盧蜀秀 閻榮輝 袁曉明

(1.中國石油長慶油田公司氣田開發(fā)處 2.中國石油長慶油田公司勘探部)

0 引言

長慶氣田是西氣東輸?shù)闹匾獦屑~，承擔(dān)著向北京及周邊十五個(gè)城市的穩(wěn)定供氣任務(wù)，責(zé)任大、任務(wù)重。蘇里格氣田是我國近期發(fā)現(xiàn)的儲(chǔ)量規(guī)模最大的氣田，蘇里格南部地區(qū)是蘇里格氣田向南的延伸，肩負(fù)著長慶氣田的調(diào)峰和氣化地方的重?fù)?dān)。同時(shí)，蘇里格南部地區(qū)也是蘇里格氣田主力儲(chǔ)層向南的延伸區(qū)，發(fā)育著與蘇里格氣田類似的儲(chǔ)集層。儲(chǔ)集層是油氣藏形成不可缺少的條件之一，歷來都是油氣勘探和開發(fā)工作中的重點(diǎn)。盒8段儲(chǔ)集層為鄂爾多斯盆地上古生界天然氣主產(chǎn)層之一，更是目前蘇里格地區(qū)天然氣的勘探開發(fā)目的層和主產(chǎn)層。蘇里格南部地區(qū)是勘探程度相對較低的地區(qū)，砂體的橫向展布以及儲(chǔ)層物性嚴(yán)格控制著氣藏的分布，尋找高滲透性砂巖儲(chǔ)集層是蘇里格南部地區(qū)巖性氣藏勘探的關(guān)鍵。

1 研究區(qū)地質(zhì)概況

蘇里格南部地區(qū)位于蘇里格氣田南側(cè)，行政區(qū)劃處于陜西省榆林市定邊縣、靖邊縣和延安市吳起縣、志丹縣境內(nèi) ，勘探面積約10000km2。地表為沙漠、草地，地形相對平緩；屬內(nèi)陸性半干旱氣候；交通條件較差，僅有鄉(xiāng)村簡易公路。區(qū)域構(gòu)造主要屬于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡西部中段，發(fā)育上古生界二疊系石盒子組盒8段大型河流-三角洲砂巖巖性圈閉氣藏，盒8期古地形平緩、水動(dòng)力條件強(qiáng)，三角洲前緣水下分流河道砂體發(fā)育，厚10m～20m；寬度10km～15km，向前延伸較遠(yuǎn)，構(gòu)成蘇里格南部的骨架砂體，與蘇里格氣田本部具有相同的沉積體系和沉積背景，儲(chǔ)層物性參數(shù)與氣田本部基本一致，具有巨大的勘探開發(fā)潛力。

2 儲(chǔ)集層巖石學(xué)特征

石盒子早期(以盒8亞期為典型代表)由于鄂爾多斯盆地北部物源區(qū)快速隆升，陸源碎屑物質(zhì)(尤其是砂質(zhì)碎屑)供給極為充足，地表沖積水系亦較為發(fā)育，河流沉積作用普遍，有較多的砂質(zhì)沉積物開始在盆地內(nèi)廣泛沉積。盒8期，北部物源區(qū)碎屑物質(zhì)供給更充足，蘇里格南部地區(qū)由于地表沖積水系與徑流發(fā)育，形成以多條水淺流急的網(wǎng)狀或交織狀分流河道為特征的淺水辮狀河控三角洲平原，主要為亞相沉積，南部為三角洲前緣亞相沉積。整體上，盒8上、下兩段儲(chǔ)集層自下而上粒度變細(xì)，是一套成分成熟度高、填隙物含量高、結(jié)構(gòu)成熟度中等的砂巖。

2.1 成分成熟度高

盒8段儲(chǔ)集層巖石類型以石英砂巖和巖屑質(zhì)石英砂巖為主，其次為巖屑砂巖(圖1)。通過537個(gè)鏡下薄片鑒定，研究區(qū)盒8上、盒8下平均石英含量分別為80.86%、84.11%，以單晶石英為主，不同程度的見碎屑石英自身加大現(xiàn)象；長石平均含量分別為0.16%、0.04%，除在個(gè)別薄片中見到未完全發(fā)生次生溶解的長石外，均已次生溶解。溶?？字兄挥凶陨氤涮?，個(gè)別全充填，也有沒被高嶺石半充填，甚至全充填。

2.2 填隙物含量高、結(jié)構(gòu)以膠結(jié)物-雜基混合填隙為主

根據(jù)薄片鑒定結(jié)果統(tǒng)計(jì)，蘇里格南部地區(qū)盒8上、盒8下填隙物組分及其含量相似，平均含量在15%左右，填隙物結(jié)構(gòu)類型以膠結(jié)物-雜基混合填隙為主，主要由黏土礦物(水云母、高嶺石、綠泥石等)、碳酸鹽(方解石、白云石、鐵方解石、鐵白云石)、硅質(zhì)及凝灰質(zhì)組成。其中水云母含量最高，平均含量為5%～6%。其次為硅質(zhì)和高嶺石，平均含量分別為2%～3%、2.5%～3.5%。綠泥石、方解石、鐵方解石、凝灰質(zhì)等含量在1%左右。

圖1 盒8上(A)、盒8下(B)砂巖類型三角圖

2.3 富含塑性易變形巖屑

盒8段砂巖中巖屑成分較復(fù)雜，碎屑組分中，盒8段上、盒8下砂巖巖屑平均含量分別為18.96%、15.84%。其中以千枚巖、片巖、板巖、石英巖、燧石等變質(zhì)巖巖屑為主，平均含量為10%左右。其次為花崗巖、隱晶巖以及流紋巖、英安巖等火成巖巖屑，含量在2.5%左右，沉積巖巖含量較少，普遍含有云母。巖石中剛性穩(wěn)定巖屑組分含量明顯低于塑性不穩(wěn)定巖屑組分含量。以千枚巖為典型代表的低變質(zhì)巖抗壓實(shí)強(qiáng)度極低，易被壓實(shí)，對儲(chǔ)集層物性影響嚴(yán)重[1]。塑性巖屑的出現(xiàn)主要是盒8期，由于鄂爾多斯盆地北部造山運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)，構(gòu)造高差逐漸增大，從而表現(xiàn)為盒8期地勢相對陡峭，沉積分異作用相對較差[2]，表現(xiàn)為近源陸相沉積的碎屑產(chǎn)物。

2.4 分選中-好、磨圓中-好、結(jié)構(gòu)成熟度中等

蘇里格南部地區(qū)盒8段上、盒8段下砂巖碎屑力度都在粗砂—中砂—細(xì)砂范圍內(nèi)，沉積物粒度粗、分選磨圓中等—好，多為次棱角狀、次棱角—次圓狀、次圓狀。砂巖多呈顆粒支撐，顆粒間多為點(diǎn)—線接觸，膠結(jié)類型主要為孔隙式，再生孔隙式以及薄膜孔隙式。該區(qū)儲(chǔ)集層較好的結(jié)構(gòu)成熟度是其優(yōu)質(zhì)的孔隙結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，碎屑顆粒間的接觸關(guān)系體現(xiàn)了原生孔隙的破壞程度。

3 孔隙類型及結(jié)構(gòu)特征

3.1 儲(chǔ)集空間類型

(1) 儲(chǔ)集空間以孔隙為主，裂縫只占儲(chǔ)集空間的極少部分

巖石薄片、鑄體薄片及掃描電鏡分析表明，盒8段砂巖儲(chǔ)層的主要儲(chǔ)集空間是孔隙，其類型包括：殘余原生粒間孔，粒間溶孔、粒內(nèi)溶孔、填隙物內(nèi)溶孔等次生孔隙(圖2)。巖心樣品的孔隙度與滲透率相關(guān)性分析表明，其滲透率與孔隙度呈明顯的正相關(guān)關(guān)系。說明滲透率的變化主要受孔隙發(fā)育程度的控制，是孔隙型儲(chǔ)集層的重要特征。同時(shí)，僅局部偶見少量微裂縫和粒內(nèi)破裂縫，它們占巖石孔隙體積的很少一部分。

(2)孔隙構(gòu)成中，次生溶孔占主要地位

本區(qū)盒8段砂巖，由于埋藏深度大(地史期最大埋深在3500m～4000m以上)、埋藏歷史長(250Ma～300Ma)，經(jīng)歷了復(fù)雜的成巖作用改造。由于強(qiáng)烈的壓實(shí)—壓溶作用和膠結(jié)作用改造，使大部分的原生孔隙喪失殆盡(尤其塑性巖屑組分含量較高的含泥巖屑砂巖)；而中晚成巖階段，次生孔隙主要是漸進(jìn)埋藏成巖環(huán)境過程中，有機(jī)質(zhì)成巖作用產(chǎn)生大量有機(jī)水溶液后對鋁硅酸鹽碎屑、基質(zhì)組分和碳酸鹽組分的溶蝕而成，蒙脫石向伊蒙混層、伊利石等黏土礦物轉(zhuǎn)化產(chǎn)生的酸性水也是形成次生孔隙營力[3]，使巖石的孔隙性得到一定程度的恢復(fù)。

圖2盒8段儲(chǔ)集層孔隙類型特征圖

a：殘余粒間孔，蘇112井 3590.78 m 盒8上；b：粒間溶孔，蓮3井 3774.62m 盒8上；c：粒內(nèi)溶孔，蓮6井 4128.28m 盒8下；d：高嶺石晶間孔蘇124井 3627.37m 盒8下。

鑄體薄片的儲(chǔ)層孔隙分析表明，盒8段的儲(chǔ)集空間均以次生溶孔為主，原生孔隙在孔隙構(gòu)成中居次要地位。在這里，原生孔隙主要指原生粒間孔(或殘余粒間孔)和雜基內(nèi)微孔；次生孔隙主要為次生溶孔、膠結(jié)物晶間孔、成巖收縮縫及構(gòu)造微縫等。次生溶孔又可按其被溶組構(gòu)類型進(jìn)一步分為巖屑溶孔、長石(及角閃石等)單礦物顆粒溶孔、雜基溶孔及膠結(jié)物溶孔等[4]。

3.2 孔隙結(jié)構(gòu)

儲(chǔ)集層的孔隙結(jié)構(gòu)特征是指儲(chǔ)集層的孔隙和喉道的幾何形態(tài)、大小、分布及相互連通的關(guān)系，主要由孔隙和喉道組成，喉道是連通兩個(gè)孔隙的狹窄通道，對儲(chǔ)層的滲流能力起著決定性的作用，喉道的大小和形態(tài)主要取決于巖石的顆粒接觸關(guān)系、膠結(jié)類型、顆粒的形態(tài)及大小[5]。毛細(xì)管壓力法是目前獲得孔喉特征和孔喉分布的主要手段，它測定出的排驅(qū)壓力(MPa)、中值壓力(MPa)、最大孔喉半徑(μm)、中值孔喉半徑(μm)、分選系數(shù)等最能反映砂巖的孔喉結(jié)構(gòu)。

研究區(qū)砂巖由于壓實(shí)作用強(qiáng)烈，儲(chǔ)層以彎片狀喉道和管束狀喉道為主，其次為片狀喉道。統(tǒng)計(jì)結(jié)果(表1)顯示，蘇里格南部地區(qū)盒8上段砂巖儲(chǔ)集層的主要孔隙結(jié)構(gòu)類型為中孔喉-中排驅(qū)壓力-高汞飽和度-高分選系數(shù)型，排驅(qū)壓力一般為0.6MPa～1.2MPa，平均中值半徑為0.27μm，分選系數(shù)為1.76，歪度為1.06。盒8下段砂巖儲(chǔ)集層的主要孔隙結(jié)構(gòu)類型為中孔喉-中排驅(qū)壓力-高汞飽和度-高分選系數(shù)型，排驅(qū)壓力一般為大于1MPa，平均中值半徑0.17μm，分選系數(shù)2.06，歪度1.24。

表1 蘇里格南部地區(qū)盒8上段、盒8下段砂巖毛管壓力參數(shù)統(tǒng)計(jì)表

4 影響儲(chǔ)層的控制因素分析

4.1 沉積條件對儲(chǔ)集性能的影響

沉積環(huán)境是影響儲(chǔ)層儲(chǔ)集性能的地質(zhì)基礎(chǔ)，不同沉積微相中砂巖儲(chǔ)集性能之間存在明顯差異[6]，同時(shí)由沉積微相的變化形成分布于各個(gè)側(cè)向或垂向加積砂層之間，厚度一般僅幾厘米或幾十厘米的泥巖和水動(dòng)力條件的減弱形成韻律性的旋回層理，是導(dǎo)致層內(nèi)非均質(zhì)性的原因。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)證明蘇里格南部地區(qū)盒8段辮狀河三角洲前緣水下分流河道砂體的孔隙度、滲透率大于水下分流間灣砂體。在單砂體內(nèi)部，孔隙度與滲透率分布并不均勻，且表現(xiàn)形式多樣：蘇112井盒8下(3625.4m～3632.18m)辮狀河三角洲前緣水下分流河道砂體內(nèi)部，孔隙度和滲透率都呈正韻律，跟砂體韻律基本一致；蘇110井盒8上(3736.5m～3742.0m)辮狀河三角洲前緣河口壩砂體內(nèi)部，孔隙度和滲透率都呈反韻律，跟砂體韻律基本一致；蓮7井盒8下(4012.9m～4020.8m)辮狀河三角洲前緣水下分流河道砂體內(nèi)部，孔隙度和滲透率都呈正反復(fù)合韻律，跟砂體韻律基本一致。

4.2 成巖作用對儲(chǔ)集物性的影響

(1) 壓實(shí)作用對儲(chǔ)層物性的影響

壓實(shí)作用是指沉積物沉積后在其上覆水層或沉積層的重荷作用下，或在構(gòu)造形變作用下，發(fā)生水分排出、孔隙度降低、體積縮小的作用，這種作用在沉積物埋藏的早期階段比較明顯。蘇里格南部地區(qū)盒8上、盒8下段儲(chǔ)層壓實(shí)作用的主要表現(xiàn)為云母、巖屑顆粒的壓實(shí)彎曲雜基化，長石、石英顆粒的受應(yīng)力作用破裂，以及石英顆粒邊緣的港灣狀溶蝕現(xiàn)象，最終使巖石致密化，巖石孔隙度和滲透率也隨深度發(fā)生變化。

(2) 膠結(jié)作用對儲(chǔ)層物性的影響

膠結(jié)作用是指從孔隙溶液中沉淀出礦物質(zhì)(膠結(jié)物)，將松散的沉積物固結(jié)起來的作用，是使巖石孔隙度、滲透率降低的主要原因之一。

蘇里格南部地區(qū)盒8上、盒8下儲(chǔ)層的膠結(jié)作用主要表現(xiàn)為硅質(zhì)膠結(jié)、粘土膠結(jié)和碳酸鹽膠結(jié)，是儲(chǔ)層原生孔隙減少的主要原因之一。

(3)溶蝕作用對儲(chǔ)層物性的影響

砂巖中的任何碎屑顆粒、雜基、膠結(jié)物和交代產(chǎn)物，包括穩(wěn)定的石英和硅質(zhì)膠結(jié)物，在一定的成巖環(huán)境下都可以不同程度地發(fā)生溶解。

蘇里格南部地區(qū)盒8上、盒8下儲(chǔ)層的溶蝕作用主要表現(xiàn)為巖屑顆粒和碳酸鹽礦物的溶解作用，這在一定程度上改善了儲(chǔ)層的物性。

5 結(jié)論

(1)蘇里格南部地區(qū)盒8儲(chǔ)層砂體類型為石英砂巖、巖屑質(zhì)石英砂巖及巖屑砂巖，粒度較粗，以粗砂巖為主，分選磨圓中等—好，多為次棱角狀、次棱角—次圓狀、次圓狀。

(2)砂巖儲(chǔ)集空間主要是孔隙，以次生溶孔為主，原生孔隙在孔隙構(gòu)成中居次要地位。孔隙組合類型主要為粒間孔+填隙物內(nèi)孔組合、粒內(nèi)孔+填隙物內(nèi)孔組合。儲(chǔ)集層以彎片狀喉道和管束狀喉道為主，喉道半徑中等，孔喉分選較好。

(3)研究區(qū)盒8段儲(chǔ)層特征受到物源、沉積環(huán)境及成巖作用多種因素控制。不同類型的砂巖，其物性存在明顯的差別，石英砂巖物性明顯好于巖屑質(zhì)石英砂巖和巖屑砂巖；沉積環(huán)境是影響儲(chǔ)層儲(chǔ)集性能的地質(zhì)基礎(chǔ)，辮狀河三角洲前緣相砂體中，水下分流河道、河口壩儲(chǔ)集物性較好，砂巖粒度的大小與儲(chǔ)層物性存在明顯的正相關(guān)性；壓實(shí)作用、膠結(jié)作用和溶解作用是影響盒8段砂巖物性及孔隙發(fā)育程度的主要成巖作用類型，在成巖過程中，壓實(shí)作用和碳酸鹽礦物膠結(jié)作用對儲(chǔ)集砂巖儲(chǔ)層致密化影響較大，溶解作用和早期綠泥石環(huán)邊有利于砂巖儲(chǔ)集性能的改善。因此，對砂巖儲(chǔ)集層特征及控制因素進(jìn)行深入研究，為認(rèn)識(shí)氣藏的空間分布規(guī)律、尋找勘探開發(fā)的高滲富集區(qū)提供地質(zhì)依據(jù)。

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3 張明祿，達(dá)世攀，陳調(diào)勝. 蘇里格氣田二疊系盒8段儲(chǔ)集層的成巖作用及孔隙演化[J].天然氣工業(yè)，2002，22(6)：13-16.

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