王紅坤 楊啟明 劉 倩

（1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）工程技術(shù)學(xué)院 2.中國(guó)石化中原油田分公司采油一廠）

0 引言

鄂爾多斯盆地是中國(guó)重要的含油氣盆地之一，按現(xiàn)今構(gòu)造形態(tài)，盆地可劃分為伊盟隆起、渭北隆起、晉西擾褶帶、陜北斜坡、天環(huán)向斜及西緣逆沖斷裂構(gòu)造帶等6個(gè)一級(jí)構(gòu)造單元。隨著鄂爾多斯盆地勘探目的層從下古生界向上古生界轉(zhuǎn)移,先后發(fā)現(xiàn)了榆林、榆林南、子洲—清澗、統(tǒng)萬(wàn)城、鎮(zhèn)北臺(tái)和塔灣—高橋等氣田或含氣區(qū)帶[1-2]。山二段是該盆地中東部上古生界最重要的天然氣產(chǎn)層之一，發(fā)育自生自儲(chǔ)型天然氣成藏組合，且成藏條件優(yōu)越[3]。晉西撓褶帶位于鄂爾多斯盆地東緣，近年來在晉西撓褶帶永和地區(qū)取得了重大的發(fā)現(xiàn)，但針對(duì)該地區(qū)的儲(chǔ)層方面的研究比較少，因此，儲(chǔ)層研究已成為該地區(qū)油氣勘探最重要的核心問題之一。筆者從研究區(qū)的儲(chǔ)層特征及控制因素方面進(jìn)行研究，為確定本地區(qū)天然氣進(jìn)一步勘探的有利位置提供可靠的地質(zhì)依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

研究區(qū)位于鄂爾多斯盆地晉西撓褶帶的西南部（圖1），構(gòu)造背景穩(wěn)定，工區(qū)面積約860 km2。鄂爾多斯盆地中東部上古生界山西組山二段沉積時(shí)期主要發(fā)育榆林和神木兩大河流—三角洲沉積體系，自北而南依次發(fā)育沖積平原—三角洲平原—三角洲前緣—濱淺湖沉積體系，北部普遍發(fā)育一系列的近南北向三角洲平原分流河道砂體；南部則是三角洲平原分流河道砂體及三角洲前緣水下分流河道砂體發(fā)育普遍[4]。

圖1 研究區(qū)位置

研究區(qū)山西組山二段主要為三角洲前緣—濱淺湖沉積，微相分別為水下分流河道、水下分流河道間及濁積砂（圖2）。物源來自西北方向，三角洲前緣呈北西—南東伸展，地層厚度一般為55～80 m，屬于含煤碎屑巖地層。

圖2 永和地區(qū)山西組山二段儲(chǔ)層沉積相平面分布

2 儲(chǔ)層特征

2.1 儲(chǔ)層巖石學(xué)特征

根據(jù)鉆井巖心、錄井、測(cè)井曲線和鑄體薄片等資料分析，結(jié)果表明，研究區(qū)山西組山二段的儲(chǔ)層厚度為10～25 m，儲(chǔ)層段巖石主要以巖屑砂巖、巖屑石英砂巖為主（圖3），砂巖以中粒、粗粒結(jié)構(gòu)為主，主要粒徑區(qū)間分布在0.3～1.5 mm范圍內(nèi)。顆粒分選較好，磨圓以次圓狀為主，次棱角狀次之。顆粒間以線、凸凹接觸為主，部分成縫合狀接觸。膠結(jié)類型主要為鑲嵌膠結(jié)，總體表現(xiàn)壓實(shí)較強(qiáng)。根據(jù)砂巖碎屑成分統(tǒng)計(jì)表明，山二段碎屑成分主要為石英，其次為巖屑，還有少量的長(zhǎng)石、云母和燧石。儲(chǔ)層填隙物含量平均約為13.18%；主要為黏土礦物、硅質(zhì)和碳酸鹽膠結(jié)物。

圖3 永和地區(qū)山西組山二段碎屑成分三角圖

2.2 儲(chǔ)層物性

（1）儲(chǔ)層物性特征

研究區(qū)山二段砂巖巖心分析樣品的統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，山西組山二段儲(chǔ)層孔隙度區(qū)間為0.57%～11.39%，平均6.11%；82.13%的樣品孔隙度分布在2%～10%之間，孔隙度大于10%的樣品分布頻率為6.76%，小于2%的樣品分布頻率為11.11%；滲透率區(qū)間為0.002～214.55 mD，平均11.13 mD，分布在0.01～100 mD區(qū)間的樣品約占80.19%，小于0.01 mD的樣品約占14.98%，大于100 mD的樣品約占4.83%（圖4）。從統(tǒng)計(jì)結(jié)果來看，研究區(qū)儲(chǔ)層屬于典型的特低孔、低滲儲(chǔ)層，局部發(fā)育低孔、中滲儲(chǔ)層。

（2）儲(chǔ)層孔隙度-滲透率相關(guān)性

圖4 永和地區(qū)山西組山二段孔隙度和滲透率分布頻率直方圖

整體上，孔隙度與滲透率之間呈明顯的正相關(guān)對(duì)數(shù)關(guān)系（圖5），滲透率隨孔隙度的增加呈現(xiàn)指數(shù)增加，而且相關(guān)性很好，說明滲透率大小主要受孔隙發(fā)育程度控制。

圖5 永和地區(qū)山西組山二段孔隙度和滲透率關(guān)系圖

2.3 儲(chǔ)層孔隙特征

（1）儲(chǔ)集空間類型

通過對(duì)研究區(qū)內(nèi)巖石鑄體薄片觀察研究得知，研究區(qū)內(nèi)山二段儲(chǔ)集層砂巖孔隙發(fā)育較差，且非均質(zhì)性較強(qiáng)，連通性中等，空間類型主要包括殘余粒間孔、溶蝕孔、高嶺石晶間孔（圖6）。

（2）孔隙結(jié)構(gòu)特征

儲(chǔ)層的孔隙結(jié)構(gòu)指儲(chǔ)集巖所具有的孔隙和孔喉的幾何形態(tài)、大小、分布及其相互連通關(guān)系等，體現(xiàn)儲(chǔ)集巖的微觀物理性質(zhì)，比常規(guī)儲(chǔ)層物性更好地反映儲(chǔ)層的滲透能力、產(chǎn)能和儲(chǔ)集能力[5-6]。

根據(jù)研究區(qū)山二段的壓汞曲線參數(shù)及形態(tài)特征，可將儲(chǔ)層的孔隙結(jié)構(gòu)分為以下3條壓汞曲線為代表的3類（圖7）：①以圖中Ⅰ類曲線為代表，曲線形態(tài)以偏粗歪度為主，此類巖石分選較好，一般孔隙度大于8%，滲透率一般大于0.5 mD，排驅(qū)壓力小于0.5 MPa，孔喉中值半徑主要集中在3～7 μm之間，最大進(jìn)汞飽和度達(dá)80%，此類儲(chǔ)在研究區(qū)內(nèi)占22.7%左右；②以圖中Ⅱ類曲線為代表，此類巖石分選中等，一般孔隙度位于4%～8%之間，滲透率主要范圍為0.05～0.5 mD，排驅(qū)壓力分布在0.5～5 MPa之間，孔喉中值半徑主要集中在0.5～3 μm之間，此類儲(chǔ)巖34.3%左右；③以圖中Ⅲ類曲線為代表，曲線形態(tài)以偏細(xì)歪度為主，此類巖石分選較差，一般孔隙度小于4%，滲透率一般小于0.05 mD，排驅(qū)壓力分布在5～20 MPa之間，孔喉中值半徑小于0.5 μm，此類儲(chǔ)巖在研究區(qū)內(nèi)占33%左右。

圖6 永和地區(qū)山西組山二段儲(chǔ)層孔隙類型

圖7 永和地區(qū)山西組山二段壓汞曲線特征

3.儲(chǔ)層評(píng)價(jià)

3.1 行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)

參照石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《SY/T6285-1997油氣儲(chǔ)層評(píng)價(jià)方法》，山西組山二段儲(chǔ)層總體屬于特低孔、低滲致密性砂巖儲(chǔ)層，局部發(fā)育中—低孔、中滲儲(chǔ)層（表1）[7]。

表1 含氣碎屑巖儲(chǔ)層孔隙度、滲透率評(píng)價(jià)分類標(biāo)準(zhǔn)

3.2 研究區(qū)儲(chǔ)層分類

考慮到本研究區(qū)山西組山二段整體為致密砂巖儲(chǔ)層，結(jié)合本區(qū)儲(chǔ)層實(shí)際性質(zhì)，依據(jù)儲(chǔ)層孔隙度、滲透率、儲(chǔ)集空間類型、壓汞參數(shù)等，把研究區(qū)山西組山二段儲(chǔ)層劃分為3類（表2）。根據(jù)試氣結(jié)論對(duì)儲(chǔ)層評(píng)價(jià)成果進(jìn)行檢驗(yàn)，結(jié)果表明：產(chǎn)氣層段均分布在Ⅰ類和Ⅱ類儲(chǔ)層。

3.3 儲(chǔ)層分布特征

（1）儲(chǔ)層垂向分布特征

研究區(qū)山二段主要發(fā)育巖屑石英砂巖、巖屑砂巖和泥巖，夾薄層細(xì)—粉砂巖和煤層，儲(chǔ)集砂體主要位于山二段第3氣層組（圖8）。

表2 永和地區(qū)山西組山二段儲(chǔ)層分類評(píng)價(jià)

圖8 永和地區(qū)XX井山西組山二段綜合柱狀圖

（2）儲(chǔ)層平面分布特征

根據(jù)研究區(qū)儲(chǔ)層的分類標(biāo)準(zhǔn)（表2），將研究區(qū)儲(chǔ)層分為3類，作儲(chǔ)層類型平面分布圖（圖9），對(duì)比發(fā)現(xiàn)，儲(chǔ)層類型區(qū)域分布主要受沉積相帶控制。

3.4 儲(chǔ)層有利區(qū)分布

通過對(duì)儲(chǔ)層的垂向及平面分布特征分析發(fā)現(xiàn)，有效儲(chǔ)集層在垂向上主要發(fā)育于山二段第3氣層組。在平面上，Ⅰ類和Ⅱ類儲(chǔ)層分布在永和18、永和15、永和12、永和10井區(qū)附近，這些井區(qū)主要發(fā)育水下分流河道微相（圖2、圖9），為該地區(qū)最有利的儲(chǔ)層區(qū)域，濁積砂與水下分流河道間微相主要發(fā)育Ⅲ類儲(chǔ)層，為該地區(qū)差的儲(chǔ)層區(qū)域。

圖9 永和地區(qū)山西組山二段儲(chǔ)層類型平面分布

綜上所述：研究區(qū)物源方向?yàn)槲鞅狈?，有利?chǔ)層主要分布在西北方水下分流河道微相。

4.影響儲(chǔ)層的因素

4.1 沉積相

沉積相不但控制儲(chǔ)層的厚度、形態(tài)和分布范圍，而且還決定巖石的成分成熟度、結(jié)構(gòu)成熟度、顆粒大小、填隙物含量等，對(duì)成巖作用類型、強(qiáng)度及演化起著重要作用，是造成儲(chǔ)層優(yōu)劣的內(nèi)因［8］。通過對(duì)研究區(qū)物性的分析可以看出，同為三角洲前緣沉積亞相的背景下，不同沉積微相的儲(chǔ)層物性有明顯的差異，水下分流河道微相儲(chǔ)層物性較好（圖10）。

圖10 永和地區(qū)山西組山二段沉積相與物性關(guān)系圖

4.2 顆粒粒度及石英含量

研究區(qū)儲(chǔ)層物性與砂巖粒徑有很好的正相關(guān)關(guān)系（表3），這個(gè)結(jié)果表明：研究區(qū)的儲(chǔ)集巖物性與砂巖顆粒粒度有密切關(guān)系，即中—粗粒砂巖物性最好，中—細(xì)粒砂巖物性中等，粉—細(xì)砂巖物性最差。

表3 永和地區(qū)山西組山二段不同粒徑儲(chǔ)層孔隙度和滲透率

圖11 永和地區(qū)山西組山二段石英含量與物性關(guān)系圖

儲(chǔ)集層物性的好壞與石英含量也有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系（圖11），當(dāng)石英質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于70%時(shí)，儲(chǔ)層的物性明顯變好。這是因?yàn)椴煌M分的巖石抵抗壓實(shí)作用能力不同，本區(qū)山二段儲(chǔ)層的砂體埋深作用較大，埋深時(shí)間較長(zhǎng)，成巖演化階段高，經(jīng)歷了強(qiáng)烈的壓實(shí)－壓溶作用的改造［9］，石英抵抗壓實(shí)能力強(qiáng)，有利于原生孔隙的保存和次生孔隙的生成，因而物性較好。

4.3 成巖作用

根據(jù)普通薄片、鑄體薄片及掃描電鏡鏡下觀察和統(tǒng)計(jì)，通過成巖礦物顆粒間的關(guān)系和成巖礦物的分布特征以及巖石、成巖礦物顆粒間的接觸關(guān)系綜合分析得出，對(duì)本區(qū)儲(chǔ)集層物性影響較大的成巖作用有壓實(shí)—壓溶作用、膠結(jié)作用、溶蝕作用、高嶺石化作用。薄片統(tǒng)計(jì)表明:儲(chǔ)集層因壓實(shí)—壓溶作用減少的原生孔隙度為15%～23%,方解石、鐵方解石、鐵白云石3種膠結(jié)作用使孔隙度損失8%～16%，溶蝕作用使孔隙度增加3%～8%，高嶺石化對(duì)儲(chǔ)層具有一定的建設(shè)作用。

5.結(jié)論

（1）鄂東永和地區(qū)山西組山二段碎屑巖儲(chǔ)集層主要發(fā)育三角洲前緣水下分流河道砂體，以中—粗粒、粗粒巖屑砂巖、巖屑石英砂巖為主，成巖作用整體較強(qiáng)。

（2）鄂東永和地區(qū)山西組山二段碎屑巖儲(chǔ)集層砂巖孔隙結(jié)構(gòu)總體較差，屬于常規(guī)儲(chǔ)層中典型的特低孔、低滲致密性砂巖儲(chǔ)層，局部發(fā)育中—低孔、中滲儲(chǔ)層。

（3）根據(jù)儲(chǔ)層孔隙度、滲透率、儲(chǔ)集空間類型、壓汞參數(shù)等，把研究區(qū)山西組山二段儲(chǔ)層劃分為3類。研究區(qū)西北方向發(fā)育Ⅰ類和Ⅱ類儲(chǔ)層的水下分流河道微相為下一步勘探的首選目標(biāo)。

（4）儲(chǔ)集層的影響因素主要為儲(chǔ)集巖沉積相、儲(chǔ)集巖碎屑的石英含量及粒度大小和成巖作用。沉積相對(duì)儲(chǔ)層分布優(yōu)劣起控制作用；石英含量及粒度大小決定了儲(chǔ)層物性；成巖作用對(duì)儲(chǔ)層進(jìn)行改造：壓實(shí)、壓溶作用和膠結(jié)作用是孔隙度減小的主要因素，溶蝕作用和長(zhǎng)石高嶺石化對(duì)儲(chǔ)層具有建設(shè)作用。

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