准噶尔盆地乌尔禾地区二叠系夏子街组储层特征及评价

陈　波，刘云利，刘海上，陈　朕，文　革，史基安（.甘肃省油气资源研究重点实验室/中国科学院油气资源研究重点实验室，兰州70000；2.中国科学院大学，北京0009；.中国石油新疆油田分公司风城油田作业区，新疆克拉玛依8000；.中国石油新疆油田分公司勘探开发研究院，新疆克拉玛依8000）

准噶尔盆地乌尔禾地区二叠系夏子街组储层特征及评价

陈波1，2，刘云利3，刘海上3，陈朕3，文革4，史基安1
（1.甘肃省油气资源研究重点实验室/中国科学院油气资源研究重点实验室，兰州730000；2.中国科学院大学，北京100049；3.中国石油新疆油田分公司风城油田作业区，新疆克拉玛依834000；4.中国石油新疆油田分公司勘探开发研究院，新疆克拉玛依834000）

通过岩心观察和铸体薄片鉴定，结合压汞物性等资料，对准噶尔盆地乌尔禾地区二叠系夏子街组储层特征进行了系统研究。结果表明：研究区储层岩性以砾岩和砂岩为主，砾岩主要为砂砾岩，砂岩主要为岩屑砂岩，偶见岩屑长石砂岩；孔隙类型以次生孔隙为主，存在部分原生孔隙和少量的微裂缝；储层孔隙结构较差，孔隙度和渗透率均较低；储层物性主要受沉积作用和成岩作用的控制，沉积作用决定着砂体的原始孔隙度及储层后期成岩作用的类型和强度，成岩作用是决定砂体最终能否成为有效储集体的关键，较强的压实和胶结作用以及相对较弱的溶蚀作用是造成研究区储层物性较差的主要原因。根据储层物性和孔喉参数等将研究区储层划分为5类，大部分集中于Ⅳ类和Ⅴ类储层，属于低孔、低渗储层。夏二段储层物性比夏一段略好，为低孔、低渗背景下的相对优质储层。

储层特征；储层评价；二叠系；夏子街组；乌尔禾地区；准噶尔盆地

0　引言

准噶尔盆地是我国西北地区大型含油气盆地之一，其西北缘是该盆地中油气最富集、勘探程度最高的地区，从西南到东北依次发育有红车断裂、克乌断裂和乌夏断裂［1-2］。乌尔禾地区在构造上称为乌夏断裂带，自下而上发育石炭系、二叠系、三叠系、侏罗系和白垩系［3］。在以往对准噶尔盆地的研究中，目的层多集中在侏罗系［4］，而对二叠系的研究大多集中在不整合与油气成藏、断裂活动及其沉积响应等方面，未对储层特征及评价进行系统研究［4-5］。近年来，随着准噶尔盆地石油勘探开发的不断深入，勘探层位由浅层的侏罗系、三叠系逐渐拓展到了二叠系，二叠系已累计探明石油储量0.28亿t、天然气8.28亿m3［5-7］，为乌尔禾地区勘探主要目标层系之一。乌尔禾地区二叠系自下而上分为佳木河组（P1j）、风城组（P1f）、夏子街组（P2x）、下乌尔禾组（P2w）和上乌尔禾组（P3w），其中夏子街组为重要的产油气层位。笔者利用50余口钻井岩心资料，结合铸体薄片、扫描电镜和自然伽马、自然电位和双侧向测井及571块样品的压汞物性资料等，对乌尔禾地区二叠系夏子街组储层特征、储层发育的控制因素及评价进行系统研究，以期为该区优质储层分布的预测提供一定的地质理论依据。

图1　乌尔禾地区位置Fig.1The location of Wuerhe area

1　区域地质概况

乌尔禾地区位于准噶尔盆地西北缘的北东部，处于西准噶尔造山带与准噶尔盆地之间（图1），总体表现为滑脱型褶皱-冲断推覆构造样式［4］。在石炭纪晚期，受哈萨克斯坦板块、西伯利亚板块与准噶尔地块强烈碰撞拼合运动的影响，准噶尔盆地边界断裂大规模活动，同时伴随较广泛的火山活动，而哈拉阿拉特山以南稳定区持续下沉进入前陆盆地发育期。处于盆地西北缘前陆坳陷区的乌尔禾地区，接受了巨厚的上、下二叠统沉积，在早二叠世发育了一套火山碎屑岩和碎屑岩沉积，中晚二叠世主要发育扇三角洲相和部分湖泊相，扇三角洲相砂砾岩体及滨浅湖滩坝砂体构成二叠系主要的碎屑岩储集体［5］。乌尔禾地区二叠系夏子街组自下而上可划分为夏一段（P2x1）和夏二段（P2x2）2个砂层组。

2　储层特征

2.1储层岩石学特征

通过对乌尔禾地区二叠系夏子街组储层50余口钻井岩心的观察和薄片鉴定，结合录井和测井资料分析，研究区储层岩性以砾岩和砂岩为主（图版Ⅰ-1～Ⅰ-2）。储层岩样中砾岩体积分数为49%，主要为砂砾岩，其次发育少量的凝灰质砾岩和细砾岩；砂岩体积分数为42%，主要为细砂岩和白云质粉砂岩；白云岩和砂质泥岩在研究区储层中发育较少，体积分数为9%。砂岩类型主要为岩屑砂岩，偶见长石岩屑砂岩（图2），石英和长石含量普遍偏低，以凝灰岩和安山岩为主的火山岩类岩屑含量高，储层的成分成熟度低。研究区储层主要发育于扇三角洲和滨浅湖沉积环境下［6-7］，砂砾岩的粒间孔隙中含有较多的杂基，胶结物含量较杂基含量低，多呈孔隙式胶结，分选较差，碎屑颗粒以次棱角—次圆状为主，磨圆中等，岩石结构成熟度差—中等，反映研究区碎屑岩沉积物具有近物源、快速堆积的特点。

图2　乌尔禾地区二叠系夏子街组岩石类型Fig.2Classification of sandstone of the Permian Xiazijie Formation in Wuerhe area

2.2储层孔隙特征

2.2.1孔隙类型特征

对乌尔禾地区二叠系夏子街组储层50余口钻井岩心观察和铸体薄片等资料的综合观察分析结果表明，研究区储层孔隙类型多样，发育有原生孔隙、次生孔隙和少量的微裂缝（图版Ⅰ-3）。研究区储层孔隙类型和物性与埋藏深度关系密切：随着埋藏深度的增加，储层物性总体变差；埋藏较浅时，孔隙类型以原生孔隙为主；随着埋藏深度的增加，转为原生-次生混合孔隙；埋藏较深时，以溶蚀作用生成的次生孔隙为主。原生孔隙主要为剩余粒间孔，次生孔隙包括粒间溶孔、粒内溶孔以及少量的晶间微孔。

研究区储层埋藏较深，成熟度较低，经历了较强的压实作用和胶结作用。储层中原生孔隙破坏严重，含量低，铸体薄片下剩余粒间孔多呈三角状、多角状和不规则状（图版Ⅰ-4）；次生孔隙为研究区储层最主要的孔隙类型［8］，以粒间溶孔和粒内溶孔为主，储层中的碎屑颗粒、杂基和胶结物在一定的环境介质和孔隙流体条件下都可发生溶蚀而产生次生孔隙。研究区储层中颗粒间的杂基和胶结物或碎屑颗粒边缘选择性溶蚀形成的粒间溶孔在镜下存在明显的溶蚀痕迹（图版Ⅰ-5）；碎屑颗粒内溶蚀作用产生的粒内溶孔形态多样，常呈不规则状，以长石粒内溶孔为主，少数为岩屑粒内溶孔；黏土矿物的晶间微孔一般孔径较小，多呈微型网状，储渗能力弱，以高岭石晶间孔、绿泥石晶间孔和伊利石晶间孔居多；构造作用或刚性颗粒在强压实作用下形成的微裂缝在研究区储层中总体不发育，镜下微裂缝呈不规则弯曲状切割碎屑颗粒（图版Ⅰ-6），有效地沟通了孤立的孔喉，改善了孔隙结构，提高了储层的渗滤能力。

2.2.2孔隙结构特征

储层的孔隙结构是岩石的微观物理性质，是指储层岩石中孔隙和喉道的几何形状、大小、分布及其相互连通关系。储层微观孔隙结构直接影响着储层的储集与渗流能力，并最终决定了油气藏产能的差异分布［9-12］。

通过对乌尔禾地区二叠系夏子街组储层毛管压力曲线形态及孔喉特征参数的统计分析，结合扫描电镜和铸体薄片资料，将研究区储层的孔隙结构划分为3类（图3）：Ⅰ类孔隙结构曲线以偏粗歪度为主，毛管压力曲线平缓，进汞曲线出现小斜度的平台，分选好—中等，具有相对较低的排驱压力，主要为0.73～0.76 MPa，最大连通喉道半径为0.99 μm，具此类孔隙结构的储层物性较好，孔隙度普遍大于15%，渗透率为10～60 mD；Ⅱ类孔隙结构曲线以偏细歪度为主，毛管压力进汞曲线平台短，分选中等—差，排驱压力较高，为0.89～3.49 MPa，最大连通喉道半径为0.53 μm，具此类孔隙结构的储层物性较差，孔隙度为10%～15%，渗透率为1～10 mD；Ⅲ类孔隙结构曲线以细歪度为主，毛管压力曲线陡，进汞曲线基本无平台，分选差，排驱压力高，主要为4.16～8.89 MPa，最大连通喉道半径为0.17 μm，具此类孔隙结构的储层物性差，孔隙度普遍小于10%，渗透率低于1 mD。研究区储层孔隙结构以Ⅱ类和Ⅲ类为主，储层整体孔喉细，分选较差，非均质性强。

图3　乌尔禾地区二叠系夏子街组储层典型毛细管曲线Fig.3The characteristics of capillary pressure curves of Permian Xiazijie Formation in Wuerhe area

2.3储层物性特征

对乌尔禾地区二叠系夏子街组砂砾岩储层571块样品的实测物性数据统计分析结果表明，该区储层孔隙度为0.3%～23.6%，平均为7.92%，渗透率为0.01～757.00 mD，平均为0.38 mD（表1）。对于不同层段的储层而言，夏一段储层孔隙度为0.30%～18.02%，平均为6.78%，主要分布区间为4%～10%，渗透率为0.01～233.74 mD，平均为0.20 mD，主要分布区间为0.02～0.32 mD；夏二段储层孔隙度为0.30%～23.60%，平均为9.11%，主要分布区间为6%～12%，渗透率为0.02～757.00 mD，平均为0.60 mD，主要分布区间为0.05～1.25 mD。相比之下，夏二段储层物性条件较夏一段略好，为相对优质储层，但总体而言研究区储层孔隙度和渗透率都较低，属于典型的低孔、低渗储层。

表1　乌尔禾地区二叠系夏子街组储层孔隙度和渗透率分布频率Table 1The distribution frequency of porosity and permeability of Permian Xiazijie Formation in Wuerhe area

3　储层物性影响因素

碎屑岩储层物性受多种影响因素的控制［13-17］。乌尔禾地区二叠系夏子街组储层孔隙结构复杂，储层物性差，非均质性强，储层物性主要受到沉积作用和成岩作用的控制。

3.1沉积作用

沉积作用对碎屑岩储层的矿物成分、粒度大小、分选性、磨圆度及杂基含量等均起着明显的控制作用，进而决定了沉积物的原始孔隙度及储层后期成岩作用的类型和强度［18-21］。沉积作用决定了储层物性的平面展布，影响储层的基本形态，是储层孔隙演化的基础。

乌尔禾地区二叠系夏子街组储层发育于扇三角洲和滨浅湖沉积环境。不同沉积环境下的水动力强度不同，由此形成的砂体类型和岩石组构特征也不同，水动力较强条件下沉积形成的砂体物性往往较好。高云峰等［22］的研究表明扇三角洲分流河道的砂体物性较好，而分流河道间的砂体物性较差。研究区物性较好的储层砂体类型主要发育于扇三角洲前缘水下分流河道（图4），其原因主要是扇三角洲前缘水下分流河道砂体沉积时水动力较强，碎屑颗粒经过水流的反复淘洗，泥质杂基含量较低，矿物成分成熟度较冲积扇砂体高，抗压实能力强的石英和长石含量高，有利于原生孔隙的保存，同时碎屑颗粒经过一定距离的搬运，磨圆度较高，分选较好，结构成熟度较高，因而原始孔隙度和渗透率均较高，储层物性好；分流河道间砂体由于水动力较弱，碎屑颗粒中泥质含量较高，且砂体往往较薄，物性普遍较差；滨浅湖砂体距物源存在一定的距离，沉积颗粒搬运距离远，经过河水和湖水的不断淘洗，泥质杂基含量低，分选较好，原生孔隙发育，但其颗粒粒径细，多为泥质粉砂岩或泥岩，孔喉小，渗透率偏低。

图4　乌尔禾地区二叠系夏子街组不同砂体类型与物性关系Fig.4Relationship between sand types and reservoir properties of Permian Xiazijie Formation in Wuerhe area

总体而言，研究区储层沉积环境水动力变化较大，成分成熟度和结构成熟度整体均偏低，石英和长石含量低、分选差，泥质杂基含量高，原始孔隙度较低，储层物性较差，而扇三角洲前缘水下分流河道砂体的水动力条件相对较强，具有较好的岩石组构特征，成为研究区低孔、低渗背景下发育的相对优质储层。

3.2成岩作用

成岩作用决定着储层物性在纵向上的分布，是决定砂体最终能否成为有效储集体的关键。乌尔禾地区二叠系夏子街组储层经历了较为复杂的成岩作用，对储层物性和孔隙类型影响较大的成岩作用主要有压实作用、胶结作用和溶蚀作用。

3.2.1压实作用

压实作用是造成储层原生孔隙丧失的主要原因［23-24］。乌尔禾地区二叠系夏子街储层主要埋藏深度为2 000～4 000 m，随着埋藏深度的增加，碎屑颗粒趋于紧密，部分呈定向排列。储层成分成熟度较低，含有较多的火山岩岩屑等塑性颗粒，在压实应力作用下易被挤压变形并充填于孔隙喉道中呈假杂基现象。随着压实作用的进一步加强，石英和长石等刚性颗粒发生脆性破裂，碎屑颗粒由点接触逐渐变为线接触甚至出现凹凸接触（图版Ⅰ-7）。储层原生孔隙在强压实作用下基本消失殆尽，压实作用是研究区形成低孔、低渗储层最主要的原因。

3.2.2胶结作用

研究区储层胶结作用普遍发育，以碳酸盐胶结和自生黏土矿物胶结作用为主，硅质胶结较弱。碳酸盐胶结物以铁方解石为主，其次发育部分菱铁矿。储层中常见沸石类和绿泥石黏土矿物，其中沸石类黏土矿物多以纤维状和针束状充填于孔隙中；绿泥石沿碎屑颗粒环边分布，形成薄膜式或衬边胶结（图版Ⅰ-8）。硅质胶结主要有石英的次生加大和自生石英。研究区储层处于中成岩阶段A期，成岩流体处于碱性环境下［8］，不利于石英颗粒的产出，因此硅质胶结较弱。胶结物占据了研究区砂砾岩储层的粒间孔隙空间，降低了储层的渗滤能力，但早期胶结物的形成对碎屑颗粒起到了一定的支撑作用，减缓了部分压实作用对储层孔隙的破坏，具有一定的积极意义。

3.2.3溶蚀作用

溶蚀作用产生的次生孔隙改善了储层的孔隙结构，碎屑岩的溶蚀类型主要有大气淡水对浅层长石、岩屑颗粒的淋滤溶蚀作用和有机酸、碳酸对碎屑岩的溶蚀2种类型［25-27］。大气淡水淋滤溶蚀作用在研究区储层中不发育，形成的次生孔隙不易保存，对储层物性影响较小。在研究区储层中，溶蚀作用的对象类型较多，薄片下可见自生石英和长石颗粒等碎屑颗粒的溶蚀、碳酸盐类和沸石类胶结物等黏土矿物的溶蚀以及部分杂基溶蚀形成的粒间溶孔（图版Ⅰ-9）。研究区储层烃源岩中的有机质未达到过成熟阶段，有机酸含量低，地层流体pH值整体呈弱碱性，不利于长石颗粒、胶结物和杂基的溶蚀。较弱的溶蚀作用未有效改善储层物性，是研究区形成低孔、低渗储层的重要原因之一。

表2　乌尔禾地区二叠系夏子街组储层分类评价Table 2Reservoir classification and evaluation of Permian Xiazijie Formation in Wuerhe area

4　储层综合评价

不同类型或勘探开发的侧重点有所差异的储层，其评价标准往往不同。针对乌尔禾地区二叠系夏子街组储层具有孔喉半径小、孔隙度和渗透率均较低及非均质性强的特征，参考其他低孔、低渗储层分类准则［28-29］，建立了储层分类评价标准，将该区储层划分为5种类型（表2）。

从Ⅰ类储层到Ⅴ类储层，孔隙度和渗透率依次变小，泥质含量增多，平均喉道半径减小，均质系数变大，压汞曲线歪度变细，分选变差，储层物性逐渐变差。夏一段储层中无Ⅰ类储层，Ⅱ类储层仅占4.9%，Ⅲ类储层占11.5%，Ⅳ类储层占21.3%，大部分集中在Ⅴ类储层，所占比例达81.2%，储层物性总体较差，属低孔、低渗储层；夏二段储层发育有Ⅰ类储层，但数量极少，仅占0.9%，Ⅱ类储层占5.6%，Ⅲ类储层占11.1%，Ⅳ类储层占30.6%，Ⅴ类储层较夏一段略低，所占比例为51.9%。由此可见，夏二段储层物性比夏一段略好，为相对优质储层。研究区储层平均孔隙度为7.92%，平均渗透率为0.38 mD，大部分为Ⅳ类和Ⅴ类储层，约占80%，属于低孔、低渗储层。

根据研究区储层岩石学、孔隙类型和结构、储层物性以及成岩作用等特征，结合储层沉积环境特征，对有利储层发育区进行了预测。结果表明，有利储层主要位于扇三角洲前缘水下分流河道的乌116井—风1井—风南4井区和乌29井—风8井—乌28井区（图5）。

图5　乌尔禾地区二叠系夏子街组有利储层发育区预测Fig.5Favorable reservoir prediction of Permian Xiazijie Formation in Wuerhe area

6　结论

（1）乌尔禾地区二叠系夏子街组储层岩性以砾岩和砂岩为主，砾岩主要为砂砾岩，砂岩主要为岩屑砂岩，偶见长石岩屑砂岩，火山岩类岩屑含量高。碎屑岩的粒间孔隙中含有较多的杂基和胶结物，分选较差，碎屑颗粒磨圆度中等，成熟度较低。

（2）研究区储层孔隙类型有原生孔隙、次生孔隙和少量的微裂缝，以次生孔隙为主。储层孔隙结构主要为偏细歪度、分选较差及排驱压力较高的Ⅱ类和Ⅲ类孔隙，非均质性较强，孔隙度和渗透率均较低，物性较差。

（3）研究区储层物性主要受沉积作用和成岩作用的控制，其中沉积作用影响着储层物性的平面展布，成岩作用则决定了储层物性在纵向上的分布。根据储层物性和孔喉参数等将研究区储层划分为5类，其中大部分集中于Ⅳ类和Ⅴ类储层，属于低孔、低渗储层。夏二段储层物性比夏一段略好，为低孔、低渗背景下的相对优质储层，亦为今后增储上产的主要储层。

（4）综合沉积相、成岩作用、岩石学、孔隙类型和结构及储层物性等特征，预测有利储层主要位于扇三角洲前缘水下分流河道的乌116井—风1井—风南4井区和乌29井—风8井—乌28井区。

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图版Ⅰ

（本文编辑：王会玲）

Reservoir characteristics and evaluation of the Permian Xiazijie Formation in Wuerhe area，Junggar Basin

Chen Bo1，2，Liu Yunli3，Liu Haishang3，Chen Zhen3，Wen Ge4，Shi Ji'an1
（1.Key Laboratory of Petroleum Resources，Gansu Province/Key Laboratory of Petroleum Resources Research，Institute of Geology and Geophysics，Chinese Academy of Sciences，Lanzhou 730000，China；2.University of Chinese Academy of Sciences，Beijing 100049，China；3.Fengcheng Field Operation District，PetroChina Xinjiang Oilfield Company，Karamay 834000，Xinjiang，China；4.Research Institute of Exploration and Development，PetroChina Xinjiang Oilfield Company，Karamay 834000，Xinjiang，China）

Base on core observation and casting thin section，combination with mercury injection property，this paper studied the reservoir characteristics of the Permian Xiazijie Formation in Wuerhe area，Junggar Basin.The results show that the reservoir rock types are mainly conglomerate and sandstone，conglomerate is dominated by glutenite and the sandstone types are mainly composed of lithic sandstone，occasional lithic feldspar sandstone.Pore types are mainly primary pores，with some primary pores and small amounts of micro cracks.The pore structure is poor，and the porosity andpermeabilityarelow.Thereservoir propertiesaremainlyaffectedbythesedimentationand diagenesis，sedimentationdetermines the original porosity of sand body and the late diagenesis types and intensity of the reservoir，and diagenesis is the key to decide whether sand body eventually become effective reservoir or not.Strong compaction and cementation and relative weakness dissolution experienced in the study area are the main causes of poor reservoir properties. Accorded to the reservoir properties and pore parameters，the reservoir in the study area can be divided into five types，mostly concentrated in typeⅣandⅤ，and most belong to low porosity and low permeability reservoir.The reservoir properties of the second member of Xiazijie Formation are better than that of the first member，of which the reservoir is of relatively high quality in background of low porosity and low permeability.

reservoir characteristics；reservoir evaluation；Permian；Xiazijie formation；Wuerhe area；Junggar Basin

TE122.2+3

A

1673-8926（2015）04-0053-08

2015-01-15；

2015-03-05

国家重点基础研究发展规划（973）项目“中国西部叠合盆地深部有效碎屑岩储层成因机制与发育模式”（编号：2011CB201104）、国家科技重大专项“准噶尔盆地岩性地层油气藏富集规律与目标评价”（编号：2011ZX05000-01-06）和甘肃省重点实验室专项（编号：1309RTSA041）联合资助

陈波（1985-），男，中国科学院大学在读博士研究生，研究方向为油气储层地质学及油气藏开发。地址：（730000）甘肃省兰州市东岗西路382号中国科学院兰州油气资源研究中心。E-mail：cbo-11@163.com。