，为致密气藏储层评价划分提供了有效的含气信息［16－20］。

表1 研究区盒8、山1、山2致密气藏成岩储集相分类综合特征参数分析统计对比表

图10是该区召×井山1段致密气藏储层成岩储集相测井响应评价成果图。图10中从43号Ⅳ类到44、45号层Ⅱ类成岩储集相测井响应差异明显，密度由2.62g／cm3减小到2.45～2.50g／cm3，声波时差由200μs／m增大到230～240μs／m，中子孔隙度由15%到16%再到14%。特别是从Ⅳ类到Ⅱ类自然电位、自然伽马、伽马能谱钾、钍、铀含量及光电吸收截面指数减小幅度均有明显增大，电阻率则由60～70Ω·m降低到20～30Ω·m。Ⅱ类成岩储集相井段射孔试气日产气量0.55×104m3，明显反映出不同类别（Ⅱ、Ⅳ类）成岩储集相测井曲线异常差异特征。

图11是该区召2×井山1段致密气藏储层成岩储集相测井响应评价成果图。图11中43号层Ⅱ类、45号层Ⅲ类、44层Ⅳ类成岩储集相测井响应有明显差异，其中密度、声波时差、中子孔隙度分别在Ⅱ类响应为2.42g／cm3、240μs／m、16%，Ⅲ类响应为2.50g／cm3、235μs／m、20%，Ⅳ类响应为2.62g／cm3、200μs／m、15%。从Ⅳ类、Ⅲ类到Ⅱ类自然电位、自然伽马、伽马能谱钾、钍、铀含量及光电吸收截面指数减小幅度阶梯式增大，电阻率由100Ω·m降低到30～40Ω·m。该Ⅱ类成岩储集相井段射孔试气，日产气量1.75×104m3，明显反映出不同类别（Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类）成岩储集相测井曲线差异特征。

3 结论

（1）苏里格东区致密气藏储层受多期不同类型沉积、成岩作用及构造等因素影响，成岩过程压实和胶结强烈，成岩阶段和作用复杂，造成了不同程度低孔隙度、低渗透率致密储层，形成了不同类别的成岩储集相储层。

（2）根据该区致密气藏成岩储集相形成的有利因素和不利条件，分析成岩过程孔隙度演化的基本规律、岩性结构演变、参数变化及其孔隙组合、孔隙结构特征，在研究区划分出Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类成岩储集相类型。Ⅰ、Ⅱ类成岩储集相成岩过程参数演化给出了相对较低压实、胶结和强溶蚀作用特征，反映储层处于有利的沉积、成岩相带，具有相对较好的岩性、物性和孔隙结构特征，成为该区致密气藏筛选相对优质储层的甜点。

（3）通过该区24口井目的层段致密气藏岩心分类成岩储集相测井响应统计分析，确定不同系列测井曲线评价划分成岩储集相的响应特征及其分布范围，其中孔隙度系列评价成岩储集相以密度和声波时差测井为最佳，在分类成岩储集相的分布范围及其变化幅度差异最大，识别成岩储集相类别最敏感。岩性系列以自然电位测井在分类成岩储集相的分布范围及变化幅度差异较为明显，自然伽马能谱以钾含量测井在分类成岩储集相评价划分变化幅度差异相对较大。电阻率测井系列在分类成岩储集相评价划分变化幅度也有明显差异。它们在分类成岩储集相上的曲线差异为致密气藏储层评价划分提供了十分有效的含气信息。自然伽马、钍、铀含量、光电吸收截面指数、井径、中子孔隙度在分类成岩储集相上的差异也为致密气藏储层挖潜提供了相互匹配的含气信息。

（4）通过该区致密气藏成岩储集相测井响应评价，实例分析了致密气藏不同成岩储集相测井曲线异常差异，阐明了Ⅰ、Ⅱ类成岩储集相在致密气藏储层测井评价中提供的含气信息，有效地确定划分出不同类别含气层及其有效厚度。

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