西湖凹陷花港组低渗储层微结构及孔隙演化定量评价

2021-10-08余逸凡

上海国土资源 2021年3期

余逸凡，程超

（中海石油（中国）有限公司上海分公司，上海 200335）

东海陆架盆地西湖凹陷发现了多个低渗—致密砂岩油气藏，储层物性表现为常规—低渗—致密的强非均质性特征，影响着油气开发效果。研究认为储层物性主要与微观孔隙结构和孔隙演化有关，以往对该地区储层研究多为成岩作用和孔隙演化定性分析[1-5]。为了进一步揭示西湖凹陷低渗—致密储层复杂的微观特征，本文通过岩石薄片观察、压汞分析、扫描电镜等资料，并结合成岩作用研究，采用定性分析与定量计算，综合分析储层微观孔隙结构特征，为西湖凹陷致密砂岩储层预测、评价及勘探开发奠定基础。

1 地质背景

西湖凹陷位于东海陆架盆地东北部，呈NNE向展布，南北长约500km，东西宽约130km，面积约5.9×104km2，是东海陆架盆地中规模最大的新生界含油气凹陷[6]。西面自北而南依次与虎皮礁隆起、长江坳陷、海礁隆起、钱塘凹陷及渔山东隆起五个构造单元相接，东邻钓鱼岛褶皱带，南北与钓北凹陷、福江凹陷相邻。西湖凹陷总体上可划分出三个构造带，从西至东依次为：西部斜坡带、中央洼陷—反转构造带、东部陡坡断隆带（图1）。

图1 西湖凹陷构造区划示意图Fig.1 Tectonic classification of Xihu sag

西湖凹陷新生代主要经历了基隆运动、瓯江运动、玉泉运动、龙井运动和冲绳海槽运动，新生代地层发育齐全，其中渐新统花港组是勘探的主要目的层，发育NE-SW向辫状河三角洲到滨浅湖沉积体系[7]。

花港组中深层（埋深＞3500m）部分为低渗—致密砂岩储层，其物性受沉积相和成岩作用共同控制[8]。沉积相决定了储集岩的碎屑（骨架）成分、组分的成熟度等储集物性，而成岩环境则影响孔隙的形成、破坏和改造。

2 岩石学特征

西湖凹陷花港组主要发育辫状河三角洲到滨浅湖沉积体系，储层以长石岩屑砂岩和岩屑长石砂岩为主（图2），岩石粒度细，分选中等—好。埋深大于3500m部分发育低渗—特低渗储层。西部斜坡带及中央反转带南部岩石颗粒大、填隙物含量低，总体为中孔中渗—低孔低渗储层；中央反转带北部花港组储层物性表现为低孔、低渗特征，但局部发育中孔、中渗的优质储层。

岩石类型主要是长石岩屑质石英砂岩，占砂岩总量的88.47%，少量岩屑质石英砂岩、长石质石英砂岩、长石质岩屑砂岩和岩屑质长石砂岩，分别占4.7%～1.79%，其余岩屑砂岩、长石砂岩和石英砂岩都不足1%（图2）。岩石碎屑组分包括石英、长石和岩屑，其中石英含量为64%～68.8%，长石含量为26%～33%，岩屑含量为22.5%～32.6%，颗粒分选性以中、中—好和好为主。

图2 西湖凹陷花港组储层砂岩分类图Fig.2 Characters and types of sandstone reservoirs about the Huagang formation in Xihu sag

储集层中泥质杂基含量一般为1%～4%。胶结物自生矿物最常见的有自生黏土矿物、自生碳酸盐胶结物和自生硅质，自生黏土矿物主要为高岭石、自生绿泥石等。

3 储层微观孔隙结构特征

储层微观结构主要包括孔隙和喉道的大小、形状、连通情况、配置关系及其演化过程。研究区储层的储集空间主要是孔隙，极少量微裂隙。因此，孔隙大小主要影响储层的孔隙度，喉道大小与连通状况影响着储层的有效性和渗透性。

3.1 孔隙类型及特征

研究区储层的储集空间主要是孔隙，极少量微裂缝。

（1）原生孔隙

常常作为粒间溶蚀扩大孔和粒间溶孔的基础，大多数原生孔隙由于溶解作用导致溶蚀扩大，使得原生粒间孔隙和粒间溶蚀次生孔隙难以区分。研究区砂岩中发育的原生孔隙形态大都不完整，有的原生孔隙因压实作用缩小成狭窄的三角形、条状或缝状，或被自生矿物硅质充填、半充填（图3 a/b/c）。

（2）次生孔隙

次生孔隙包括粒间溶孔、粒内溶孔、晶间孔等。粒间溶孔主要是在原生粒间孔基础上溶蚀扩大形成，研究区储层中广泛发育（图3 d/e）。广义的粒内溶孔包括颗粒边缘溶蚀或颗粒粒内溶蚀形成的孔隙和铸模孔等，主要是指碎屑颗粒溶孔，通常是长石和岩屑颗粒溶孔[9]。长石的溶解多沿解理进行，形成粒内窗格状或蜂窝状溶孔，溶蚀更甚则形成铸模孔（图3 f），由长石溶解形成的铸模孔多数边界较平直。

图3 原生孔隙特征及次生孔隙微观特征Fig.3 Reservoir microstructure of primary pore and secondary pore

3.2 喉道类型及特征

吼道是岩石的一个重要孔隙结构，其大小、分布及其相互连通关系，喉道大小和分布直接影响储集岩的储集能力和渗透特征[10]。根据研究区岩石薄片观察，储集砂岩中发育缩小型、缩颈型、片状、弯片状和管束状5种喉道形态。

（1）缩小型喉道

原生粒间孔隙和扩大粒间孔发育的砂岩中，早期成岩压实较轻时，在颗粒近于点接触处原生粒间孔有所缩小，或在扩大粒间孔孔隙接触处保留的连接空间，这时的喉道仅仅是孔隙的缩小部位，常见颗粒支撑，颗粒呈漂浮状的无胶结物式砂岩中（图4a）。这类喉道张开度较大，一般大于10μm，连通孔隙的能力强，流体较易渗流。

（2）缩颈型喉道

当砂岩受成岩压实变得紧密时，碎屑呈点或线接触，原生粒间孔仍保留较大，颗粒接触处喉道变窄，呈现孔隙大喉道细的类型，虽然储集砂岩仍有较高的孔隙度，但渗透率变低。缩颈型喉道是研究区一种重要的喉道类型（图4b），喉道张开度大，一般大于5～10μm，连通孔隙的能力强，储层受压实和胶结作用弱，颗粒之间以点接触和点—线接触为主，流体在储层中较易渗流，但存在孔隙发育较好渗透率较低或无效孔隙的现象。

（3）片状和弯片状喉道

成岩压实作用进一步增强时，压实压溶产生的酸性流体沉淀出硅质围绕碎屑石英颗粒形成加大边，在原生孔隙周边被自生石英部分充填，而部分颗粒接触处形成加大边，加大边的接触处可见到石英晶间缝，这种晶间缝隙随着颗粒边缘形状的不同出现片状和弯片状（图4 c/d），其有效宽度很小，一般小于1μm，少量喉道可达20～30μm，连通孔隙的能力是相当微弱的。

图4 储层吼道微观特征Fig.4 Microscopic characteristics of roars

（4）管束状喉道

杂基及微晶胶结物含量较高时，原生粒间孔隙被部分充填，喉道可能完全被堵塞，这种微细喉道多小于0.5μm，许多微孔隙本身既是孔隙又是连通通道，孔隙小，喉道极细（图5 e/f）。

4 成岩环境对孔隙演化影响

成岩环境为控制地下岩石孔隙度和渗透率演化的重要过程，它对储层孔隙的形成、破坏和改造至关重要，其中压实作用、胶结作用和溶解作用是影响研究区储集性能的关键因素，通过定性分析和定量恢复计算对储层物性进行综合研究。

4.1 压实作用

原生粒间孔的发育程度与机械压实作用的强度有关[11]。西湖凹陷古新统和始新统沉积期为强烈断—拗陷期，具有很大的沉积厚度，地层组中有相对较高的岩屑含量。从显微镜下观察，火山岩、云母、片岩和千枚岩等变质岩岩屑在埋藏压实作用过程中等低级变质岩岩屑等塑性颗粒在埋藏压实作用过程中发生塑性变形呈定向排列。同时，从砂岩中碎屑颗粒线接触、线—凹凸接触、缝合线接触等接触关系以及泥岩岩屑变为假杂基等现象，显示研究区较为强烈的压实作用。

4.2 胶结作用

储层中自生矿物以碳酸盐类矿物、黏土矿物和硅质为主，其它自生矿物极微，其中碳酸盐胶结物占60%，镜下观察呈斑点或连晶状，形成于石英加大及长石溶蚀之前。成岩早期方解石胶结与成岩晚期的铁方解石、铁白云石胶结共同导致储层物性变差。自生高岭石主要以孔隙充填的形式产出，充填于粒间孔或长石等铝硅酸盐溶解形成的粒内孔中，一定程度上改善储层物性。自生石英含量较低，大多数硅质胶结物以石英次生加大边的方式存在，形成“加大边”并堵塞一部分孔隙。

4.3 溶解作用

溶解作用是研究区最为重要的建设性成岩作用，储集空间主要依存于次生孔隙，并且次生孔隙都以粒间溶孔、粒内溶孔和铸模孔为主，被溶解的铝硅酸盐矿物是主要为长石，长石常沿其解理面、双晶缝或边缘被溶解，形成粒内溶孔，甚至形成铸模孔或整个颗粒消失，也可见溶蚀扩大的次生溶蚀孔隙，形态多具不规则状。

5 孔隙演化及定量计算

薄片鉴定及物性分析为储层孔隙演化的定量恢复计算提供了依据。通过对碎屑岩现今的骨架颗粒、胶结物、杂基以及各类不同成因的孔隙含量进行分析，建立起研究区沉积之初的原始孔隙度和经历压实、胶结、溶蚀等成岩作用后的次生孔隙度的定量恢复计算方法，对研究区储层从同沉积期到现今成岩阶段的整个孔隙演化过程进行全面的恢复。

5.1 原始孔隙度的恢复

Beard和Weyl于1973年提出利用湿砂填集实验拟合的计算公式对研究样品原始孔隙度进行计算[12]，未固结砂岩原始孔隙度Φ1与砂岩的Trask分选系数Sd存在如下关系：Φ1=20.91+22.90/Sd。

式中：Φ1为原始孔隙度；Sd为Trask分选系数，，d25和d75为粒度概率累积曲线上25%和75%处对应的颗粒直径。

分选系数Sd是表示粒度分析中颗粒大小均匀的程度，分析方法主要有直接测量法、筛析法、薄片粒度法等。本次研究中采用直接测量法和薄片粒度法进行粒度分析，并根据分选性差异统计不同沉积砂体Sd值。其中水下分流河道砂岩分选系数Sd值在1.81～2.51之间，平均值2.05；心滩Sd值在1.21～1.57之间，平均值1.34。

基于以上的岩石粒度分析资料，利用上述计算公式，对研究区砂岩原始孔隙度进行恢复。计算得出9个样品原始孔隙度在32.25%～36.90%，平均值35.45%。