辽东湾坳陷旅大xx构造沙四段储层物性主控因素分析

2022-05-09胡逸飞朱占平宋土顺丁建凯

中国煤炭地质 2022年4期

胡逸飞，朱占平，宋土顺，丁建凯

(1.吉林大学地球科学学院，长春 130061； 2.华北理工大学矿业工程学院，河北唐山 063009)

0 引言

致密油气作为非常规油气资源，自20世纪50年代开始勘探开发。据统计，我国陆相盆地致密油可开采资源量(20～25)×108t，致密气可开采资源量(9～13)×1012m3[1-2]，与常规储层相比，致密储层具有油气资源量大、分布面积广等特点。21世纪以来，我国致密油气勘探开发发展迅速，渤海湾盆地作为主要勘探盆地之一，在渤中凹陷已发现以渤中19—6油气田为主的多个大型油气田，其砂砾岩储层物性较差，以低孔、低渗—特低渗为主，刘志刚对渤中19—6井储层致密性研究发现，成岩作用是导致储层致密化，孔隙度、渗透率减小的关键因素[3]。Beard D C研究表明，沉积物孔隙度及渗透率受碎屑粒级、分选共同影响，分选好的粗砂物性更好[4]。中浅层成岩作用较弱，储层物性主要受沉积环境影响，深层成岩作用增强，对物性影响增大[3-6]。

辽东湾坳陷位于渤海湾盆地东北部海域，呈NE向长条状展布，面积约2.6×104km2，总资源量约39亿t，旅大xx构造位于资源量最丰富的辽中凹陷，沙河街组四段(Es4)油气藏为沙河街组近源自生自储构造层状油气藏，具有油气藏高度大、面积充满度高、储量丰度高及品质好等特点。沙河街组四段(Es4)为中孔、低孔—特低渗储层，储层在3 600m以下出现多个中孔隙段，且有中孔隙段、低孔隙段交替出现的现象，有关研究缺乏对其成因及影响因素的详细探讨。本文根据旅大xx构造沙四段储层薄片、物性等资料，探讨了沉积作用、成岩作用及构造作用对辽东湾坳陷旅大xx构造沙四段储层物性的影响，查明了储层中孔段、低孔段的物性主控因素，为后续旅大xx构造优质储层预测及油气勘探开发提供参考资料。

1 区域地质概况

辽东湾坳陷为渤海湾盆地的二级构造单元，整体呈NNE向展布，郯庐作用形成辽西凹陷、辽西低凸起、辽中凹陷、辽东低凸起、辽东凹陷的“三凹两凸”分布趋势，辽中凹陷面积最大，属于新生代沉积盆地，主要发育古近系、新近系及第四系，古近系沙河街组、东营组为主力勘探层系[5-6]。旅大xx构造位于辽东湾南部海域(图1)，辽中凹陷的西部[6-9]。沙河街组(Es)岩石类型主要为中细粒、中粗粒长石岩屑砂岩、岩屑砂岩，其中沙四段(Es4)以灰色泥岩、黄色中砂岩及细砂岩为主，夹少量含砾细砂岩(图2)，岩石类型以长石岩屑砂岩及岩屑长石砂岩为主，主要发育辫状河三角洲前缘沉积亚相[4]，勘探发现在井深3 600m以下的沙四段地层中发现很好的油气显示。

图2 2号井沙四段岩性柱状图Figure 2 Well No.2 Shahejie Formation Forth Memberlithologic column

2 储层特征

2.1 岩石学特征

旅大xx构造主要有1号、2号井钻遇沙四段，均发现有油气显示。1号井取心段为3 793～3 873m，2号井取心段为3 628.6～3 632m及3 672～3 681.6m，通过对两口井31件壁心(1号井为冲击取心5件，2号井旋转取心25件，物性数据以2号井为主)薄片镜下观察及统计分析，沙四段储层岩石类型以长石岩屑砂岩及岩屑长石砂岩为主(图3)。中—粗粒，分选中等—好，次圆状—次棱角状，接触关系主要为线接触。岩屑主要为火山岩岩屑，少量变质岩岩屑，其中火山岩岩屑以酸性喷出岩岩屑为主，变质岩岩屑主要为石英岩岩屑。胶结类型主要为碳酸盐胶结、泥质胶结、硅质胶结及硅酸盐胶结。碳酸盐胶结多为方解石胶结，少量铁方解石、铁白云石胶结；黏土矿物胶结1号井中主要表现为伊利石胶结，2号井中主要表现为绿泥石胶结；硅质胶结及硅酸盐胶结表现为石英次生加大及长石次生加大。

图3 沙四段砂岩分类三角图解Figure 3 Shahejie Formation Fourth Member sandstoneclassification triangular diagram

2.2 储层物性特征

对两口井的岩心物性数据进行统计分析发现，沙四段储层砂岩孔隙度5.81%～22.17%，平均孔隙度为15.65%，以低孔—中孔为主；渗透率(0.07～65.9) ×10-3μm2，平均渗透率为8.55 ×10-3μm2，以特低渗为主。

根据孔隙度变化将1号、2号井划分为A(低孔段)、B(中孔段)两个分段(图4)，低孔段(1号井A：3 793.0～3 873m，平均孔隙度13.10%；2号井A1：3 629.9～3672.0m，平均孔隙度8.61%，A2：3 675.6～3 679m，平均孔隙度11.96%)储层物性较低，没有足够的油气储集空间，不能作为主要储集段；中孔段(2号井B1：3 628.6～3 629.9m，平均孔隙度18.51%，B2,3 672.0～3 675.6m，平均孔隙度17.96%，B3：3 679.0～3 681.6m，平均孔隙度18.94%)储层物性最高，发育较高的孔隙度，有利于油气聚集，可作为主要储集层段。2号井沙四段渗透率分布在(0.07～65.98)×10-3μm2，平均渗透率8.55×10-3μm2，以特低渗为主，占82.14%，其次为低渗，占10.71%，中渗最少，仅7.15%(图4)。整体沙四段物性以中孔、低孔—特低渗为主。由于渗透率过低且变化不明显，故物性讨论以孔隙度为主。

图4 沙四段砂岩发育物性特征Figure 4 Shahejie Formation Fourth Member sandstone development physical property features

2.3 储集空间特征

岩心薄片、铸体薄片及扫描电镜照片显示沙四段碎屑岩发育原生孔隙、次生孔隙及裂缝，接触关系以点接触(图5a)、线接触(图5b)为主。原生孔隙发育较少(图5c)，连通性较差，不能作为主要储集空间；中孔段次生孔隙发育，多为溶蚀作用形成的溶蚀粒内孔及溶蚀粒间孔(图5d、e)，次生孔隙的大量出现显著地提高了孔隙数量及连通性，形成良好的储集空间，为油气成藏提供基础；裂缝在中孔段及低孔段内均有发育但极少，主要为颗粒的成岩微裂缝(图5f)，不能成为主要储集空间。

图5 2号井沙四段砂岩储集空间镜下特征Figure 5 Well No.2 Shahejie Formation Fourth Member sandstone reservoir space microscopic features

3 储层物性影响因素分析

储层物性多受沉积作用、成岩作用及构造作用等方面因素的影响。不同沉积环境中，储层骨架颗粒在远距离的搬运、卸载及堆积过程中形成原始孔隙，不同成因砂体具有不同的成分、粒度、分选、泥质含量、碳酸盐含量和时空展布规律等特征，这些特征在未接受后期改造的条件下决定了储层原始物性[10-13]；沉积后，储层物质经受包括随埋藏深度、地层流体和环境pH值等变化而发生的压实、胶结和溶解等成岩作用，形成新的次生孔隙，决定了储层内部储集空间特征和储集性能；构造作用在成岩后对储层物质发生改造，对储集层物性有一定的影响[14-18]。

3.1 沉积作用

沉积作用是控制储层发育特征的先决因素，它不仅控制储砂体的分布和形成的沉积环境，还影响储层空间的基本特征、后期经历的成岩作用类型及成岩强度。

3.1.1 沉积结构

整体上，粒度越小，粒间孔隙空间越小，储层物性越差；粒度越大，粒间孔隙空间越大，储层物性越好。泥质含量与储层物性呈负相关，泥质物质含量越少，储层物性越好[10-11]。粒度及成分统计发现沙四段储层中孔段砂岩以中—粗粒为主，泥质含量较少，中孔段平均泥质含量为5.50%(B1)、5.67%(B2)、4.90%(B3)；低孔段砂岩以中—细粒为主，泥质含量高，平均泥质含量为12.33%(A1)、10.83%(A2)。反映出储层较好孔隙段由粗粒级砂岩控制(图6)。

图6 沉积作用-物性关系Figure 6 Relationship between sedimentation and physical property

3.1.2 沉积相

根据岩性及测井曲线判断旅大xx构造沙四段主要发育辫状河三角洲前缘沉积亚相，沉积微相主要包括水下分流河道、河口坝及席状砂微相。优势沉积微相为水动力较强的水下分流河道微相，平均孔隙度为13.42%；其次是席状砂微相，平均孔隙度为11.14%(图6)。由此可见，沉积微相对储层物性具有一定控制作用[19-21]。

3.2 成岩作用

辽东湾坳陷深层储层经历了复杂的成岩作用改造。通过对沙四段岩心薄片、扫描电镜等资料分析，成岩作用主要有溶蚀作用、胶结作用、压实作用及交代作用。

3.2.1 溶蚀作用

溶蚀作用是次生孔隙形成的重要途径，碎屑颗粒及填隙物遭受溶蚀形成新的孔隙，对储层物性有重要影响，也是形成优质储层的主要因素之一[15]。旅大xx构造沙四段次生孔隙类型主要为溶蚀粒内孔及溶蚀粒间孔。可见岩屑及长石等骨架颗粒遭受溶蚀形成铸模孔(图7a)，在晶体内部或边界形成牙状或钟乳状溶蚀(图7b、c)。次生孔隙的形成显著提高了储层孔隙的数量、孔径及连通性。观察发现2号井铸体薄片10倍镜视域下中孔段平均发育7～13个较大溶蚀孔；低孔段平均发育2～3个，孔隙之间不连通。

图7 2号井沙四段砂岩镜下特征Figure 7 Well No.2 Shahejie Formation Fourth Member sandstone microscopic features

3.2.2 胶结作用

沙四段胶结作用以碳酸盐胶结、泥质胶结、硅酸盐胶结及硅质胶结四种方式为主。

早期成岩作用形成的微晶碳酸盐矿物会充填原生孔隙，使储层结构致密化的同时可对颗粒提供支撑，增加砂体抵抗压实的能力，在一定程度上缓解压实作用对孔隙的破坏，对保护储集空间具有积极作用；成岩中晚期在方解石、白云石胶结基础上，储层发生脱水，黏土矿物转化过程中产生的大量Fe2+、Mg2+、Ca2+等碱金属离子进入孔隙水，形成铁方解石、铁白云石沿孔隙边缘逐渐向孔隙中心进行沉淀，缩小孔隙，降低储层的物性(图7d、 e)。在旅大xx构造沙四段大部分储层砂岩中，碳酸盐胶结多表现为方解石、白云石、铁方解石和铁白云石以粒状形式充填孔隙，但充填不完全，仍保留部分残余孔隙。另多见方解石结晶较大，把碎屑颗粒包裹在内形成嵌晶结构，完全填充孔隙。还有部分碳酸盐矿物以交代石英、长石等颗粒的形式存在。碳酸盐含量与储层孔隙度呈负相关关系。2号井低孔段碳酸盐含量较高，平均含量为16.67%(A1)；而中孔段碳酸盐含量较低，平均9.50%(B1)、5.33%(B2)。

硅质胶结、硅酸盐胶结分别以石英次生加大(图7f)、长石次生加大(图7g)方式，占据孔隙空间，导致孔喉直径减小，使储层孔隙度、渗透率降低。硅质胶结及硅酸盐胶结在储层中发育普遍，在中孔段发育相对较少，主要发育在低孔段。

泥质胶结主要表现为黏土胶结。早期自生或后期淋滤形成的黏土矿物可沿颗粒表面形成胶膜或包壳(图7h，图8a)，保护颗粒，抑制非黏土矿物(自生石英)的生长，对孔隙起到保护作用；中晚期形成的黏土矿物(绿泥石)主要沿颗粒孔隙及颗粒间隙发育，堵塞储集空间降低储层物性(图8b)。扫描电镜显示，沙四段黏土矿物主要以片状及花瓣状绿泥石(图8a、b)、片状伊利石(图8c)、假六边片状高岭石(图8d)、片状伊/蒙混层(图8e、f)形式附着在颗粒表面或填充在粒间孔隙中，黏土矿物可形成于少量晶间微孔隙。泥质胶结物多形成于粒间孔隙，将单个大孔隙分割从而使有效孔隙减少。2号井低孔段泥质含量分别为12.33%(A1)、10.83%(A2)；中孔段泥质含量分别为5.50%(B1)、5.67%(B2)、4.90%(B3)，可见泥质含量越高，对物性影响越大。

图8 2号井沙四段砂岩扫描电镜特征Figure 8 Well No.2 Shahejie Formation Fourth Member sandstone SEM features

3.2.3 压实作用

压实作用主要发生在成岩早期，对原生孔隙影响较大，以减少粒间孔隙为主，使储层物性变差。沙四段砂岩储层骨架颗粒受压实作用中等—强，碎屑颗粒接触以线接触为主(图7d)，有见点接触、凹凸接触。

3.2.4 交代作用

交代作用通常作为判断成岩作用发生顺序和矿物形成顺序的主要依据，交代前后颗粒体积变化对储集空间具有一定影响[22-23]。根据镜下薄片观察，沙四段储层的交代作用多表现为碳酸盐矿物等对石英、长石等颗粒的近似等体积交代，交代前后体积变化较小，对孔隙影响较小，储层物性变化不明显。

3.3 构造作用

构造作用在成岩后不仅控制着储层的形成和发育状况，同时也影响储集层物性，形成的断裂和裂缝，不仅具有储集性能，能够提高局部的储层物性，还具有渗透作用，最终决定油气的运移、聚集和成藏[19-23]。辽东湾坳陷新生代以来构造活动强烈，坳陷内部受到明显的构

造改造作用，主干断裂走滑派生出了大量次级伸展断裂。但由于1号、2号井均位于旅大xx构造内部，距离断裂较远，所遭受的构造影响较弱，根据岩心及薄片观察，沙四段构造裂缝不发育，故构造作用不作为此次储层研究主要影响因素考虑。

以上分析发现，砂岩粒度以粗粒为主，溶蚀作用发育，泥质及碳酸盐含量低是控制储层孔隙度高的主要因素，在沙四段储层中形成中孔段；而砂岩粒度以细粒为主、胶结作用发育、泥质及碳酸盐含量高是造成储层孔隙度低的主要因素，在沙四段储层中形成低孔段。压实作用和构造作用对沙四段储层不起主导作用。

另值得注意的是在薄片中发现有黏土胶膜和嵌晶状亮晶方解石(图7h，图7d)出现。黏土胶膜发育在储层中孔段，嵌晶状亮晶方解石发育在储层低孔段。黏土胶膜一般为大气水渗流带的产物，渗流带以溶蚀作用为主。而包裹若干碎屑颗粒的大的单晶方解石嵌晶状亮晶方解石形成于潜流带，潜流带以胶结作用为主[24]。黏土胶膜、嵌晶状亮晶方解石的形成显示沙四段沉积后可能有构造抬升受到大气水淋滤作用。渤海海域新生代盆地在断陷活动期发生区域性挤压和盆地反转，造成了沙河街组四段沉积末期盆地的抬升和剥蚀[25]，据此推测沙四段储层中孔段、低孔段交替出现与地层多次构造抬升受大气水淋滤有关。