准噶尔盆地阜东地区砂岩储层主控因素及分类评价

2014-08-20胡平樱中国石油大学北京地球科学学院北京102249

石油天然气学报 2014年11期

胡平樱（中国石油大学（北京）地球科学学院，北京102249）

王小军，吴宝成，常亮，谢安（中石油新疆油田分公司勘探开发研究院，新疆克拉玛依834000）

阜东地区位于准噶尔盆地中央坳陷区与东部隆起区的过渡地带，勘探面积近3000km2。该地区油气勘探始于20世纪50年代，针对侏罗系、三叠系陆续钻探了数口探井，但钻探效果不理想。随着2009年阜东2井侏罗系头屯河组（J2t）油藏的发现，展示了巨大的勘探潜力，揭开了阜东地区中上侏罗统岩性油气藏的勘探序幕。该区J2t从下到上划分为头屯河组一段、二段、三段（J2t1、J2t2、J2t3）[1]。

从钻试结果来看，该区J2t物性总体较好，油气显示虽较为丰富，但出油井较少或油井产量较低。因此，需对区内J2t储层的主控因素进行有效分析，针对砂岩储层进行分类评价，明确优质储层发育的基本规律，为油气勘探部署和决策提供直接、有力的科学依据。

1 储层基本特征

1.1 岩石学特征

阜东地区J2t储层在岩石学上总体表现为较低成分成熟度、低填隙物含量、成岩作用较弱和方解石普遍发育的特征，即 “两低一弱一发育”。

通过对270m岩心的观察描述和220个铸体薄片的鉴定认为，J2t储层岩性总体偏细，以细砂岩、中细砂岩、细中砂岩为主。岩石类型以成分成熟度较低的长石岩屑砂岩或岩屑砂岩为主，石英体积分数一般小于30%，在20%～30%之间，长石体积分数介于20%～25%之间。砂岩中的岩屑含量相对较高，平均体积分数一般为50%以上。岩屑组分主要为火山岩岩屑，而且多以凝灰岩岩屑为主。

胶结物体积分数一般小于5%，主要自生矿物有方解石、高岭石、方沸石、硅质及黄铁矿等。方解石的分布在研究区较为普遍，方解石主要呈斑块状或斑点状不均匀分布，是造成储层非均质性的主要因素[2]。

1.2 成岩作用及成岩相

J2t储集层砂岩的成岩作用主要有机械压实作用、胶结作用、交代蚀变作用和溶蚀作用。其中，压实、胶结等成岩作用与储层孔隙的保存和破坏有着密切的关系[3，4]。

J2t砂岩储层在成岩演化过程中的顺序大致分为：①早成岩阶段，成岩的压实作用减少了原生粒间孔隙，绿泥石包膜形成，方解石和方沸石的胶结，少量方解石以交代长石等其他组分的形式产出，经过压溶作用和自生矿物析出，原生粒间孔隙进一步减少；②早成岩阶段晚期，由黏土矿物转化提供的Ca2＋、Fe2＋、Mg2＋达到一定浓度时，会沉淀出方解石及少量含铁方解石，主要以斑块状或分散的晶粒状分布于粒间孔中，同时伴有少量的溶蚀作用；③中成岩阶段，主要表现为压实作用和压溶作用以及长石颗粒的溶蚀作用，其次是高岭石、含铁方解石的胶结与交代作用，同时有硅质析出，长石颗粒的溶蚀形成少量的次生溶孔。由此认为，J2t主要处于早成岩的B期和中成岩A期[5]。

根据220个铸体薄片鉴定结果，阜东地区J2t主要有3种成岩相类型：弱压实－弱胶结成岩相、弱压实－强胶结成岩相、强－中等压实成岩相（表1）[6，7]。

表1 阜东地区J2t砂岩储层成岩相特征

1）弱压实－弱胶结成岩相压实作用弱，胶结物含量低，粒间孔较为发育。该类成岩相主要出现在细砂岩、细－中砂岩中，偶尔出现在极细－细砂岩中。岩石中塑性岩屑体积分数平均7%；胶结物较少，平均2.76%。胶结类型以薄膜－孔隙为主。弱压实－弱胶结成岩相物性较好，平均孔隙度为17.63%，平均渗透率为22.97mD，面孔率高，粒间孔发育。该类成岩相主要形成于三角洲前缘水下分流河道砂体中，偶尔在河口坝砂体中出现（表1）。

2）弱压实－强胶结成岩相主要特点是胶结物（以含铁方解石为主）呈连晶状或分散晶粒状不均匀胶结，粒间孔隙不发育。该类成岩相主要出现在中细砂岩、细中砂岩、细砂岩中，岩石粒度稍稍比弱压实－弱胶结成岩相粗。塑性岩屑较少，平均仅有6.7%，但方解石较多，平均达到11%，胶结了大部分的孔隙，故其物性较差，平均孔隙度一般只有10.88%。该类成岩相主要形成于平原河道砂体与前缘水下河道砂体中，偶尔也存在于在河口坝等砂体中（表1）。

3）强－中等压实成岩相表现为塑性岩屑含量高，胶结物含量低，可见孔隙不发育。主要发育于细砂岩、中细砂岩中，岩石含有较多的塑性岩屑，是3类成岩相中最高的，达到12.4%。该类成岩相主要形成于河口坝、远砂坝、平原水道、天然堤等分选性较差的砂体中，偶尔也存在于水下分流河道中（表1）。

1.3 储集空间类型及孔隙结构

J2t储集空间类型均属于剩余原生粒间孔为主，次生孔隙为辅的混合型。次生孔隙主要为长石颗粒发生溶蚀形成的粒内孔（包括极少量铸模孔），其次为方解石溶蚀孔和方沸石溶蚀孔，另外还发育少量高岭石晶间微孔[8]。

J2t储层孔隙结构中等，局部较差，孔喉半径变化较大，排驱压力较低，多在1.0MPa以下，平均毛细管半径多数大于1.0μm，但退汞效率低，多小于35%，总体属于细喉道，局部发育中－粗孔喉。孔喉分选较差，局部相对较好，以偏细为主。

1.4 物性特征

阜东地区J2t以中孔、低渗型储层为主，局部发育中孔、中渗型以及低孔、低渗型储层。阜东地区南部180个储层样品测试结果显示，在纵向上各层段的孔隙度变化不大，平均在13.49%～16.6%之间，而渗透率变化较大，J2t3段最好，平均为65.9mD，J2t1最差，平均仅有2.5mD。阜东地区北部45个储层样品测试结果显示，J2t各段储层的孔隙度较为接近，平均在17.1%～18.7%，在渗透率方面，J2t3和J2t2储层的渗透率较低，平均为2.6mD和9.4mD，J2t1的渗透率明显偏高，平均为46.2mD，这与该段储层粒级偏粗（中粗砂岩）、填隙物含量低有关。

1.5 储层敏感性特征

40个样品测试结果显示，阜东地区黏土矿物多以蒙皂石和无序伊利石－蒙皂石混层为主，两者体积分数之和在60%以上，而蒙皂石以及无序伊利石－蒙皂石混层具有遇水强烈膨胀性特点。在阜东地区北部以绿泥石为主，体积分数均大于70%；而南部高岭石相对发育，但在孔隙中较易迁移[9]。阜东地区储层敏感性试验分析表明，J2t普遍存在较强水敏特征的潜在因素，同时存在较弱酸敏和速敏的特征。流动试验表明，阜东地区J2t表现出强水敏、较高临界盐度、弱－中等速敏及弱－中等酸敏的敏感性特征。初步分析认为黏土矿物并不是影响储层敏感性的唯一主要因素，储层物性和孔隙结构也是一个重要影响因素。物性较好、孔隙结构较优的储层，即使是敏感性矿物含量较高，对其产生的伤害也较小，因此在阜东地区寻找优质储层及认清其分布规律仍然是油气勘探关注的重点。

2 控制储层的主要因素

地层内储集砂体的物性受各种各样的因素影响，根据对阜东地区储层资料的分析，认为砂体物性主要受沉积相带、成岩作用、埋深等因素影响。

2.1 沉积相带是相对优质储层的主要控制因素

阜东地区J2t主要发育曲流河三角洲－湖泊沉积相[10，11]，优质储层主要发育于三角洲前缘水下分流河道砂体中（根据289个样品统计，孔隙度平均为15.94%，渗透率平均为36.07mD），其次发育于平原河道砂体（据18个样品统计，孔隙度平均为14.6%，渗透率平均为18.25mD）与河口坝砂体中（据65个样品统计，孔隙度平均为14.5%，渗透率平均为21.91mD），最差的储层发育于三角洲前缘远砂坝砂体（据46个样品统计，孔隙度平均为11.13%，渗透率平均为1.7mD）和分流间湾砂体中。

不同沉积相的砂体沉积特征、储层的分选性、岩石成分等均存在一定的差异[12]。水下分流河道砂体物性最好，分选也较好，主要为石英、长石、岩屑颗粒，塑性岩屑较少，粒间孔发育（图1（a））；河口坝砂体粒度比河道砂体稍细，但分选较好，孔隙也较为发育，物性也较好；远砂坝砂体粒度细，由于在三角洲前缘远端，与滨浅湖较近，常夹有泥质沉积物，故物性较差（图1（b）），目前阜东地区在实际钻井过程中，远砂坝砂体仍有油气显示，但试油效果差，基本不出油。

图1 阜东地区J2t不同微相砂体的微观照片

2.2 胶结作用强导致储层物性明显变差

220个铸体薄片鉴定数据表明，对物性影响较大的是胶结作用，促使岩石内孔隙减少[13]，胶结物含量与面孔率有较好的负相关性（图2）。当胶结物体积分数大于8%时，面孔率低于6%；胶结物体积分数大于12%时，面孔率基本小于2%。从薄片鉴定资料来看，方解石为主要的胶结物。

2.3 储层物性与埋深关系密切

如图3所示，J2t在2500m以上时，储层孔隙度最高可达30%；在2700～2800m下降至20%；到3400m后由于储层溶蚀作用，出现次生溶孔，孔隙度又有所增加的趋势；但再往深部，孔隙度逐渐减少，至4100m时最高孔隙度为16%。根据埋深与孔隙度的关系趋势估算，在4800m时砂岩储层孔隙度仍能达到10%，因此阜东地区具有进一步向凹陷中心勘探的潜力。

图2 阜东斜坡区J2t砂岩内胶结物体积分数与面孔率关系图

3 储层分类和评价

通过对阜东地储层控制因素的分析，以核磁测井解释的孔隙度、渗透率为关键参数，结合岩矿特征、物性、成岩相、沉积相以及产能性质，参考砂岩储层分类评价标准[14，15]，将研究区J2t储层划分为4类（表2）。

图3 阜东地区J2t砂岩埋藏深度与物性关系

根据上述分类标准，结合油气显示情况，以阜东2井为例对阜东地区J2t进行储层评价。J2t沉积相类型为三角洲前缘亚相，3305～3320m井段、3346～3356m井段砂体为水下分流河道砂体，根据井壁取心物性资料及测井资料分析，属于Ⅲ类储层；而在3250～3290m井段的薄层砂体属Ⅳ类储层。在3174～3180m及3190～3204m井段砂体为水下分流河道砂体，根据物性数据及测井数据分析，为Ⅱ类储层，但夹有薄层的Ⅲ类和Ⅳ类储层，试油结果也表明其储层物性良好。J2t顶部砂体主要为平原河道砂体，综合分析后认为是Ⅲ类储层，夹有Ⅳ类储层。