蘇里格氣田南部地區(qū)盒8段氣藏儲層特征及主控因素研究*

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，蘇里格南部地區(qū)也是蘇里格氣田主力儲層向南的延伸區(qū)，發(fā)育著與蘇里格氣田類似的儲集層。儲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層物性嚴(yán)格控制著氣藏的分布，尋找高滲透性砂巖儲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，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)巖抗壓實強(qiáng)度極低，易被壓實，對儲集層物性影響嚴(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 儲集空間類型

(1) 儲集空間以孔隙為主，裂縫只占儲集空間的極少部分

巖石薄片、鑄體薄片及掃描電鏡分析表明，盒8段砂巖儲層的主要儲集空間是孔隙，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，是孔隙型儲集層的重要特征。同時，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—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。

鑄體薄片的儲層孔隙分析表明，盒8段的儲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)

儲集層的孔隙結(jié)構(gòu)特征是指儲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，喉道是連通兩個孔隙的狹窄通道，對儲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)砂巖由于壓實作用強(qiáng)烈，儲層以彎片狀喉道和管束狀喉道為主，其次為片狀喉道。統(tǒng)計結(jié)果(表1)顯示，蘇里格南部地區(qū)盒8上段砂巖儲集層的主要孔隙結(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)計表

4 影響儲層的控制因素分析

4.1 沉積條件對儲集性能的影響

沉積環(huán)境是影響儲層儲集性能的地質(zhì)基礎(chǔ)，不同沉積微相中砂巖儲集性能之間存在明顯差異[6]，同時由沉積微相的變化形成分布于各個側(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 成巖作用對儲集物性的影響

(1) 壓實作用對儲層物性的影響

壓實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下段儲層壓實作用的主要表現(xiàn)為云母、巖屑顆粒的壓實彎曲雜基化，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)，是儲層原生孔隙減少的主要原因之一。

(3)溶蝕作用對儲層物性的影響

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層的物性。

5 結(jié)論

(1)蘇里格南部地區(qū)盒8儲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?？紫督M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)境是影響儲層儲集性能的地質(zhì)基礎(chǔ)，辮狀河三角洲前緣相砂體中，水下分流河道、河口壩儲集物性較好，砂巖粒度的大小與儲層物性存在明顯的正相關(guān)性；壓實作用、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，壓實作用和碳酸鹽礦物膠結(jié)作用對儲集砂巖儲層致密化影響較大，溶解作用和早期綠泥石環(huán)邊有利于砂巖儲集性能的改善。因此，對砂巖儲集層特征及控制因素進(jìn)行深入研究，為認(rèn)識氣藏的空間分布規(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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