鄂爾多斯盆地子洲氣田北部盒8段儲(chǔ)層特征研究

魏 穎，李文厚 （西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系；大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安710069）

郝松立，郭懿萱 （中石油長(zhǎng)慶油田分公司勘探開發(fā)研究院，陜西 西安710021）

李國(guó)紅 （中石油渤海鉆探工程有限公司測(cè)井分公司，天津300280）

子洲氣田北部位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡的東部，其盒8段期主要發(fā)育三角洲平原分流河道、三角洲前緣水下分流河道等有利儲(chǔ)集相帶，是增儲(chǔ)上產(chǎn)的重點(diǎn)目的層位［1－3］。由于子洲氣田北部盒8段儲(chǔ)層成巖作用類型多樣［4］，控制因素復(fù)雜，因而成為制約進(jìn)一步開展天然氣勘探工作的主要因素。為此，筆者對(duì)鄂爾多斯盆地子洲氣田北部盒8段儲(chǔ)層成巖作用進(jìn)行了研究，以便為該區(qū)塊天然氣勘探開發(fā)提供參考。

圖1 子洲氣田北部盒8段砂巖分類圖

1 巖石學(xué)特征

在薄片鑒定的基礎(chǔ)上，采用三角形圖解法對(duì)砂巖進(jìn)行分類，發(fā)現(xiàn)子洲氣田北部盒8段儲(chǔ)層砂巖以巖屑石英砂巖及巖屑砂巖為主，石英砂巖較少 （見圖1）。碎屑成分以石英為主，平均含量55.9%；巖屑次之，平均含量19.5%；長(zhǎng)石含量最少，平均含量為1.3%。巖屑組分以變質(zhì)巖巖屑為主，平均含量為11.5%；其次為火成巖巖屑，平均含量為4.6%；沉積巖巖屑平均含量為3.4%。碎屑顆粒以次棱角－次圓狀為主，分選中等到好，以孔隙式和加大－孔隙式膠結(jié)為主。

盒8段儲(chǔ)層填隙物平均23.3%，其中絹云母含量最高，平均5.3%；其次為伊利石，平均5.1%；高嶺石含量為3.4%，硅質(zhì)、綠泥石、鐵方解石及沸石也具有一定的含量。

2 物性及孔隙結(jié)構(gòu)特征

2.1 特性特征

盒8段儲(chǔ)層孔隙度0.58%～14.79%，平均5.32%；滲透率 （0.0042～9.95）×10－3μm2，平均0.28×10－3μm2。因此，子洲氣田北部盒8段儲(chǔ)層屬于典型的低孔超低滲儲(chǔ)層。由孔滲關(guān)系圖可以看出（見圖2），孔隙度和滲透率具有明顯的正相關(guān)性，說明滲透率主要受孔隙發(fā)育情況的控制，且高孔對(duì)應(yīng)高滲。因此，在低孔超低滲背景下尋找此類高孔高滲帶并明確其控制因素是需要重點(diǎn)研究的內(nèi)容。

2.2 孔隙結(jié)構(gòu)

盒8段儲(chǔ)層中原生孔隙僅占3.3%，以次生孔隙為主，其中以巖屑溶孔含量最高，占總孔隙的58.8%，晶間孔次之，為27.8%，另有少量的長(zhǎng)石溶孔、雜基溶孔、粒間溶孔以及微裂縫。由于粒間孔發(fā)育程度較低，使得儲(chǔ)層的滲流能力受到影響，滲透率普遍較低。

盒8段儲(chǔ)層排驅(qū)壓力平均0.80MPa，飽和度中值壓力平均12.8MPa，孔喉中值半徑平均0.12μm，分選系數(shù)平均2.04，變異系數(shù)平均為0.18，最大進(jìn)汞飽和度平均70.84%，退汞效率平均37.69%。整體來看，盒8段儲(chǔ)層孔喉分選較差，細(xì)歪度，孔隙喉道分布不均勻。

圖2 子洲氣田北部盒8段儲(chǔ)層孔滲關(guān)系圖

3 主要成巖作用類型

3.1 壓實(shí)作用

壓實(shí)作用是子洲氣田北部盒8段儲(chǔ)層成為低孔特低滲透儲(chǔ)層的主要原因之一，其儲(chǔ)層主要為巖屑石英砂巖和巖屑砂巖，常見的壓實(shí)現(xiàn)象主要有塑性顆粒擠壓變形、微裂縫、縫合線等。

3.2 膠結(jié)作用

子洲氣田北部盒8段儲(chǔ)層膠結(jié)作用強(qiáng)烈，是孔隙損失的主要因素之一，其以自生粘土礦物膠結(jié)及碳酸鹽膠結(jié)為主，粘土礦物以伊利石和高嶺石含量最高，碳酸鹽礦物以鐵方解石含量最高，此外還有一定比例的硅質(zhì)膠結(jié)物。

3.3 交代作用

砂巖中的交代作用是礦物被溶解并新沉淀出來的礦物所置換的過程，表現(xiàn)為碎屑顆粒被交代和膠結(jié)物相互交代2個(gè)方面。子洲氣田北部盒8段儲(chǔ)層經(jīng)歷的交代作用類型復(fù)雜多樣，主要有長(zhǎng)石的高嶺石化、粘土礦物和硅質(zhì)之間的相互轉(zhuǎn)化、高嶺石伊利石化和泥質(zhì)方解石化。

3.4 溶蝕作用

溶蝕作用是形成次生孔隙、改善儲(chǔ)層物性的主要成巖作用類型［5］，可分為碎屑顆粒溶蝕和填隙物溶蝕，在子洲氣田北部盒8段儲(chǔ)層主要表現(xiàn)為巖屑顆粒、泥質(zhì)填隙物和高嶺石被溶蝕，由此形成的粒內(nèi)溶孔、粒間溶孔構(gòu)成了該研究區(qū)主要的次生溶蝕孔隙。

4 成巖相的劃分

成巖相是成巖演變過程的具體體現(xiàn)，表現(xiàn)在碎屑組分、成巖礦物組合、填隙物及其孔隙類型和結(jié)構(gòu)的變化。研究表明［6］，子洲氣田北部盒8段儲(chǔ)層受壓實(shí)作用明顯，膠結(jié)類型多樣，儲(chǔ)集砂巖的孔隙組合類型與物性直接受成巖作用強(qiáng)度的控制。為了在低孔超低滲的背景下尋找相對(duì)高孔高滲的有利儲(chǔ)層發(fā)育區(qū)，筆者根據(jù)研究區(qū)成巖作用特征，結(jié)合砂巖孔隙度與滲透率，將子洲氣田北部盒8段儲(chǔ)層劃分出7種成巖相，具體內(nèi)容如下。

4.1 粒間孔＋石英弱加大膠結(jié)溶蝕相

該成巖相主要見于石英砂巖，常見于水下分流河道或分流河道的主河道上，是優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層發(fā)育的巖相帶。由于石英的抗壓能力強(qiáng)，使壓實(shí)作用的效果相對(duì)減弱，有利于原生孔隙的保存。此外，該成巖相還可含有一定數(shù)量的粘土膜，阻止了石英加大邊的形成。同時(shí)，砂巖中富含石英、火山巖巖屑以及火山灰，易于形成酸性水介質(zhì)環(huán)境，由于粘土襯邊較薄，粒間孔呈開放狀態(tài)，酸性溶液進(jìn)入砂巖對(duì)長(zhǎng)石碎屑、火山巖巖屑等易溶組分進(jìn)行溶蝕，在形成石英加大邊和次生粒間溶孔的同時(shí)，還形成了晶形普遍較好的自生高嶺石及大量高嶺石晶間微孔隙，使砂巖具有良好的儲(chǔ)集性能 （見圖3（a））。該成巖相帶孔隙度平均10.41%，滲透率平均0.93×10－3μm2。

4.2 晶間孔＋巖屑溶蝕相

該成巖相主要見于巖屑砂巖或巖屑石英砂巖，是較優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層發(fā)育的巖相帶。常見于分流河道環(huán)境中，不穩(wěn)定的碎屑長(zhǎng)石和泥質(zhì)巖、千枚巖及火山巖等巖屑普遍發(fā)生溶蝕現(xiàn)象，粒內(nèi)溶孔以及相鄰的粒間孔隙內(nèi)發(fā)育大量晶形較好的、呈分散質(zhì)點(diǎn)式充填的自生高嶺石晶體，儲(chǔ)集空間以高嶺石晶間孔及巖屑溶孔為主 （見圖3（b））。該成巖相孔隙度較高，平均7.43%，但由于晶間孔和巖屑溶孔孔隙連通性差，滲透率較差，平均0.33×10－3μm2。

4.3 高嶺石＋石英加大膠結(jié)弱溶蝕相

該成巖相主要見于石英砂巖和巖屑石英砂巖，常見于水下分流河道或分流河道的主河道上，是較有利儲(chǔ)層發(fā)育的巖相帶。由于石英的壓溶作用、硅酸鹽礦物的溶解以及黏土礦物的相互轉(zhuǎn)化，釋放出大量SiO2并以石英次生加大邊的形式充填于粒間孔隙中，使粒間孔隙明顯減少，這些孔隙被后來的自生高嶺石所充填，發(fā)育少量高嶺石晶間孔隙，晶間孔隙之間通過粒間縫連通起來，局部發(fā)生輕微溶蝕現(xiàn)象（見圖3 （c））。該成巖相孔隙度平均6.81%，滲透率平均0.35×10－3μm2。

4.4 雜基微孔溶蝕相

該成巖相主要分布于巖屑砂巖和巖屑石英砂巖，常見于分流河道或河道側(cè)翼相中，是較優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層發(fā)育的巖相帶。由于凝灰質(zhì)填隙物脫水和收縮形成收縮縫，在酸性水作用下，火山碎屑、凝灰質(zhì)與粘土雜基發(fā)生溶解，形成不規(guī)則的粒內(nèi)溶孔和雜基溶孔與溶蝕縫，明顯改善了砂巖的儲(chǔ)集性能 （見圖3（d））。該成巖相孔隙度平均6.49%，滲透率平均0.34×10－3μm2。

4.5 水云母膠結(jié)交代微孔相

該成巖相主要見于巖屑砂巖，常見于水下分流河道側(cè)翼或分流河道側(cè)翼，是較差的儲(chǔ)集巖相。砂巖中的混層粘土在封閉條件下轉(zhuǎn)化形成大量水云母，水云母呈搭橋狀充填粒間孔隙并交代碎屑顆粒，雖發(fā)育有良好的微孔隙，但孔隙間連通性差，儲(chǔ)集性能較差 （見圖3（e））。該成巖相孔隙度平均4.52%，滲透率平均0.222×10－3μm2。

4.6 鈣質(zhì)膠結(jié)交代致密相

該成巖相主要出現(xiàn)在巖屑砂巖和巖屑石英砂巖中，常見于河道側(cè)翼或席狀砂、天然堤、決口扇環(huán)境中，為非儲(chǔ)集巖相。晚期成巖碳酸鹽膠結(jié)物頻繁沉淀和廣泛分布于該巖相帶砂巖中，形成橫向上的碳酸鹽膠結(jié)致密層，加之這類砂巖中碳酸鹽廣泛交代碎屑長(zhǎng)石、石英、巖屑及黏土礦物、雜基、較早時(shí)期形成的微裂縫等，使得砂巖更加致密，儲(chǔ)集性能幾乎完全喪失 （見圖3（f）），可形成成巖圈閉，有利于天然氣的圈閉與保存。該成巖相孔隙度平均3.24%，滲透率平均0.15×10－3μm2。

圖3 子洲氣田北部盒8段儲(chǔ)層成巖相特征圖

4.7 機(jī)械壓實(shí)致密相

該成巖相主要出現(xiàn)在巖屑砂巖中，常見于河道側(cè)翼或席狀砂、天然堤、決口扇環(huán)境中，為非儲(chǔ)集巖相。由于含較多抗壓能力較弱的黑云母、火山碎屑以及千枚巖等變質(zhì)巖巖屑，其在壓實(shí)作用過程易于發(fā)生變形成為假雜基充填孔隙，當(dāng)其含量較高時(shí)，壓實(shí)作用迅速進(jìn)行，導(dǎo)致原生孔隙急劇減少。此外，火山灰轉(zhuǎn)化形成伊／蒙混層和水云母呈纖維狀搭橋式充填粒間孔隙，致使孔隙喉道進(jìn)一步縮小；隨著埋藏深度的增加和溫度的升高，水云母可進(jìn)一步向絹云母轉(zhuǎn)化，局部發(fā)生塑性流動(dòng)而具定向性，使砂巖儲(chǔ)層幾乎完全喪失儲(chǔ)集性能 （見圖3（g））。該成巖相孔隙度平均3.13%，滲透率平均0.11×10－3μm2。

5 有利成巖相帶分析

通過子洲氣田北部盒8段儲(chǔ)層成巖相的劃分的分析可以看出，粒間孔＋石英弱加大膠結(jié)溶蝕相、晶間孔＋巖屑溶蝕相、高嶺石＋石英加大膠結(jié)溶蝕相和雜基微孔溶蝕相為有利成巖相，而水云母膠結(jié)交代微孔相、鈣質(zhì)膠結(jié)交代致密相與機(jī)械壓實(shí)致密相為不利成巖相。對(duì)子洲氣田北部盒8段儲(chǔ)層成巖相類型進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，繪制出不同成巖相的平面分布圖（見圖4），在有利成巖相帶中，以高嶺石＋石英加大膠結(jié)溶蝕相和晶間孔＋巖屑溶蝕相最為發(fā)育，是今后子洲氣田北部盒8段儲(chǔ)層天然氣勘探開發(fā)的重點(diǎn)成巖相。

圖4 子洲氣田北部盒8段儲(chǔ)層成巖相平面分布圖

6 結(jié) 論

（1）研究區(qū)為典型的低孔超低滲儲(chǔ)層，儲(chǔ)層以巖屑石英砂巖和巖屑砂巖為主，巖屑以變質(zhì)巖屑為主；原生粒間孔不發(fā)育，主要發(fā)育次生孔隙，以巖屑溶孔和晶間孔為主，孔喉分選差，分布不均勻。

（2）成巖作用對(duì)儲(chǔ)層物性具有重要的影響，主要有壓實(shí)作用、膠結(jié)作用、交代作用和溶蝕作用，壓實(shí)作用使儲(chǔ)層的原始孔隙空間大量損失，膠結(jié)作用使部分原生孔隙和次生溶孔遭到破壞，而溶蝕作用是形成次生孔隙、改善儲(chǔ)層物性的主要成巖作用類型。

（3）子洲氣田北部盒8段儲(chǔ)層共劃分出7種成巖相，其中粒間孔＋石英弱加大膠結(jié)溶蝕相、晶間孔＋巖屑溶蝕相、高嶺石＋石英加大膠結(jié)溶蝕相和雜基微孔溶蝕相為有利成巖相。在有利成巖相中，高嶺石＋石英加大膠結(jié)溶蝕相和晶間孔＋巖屑溶蝕相最為發(fā)育，是下一步天然氣勘探開發(fā)的重點(diǎn)成巖相。

［1］付鎖堂，田景春，陳洪德，等 .鄂爾多斯盆地晚古生代三角洲沉積體系平面展布特征 ［J］.成都理工大學(xué)學(xué)報(bào) （自然科學(xué)版），2003，30 （3）：236－240.

［2］李良，袁志祥，惠寬洋，等 .鄂爾多斯盆地北部上古生界天然氣聚集規(guī)律 ［J］.石油與天然氣地質(zhì)，2000，21（3）：268－271.

［3］馬新華 .鄂爾多斯盆地上古生界深盆氣特點(diǎn)與成藏機(jī)理探討 ［J］.石油與天然氣地質(zhì)，2005，26（2）：231－236.

［4］李士祥，胡明毅，李霞 .榆林氣田山西組山段砂巖成巖作用及孔隙演化 ［J］.天然氣地球科學(xué)，2005，16（2）：200－205.

［5］劉銳蛾，孫粉錦，拜文華，等 .蘇里格廟盒8層次生孔隙成因及孔隙演化模式探討 ［J］.石油勘探與開發(fā)，2002，29（4）：47－49.

［6］劉銳娥，李文厚，拜文華，等 .蘇里格廟地區(qū)盒8段高滲儲(chǔ)層成巖相研究 ［J］.西北大學(xué)學(xué)報(bào) （自然科學(xué)版），2002，32（6）：667－671.