哈日凹陷巴音戈壁组碎屑岩储层及微观孔喉特征

郑立巍 董书宁 唐胜利 王东辉 王志伟 常志仁 蔡秦秦

摘 要：通過对银根-额济纳旗盆地哈日凹陷巴音戈壁组13块岩心样品的恒速压汞测试，结合扫描电镜观测、显微组分鉴定，对储层岩石学特征、孔隙发育情况及微观孔喉特征进行了研究。结果表明，岩石以粉砂质泥岩、岩屑石英砂岩为主，孔隙主要发育晶间孔、粒间缝、粒间溶孔和粒内溶孔，孔隙度在0.1%～3.4%之间，渗透率在0.004～1.327×10-3 μm2之间。孔喉主要为片状和弯片状吼道，喉道普遍狭窄，孔喉大小分布不集中，半径分布在0.004～0.066 μm之间，连通性差，储层最大孔喉半径、平均孔喉半径与孔隙度、渗透率之间具有较好的相关性。毛细管压力曲线特征为中排驱压力-微细喉道型和高排驱压力型-微喉道型，特低渗透碎屑岩储层孔隙结构具有孔喉连通性差及孔喉性质差异大的特点，哈日凹陷巴音戈壁组特低渗透碎屑岩储层性质主要由喉道控制，喉道控制储层渗透性，进而决定开发难度和开发效果。

关键词：碎屑岩;储层特征;微观结构;哈日凹陷;银额盆地

中图分类号：TE 122

文献标志码：A

文章编号：1672-9315（2020）02-0304-10

DOI：10.13800/j.cnki.xakjdxxb.2020.0216开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Clastic reservoir and micro-pore-throat characteristics

of Bayinggobi Formation in Hari sag

ZHENG Li-wei1，2，DONG Shu-ning1，3，TANG Sheng-li1，WANG Dong-hui2，

WANG Zhi-wei2，CHANG Zhi-ren2，CAI Qin-qin2

（1.College of Geology and Environment，Xian University of Science and Technology，Xian 710054，China;

2.Yanchang Petroleum Group Exploration Company，Yanan 716000，China;

3.Xian Research Institute of China Coal Technology & Engineering Group Corp，Xian 710054，China）

Abstract：The petrological characteristics of reservoir，pore development and microscopic pore throat characteristics were studied，based on the testing of 13 core samples by constant-rate mercury penetration technique of Bayingebi Formation in Hari sag of Yingen-Ejinaqi Basin，combining with scanning electron microscope observation and maceral identification.The studies show that the rocks are mainly silty mudstone and lithic quartz sandstone;the pores are mainly intergranular pore，intergranular seam，interparticle dissolution pore and intragranular dissolved pore;porosity is between 0.1% and 3.4%，permeability between 0.004 and 1.327

×10-3μm2.The radius of the pore throat is between 0.004～0.066 μ m，which is mainly flaky and curved flaky.The throat is generally narrow，the size distribution of the pore throat is not concentrated，and the connectivity is poor.The capillary pressure curve is characterized by mid row displacement pressure minuteness throat type and high displacement pressure micro throat type.The maximum pore throat radius，average pore throat radius are well related with the porosity and permeability.And the pore structure of ultra-low permeability clastic rock reservoir is characterized by poor connectivity of pore throat and great difference of pore throat properties，and the characteristics of ultra-low permeability clastic rock reservoir of Bayingebi formation in Hari sag are mainly controlled by the throat.The throat determines reservoir permeability，and then exerts an influence the development.

Key words：clastic rock;reservoir characteristics;microstructure;Hari sag;Yingen-Ejinaqi Basin

0 引 言

银根-额济纳旗盆地位于内蒙古自治区西部，东以狼山为界，南抵北大山和雅布赖山山前，西临北山，北至中蒙边境及洪格尔吉山、蒙根乌拉山，东西长约700 km，南北宽75～225 km，面积约12.3×104 km2.地貌以沙漠、戈壁为主，是中国陆地少有的油气地质工作程度极低的大中型沉积盆地之一。哈日凹陷位于银额盆地中北部，是苏红图坳陷的一个次级构造单元。凹陷的东部与巴布拉海凸起相接，南部以断层为界与宗乃山隆起相邻，西部与拐东凸起相邻，北部与蒙古国相接，平面形态上呈狭长条状，长轴方向为北东向，面积约1 350 km2[1-3]（图1）。自1955年以来，该凹陷一直未取得实质性突破，直到2014年，延长石油在该凹陷Y井巴音戈壁组试气取得重大突破，日产无阻流量9.15×104 m3的高产工业气流，并伴有少量凝析油产出，证实了该凹陷具有极大的勘探潜力。

哈日凹陷为一东断西超、近“S”形展布的箕状断陷，分为东部陡坡带、中央深凹带和西部斜坡带3个次级构造单元[4]。其中东部陡坡带是凹陷沉降沉积中心，陡坡带内断裂构造集中发育在陡坡带邻边界大断层部位，断层主要为北东向走向，断层一般规模小、延伸距离短。中央深陷带位于凹陷中部，呈北东向展布、南部毗邻东部洼槽带，断裂、构造较发育。其断裂主要呈北东—南西向展布，部分断至基底，断距大、延伸远另有小部分北西—南东向的断层多未断至基底，延伸距离近。中央深陷地层向西部超覆、减薄沉积。西部缓坡带位于凹陷西部，东边与中央断裂构造带相接，构造带内断裂、构造不发育。

哈日凹陷构造演化较为复杂，在上古生界石炭系沉积时期，主要以海相、海陆交互相沉积为主，构造活动弱，断层不发育;上古生代二叠纪沉积特征与石炭纪沉积相似，由于受到印支运动的影响，研究区发生褶皱回返、抬升遭受剥蚀，导致研究区缺失三叠系和侏罗系;下白垩统巴音戈壁组沉积前断层开始发育，凹陷边界断层形成，中生界断陷湖盆的雏形基本形成;下白垩统巴音戈壁组沉积时期，凹陷断层进一步发育，靠近边界断层处，地层有加厚现象，呈现典型的断陷湖盆特征;苏红图组地层沉积时期，凹陷处于断陷稳定发育阶段，控陷断层对凹陷控制作用进一步加强;早白垩世晚期为银根组地层沉积期，在前期低幅度隆起的基础上整体沉降，地层沉积厚度较大，银根组沉积末期，凹陷遭受挤压、褶皱、抬升、剥蚀;银根组之后，凹陷进入坳陷沉积期，湖盆水体较之前整体偏浅。进入新生代以来，凹陷再次遭受抬升、剥蚀，缺乏新生代地层沉积[5]。

前人在沉积环境和成藏条件方面进行了研究，认为巴音戈壁组底部发育扇三角洲、冲积扇粗粒沉积，中下部发育深湖-半深湖沉积，上部以滨浅湖沉积为主，凹陷边部以滨浅湖沉积为主。巴音戈壁组东物源以冲积扇-湖底扇为主，扇中相带类型好，但相带发育较窄，难以识别;西物源以冲积扇-扇三角洲沉积为主，具一定的搬运距离，扇三角洲前缘为最有利沉积相带;在成藏条件方面认为越向烃源岩发育程度最好的湖盆中心区域，盖层条件越好，越向凹陷边缘盖层条件越差。圈闭主要有构造圈闭和岩性圈闭，构造圈闭中又以断块和断鼻圈闭为主[6-7]。王小多、任来义、陈治军等人认为巴音戈壁组烃源岩属成熟-高成熟、腐泥-腐殖混合型、中等-好烃源岩[8-11]。卢进才等人对Y井天然气及凝析油组分、同位素，以及凝析油生物标志化合物进行分析，指出Y井凝析油及天然气源于二叠系，进一步证实了银额盆地石炭系—二叠系良好的油气资源前景[12-18]。

前人对该凹陷做了一定的研究工作，但缺乏对该凹陷巴音戈壁组碎屑岩储层和微观孔喉特征進行研究，基于此，笔者以Y井为例，综合运用镜下薄片鉴定、扫描电镜分析、高压压汞测试等技术对巴音戈壁组碎屑岩储层微观孔隙、喉道特征进行研究，以试图寻找Y井巴音戈壁组层段高产工业油气流的地层特征，以期为寻找优质储层提供理论支持。

1 储层岩石学特征

Y井下白垩统巴音戈壁组地层厚1 525 m，自下而上可以划分为巴一段（厚850 m）和巴二段（厚675 m）2套地层（图2）。巴音戈壁组为致密碎屑岩储层，岩石类型主要为粉砂质泥岩、岩屑石英砂岩、岩屑长石砂岩、长石岩屑砂岩、砾岩、含白云石砾岩（图3，图4）。

巴一段底界面为全区域性的不整合界面，上覆沉积地层直接与下伏二叠系浅成变质岩角度不整合接触，既是二级层序界面，也是一级层序界面。在测录井剖面中，它主要为岩性或岩相突变界面。巴一段上部为棕色泥岩，中部可见灰绿色泥岩及凝灰岩，中部为深灰色泥岩、灰色泥岩、粉砂质泥岩及黑色含灰泥岩;下部可见红棕色泥岩、砾岩及大套的英安岩。

巴二段在测录井剖面中，其底界面主要为岩性、岩相突变界面，或沉积旋回性转换界面。地震剖面中，它主要为局部削蚀面、顶超面和上超面，与下伏层序单元呈平行或微角度不整合接触。巴二段上部为灰质泥岩及少量凝灰岩，中部为灰色泥岩和凝灰质泥岩互层，底部可见黑色凝灰岩与深灰色泥岩互层。巴音戈壁组自然伽马曲线平直，总体呈现齿状，局部呈梳状，可见针状及尖峰状;自然电位曲线呈较平直的微波状，底部成钟形;双侧向电阻率曲线呈锯齿状，局部呈峰状，下部呈不规则峰状高阻和明显锯齿状，密度曲线呈整体变化不大，可见低密度峰状。

砂岩碎屑组分主要为石英、长石和岩屑。石英最高含量为71%，最低含量为32%，平均含量为50.67%;长石最高含量为15%，最低含量6%，平均含量8.33%，岩屑最高含量为51%，最低含量为8%，平均含量为23.83%（图5）。

填隙物组分最高含量为30%，最低含量为10%，平均含量为17.17%（图6）。主要为泥质、炭质和白云石。泥质含量一般为6%～30%，平均含量为11.17%;炭质含量为12%，平均含量为2%;白云岩含量为5%～8%平均含量为2.17;石灰岩含量为3%～4%，平均含量为1.83%.分选不一，磨圆度为次棱，颗粒之间以点、线-点接触，胶结类型为孔隙式胶结，长石风化程度为中、中-深。通过巴音戈壁组13个样品物性测试结果，孔隙度（图7）在0.1%～3.4%之间，渗透率（图8）在0.004～1.327×10-3 μm2之间，可以看出巴音戈壁组储层非均质性强，渗透率普遍较差，属于超低渗储层。

2 储层孔隙特征

2.1 原生孔隙

巴音戈壁组原生孔隙主要为晶间孔（图9（a）和（c））和粒间缝（图9（b）和（d））。在扫描电镜10 μm的分辨率下，可以清晰的看到凝灰质砂岩中，凝灰质等物质在脱玻化、重结晶等作用后，形成的矿物晶体之间的孔隙，其主要为自生高岭石晶间孔。该晶间孔对储层物性无显著贡献，但经溶蚀后可增加储层渗透性。在凝灰质砂砾岩中多见粒间缝，缝面微张，宽度小于1～10 μm，延伸较长，该粒间缝主要是因差异压实、胶结充填作用形成的，出现在颗粒间或颗粒与填隙物接触处，有的围绕颗粒分布，局部被伊利石和高岭石晶体充填，粒间缝对储层物性贡献较大。

2.2 次生孔隙

巴音戈壁组主要次生孔隙为粒间溶孔和粒内溶孔。通过正交光片可以看到石英和长石粒间溶孔（图10），其碎屑颗粒间胶结物和填隙物受到一定程度的溶蚀，颗粒边缘有明显的溶蚀痕迹，边缘毛糙不整，主要呈港湾状、长条状、蚕食状和半球状，粒间溶孔隙形态多样，所形成的溶孔不规则，并残留有较多未溶的杂基或胶结物，分布不均匀。

3 孔喉特征

3.1 孔喉半径分布特征

从样品的孔喉半径分布图（图12）可以看出，孔喉半径基本分布在0.004～0.066 μm之间，最大孔喉半径为0.134 μm，最小孔喉半径为0.012 μm，平均孔喉半径为 0.016 μm，

喉道普遍狭窄，主要为片状和弯片状吼道，渗透性较差。孔喉分布大多具单峰型，其次为双峰型的分布特点[19]。峰位变动范围

较宽，孔喉半径分布差异性较大。巴音戈壁组一段（图12（a））孔喉分布主要为单峰型，大致集中在0.004 0～0.053 μm之间，孔喉主体以微细孔喉分布为主，喉道中值半径在0.004 μm左右。渗透率贡献最大值为54.9%，最大贡献孔喉半径为0.04 μm.巴音戈壁组二段（图12（b））孔喉分布主要为单峰型，大致集中在0.004 0～0.134 μm之间，孔喉主体以微细孔喉分布为主，喉道中值半径在0.013 μm左右。渗透率贡献最大值为57.6%，最大贡献孔喉半径为0.01μm.这些孔喉分布类型不同程度地反映了碎屑岩孔隙结构的多变性、复杂性及非均质性。

3.2 孔喉分选性

巴音隔壁组喉道相对分选系数在32.379～121.944之间（表1），分布范围较宽，说明分选程度总体差。巴音戈壁组一段储层的喉道分选系数为1.067，相对分选系数为121.944;巴音戈壁组二段储层的喉道分选系数为0.454～1.537，平均为1.021，相对分选系数为32.379～114.511，平均为77.436;从喉道分选系数和均质系数来看，巴音戈壁组储层的相对分选性整体较差，孔喉大小分布不集中。

3.3 孔喉连通性

研究表明巴音戈壁组一段排驱压力（Pd）为13.773 MPa，中值压力为186.065 MPa;巴音戈壁组二段排驱压力变化较大，从5.5～62.004 MPa，平均27.095 MPa，中值压力平均值为105.226 MPa.最大进汞饱和度平均值为69.639%，退汞饱和度平均值为39.034%.数据说明，巴音戈壁组储层相对致密，孔隙度发育程度低，连通性差（表2）。

4 毛细管压力特征

毛细管压力曲线可以直观反映岩样内有效喉道体积与其所控制的有效孔隙体积分布特征及孔隙、喉道之间的配置关系[20-22]。致密碎屑岩储层的毛管压力曲线形态分为3种类型：低排驱压力-细喉道型、中排驱压力-微细喉道型和高排驱压力型-微喉道型[23-26]。

Y井巴音隔壁组主要为中排驱压力-微细喉道型和高排驱压力型-微喉道型。中排驱压力-微细喉道型（图13（a）），Pd值在5～13 MPa，饱和中值压力小于80 MPa，中值喉道半径在0.010 μm左右，孔隙分布峰值在17%～29%之间，最大进汞量在90%左右。曲线向图的右上方靠拢，曲线是倾斜的，平台变短，体现了孔喉分布偏向细孔喉，孔隙分选相对较差。高排驱压力型-微喉道型（图13（b）），Pd值偏高，大于13 MPa，饱和中值压力大于115 MPa，中值喉道半径小于0.010 μm，孔隙分布峰值在小于17%，最大进汞量小于70%.曲线向图右上方拱起，平台倾斜、基本无平台，排驱压力高，进汞饱和度低，以低孔细喉为主，且孔喉的连通性很差。反映了孔喉分布相对细，储层孔隙结构差，储集性能差。

5 孔喉与物性关系

碎屑岩储层结构参数与孔渗相关性见表3.最大孔喉半径、平均孔喉半径、最大进汞饱和度和排驱压力与孔隙度相关性较好;最大孔喉半徑、平均孔喉半径与渗透率相关性较好;最大进汞饱和度和排驱压力与渗透率相关不明显。其中平均孔喉半径与孔隙度、渗透率相关关系均明显。

Y井孔隙度、渗透率与最大孔喉半径、平均孔喉半径、最大进汞饱和度、排驱压力之间的相关关系如图14所示。

排驱压力与孔隙度、渗透率为负相关关系，排驱压力越大，孔隙度和渗透率越小;最大进汞饱和度与孔隙度、渗透率为正相关关系，最大进汞饱和度越大，孔隙度、渗透率越大;最大孔喉半径、平均孔喉半径与孔隙度、渗透率为正相关关系，最大孔喉半径、平均孔喉半径增大，孔隙度和渗透率也随之变大。

6 结 论

1）巴音戈壁组碎屑岩储层属于致密超低渗储层。主要岩石类型为粉砂质泥岩、岩屑石英砂岩、长石岩屑砂岩、砾岩、含白云石砾岩。分选不一，磨圆度为次棱，颗粒之间以点、线-点接触，胶结类型为孔隙式胶结，长石风化程度为中、中-深。储层非均质性强，渗透率普遍较差。

2）巴音戈壁组碎屑岩孔隙结构多复杂变性，非均质性，发育较差，对储层物性无显著贡献作用。孔喉大小分布不集中，喉道为微细喉道和微喉道型，普遍狭窄，连通性差。最大孔喉半径、平均孔喉半径、最大进汞饱和度和排驱压力与孔隙度相关性较好;最大孔喉半径、平均孔喉半径与渗透率相关性较好。根据巴音戈壁组微观孔喉特征结果分析认为，哈日凹陷Y井高产油气流为非常规油气藏，可能与微裂缝关系密切，建议在巴音戈壁组上下寻找微裂缝发育层位和粒间缝发育区域将更有利于勘探开发取得更大突破。

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