演武油田长3油层段优质储层特征及预测

侯长冰, 郭杜凯, 杨 琦, 张 攀, 陈昌奎

(1.中国石油 长庆油田分公司 第十一采油厂，甘肃 庆阳 745000;2.中国石油 长庆油田分公司 气田开发处，西安 721000)

演武油田长3油层段优质储层特征及预测

侯长冰1, 郭杜凯2, 杨 琦1, 张 攀1, 陈昌奎1

(1.中国石油 长庆油田分公司 第十一采油厂，甘肃 庆阳 745000;2.中国石油 长庆油田分公司 气田开发处，西安 721000)

探讨鄂尔多斯盆地演武油田长3油层段相对优质储层富集规律，为同类型油藏勘探开发提供借鉴。从研究区长3油层段砂岩储层的沉积背景、成岩作用和微观特征入手，运用古地貌恢复等方法，对古地貌单元中邻近不整合面的斜坡和残丘带的储层发育特征进行了重点研究。结果表明研究区延长组古暴露面上发生的下渗大气水对不整合面之下储层进行的溶蚀改造最为强烈，是形成相对优质储层的关键因素，有利于油气充注成藏。古地貌单元中的斜坡和残丘带是优质储层的勘探评价有利区带。

下渗大气水；溶蚀作用；古地貌；优质储层；延长组；演武油田；鄂尔多斯盆地

图1 研究区位置及构造分区图Fig.1 Tectonic unites and location of study area

演武油田位于鄂尔多斯盆地西南部(图1)，构造单元属于陕北斜坡西南部的演武高地，与天环拗陷相连。主要含油层系为上三叠统延长组第3段(简称“长3”)油层段及侏罗系延安组，以长3油层段为演武油田的主力产层[1]。然而目前对该层位储层特征及优质储层的分布规律研究甚少，严重制约了长3油层段的勘探开发效益。本文以讨论长3油层段储层特征及优质储层形成机理为重点，以期为高效开发长3油层段提供地质依据。

1 区域地质背景

晚三叠世延长组沉积期鄂尔多斯盆地边缘的同生断裂构造活动频繁[2]，位于盆地西南边缘的演武油田恰好处在盆地边缘构造活动带。在鄂尔多斯盆地延长组的演化过程中，地层岩性变化记录了该区由内陆湖盆发生、发展到消亡的过程。延长组划分为10个油层段，自下而上依次为长10～长1，部分油层组还可进一步细分小层。经历富县组沉积之后，延安组演化过程可自下而上细分为延10～延4+5等6个油层段。在印支期运动作用下[3]，有较大幅度的构造隆升，经历了较为强烈的风化剥蚀作用，致使演武油田长3油层段位于延长组上部(图2)，自上而下可细分为长31、长32、长33小层，以长31油层段顶部与上覆延安组呈不整合接触关系。研究区内，继长4+5沉积之后，区域上沉积盆地大幅湖退萎缩，长3沉积期浅湖范围仅限于研究区东部庆城、华池、合水以东地区，演武油田总体处于地形相对较高部位，物源主要来自盆地西南方向的秦祁古陆[4]，主要发育有陡坡型辫状河三角洲、辫状河三角洲和湖泊3种沉积环境[4-5]。演武油田长3油层段位于三角洲平原-前缘亚相带(图3)，发育有多支分流河道，可细分为分流河道、分流间洼地、决口扇、天然堤4种沉积微相[6-7]，其中以分流河道为有利储层发育的沉积微相。

2 储层特征

2.1 储层岩石学特征

2.1.1 储集岩骨架组分特征

根据112块岩石薄片镜下鉴定结果,结合电子探针测试数据进行的统计分析(图4)，演武油田长3油层段储集岩主要为细粒的长石岩屑砂岩、岩屑长石砂岩和岩屑砂岩。储集岩骨架组分中的石英端元的质量分数(w)为40%～60%，以单晶石英为主；长石的质量分数为10%～25%，以钾长石为主；岩屑的质量分数为20%～40%，以浅变质岩，如千枚岩、板岩和片岩等岩屑为主。砂岩储层的物质组分整体表现为长石和岩屑含量高的低成分成熟度特点。

2.1.2 填隙物特征

填隙物中杂基含量变化很大，其质量分数变化范围为3%～42%，一般在12%～15%，成分主要为泥质，少量为绿泥石等；杂基含量随岩石粒度减小有所增加，粉砂岩中杂基含量一般高于细砂岩；胶结物较少，主要为自生黏土矿物、方解石，少量硅质、白云石和菱铁矿等，质量分数为0.05%～0.8%，局部地区无胶结物。

2.1.3 储层砂岩结构特征

长3油层段砂岩储层以细砂岩和粗粉砂岩居多，少量为中-细砂岩和中砂岩。粒级分布集中在0.1～0.25 mm，颗粒分选性中等-较好，但磨圆度较差，多为棱角-次棱角状，部分为次圆状。颗粒之间以线接触为主，局部为点接触、凹凸接触，多为颗粒支撑，接触式和孔隙式胶结，总体上结构成熟度中等-差，反映了近源快速堆积的三角洲沉积特征。

图2 Z340井长3油层段单井相Fig.2 The single drilling well facie of Z340

2.2 储层孔隙、物性和结构特征

长3油层段砂岩储层的储集空间以剩余原生粒间孔隙和粒间微孔为主，部分为包括粒间溶孔、粒内溶孔、铸模孔在内的次生孔隙(图5)。根据数百口井1 000多件样品的物性分析数据统计，储层的孔隙度(q)为8%～14%(图6-A)，部分孔隙度>14%；渗透率(K)为(0.5～5.0)×10-3μm2(图6-B)，部分渗透率>5×10-3μm2，个别高达100×10-3μm2以上，整体表现为中-低孔、低渗孔隙型储层，局部存在中孔-中渗孔隙型储层。储层的孔喉结构中等偏差，主体属于小孔-细喉型和小孔-微喉型，局部发育中孔-中喉型，孔喉的连通性中等-差。从总体上看，长3油层段砂岩储层的储集性能中等偏差。

3 成岩作用与储层发育关系

储层的物性特征控制了油气的运移和保存[8]，是储层研究的一项重要内容。储层的孔隙度和渗透率是储层物性特征的主要体现[9-10]，也是反映储层储集性能及输送流体能力的重要参数，更是决定储层保存油气能力的关键条件。因此，如何在此类低渗油藏中寻找储油性能相对优越的较高渗透区域，实现低渗油藏环境下选择相对较高渗透区域的“甜点”位置，发现局部富集的优质储层，成为该类油藏能否实现高效益开发的重要环节和技术难点。

图3 演武油田长3油层段沉积相图Fig.3 The diagrams showing sedimentary facies of Chang-3 oil layer in Yanwu Oilfield(A)长33油层段; (B)长32油层段; (C)长31油层段

图5 演武油田长3油层段孔隙特征Fig.5 The pore characteristics of Chang-3 oil layer in Yanwu Oilfield(A)Z92井长31油层段岩屑长石砂岩剩余原生粒间孔; (B) Z236井长32油层段长石溶蚀形成粒间溶蚀扩大孔

通过对演武油田长3油层段储层的孔隙度与渗透率的关系分析，可确定其储层的孔隙度和渗透率主要为低值，低孔-低渗部分的储层孔、渗相关性较好，相关系数为0.65；而渗透率在10×10-3～100×10-3μm2之间的中、高样品数量较少。从整体上看，长3油层段的渗透率有随孔隙度增加而递增的变化趋势，表明储层的储集能力主要受岩石基质孔隙度与喉道控制，因此，成岩作用研究应该是了解较好储层发育机理和对其进行预测的有效手段。

3.1 成岩作用类型和成岩演化序列

演武油田长3油层段砂岩储层的成岩作用研究建立在大量铸体薄片分析的基础上，并结合扫描电镜、X射线衍射等实验手段。研究发现，长3油层段储层成岩类型多样，可概括为破坏性和建设性二大类成岩作用。前者包括压实-压溶作用、胶结作用、次生矿物沉淀作用和交代作用等，以压实和胶结作用对缩减储层的孔渗性最明显；后者包括溶蚀作用和局部的破裂作用，以溶蚀作用对改善储层的孔渗性最重要(图7)。综合各项成岩指标(图8)，认为演武油田长3油层段砂岩储层所经历的成岩演化序列为：早成岩阶段A→B期浅埋藏环境的压实-方解石胶结-石英I级次生加大→局部构造抬升引起的古表生期大气水溶蚀作用改造，保存了部分剩余原生粒间孔和形成各类溶孔，为储层的发育奠定了基础；中成岩阶段A期再埋藏→加深埋藏环境的进一步压实和胶结作用，石英和长石都出现Ⅱ级次生加大、剩余原生粒间孔和各类溶孔大都充填有自生高岭石，因而该阶段的成岩作用对储层的孔、渗性有明显缩减效应，是储层普遍弱致密化阶段；局部进入中成岩阶段B期的深埋藏环境，出现少量石英Ⅲ级次生加大和更强烈的压实-压溶和胶结作用，可造成储层局部的强致密化，但其影响范围非常有限。

图6 演武油田长3油层段孔、渗分布直方图Fig.6 Histogram showing porosity and permeability distribution of Chang-3 oil layer in Yanwu Oilfield

从总体上看，长3油层段砂岩储层的成岩演化在现今仍主要停留在强度不是很高的、较有利于各类孔隙保存的中成岩阶段A期。

3.2 大气水溶蚀与储层发育关系

演武油田延长组碎屑岩储层由溶蚀作用形成的各类次生孔隙，如粒间溶孔、粒内溶孔、铸模孔、超大溶孔和溶缝等普遍较发育，在已有的研究成果中，大多数人将其成因归属为中成岩阶段埋藏环境中发生的有机酸热液溶解作用[11-12]；而Surdam等[13]、Emery等[14]、Bloch等[15]早已注意到近地表的暴露作用和下渗大气淡水的淋滤和溶蚀作用对改善砂岩物性的影响，认为地层中砂岩次生孔隙的增加主要发育在下渗大气水的溶蚀作用带, 与在以后的继续埋藏过程中这些孔隙被保存下来有关。在国内的研究中，黄思静等人提出延长组砂岩储层中的次生孔隙形成机制，与晚印支期构造隆升运动中发生的暴露作用和大气水溶解作用有关[16]。本次研究基于演武油田长3油层段中长石碎屑和自生高岭石质量分数、面孔率、次生溶蚀孔和长石溶蚀孔隙的纵向变化特征(图9)，均显示了碎屑岩储层具有越靠近顶部不整合面，如长31油层段自下而上的面孔率越高和次生孔隙越发育，与此相对应的是长石碎屑含量降低和由长石风化形成的高岭石含量增加的变化趋势非常明显,据此，也认为次生溶孔主要为近地表条件下的下渗大气水溶蚀作用的产物。

图7 研究区长3油层段储层铸体薄片镜下特征Fig.7 Microphotographs showing casting thin sections from Chang-3 oil layer reservoir in study area(A)压溶作用，Z74井，深度2 228.72 m，长32; (B)高岭石胶结，Z395井，长3; (C)裂缝缝发育，溶蚀扩大，Z73井，长32，深度2 134.0 m; (D)长石、岩屑溶孔，Y29井，深度2 047.1 m，长32

图8 演武油田长3油层段成岩阶段划分和演化序列Fig.8 Classification of diagenetic phase and evolution sequence of Chang-3 oil layer in Yanwu Oilfield

图9 演武油田长3油层段长石碎屑、高岭石等纵向变化特征Fig.9 Characteristics of vertical variation of feldspar, kaolinite etc., for Chang-3 oil layer in Yanwu Oilfield

综前所述，演武油田长3油层段砂岩储层的成岩阶段仍停留在强度不很高的中成岩阶段A期，不仅非常有利于剩余原生粒间孔的发育和保存，更重要的是演武油田于延长组沉积后所发生的幅度较大的构造隆升，致使延长组上部地层被强烈风化剥蚀而缺失，并直接导致长3油层段直接位于延长组上部，于顶部的不整合面开始，向下持续遭受强烈的下渗大气水淋滤和溶蚀作用改造，在剩余原生粒间孔较发育的基础上，进一步叠加了由大气水溶蚀形成的各类次生孔隙，有效地提高了储层的孔渗性。显然，下渗大气水的溶蚀对储层改造起关键作用，因而该阶段可视为优质储层发育的关键时期，也为优质储层的预测提供了依据。

4 长3油层段优质储层预测

4.1 古地貌单元恢复

图10 演武油田富县组+延10地层厚度图Fig.10 The formation thickness of Fuxian and Yan-10 in Yanwu area

基于大气水溶蚀作用主要受地貌单元控制的基本特点，古地貌恢复已成为预测与下渗大气水溶蚀改造有关的优质储层发育位置最为简便且很有效的技术方法。鄂尔多斯盆地在三叠纪末遭受整体抬升，延长组的顶部地层因强烈风化和河道下切侵蚀作用改造而形成沟壑纵横、水网发达的古地貌形态。本次研究采用对延长组顶部起伏不平和沟壑交叉的古地形起充填补齐作用的上覆地层厚度，即下侏罗统富县组+延安组第10段(简称“延10”)油层段地层厚度(图10)，采用印模法古地貌恢复技术[17-20]，结合地层厚度校正和古水深分析，对演武油田延长组顶部不整合面的古地貌进行刻画，结果表明演武油田延长组顶部不整合面的古地貌表现为西部为高地，即演武高地，演武高地东部为被甘陕古河道和庆西古河道夹持的、呈锯齿状延伸的斜坡带，斜坡内数个三角形洼地为河谷发育区，也为对延长组不整合面古地貌起充填补齐作用的近源粗碎屑三角洲平原发育区(图11)。河谷之间的脊状隆起带为斜坡内的长3油层段残丘发育区，也为下渗大气水溶蚀改造相对较强烈的部位，因而也为长3油层段与下渗大气水溶蚀改造作用有关的、相对优质储层的有利发育部位。

图11 演武油田延长组不整合面古地貌恢复图Fig.11 The recovery of paleotopography for Yanchang unconformities in Yanwu area

4.2 古表生期大气水溶蚀与优质储层分布关系

溶蚀作用是流体对矿物的溶解，能改善储层的储集性能及孔隙间的连通性，特别是在溶蚀作用较强烈的高部位区域，如残丘和斜坡带，都能形成有效的储运空间。长3期鄂尔多斯盆地处在湖盆收缩期，位于鄂尔多斯盆地西部的演武油田，长1、长2地层大面积出露，不整合面在不断风化、剥蚀及大气水侵蚀作用下被切割成沟壑纵横、水网发达的古地貌形态。不整合面之下的长3油层段砂岩的成分成熟度低，以岩屑长石砂岩和长石岩屑砂岩为主，富含长石和岩屑等不稳定颗粒组分，也就是说可溶性颗粒组分含量较高。演武油田长3油层段储层主要为水上或水下辫状分流河道砂体，砂体的连通性较好，有利于偏酸性的下渗大气水流体运移，致使演武油田长3油层段砂岩在古表生期的溶解作用活跃，溶蚀现象丰富，特别在古水系侵蚀、切割强烈的残丘和和斜坡带地貌单元发育区，因有利于下渗大气淡水顺岩层渗入，对储层的溶蚀改造作用更为强烈，形成相对优质的储层发育部位。长3油层段砂岩储层内含有大量地表风化形成的高岭石，即为长3油层段暴露期间下渗大气淡水对长石溶解作用的结果。因此，残丘和斜坡带不仅对优质储层发育有利，同时也是油气运移成藏的指向部位。

4.3 勘探实践与成效讨论

在延长组顶部不整合面古地貌研究基础上，统计演武油田钻井中的长3油层段地层情况和残留厚度，在此基础上编制演武油田长3油层段古地质地貌-成岩相图(图12)，结合试油情况，该图显示出油井与古地貌的关系非常密切，特点为位于残丘和斜坡带不整合面之下优质储层相对较发育，油气富集程度高和勘探效益好，是油气成藏的有利指向部位，也是下一步油气勘探开发的有利区域和重点目标。如在近几年的勘探实践中，基于本项研究提出的大气水溶蚀作用和古地貌条件是形成优质储层主要原因的研究思路与技术方法，在演武油田先后发现了Y123、Z86等一批长3油层段，已初步形成年产十几万吨原油的生产能力，取得了非常显著的勘探开发成果和经济效益。

图12 演武油田长3油层段古地质地貌-成岩相图与试油成果关系图Fig.12 Diagram showing relation between paleogeology and diagenetic facies of Chang-3 oil layer in Yanwu Oilfield

5 结 论

a.演武油田长3油层段储层主要为长石岩屑砂岩、岩屑长石砂岩和岩屑砂岩，储集性能中等，主体为低孔-低渗孔隙型储层，在此背景下局部发育的中孔-中高渗储层是油气富集的有利指向带。

b.演武油田长3油层段储层的储集空间以剩余原生粒间孔隙和粒间微孔为主，部分为包括粒间溶孔、粒内溶孔、铸模孔在内的次生孔隙。

c.演武油田长3油层段储层发育与成岩作用关系密切，其破坏性成岩作用主要为压实-压溶作用、胶结作用、次生矿物沉淀作用和交代作用；建设性成岩作用主要为古表生期的下渗大气水的溶蚀作用，也是形成相对优质储层的主要原因。

d.演武油田长3油层段顶部不整合面的古地貌-地质特征控制了相对优质储层的发育和分布范围，古地貌单元中的残丘和斜坡带为油气勘探开发的有利区域和重点目标。

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Characteristics of high-quality reservoir and prediction of Chang-3 oil section in Yanwu Oilfield, Ordos Basin, China

HOU Changbing1, GUO Dukai2, YANG Qi1, ZHANG Pan1, CHEN Changkui1

1. No.11 Oil Production Plant of Changqing Oilfield, PetroChina, Qingyang 721000, China;2. Gasfield Development Department of Changqing Oilfield, PetroChina, Xi’an 745000, China

The accumulation regularity of high-quality reservoir of Chang-3 Member of Upper Triassic Yanchang Formation is discussed so as to provide data for the exploration of similar type of oil pool. Focus is put on the study of reservoir development characters of the palaeo-geomorphology, especially on the slope adjacent to the unconformity plane and hills, by using the method of recovery of ancient topography. It shows that the corrosion by infiltration meteoric water to the Yanchang Formation reservoir under the unconformity plane is strong, and it is the key factor to the formation of high-quality reservoir and favorable for the charging and accumulation of oil and gas. Therefore, the slope and hills of the ancient topography are the favorable areas for evaluation and exploration of high-quality reservoir.

infiltration meteoric water; dissolution; palaeo-geomorphy; high-quality reservoir; Yanchang Formation; Yanwu Oilfield; Ordos Basin

10.3969/j.issn.1671-9727.2017.04.09

1671-9727(2017)04-0460-10

2016-12-19。

中国石油天然气股份有限公司长庆油田分公司油藏评价研究项目(2016GSKJ020103)。

侯长冰(1983-)，男，工程师，从事油田产能建设及开发地质工作, E-mail:253868513@qq.com。

TE122.23

A