鄂尔多斯盆地长7段泥页岩储层物性特征及控制因素研究

吴银辉 ，周 文 ，陈文玲 ，易 婷

（1.成都理工大学能源学院，四川成都 610059；2.油气藏地质及开发工程国家重点实验室，四川成都 610059）

油气地质

鄂尔多斯盆地长7段泥页岩储层物性特征及控制因素研究

吴银辉1，2，周 文1，2，陈文玲1，2，易 婷1

（1.成都理工大学能源学院，四川成都 610059；2.油气藏地质及开发工程国家重点实验室，四川成都 610059）

将鄂尔多斯盆地长7段陆相泥页岩储层孔隙类型划分为无机孔隙、有机质孔隙和微裂缝三大类，其形成与有机质在不同演化阶段生烃、排烃过程有关。通过高压压汞实验将长7段陆相泥页岩储层孔隙分为四大类，结合扫描电镜观察结果及压汞数据可知，晶间隙、晶（粒）间孔隙及有机质孔隙均比较发育，且在一定程度其连通性较好，可以确定这三类孔隙以及微裂缝是研究区的主要渗流通道。有机质类型以I型和Ⅱ1型为主；TOC含量为0.51%～22.6%，平均值3.29%；Ro分布于0.7%～1.2%。综合分析认为沉积环境、矿物组分、成岩演化、有机质热演化是影响鄂尔多斯盆地长7段陆相泥页岩储层物性的主要因素。

页岩储层；物性特征；孔隙类型；孔隙特征

1 地质背景

鄂尔多斯盆地是华北板块、秦岭板块、扬子板块相互俯冲碰撞且又经历了复杂的大陆内多期次造山及成盆作用而形成的[1]。延长组为一套以湖泊－河流相沉积为主的陆源碎屑岩系，地层厚度约为0.3 km～3 km。区内长7油层组上部主要为深灰色、灰黑色泥岩夹泥质粉砂岩和粉砂岩组合，下部主要为含油页岩、深灰色页岩、灰黑色页岩以及泥质粉砂岩等组合[2]。长7油层组沉积时期初发生迅速的构造沉降作用，导致湖侵达到鼎盛，湖水迅速上升，湖岸线大幅度向外扩展，水体覆盖面积约达1 000 km2以上，水体明显加深[3]，半深湖－深湖分布于盐池北、定边、吴起、志丹、永宁、环县东、庆阳、正宁、直罗、洛川及其以东广大地区，在金锁关、宜君也有分布，发育厚度约为70 m～120 m的灰黑色、深灰色页岩，形成了最主要的分布稳定的“张家滩”页岩[12]。

2 地化特征

根据镜下干酪根显微组分鉴定结果：富县区块长7段页岩腐泥组平均79.6%，壳质组平均13.5%，镜质组平均2.79%，惰质组平均4.04%，有机质类型以I型为主，其次是Ⅱ1型。镇泾区块长7段含油（气）泥（页）岩有机质类型基本为Ⅰ～Ⅱ1型，其中腐泥组58%～97%，平均75.5%；壳质组0%～20%，平均7.3%；镜质组0%～8%，平均3.7%，惰质组2%～43%，平均13.5%。长7段TOC含量为0.51%～22.6%，主要分布在1%～2%和＞7%，分别占25%和10%，平均值3.29%。下寺湾区块长7段TOC含量在3.5%～12%，在柳评171井-新31井一带为高值区，TOC含量最高可到12%。富县区块TOC含量在3%～9%，在中富2井-中富29井-中富12井一带为高值区，TOC含量在7%～9%。长7段页岩分布区内Ro分布于0.7%～1.2%，总体上与现今埋深不完全对应。Ro有两个达到1.5%以上的高值区，一个在延安、富县至宜川区域，最高可达到1.2%以上；总体上属于低成熟－成熟演化阶段。

3 物性特征

3.1 孔隙类型

本次主要研究盆地延长组泥（页）岩的微观孔隙和裂缝类型。鄂尔多斯盆地长7段主要的孔隙类型分为三大类：无机孔隙，即矿物颗（晶）粒间（内）孔隙；有机孔隙，即出油孔隙，气孔；微裂缝，即各类天然裂缝[7]。

无机孔隙特征：矿物粒间孔隙可分为原生粒间孔和次生孔隙。溶蚀粒间孔的孔隙直径可达27.8 μm；矿物粒内微孔包括晶格缺陷造成的原生微孔和溶蚀造成的粒内溶蚀微孔；矿物晶间微孔主要指黏土矿物晶间孔，包括晶体间的原生微孔、晶间溶蚀微孔和黏土矿物转化过程中脱水形成的晶间孔[4]，如蒙脱石向伊利石转化时脱水形成的晶间孔。

有机孔隙特征：有机孔隙一般为有机质内气孔，集中分布在有机质内，多以球形分散分布。有机质含量高的样品，有机质内气孔也会增多，多以球形分布，大小一般在75 nm～200 nm。同时也见到黏土矿物中的气孔，可能是气体生成和运移时产生的[5]。

微裂缝特征：粒缘缝，即矿物颗粒间形成的缝；片理缝，一般为片状矿物（如伊利石黏土矿物、云母等）晶间隙扩大而成。

3.2 孔隙结构

选取鄂尔多斯盆地长7段14个样品，采用麦克默瑞提克（上海）仪器有限公司的Autopore9500压汞仪进行测试分析，最大外压力400 MPa（60 000 psia）。实验可得到不同样品对应的门槛压力（Pcd）、中值压力（Pc50）、毛细管压力曲线、孔喉分布以及孔隙结构特征参数等。

不同样品的压汞曲线（进汞-退汞曲线）孔隙滞后环宽度以及进汞、退汞体积差（压力差）、排驱压力、最大进汞饱和度及退汞效率不同，据此可以分析样品的孔隙特征。通过压汞实验将鄂尔多斯盆地延长组长7段泥页岩储层孔隙大致分为以下四大类：

第一种类型以YY18-4为代表（见图1），由图1可以看出压汞测试范围内对应开放孔很多，见大孔隙发育，孔隙连通性较好。

第二种类型以FY2-24为代表（见图2），退汞曲线呈阶梯式，退汞效率约40%，压汞测试范围内孔径分布范围较广。

第三种类型以永页1-8为代表（见图3），随着压力增大，进汞曲线呈现缓慢增大趋势，压力测试范围内中孔发育，连通性较好。

第四种类型以永页1-10为代表（见图4），随着压力增大，进汞曲线呈现缓慢增大趋势，孔隙分选相对较好，由图表明压汞测试范围内对应喉道较细，连通性较差。

图1 YY18-4进退汞曲线

图2 FY2-24进退汞曲线

图3 永页1-8、进退汞曲线

图4 永页1-10进退汞曲线

3.3 孔隙度与渗透率

通过酒精法及脉冲法对研究区的35个页岩样品进行孔隙度测定。通过酒精法测得的长7段陆相泥页岩孔隙度为0.335 4%～6.834 2%，平均为1.342 9%，主要区间为1%～1.5%。其中，6.06%的样品孔隙度为0～0.5%，30.30%的样品孔隙度为 0.5%～1%，39.39%的样品孔隙度为1%～1.5%，18.18%的样品孔隙度为1.5%～2%，6.06%的样品孔隙度大于2%；通过脉冲法测得的长7段陆相泥页岩孔隙度为0.21%～7.41%，平均为1.54%，主要区间为0.5%～1%。其中，21.43%的样品孔隙度为0～0.5%，42.86%的样品孔隙度为0.5%～1%，7.14%的样品孔隙度为1%～1.5%，7.14%的样品孔隙度为1.5%～2%，14.29%的样品孔隙度大于2%；可以看出酒精法测得的孔隙度在1%～1.5%比脉冲法高可能是因为酒精法实验时有部分酒精未进入孔隙的原因。延长地区孔隙度主要分布在0.335 4%～6.834 2%，平均为1.382 8%，孔隙度在0.5%～1%的占主要部分，为38.1%；镇泾地区孔隙度主要分布在1%～1.5%，平均为1.27%。

从渗透率分布频率直方图上可以看出，长7段陆相泥页岩渗透率在0～0.1 mD的为25.93%，0.1 mD～0.2 mD为25.93%，0.2 mD～1 mD 为22.22%，1 mD～2 mD为14.81%，大于2 mD为11.11%，可以看出在0～1 mD的占主要部分（见图5），不同岩性的孔隙度与渗透率关系图不明显（见图6）。通过长7段所有样品的孔隙度和渗透率关系图（见图7）可看出孔隙度与渗透率相关性中等，整体表现为渗透率随孔隙度增大而升高的趋势。相关系数为0.953 5，孔渗变化趋势相对较集中，估计可能是由于存在裂缝、微裂缝较多的缘故，两组段砂岩孔隙度渗透率相关性最好，反映了孔隙间连通性较好。

图5 渗透率频率分布直方图

图6 不同类型泥页岩孔隙度与渗透率关系图

图7 渗透率与孔隙度的关系图

研究区鄂尔多斯盆地延长组储层孔隙度与埋深之间的关系比较复杂，延长、镇泾区块井为孔隙度埋深关系对比图（见图8）。由图8可知随埋藏深度增加，延长区块孔隙度最大值和平均值逐渐增大；镇泾区块井孔隙度则略有减小。通过分析可能是因为延长区块页岩微裂缝发育程度较高，整个研究区基本处于机械压实平衡阶段，孔隙度很难体现机械压实作用的差异[6]。因为区内储层以粒内溶孔、缩小粒间孔和黏土矿物晶间孔为主，其他有利于孔隙保存的条件，如骨架颗粒的强度、胶结类型、胶结物含量、黏土矿物特征、微裂缝发育程度都将影响孔隙度的垂向分布。

图8 延长、镇泾地区井埋深孔隙度关系对比图

3.4 比表面、孔径和孔容

通过递增孔体积-孔径关系图（dV-r）及累计孔体积-孔径关系图（sum（V）-r）来分别表征高压压汞测试范围内样品的孔径分布特征（见图9）。从图9可以看出不同泥页岩样品其累计孔体积曲线形态差异较大，当孔径＜100 nm时，随着孔径的变化，样品FY2-7、永页1-10、YY18-25的曲线斜率较大，累计孔体积的增长率比其余样品快，说明该类样品中孔径＜100 nm的孔隙所占比例较大，微孔和中孔相对比较发育，当孔径＞100 nm时，部分样品（如FY2-24）累计孔体积发生变化，说明这些样品中发育一定量的过渡孔和大孔，对应样品的dV-r关系曲线也证实了该结论（见图10）。结果表明：压汞测试范围内不同样品总的孔体积存在一定的差异，大部分样品总孔隙体积主要分布在0.05 cm3/g～0.013 cm3/g，最大孔喉半径与孔体积之间的关系不明显。

4 页岩储层物性主控因素分析

不同地区，影响储层物性的原因不一，因此，从沉积环境、矿物组分、成岩演化、有机质热演化四个方面对长7段页岩储层物性因素进行分析研究。

4.1 不同沉积环境的孔隙发育特征

不同的沉积环境下的页岩储层，沉积物的组成（矿物组合及含量）有所不同，有机质的特征（有机质类型、含量）也有明显变化，形成的含油（气）页岩储层也存在不同。沉积相控制着不同的岩石类型以及岩石组分，鄂尔多斯盆地中生界主要表现为湖泊-河流相沉积，沉积一套含泥页岩和含油页岩，其中沉积于封闭-半封闭的缺氧还原环境下的细粒状或草莓状黄铁矿呈星散状或纹层状分布[8]，发育少量的黄铁矿晶间孔，而长7组底部发育大量天然泥岩裂缝，见层间页理缝，连通性好，构成重要的储集空间。

图9 不同样品累计孔体积－孔径关系曲线

图10 部分样品孔径分布图

4.2 矿物组分对孔隙的影响

受沉积环境控制的黏土矿物与脆性矿物从不同角度控制着页岩储层孔裂隙的发育，前人研究表明泥页岩中黏土、石英和方解石相对组成的变化影响了岩石的力学性质、孔隙结构以及对气体的吸附能力。黏土矿物对于孔隙的演化和保存具有重要作用，高岭石相对含量变化与孔隙演化趋势一致，伊利石、绿泥石相对含量的变化与孔隙演化趋势相反[9]。与石英和方解石相比，黏土矿物具有较多的微孔隙和较大的比表面积，对气体有较强的吸附能力，一方面由于黏土矿物随着地层埋深增加和地层水逐渐变为碱性，黏土矿物发生脱水转化析出大量层间水，在层间形成微裂隙，另一方面，黑色页岩在黏土伊利石转化过程中也会产生大量微孔隙。当泥页岩中黏土矿物含量较少，硅质、碳酸盐岩等矿物较多时，岩石脆性较大，容易在外力作用下形成天然裂隙和诱导裂隙，有利于渗流。

4.3 成岩演化对孔隙的影响

无机孔隙类型会随着成岩演化而发生变化。黏土矿物受页岩储层压实作用，通过堆积作用、脱水作用和新生变形作用发生显著变化，黏土矿物的体积缩小，使页岩储层产生新的孔隙度。最明显的就是黏土矿物转化时形成的大量纳米级微孔隙，如蒙脱石向伊利石转化时由于脱水形成的网络微孔，伊蒙混层的晶间溶蚀微孔等[10]。页岩的孔隙空间在矿物颗粒和有机质中均有存在，通过不同类型矿物含量与孔隙度拟合，显示孔隙度受伊利石含量影响较大，伊利石含量与孔隙度呈负相关关系（见图11），可以看出成岩演化和岩石类型对长7油层组页岩孔隙度有一定影响。

4.4 有机质热演化对孔隙形成的影响

页岩储层的有机孔隙主要是有机质中存在的大量气孔，是在原油和天然气大量生成时而形成的孔隙[11]。随着埋深增大、地温的升高，有机质开始生成油和气，Ro≈0.5%。延长组的有机质类型以Ⅰ～Ⅱ型为主，主要生成原油。原油生成时，在有机质中会产生出油孔。而当油中大量产生裂解气时，有机质中会产生气孔，有时聚集成气孔群，此时Ro一般＞1.1%（见图13、图14）。

5 结论

（1）将长7段陆相泥页岩储层孔隙分为三大类，结合扫描电镜观察结果及压汞数据可知，晶间隙、晶（粒）间孔隙及有机质孔隙均比较发育，且在一定程度其连通性较好，可以确定这三类孔隙以及微裂缝是研究区的主要渗流通道。

（2）有机质类型以I型和Ⅱ1型为主；TOC含量为0.51%～22.6%，主要分布在1%～2%和＞7%，分别占25%和10%，平均值3.29%；Ro分布于0.7%～1.2%。

（3）沉积环境、矿物组分、成岩演化、有机质热演化是影响鄂尔多斯盆地长7段陆相泥页岩储层物性的主要因素。

图11 长7段陆相泥页岩孔隙度与伊利石相对含量关系图

图12 长7段陆相泥页岩孔隙度与TOC关系图

图13 长7段页岩孔隙度与Ro关系图

图14 孔隙度与伊利石绝对含量、Ro关系图

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Physical properties and controlling factors of shale reservoir in Chang 7 member of Ordos basin

WU Yinhui1，2，ZHOU Wen1，2，CHEN Wenling1，2，YI Ting1
（1.School of Energy Engineering，Chengdu University of Technology，Chengdu Sichuan 610059，China；2.State Key Laboratory of Oil and Gas Reservoir Geology and Exploitation，Chengdu Sichuan 610059，China）

The pore types of continental shale reservoirs in Chang 7 member of Ordos basin are divided into three types,inorganic pores,organic pores and microcracks.Their formation is related to the processes of hydrocarbon generation and hydrocarbon expulsion in different evolution stages of organic matter.According to the high pressure mercury intrusion experiments,the pores of the continental shale reservoirs in the Chang 7 member are divided into four major categories.According to the results of scanning electron microscopy and mercury intrusion data,the intergranular,intergranular and intergranular pores are well developed,And to a certain extent,its connectivity is better.It can be determined that these three types of pores and micro-cracks are the main seepage channels in the study area.The main types of organic matter are Type I and Type II1.TOC content is 0.51%～22.6%with an average of 3.29%.Ro is distributed at 0.7%～1.2%.The comprehensive analysis shows that sedimentary environment,mineral composition,diagenesis evolution and organic matter thermal evolution are the main factors affecting the physical properties of continental shale reservoirs in Chang 7 member of Ordos basin.

shale reservoir；physical characteristics；pore type；pore characteristics

TE122.23

A

1673-5285（2017）12-0078-06

10.3969/j.issn.1673-5285.2017.12.020

2017－11-25

国家高技术研究发展计划（863计划），项目编号：2013AA064501。

吴银辉，男（1991-），成都理工大学，在读研究生，研究方向为非常规油气储层地质。