鄂爾多斯盆地定邊－高橋地區(qū)盒八段儲(chǔ)層特征及控制因素分析

張輝，文彩霞，劉曉鵬，趙小會(huì)（中石油長(zhǎng)慶油田分公司勘探開發(fā)研究院 低滲透油氣田勘探開發(fā)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安710018）

鄂爾多斯盆地晚古生代地層分布廣，含氣層位多，具有豐富的天然氣資源潛力。前人對(duì)盆地北部地區(qū)上古生界儲(chǔ)層特征及控制因素、天然氣成藏條件等方面進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究［1～3］，但是主要集中在定邊以北的天然氣田富集區(qū)。研究區(qū)位于定邊以南至高橋地區(qū)，毗鄰蘇里格氣田，面積約3×104km2，據(jù)鉆探結(jié)果顯示，該區(qū)預(yù)計(jì)可獲得超過(guò)5000×108m3儲(chǔ)量規(guī)模。但研究區(qū)處于三角洲前緣亞相，其沉積過(guò)程受復(fù)雜的古水系和物源的控制，沉積相帶、儲(chǔ)層巖性、沉積特征等變化較大，砂體變化大，成巖作用類型多樣，儲(chǔ)層在縱、橫向非均質(zhì)性明顯，天然氣成藏控制因素復(fù)雜，主力氣層中二疊統(tǒng)石盒子組八段（P2sh8）砂體分布規(guī)律和優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層控制因素長(zhǎng)期缺乏系統(tǒng)的研究。因此，系統(tǒng)開展該區(qū)P2sh8儲(chǔ)層特征研究，深入分析優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層控制因素，對(duì)正確制定鄂爾多斯天然氣勘探部署方案具有重要意義。

1 儲(chǔ)層巖石學(xué)特征

據(jù)巖心觀察和薄片鑒定，研究區(qū)P2sh8儲(chǔ)層巖石類型以灰色、灰白色石英砂巖和巖屑石英砂巖為主。砂巖粒度普遍較粗，主要為粗砂巖，其次為中砂巖；分選中等，磨圓中等，多為次棱角狀－次圓狀；主要為顆粒支撐，顆粒間以線接觸為主。碎屑成分以石英、巖屑為主，盒八上亞段砂巖石英體積分?jǐn)?shù)介于55.8%～99.4%之間，長(zhǎng)石體積分?jǐn)?shù)小于9%，巖屑體積分?jǐn)?shù)介于0.6%～43.6%之間；盒八下亞段石英體積分?jǐn)?shù)介于57.1%～100%之間，長(zhǎng)石體積分?jǐn)?shù)小于1.7%，巖屑體積分?jǐn)?shù)介于0～42.9%之間。巖屑以石英巖、變質(zhì)砂巖及千枚巖等變質(zhì)巖巖屑為主，并含有火山物質(zhì)的混入。填隙物體積分?jǐn)?shù)介于4.5%～35%之間，主要為水云母、硅質(zhì)、高嶺石，并含有一定量的鐵方解石、綠泥石膜、方解石及綠泥石。填隙物組成具有分帶性，自西向東依次為：鐵方解石＋高嶺石＋硅質(zhì)＋水云母、水云母＋硅質(zhì)＋高嶺石＋綠泥石膜、水云母＋ 硅質(zhì)＋鐵方解石＋高嶺石；依次為：硅質(zhì)＋水云母＋鐵方解石＋高嶺石、硅質(zhì)＋水云母＋高嶺石＋綠泥石膜、硅質(zhì)＋水云母＋高嶺石＋鐵方解石（圖1）。

2 儲(chǔ)層孔隙類型和結(jié)構(gòu)特征

2.1 孔隙類型

圖1 研究區(qū)P2shu8 （a）和P2sh8L（b）填隙物組成分區(qū)圖

圖2 研究區(qū)P2sh8儲(chǔ)層砂巖孔隙類型特征

表1 研究區(qū)P2sh8各區(qū)孔隙類型

2.2 孔隙結(jié)構(gòu)特征

研究區(qū)儲(chǔ)層以彎曲片狀和管束狀喉道為主，其次為片狀喉道，孔隙縮小型喉道很少?？缀戆霃阶兓螅玫膬?chǔ)集巖平均孔喉半徑為0.5～1.5μm，差的儲(chǔ)集巖平均孔喉半徑小于0.03μm。壓汞曲線特征顯示：中區(qū)儲(chǔ)集層壓汞排驅(qū)壓力相對(duì)較低，曲線略顯寬緩；東區(qū)、西區(qū)壓汞排驅(qū)壓力相對(duì)較高，曲線為向右微凸的較陡坡狀。結(jié)果表明，中區(qū)儲(chǔ)集層孔隙結(jié)構(gòu)相對(duì)較好（圖3）。

圖3 研究區(qū)P2sh8儲(chǔ)層毛細(xì)管壓力曲線圖

3 儲(chǔ)層物性特征

研究區(qū)P2sh8砂巖樣品物性數(shù)據(jù)分析表明，孔隙度主要集中于1.1%～14.3%，平均6.9%；滲透率主要為0.01 ～ 13.53mD， 平 均1.02mD。 物 性 特 征 反 映P2sh8為典型的低孔－低滲砂巖儲(chǔ)層。研究區(qū)P2sh8儲(chǔ)層滲透率與孔隙度呈正相關(guān)（圖4），表明滲透率的變化主要受孔隙發(fā)育程度的控制。

圖4 研究區(qū)P2sh8儲(chǔ)層孔隙度與滲透率關(guān)系圖

4 儲(chǔ)層控制因素

4.1 物源條件對(duì)儲(chǔ)層發(fā)育的影響

源區(qū)母巖是儲(chǔ)集砂體的物質(zhì)基礎(chǔ)，控制著砂巖的儲(chǔ)集性能。鄂爾多斯盆地晚古生界物源主要來(lái)自盆地北緣陰山、大青山地區(qū)太古界和中上元古界變質(zhì)雜巖［4］。母巖巖系的分布具有分帶性，大致以烏拉山西界為界。以西是一套以新太古代－中元古代渣爾泰山群、白云鄂博群和色爾騰山群石英巖、片麻巖、變粒巖為主的中－淺成變質(zhì)巖系，富含石英，石英體積分?jǐn)?shù)一般大于80%；以東是以太古界烏拉山群和集寧群為主，且發(fā)育前寒武紀(jì)花崗巖的一套以酸性侵入巖、變質(zhì)砂巖、片麻巖為主的深成變質(zhì)巖系，石英含量較少［5］。受物源區(qū)巖石組成的影響，研究區(qū)砂巖類型呈現(xiàn)出東西分帶性。自西向東依次發(fā)育石英砂巖區(qū)、巖屑石英砂巖＋巖屑砂巖區(qū)，依次發(fā)育石英砂巖區(qū)、石英砂巖＋巖屑石英砂巖區(qū)（圖5）。

圖5 研究區(qū)（a）和（b）巖石類型分區(qū)圖

砂巖物性與其碎屑組分相關(guān)性分析表明，砂巖面孔率與石英體積分?jǐn)?shù)呈正相關(guān)，與軟組分體積分?jǐn)?shù)呈負(fù)相關(guān)（圖6）。這是由于石英顆?？箟耗芰?qiáng)，使砂巖的致密化程度降低，部分原生孔隙得以保存，并有利于后期孔隙流體的流動(dòng)和次生孔隙的形成；千枚巖、板巖及片巖等塑性組分，抗壓能力弱，在強(qiáng)壓實(shí)條件下原生孔隙喪失殆盡，且不利于孔隙流體的流動(dòng)和次生孔隙的形成。因而，P2sh8研究區(qū)西部?jī)?chǔ)層物性好于東部。

圖6 研究區(qū)P2sh8礦物巖石體積分?jǐn)?shù)與面孔率關(guān)系圖

4.2 沉積微相對(duì)儲(chǔ)層發(fā)育的影響

沉積微相不僅控制砂體的類型、形態(tài)、厚度及空間展布，影響砂體的非均質(zhì)性，還在微觀上控制著儲(chǔ)層物性。P2sh8期研究區(qū)處于三角洲前緣亞相，大面積分布的水下分流河道砂體是其相對(duì)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)集層，水下分流河道砂體可分為河道心灘和河道側(cè)翼2種微相。不同沉積微相砂體物性特征統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表2。

表2 研究區(qū)P2sh8不同沉積微相砂體的儲(chǔ)集物性特征

由表2可知，河道心灘砂體的物性要明顯優(yōu)于河道側(cè)翼砂體的物性，河道心灘砂體孔隙度大于8%的樣品和滲透率大于0.3mD的樣品所占比例分別為30.2%和55.6%，均高于河道側(cè)翼砂體。河道心灘微相的水動(dòng)力較強(qiáng)，砂巖粒度較粗，碎屑顆粒的分選性和磨圓度較好，不穩(wěn)定碎屑組分少，巖石結(jié)構(gòu)成熟度和成分成熟度高；而河道側(cè)翼微相的水動(dòng)力較弱，泥質(zhì)含量和不穩(wěn)定組分相對(duì)偏高，儲(chǔ)集物性差。因此，水下分流河道心灘微相基本上控制著高效儲(chǔ)集層的分布。

4.3 成巖作用對(duì)儲(chǔ)層物性的影響

成巖作用在砂巖的埋藏演化過(guò)程中對(duì)孔隙的形成、破壞和改造起著關(guān)鍵作用。研究區(qū)對(duì)儲(chǔ)層物性產(chǎn)生主要影響的成巖作用是壓實(shí)作用、膠結(jié)作用和溶蝕作用（圖7）。

圖7 研究區(qū)P2sh8成巖作用類型

4.3.1 壓實(shí)作用

壓實(shí)作用是造成儲(chǔ)層原生孔隙度降低的主要因素之一。研究表明，儲(chǔ)層的抗壓能力與儲(chǔ)集巖的碎屑成分有關(guān)，石英顆粒的抗壓能力最強(qiáng)，長(zhǎng)石次之，巖屑最弱。富含千枚巖、板巖、片巖以及泥巖等軟巖屑的巖屑砂巖，抗壓能力弱，在上覆地層壓力作用下變形強(qiáng)烈，甚至呈假雜基充填孔隙，使儲(chǔ)層的原生粒間孔隙縮小，孔隙度急劇下降，儲(chǔ)集物性變差（圖7（a））。

4.3.2 膠結(jié)作用

膠結(jié)作用是指從孔隙溶液中沉淀出的自生礦物將松散的沉積物固結(jié)起來(lái)的作用，是碎屑巖儲(chǔ)層中孔隙度和滲透率降低的主要原因之一。研究區(qū)碎屑巖中常見的膠結(jié)物類型有二氧化硅、黏土礦物和碳酸鹽。

硅質(zhì)膠結(jié)主要是石英次生加大，其發(fā)育程度與砂巖組分相關(guān)。在石英含量較高、分選性較好，原生粒間孔發(fā)育的砂巖中，石英次生加大邊較發(fā)育。石英次生加大邊通常圍繞碎屑石英顆粒的邊緣呈環(huán)邊狀連續(xù)生長(zhǎng)，逐漸充填粒間孔隙，使儲(chǔ)層孔隙度減少，物性變差（圖7（b））。

黏土礦物主要為高嶺石、水云母、綠泥石膜。研究區(qū)自生高嶺石自形程度較好，呈書頁(yè)狀或蠕蟲狀，晶形較好的呈假六方片狀，保留了良好的晶間孔（圖2（c）），是研究區(qū)主要的孔隙類型之一。水云母形態(tài)上多呈毛發(fā)狀充填在孔隙中，減少粒間孔隙、堵塞喉道，使砂巖的滲透率降低。綠泥石膜分布較為局限，主要集中在研究區(qū)中部，具垂直顆粒壁向中心生長(zhǎng)的特征。綠泥石膜不僅提高了巖石的機(jī)械強(qiáng)度和抗壓實(shí)能力，還降低了自生石英在碎屑顆粒上的成核數(shù)量并抑制石英的次生加大［6］，可有效保存砂巖中的殘余粒間孔隙（圖7（c）），并且為次生溶蝕孔隙的形成提供通道和空間［7，8］。

碳酸鹽膠結(jié)物主要為鐵方解石，體積分?jǐn)?shù)最高可達(dá)26%，還有少量的方解石和鐵白云石。鐵方解石多形成于晚成巖期，主要存在于粒間孔隙中，呈連片膠結(jié)（見圖7（d）），縮小或堵塞喉道，使砂巖孔隙度和滲透率降低，物性變差。從圖8可以看出，隨著鐵方解石體積分?jǐn)?shù)的增加，孔隙度呈逐漸減小。

4.3.3 溶蝕作用

溶蝕作用是形成次生孔隙、改善砂巖儲(chǔ)層物性的主要成巖作用。研究區(qū)P2sh8砂巖儲(chǔ)層的孔隙類型以次生溶蝕孔隙為主，包括對(duì)格架顆粒（如長(zhǎng)石、火山巖屑等）的溶蝕以及對(duì)粒間黏土雜基的溶蝕等。包洪平等［9］研究認(rèn)為，由鄂爾多斯盆地上古生代同沉積期火山作用形成的，分布于砂巖層中的火山碎屑組分為次生溶孔形成提供了物質(zhì)條件。晚成巖階段是烴類形成和聚集的時(shí)期，也是有機(jī)酸產(chǎn)生的高峰期，烴源巖中有機(jī)質(zhì)在熱成熟過(guò)程中釋放出CO2和有機(jī)酸，為溶蝕作用的發(fā)生提供了酸性介質(zhì)條件，使砂巖層中的易溶碎屑顆?；蚰z結(jié)物發(fā)生溶蝕，形成巖屑溶孔、長(zhǎng)石溶孔等次生孔隙（見圖2（b）、（d）），使儲(chǔ)層物性得以改善。在酸性介質(zhì)條件下，鉀長(zhǎng)石溶蝕形成的次生孔隙度最高可達(dá)11.9%［10］。

圖8 研究區(qū)P2sh8碳酸鹽膠結(jié)物體積分?jǐn)?shù)與孔隙度關(guān)系圖

5 結(jié)論

1）定邊－高橋地區(qū)P2sh8砂巖類型主要為石英砂巖和巖屑石英砂巖。巖屑組成以石英巖、變質(zhì)砂巖和千枚巖等變質(zhì)巖巖屑為主，并含有火山物質(zhì)的混入?？紫额愋涂傮w上以巖屑溶孔、晶間孔為主。填隙物類型主要為水云母、硅質(zhì)、高嶺石，并含有一定量的鐵方解石、綠泥石膜、方解石及綠泥石。

2）物源條件、沉積環(huán)境及成巖作用是控制上古生界P2sh8儲(chǔ)層特征的主要因素。盆地北部基巖分布及類型的差異導(dǎo)致研究區(qū)砂巖巖性東西分帶性，西部相對(duì)富石英，西部?jī)?chǔ)層物性好于東部?jī)?chǔ)層。沉積微相在宏觀上控制了儲(chǔ)層物性的空間分布，其中河道心灘微相物性較好。研究區(qū)經(jīng)歷了較強(qiáng)的成巖作用，其中壓實(shí)作用和碳酸鹽礦物膠結(jié)作用對(duì)儲(chǔ)層原始孔隙起到破壞作用，導(dǎo)致儲(chǔ)層致密，低孔－低滲，但溶蝕作用有利于砂巖儲(chǔ)集性能的改善。

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