致密碎屑岩储层“甜点”形成及保持机理——以鄂尔多斯盆地西南部镇泾地区延长组长8油层组为例

刘春燕

(中国石化 石油勘探开发研究院 构造与沉积储层实验室，北京 100083)

致密碎屑岩储层“甜点”形成及保持机理
——以鄂尔多斯盆地西南部镇泾地区延长组长8油层组为例

刘春燕

(中国石化 石油勘探开发研究院 构造与沉积储层实验室，北京 100083)

中西部盆地碎屑岩普遍致密化、储层“甜点”预测难度大是制约油气发现的重要因素。为探索储层致密化及“甜点”形成和保持机理，通过岩心观察、铸体、荧光、包裹体、阴极发光等薄片鉴定、粒度分析、压汞和覆压孔渗测试、扫描电镜和能谱分析等沉积、岩石和地球化学综合研究，根据成因类型，将鄂尔多斯盆地西南部镇泾地区延长组长8油层组“甜点”划分为原生型、次生型两大类，认为早期绿泥石膜的发育适度抑制了后期的成岩改造，是原生型“甜点”得以形成、保持的重要因素。对于次生型“甜点”，各类溶蚀孔和微裂缝为其主要孔隙空间，可进一步划分为溶蚀型“甜点”和裂缝型“甜点”，并证实了各类溶蚀、破裂等建设性成岩作用是形成次生型“甜点”的关键因素。研究认为，早期油气充注可有效地抑制后期胶结作用的发生，多期次的成岩交替过程使“甜点”形成-保持(或失效)。纵向上，单砂体的去致密化作用始自原生孔隙保存相对较好的高渗层或裂缝与溶蚀作用较强的叠合部位，并逐渐向外推进。平面上，砂体的去致密化有着类似的特点，顺沿砂体，储层“甜点”呈现“竹节状”分布的特点。

“甜点”发育模型；成岩作用；碎屑岩；致密储层；延长组；鄂尔多斯盆地

伴随世界油气需求的持续增长与常规油气产量的不断下降，具有较大资源潜力的非常规油气逐渐成为新的勘探领域，其中，致密碎屑岩已位居前列，新一轮资源评价表明，中国中西部四大盆地致密碎屑岩油气资源量是碎屑岩总资源量的45.3%，在国家油气资源战略构成中占据重要地位，尽管如此，中国致密碎屑岩的勘探开发和相关研究仍处于探索阶段，总体勘探程度与地质认识程度较低，特别是储层“甜点”的形成和保持机理方面仍存在许多未解之谜。

针对鄂尔多斯盆地西南部镇泾地区延长组8段致密碎屑岩储层，本次研究选取典型钻井资料和岩心样品，对致密碎屑岩储层“甜点”的形成和保持机理开展了深入研究，以期推动致密碎屑岩地质理论的新认识和油气勘探的新发现。

1 地质背景

鄂尔多斯盆地是一个多旋回克拉通盆地，上三叠统延长组是在盆地持续沉降过程中形成的一套河流-湖泊相陆源碎屑岩沉积体系[1]。延长组从下至上划分出10个油层组，各油层组之间为连续沉积。其中，长10(长10油层组)至长7沉积期为湖盆形成、扩张时期，长7沉积期为湖盆发育的全盛时期，长6至长1沉积期为湖盆稳定和逐渐萎缩时期，在纵向上构成一个完整的沉积旋回[2]。

图1 鄂尔多斯盆地西南部延长组长8油层组沉积微相及砂体分布Fig.1 Sedimentary microfacies and the sandbody distribution of the Chang 8 oil layer of Yanchang Formation,southwest Ordos Basin

长8沉积时期，在盆地西南部的镇原—庆阳一带形成了大型辫状河三角洲沉积体系，镇泾地区主体上位于三角洲前缘沉积亚相带(图1)，其内分流河道较发育，此外，还发育有分流间湾、河口坝和远砂坝等沉积微相。

2 样品及测试分析条件

显微观测是确定岩石和矿物成因的重要手段，能全面了解成岩序列、孔隙结构及其演变特征。本次研究重点选取镇泾地区23口钻井、长8储层162个样品进行了铸体、荧光、阴极发光、包裹体等薄片的鉴定和分析，并对其中28个典型样品进行了扫描电镜、覆压孔渗和压汞等测试。

样品的各类薄片鉴定、X-衍射和扫描电镜分析在中国石化石油勘探开发研究院构造与沉积储层实验室完成，鉴定分析的仪器型号分别为德国ZEISS(蔡司)产Axio Imager.M 1 m全自动透射偏光、荧光显微镜及其配套软件和SmartSEM V05.03扫描电镜。

3 改善致密化因素分析

在中西部碎屑岩漫长的演化历史中，主要经历了压实、压溶作用、胶结作用、溶蚀作用、破裂作用及油气充注等各类成岩改造。通过铸体、阴极发光、荧光和包裹体等薄片的显微观察，认为促使长8储层物性改善的主要因素为溶蚀作用和破裂作用，此外，绿泥石膜、伊利石和高岭石等粘土类矿物的析出以及油气充注等在一定程度上可抑制储层致密化的进程[3]。

3.1 改善致密化因素

3.1.1 溶蚀作用

在长8砂岩中普遍发育溶蚀作用，常表现为骨架颗粒的溶蚀，包括长石、岩屑及部分早期形成的方解石溶蚀。其中，长石的溶蚀最为明显，主要沿颗粒边缘和解理溶蚀[4]，溶蚀初期呈钟乳状顺着解理面发育(图2a)，溶蚀后期在部分层段长石变成蜂窝状，甚至形成铸模孔。岩屑的溶蚀则主要为岩屑中的易溶矿物遭受选择性溶蚀形成粒内溶孔[5]。而成岩早期形成的方解石颗粒由于后期地层水性质的变化大多被溶蚀，从而提高了储层的孔隙度和渗透率[6]。统计表明，溶蚀作用对长8储层的增孔率约为0.5%～3%，在抵御致密化的过程中对储层物性的改善起到了积极的作用。

3.1.2 破裂作用

破裂作用是改善储层致密化的主要因素之一。通常表现为刚性颗粒受压破裂形成扭性及部分张性裂缝。裂缝的发育对储、渗性能的改善，特别是烃类的运移有着不可忽视的作用[7]。

伴随着构造运动的幕次活动，鄂南长8经历了多期次的破裂作用，较早期裂缝中常充填沥青质，而主成藏期之前形成的微裂缝大都得到了较好的保存和适当的溶蚀扩大，因此，这类裂缝既可作为油气运移通道也可成为储集空间(图2b)。晚期的裂缝可能存在两种状况，一种是作为油气逸散的通道，另一种是被晚期的硅质、钙质流体充填，形成方解石脉和石英脉[8]。因此，早-中期微裂缝的发育对改善储层致密化起到了十分重要的作用。

统计显示，早期微裂缝的发育在改善储层渗透性的同时对储层的裂缝增孔约为0.5%～2.5%，中期的裂缝增孔约为1.5%～3.5%。破裂作用对改善储层致密化的最大贡献在于以几何倍数提高了储层渗透率[9]，增加了产能。

3.2 抑制致密化因素

抑制储层致密化的成岩作用主要是油气充注和部分粘土矿物的析出(常见早期绿泥石、高岭石和伊利石等)。

3.2.1 油气充注

储层成岩作用在油气充注后能被终止或适度抑

制[10]，这一结论已得到普遍认可，但两者的临界点如何界定、油气充注后都有哪些因素会影响到储层的致密化等需要深入探讨。

研究发现，早期油气充注所经过的通道可能成为后期油气充注的优势通道和储集空间[11]。早期重质油通常充填孔隙和裂缝，后期轻质油呈蓝白色充填在剩余孔和缝之中(图2c)。由于初始生储条件配置较好，该区域的致密化成岩作用与多期次的油气充注相互交替，加之，后期构造运动所产生的微裂缝及有机酸造成的各种溶蚀作用对储层物性的改善，导致储层在反复致密—改善—致密等不断调整的过程中增强了其非均质性。统计显示，主成藏期的油气充注可导致长8储层约25%～35%的孔隙得以保持(即晚期成岩作用明显得到抑制)，在整个成岩过程中所占比例约为5%～8%，对储层致密化的抑制作用非常明显，在含油饱和度较高的部位，甚至能完全终止晚期成岩作用[12]。

3.2.2 绿泥石胶结

长8储层中绿泥石含量为1.58%～2.69%，是主要的自生粘土矿物之一，常以粘土包膜或孔隙衬里的方式产出。在早成岩A期，部分碎屑颗粒表面生长的绿泥石薄膜(图2d)，可以增强岩石的抗压实能力，并抑制自生石英在碎屑颗粒上的成核数量[13]，对原生孔隙的保存具有积极的作用。同时，可以避免部分长石溶蚀后诱发的次生溶蚀孔隙的垮塌，对储层孔隙保护的间接、直接贡献度约为3%～4%。随着成岩环境的变化，泥岩不断脱水释放出的铁、镁离子进入流体内，二期花瓣状绿泥石就会析出，并占据孔隙喉道，导致喉道变细，造成渗透率的降低，因此，二期绿泥石对储层物性的影响总体是负面的。

图2 镇泾地区延长组长8油层组储层主要成岩作用微观特征Fig.2 Pore micrograph showing diagenetic features in Chang 8 oil layer of Yanchang Formation in Zhenjing areaa.长石溶蚀现象,HHa井,埋深2 134.20 m；b.构造微裂缝,HHb井,埋深2 154.49 m；c.孔隙内充填的轻质油呈蓝白色荧光, HHc井,埋深2 252.20 m；d.颗粒表面生长的绿泥石膜,HHd井,埋深2 183.60 m,

3.2.3 高岭石

高岭石总量约1.26%～3.94%，主要以粒间或粒内孔充填物的形式产出。由于长石溶蚀作用的非均质性和流体流动强度的差异，导致本区高岭石的分布也具有很强的非均质性，研究表明，长石溶蚀所导致的高岭石析出对储层的增孔率为0.5%～2%。

3.2.4 伊利石

伊利石含量约占1.1%～2.6%，主要是以伊/蒙混层矿物产于被溶解的长石等铝硅酸盐碎屑颗粒内部，所构成的储集空间以晶间束缚孔隙为主，孔隙小，连通性差，使得储层渗透性变差[14]。

4 储层孔隙演化特征

4.1 溶蚀作用对储层孔隙的影响

在整体趋于致密化的背景下，溶蚀作用能够使储层物性在后期得到明显改善，前提条件是储集岩中富含易溶组分，有一定数量的原生孔隙得以保存，并且有微裂缝做通道[15]。长8储层中长石的含量较高，进入早成岩阶段即有一部分溶蚀，常见的溶蚀产物有高岭石、浊沸石等，而浊沸石作为过渡性矿物，后期几乎大都转变为钠长石，整个过程中有大量孔隙空间的腾出，局部储层孔隙度可达13.42%，孔喉半径为28.35 μm，对储层物性的改善具有积极的作用[16]，成为储层 “甜点”发育的必要条件。因此，随着溶蚀作用的增强，储层物性逐渐变好，当次生溶蚀孔隙比例大幅增加时，储集岩的致密化改善效果最佳。

4.2 破裂作用对储层孔隙的影响

破裂作用对储层渗透率的改善较为明显。岩心观察和显微镜下分析认为，本区长8发育4～5期的破裂作用，由此派生的各种微裂缝表现为早期的裂缝或者被硅质、钙质所充填，或者被低成熟度的油或沥青所充填，对储集岩的物性没有造成实质性的影响。但随着压实作用的持续和胶结作用的蔓延，微裂缝的发育对储层物性的改善效果逐渐突显出来，轻度改善表现为脆性较大碎屑颗粒的破裂，可适度增加粒内孔的数量和比例[17]，中度改善可以在岩心中见到厚层砂体中的破裂缝和微观照片中的碎屑颗粒连续破碎，在增加储层孔隙度的同时，明显地提高了渗透率。当岩心中存在过油面时，所在储层孔隙度、渗透率通常可达15%和10.20×10-3μm2以上，因此，在微裂缝发育的部位，储层物性得以明显改善。

5 储层“甜点”形成与保持机理

5.1 “甜点”主要类型及形成机制

根据长8储层“甜点”主要孔隙类型，将其划分为：原生型和次生型，其中，次生型又可进一步划分为溶蚀型、裂缝型。

5.1.1 原生型“甜点”

即以原生孔隙为主的储层，其岩石类型以石英含量相对偏多的岩屑长石砂岩为主。在成岩演化过程中，孔隙被一部分成岩矿物所充填，导致其体积缩小、连通性变差[18]，成为残余原生粒间孔(图3a)，这类孔隙保存较多的部位，通常是油气存储的首选。

图3 镇泾地区延长组长8油层组储层主要孔隙微观特征Fig.3 Pore micrograph in Chang 8 oil layer of Yanchang Formation in Zhenjing areaa.残余原生粒间孔,HHe井,埋深2 260.79 m；b.特大溶蚀粒间孔,HHf井,埋深2 264.14 m

5.1.2 次生型“甜点”

以次生孔隙为主，原生孔隙为辅的储层，岩石类型以长石含量相对较多的岩屑长石砂岩、长石砂岩为主。次生型“甜点”又可划分为溶蚀型和裂缝型。

在溶蚀型“甜点”中主要发育粒间、粒内和晶间等3种溶蚀孔隙类型：①粒间溶孔一般是在原生孔隙基础上沿颗粒边缘或填隙物溶蚀扩大而成[19]，溶解组分主要为长石、方解石和岩屑等，孔径大小和分布不均匀，一般在0.01～0.5 mm，最大孔径可达3 mm(图3b)；②粒内溶孔多沿着矿物解理缝、双晶缝、岩屑斑晶与基质的接触面发育，随着溶蚀作用的加强，颗粒全部或几乎全部被溶解而保留其原晶体假像时，则成为铸膜孔；③晶间溶孔是在粒间高岭石粘土晶间孔的基础上再溶解所形成的孔隙。

裂缝型“甜点”的发育主要与微裂缝关系密切。微裂缝包括由于压实、收缩及构造应力作用所造成的各种细小裂隙，其中，构造缝占微裂缝总数的98%，常可切穿岩石碎屑颗粒，缝内较为洁净，或充填少量泥质、硅质和方解石等物。岩心观察和测井显示，本区断裂带附近的储层中裂缝比较发育。微裂缝主要起到孔隙之间的连通、溶蚀扩大和油气的运移等作用。

5.2 “甜点”保持机理及发育模式

油气充注具有多期性和继承性。微观薄片分析认为，早期高孔充注的石油易附着在颗粒表面，改变储层的亲和性，减少油气充注的阻力，成为后期低孔充注的优势通道。后期石油沿着优势通道浸染式扩展并替代早期充注，同时，早期油气充注可有效地抑制后期成岩作用的发生，降低了孔隙在后期成岩演化过程中的损失率，从而，保护了“甜点”。因此，油气充注的时间和规模成为“甜点”形成和保持的关键，多期次的成岩交替过程使“甜点”形成-保持(或失效)，大规模的油气充注对孔隙的保持效果显著。研究发现，当50%～60%的孔隙体积被油气占据或形成绿泥石环孔套膜时，胶结作用趋于停滞。而低饱和度的油气充注，储层中成岩作用持续、缓慢进行，最终导致储层渗透性能和油气产出性能下降。

对A井长8油层组1 998.03～2 016.17 m分流河道砂体系统采集18个岩心样品，开展储层覆压孔隙度、渗透率、压汞及各类微观分析。图4中的11号样品现今孔隙度平均值为10.61%，显微镜下观察发现长石、岩屑溶蚀普遍，粒间溶孔、粒内溶孔及微裂缝均较发育，因此，可以断定溶蚀作用起源于原生孔隙保存较好的砂体中部，微裂缝的发育增强了流体的流动性，导致储层中不稳定组分的溶蚀，产生相当数量的溶蚀孔隙，明显地改善了储层物性，加之，主成藏期有效的油气充注，使“甜点”得以保持。而14号样品现今孔隙度平均值为5.20%，喉道平均值8.52 μm，平均孔喉比3.02，包裹体测试结果反映，该段储层在主成藏期未得到有效的油气充注，后期成岩作用持续、缓慢进行，晚期碳酸盐胶结物占据了砂体边部相当一部分剩余孔隙，导致其严重致密化[20]。

图4 镇泾地区A井长8油层组储层成岩综合表征Fig.4 Diagenetic evolution of Chang 8 oil layer of Yanchang Formation in Well A in Zhenjing area

从单井物性、含油性、孔隙结构和成岩参数等分析结果看出，纵向上，厚层砂体中部，原生孔隙保存多、次生孔隙较发育，储层物性相对较好，而砂体顶、底部随着泥质含量的增多、碳酸盐胶结增强，储层物性逐渐变差。平面上，在A井区所在砂体中部，碳酸盐胶结物含量较低，平均为4%～10%，随砂体边界的邻近，胶结物含量逐渐增多，平均为15%～30%，由此构成了碳酸盐成岩圈闭。

综合研究表明，单砂体中的改善致密化成岩作用始自原生孔隙保存相对较好、次生孔隙相对较发育的高渗层，并逐渐向外推移。平面上，砂体中改善致密化过程有着类似的特点，即在建设性成岩作用与砂体推进方向的原始沉积格局控制下，顺沿砂体，“甜点”呈现“竹节状”分布的特点(图5)。

对镇泾地区106口钻井中长8储层物性统计结果表明，致密碎屑岩储层“甜点”中次生溶蚀型“甜点”所占比例较高，其对应的关键地质-测井参数下限值，即储层“甜点”目前的工业边界值分别为：单层砂体厚度大于3 m，孔隙度大于8%，渗透率大于0.1×10-3μm2，中值半径大于0.1 μm，声波时差大于220 μs/m，泥质含量(测井)小于22.5%等。

6 结论

1) 致密碎屑岩储层改善致密化的主要因素为溶蚀作用和破裂作用，此外，油气充注及绿泥石膜、伊利石和高岭石等粘土矿物的析出在一定程度上可适当抑制储层的致密化进程。

2) 根据致密碎屑岩储层“甜点”成因机制，存在原生型和次生型两大类，其中，次生型“甜点”可进一步划分为溶蚀型和裂缝型。早期绿泥石膜的发育适度抑制了后期的成岩改造，是原生型“甜点”得以保持的重要因素之一；各类溶蚀、破裂等建设性成岩作用是形成次生型“甜点”的关键因素。

3) 油气充注具有多期性和继承性。早期高孔充注的石油改变了储层的亲和性，成为后期低孔充注的优势通道。同时，早期油气的有效充注可在一定程度上抑制后期成岩作用的发生，多期次的成岩交替过程使“甜点”形成-保持。

图5 镇泾地区长8油层组沉积-成岩相及“甜点”平面分布Fig.5 Distribution of the sedimentary-diagenetic facies and sweet spots of the Chang 8 oil layer of Yanchang Formation in Zhenjing area

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(编辑 张亚雄)

Formation and preservation mechanism of sweet spot in tight clastic reservoirs—A case study of Chang 8 oil layer of Yanchang Formation in Zhenjing area, southwest Ordos Basin

Liu Chunyan

(LaboratoryofStructure&SedimentaryReservoir,PetroleumExploration&ProductionResearchInstitute,SINOPEC,Beijing100083,China)

Densification of clastic reservoirs and difficulties in predicting their sweet spots constrain petroleum discovery in basins in central and western China.In order to investigate the mechanisms of reservoir densification and formation and preservation of sweet spots,a comprehensive study of sedimentology,petrology,and geochemstry were performed by using various methods,including core observation,microscopic observation of casting thin section and under fluorescence and cathode luminescence,fluid inclusion analysis,particle size analysis,mercury injection and permeability tests under overburden pressure,scanning electron microscopic analysis and so on.According to the generic types,sweet spots of the Chang 8 oil layer of Yanchang Formation in Zhenjing area, southwest Ordos Basin,are divided into a primary type and a secondary type.Early developments of chlorite films moderately inhibited later diagenesis processes,which is the main factor contributing to the formation and preservation of the primary sweet spot.The secondary type can be subdivided into a dissolution-type and a fracture-type according to their major pore space being dissolution pores or microfractures.The key factor determining the formation of the secondary sweet spot is constructive diagenesis.It can be concluded that the early charging of hydrocarbons effectively inhibited later cementation,and the multiphase diagenesis resulted the formation and preservation(or lost)of sweet spots.In vertical sections,individual sand body de-densification started from layers of relative high permeability,or areas of fracture and dissolution superimposing,and propagated outwards progressively.In planar view,sand body de-densification shows similar features,the sweet spots distribute in “bamboo-like” shape along the sand body.

sweet spot development model,diagenesis,clastic rock,tight reservoin,Yanchang Formation,Ordos Basin

2015-01-29;

2015-10-16。

刘春燕(1965—)，女，高级工程师，沉积储层与成岩作用。E-mail:liuchunyan.syky@sinopec.com。

国家科技重大专项(2016ZX05002-006,2016ZX05002-006-003)。

0253-9985(2015)06-0873-07

10.11743/ogg20150601

TE122.2

A