三角洲前缘致密储层特征及其主控因素——以定边地区长6油层组为例

薛蓓蓓, 郭 峰, 马旭晴, 3, 张翠萍, 王 克, 陈一凡

(1.西安石油大学 a.地球科学与工程学院; b.陕西省油气成藏重点实验室, 西安 710069;2.中国石油东方地球物理公司长庆物探处, 西安 710021; 3.中国石油长庆油田分公司第三采气厂, 内蒙古 乌审旗 017300;4.中国石油长庆油田分公司第六采油厂, 西安 710200)

0 引 言

非常规油气资源在世界能源结构中的地位越来越突出, 展示出巨大的潜力[1-2], 其中的致密砂岩油气是目前中国提高油气储量最现实的资源[3-5]。鄂尔多斯盆地三叠系延长组是中国典型的低渗透油藏发育层位[6-9], 长6油层组为鄂尔多斯盆地增储上产最重要的层位之一[10-11]。近年来, 致密砂岩储层研究取得重要进展[12-18]。郑荣才等基于层序地层学理论研究了长6砂体展布规律[19]; 马强等将定量统计学方法应用于含油砂体积微相的分析, 认为长6油气主要赋存在水下分流河道砂体[20]; 杨华等总结了鄂尔多斯盆地延长组三角洲油气富集的规律[21]; 贾承造等评价出不同类型非常规油气资源潜力, 并认为致密相带沉积学和储层微观特征研究是重要的理论问题[22]; 师清高等研究发现不同沉积微相的储集性能存在明显的差异[23]; 蒋天昊等通过对吴起油田长6储层的研究认为, 重新认识注水开发中后期油藏的沉积微相和砂体展布特征对精准定位剩余油、 调整开发井网和提高水驱采收率具有重要意义[24]。调研发现, 前人虽然对长6沉积相及储层特征进行过大量研究, 但对于沉积微相与储层之间关系的研究较少。鉴于此, 本次研究以鄂尔多斯盆地定边地区长6油层组为例, 探讨相控下致密砂岩储层特征及主控因素。

1 地质背景

鄂尔多斯盆地是一个被造山带包围的大型多旋回陆内盆地[4, 25]。定边地区位于伊陕斜坡西部, 构造平缓(图1)。根据岩性、 沉积及古生物特征等, 延长组自下而上分为长10～长1共10个油层组, 长6位于延长组中部(图2)。沉积主体受西北物源控制, 主要发育三角洲前缘亚相。长6油层组砂体纵向叠置、 横向连片, 多种成因砂体交互沉积, 储集砂体组合形式多样[26-27]。

图1 鄂尔多斯盆地定边地区位置

图2 定边地区长6地层柱状图

2 沉积特征

2.1 岩石学特征

定边地区长6组主要为细砂岩、 粉砂岩与泥岩不等厚互层沉积。据A133井等760个岩石薄片统计, 主要的储集体为水下分流河道及部分河口坝砂体, 结构组分略有不同, 但均主要为长石砂岩及岩屑长石砂岩(图3)。 端元组分中石英含量(平均体积分数, 下同)为35.8%, 长石为48.2%， 岩屑为16.0%。填隙物以自生矿物为主, 杂基含量较少, 其中黏土矿物(9.2%), 次为硅质胶结物(1.6%), 碳酸盐胶结物较少(1.3%)。泥质岩类多呈灰色, 反映了弱还原沉积环境。

图3 定边地区长6储层砂岩组分

2.2 沉积微相

定边地区长6组主要发育以水下分流河道、 河口坝、 天然堤及分流间湾微相为主的三角洲前缘沉积。分流河道沉积下部多为中型槽状交错层理的灰色中细砂岩(图4), 测井曲线多为钟型或箱型。河口坝多为灰色、 深灰色细砂岩、 粉砂岩夹薄层泥岩, 测井曲线呈下细上粗的漏斗形反旋回; 分流间湾以灰色泥岩夹薄层砂岩为主, 测井曲线一般为低幅齿型(图2)。

图4 定边地区长6三角洲前缘沉积特征

3 储集空间及物性特征

3.1 储集空间类型

定边地区长6组3种主要沉积微相(水下分流河道、 河口砂坝及天然堤)的储层储集空间均以残余粒间孔(1.12%)和长石溶孔为主(0.96%), 分别占面孔率46.52%和37.85%; 少量的岩屑溶孔和晶间孔, 微裂隙含量较少, 切穿颗粒的裂缝宽度可达0.1 mm(图5、 图6)。

图5 定边地区长6储层孔隙及成岩作用特征

3.2 孔喉结构及物性特征

据A24井等96个铸体薄片及75个样品压汞分析结果, 长6储层孔隙主要属于中小孔隙和微细喉道(表1、 表2)。储层排驱压力平均为0.99 MPa; 分选系数1.68～2.79, 平均2.04; 中值喉道半径0.02～3.83 μm; 退汞效率23.1%～36.2%, 平均28.5%。长6可识别3种喉道类型: Ⅰ类(中-细喉道型), 主要发育于水下分流河道; Ⅱ类(微-细喉道型), 主要发育于水下分流河道边缘及河口砂坝; Ⅲ类(微喉道型), 主要发育于天然堤( 图6)。据此认为， 定边地区长6储层主要为小孔微细喉型。

表1 定边地区长6储层孔喉分级标准及评价

表2 定边地区长6储层压汞参数特征

根据物性分析测试及测井解释成果的统计, 长6储层孔隙度主要集中在8.01%～11.41%, 约占总数的95.12%, 平均孔隙度为10.25%； 渗透率一般在(0.10～1.04)×10-3μm2, 平均为0.47×10-3μm2(图7)。 综合孔喉结构参数特征认为, 定边地区长6属于低孔特低孔-特低渗超低渗小孔微细喉型储层。

4 储层主控因素

4.1 沉积环境是优质储层形成的物质基础

据样品分析测试统计, 水下分流河道孔隙度均值10.27%, 渗透率均值0.47×10-3μm2; 河口坝孔隙度平均9.65%, 平均渗透率为0.49×10-3μm2; 天然堤砂体物性较差。综合沉积微相、 孔隙度与渗透率平面展布图对比分析, 沉积微相与储层物性展布具有良好的对应特征, 物性明显受沉积微相的控制(图8)。水动力较强水下分流河道物性好于河口坝, 主要因其杂基含量少, 而天然堤因粒度较细且含有泥质, 物性较差(图6、 图7)。河口坝物性分布范围相对分散, 主要是因为取样位置的差异, 反旋回沉积上部粒度偏粗的砂岩一般物性偏好, 而下部一般较差。

图6 不同微相环境下储层毛管压力曲线类型

图7 定边地区长6不同沉积微相孔隙度和渗透率分布特征

图8 沉积微相(a、b、c)、 孔隙度(d、e、f)及渗透率(g、h、i)平面展布特征对比

4.2 成岩环境决定了储层后期改造的程度

4.2.1 压实作用 定边地区的压实作用主要表现为颗粒线接触及凹凸接触, 云母挤压弯曲, 长轴颗粒定向排列等(图5a、 b), 原始粒间孔大为减少, 颗粒排列紧密。可根据孔隙度演化定量模型经验计算原始孔隙度(表3, 式(1)、 式(2))。根据A280井等28口井150个砂岩样品粒度统计, 分选系数为1.05～1.32, 均值1.25; 原始孔隙度均值为39.23%。根据样品分析实测孔隙度(均值10.25%), 由于成岩作用损失的孔隙度约为28.98%。

表3 长6储层成岩环境对孔隙度影响的定量演算

4.2.2 胶结作用 胶结物对孔隙的填充导致储集空间进一步损失, 研究区胶结作用可分为两期, 早期包括泥晶方解石胶结, 硅质增生和黏土膜的形成, 晚期包括亮晶方解石胶结和晚期硅质增生。常见胶结物主要为黏土、 硅质及碳酸盐, 可见石英及自生长石, 自生黏土矿物主要为绿泥石和高岭石(图5、 图9)。根据恢复的砂岩原始孔隙度均值39.23%, 可以计算因压实和胶结作用分别损失的孔隙度和剩余孔隙度, 其中压实损失孔隙度为22.21%, 损失率55.61%, 属于中等—强压实强度; 胶结作用造成的损失孔隙度均值10.91%, 损失率为29.05%。

绿泥石胶结物是一种特殊的双向作用存在, 多见于吸附在颗粒表面形成绿泥石膜(图5d—f), 增加颗粒抗压能力, 同时通过隔断孔隙水, 阻止石英、 长石等自生加大, 抑制后期胶结[33-34], 但是过量的绿泥石会占据部分储集空间, 渗流能力也会降低。总体表现为绿泥石含量≤3.5%时, 其面孔率相对较高, 孔隙度有增大的趋势, 超过3.5%时, 孔隙度变化趋势不明显(图9)。从形成环境来看, 薄膜自生绿泥石胶结物常形成于富铁镁、 强水动力条件的碱性环境, 是海(湖)陆过渡环境三角洲沉积的良好标志。三角洲相对较强的水动力裹挟着母岩区而来的云母、 岩屑等暗色矿物, 带来丰富的亚铁和镁离子, 更容易在这种过渡环境中发生溶蚀, 以化学沉淀的方式吸附于颗粒表面形成绿泥石薄膜。

图9 长6储层孔隙度与碳酸盐胶结物(a)及绿泥石(b)含量的关系

4.2.3 溶蚀作用 定边地区长6储层颗粒的溶蚀可形成粒间及粒内微孔隙(图5、 图6)。长石溶孔、 岩屑溶孔、 粒间溶蚀孔及填隙物溶孔均较为发育, 约占总孔隙的15.8%。因溶蚀作用增加的孔隙度为2.91%～12.57%, 均值为4.39%(表2, 式(7))。

5 结束语

(1)定边地区长6组主要发育以水下分流河道、 河口坝、 天然堤及分流间湾微相为主的三角洲前缘沉积。储层岩性以长石砂岩为主, 储集空间主要为粒间孔-溶孔组合。

(2)长6储层孔隙度主要集中在8.01%～11.41%, 约占总数的95.12%, 平均孔隙度为10.25%； 渗透率在(0.10～1.04)×10-3μm2, 平均为0.47×10-3μm2。定边地区长6主要为低孔特低孔-特低渗超低渗小孔微-细喉型储层。

(3)沉积微相对储层物性具有显著的控制作用, 水下分流河道微相物性好于河口坝及天然堤, 孔隙度、 渗透率展布特征与沉积微相展布相似。储层致密的主因为压实作用(孔隙度损失率为55.61%), 其次为胶结作用(孔隙度损失率为29.05%), 而溶蚀作用可增加孔隙度(孔隙度贡献率4.39%); 绿泥石可以抑制压实及胶结作用, 有利于原生孔隙保存, 明显改善储层质量(含量小于3%时)。

近年来， 我国新增石油探明储量中致密油藏占70%, 其中鄂尔多斯盆地占比达50%以上, 且多属于三角洲沉积体系， 目前的研究多为常规储层评价, 本文从相控特征探讨了储层主控因素, 但对于更为细致的纳米级微孔隙、 三维可视化以及不同沉积微相低渗透储层可动流体及其约束因素特征需要进一步探索。