鄂托克旗地区上古生界优质储层控制因素分析

2020-05-08张新新

石油化工高等学校学报 2020年2期

张新新

（中国石油长城钻探工程公司录井公司，辽宁盘锦124010）

鄂尔多斯盆地鄂托克旗地区位于内蒙古自治区的西南部，总勘探面积约为3.4×104km2，地质构造隶属于鄂尔多斯盆地伊陕斜坡西部，向西侧依次过渡为天环坳陷、西缘逆冲带（见图1）。总体上，其上古生界气藏属砂岩岩性圈闭气藏，主力产层为二叠系石盒子组盒8段和山西组山1段储层[1-2]，气藏分布主要受储集性砂体的控制[3-5]。此前，已有学者对上古生界储层的岩石组成、物性特征、孔隙结构及渗流特征进行了研究[2，6-15]，明确了沉积条件、储层发育特征、成藏机理，其研究内容重点集中在致密砂岩储层的孔隙结构、渗流特征及差异化致密机理研究；研究区域主要集中在苏里格地区及东部、南部地区。综合来看，对盆地西部鄂托克旗地区优质储层的控制因素缺乏系统性研究和认识，制约了本地区的油气开发。

图1 鄂托克旗地区研究区位置Fig.1 Locaton of Etuokeqi area

因此，在相对低孔、低渗的储层背景下，研究形成优质天然气储层的控制因素成为本地区地质研究的核心内容。本文通过岩石成分分析、薄片鉴定，结合测井、录井资料，从物源、沉积、成岩作用、烃类流体充注等方面，深入分析了鄂托克旗地区优质储层发育的控制因素，总结了优质储层形成的地质规律，研究成果为该地区致密砂岩气储层的勘探开发提供了科学依据。

1 物源条件分析

母岩是储集砂体的物质基础，砂岩的发育规模、储集性能与母岩性质关系密切，而物源区母岩岩石类型分布的不同必然造成储层岩性的差异。鄂托克旗地区处于以变质岩(石英岩)和中基性火山岩为主的近源母岩供给环境[16-17]，物源充足，含较多化学稳定性差的火山碎屑组分，其平均含量达到2.62%，在成岩作用中易于溶蚀而形成次生溶蚀孔隙[5，7，18]。岩石成分分析的数据表明，研究区砂岩碎屑组分中盒8段相对于山1段有较高的石英含量（见表1），且以岩屑石英为主，平均石英含量75.91%，增强了储层抗压实作用的能力，使更多的原生孔隙得以保存。相对而言，山1段储层距离物源较远，石英含量较低，岩屑含量高，岩屑类总成分达到了15.14%。近物源的另一个优势是储层砂体广泛发育，在研究区形成了大面积砂体复合连片的沉积特征[18]，平均砂厚约30 m，为优质储层的形成提供了物质基础。

表1 储层砂岩碎屑组分统计Table 1 Statistics of sandstone reservoir components %

2 沉积环境分析

水动力沉积环境决定了沉积相带的发育和展布，在储层砂体的岩相组成、厚度、碎屑成分组成、泥质含量、岩石粒度、分选等各方面都会表现出差异，并最终反映到砂体的储集性能上。

2.1 沉积相带控制储层砂体的宏观分布

对研究区大量测录井资料进行分析，根据目的层段的主要岩石类型、粒度、分选与磨圆、砂地比、层理类型等参数特征，建立了盒8、山1段地层沉积相划分标准（见表2），识别出河道、河间洼地、分流河道、洪泛平原、水下分流河道、分流间湾共六种沉积微相。

结合地震属性特征，分析了沉积相带的平面展布。图2为盒8、山1段沉积相平面分布。从图2（a）可以看出，盒8段砂体主要为辫状河三角洲平原沉积，具有平均砂层厚度大，横向大范围的叠置连片特点。从图2（b）可以看出，山1段砂体主要为曲流河三角洲平原沉积，砂体规模相对较小，平均砂体厚度薄，横向连片性较差，砂体间多被沿河道走向发育的洪泛平原所分隔。沉积条件在有效储层构成上，高能的水动力区易与粗粒、岩性稳定的砂体沉积，而下游低能的水动力区只有细粒、岩性不稳定的砂体沉积，强水动力区向弱水动力区过渡的过程中，必然导致砂体储集性能的变差。总体上，盒8段相对高孔渗储层沿主河道方向呈南北向展布，分布范围广；山1段高孔渗储层也沿主河道方向展布，分布范围相对有限，是近年来勘探成果主要集中在辫状河、曲流河三角洲平原地带，而在下游的三角洲前缘地带少有突破的原因。

表2 盒8、山1段沉积相划分标准Table 2 Dividing criterion of sedimentary phase in He 8 and Shan 1 formation

2.2 沉积微相控制了优质储层物性的发育

实际钻探资料表明，鄂托克旗地区盒8、山1段优质储层集中分布于三角洲平原分流河道微相及三角洲前缘水下分流河道微相，储层物性随砂体向河道边部过渡而逐渐变差。由于砂体具有垂向叠置、侧向摆动的沉积特点，多期砂体沉积下的分流河道的中心部位往往具有很大的累计砂层厚度，岩性也以石英砂岩为主，同时具有较好的物性。而沉积在弱水动力条件下的决口扇、废弃河道的累计砂层厚度小，泥质含量高，储层物性相对较差，所以不同的沉积微相形成了不同的沉积砂体特征，进而决定了储层物性的差异[11-12]。进一步的研究表明，工业气流井主要分布于分流河道、水下分流河道的心滩和边滩砂体中，而决口扇、废弃河道砂体、天然堤砂体中泥质含量高，岩性致密，少有天然气产出。

图3为储层沉积微相分析。由图3可知，分流河道、水下分流河道的心滩微相物性最好，边滩微相次之，而天然堤微相的物性相对最差。具体为，盒8段辫状河心滩砂体发育，沉积厚度大，粒度粗，石英含量高，平均孔隙度为11.2%，平均渗透率为1.15×10-3μm2，储集物性好；山 1段以曲流河边滩砂体发育为主，岩石粒度以中粗粒为主，石英含量较高，平均孔隙度为9.4%，平均渗透率为0.91×10-3μm2，储集物性较好。盒8、山1段发育的天然堤砂体总体上岩石粒度细，岩性相对致密，物性较差，平均孔隙度为6.58%，平均渗透率仅为0.36×10-3μm2。由此可见，沉积微相对储层物性的发育具有较明显的控制作用。

3 成岩作用分析

岩心观察与薄片鉴定的研究结果表明，鄂托克旗地区上古生界气藏主要成岩作用有压实作用、胶结作用、溶解作用，其对储层孔隙的发育均有不同程度的影响，总体上表现为压实、胶结作用对储层原生、次生孔隙的破坏，以及溶蚀作用对储层孔隙增孔、扩容的建设性改造。

3.1 压实作用形成致密化储层

在重力或构造应力作用下，岩石会发生体积缩小，孔隙度降低，岩石结构发生改变[19]，从而使岩石向致密化方向发展。研究区盒8、山1段储层埋深在2 689.0～3 924.0 m，总体上处于中成岩B期演化阶段，普遍表现为中等至强压实特征，碎屑多呈点线接触[9，20]。薄片鉴定的结果表明，随压实作用的增强，砂岩原生粒间孔含量减少，孔隙变小，以细小粒间孔为主，同时以黑云母、泥岩岩屑为代表的岩石组分发生塑性变形，并以假杂基化充填于粒间，部分颗粒之间凹凸接触和缝合接触（见图4（a）—（c）），总体上降低了砂岩的粒间孔隙。实钻的岩心也反映出，本地区目的层砂体内常出现因受强烈压实作用而形成的低孔致密层段，处于心滩、边滩微相带上的厚层砂体内，由于石英颗粒的骨架支撑作用，使大量的原生孔隙得以保留下来，进而形成相对弱压实区。

图4 储层压实与胶结作用特征Fig.4 Characteristics of reservoir compaction and cementation

3.2 胶结作用破坏储层的孔隙结构

表3为储层砂岩填隙物组分统计。由表3可知，伊利石含量平均值为4.83%，其次为硅质含量，平均值为4.05%，表明泥质胶结和硅质胶结是本地区储层的主要胶结类型，储层内较高的胶结物含量，不利于成岩中后期储层岩石孔隙的保存。鉴于薄片鉴定的分析，随着上述胶结物含量的增加，岩石面孔率不同程度降低，而随着成岩作用的增强，胶结作用形成的自生矿物大量堵塞孔隙喉道，降低了岩石渗流能力（见图4（d）—（f））。同时，研究区大量的钻探取心资料也表明，泥质胶结物相对集中于石英岩屑砂岩、岩屑砂岩内，填充孔隙、堵塞吼道严重降低了储层砂体的渗流能力；硅质胶结物相对集中于石英砂岩中，主要是强胶结下，石英的多期次生加大对岩石孔隙空间的减小，因此在平面上弱胶结相带是优质储层发育的主要成岩相带，而其又与研究区心滩、边滩微相发育带相吻合，反映出沉积优势相与成岩作用共同对储层孔渗发育的控制。

表3 储层砂岩填隙物组分统计Table 3 Statistics of sandstone interstitial materials %

3.3 溶蚀作用有效改善了储层的物性

溶蚀作用是促使储层产生次生溶蚀孔缝，从而改善储层孔隙结构的一种重要成岩作用[11]。观察研究区内大量铸体薄片发现，溶蚀作用在盒8、山1段储层内普遍发育，通常形成次生粒间孔、粒内溶孔、破裂缝等孔隙类型，其中以次生粒间孔最为常见（见图5（a）—（c）），平均面孔率为8.45%。研究区溶蚀作用广泛发育，使储层岩石形成大量的次生孔隙，弥补了压实、胶结作用对原生孔隙的损失，增加了储层储集空间，提高了孔缝间的连通性，改善了储层的孔隙结构，提高了储层孔渗条件，尤其是成岩晚期形成的次生孔隙，由于与天然气主要充注期相匹配，是构成致密砂岩储层中“甜点”的重要条件。

4 烃类流体充注对储层发育的影响

研究区烃类流体的充注始于晚三叠世，终止于早白垩世末期[1，21]，而不同期次、不同性质流体的充注，一方面促进了储层中溶蚀作用的进行，另一方面，高饱和度烃类流体的充注，可明显抑制或中止成岩作用的进行[22-23]。具体来说，成藏早期，偏酸性流体的充注对长石、岩屑的溶蚀作用明显，从而促进了次生孔隙的发育；成藏中晚期，烃源岩有机质大量生排烃[21，24]，在相对封闭的环境下，储层内高饱和度天然气的充注，阻碍了晚期石英次生加大、铁方解石胶结等作用的进行，进而保存了大量原生、次生孔隙，扩展了储层储渗油气的能力。研究区盒8、山1段储层在中南部、中东部地区，现今平均含气饱和度达到60%以上，同时该区域也是弱胶结、强溶蚀相带的发育区。可见烃类流体充注对优质储层的发育有较明显的影响。

图5 储层溶蚀作用与微裂缝特征Fig.5 Characteristics of reservoir dissolution and microfractures

5 构造运动对储层发育的影响

鄂尔多斯盆地在燕山运动中，晚期受到周边构造单元强烈挤压，在盆地北部形成了多条北东向为主，兼有北西向的断裂系统[25]。这些断裂系统沟通了下部的烃源岩与上部的储集层，构成了成藏时期重要的输导体系。与此同时，在储层内形成沿断裂带、古隆起带广泛发育的微裂缝体系。这些微裂缝在成藏早期运移煤系烃源岩产生的偏酸性烃类流体至砂岩储集层中[1，24]，是储层增孔扩容的重要媒介；在成藏期沟通邻层砂体，作为天然气高效运移的通道[26]；在成藏后期与溶蚀性孔隙相结合[27]，成为相对高孔渗储层发育、气层高产的重要因素之一。地震资料的分析表明，研究区中部的盒8、山1段储层沿古隆起带发育多条隐伏性断层，并在这种张性应力的环境下，在储层内形成广泛发育的构造缝与成岩缝（见图 5（d）—（f）、图 6），缝宽 1～3 μm，延伸0.1～2.0 mm，在这些裂缝的分布区也是盒8、山1段储层天然气的富集区与高产区[28]。

6 结论

（1）鄂托克旗地区处于以变质岩(石英岩)和中基性火山岩为主的近源母岩供给环境中，物源充足，石英含量高，易溶蚀碎屑组分多，为优质储层的发育提供了物质基础；盒8、山1段的优质储层砂体主要沿三角洲平原的主河道方向展布，辫状河的心滩，曲流河的边滩是有利的沉积微相，对应的砂体石英含量高，大面积连通，储层物性好。

（2）研究区优质储层内压实作用、胶结作用明显，以发育次生粒间孔为主的溶蚀作用有效地改善了储层的渗流条件；成藏早期烃类流体的充注促进了储层溶蚀作用的发生，晚期高饱和度烃类的充注有效抑制了胶结作用；形成于燕山运动中、晚期的微裂缝，在优质储层的增孔扩容、油气的高效运聚等方面发挥了重要作用。

（3）研究区优质储层发育的控制因素可以归纳为：较好的近源条件为优质储层的发育提供了物质基础；有利的沉积相带决定了储层分布的总体格局；建设性的成岩作用控制了储层微观上的孔隙结构特征；有效的烃类流体充注改善了储层的渗流条件；区域上微裂缝构成了优质储层的疏导体系。物源供给条件和沉积相带分布是优质储层发育的主控因素，而其他因素在成岩后期的储层孔隙保存、渗流性能改善等方面发挥了重要作用。