辽河双台子构造带沙三段致密砂岩储层特征研究

2014-03-26魏新华

石油地质与工程 2014年4期

魏新华

(中国石油辽河油田公司华油分公司，辽宁盘锦 124010)

双台子构造带位于辽河坳陷西部凹陷的中南部，西部凹陷为中新生代发育的箕状凹陷。凹陷自西向东依次分布有西部斜坡带、坡洼过渡带、中央隆起带、洼陷带和东部陡坡带，北部高而窄，南部低而宽，面积为2 560 km2，基底最大埋深达8 400多米。古近系盆地演化经历了初始裂陷、强烈断陷、块断坳陷过程，沉积地层表现出多旋回性。双台子构造带东邻清水洼陷，西靠坡洼转化带[1-5](图1)。沙河街组三段(简称沙三段)沉积时期为凹陷强烈断陷期，坡度陡、水体深、物源丰富，双台子地区发育重力流沉积为主的扇三角洲-湖底扇-半深湖、深湖沉积体系，主要发育湖底扇中扇亚相，并可进一步划分为辫状沟道、沟道间、沟道前缘微相[2,6-8]，主要为大套灰、深灰、灰褐色泥岩与厚层块状白色砂砾岩互层，埋深一般大于3 000 m。

清水洼陷沙三段烃源岩丰富、有机质热演化程度较高，双台子地区沙三段砂体与烃源岩直接接触，形成良好的生储盖匹配条件，但是由于埋藏深度大，储层物性差，特别是埋深大于3 500 m时，为典型的致密储层。该区重力流砂体变化快，储层非均质性强，有必要对该区致密砂岩储层进行详细的研究，为有效储层的预测以及有利区选择打好基础。

1 储层特征

1.1 地层特征

双台子地区沙三段岩石类型多样，岩性复杂[9]，通过大量的岩心观察和薄片鉴定得知，该区沙三段发育大套厚层砂砾岩、砂岩和暗色泥岩互层，包括巨砾岩、中粗砾岩、砂砾岩、含砾砂岩、砾质砂岩、中细粒砂岩和泥岩。砂岩中包卷层理、揉皱变形、液化砂岩脉等同生变形构造非常发育，显示重力流沉积特征。成分成熟度和结构成熟度均较低，岩性以长石岩屑砂岩为主、次为岩屑长石砂岩，含少量的长石砂岩和岩屑砂岩，岩屑成分以火山岩和变质岩为主，含少量泥岩岩屑；颗粒分选中等-差，磨圆较差，多为次棱-次圆状；点-线接触、线接触，孔隙式胶结为主。双52、双216、双深3和双225四口井全岩矿物定量衍射结果显示(表1)，粘土矿物和碳酸盐岩矿物含量较低，以石英和长石为主。

图1 工区位置

表1 工区四口井全岩衍射定量分析结果 %

1.2 储层物性特征

砂岩储层的孔隙度和渗透率是反映储层性能和渗滤条件的两个最基本参数。据研究区40多口井的常规物性资料统计数据显示，大多数样品孔隙度小于15%，渗透率小于50×10-3μm2，因此，主要研究层段砂岩总体物性属低孔-低渗、特低孔特低渗型储层。据研究区217块样品的分析结果表明，孔隙度最小为2.1%，最高为21.6%，平均孔隙度为9.7%，多数集中在2.1%～15%，占样品数的90.88%，大于15%的样品占9.12%,且全部分布于3 200 m以上地层。渗透率变化大，最小值0.03×10-3μm2，最大值212×10-3μm2，平均值5.91×10-3μm2，渗透率很低，87.85%的渗透率值小于5×10-3μm2，其中3 200 m以下地层中85%的样品小于1×10-3μm2。孔隙度、渗透率在储层内部纵向、横向上变化很大，说明储层的非均质性强。

1.3 储集空间类型

结合普通薄片、铸体薄片、扫描电镜及阴极发光资料分析，双台子构造带沙三段储集空间类型多样，主要以粒间孔、晶间孔隙和粒内孔隙为主，含少量的微孔隙、铸膜孔隙，该区裂缝较少见。粒间孔隙一部分为原生粒间孔隙，为机械压实和填隙物充填以后残余的原生孔隙，另一部分为粒间溶蚀孔隙，主要为填隙物(主要为碳酸盐岩胶结物和长石)溶蚀后产生的粒间溶蚀孔隙，还包括一部分碎屑颗粒边缘溶蚀和压溶作用形成的孔隙，含量较少。粒内孔隙主要是碎屑颗粒中不稳定矿物的溶蚀孔隙，该区的粒内孔隙主要为长石颗粒的溶解产生，甚至有超大铸膜孔的产生。由于目的层埋藏较深，成岩作用较强，储层中存在少量裂缝，分为构造压实缝和成岩收缩缝，作为储集空间和连通通道，但含量较少，不足5%。该区储集空间类型是上述粒间孔隙和粒内孔隙及裂缝等综合构成的网络系统。虽然局部地区孔隙性较好，但由渗透率数据和压汞资料表明，目的层段储层束缚水饱和度普遍比较高，该区孔隙结构不均匀，孔喉连通性差，导致物性整体偏差，储层致密。

1.4 孔隙结构特征

储层孔隙结构特征是指孔隙及连通孔隙的喉道大小、形状、连通情况、配置关系及其演化特征，由孔隙和喉道组成。

1.4.1 孔隙结构参数

通过铸体的孔隙图像分析，可以很好的得到孔隙的定量数据。研究区沙三段储层孔隙直径平均值最大128.95 μm，最小39.84 μm，平均为86.06 μm，从图2中可以看到，孔隙直径主要分布于50～150 μm，孔隙大小属于中孔、大孔，并以中孔为主。

图2 双台子构造带沙三段平均孔隙直径分布频率

1.4.2 喉道结构参数

根据沙三段压汞参数的统计来看(表2)，本区的孔喉特征为：①孔喉大小：沙三段最大孔喉半径平均值为9.347 μm，属于粗喉级别；孔喉半径平均值为3.202 μm，属细喉-偏微喉级别。统计结果表明，双台子构造带沙三段储层以小于1 μm的孔喉为主。可见，本地区沙三段孔喉大小特点是以细喉、微喉为主，局部见中喉、粗喉，特粗喉很少见。②孔喉分选：孔喉大小的分选差，孔喉在岩石中的分布不均匀，偏粗歪度。

2 储层物性影响因素

碎屑岩储集层物性不仅是埋藏深度的函数，而且是包括受物源和沉积环境控制的沉积物成分和结构，受构造运动控制的沉积物埋藏史、水动力条件、孔隙流体性质及其演化阶段、地温场、与储集岩相关的沉积体内有机质和粘土矿物的成岩演化等一系列相关因素共同影响的综合产物。这里主要分析沉积、成岩两个方面对研究区沙三段储层物性特征的影响。

表2 孔隙吼道特征参数

2.1 沉积作用

沉积环境是影响储层储集性能的地质基础，沉积环境决定砂岩储层的碎屑组分、杂基含量、沉积构造、砂体展布等，进而影响储层的原始孔隙度、渗透率。这些都是储层沉积物后期所经历的成岩演化及构造运动的物质基础。

2.1.1 岩石学特征

影响砂岩储集性能的因素主要有杂基含量、胶结物含量、颗粒组分的物理化学性质等，一般情况下，储集岩的物性与石英碎屑的含量呈正相关关系。砂岩成分成孰度高(如石英砂岩)，石英颗粒骨架有较强的抗压实作用，原生孔隙能得以最好地保留，使得原生孔隙发育，但易发生次生加大和粘土矿物的吸附，使储层孔隙度降低，喉道堵塞，渗透率减小；成分成熟度差(如长石岩屑砂岩、岩屑长石砂岩)，原生孔隙差，但在酸性流体作用下不稳定矿物、岩屑等易于发生粒间、粒内溶蚀，次生孔隙发育，使储层孔隙度和渗透率都有所增大。因此，储层杂基含量越高，储集性能就越差。

一般来说，圆球度好的砂岩其分选性也好。孔隙度也高，对于形状不规则的棱角状颗粒，常发生镶嵌现象，相互填充孔隙空间。致使孔隙体积减小，孔隙之间的连通性变差。结果使孔渗性变差。但是，如果颗粒之间不发生相互镶嵌现象(如在快速堆积而压实作用强度又较低的情况下)而是彼此支撑起来，则反而会使岩石的孔渗性变好。当然，由于快速堆积往往伴随着较弱的分选作用而使岩石中杂基含量较多。因此，岩石的孔渗性不会很好。

根据薄片和粒度分析可知，粒度的大小和分选性是影响研究区储层储集性能的重要因素之一。从表3中可以看出，研究区最有利的储层岩石类型是中砂岩、粗砂岩和巨砂岩，而细砂岩和分选性差的不等粒砂岩和砂砾岩则相对差很多，尤其是在渗透率上，更是相差悬殊。

2.1.2 沉积相带

影响储层物性的地质因素中沉积相带是最宏观和最直接的地质因素。优质储层多形成于水动力条件较强的高能环境。根据地球化学、化石组合及生态习性分析，沙三段沉积期处于暖湿气候的较深水还原湖泊环境。物源来自于西部凸起，主要发育湖底扇砂砾岩体。各沉积微相对孔渗的影响见表4。也就是说，储集性能好的砂体形成于高能环境中，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，粘土矿物含量低，原始粒间孔隙发育，流体的渗流性较好。在后期成岩作用中，一些酸性流体容易在大孔隙中流动，溶蚀作用相对发育，物性相对较好。但有些层段由于矿物成分和活跃的孔隙流体发生反应，会使方解石含量增加，物性变差。总之在埋深大体相近的情况下，研究区湖底扇辫状沟道砂体储层物性最好，平均孔隙度达13.6%，渗透率15×10-3μm2，中扇前缘次之，平均孔隙度达10.9%，渗透率3.6×10-3μm2，沟道间物性较差，平均孔隙度10.6%，渗透率多数小于1×10-3μm2，外扇亚相物性最差，平均孔隙度7.8%，渗透率多数小于1×10-3μm2。

2.2 成岩作用

通过对影响研究区沙三段储层物性各种成岩作用的分析，认为成岩作用对砂岩储集层物性的影响既有建设性也有破坏性。压实作用、胶结作用是破坏储集层孔隙度、降低渗透率的主要因素；而溶蚀作用则产生次生溶蚀孔隙，改善了储集层的物性。

表4 沉积微相特征及与储层物性的关系

2.2.1 压实、胶结作用

胶结作用和压实作用是导致储层物性变差的最主要原因。持续的深埋带来的压实作用是造成研究区砂岩原生孔隙大量丧失的主要原因，储层内胶结物含量的增加，导致岩石孔隙度进一步降低。

2.2.2 溶蚀作用

砂岩储集层的溶蚀作用形成了各种类型的次生孔隙，作为研究区沙三段储集层主要的孔隙类型之一，溶蚀孔隙对改善砂岩储层的储集性能起到了建设性的作用，所以溶解作用有效地改善了储集层物性。但这并没有使沙三段储层的渗透率提高，原因可能是砂体与外界的连通性差，溶蚀产物只有部分排出砂体，或者根本没有排出，这就造成了粘土矿物的原地沉淀，堵塞孔隙及喉道。并且，随着埋深的加大，有机酸发生脱羧作用，产生CO2,使CO2分压相对升高，导致含铁碳酸盐沉淀，进一步堵塞了孔隙和喉道。最终造成了沙三段储层普遍低孔低渗、特低孔特低渗的特征。