致密低滲砂巖儲層質量控制因素研究
——以靖邊氣田盒8段為例

謝潤成，周 文，晏寧平 ，宋榮彩，趙安坤，王 辛

(1.西南石油大學 博士后科研流動站， 成都 610500；2.成都理工大學 能源學院，成都 610059；3.“油氣藏地質及開發(fā)工程”國家重點實驗室(成都理工大學)，成都 610059；4.中國石油 長慶油田分公司 采氣一廠，陜西 靖邊 718500)

靖邊氣田盒8段砂巖地層成藏條件優(yōu)越，具備良好的天然氣勘探前景[1-3]，是重要的產能接替層位。但該套地層巖石致密，物性較差。一般認為，沉積作用和成巖作用是控制油氣儲層物性的2個基本因素[4-7]，儲層物性的好壞最終取決于這2個因素之間的組合關系[8]。結合研究區(qū)勘探開發(fā)實際，筆者基于儲層基本特征分析，主要從成巖作用的角度探討研究區(qū)優(yōu)質儲層發(fā)育的控制因素。

1 儲層基本特征

盒8段縱向上劃分為盒8上段、盒8下段，主要由石英砂巖、巖屑石英砂巖和巖屑砂巖等3類巖石構成。其中，盒8上段砂巖儲層以巖屑砂巖為主，盒8下段砂巖儲層以巖屑砂巖和巖屑石英砂巖為主，石英砂巖次之。研究區(qū)上古生界約50%的地質儲量均分布在盒8下2段，該段為研究區(qū)上古生界的主要產氣層，其儲層巖性呈現(xiàn)出高巖屑石英砂巖含量、低巖屑砂巖含量的特征。

盒8段孔隙度平均值6.61%，分布范圍為0.7%～20.54%，主要分布區(qū)間為3%～12%，大于3%的占92.28%。滲透率平均值0.797×10-3μm2，分布在(0.002 7～400.5)×10-3μm2之間，主要分布范圍為(0.1～0.5)×10-3μm2，大于0.1×10-3μm2占73.96%。含水飽和度平均值68.05%，分布在2.87%～99.98%之間，主要分布區(qū)間為40%～90%?？紫抖群蜐B透率呈正相關趨勢，由于存在裂縫的影響，相關程度不高(圖1)。總體來看，盒8段砂巖儲層為低孔、特低滲致密儲層。

盒8段砂巖儲集空間主要為孔隙，包括剩余原生粒間孔、粒間溶孔、粒間溶蝕擴大孔、粒內溶孔及晶間孔，偶見未充填微裂縫，由此表明盒8段砂巖儲層為孔隙性儲層。壓汞實驗結果表明，Rc10(最大連通孔喉半徑)的分布范圍為0.057 3～1.624 μm，平均值0.619 1 μm；Rc50(平均孔喉半徑)的分布范圍為0.006～0.256 2 μm，平均值0.067 7 μm；大于0.1 μm孔喉體積百分數(shù)分布范圍為3.41%～77.38%，平均值34.09%；孔喉半徑的均值分布范圍為11.760 2～15.946 μm，平均值14.01 μm；分選系數(shù)分布范圍為1.363 7～3.237，平均值2.161 7；變異系數(shù)分布范圍為0.085 7～0.232 3，平均值0.156 6。整體上，盒8段砂巖儲層孔隙結構較差。

圖1 靖邊氣田盒8段地層砂巖孔隙度—滲透率關系Fig.1 Relationship of sandstone permeability and porosity in He8 Formation of the Jingbian Gas Field

2 成巖作用對儲集性能的控制作用

儲層的發(fā)育一般受控于沉積作用和成巖作用[4-7]。沉積對儲層的控制作用主要表現(xiàn)在對儲層空間分布的控制，沉積微相類型直接控制了砂體分布。由于不同的沉積微相類型具有不同的水動力條件，由此所沉積的砂體在巖相組成、厚度、內部非均質性、巖石碎屑成分組成、泥質含量、巖石粒度及分選等多方面也各不相同，所以不同沉積砂體就具有不同的孔隙度和滲透率[6]。依據(jù)研究區(qū)沉積微相研究及巖心物性測試結果統(tǒng)計(表1)，表明不同沉積砂體其物性差別不大，即沉積微相對儲層物性的控制作用不明顯。

沉積物沉積之后，其孔隙空間的變化主要取決于沉積物所受成巖作用的類型和強度[6]。綜合研究盒8段砂巖成巖特征認為，控制研究區(qū)儲層發(fā)育的主要成巖作用有：機械壓實作用、膠結作用、溶蝕和蝕變作用等。

2.1 壓實作用

壓實作用的強弱一般與砂巖中碎屑顆粒的粒度、分選、剛性(或塑性)顆粒含量及砂體厚度等有關。單層厚度大、粒度粗、分選好、剛性顆粒含量高、泥質含量低的砂體，其壓實作用強度相對較小[6]。石英砂巖的顆粒組分中以石英類的剛性顆粒為主，機械壓實一般只在埋深小于2 000 m的一定井段很明顯，隨著埋深加大，則代之以壓溶作用為主。研究區(qū)純石英砂巖、石英砂巖中的碎屑顆粒大多以線接觸、凹凸接觸為主，少量樣品可見到縫合線接觸，埋深大的砂巖中石英顆粒還見到有細裂紋。

巖屑砂巖中易變形的軟顆粒組分較其它巖類多。在淡水、偏酸性水條件下，發(fā)生強烈蝕變和泥化，或者被溶解。泥化的顆粒受上覆重量而變形，易被壓實、重新排列，以致孔隙空間下降幅度大。加之巖屑中火山巖組分的水化作用以及蝕變，其中大量被泥化，使巖石更容易被強烈壓實，普遍見到的假雜基即是佐證。因此，可以認為機械壓實作用是破壞研究區(qū)砂巖儲層孔隙空間的主要成巖作用。王允誠(2000)計算認為壓實作用使研究區(qū)盒8段砂巖孔隙度損失了29%，屬于強壓實。

表1 靖邊氣田盒8段不同微相類型物性統(tǒng)計Table 1 The physical properties of variable microfacies in He8 Formation of the Jingbian Gas Field

2.2 膠結作用

膠結物的形成占據(jù)了孔隙空間，將使砂巖儲集物性變差。統(tǒng)計分析結果表明，隨著膠結物含量的增加，研究區(qū)盒8段砂巖孔隙度、滲透率均呈現(xiàn)下降的趨勢(圖2)。

由于不同的膠結物在形成時間及含量等方面的差異，其在砂巖的孔隙演化過程中所起的作用各異。如果膠結物的形成時間較早，則增強了砂巖的抗壓實能力，從而有利于砂巖原生孔隙的保存，當這種作用大于膠結物對孔隙空間的破壞作用時，則在整個孔隙演化過程中，這種膠結物反而有利于孔隙空間的保存[6]。研究區(qū)石英類膠結物以次生加大邊形式產出充填于孔隙中，減小了孔隙空間(照片A)，破壞了儲集性能。但是，從另一方面來說，石英類膠結物含量的多少可以反映溶蝕作用、蝕變作用的強弱，當石英膠結物含量較多時，破壞砂巖原生孔隙，但溶蝕、蝕變作用較強，則次生孔隙形成較多，由此又可改善砂巖的儲集性能。

研究區(qū)常見的碳酸鹽礦物有含鐵方解石、方解石和菱鐵礦。研究區(qū)盒8段發(fā)育少量鈣質砂巖，該砂巖為早期連晶方解石基底式膠結的砂巖，其方解石含量在20%以上(照片B)。由于形成于早成巖階段的方解石膠結物將極大地占據(jù)孔隙空間，而形成于晚成巖階段的方解石對砂巖孔隙空間則無破壞作用。研究區(qū)砂巖碳酸鹽含量一般小于10%，最高達60%。當碳酸鹽含量小于5.5%時，孔隙度、滲透率分布范圍較大，說明其對物性影響不大；當碳酸鹽含量大于5.5%時，隨著其含量的增加，砂巖的物性有明顯變差的趨勢(圖3)。

高嶺石對孔隙空間的影響也存在兩面性。如果高嶺石的形成是由于泥質雜基、泥板巖巖屑、千枚巖巖屑及云母等不穩(wěn)定組分在酸性介質作用下蝕變而成的，由于在蝕變過程中析出Na+,Mg2+等組分使體積減小，形成高嶺石晶間隙，從而使砂巖的孔隙度增大(照片C)，對儲集性能是起到積極作用的；如果為自生高嶺石，存在較大的生長空間，形成的晶間隙較大，這樣則會充填已形成的溶蝕孔隙，從而造成孔隙度降低，對儲集性能起負面作用。

圖2 靖邊氣田盒8段砂巖孔隙度、滲透率與膠結物含量關系Fig.2 Relationship of sandstone porosity, permeability and cements in He8 Formation of the Jingbian Gas Field

圖3 靖邊氣田盒8段砂巖孔隙度、滲透率與碳酸鹽含量關系Fig.3 Relationship of sandstone porosity, permeability and carbonate in He8 Formation of the Jingbian Gas Field

研究區(qū)顯微照片Microphotos of research area

綠泥石對孔隙度的影響機理與高嶺石相同。綠泥石一般以環(huán)邊形式產出，如果環(huán)邊綠泥石為第一世代膠結物，說明其形成于成巖早期。其在砂巖孔隙演化過程中的作用主要體現(xiàn)在以下兩方面：一方面增強了砂巖的抗壓實能力，利于原生孔隙的保存；而另一方面，綠泥石本身會占據(jù)砂巖的孔隙空間，使得儲集性能變差(照片D)。因此，膠結物對孔隙空間的影響存在兩方面性，而正是這兩方面對孔隙空間的相互作用，或許才使得膠結物與砂巖物性的關系變得模糊(圖2)。

2.3 溶蝕作用

在酸性水的作用下，長石、泥板巖巖屑等巖屑顆粒以及雜基中不穩(wěn)定組分會蝕變成高嶺石形成晶間隙，從而形成溶孔。研究區(qū)盒8段砂巖以次生孔隙為主，所以溶蝕、蝕變作用的強弱決定著砂巖儲集性能的好差。

薄片觀察結果表明，盒8段砂巖中廣泛存在鋁硅酸鹽礦物和碳酸鹽礦物溶解作用，包括巖屑中長石組分的溶解、長石碎屑顆粒的溶蝕、黑云母碎屑和部分雜基組分的溶解以及少量次生石英膠結物和碳酸鹽膠結物的溶解。長石溶蝕大多沿解理縫和破裂縫進行形成粒內溶孔，多伴生有高嶺石，大部分呈殘余狀，溶蝕程度強時，形成蜂窩狀溶孔和鑄?？?。中酸性噴出巖中的長石斑晶以及淺成巖中的長石組分溶蝕，形成巖屑內溶孔，這類孔隙由于數(shù)量少、孔徑小，對孔隙度貢獻小。雜基的溶蝕形成粒間溶蝕微孔等。上述各類溶蝕孔隙的連通對改善砂巖的孔滲性能具有重要作用(照片E,F)。

綜上所述，研究區(qū)盒8段砂巖儲層中所見到的長石均經歷了溶蝕作用，而溶蝕作用進行得越徹底，現(xiàn)今儲層中殘存的長石就少，相應表現(xiàn)為石英及其它不溶礦物相對含量就增加。因此，在盒8段4個小層中，若不考慮物源上的差別，盒8上1與盒8下2段，石英含量相對較高，溶蝕作用可能較強，儲層物性可能相對較好。這可能也正是其成為上古生界主力產氣層的重要原因。

3 結論

1)盒8段儲層砂巖主要由巖屑砂巖、石英砂巖及巖屑石英砂巖等3類巖石構成，主力產氣層盒8下2段儲層呈現(xiàn)出高巖屑石英砂巖含量、低巖屑砂巖含量的特征。盒8段平均孔隙度為6.61%，平均滲透率為0.797×10-3μm2，為低孔、特低滲致密儲層。由于存在裂縫的影響，孔隙度和滲透率正相關程度不高。儲集空間主要為孔隙，以次生孔隙為主?？紫督Y構較差。

2)沉積微相雖對儲層發(fā)育有一定影響，即砂巖碎屑成分、粒度、泥質含量、砂層厚度對儲層物性存在影響，沉積作用控制了儲層分布，但不同沉積微相沉積砂體物性總體差別不明顯

3)壓實作用是造成研究區(qū)盒8段砂巖孔隙度下降的主要因素，膠結作用對孔隙空間的影響存在兩面性，而溶蝕、蝕變作用是優(yōu)質儲層發(fā)育的控制因素。

參考文獻:

[1] 王文炯. 陜甘寧盆地中部大氣田成藏條件分析[J]. 斷塊油氣田,1995,2(1):10-15,28.

[2] 趙林,夏新宇,洪峰. 鄂爾多斯盆地中部氣田上古生界氣藏成藏機理[J]. 天然氣工業(yè),2000,20(2):17-21.

[3] 張曉莉. 鄂爾多斯盆地中部上古生界砂巖氣層沉積體系類型及特征[J]. 油氣地質與采收率,2005,12(4):43-45.

[4] 劉偉新,王延斌,張文濤,等. 鄂爾多斯大牛地氣田上古生界儲層成巖作用與產能關系研究[J]. 石油實驗地質,2008,30(6)：557-563.

[5] 王寶清. 川西—川西北地區(qū)上三疊統(tǒng)碎屑儲集巖成巖作用[J]. 石油實驗地質,2008,30(1)：69-74.

[6] 謝潤成,周文,鄧禮正,等. 鄂北上古生界砂巖儲層發(fā)育影響因素分析[J]. 特種油氣藏,2009,16(4)：41-44.

[7] 徐春華,王亞琳,楊貴麗. 渤海灣盆地濟陽坳陷冶里—亮甲山組層狀儲層成因及其影響因素[J]. 石油實驗地質,2009,31(4)：362-365.

[8] 張勝斌,王琪,李小燕,等. 川中南河包場須家河組砂巖沉積—成巖作用[J]. 石油學報,2009,30(2)：225-231.