鄂尔多斯盆地东部米脂地区石盒子组8段储层特征及物性下限确定

付晓燕 王 华 冯炎松 时 卓 张保国

1.中国石油长庆油田公司勘探开发研究院 2.低渗透油气田勘探开发国家工程实验室

0 引言

鄂尔多斯盆地东部米脂地区在上古生界二叠系中统石盒子组8段、山西组1、2段以及太原组不同程度含气，属于典型的多层段含气致密砂岩气藏。产气剖面测试结果显示，石盒子组8段在几个主力层中产气贡献能力达到25%。另外，近两年在米脂地区有*口试气超百万立方米高产气井，压裂层位均有石盒子组8段。初步分析认为，石盒子组8段在试气产量贡献上具有不可忽视的作用。因此，该段储层在研究区占有重要的地位，具有很好的开发前景。为了有效评价并预测有利区，目前必须清楚认识储层特征，并明确有效储层物性下限。

有效储层是指在现有工艺条件下能获得工业油气流的储层。有效储层物性下限是指有效储层的最低物性，也就是最低孔隙度和最低渗透率。储层能够储集油气，并且油气能从中有效渗流和流出，其必备的条件是孔隙度和渗透率达到一定的数值，该数值即为有效储层的物性下限[1]。有效储层的物性下限值其实是一个动态参数，与当时的经济环境、生产技术有关，当开采工艺有大幅度变化时，下限值必须要做出相应的调整[2-4]。不同气区、不同层位的有效储层，其物性下限不尽相同。本次笔者以鄂尔多斯盆地东部米脂地区石盒子组8段致密砂岩储层为研究对象，运用经验统计法、测试法、压汞法以及泥质含量法综合确定物性下限，以期为米脂地区石盒子组8段天然气开发有利目标区预测及资源评价提供支持。

1 概况

米脂地区位于鄂尔多斯盆地一级构造单元伊陕斜坡东偏北部，北部与神木、榆林气田相邻，西、南部与子洲气田相接，勘探开发面积四千余平方千米，石盒子组8段探明地质储量*亿立方米，山西组1、2段及太原组都有控制储量待升级，开发潜力巨大。石盒子组8段沉积期，鄂尔多斯盆地为陆相湖盆沉积，发育一套巨厚的以粗粒为主的碎屑岩建造。米脂地区主要为三角洲前缘亚相，发育水下分流河道和分流间湾沉积。由于物源供给充足，水动力条件较强，水下分流河道在近南北向上呈连片状分布。受沉积相带控制，石盒子组8段砂体和有效砂体亦在近南北向上呈连片状展布。

2 储层特征

2.1 岩石学特征

砂岩的矿物成分和结构特征是储层发育的基础，控制着砂岩的成岩变化和孔隙演化。岩心及薄片镜下观察发现：米脂地区石盒子组8段储层碎屑成分中石英类占到48%～95%，平均值75.4%；岩屑占到5%～50%，平均值23.8%。储层以岩屑砂岩为主，其次为岩屑石英砂岩，石英砂岩相对较少。石盒子组8段砂岩以中粒、中—粗粒为主，其次为中—细粒以及粗粒，粒径多在0.3～1.5 mm。碎屑颗粒分选中等—好，磨圆度次棱—次圆，颗粒之间以线接触为主，部分点—线接触。填隙物主要包括杂基及胶结物两大类。杂基充填在颗粒之间的孔喉中，主要由黏土矿物组成，占全岩成分的12.5%，对孔隙保存不利。其中，水云母含量最高，占黏土矿物总量的64.0%； 其次为绿泥石和高岭石，分别占黏土矿物总量的18.4%、17.6%。胶结物成分以碳酸盐胶结为主，如铁方解石，体积分数约占全岩的2.4%，并含有一定量的硅质及少量的凝灰质等。镜下观察可知，胶结方式以孔隙式为主。

2.2 储集空间特征

成岩作用是研究致密砂岩储集空间特征的重要内容之一。成岩变化对砂岩的孔隙形成、保存和破坏有着极为重要的作用，对储层物性有着决定性作用。根据对52口井572块样品铸体薄片及扫描电镜资料分析，米脂地区石盒子组8段储层经历了强烈的成岩作用，其中，压实作用是导致原始粒间孔隙损失的主要原因，胶结作用尤其是碳酸盐胶结（图1a）以及石英次生加大（图1a、e）使原生孔隙再次减少，后期溶蚀作用形成的大量次生孔隙使得储集砂体的物性条件得以改善。米脂地区石盒子组8段储集空间按成因可以分为溶孔、晶间孔、粒间孔及微裂隙等（图1b～f）。储层总面孔率平均为1.3%，岩屑溶孔所占比例最大，占到总面孔率的39%；其次为晶间孔、粒间孔以及微裂隙，分别占到总面孔率的15%、13%和12%。

图1 铸体薄片及扫描电镜照片

2.3 物性特征

根据物性分析测试（图2），米脂地区石盒子组8段储层孔隙度主要分布在3.0%～9.0%之间，平均6.1%；渗透率主要分布在0.1～1.0 mD之间，平均0.387 mD。参考“SY/T5601-93”砂岩气藏储层级别分类标准[5]，石盒子组8段属于典型的特低孔、低—特低渗致密砂岩储气层。

图2 储层孔隙度、渗透率分布柱状图

3 物性下限确定

目前，对储层物性下限的求取有很多种方法，包括经验统计法、含油产状法、测试法、相渗曲线组合法、物性试油法及试油资料约束法等[6-13]，这些方法主要是在以往砂岩储层研究的基础上提出的。在对以往砂岩储层物性下限求取方法大量调研的基础上，基于米脂地区石盒子组8段致密砂岩储层特征，本次运用以下4种方法来综合确定有效储层物性下限。

3.1 经验统计法

经验统计法是以岩心测试孔隙度和渗透率为基础，先分别绘制孔隙度和渗透率分布频率直方图，然后计算储集层储能和产能，做出累积频率曲线和累积能力丢失曲线[6,14]。累积能力丢失百分数是指界限值以下被统计丢失样品的孔隙度 (渗透率) 乘以样品长度(即厚度) 的累积占总累积孔隙度(渗透率) 能力的百分比，其中，孔隙能力反映储层储气能力，渗透能力反映储层流体的流动能力，即产气能力。该方法从储气能力和产气能力两方面综合确定储层物性下限，但丢失比的确定具有一定的人为主观性。

根据米脂地区石盒子组8段实际情况，以储集层低孔渗段累计储能（产能）丢失频率5.0%或样品累计丢失频率15.0%作为有效储集层的划分界限。本次利用米脂地区45口井950块岩心样品的孔隙度数据绘制出直方图、累计频率及储集层累计储能丢失频率曲线（图3）。储集层累计储能丢失频率的计算公式为：

图3 储层孔隙度分布频率及累计储能曲线图

式中Q表示累计储能丢失频率；Φi表示第i个岩心样品孔隙度；Li表示第i个岩心样品长度，m；m表示丢失界限对应的岩心样品数，个；n表示岩心样品总数，个。

当储集层储能累计丢失频率为5.0%时，对应的孔隙度为3.8%。此时孔隙度样品累计丢失频率为12.5%，在可接受范围，因此取3.8%作为米脂地区石盒子组8段的孔隙度下限值。再根据孔、渗关系（图4），可以获取渗透率的下限值为0.1 mD。

图4 储层孔隙度—渗透率关系图

3.2 测试法

测试法是根据单层试气结果确定有效厚度物性下限的方法[10]。试气结果可以综合反映流体与储集层物性特征，是研究储集层流体性质的直接资料[18]。对石盒子组8段参与试气射孔的层段按照测井解释气层、含气层、含气水层、水层以及干层进行分类，每个层段都有对应的孔隙度、渗透率数据，在同一坐标系下绘制不同解释类别的孔隙度—渗透率交会图。在交会图中，可以清楚地判断有效储集层物性下限。该方法简单、易操作，但要求区块单层试气资料必须充足。在试气设计优选射孔段时，一般情况下很少选择干层，因为干层的数据很少。本次在统计试气资料时，结合部分测井解释干层物性数据，绘制米脂地区石盒子组8段孔隙度—渗透率交会图（图5）。分析结果表明，石盒子组8段有效储集层孔隙度下限为3.6%，渗透率下限为0.09 mD，且含气性级别随着有效孔隙度和渗透率的增加而有规律地提高。

图5 储层试气层段孔隙度—渗透率交会图

3.3 压汞法

压汞法，是通过压力使非润湿相流体进入储层孔隙喉道来测定毛细管压力的常规方法，测试得到的毛细管压力曲线是毛细管压力与润湿相（非润湿相）饱和度的关系曲线。排驱压力是指岩样中的润湿相流体被非润湿相流体开始排驱所需的最低压力，是定量分析毛细管压力曲线的主要特征参数。物性大小与排驱压力有直接的关系，可以用来确定有效储层物性下限。

鄂尔多斯盆地上古生界储集层具有“先致密、后成藏”的特征，天然气大量生成聚集的时期上古生界储集层已基本致密化。依据米脂地区16口井29个样品的压汞数据，分别绘制孔隙度、渗透率与排驱压力的交会图（图6）。结果发现，随着孔隙度、渗透率的逐渐增大，排驱压力都呈减小趋势，且趋势线上都存在一个拐点值。当孔隙度小于4%或渗透率小于0.1 mD时，排驱压力都急剧增大，表明小于此拐点值时，必须有足够大的压力才能使储层中非润湿相（气）开始驱替润湿相（水）形成天然气聚集成藏。因此，通过压汞法确定米脂地区石盒子组8段有效储层孔隙度下限值为4.0%，渗透率下限值为0.1 mD。该方法简单直观，但拐点不易确定，具有一定的主观性。

图6 物性参数与排驱压力关系图

3.4 泥质含量法

根据测井解释结果，结合部分岩心样品的X射线衍射资料，可以统计获取米脂地区石盒子组8段砂岩储集层的泥质含量。一般认为，当泥质含量大于40%时，储集层多为非有效储集层[6,14]，但米脂地区资料分析表明，当泥质含量大于30%时，石盒子组8段储集层就显示为非有效储集层，且随着泥质含量升高，孔隙度和渗透率均呈减小的趋势。该方法直观、简单，但难点在于泥质含量界限不好确定。米脂地区石盒子组8段储集层泥质含量—物性交会结果显示（图7），以泥质含量30%为界，石盒子组8段有效储集层孔隙度下限为3.8%，渗透率下限为0.08 mD。

图7 储层泥质含量—物性关系交会图

4 物性下限综合确定及验证

上述经验统计法、测试法、压汞法及泥质含量法4种方法确定的米脂地区石盒子组8段致密砂岩储层物性下限值如表1所示。从结果可以看出，虽然几种方法各有优缺点，但是确定的物性下限结果却差异不大，孔隙度下限范围3.6%～4.0%，渗透率下限范围0.08～0.1 mD。基于统计学原理，采用求平均值的方法最终将盒8段有效储集层孔隙度下限确定为3.8%，渗透率下限确定为0.09 mD。为了检验有效储集层物性下限确定的准确度，在米脂地区石盒子组8段单试的试气资料中挑选了75口井进行检验，结果显示物性下限标准与实际资料吻合程度高，准确率达到95%。可见，本次综合确定的物性下限标准科学有效，后期可为米脂地区石盒子组8段天然气开发有利目标区预测及资源评价提供可靠的依据。

表1 储层物性下限综合确定表

5 结论

1）米脂地区石盒子组8段岩石类型主要为岩屑砂岩和岩屑石英砂岩，以中粒、中—粗粒为主，颗粒分选中等—好，磨圆度次棱—次圆，颗粒间以线接触为主，填隙物主要包括杂基及胶结物，胶结方式以孔隙式为主。成岩作用强烈，储集空间发育溶孔、晶间孔、粒间孔及微裂隙。物性较差，属于典型的特低孔、低—特低渗致密砂岩。

2）基于米脂地区石盒子组8段致密砂岩储层特征，采用经验统计法、测试法、压汞法及泥质含量法4种方法综合确定有效储集层物性下限，石盒子组8段有效储集层孔隙度下限为3.8%，渗透率下限为0.09 mD。

3）米脂地区石盒子组8段单试井资料验证结果表明，物性下限标准与实际资料吻合程度高，准确率达到95%。可见，本次综合确定的物性下限标准科学可靠，可有效支持气田后期的勘探开发工作。