川西坳陷中江气田侏罗系沙溪庙组致密砂岩储层特征及主控因素分析

蔡李梅，付 菊，阎丽妮

CAI Li-Mei,FUJu,YANLi-Ni

（中国石化西南油气分公司勘探开发研究院，成都 610041）

（Exploration and Production Research Institute,Sinopec Southwest Oil＆ Gas Company,Chengdu 610041，China）

1 前言

川西坳陷中江气田包含合兴场-高庙子、丰谷、永太、中江-回龙和知新场-石泉场共计5个三维地震勘探区块，涉及三个构造区带，其中合兴场-高庙子、丰谷区块属于孝泉-新场-丰谷北东东向构造带，永太、中江及回龙区块属于中江斜坡带，知新场-石泉场属于南北向构造带，工区总共面积约2400 km2（图1）。截止目前，研究区侏罗系沙溪庙组共有完钻井189口，提交探明储量218.96×108m3，控制储量 697.33×108m3，预测储量1005.21×108m3。沙溪庙组上下分为三个气藏，分别为JS1、JS2、JS3，其中JS1和JS2各划分为四个砂组，分别为 JS11、JS12、JS13、JS14和 JS21、JS22、JS23、JS24，JS3 划分为三个砂组，分别为 JS31、JS32、JS33。本次研究区为北东东向构造带的高庙子-丰谷地区及中江斜坡带的中江-回龙地区。

前人研究[1-3]表明沙溪庙组储层属于低孔低渗致密储层，且非均质性较强，不同地区、不同层段发育相对优质储层。储层的非均质性制约了油气的勘探和开发，相对优质储层分布在哪里？它的控制因素是什么呢？为解决这些问题，本文运用典型钻井的测井曲线、岩屑录井和岩心资料以及900余块岩石普通薄片、铸体薄片、孔渗等岩矿测试资料研究了该区沙溪庙组储层岩石学特征、物性特征、储集空间类型、成岩作用特征等，系统地进行了优质储层形成主控因素的分析研究，从而有助于进一步认识和预测中江气田致密碎屑岩储层的区域发育规律，为下一步勘探提供依据。

图1 川西坳陷中江气田构造分布图Fig.1 Structural distribution map of Zhongjiang gas field in Western Sichuan Depression

2 储层基本特征

2.1 岩石学特征

根据中江气田沙溪庙组910块岩石薄片分析资料统计可知，研究区沙溪庙组砂岩储层岩石类型包括岩屑长石砂岩、长石岩屑砂岩、岩屑砂岩、长石砂岩、岩屑石英砂岩等（图2）。按岩石基本名称统计，沙溪庙组石英砂岩（长石石英砂岩、岩屑石英砂岩）样品数占沙溪庙组总样品数的2.53%，岩屑砂岩（长石岩屑砂岩、岩屑砂岩）占总样品数的25.38%，而长石砂岩（岩屑长石砂岩、长石砂岩）则占总样品数的72.09%。平面上，高庙子-丰谷地区岩屑砂岩含量比中江-回龙地区高；纵向上各区气藏之间差别较小。

图2 川西坳陷中江气田沙溪庙组各气藏砂岩储层岩性分类三角图Fig.2 Triangulation of lithologic classification ofsandstone reservoirs in Shaximiao Formation of Zhongjianggas field in Western Sichuan Depression

从储层骨架颗粒的总体构成状况（表1）来看，研究区沙溪庙组储层石英含量高 (平均含量51.1%)，长石含量低(平均含量28.4%)，岩屑含量低(平均含量21.4%)，成分成熟度相对较低。三个气藏特征差异不大，基本都呈“一高二低”的特征，JS1石英含量相对最低，长石含量最高，成分成熟度最低；JS3石英含量相对最高，长石含量最低，成分成熟度相对最高。

表1 川西坳陷中江气田沙溪庙组各气藏砂岩骨架颗粒构成状况对比表Fig.1 Comparison table of the composition of skeleton particles of sandstone reservoirs in Shaximiao Formation of Zhongjiang gas field in Western Sichuan Depression

从平面上来看，丰谷-高庙子地区储层石英含量都较中江-回龙地区高，长石含量明显比中江回龙地区低，而岩屑含量相差不大，砂岩成分成熟度丰谷-高庙地区整体较中江-回龙地区高，反映了沙溪庙组各区各层段整体的物源方向。

研究区沙溪庙组砂岩结构成熟度中等，砂岩主要以细粒、中粒为主，少量粗粒；颗粒分选以好为主，中等次之；颗粒磨圆度中等-较差，以次棱角状为主；胶结类型以孔隙式为主；沙溪庙组各气藏相比砂岩结构特征差异不大。

2.2 物性特征及储层类型

根据中江气田沙溪庙组1398块岩心物性分析资料可知（图3），储层孔隙度呈偏畸的正态分布，孔隙度平均值9.02%，中值9.48%，主要分布在9-12%之间，占总样品数的43.56%；砂岩渗透率值呈明显的正态分布，渗透率平均值0.096×10-3μm2，中值0.086×10-3μm2，主要分布在0.04-0.16×10-3之间，占总样品数的46.22%。因而从沙溪庙组储层物性总体特征来看，研究区沙溪庙组储层属于低孔低渗致密储层。

图3 川西坳陷中江气田沙溪庙组储层孔隙度、渗透率频率分布直方图Fig.3 Frequency distribution histogram of reservoir porosity and permeability Shaximiao Formation of Zhongjiang gas field in Western Sichuan Depression

从丰谷-高庙子地区和中江-回龙地区储层孔-渗关系图（图4）可以看出，沙溪庙组储层大部分样品孔渗关系较好，随着孔隙度的增大渗透率有明显变好的趋势，储层类型以孔隙型为主，少数样品受裂缝影响（尤其是高庙子-丰谷地区），渗透率呈数量级增大。可见，储层的储集和渗透能力主要依赖于基质孔隙与喉道，不均匀分布的层理缝、层间缝及微裂缝对改善孔隙性和渗透性贡献是很有限的。储层渗透率变化主要受孔隙发育程度控制，孔隙度大于10%的样品其渗透率明显较高，也就是说，孔隙度大于10%的储层对于渗透率的贡献要大得多。

图4 川西坳陷中江气田沙溪庙组各气藏孔-渗散点图Fig.4 Hole and seepage point map of each gas reservoir in the Shaximiao Formation of Zhongjiang gas field in West Sichuan Depression

2.3 储集空间类型

根据铸体薄片和扫描电镜观察结果，研究区沙溪庙组砂岩孔隙类型主要为剩余粒间孔和粒间溶孔，其次为粒内溶孔，还可见少量的铸模孔、晶间微孔、层间微缝等（图5）。剩余粒间孔呈不规则多边形，大小0.03～0.15 mm，由绿泥石薄膜不完全充填形成，偶见充填自生石英，孔隙分布不均，连通性中等～较好。粒间溶孔大小0.05～0.4 mm，孔内可见自生石英、钠长石、方解石、粘土矿物等充填，溶蚀孔可见港湾状、长条状等。粒内溶孔大小0.02～0.10 mm，主要发育在长石和岩屑颗粒中，溶蚀程度浅-中，长石粒内溶孔一般沿着解理进行，而岩屑的粒内溶孔往往选择性地从易溶组分开始溶蚀。

图5 川西坳陷中江气田沙溪庙组储层孔隙发育特征的显微照片Fig.5 Micrograph ofpore development characteristics ofthe reservoir of Shaximiao formation in Zhongjiang gas field in Western Sichuan Depression

2.4 孔隙结构特征

地质学家通常将1 μm孔喉大小作为区分常规储层与致密碎屑岩储层的界线。研究区沙溪庙组砂岩孔隙结构特征参数（表2）显示砂岩孔喉半径普遍小于0.1 μm，孔喉分选系数一般大于2，对应细-微孔喉近致密-致密储层。总体上，研究区沙溪庙组储层具有微孔喉、差孔喉分选，低渗透的特征。储层中存在多种储集空间类型组合，既有孔喉分选较好、以剩余粒间孔和少量粒间溶孔为主的组合类型，又有孔喉分选较差、以粒间溶蚀扩大孔、粒内溶孔和剩余粒间孔为主的组合类型。

表2 川西坳陷中江气田沙溪庙组砂岩孔隙结构参数表Table 2 Pore structure parameter table of Shaximiao Formation in Zhongjiang gas field in Western Sichuan Depression

2.5 成岩作用

研究区沙溪庙组储层成岩作用中对储层起控制因素的主要是压实作用、胶结作用和溶蚀作用。

（1）压实作用

储层压实作用主要表现为：①黑云母沿长轴方向定向排列形成明显的压实定向组构，且部分发生扭曲、膨胀及塑性变形并挤入粒间孔隙中，使一部分原生孔隙丧失；②石英、长石等刚性碎屑颗粒表面见脆性微裂纹，部分石英呈波状消光；③砂岩中碎屑颗粒接触方式主要以线接触为主，局部地段表现为凹凸接触，表明砂岩经受了较强的压实作用；④石英颗粒间压溶形成线-凹凸接触，表现为化学压实。

为了反映机械压实作用对原始孔隙空间体积的影响程度，采用Houseknecht DW的视压实率来表征[4]，视压实率α=(原始孔隙体积一粒间体积)／原始孔隙体积×100%，一般当α值大于70%为强压实；α值介于70%～30%为中等压实，而α值小于30%为弱压实。假定研究区沉积物的原始粒间孔隙度为40%，粒间孔体积为岩石铸体薄片下粒间孔隙度体积（8.95%）与胶结物体积（3.11%）之和，计算出视压实率为69.9%，属中等压实。根据Lundegard[5]公式计算压实作用造成的孔隙度损失可达31.8%，占原始孔隙度的79.5%。因此，压实作用是造成文星上沙溪庙组砂岩孔隙度降低的最主要因素。

（2）胶结作用

薄片观察和X衍射分析统计结果表明（表3），研究区沙溪庙组胶结物以碳酸盐胶结物和黏土矿物为主，少量硅质胶结物和硫酸盐胶结物。碳酸盐胶结物以方解石为主，极少量白云石，部分含铁-低含铁，偶见菱铁矿等（图6a）。硅质主要以碎屑石英的次生加大和充填粒间的自生石英颗粒两种形式产出（图5b）。黏土矿物主要为水云母、绿泥石以及局部发育的高岭石等，水云母以鳞片状分布于孔隙中（图6c、d），而绿泥石则呈薄膜状环绕石英颗粒分布（图5a）,绿泥石薄膜阻止了石英次生加大的形成以及一部分粒间碳酸盐胶结物的沉淀[6,7]。高岭石在显微镜下多呈蠕虫状或手风琴状的集晶，在扫描镜下呈假六方板状集合体，常堆积在长石溶蚀所形成的次生溶孔中。硫酸盐胶结物以硬石膏为主（图6b），少量石膏，且分布不均匀，粉砂岩中含量较低甚至不含，细砂岩中含量较高且多呈斑块状分布，分选好的中-粗砂岩中硬石膏多呈连晶式胶结，且常见硬石膏交代碎屑颗粒（图6e、f）。

（3）溶蚀作用

研究区沙溪庙组储层中溶蚀现象普遍发育，长石和岩屑是该区骨架颗粒次生溶蚀的主要组分，溶蚀作用包括颗粒的部分溶蚀和全部溶蚀，主要形成粒间、粒内溶孔及填隙物内溶孔（图5a、b、c）。长石粒内溶孔往往沿解理进行，也可见石英的溶蚀现象，边缘呈不规则状、港湾状。薄片内还可见一部分云母及火山岩碎屑发生溶蚀，呈蜂窝状或颗粒全部溶蚀形成铸模孔隙。方解石胶结物部分溶蚀形成胶结物内孔隙。溶蚀作用在很大程度上改善了储层的物性。

3 有利储层发育控制因素

根据沙溪庙组储层的岩石学特征、物性特征、孔隙结构特征及成岩作用特征，认为影响研究区储层质量的因素主要包括沉积因素和成岩因素。

3.1 沉积因素

不同沉积环境中形成的储集体在岩石的矿物成分、粒度存在差异，这些差异直接影响砂岩储层性能的好坏。中江气田沙溪庙组沉积相以三角洲平原沉积为主，发育分流河道及分流间湾沉积微相，砂岩以薄层分流河道砂体为主。从沉积因素来看，造成不同地区不同层段的储层物性差异的主要是岩石粒度和碎屑组分含量。

（1）岩石粒度

图6 川西坳陷沙溪庙组储层成岩作用和成岩矿物的显微照片Fig.6 Micrographs of diagenesis and diagenetic minerals in the reservoir ofShaximiao Formation in Western Sichuan Depression

岩石粒度可以影响初始孔隙的发育程度以及填隙物的含量，对储层储集性具有明显的控制作用。沙溪庙组粉砂岩、砾岩具很高的泥质含量，储集性极差，难以形成有效储层；细粒砂岩石英含量较高，长石含量较低，具有较中粒砂岩高的钙质和泥质含量，可以形成II、III类储层（图7）。从研究区不同粒级储层的孔隙度与渗透率的相关分析表明，储层粒径与孔隙度及渗透率之间具有很好的正相关关系（图8），随着砂岩粒径变粗，物性变好。这是因为越细粒级的储层在埋藏成岩过程中越易于被压实，在相同的压实条件下，细粒级储层的孔隙和喉道也往往要小于粗粒级储层，因而细粒级的储层性质（尤其是渗透率）往往要差于粗粒级储层[8-9]。

表3 川西坳陷中江气田沙溪庙组储层X衍射分析数据表Table 3 X diffraction analysis results of the reservoir of Shaximiao Formation in Zhongjiang gas field in Western Sichuan Depression

图7 中江气田沙溪庙组不同粒度砂岩钙质、泥质、硅质、孔隙度分布图Fig.7 Distribution diagram of calcareous,muddy,siliceous and porosityof different granularitys and stone in the Shaximiao Formation of Zhongjiang gas field

图8 中江气田沙溪庙组不同粒度砂岩孔、渗关系图Fig.8 Pore and seepage relation map of different granularity sandstone of Shaximiao Formation in Zhongjiang gas field

总体上，沙溪庙组中粒砂岩要比细砂岩更为发育，且中砂岩纵向上主要分布在JS14、JS23、JS24砂组，平面上中砂岩在JS1砂组集中发育在中江-回龙地区，JS2砂组集中发育在高庙子-丰谷地区（图 9）。

（2）砂岩碎屑组分含量

研究区沙溪庙组砂岩碎屑组分与孔隙度关系较密切。孔隙度与长石含量呈正相关，与石英含量呈负相关（图10）。作为刚性颗粒，长石具有较高抗压实能力，有利于原生粒间孔隙的保存，此外长石相对不稳定，易发生溶蚀而产生次生孔隙，这也使孔隙度与其关系密切。石英性质稳定，不易发生溶蚀，因此其与孔隙度呈明显的负相关[10]。

沙溪庙组储层岩性以长石岩屑砂岩为主，长石普遍较发育，纵向上，长石较为集中分布在JS14、JS23、JS24和JS33砂组，平面上，在JS1和JS3砂组集中发育在高庙子-丰谷地区，在JS2砂组集中发育在中江-回龙地区（图11）。

3.2 成岩因素

研究区沙溪庙组对储层品质有影响的成岩作用较多，造成平面及层系差异的主要是胶结作用，尤其是碳酸盐胶结物的发育。整体上碳酸盐胶结物含量变化较大，局部高达28%，储层由于钙质胶结而变得非常致密。在多数储层样品中，碳酸盐胶结物含量为2%～8%，多呈微晶、细晶或连晶充填于孔隙中，并局部或全部交代碎屑颗粒。根据阴极发光和普通薄片显微观察，方解石胶结物有两期，早期大片发育，甚至在砂岩中呈基底式胶结，晚期充填孔隙或者交代碎屑，呈点状零星分布在砂岩。

图9 中江气田沙溪庙组不同粒度砂岩纵向和平面分布直方图Fig.9 Vertical and plane distribution histograms of different granularitys and stone in the Shaximiao Formation of Zhongjiang gas field

图10 石英及长石含量与孔隙度关系图Fig.10 Relation diagram of content and porosity of quartz and feldspar

图11 长石在各区各砂组的分布直方图Fig.11 Distribution histogram of feldspar in various sand groups in each region

研究表明，少量的碳酸盐胶结在一定程度上抑制了后期压实压溶作用[11-12]，为形成次生孔隙提供了易溶物质，但如果含量很高，则堵死了孔隙喉道，不利于后期酸性孔隙水对储层的改造，形成低孔低渗型储层。图12是研究区碳酸盐胶结物含量与储层孔渗性之间的相关图，随着储层中碳酸盐胶结物含量的增加，储层孔隙度和渗透率均明显下降。总体来看，碳酸盐胶结物在沙溪庙组JS2砂组含量较高，在平面上主要集中在中江-回龙地区（图13）。

综上所述，川西坳陷中江气田沙溪庙组有利储层的地质模型是：较粗粒度，高长石、低岩屑，低碳酸盐胶结物。依据此模型，对各砂组进行清理比较，最终认为高庙子-丰谷地区JS21、JS24和JS33储层品质较好，中江 - 回龙地区 JS11、JS12、JS14、JS22和JS31储层品质较好（表3）。

图12 方解石胶结物含量与储层孔渗性相关图Fig.12 Relationship between the content of calcite cementation and the permeability of the reservoir

图13 沙溪庙组碳酸盐胶结物在各区各砂组的分布直方图Fig.13 Distribution histogram of carbonate cements in Shaximiao Formation in various sand groups

表4 川西坳陷中江气田沙溪庙组各砂组有利条件对比表Table 4 Comparison table of favorable conditions for each sand group in the Shaximiao Formation of Zhongjiang gas field in West Sichuan Depression

4 结论

（1）川西坳陷中江气田沙溪庙组岩石类型以岩屑长石砂岩和长石岩屑砂岩为主，各段特征差异不大，富长石是其骨架颗粒构成的主要特征。砂岩成分成熟度高庙子-丰谷地区整体较中江-回龙地区高，结构成熟度均为中等。

（2）研究区储层属于低孔低渗致密储层，储层大部分样品孔渗关系较好，储层类型以孔隙型为主，其中孔隙度大于10%的储层其渗透率明显要高得多。

（3）砂岩孔隙类型主要为剩余粒间孔和粒间溶孔，其次为粒内溶孔，还可见少量的铸模孔、晶间微孔、层间微缝等。

（4）研究区沙溪庙组对应细-微孔喉近致密-致密储层，具有微孔喉、差孔喉分选，低渗透的特征。储层中存在多种储集空间类型组合，既有孔喉分选较好、以剩余粒间孔和少量粒间溶孔为主的组合类型，又有孔喉分选较差、以粒间溶蚀扩大孔、粒内溶孔和剩余粒间孔为主的组合类型。

（5）影响研究区储层质量的因素主要包括沉积因素和成岩因素。储层物性与砂岩粒度、长石含量呈正相关，与碳酸盐胶结物的含量呈负相关，因此，中江气田沙溪庙组有利储层的地质模型是：较粗粒度，高长石、低岩屑，低碳酸盐胶结物。由此认为高庙子-丰谷地区JS21、JS24和JS33储层品质较好，中江 - 回龙地区 JS11、JS12、JS14、JS22和 JS31储层品质较好。

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