鄂南镇泾地区长8油层组沉积格架与储层质量的关系研究

2019-03-15夏东领吴胜和钱玉婵

特种油气藏 2019年1期

邹敏,夏东领,庞雯, 吴胜和，钱玉婵

(1.中国石化石油勘探开发研究院，北京 100083；2.中国石化海相油气开发重点实验室，北京 100083;3.中国石油大学(北京)，北京 102249;4.中国石油国际勘探开发有限公司，北京 100034)

0 引言

陆相碎屑岩储层质量的影响因素较多，前人从不同角度对其影响因素开展了大量研究工作。微观上的研究主要集中于成岩矿物对储层质量的影响，如鄂尔多斯盆地陇东地区绿泥石包壳对储层孔隙具有保护作用，从而改善储层质量[1-8]；鄂尔多斯盆地陇东地区方解石胶结对储层的孔隙具有破坏作用，大大降低了储层质量[9-11]。有学者开展了岩石学特征、定量成岩相与储层质量的关系研究，指出岩石组构和岩石组分共同控制了储层质量的差异分布，进而研究了层序地层格架对储层质量的控制作用[12-13]；近年来，学界逐渐关注从微观孔隙结构上论证储层质量的差异[12-17]，采用核磁、高压压汞、恒速压汞、数字岩心技术等开展了大量研究[18]，极大地推动了业界对储层质量影响控制因素的认识，也为更进一步深化认识奠定了坚实的基础。此项研究在前人储层质量研究成果的基础上，结合鄂尔多斯盆地镇泾地区的研究实例，从宏观与微观相结合的角度出发，研究在主力油层组中不同的沉积格架对储层质量的影响与控制作用。

1 区域地质背景

鄂尔多斯盆地是中国中部稳定克拉通背景下形成的大型富油气盆地，地层发育较全，构造活动相对较弱，断裂、褶皱等构造规模较小。根据现今构造格局，将盆地划分为6个二级构造单元(图1a)。红河地区位于二级构造单元天环坳陷南与伊陕斜坡结合部。延长组自下而上分为10个油层组，主要为形成于湖相背景下的河流、河流三角洲沉积相。红河地区的主力油层主要发育在长8段，前人研究认为长8段是一套辫状河三角洲平原亚相沉积[12, 21]。长8段紧邻盆地主力烃源岩长73张家滩页岩，具有良好的勘探开发潜力。

图1 镇泾地区主力段长81和长82小层砂体厚度

长8段分为长81和长82上下2个小层，埋深为2 100～2 400 m，区域分布较为稳定，是一套夹于上下厚层泥岩中的厚层砂体，砂体平均厚度为12～14 m(图1b)。长81和长82小层主要为长石岩屑砂岩和岩屑长石砂岩，2种类型占全部岩石类型的95%以上，此外还有少量长石砂岩。通过对全区薄片资料统计，石英平均含量为35.2%，长石含量为32.6%，岩屑含量为26.8%，石英占碎屑矿物的比例为0.51，岩石成分成熟度较低。粒度以中细粒—细粒为主，平均粒径为0.2 mm，碎屑颗粒分选系数高，结构成熟度相对较好。颗粒以次圆—次棱角状为主，压实程度较强，颗粒之间主要为线接触和缝合接触。储层质量较差，平均孔隙度为8.17%，平均渗透率为0.31 mD，属于典型的致密砂岩储层。

2 主力油层组沉积格架特征

对于陆相地层，沉积格架主要是由砂泥岩的不同叠置形式而形成。纵向上，砂泥岩厚度的变化形成了不同的沉积格架特征。为了分析沉积格架对储层质量的影响，从纵向上对砂泥岩厚度的变化特征加以研究。研究对象主要为厚度大于0.5 m的泥岩(定义为有效泥岩隔夹层)，其对沉积格架的类型有重大的影响，进而对储层质量产生较大影响。当泥岩隔夹层厚度小于0.5 m时，受测井曲线纵向分辨率的影响，难以利用测井曲线进行识别，且较薄的泥岩隔夹层对储层质量的影响减弱。根据有效泥岩隔夹层的定义，引入了单套砂体的概念，其定义为在沉积格架内被有效泥岩隔夹层分割的砂体。

泥岩隔夹层发育差异主要是发育频率的差异。根据单套砂体与有效泥岩隔夹层发育情况，可进一步将长81和长82小层沉积格架划分为3类，即单层式、夹层式和互层式。单层式为单套砂体上下均被厚层泥岩包裹，内部无有效泥岩隔夹层；夹层式为2层较厚的单套砂体夹1层有效泥岩隔夹层；互层式为较薄的单套砂体夹2层或2层以上的有效泥岩隔夹层(图2)。研究表明，镇泾地区长81和长82小层格架类型主要为单层式，其次为夹层式，互层式发育较少。单层式主要分布在河道中部，夹层式主要分布在河道下游；互层式主要分布在河道边部，且河道下游更加发育。

图2 3类沉积格架概念模式

3 主力油层组储层质量特征

3.1 储层质量层段划分

在传统研究储层质量的划分过程中，一般用平均孔隙度或者平均渗透率代表储层质量，该方法的的优点是便于不同的井、不同地区进行绝对的比较，从而明确相对的大小关系，缺点是因为一口井只有一个点，难以分析储层质量的纵向变化。为了分析砂体结构对储层质量的影响，在继续利用平均孔隙度、平均渗透率等参数反映储层质量的基础上，引入储层质量相对较好段和较差段来分析单井或者剖面上砂体结构对储层质量的影响。

3.2 不同沉积格架下储层质量特征

单层式是指发育在上下厚层泥岩中的砂体，且砂体内部无有效泥岩隔夹层(图3a、b)。单层式砂体结构主要是由河道砂体连续稳定沉积形成的，砂体厚度的变化主要是由于河道边部和中心位置厚度差异较大引起的。储层质量较好段一般位于砂体中部，上下部储层物性较差。对于红河地区的鄂尔多斯盆地来说，延长组长8段在沉积后即经历了快速的深埋阶段[22-23]，由于长8段尚未在近地表固结成岩，压实作用对长8段孔隙度的减小有明显的作用。单层式砂体的厚度差异较大，最厚为26 m，最薄为2～3 m，平均为14～15 m。储层质量相对较好段的发育规模与单套砂体的厚度呈现一定的正相关关系。随着单套砂体厚度的增大，储层质量相对较好段的厚度也相应增大，且储层物性也逐渐变好；储层质量相对较好段的渗透率也显著增加，当单套砂体的厚度大于7 m时，储层质量相对较好段的渗透率大于0.10 mD。

图3 长8主力油层沉积格架与储层质量关系

从单井的纵向剖面上看，储层质量相对较好段的发育规模与单套砂体的厚度呈现一定的正相关关系。随着单套砂体厚度的增大，储层质量相对较好段发育的厚度也相应增大，且储层物性也逐渐变好。图4为长81小层内单套砂体厚度与储层质量相对较好段渗透率的交会。由图4可知，当单套砂体的厚度大于7 m时，渗透率大于0.10 mD。因此，可以进一步以7 m为界，将单层式分为厚层式和薄层式2种沉积格架，前者主要发育在河道中部，而后者主要在河道边部。

图4 单套砂体厚度和储层质量较好段平均渗透率的关系

夹层式是指发育1至2层有效泥岩隔夹层的砂体结构，单套砂体厚度中等偏大，累计砂岩厚度一般大于10 m(图3c)。储层质量相对较好的段分布于单套厚层砂体的中部。在夹层式储层结构中，一般只有厚度较大的单套砂体中部发育一段储层质量相对较好的段。当厚度较小时，由于受钙质胶结的影响，虽然单套砂体中部的物性仍然相对较大，但该物性可能小于某一临界值，如长81和长82小层的孔隙度均小于5%，已不具有开发意义。

互层式是由多套有效泥岩隔夹层与多套砂体形成的互层状砂体结构(图3d)，砂体结构的总厚度差异较大，从5 m至13 m不等，单套砂体厚度较小。在互层式格架中，储层质量较好段在纵向上杂乱分布。总体上，主要发育在河道带的边部。

4 成岩作用对储层质量的影响

4.1 压实作用

压实作用是镇泾地区长8主力油层组储层致密的主要原因之一，压实作用主要受控于沉积碎屑的矿物岩石学特征和区域埋藏史[22-24]。长81和长82小层砂体粒度较细，主要以细砂岩为主，成分成熟度低，岩屑、长石等碎屑含量较高，其中，岩屑以变质岩岩屑和沉积岩岩屑为主。整体上塑性矿物占比较高，云母含量较大。塑性矿物的大量发育，使沉积格架砂体在压实作用下很容易发生减孔作用，进而向致密化储层方向发展。镜下观察表明，细粒碎屑颗粒具有定向排列，颗粒间呈线接触—凹凸接触；云母、沉积岩岩屑、变质岩岩屑等塑性颗粒受压弯曲、变形，呈假杂基状发育在刚性颗粒之间(图5a—f)。

此外，区域的埋藏史特征也对储层压实作用具有较强的影响。姚烃利、贺艳祥等研究表明，在长8油层组形成且未固结成岩之前，鄂尔多斯盆地进入深湖盆发育期，盆地基地下陷，上覆形成了较厚的长7高位沉积体系域[22-23]。上覆沉积体对下伏长8油层组砂体产生较强的压实作用，由于此时长8油层组砂体尚未固结成岩，受压后砂体容易发生剧烈的减孔作用，使储层快速致密化。总体上，压实作用是引起研究区长8主力油层组沉积格架砂体储集空间减少的最主要原因。通过对比砂岩沉积时原始储集空间体积与压实后的颗粒粒间孔隙体积，包含镇泾地区的盆地西南部长8主力油层组沉积格架砂体的视压实率为70%～90%，为强、中压实强度[12]。

4.2 方解石胶结作用

方解石胶结作用是夹层式沉积格架中砂体顶底部“钙尖”形成的主要原因。长81和长82小层发育两期方解石胶结，成分略有差别，分别是早期铁方解石和晚期方解石。早期铁方解石晶粒粗大，光洁，呈团块状或连晶状充填于孔隙空间(图5g—k)。根据计算，早期铁方解石使原生孔隙损失率为20%～50%。与早期方解石不同的是，晚期方解石主要呈交代状分布于长石岩屑溶蚀形成的孔隙内，阴极发光下显示亮黄色，这类方解石对储层孔隙影响较小，一般小于5%～10%(图5l)。

通过对相邻的有效泥岩隔夹层与“钙尖”砂岩进行碳氧同位素分析表明，“钙尖”砂岩中的碳氧同位素与泥岩中的碳氧同位素具有相似的地球化学特征(图6)，说明泥岩为相邻“钙尖”砂岩提供的基本的碳酸根离子，促进了方解石胶结的形成。进一步统计“钙尖”砂体的厚度与有效泥岩隔夹层的厚度表明(图7)，二者具有良好的相关性，随着有效泥岩隔夹层厚度的增加，“钙尖”砂岩厚度快速增大，最大为4m。这进一步说明了泥岩为“钙尖”砂岩提供了充足的物质基础。结合早期方解石的发育特征表明，来自泥岩隔夹层中的早期压实排水作用，为相邻砂体中早期方解石胶结物的形成提供了物质基础。