低孔低渗储层成岩相测井识别—以神木气田上古生界为例

董 悦，滕 藤，，盖秋，王 涛，，李春霞，郑 涛

(1.西安石油大学石油工程学院，陕西西安710065;2.中国石油塔里木油田分公司，新疆库尔勒841000;3.陕西延长石油(集团)有限责任公司研究院，陕西西安710075)

神木气田位于鄂尔多斯盆东北部，西邻榆林气田，南抵米脂气田，勘探面积约3×104km2，探明区及控制区Ⅰ+Ⅱ类有利区含气面积596.1 km2，地质储量为880.1×108m3。该气田主力产层山2段及太2段气藏类型属于低孔低渗型，成岩作用对其储层特征起着主导作用，而成岩相类型受砂岩矿物组分控制，且与储层物性、含气性存在相互关系［1-5］。因此，可以使用测井技术获取岩性资料，结合成岩作用类型对成岩相进行划分，建立测井曲线与成岩相的对应模型，宏观微观结合，对储集层进行评价。

1 岩石学特征

根据神木气田山西组和太原组砂岩类型三角图(图1)，砂岩包括岩屑石英砂岩、石英砂岩和岩屑砂岩3类。山1段砂岩类型主要为岩屑石英砂岩和岩屑砂岩，少量石英砂岩。山2砂岩岩石类型为岩屑石英砂岩和石英砂岩，其中，岩屑砂岩占有一定比例，即从，岩屑砂岩比例降低，砂岩成熟度升高。太原组砂岩岩石类型为岩屑石英砂岩和石英砂岩，其中，太2岩屑砂岩占有一定比例，即从太2到太1，岩屑砂岩比例降低，砂岩成熟度升高。

2 成岩作用

2.1 压实和压溶作用

低孔低渗储层的主要成因是由压实作用所导致，而压实作用又受沉积物的颗粒成分、粒度、磨圆、分选等因素影响。砂组或一些局部石英含量较高的地区，由于石英颗粒抗压实，所以一些粒间孔得以保存下来，成为有利的储集空间。

压溶作用常见于埋藏较深的砂岩中。由于高温高压的影响，砂岩颗粒溶解并伴随流体在低压处形成沉淀并造成塑性变形，砂岩颗粒的接触方式也由点接触演化为线接触及镶嵌式接触。

图1 研究区山西组与太原组岩屑组分三角图Fig.1 Triangular diagram showing sandstion composition of Shanxi and Taiyuan formation in the studied area

2.2 胶结作用

研究区山西组、太原组砂岩中的胶结物类型主要以黏土矿物、硅质为主，含少量碳酸盐胶结物［6-10］。胶结物是由孔隙溶液沉淀并充填在孔隙中，随着胶结物含量的增加，孔隙度与渗透率会降低，但适量的高岭石及硅质可以使孔渗变好(图2、图3)。

2.2.1 黏土矿物胶结 本区黏土矿物主要以伊利石、高岭石为主，晶体往往充填在粒间孔及溶孔中，形成孔隙式胶结，部分以薄膜的形式包裹颗粒外表。

(1)伊利石(水云母)。水云母在山西组和太原组的各个层段均有产出，常与高岭石交生，随温度增加可转化为绢云母、白云母(图4(a))。

图2 硅质体积分数与渗透率关系Fig.2 Relationship between volume fraction of Silica and permeability of the first submeber of the second member of Shanxi formation

图3 高岭石体积分数与渗透率关系Fig.3 Relationship between volume fraction of Kaolinite and permeability of the second submeber of the second member of Shanxi formation

(2)高岭石。此类矿物常以书页状或蠕虫状充填于粒间孔与晶间孔中(图4(b))。在扫描电镜下，高岭石一般具有2种形态:一类是硅质到高岭石转化的过渡态，其保留良好的晶间微孔隙。另一类存在于长石溶孔中，此类高岭石晶间空隙极小，但能产生部分次生孔隙。

2.2.2 碳酸盐胶结 碳酸盐胶结常发生于碱性沉积环境，胶结物以方解石为代表。本区碳酸盐胶结物含量较少，多见于具三角洲前缘沉积特征的太1段砂层组。碳酸盐胶结作用使得物性变差，对储层起到破坏性作用。

2.2.3 硅质胶结 在成岩过程中，压溶作用与黏土矿物成岩转化过程为硅质的形成提供了大量的SiO2。这些SiO2伴随流体沉淀在压力较小的区域形成石英的自生加大边，或者充填在空隙中形成自生石英。

(1)石英次生加大边。硅质胶结物呈环状包裹石英颗粒生长，颗粒间以凹凸式接触。由于本区山2段砂岩石英含量较高，往往出现石英次生加大现象(图4(c))。

(2)粒间自生石英。此类胶结物呈微晶状生长于粒间孔或溶蚀孔中，晶形从较差—较好均可见到，常与水云母等黏土矿物交生，此外还可见到粒间硅质胶结物向高岭石转化的过渡产物(图4(d))。

2.3 溶蚀作用

溶蚀作用能够改善储层物性，形成大量次生孔隙(图4(e)、图4(f))。岩屑、长石、杂基甚至胶结物均可见溶蚀，本区以岩屑的溶蚀最发育。充填在颗粒间的黏土矿物受溶蚀作用可以形成连通性较好的次生溶蚀缝，提供一定的储集空间。

图4 研究区砂岩镜下照片Fig.4 Microscope photos of Shanxi formation sandstone in the studied area

3 成岩相类型及其测井响应特征

成岩相主要受岩性控制，而岩石物性又与孔隙类型、填隙物含量等因素有关，因此，采用孔隙类型和填隙物类型对成岩相类型进行联合命名［11-15］。根据铸体薄片、X衍射、扫描电镜等资料，将神木气田上古生界山西组和太原组成岩相类型划分为以下5种:

(1)粒间孔+溶蚀孔相

粒间孔+溶蚀孔相是有利的成岩相类型，主要发育在辫状河三角洲平原分流河道砂体较厚的心滩区域，砂岩成熟度较高，组分以石英为主。由于石英含量较高，压实作用的影响在很大程度上被削弱，大量原生粒间孔得以保存。成岩过程中，酸性溶液进入砂岩使得易溶组分发生溶蚀，形成石英加大边和次生粒间溶孔，从而形成粒间孔与溶蚀孔的组合相带，该相带物性好，但分布较少。

此类成岩相在测井响应上呈高声波时差、低伽马、高电阻率的特点(表1)。

表1 粒间孔+溶蚀孔相测井响应量化数值Tab.1 Logging values of"intergranular pore and dissolved pore"facies

图5为双84井太1段测井响应图，储层发育中粗粒石英砂岩。孔隙类型主要为粒间孔和晶间孔组合，砂岩孔隙度一般大于6%，渗透率一般大于0.6 ×10—3μm2。

图5 粒间孔+溶蚀孔相测井响应特征Fig.5 Logging response features of"intergranular pore and dissolved pore"facies

(2)粒间孔+晶间孔相

粒间孔+晶间孔相是较有利的成岩相类型，在三角洲平原、前缘分流河道中发育石英砂岩的区域较为常见，石英含量少于粒间孔+溶蚀孔相。在成岩过程中，石英次生加大边包裹颗粒，使得粒间孔得以保留，之后又被高岭石所充填，在保留部分粒间孔的同时也发育高岭石晶间孔。

此类成岩相在测井响应上呈低声波时差、低自然伽马、高电阻率的特点(表2)。

表2 粒间孔+晶间孔相测井响应量化数值Tab.2 Logging response values of"intergranular pore and intercrystalline pore"facies

图6为双20井山1段测井响应图，其孔隙类型以粒间孔、晶间孔为主，砂岩孔隙度普遍在4% ～6%，渗透率为(0.3 ～0.5)×10—3μm2。

图6 粒间孔+晶间孔相测井响应特征Fig.6 Logging response features of"intergranular pore and intercrystalline pore"facies

(3)黏土矿物充填晶间孔+溶蚀孔相

黏土矿物充填晶间孔+溶蚀孔相是储集物性较好的成岩相带，在三角洲平原、前缘分流河道中发育岩屑石英砂岩的区域较为常见。溶蚀作用使其产生大量粒内溶孔及粒间孔隙，大量自生高岭石晶体充填在这些空隙中。

此类成岩相测井响应呈现出低电阻率、中—高声波时差、中值自然伽马的特点(表3)。

表3 黏土矿物充填晶间孔+溶蚀孔相测井响应量化数值Tab.3 Logging response values of"intercrystalline pore filled by clay minerals and dissolved pore"facies

图7为双44井山2段测井响应图，储层发育岩屑石英砂岩，储集空间以高岭石晶间孔为主，砂岩孔隙度一般在4% ～6%，渗透率为(0.1～0.4)×10—3μm2。

图7 黏土矿物充填晶间孔+溶蚀孔相测井响应特征Fig.7 Logging response features of"intercrystalline pore filled by clay minerals and dissolved pore"facies

(4)黏土矿物充填晶间孔+微孔相

此类成岩相是不利的成岩相，主要发育在粗碎屑物质沉积的河床滞留区域，岩性为岩屑砂岩。在成岩过程中，伊利石是介于云母、高岭石及蒙脱石间的一种过渡性矿物，呈搭桥状或丝状充填粒间孔隙，并交代碎屑颗粒，使得孔隙间连通性差，但具有一定量的微孔。

该成岩相测井响应呈现中—低声波时差、中—低自然伽马、低电阻率的测井响应特点(表4)。

表4 黏土矿物充填晶间孔+微孔测井响应量化数值Tab.4 Logging response values of"intercrystalline pore filled by clay minerals and micropore"facies

图8为双13井山1段测井响应图，以伊利石晶间微孔为主，砂岩的孔隙度低于4%，渗透率为(0.1～0.3)×10—3μm2。

图8 黏土矿物充填晶间孔+微孔相测井响应特征Fig.8 Logging response features of"intercrystalline pore filled by clay minerals and micropore"facies

(5)压实压溶相

压实压溶相是本区低孔低渗储层的主体，形成于成岩作用的全过程，主要发育在河道侧翼，孔隙度一般低于2%，渗透率不超过0.1 ×10—3μm2。

根据以上成岩相测井曲线相应特征，选取双34井绘制了单井成岩相测井识别图。如图9所示，在使用测井识别模型划分成岩相后，利用铸体薄片资料对其准确性进行验证，与划分结果基本符合。

4 成岩相平面分布

根据成岩相类型与测井响应之间的关系，结合岩心薄片资料绘制了山西组与太原组的成岩相平面分布图(图10(a)、图10(b))。

图9 双34井单井成岩相测井识别结果Fig.9 Logging response characteristics of diagenetic facies of Shuang 34 well

图10 成岩相平面分布Fig.10 Plane distribution of diagenetic facies

研究区的砂岩物源主要来自北部偏东［15-19］。根据X衍射、镜下薄片等资料显示，北部石英次生加大现象普遍，中部及南部为硅质与黏土矿物的混合区，其中伊利石与高岭石含量高，不同的矿物组分导致成岩相类型在平面上的分布差异十分明显。分布于分流河道中砂体较厚的砂岩，其石英含量较高，抗压实能力强。此类砂体中只含有少量胶结物，孔隙类型以粒间孔为主，部分孔隙被黏土矿物充填或溶蚀。而在分流河道中石英含量较少且砂体厚度较薄区域的砂岩，由于其填隙物含量较高，粒间孔随之减少，孔隙类型以粒间孔+晶间孔及晶间孔+溶蚀孔为主。研究区东部及西部黏土矿物含量较高，大量粒间孔被伊利石充填，虽具有一定的微孔和晶间孔，但连通性较差，渗透能力较低。

5 结论

(1)研究区孔隙类型主要为粒间孔、溶蚀孔及晶间孔，微孔及微裂缝次之。孔隙组合类型主要为:粒间孔+溶蚀孔、粒间孔+晶间孔、晶间孔+溶蚀孔、晶间孔+微孔。

(2)成岩作用对储集层物性起主导作用。溶蚀作用能够提供大量次生孔隙，改善储层物性;压实压溶作用导致大量孔隙减少，对储层物性具有破坏性;胶结作用使得储层的孔隙度及渗透率进一步降低，但适量的硅质与高岭石有利于孔隙发育。

(3)根据岩性及测井资料划分出5种成岩相类型，并建立了相应的测井响应模型。其中，粒间孔+溶蚀孔相、粒间孔+晶间孔相及黏土矿物充填晶间孔+溶蚀孔相为有利的成岩相带，能够为油气提供有效的储集场所。而压实压溶相与黏土矿物充填晶间孔+微孔相为不利相带，较难储集油气。

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