储层不同成岩相微观孔喉结构研究——以板桥-合水地区长81低渗透储层为例

欧阳思琪，孙 卫，张 茜，赵晨阳

（西北大学地质学系，陕西西安 710069）

板桥–合水地区处于鄂尔多斯盆地伊陕斜坡西南缘，面积约5.67×103km2。该区长81段储层属于三角洲前缘亚相沉积[1-2]，孔隙度均值 9.19%，渗透率均值0.46×10-3μm2，属于超低渗砂岩储层。对于这类储层，成岩作用这一储集层形成演化的必经过程尤为重要。根据岩石现今成分和组构特征划分成岩相带，成岩作用可用于研究储层形成机理、空间分布与定量评价[3]。

1 储层岩石学特征

研究区长81段储层岩石类型占比从高到底依次为岩屑长石砂岩（71%），长石砂岩（24%）、长石岩屑砂岩（3%）（图1），在中砂岩和黏土质之间均有分布，中砂岩和细砂岩的主要粒径为 0.1～0.5 mm。95%以上碎屑磨圆度为次棱角状，分选中等-好，成分和结构成熟度较低。石英、长石、岩屑含量相对平均，平均值分别为27.2%，32.1%，22.5%。填隙物平均含量13.6%，其中胶结物含量远高于杂基含量。胶结物类型主要有铁方解石（4.1%）、水云母（3.0%）、绿泥石（2.9%）、硅质（1.5%）和方解石（1.2%）；胶结类型以孔隙式和加大孔隙式为主。

图1 储层砂岩分类

2 成岩相划分

通过对铸体薄片、扫描电镜照片和X衍射探究成岩特征。结果表明，研究区长81段储层的成岩作用包括建设性的溶蚀作用、绿泥石膜胶结作用，破坏性的压实作用、碳酸盐胶结作用、硅质胶结作用、绿泥石充填胶结作用、伊利石胶结作用等。以沉积相的划分为基础，通过岩心样品识别岩石胶结物填隙物成分和胶结类型、孔隙类型等方面特点，参考前人对成岩相的研究[3-6]，划分了以下六种成岩相带。

2.1 绿泥石胶结相（Ⅰ相）

此类成岩相主要出现在水下分流河道边缘，分布较局限。填隙物以绿泥石为主，占总填隙物的58%；面孔率较低，平均仅为0.94%。成岩早期，介质由酸性逐渐变为碱性绿泥石膜初步形成，减弱一些压实作用的影响，但在成岩晚期，部分层段成孔隙式充填的绿泥石使颗粒接触更为致密（图2a），剩余粒间孔大量丧失。后期受溶蚀作用的改造微弱，溶孔极少发育；孔隙度为7%～8.5%，渗透率为（0.25～0.30）×10-3μm2。

2.2 碳酸盐胶结-残余粒间孔相（Ⅱ相）

这种成岩相发育在水下分流河道侧翼及边缘，碳酸盐岩胶结为主要特点，同时黏土含量较高，依然保留有相对多的粒间孔（图2b）。面孔率平均值为4.19%，其中粒间孔3.09%。孔隙度7%左右，渗透率为（0.35～0.45）×10-3μm2。

2.3 绿泥石胶结-残余粒间孔相（Ⅲ相）

发育在水下分流河道以及侧翼的这种成岩相带连片分布于研究区的北部，绿泥石占胶结物总量的62%。成岩阶段早期，绿泥石薄膜的发育虽然影响了孔喉形态，但是起到了抗压实作用。成岩晚期，绿泥石生长受到地层水 pH值影响，绿泥石胶结作用并不强烈，使部分粒间孔有所保留（图2c）。面孔率平均值 4.49%，粒间孔 3.41%。孔隙度为 9.3%～10%，渗透率为（0.6～0.8）×10-3μm2。

2.4 长石溶蚀-残余粒间孔相（Ⅳ相）

这类成岩相分布于水下分流河道及侧翼，分布相对广。胶结物含量低，孔隙既包含残余粒间孔，又有长石在酸性油田水的作用下溶蚀所产的生次生溶孔（图2d），孔隙度增大同时连通性能增强，两者的综合作用改善了储集层性能。该成岩相类型胶结物总量平均值仅为7.30%；总面孔率平均值为3.82%，其中粒间孔为2.37%，长石溶孔为1.22%。孔隙度为9%～11%，渗透率为（0.7～0.8）×10-3μm2。

2.5 水云母胶结相（Ⅴ相）

该类成岩主要分布于水下分流河道侧翼和边缘。填隙物水云母呈薄膜状胶结或充填孔隙（图2e），占总填隙物的60%。水云母形成于碱性环境中，增加了微孔比例，降低了储层物性。最终，本相带粒间孔残余极少量（0.50%），溶孔也发育较少（0.39%）。孔隙度为7%～8%，渗透率约为0.3×10-3μm2。

2.6 碳酸盐胶结相（Ⅵ相）

碳酸盐岩胶结相主要分布在研究区边部的水下分流河道边缘，该类成岩相中碳酸盐岩胶结物占支配地位（69%），呈基底式、孔隙式致密胶结（图2f）。薄片统计结果显示，平均值仅有0.21%，基本不发育溶蚀孔（平均值0.24%），面孔率平均为0.43%。孔隙度小于6%，渗透率大致为（0.12～0.15）×10-3μm2。

图2 研究区长81储层铸体薄片及扫描电镜照片

3 不同成岩相微观孔喉结构

各种沉积成岩环境差异通过影响沉积物埋藏过程中的成岩作用路径以及演化过程控制着岩石的微观面貌，由此决定了储层孔喉结构现今面貌的差异[7-9]。

3.1 孔喉类型

研究区长81段储层呈现以粒间孔、溶蚀孔为主的双孔隙结构，微孔含量极少（图3a）。Ⅱ相和Ⅲ相中粒间孔含量最高，分别达到67 %和71%，溶孔占30%和27%，微孔仅占3%和2%。Ⅰ相和Ⅳ相中粒间孔所占比率多于溶蚀孔，同样极少见微孔；含量分别为粒间孔55%和53%，溶孔44%和46%，微孔都只占1%。Ⅴ相和Ⅵ相中微孔占到9%和6%，是六种成岩相中微孔最发育的，但含量依然很低。Ⅴ相中粒间孔占49%，溶蚀孔占42%。Ⅵ相中粒间孔占45%，溶蚀孔占49%。

喉道类型在扫描电镜下观察到有片状、弯片状、收缩状以及难以与孔隙区分开的孔隙缩小状。通过恒速压汞实验得到的喉道分布频率图（图3b）看出：绿泥石胶结相、水云母胶结相、碳酸盐胶结相中发育管束/蜂窝型和半径小于 0.4 μm的片状/弯片状喉道，碳酸盐岩胶结残余粒间孔发育半径主要为0.6～1.2 μm 的片状/弯片状喉道。

绿泥石胶结-残余粒间孔相和长石溶蚀-残余粒间孔相的喉道类型有片状/弯片状（图2g）以及收缩状（图2h）。

图3 孔隙喉道类型

3.2 孔喉分布特征

通过恒速压汞实验所得的孔隙喉道半径分布频率中可以看出，研究区长 81段各个成岩相的孔隙半径大小及分布频率差异不明显，都集中在90～170 μm（图 4a）。

喉道差异明显，同时孔喉比差别很大（图4b）。喉道的大小分布及比例的差异是各成岩相储渗性能的关键影响因素。

图4 孔隙喉道分布频率及喉道渗透率贡献

Ⅰ相喉道分布呈双峰态，均属于微喉、微细喉。对渗透率有贡献的主要喉道半径为 0.119～0.410 μ m，主流喉道半径下限为0.23 μm，即0.23～0.41 μ m的喉道贡献 80%以上的渗透率，孔喉比为200～1 050，平均518.6，排驱压力均值1.06 MPa；属于中等分选（系数2.16），最大进汞量达85.01%（图5a）。

Ⅱ相喉道第二个峰对应的喉道半径贡献渗透率大，喉道半径为 0.119～1.340 μm。主流喉道下限0.626，孔喉比小，平均270.8。排驱压力中等，平均为0.44 MPa；粗歪度，平均0.90；分选系数为2.51，较差；最大进汞饱和度为81.5%（图5b）。

Ⅲ相喉道分布有两个峰值且差值小，以半径为0.119～2.310 μm的喉道贡献为主渗透率，平均喉道半径 0.829 μm，孔喉比为30～650，均值为218.2；排驱压力中等，平均为0.46 MPa，粗歪度值与Ⅱ相相同；分选系数为2.47，最终进汞饱和度80.56%（图5c）。

Ⅳ相半径为 0.7～3.1 μm的喉道占 55%以上，0.119～3.660 μm的半径是主要的渗流通道，喉道半径平均值为1.174；主流喉道半径下限1.262，孔喉比最小，平均为186.1。排驱压力较低，平均为0.22 MPa，粗歪度，平均1.07，分选系数平均值2.78，最差；最大进汞量81.4%（图5d）。

Ⅴ相喉道半径双峰特征不明显，两峰峰值对应的喉道半径均小于 0.1 μm，半径 0.119～0.30 μm影响渗透率，主流喉道半径下限为0.176，孔喉比值大，平均604.7。排驱压力较高，平均1.10 MPa；细歪度，分选系数均值2.16，最大进汞量82.31%（图5e）。

Ⅵ相喉道峰值位于喉道半径0.025 μm处，但这部分喉道为无效喉道，其渗透率由仅占25%的半径为 0.119～0.300 μm 的喉道贡献；主流喉道半径下限为0.175，孔喉比最大，平均值为697.5。排驱压力高，平均2.26；细歪度，分选性好于其他各相，进汞饱和度低是该相明显的特征，仅为64.78%（图5f）。分析喉道分布特征数据可知，研究区内半径 0.119 μm以下的喉道不贡献渗透率；Ⅳ相、Ⅲ相、Ⅱ相喉道分布范围大，喉道半径均值大，对应的孔喉比小；Ⅰ相、Ⅴ相、Ⅵ相喉道半径小且集中，验证了低渗透储层喉道相对小的条件下，孔喉分选好的储层不具有好的渗流条件[9]。

较大的喉道在数量和体积上小但贡献了更多的渗透率，这种特征在图5e和图5f体现的更明显。

图5 毛管压力曲线

3.3 孔喉连通性

综合考虑渗透率、主流喉道半径、退汞效率，对前人总结的结构渗流系数[10]公式适度修改得到公式（1），表征孔喉连通性。

式中：ε为结构渗流系数，μm2；MR 为主流喉道半径，μm；K为气测渗透率，10-3μm2；eW 为退汞效率，%。

结构渗流系数值与孔喉连通性成正相关。计算结果显示，Ⅳ相、Ⅲ相、Ⅱ相结构渗流系数较大，分别为 0.607 0 μm2，0.447 0 μm2，0.236 3 μm2，孔喉连通性好；Ⅴ相、Ⅰ相、Ⅵ相胶结结构渗流系数小，连通性不好。原因是残余粒间孔相胶结程度较低，各孔隙之间的喉道相通比例大，溶蚀作用也在一定程度上沟通了一些空间；胶结相孔喉被胶结物阻塞，形成较多的盲端，或喉道半径减小成为无效喉道，从而使连通性降低。

4 结论

（1）研究区内长81段储层为三角洲前缘沉积，以岩屑长石砂岩为主。根据成岩作用和储层现今面貌，将该区该段储层划分为绿泥石胶结相、碳酸盐岩胶结残余粒间孔相、绿泥石胶结残余粒间孔相、长石溶蚀-残余粒间孔相、水云母胶结相、碳酸盐胶结相共6类成岩相储层。

（2）区域内孔隙主要以溶蚀孔和残余粒间孔为主的双孔隙结构。喉道类型主要为片状/弯片状，也存在管束/蜂窝状。孔隙半径大致相同，主要差别体现在喉道分布上。三类有利成岩相带残余粒间孔喉道均值大，分布范围广，其中长石溶蚀-残余粒间孔相喉道半径极大值最大，孔喉比小，连通性好；三类胶结相喉道分布集中且细小，连通性差。各相都表现出大喉道频率小、但对渗透率贡献大的特点。

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