川中安岳地区须二段致密砂岩储层孔隙结构特征及测井识别

柴毓，王贵文，张晓涛，冉冶

(1. 中国石油大学(北京) 地球科学学院，北京，102249；2. 石油工业出版社有限公司，北京，100011；3. 中国石油大学(北京) 油气资源与探测国家重点实验室，北京，102249)

川中安岳地区须二段致密砂岩储层孔隙结构特征及测井识别

柴毓1,2，王贵文1,3，张晓涛1，冉冶1

(1. 中国石油大学(北京) 地球科学学院，北京，102249；2. 石油工业出版社有限公司，北京，100011；3. 中国石油大学(北京) 油气资源与探测国家重点实验室，北京，102249)

通过对岩心、铸体薄片、扫描电镜和压汞实验等资料分析，对四川安岳地区须二段致密砂岩储层岩石学、物性、孔隙结构特征及分类标准等进行研究。分析不同孔隙结构类型的常规测井曲线响应特征，建立测井定量识别标准，进而划分安岳地区各单井孔隙结构类型。研究结果表明：储层主要发育粒间、粒内溶孔、杂基孔、晶间微孔和微裂缝等，孔隙结构具有小孔隙、微喉道、细歪度、分选差、孔喉非均质性强和连通性较差的特征。根据铸体薄片、岩心物性分析、毛细管压力曲线及孔喉半径的组合关系，将须二段储层孔隙结构划分为4类，即Ⅰ类大孔粗喉型、Ⅱ类中孔中喉型、Ⅲ类中孔细喉型和Ⅳ类小孔微喉型，不同孔隙结构类型的储层具有不同的物性特征。Ⅰ类储层含气性和渗流能力最好，常与构造裂缝伴生，Ⅱ类物性和含气性较好，Ⅲ类和Ⅳ类通常储集性能较差，对应差储层或无效储层。

致密砂岩气；孔隙结构；测井识别；须二段；安岳地区

安岳地区位于四川盆地中部，面积约3 300 km2，区域构造上属川中古隆起平缓褶皱带西南部，构造平缓，断层发育少，变形较弱，为一地势西北低东南高的单斜[1−3]。研究区上三叠统须家河组自下而上可分为6段，为一套砂泥岩交互陆相碎屑岩含煤沉积[4]，地层厚度为500～600 m。须一、须三、须五段岩性为灰黑色滨浅湖相粉砂质泥岩夹煤层，是主要的烃源岩和盖层；须二、须四、须六段以灰色中−细粒砂岩为主的大规模辫状河三角洲沉积，是主要储气层段。须一、须三、须五段烃源岩与须二、须四、须六段的储集砂岩交互叠置为须家河组天然气大规模成藏提供了有利条件[4−5]。目的层须二段发育辫状河三角洲前缘水下分流河道、河口坝、水下分流间湾等微相，总体为一套平缓构造背景下形成的低孔低渗致密砂岩储层[6−7]，受成岩作用、沉积环境、构造等因素影响，储层孔隙大小不一、分布不均、类型多样，孔隙结构复杂、非均质性强，储集性能相差悬殊[3,8]。因此，对研究区须二段储层孔隙结构的研究，能更有效地反映储集性能和渗流特征，深入剖析储层物性优劣，为致密砂岩储层油井部署、产能评价、开发措施的制定提供了理论依据[9−13]。

1　储层基本特征

对研究区采集的岩心、铸体薄片、扫描电镜资料进行统计，结果表明须二段储层岩性主要为中−细粒灰色、灰白色长石岩屑砂岩和岩屑长石砂岩(图1)。石英质量分数为30%～65%，平均为54.1%；长石质量分数为3%～24%，平均为19.0%；岩屑质量分数为14%～62%，平均为26.5%，其中主要是沉积岩岩屑，质量分数为3%～43%，平均9.5%，其次为变质岩岩屑和火成岩岩屑，还有少量硅质岩、砂岩、泥岩、千枚岩岩屑；填隙物质量分数相对较高，为2%～22%，平均为5.7%，杂基质量分数为1%～20%，平均值为2.6%，胶结物质量分数小于5%，以方解石、白云石、硅质和一些黏土矿物为主。颗粒接触关系以线接触为主，分选中等，磨圆主要为次棱角−次圆状，胶结类型以孔隙式和接触式胶结为主。储层总体上具有成分成熟度偏低而结构成熟度中等的特点，反映近物源、相对快速堆积和具备较强水动力条件的辫状河三角洲前缘沉积特征。

根据岩心常规测试资料，研究区须二段储层孔隙度分布在1.6%～10.7%，平均7.34%，主要分布在6%～10%，渗透率为(0.001～270)×10−3μm2，平均0.58×10−3μm2，主要为(0.01～1)×10−3μm2，根据致密砂岩储层的定义[14]，为典型的低孔低渗致密砂岩储层(图2)。孔隙度与渗透率具正相关关系，说明须二段储层虽局部发育裂缝，但孔隙仍是主要储集空间，储层的物性主要受孔隙和喉道所约束，孔隙结构在微观上控制着储层物性和含气性[15]。

图1　川中安岳地区须二段砂岩成分三角图Fig. 1 Ternary diagram illustrating the framework-grain composition of the Second Member of Xujiahe Formation, in Anyue Area, Central Sichuan

图2　安岳地区须二段储层孔渗分布直方图Fig. 2 Distribution histogram of porosity and permeability of the Second Member of Xujiahe Formation in Anyue Area

2　储层孔喉类型及特征

2.1孔隙类型及特征

通过常规薄片、铸体薄片和扫描电镜等资料分析表明，须二段储层孔隙类型多样，按成因分为次生孔隙和原生孔隙，并以次生孔隙为主，包括粒内溶孔、粒间溶孔、贴粒溶缝、杂基孔、晶间微孔和微裂缝等，其中粒内、粒间溶孔是须二段主要的储集空间。不稳定组分(如长石、岩屑)的溶蚀现象较普遍，粒间溶孔分布广泛，表现为沿长石或岩屑颗粒边缘、杂基或贴粒孔边缘的溶蚀(图3(a)，(b))。长石沿解理面溶蚀形成蜂窝状溶孔(图3(c))，当溶蚀作用较强时，整个长石颗粒可被完全溶蚀形成铸模孔。晶间孔一般分布于黏土矿物、方解石胶结物和石英加大晶体之间(图3(d))。破裂作用导致裂缝或微裂缝的形成不仅增加了储集空间，更重要的是改善了储层的连通性，提高了储集层渗流性，其孔喉半径为5～50 μm，少量为0.05～0.1 mm，在一定程度上改善了储层孔隙结构(图3(e))[5,16]。储层经历强烈压实作用，加上被次生加大的石英、泥质杂基、方解石、铁白云石等充填，原生孔隙保存较少，主要为残余原生粒间孔隙，呈三角形或不规则多边形状，孔径较小，对储层储集性能的改善不明显(图3(f))。

2.2喉道类型

孔隙喉道系指连通2个孔隙的狭窄通道，是影响储层渗流能力的主要因素，而喉道半径和形状主要取决于岩石颗粒的接触关系、胶结类型以及颗粒本身的粒径和形状[17−18]。根据扫描电镜和铸体薄片观察表明：由于机械压实、胶结等成岩作用影响，碎屑颗粒之间多为线接触，孔隙喉道内晶体的生长、其他填隙物的充填或矿物晶面之间缝隙空间狭小，造成须二段储层喉道较细小，以片状、弯片状为主，喉道半径一般小于1 μm，常出现在线接触式、粒间孔类型的砂岩中(图4，3(a))。另有少量缩颈型或管束状喉道类型，缩颈型喉道多出现在颗粒支撑、点接触、粒内或粒间孔类型的砂岩中，具有较好的孔渗性，管束状喉道一般为杂基及胶结物中的微孔隙，孔隙度和渗透率都较低。

3　孔隙结构特征及分类

储集层的孔隙结构指岩石所具有的孔隙和喉道的几何形状、半径、分布及其相互连通关系[19]。孔隙结构影响储层储集、渗流能力和油气资源的开采，明确储层孔隙结构特征是发挥其油气产能和提高采收率的关键[20−21]。目前，常规岩石孔隙结构特征的描述主要还是根据实验方法获得，包括室内的压汞实验(毛管压力曲线)、扫描电镜、铸体薄片分析等[20]。

3.1孔隙结构类型及特征

根据岳130、岳107和岳3井等具代表性的45块岩心柱塞样压汞实验资料(9505型压汞仪，最大进汞压力为35 MPa)，须二段储层排驱压力为0.42～1.80 MPa，平均0.93 MPa，最大连通孔喉半径为0.42～1.79 μm，平均0.92 μm，饱和度中值压力分布在1.71～20.32 MPa，平均7.01 MPa，饱和度中值孔喉半径为0.04～0.43 μm，平均为0.15 μm，平均毛管半径分布在0.11～0.44 μm，平均为0.23 μm，退汞效率为27.48%～ 46.37%，平均为37.43%，孔喉分选系数为0.43～2.44，平均为1.11。

图3　安岳地区须二段储层储集空间类型镜下特征Fig. 3 Microscopic features of reservoir space types of the Second Member of Xujiahe Formation in Anyue Area

图4　安岳地区须二段砂岩中喉道镜下特征Fig. 4 Throat microscopic feathers in sandstones in the Second Member of Xujiahe Formation, Anyue Area

按照薄片下孔径和喉道半径分级(大孔孔径＞100 μm，中孔孔径20～100 μm，小孔孔径＜20 μm；粗喉半径＞20 μm，中喉半径10～20 μm，细喉半径3～10 μm，很细喉半径1～3 μm，微喉半径＜1 μm)[22]，研究区储层总体表现出小孔隙、微喉道、细歪度、分选差、孔喉非均质性强和连通性较差的毛管压力特征[5]。根据排驱压力、饱和度中值压力、饱和度中值孔喉半径、最大连通孔喉半径等孔隙结构参数，结合毛管压力曲线形态和物性参数将须二段储层孔隙结构划分为4类，对应物性和储渗性能由好到差分别为I大孔粗喉型、Ⅱ类中孔中喉型、Ⅲ类中孔细喉型和Ⅳ类小孔微喉型(表1，图5和图6)。

表1　安岳地区须二段压汞曲线孔隙结构分类标准Table 1 Classification criteria of reservoir pore structures of the Second Member of Xujiahe Formation based on the mercury injection curves

图5　4种孔隙结构类型的典型毛管压力曲线Fig. 5 Typical capillary pressure-saturation curves of four types of pore structures

图6　4种孔隙结构类型的孔喉分布Fig. 6 Pore throat size distribution of four types of pore structures

1) Ⅰ类大孔粗喉型。毛细管压力曲线具有宽的平台，最大进汞饱和度大(＞80%)，排驱压力较低，一般小于0.6 MPa，饱和度中值压力小于3 MPa，最大连通孔喉半径大于1.23 μm，分选系数分布在1.9～2.5。该类孔隙结构储集体孔喉相对较大、分选较好、较粗歪度，孔隙类型主要是粒内、粒间孔及微裂缝，填隙物较少，喉道类型主要是孔隙缩小型、缩颈型喉道。孔喉半径呈单峰偏粗态型分布，且峰值一般大于1 μm。由于岩心样品一般为岩心中较致密部分，通常不发育宏观构造裂缝，微裂缝较发育的样品在毛管压力曲线上表现为低排驱压力、较大最大孔喉半径等。此类型储层物性最好，孔隙度大于12%，渗透率大于0.35× 10−3μm2，样品中该类型仅占8.9%。

2) Ⅱ类中孔中喉型。进汞曲线平台不明显，呈陡斜式，说明孔喉分选较差，非均质性较强。最大进汞饱和度大于70%，排驱压力在0.6～0.8 MPa之间，饱和度中值压力3～5 MPa，最大连通孔喉半径介于0.92～1.23 μm，分选系数介于1.0～2.1，视退汞效率一般为27.5%～41.8%。孔隙以被杂基、硅质充填的粒间孔、粒内溶孔为主，孔径一般为50～100 μm。喉道类型主要是缩颈型、片状喉道，孔喉半径频率分布呈双峰偏细态或偏粗态型，峰值孔喉半径集中在0.3～ 1.2 μm。该类型为中孔−粗喉、中歪度、连通性、储集性能中等的储集岩，样品中占22.8%，储层物性较好，孔隙度7.5%～15.1%，渗透率介于(0.12～0.35)× 10−3μm2。

3) Ⅲ类中孔细喉型。毛管压力曲线具有较窄的平台或无平台段，进汞饱和度中等，排驱压力较高，分布在0.8～1.0 MPa，最大连通孔喉半径0.74～0.92 μm。孔隙类型以粒内溶蚀孔、杂基孔、晶间孔为主，粒间孔和微裂缝较少，孔径一般分布于20～50 μm。喉道类型主要为片状喉道，发育少量缩颈喉道和管束状喉道[4]，孔喉半径频率分布图上呈单峰型，部分呈双峰偏细态型，峰值孔喉半径分布于0.06～0.31 μm。喉道分选差，细歪度，连通性较差。孔隙度为6.0%～9.2%，渗透率一般分布于(0.06～0.12)×10−3μm2，物性较差，对应一般储层。此类样品数占36.4%，分布最广泛。

4) Ⅳ类小孔微喉型。进汞曲线远离横坐标，无平台段，为倾斜状，最大进汞饱和度小，排驱压力高。孔隙类型以微孔为主，如基质孔、粒缘缝或被填隙物充填的次生孔等，孔径一般小于20 μm。喉道类型主要是管束状，少量片状喉道，孔喉半径频率分布呈单峰偏细态型或无峰型，峰值小于0.307 μm。孔喉较细小，连通性最差，细歪度，分选差，视退汞效率高，孔隙度小于6%，渗透率小于 0.06×10−3μm2，常对应差储层或者无效储层。该类所占比例为31.9%，为须二段较常见的孔隙结构类型。

3.2孔隙结构与物性

储集岩的微观孔隙结构对其物性具有重要的控制作用[8]。须二段储层孔渗交会图(图7)表明不同孔隙结构类型所对应的物性区分较明显，微观孔隙结构类型与宏观的物性具较好的对应关系。

孔隙结构参数(如排驱压力、饱和度中值压力、最大孔喉半径、中值孔喉半径、分选系数等)在很大程度上决定了储层渗流能力及气藏最终采收率[12,23]。从表2可以看出：最大孔喉半径、孔喉半径均值、分选系数与孔隙度、渗透率具有良好的相关关系，排驱压力、中值压力、中值半径与物性也有一定相关关系，但退汞效率与渗透率无关，表明影响须二段储层物性的因素较多，孔隙结构较为复杂，也可能与其他作用如成岩作用或岩石的润湿性有关[23]。

图7　须二段不同孔隙结构类型孔渗交会图Fig. 7 Porosity and permeability cross-plot of various pore structure types of the Second Member of Xujiahe Formation

4　孔隙结构的测井识别

由于取心井的岩心薄片及压汞资料有限，而测井资料在纵向上较连续，因此，在薄片观察、扫描电镜及实验分析孔隙结构的基础上，确定岩心取样点的孔隙结构类型，再选取五种敏感度较高的常规测井(自然伽马、电阻率、声波、密度和补偿中子)建立不同孔隙结构类型的测井识别标准(表 3)。利用测井参数交会图能够较好地区分不同孔隙结构类型，从而评价储层储集和渗流能力，对本区天然气勘探开发具有重要指导意义[24]。

根据表3总结出来的不同孔隙结构类型的测井响应特征，结合表1分类标准，对安岳地区须二段各单井孔隙结构类型进行纵向上的划分。岳126井须二段储层单井孔隙结构类型划分(气水同层)如图8所示。从图8可见：储层纵向上非均质性较强，不同孔隙结构类型表现的物性、压汞参数、含气性差别较大。Ⅰ类大孔粗喉型储层较少发育，常与构造裂缝伴生，通常物性最好，试气资料表明其含气性也较好，且裂缝的发育规模越大，储层产能也越高；Ⅱ类中孔中喉型储层广泛分布于大套砂岩中，粒内、粒间溶孔发育，物性和储渗能力较好，对储层产能有一定贡献，部分与气层、水层、差油层对应；Ⅲ类中孔细喉型储层孔隙度和渗透率都很低，一般不含气；Ⅳ类小孔微喉型储层常对应高伽马、低中子孔隙度、中−低声波时差、高密度的层段，通常孔喉细小，填隙物较多，泥质含量高，喉道连通性和物性差，为差储层或无效储层。

表2　须二段储层孔喉特征参数及与物性参数的相互关系Table 2 Pore throat parameters and their relation with physical property parameters of the Second Member of Xujiahe Formation

表3　安岳地区须二段储层各孔隙结构类型测井响应特征Table 3 Well logging response characteristics of pore structure types of the Second Member of Xujiahe Formation in Anyue Area

图8　岳126井须二段储层单井孔隙结构类型划分Fig. 8 Identification of pore structure types of the Second Member of Xujiahe Formation in Well Yue-126

5　结论

1) 安岳地区须二段储层岩性以中−细粒灰白色、灰色岩屑长石砂岩和长石岩屑砂岩为主，成分成熟度较低，结构成熟度中等，总体为一平缓构造背景下的具复杂孔隙结构特征的典型低孔渗致密砂岩储层。

2) 储层孔隙类型多样，发育粒内溶孔、粒间溶孔、贴粒溶缝、杂基孔、晶间微孔和微裂缝等，喉道类型以片状、弯片状为主，总体表现为细小孔隙、微细喉道、细歪度、分选差、孔喉非均质性强和连通性较差的孔隙结构特征。

3) 根据铸体薄片、岩心物性分析、毛细管压力曲线及孔喉半径的组合关系，将须二段储层孔隙结构划分为Ⅰ类大孔粗喉型、Ⅱ类中孔中喉型、Ⅲ类中孔细喉型和Ⅳ类小孔微喉型。

4) 不同微观孔隙结构类型及参数与宏观的物性具较好的对应关系，部分特征参数(如退汞效率)与物性无关，表明储层非均质性强，孔隙结构较为复杂。

5) 对各单井孔隙结构进行了分类，结合试气资料表明，Ⅰ类孔隙结构储层常伴随构造裂缝的发育，含气性和储渗性好，裂缝有效控制了天然气的高产，Ⅱ类物性及储集性能较好，Ⅲ和Ⅳ类储层储集性能较差，常对应干层或非储层。

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(编辑 赵俊)

Pore structure characteristics and logging recognition of tight sandstone reservoir of the second member of Xujiahe Formation in Anyue Area, central Sichuan

CHAI Yu1,2, WANG Guiwen1,3, ZHANG Xiaotao1, RAN Ye1
(1. College of Geosciences, China University of Petroleum, Beijing 102249, China; 2. Petroleum Industry Press, Beijing 100011, China; 3. State Key Laboratory of Petroleum Resource and Prospecting, China University of Petroleum, Beijing 102249, China)

Petrologic characteristics, physical property, pore structure characteristics and classification standard of Xu-2 (the Second Member of Xujiahe Formation) Reservoir were studied by analyzing core, casting thin section, scanning electron microscope and mercury injection data. The logging response characteristics of different pore structure types were analyzed and summarised to build logging recognition criteria and then to identify pore structure types of each well in Anyue Area. The results show that the reservoir mainly develop intergranular, intragranular dissolved pore, matrix pore, intercrystalline pore and microfracture. Pore structure types are fine pores and throats, thin skewness of throat, poorly sorted, strong heterogeneity and poor connectivity of pore throats. Based on casting thin sections, physical property ofcores, capillary pressure curves and combination of pores and throats, pore structures are divided into four types, including TypeⅠ large pore coarse throat structure, Type Ⅱ intermediate pore medium throat structure, Type Ⅲintermediate pore fine throat structure and Type Ⅳ fine pore fine throat structure. Different pore structures have different physical properties. Type Ⅰ has favorable gas potential and good percolation capacity, normally developed with structural fractures. Type Ⅱ is most likely to correspond to relatively good physical property and high gas content. TypeⅢ and Ⅳ have poor storage capability, corresponding to bad reservoir or ineffective reservoir.

Tight sandstone gas; pore structure; logging recognition; the Second Member of Xujiahe Formation; Anyue Area

TE122.2

A

1672−7207(2016)03−0819−10

10.11817/j.issn.1672-7207.2016.03.015

2015−03−07；

2015−05−28

国家科技重大专项(2011ZX05020-008)；中石油创新基金资助项目(2013D-5006-030) (Project(2011ZX05020-008) supported by National Major Scientific Research Program; Project(2013D-5006-030) supported by the Innovation Fund of China National Petroleum Corporation)

王贵文，教授，博士生导师，从事沉积学与测井地质学方面研究；E-mail: wgw2139@sina.com