劉陽, 劉彥成, 林利明, 周能武, 王子軼, 盧雙舫*, 喬露

(1.中國石油大學(xué)(華東)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院, 青島 266580; 2.中國石油大學(xué)(華東)深層油氣重點實驗室, 青島 266580;3.中聯(lián)煤層氣有限責(zé)任公司, 北京 100016; 4.東北石油大學(xué)三亞海洋油氣研究院, 三亞 572025;5.東北石油大學(xué)陸相頁巖油氣成藏及高效開發(fā)教育部重點實驗室, 大慶 163318)

致密砂巖儲層常經(jīng)歷較強壓實和膠結(jié)成巖過程,使其納-微米級孔隙十分發(fā)育,孔隙網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜且非均質(zhì)。而儲層質(zhì)量則是沉積與成巖相互作用的產(chǎn)物,初始孔隙度與孔隙結(jié)構(gòu)由原始沉積物確定[1-4],埋藏階段受到壓實作用,孔隙變小,后期化學(xué)成巖反應(yīng)生成沉淀物及溶解物,使孔隙尺寸發(fā)生變化[5-7]。研究表明,成巖作用在儲層改造中所起的作用可分為兩個方面:建設(shè)性成巖作用(溶蝕作用、綠泥石薄膜)和破壞性成巖作用(壓實、壓溶和膠結(jié)等)。

成巖作用的研究揭示了儲層的形成演化過程,但在致密砂巖氣甜點評價中,更關(guān)心什么樣的巖石能作為天然氣的儲層,即致密砂巖氣的成儲機理。針對成儲機理的研究,前人主要采用水膜厚度法、充注孔喉下限法、試氣產(chǎn)能數(shù)據(jù)和力學(xué)平衡法進行了大量的探究,但整體可分為兩類:①依據(jù)致密砂巖氣試氣產(chǎn)能與儲層質(zhì)量的關(guān)系厘定工業(yè)下限;②應(yīng)用流體流動的規(guī)律厘定下限,即水膜厚度法、充注動力法及試氣產(chǎn)能法[8-12]。

對于鄂爾多斯盆地臨興-神府區(qū)域上古生界密砂巖氣藏,前人已經(jīng)開展了烴源巖、沉積相、儲層表征、成巖作用和物源供給等方面的工作[13-17]。但對儲層的研究中,亟需解決兩個問題:一是認識儲層的成儲界限,建立一套分級評價標準;二是理清成巖與成儲的關(guān)系,即什么樣的巖石經(jīng)歷何種成巖演化過程形成什么級別的儲層。關(guān)于致密砂巖的分級評價,有如下兩種方法:①利用沉積相和成巖相等手段進行定性評價[18-22];②采用微觀孔隙結(jié)構(gòu)表征,篩選對儲集層影響較大的參數(shù),以確立分級評價標準[23-25]。

前人已在成巖作用對儲層的影響,以及成儲界限及分級評價方面均做出研究,但對于巖心經(jīng)過什么樣的成巖作用可以成儲缺乏一定的研究。鑒于此,以致密砂巖儲層物性、孔喉結(jié)構(gòu)和產(chǎn)能等數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),用水膜厚度法[11]、充注動力法、試氣產(chǎn)能資料明確致密砂巖氣的理論下限、成藏下限、有效滲流下限,用力學(xué)平衡法確測定致密上限[12]。結(jié)合高壓壓汞對孔隙結(jié)構(gòu)的表征,建立研究區(qū)致密儲層的分級評價標準。通過鏡下鑄體薄片,分析不同成巖作用對儲層改造的影響, 探究研究區(qū)致密砂巖成巖作用與成儲的關(guān)系。

1 地質(zhì)概況

臨興-神府區(qū)塊地跨鄂爾多斯盆地伊陜斜坡東北部和晉西撓褶帶北段,面積5 618.7 km2。目前,在上古生界[本溪組(C2b)、太原組(P1t)、山西組(P1s)、石盒子組(P2sh)以及石千峰組(P3s)]均發(fā)現(xiàn)了致密氣層(圖1),并獲得了多口高產(chǎn)工業(yè)氣井[26-27]。研究區(qū)內(nèi)致密砂巖儲層的巖石類型主要為長石巖屑砂巖,巖屑砂巖次之,巖屑長石砂巖在研究區(qū)不太發(fā)育[26-27]。研究區(qū)致密砂巖孔隙度范圍為0～20%,主要集中在6%～10%,滲透率主要集中在0.1～1 mD[26-27]。

GR為自然伽馬;SP為自然電位測井曲線;AC為聲波測井曲線;DEN為密度測井曲線;S1～S9、LD-1～LD-8、L-4～L-16為已鉆探的天然氣井名圖1 臨興-神府氣田區(qū)域圖及上古生界地層柱狀圖(改自文獻[26-27])Fig.1 Linxing-Shenfu gas field regional map and Upper Paleozoic stratigraphic column chart (revised from ref. [26-27])

2 成巖作用及成巖相的劃分

2.1 成巖作用

2.1.1 壓實作用

通過對研究區(qū)巖芯鏡下觀察發(fā)現(xiàn),壓實作用使得碎屑組分接觸緊密,是造成研究區(qū)粒間孔減小,儲層致密的主要因素。壓實作用所表現(xiàn)出的成巖現(xiàn)象主要是碎屑顆粒的定向排列,顆粒間線接觸為主,局部地區(qū)為線-凹凸接觸[圖2(a)、圖2(b)];塑性雜基和云母在壓實作用下發(fā)生彎曲變形[圖2(c)]。

圖2 臨興-神府區(qū)域上古生界致密砂巖成巖特征Fig.2 Diagenetic characteristics of tight sandstone in Upper Paleozoic in Linxing-Shenfu area

2.1.2 膠結(jié)作用

根據(jù)鏡下成巖作用產(chǎn)生礦物觀察與分析,研究區(qū)膠結(jié)作用有碳酸鹽巖膠結(jié)作用、黏土礦物與硅質(zhì)膠結(jié),主要以如下兩種為主。

(1)碳酸鹽膠結(jié)。碳酸鹽膠結(jié)物在研究區(qū)內(nèi)致密砂巖膠結(jié)物含量最多,是造成儲層致密的重要原因之一。其含量為0～59.4%(平均約為5.79%),鐵方解石的含量在0～36%(平均約為1.76%),鐵白云石的含量為0～32%(平均約為1.45%),菱鐵礦的含量在0～26%(平均約為1.43%),白云石的含量在0～36%(平均約為0.78%),方解石的含量在0～40%(平均約為0.37%)。用偏光顯微鏡對染色后的鑄體薄片進行觀察,方解石鏡下為橙紅色或者紫紅色,鐵方解石紫色,白云石為白色,鐵白云石顏色為淡藍或藍色,菱鐵礦為褐色。方解石多以鑲晶式賦存,局部存在孔隙式膠結(jié)。鐵方解石主要以交代其他礦物的方式賦存[圖2(d)]。白云石以孔隙式膠結(jié)充填粒間孔。鐵白云石的賦存形態(tài)以交代白云石和其他碎屑礦物為主[圖2(e)]。菱鐵礦大多以團簇狀或者條帶狀充填在孔隙和縫隙內(nèi)[圖2(f)]。

(2)自生黏土礦物膠結(jié)。分析掃描電鏡及X-衍射測試結(jié)果,自生黏土礦物在研究區(qū)內(nèi)廣泛發(fā)育,但兩地區(qū)仍有不同,臨興地區(qū)的綠泥石含量最高,高嶺石次之,伊利石與伊蒙混層最少;神府區(qū)域主要發(fā)育伊利石,高嶺石次之,綠泥石和伊蒙混層相對不發(fā)育。研究區(qū)伊利石在掃描電鏡下觀察多呈纖維狀和絲片狀,一般與其他自生礦物共生,研究區(qū)內(nèi)的伊利石大部分是由高嶺石轉(zhuǎn)化來的,且以絲片狀賦存[圖3(b)、圖3(c)]。偏光顯微鏡下,高嶺石常發(fā)育于長石溶蝕發(fā)育附近,呈米粒狀充填粒間孔[圖2(h)];掃描電鏡觀下高嶺石多呈書頁狀和鱗片狀發(fā)育[圖3(b)、圖3(d)]。偏光顯微鏡下,綠泥石多以膜狀包裹碎屑顆粒的形式賦存[圖2(i)];掃描電鏡下綠泥石主要以針葉片狀賦存[圖3(e)]。伊蒙混層多以蜂窩狀賦存[圖3(f)]。

圖3 臨興-神府區(qū)域上古生界致密砂巖掃描電鏡下成巖特征Fig.3 Diagenetic characteristics of Upper Paleozoic tight sandstones in Linxing-Shenfu area under SEM

(3)硅質(zhì)膠結(jié)。對鑄體薄片進行單偏光顯微鏡下及掃描電鏡分析,研究區(qū)內(nèi)硅質(zhì)膠結(jié)主要表現(xiàn)為石英次生加大邊和自生微晶石英等形態(tài)[圖2(g)、圖3(a)]。石英次生加大邊發(fā)育在石英顆粒邊緣,與石英碎屑分界清晰,少量樣品見Ⅱ期石英次生加大。在掃描電鏡下可觀察到石英微晶呈六方柱狀[圖3(a)],自形程度較好。研究區(qū)內(nèi)硅質(zhì)膠結(jié)成因分兩類:長石溶蝕及蒙脫石伊利石化供給的硅質(zhì);黏土礦物的相互轉(zhuǎn)化為硅質(zhì)膠結(jié)提供了游離硅。

2.1.3 溶蝕作用

研究區(qū)長石溶蝕現(xiàn)象普遍,且溶蝕程度較為強烈。長石的溶蝕沿解理發(fā)生,多見長石粒內(nèi)溶蝕,形成粒內(nèi)溶孔[圖2(h)],少見鑄模孔。長石的溶蝕形成了孔徑較大的孔隙,為致密砂巖儲集層提供了有利的空間。長石溶蝕孔內(nèi)或附近多發(fā)育高嶺石及綠泥石等自生礦物[圖2(h)、圖2(i)]。

2.2 成巖階段及成巖演化序列

2.2.1 成巖階段

通過對成巖作用和自生礦物生成次序分析,參考石油天然氣碎屑巖成巖作用階段劃分準則,研究區(qū)的上古生界儲層已經(jīng)歷了早成巖階段,現(xiàn)處于中成巖A-B期(圖4)。

Ro為鏡質(zhì)體反射率,表示有機質(zhì)的成熟度,單位為%圖4 臨興-神府區(qū)域上古生界致密砂巖成巖階段及演化序列Fig.4 Diagenetic stage and evolutionary sequence of tight sandstone of Upper Paleozoic in Linxing-Shenfu area

(1)早成巖階段A期。此階段古地溫低于65 ℃,有機質(zhì)成熟度較低。該階段主要受機械壓實作用影響,碎屑顆粒呈定向排列狀態(tài),壓實作用導(dǎo)致云母變形,碎屑顆粒受到早期綠泥石的包裹,此時黏土礦物主要為蒙皂石,一些黏土開始蝕變并轉(zhuǎn)變?yōu)榛鞂羽ね?砂巖孔隙類型主要為粒間孔。

(2)早成巖階段B期。此階段古地溫在65 ～85 ℃,有機質(zhì)半成熟。該階段除了壓實作用及早期綠泥石的環(huán)邊膠結(jié)作用外,還出現(xiàn)了一些石英加大邊,黏土礦物轉(zhuǎn)變?yōu)橐?蒙混層黏,孔隙類型是原生粒間孔或者殘余粒間孔。

(3)中成巖階段A期。此階段可分為A1和A2兩期,兩期的差異主要在古地溫和有機質(zhì)的成熟度,A1期古地溫在85～120 ℃,A2期古地溫在120～140 ℃,A1～A2期有機質(zhì)更加成熟度。此階段伊/蒙混層由部分有序混層過渡到完全有序混層,并出現(xiàn)了片狀的自生綠泥石及片狀的自生伊利石?？紫额愋统艘恍┍Ａ舻脑ｉg孔外,還可見次生孔隙。研究區(qū)內(nèi)上石盒子組、下石盒子組、山西組和少部分地區(qū)太原組屬于該成巖階段。

(4)中成巖階段B期。此階段的古地溫介于140～175 ℃,有機質(zhì)為高成熟。該階段干酪根在演化過程中脫羧,產(chǎn)生的有機酸溶解了長石和碳酸鹽膠結(jié)物,產(chǎn)生次生溶孔。黏土礦物以片絮狀伊利石和和片絲狀伊/蒙混層為主,研究區(qū)內(nèi)太原組、本溪組和局部地區(qū)山西組處于該成巖階段。

2.2.2 成巖序列

通過偏光顯微鏡觀察,雖無法準確判斷成巖作用的起止時間,但可通過對各成巖作用產(chǎn)物及其互切關(guān)系進行觀察和,可對成巖作用順序進行判斷。研究區(qū)致密砂巖的成巖序列為:機械壓實-黏土礦物膠結(jié)-方解石膠結(jié)-石英Ⅰ期加大(綠泥石薄膜)-溶蝕作用-石英Ⅱ期加大-自生高嶺石-伊利石膠結(jié)-鐵方解石膠結(jié)-鐵白云石膠結(jié)-碳酸鹽巖溶蝕-石英溶蝕。其判別依據(jù)為:黏土礦物先附著與碎屑顆粒表面,其次早期方解石以連晶狀充填與原生粒間孔中,表明黏土礦物膠結(jié)早與方解石形成;在綠泥石薄膜發(fā)育區(qū)域少見石英加大邊,反之,綠泥石薄膜亦很少出現(xiàn)在石英加大邊發(fā)育地區(qū),所以在鏡下對兩者形成順序很難判定;長石溶蝕區(qū)域周邊,高嶺石通常較發(fā)育,且少見高嶺石晶間孔被鐵方解石充填,該現(xiàn)象揭示了,長石溶蝕作用早于高嶺石形成,高嶺石較鐵方解石形成早;掃描電鏡觀察到高嶺石向伊利石轉(zhuǎn)化,表明高嶺石的形成早于伊利石;研究區(qū)內(nèi)方解石被鐵方解石交代,表明鐵方解石晚于方解石形成。

2.3 成巖相的劃分

鏡下觀察的成巖作用產(chǎn)物同原始沉積時期的礦物和成巖環(huán)境有關(guān)。綜合前人在研究區(qū)內(nèi)沉積相以及物源供給等方面的研究[28],研究區(qū)內(nèi)致密砂巖成巖相可歸納為五類:綠泥石包裹相、溶蝕相、石英膠結(jié)相、混合膠結(jié)相、致密相,如圖5所示。

圖5 臨興-神府區(qū)域上古生界致密砂巖儲層成巖相Fig.5 Diagenetic facies of tight sandstone reservoir of Upper Paleozoic in Linxing-Shenfu region

綠泥石包裹相、溶蝕相和石英膠結(jié)相在早期沉積時的雜基含量少(<5%),但在成巖過程中有著較大的區(qū)別。綠泥石包裹相經(jīng)歷早期壓實作用后,碎屑顆粒被綠泥石膜包裹,石英次生加大不易生成,孔隙類型以原生粒間孔、溶蝕孔和高嶺石晶間孔為主;溶蝕相中存在石英次生加大現(xiàn)象,而長石顆粒的溶蝕提高了儲層質(zhì)量,孔隙類型以溶蝕孔和黏土礦物晶間孔為主。石英膠結(jié)相的雜基和其他膠結(jié)物含量低,但石英次生加大的程度較大石英的含量多,加之酸性流體不能溶蝕石英顆粒,因此溶蝕作用對該類成巖相的儲層改善不明顯,孔隙類型為殘余粒間孔及少量黏土礦物晶間孔?；旌夏z結(jié)相在原始沉積時期有較高的雜基含量(5%～15%)石英次生加大和晚期碳酸鹽巖膠結(jié)持續(xù)破環(huán)儲層質(zhì)量,溶蝕作用對儲層的改善能力較弱,孔隙類型為黏土礦物晶間孔及少量溶蝕孔。致密相儲層巖石粒度細,在沉積時雜基含量多(>15%),早期的壓實作用已經(jīng)使得儲層流通性變差,阻礙了成巖作用的水巖反應(yīng),鏡下的特征以黏土礦物為主,偶見碳酸鹽巖膠結(jié)物,孔隙幾乎不發(fā)育。

3 成儲界限及分級評價

3.1 成儲界限

常規(guī)天然氣藏形成過程中,在浮力的作用下形成統(tǒng)一的氣水界面,但致密砂巖氣藏形成于源儲壓差。為了找到致密砂巖氣藏有利區(qū)帶,應(yīng)厘清研究區(qū)的成儲界限。關(guān)于確定成儲界限,有許多學(xué)者從不同的地質(zhì)意義對于致密砂巖儲層進行了成儲界限的劃分。在本次研究中,將用水膜厚度法[11]、充注動力法[12]、試氣產(chǎn)能法以及浮力平衡法[12]分對研究區(qū)的理論下限、成藏下限、有效滲流下限和致密上限進行劃分。

上述方法中的關(guān)鍵參數(shù)是潤濕角、生烴增壓的壓力、地層壓力、孔喉比和地層傾角。研究區(qū)儲層的潤濕角范圍主要在10°～40°,平均值為20°。主要成藏時期地層壓力均值為40 MPa,生烴增壓在6～26 MPa,平均增壓18 MPa[29],對應(yīng)的界面張力為0.025 N/m[30],平均孔喉比為160[15],地層平均傾角為5°[31]。

通過上述的方法,根據(jù)實際的地層參數(shù),計算了不同界限的臨界孔喉半徑(圖6)。為便于在研究區(qū)應(yīng)用推廣,將孔喉半徑轉(zhuǎn)換為孔隙度和滲透率。研究區(qū)致密砂巖理論下限的孔喉半徑為0.002 2 μm,對應(yīng)的滲透率為0.001 mD,孔隙度下限為1.5%;成藏下限孔喉半徑為0.005 2 μm,對應(yīng)的滲透率為0.003 mD,孔隙度為2.5%;有效滲流下限的常規(guī)孔隙度為6%,滲透率為0.1 mD;致密上限孔喉半徑為0.4 μm,對應(yīng)的滲透率為0.4 mD,孔隙度為12%(圖7)。

圖6 臨興-神府區(qū)域上古生界致密砂巖氣儲層成儲界限Fig.6 Formation limits of tight sandstone gas reservoirs in the Upper Paleozoic in Linxing-Shenfu area

圖7 臨興-神府區(qū)域上古生界致密砂巖氣儲層成儲界限Fig.7 Schematic diagram of storage boundary division of tight sandstone of Upper Paleozoic in Linxing-Shenfu area

3.2 分級評價標準

天然氣能否在致密砂巖儲層中成藏,主要由源儲壓差和儲層自身的孔隙結(jié)構(gòu)決定。因此,研究區(qū)分級評價標準可根據(jù)孔隙結(jié)構(gòu)的差異來建立。采用高壓壓汞實驗表征了研究區(qū)內(nèi)致密砂巖孔隙結(jié)構(gòu),采用聚類分析致密砂巖儲層可分為四類(圖8)。隨主峰孔徑及孔隙度分量的減小,儲層級別越低,儲層越致密。為方便在實際地質(zhì)應(yīng)用中進行推廣,因此將高壓壓汞實驗的孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)轉(zhuǎn)換成可地質(zhì)條件下預(yù)測的孔隙度和滲透率物性。

圖8 臨興-神府區(qū)域上古生界不同儲層孔隙結(jié)構(gòu)差異Fig.8 Pore structure differences of different Upper Paleozoic reservoirs in Linxing-Shenfu area

從孔隙結(jié)構(gòu)表征的結(jié)果來看,研究區(qū)的致密砂巖儲層分級評價標準為(圖9):常規(guī)儲層:孔隙度>12%,滲透率>0.4 mD;Ⅰ級致密儲層:孔隙度>9%,滲透率>0.2 mD;Ⅱ級致密儲層:孔隙度>6%,滲透率>0.1 mD;Ⅲ級致密儲層:孔隙度>2.5%,滲透率>0.003 mD。通過分析分級評價和成儲界限的結(jié)果發(fā)現(xiàn)(表1),常規(guī)儲層和Ⅰ級致密儲層存在致密上限;Ⅱ級致密儲層和Ⅲ級致密儲層存在有效滲流下限;Ⅲ級致密儲層下限對應(yīng)成藏下限。

表1 鄂爾多斯盆地臨興-神府地區(qū)上古生界致密砂巖氣成儲界限及分級評價Table 1 Storage limits and grading evaluation of Upper Paleozoic tight sandstone gas in Linxing-Shenfu area, Ordos Basin

圖9 臨興-神府區(qū)域上古生界儲層物性分級Fig.9 Physical property classification of Upper Paleozoic reservoirs in Linxing-Shenfu area

4 成巖作用與成儲的關(guān)系

根據(jù)不同類型儲層成巖相統(tǒng)計結(jié)果,研究區(qū)內(nèi)常規(guī)儲層主要發(fā)育綠泥石包裹相和溶蝕相;Ⅰ級致密儲層以溶蝕相為主,其次為混合膠結(jié),局部發(fā)育有少量硅質(zhì)膠結(jié)相;Ⅱ級致密儲層以溶蝕相和混合膠結(jié)相為主,致密相次之;Ⅲ級致密級儲層主要為混合膠結(jié)相合和致密相,硅質(zhì)膠結(jié)相次之,溶蝕相最少(圖10)。

圖10 臨興-神府區(qū)域上古生界不同級別儲層成巖相占比Fig.10 Diagenetic facies proportion of different levels of Upper Paleozoic reservoirs in Linxing-Shenfu area

可以看出,儲層類型及其能否成藏受到成巖作用影響。成巖作用的差異造成了儲層孔隙結(jié)構(gòu)差異,從而影響了儲層質(zhì)量。由此還可知,研究區(qū)成巖相從優(yōu)至劣依次可分為:綠泥石包裹相>溶蝕相>硅質(zhì)膠結(jié)相(混合膠結(jié)相)>致密相。造成此現(xiàn)象的原因為,綠泥石薄膜的發(fā)育可以抑制了石英次生加大,有利于原生孔隙的保存,原生粒間孔由較大的孔喉連接,對滲透率的貢獻大,因此儲層質(zhì)量較好。綠泥石成巖相與別的成巖相最大的區(qū)別在于原生粒間孔的損失,孔隙類型以長石溶孔和黏土礦物晶間孔為主。隨著儲層級別下降,致密儲層中碎屑黏土雜基和云母等塑性礦物含量升高,碎屑顆粒粒度和石英等剛性顆粒的含量下降,受壓實作用影響增強,加之各類膠結(jié)作用,主導(dǎo)孔隙系統(tǒng)的孔隙類型由尺寸較大的粒間溶孔轉(zhuǎn)變?yōu)榱?nèi)溶孔和黏土礦物晶間孔,因此物性逐漸變差。

5 儲層預(yù)測

由于無法對研究區(qū)每口井全段取芯來刻畫儲層。但是測井資料是比較豐富的,所以,可從根據(jù)不同成巖相的測井響應(yīng)特征對儲層進行定性的評價[32-34]。通過實測孔隙度與測井曲線的關(guān)系對儲層進行定量化的評價。

5.1 成巖相預(yù)測

通過建立測井曲線與成巖相的對應(yīng)關(guān)系,從各類測井曲線的參數(shù)交會圖上可很好地區(qū)分各成巖相(圖11),并依此建立了研究區(qū)各成巖相的測井識別(表2)。不同成巖相在測井曲線上的響應(yīng)存在一定的差異,整體來看,聲波時差測井與密度測井在不同成巖相帶中具有相對較大響應(yīng),自然伽馬次之。綠泥石包裹相具有聲波時差大,密度小等測井響應(yīng)特點,其自然伽馬響應(yīng)值略高于溶蝕相及石英響應(yīng)具有聲波時差大,密度小等特點;石英膠結(jié)相孔隙結(jié)構(gòu)稍遜于前面兩種成巖相,所以它在測井響應(yīng)特征中聲波時差小,密度高;混合膠結(jié)相因膠結(jié)程度較強,所以它的測井響應(yīng)是聲波時差很小,密度很高、自然伽馬更大;致密相因為孔隙結(jié)構(gòu)較差,它的測井響應(yīng)具有聲波時差低,密度高,自然伽馬高等特點[32-34]。通過對不同成巖相測井曲線的響應(yīng)特征進行歸納,進行單井成巖相測井識別,與鏡下觀察結(jié)果高度吻合。

表2 鄂爾多斯盆地臨興-神府地區(qū)上古生界致密砂巖儲層成巖相測井響應(yīng)特征Table 2 Diagenetic facies logging response characteristics of Upper Paleozoic tight sandstone reservoirs in Linxing-Shenfu area, Ordos Basin

CNAF為補償中子測井值;M2R3為陣列感應(yīng)電阻率圖11 臨興-神府區(qū)域上古生界不同成巖相測井參數(shù)交會圖Fig.11 Intersection of logging parameters of different diagenetic facies in the Upper Paleozoic in Linxing-Shenfu area

5.2 儲層級別預(yù)測

在以小樣本為對象進行分類時,最小二乘支持向量機(least square support vector machine,LS-SVM)的優(yōu)點是調(diào)節(jié)參數(shù)較少,運算速度較高[35-36]。采用LS-SVM法,利用自然伽馬、密度和中子等測井曲線對研究區(qū)致密砂巖進行了孔隙度的預(yù)測,預(yù)測孔隙度與實測孔隙度具有較好的相關(guān)性(圖12)。

以研究區(qū)LD-2井太二段和LD-8井盒二段為例(圖13),通過建立的分級評價標準對該井儲集層進行分級,結(jié)果顯示,LD-2井近源處太二段致密砂巖儲層為常規(guī)儲層和Ⅰ級致密儲層,成巖相以綠泥石包裹相和溶蝕相為主,該段壓裂后產(chǎn)能3 000 m3/d;LD-8井遠源處盒二段致密砂巖整體以常規(guī)儲層為主,底部為Ⅰ級致密儲層和Ⅱ級致密儲層,成巖相以綠泥石包裹相和溶蝕相為主,局部夾層中發(fā)育混合膠結(jié)相,該段壓裂后在中部儲層質(zhì)量最好處產(chǎn)能70 000 m3/d,頂部和底部為干層。以上成巖相和分級評價結(jié)果與試氣結(jié)果的關(guān)系說明儲集層有利區(qū)可能為致密砂巖氣高產(chǎn)區(qū)。致密砂巖氣生產(chǎn)還受儲集層含氣飽和度的控制,但開展成儲界限劃分工作,對儲集層進行分級評價,篩選優(yōu)質(zhì)儲集層,是致密砂巖氣得以開發(fā)的先決條件。

圖13 成巖相和儲層級別與產(chǎn)能的關(guān)系Fig.13 Relationship between diagenetic facies, reservoir class and productivity

6 結(jié)論

(1)鄂爾多斯盆地臨興-神府地區(qū)上古生界致密砂巖儲層經(jīng)歷了不同的成巖演化過程。通過對巖心鏡下成巖作用、自生礦物及成巖演化的分析,研究區(qū)現(xiàn)今成巖階段處于中成巖A-B期。根據(jù)成巖特征將致密儲層類型劃分為:綠泥石包裹相、溶蝕相、石英膠結(jié)相、混合膠結(jié)相和致密相。

(2)采用水膜厚度法、充注動力法、試氣產(chǎn)能法和力學(xué)平衡法確定了研究區(qū)內(nèi)致密砂巖成儲界限。理論下限為:孔喉半徑0.002 2 μm,滲透率0.001 mD,孔隙度1.5%;成藏下限為:孔喉半徑0.005 2 μm,滲透率0.003 mD,孔隙度2.5%;有效滲流下限為:滲透率0.1 mD,孔隙度為 6%;致密上限為:孔喉半徑0.4 μm,滲透率0.4 mD,孔隙度12%。結(jié)合對儲層微觀孔隙結(jié)構(gòu)的表征,通過聚類分析確定儲層分級界限,常規(guī)儲層:孔隙度>12%,滲透率>0.4 mD;Ⅰ級致密儲層:孔隙度>9%,滲透率>0.2 mD;Ⅱ級致密儲層:孔隙度>6%,滲透率>0.1 mD;Ⅲ級致密儲層:孔隙度>2.5%,滲透率>0.003 mD。對兩者的關(guān)聯(lián)分析發(fā)現(xiàn),常規(guī)儲層和Ⅰ級致密儲層對應(yīng)著致密上限;Ⅱ級致密儲層與Ⅲ級致密儲層對應(yīng)著有效滲流下限;Ⅲ級致密儲層下限對應(yīng)著成藏下限,低于Ⅲ級致密儲層為無效儲層。

(3)分析成巖相與成儲界限及分級評價的關(guān)系發(fā)現(xiàn),研究區(qū)內(nèi)常規(guī)儲層主要發(fā)育成巖相有綠泥石包裹相及溶蝕相;Ⅰ級致密儲層主要發(fā)育溶蝕相及混合膠結(jié)相,局部區(qū)域發(fā)育少量硅質(zhì)膠結(jié)相;Ⅱ級致密儲層主要發(fā)育溶蝕相和混合膠結(jié)相,致密相次之;Ⅲ級致密儲層主要發(fā)育混合膠結(jié)相和致密相為主,硅質(zhì)膠結(jié)相次之,溶蝕相最少。這一結(jié)果表明:研究區(qū)內(nèi)優(yōu)勢成巖相是綠泥石包裹相及溶蝕相,其次為混合膠結(jié)相和石英膠結(jié)相,致密相最差。

(4)研究區(qū)的實際應(yīng)用結(jié)果顯示,發(fā)育綠泥石包裹相和溶蝕相的常規(guī)儲層和Ⅰ級致密儲層是致密砂巖氣的高產(chǎn)區(qū)。