致密砂巖氣藏有效砂體分布及主控因素
——以蘇里格氣田南區(qū)為例

郭 智，賈愛林，薄亞杰，唐海發(fā)，郭本曉

(1.中國石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083；2.中國石油 測井有限公司 技術(shù)中心，西安 710077；3.陜西延安石油天然氣有限公司，西安 710002)

致密砂巖氣藏有效砂體分布及主控因素
——以蘇里格氣田南區(qū)為例

郭 智1，賈愛林1，薄亞杰2，唐海發(fā)1，郭本曉3

(1.中國石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083；2.中國石油 測井有限公司 技術(shù)中心，西安 710077；3.陜西延安石油天然氣有限公司，西安 710002)

蘇里格氣田南區(qū)是蘇里格氣田主體向南的延伸，距離物源區(qū)遠(yuǎn)，儲層埋深大，成巖作用強(qiáng)。落實有效砂體分布及主控因素，是蘇南等氣田邊部地區(qū)高效開發(fā)的基礎(chǔ)。以蘇南盒8、山1段儲層為目標(biāo)，結(jié)合構(gòu)造、沉積、儲層、成巖分析，研究了有效砂體的空間展布特征，總結(jié)了有效砂體的主控因素。蘇南有效砂體多分布在心灘和分流河道底部等粗砂巖相，垂向上發(fā)育孤立型、垂向疊置型、側(cè)向搭接型3種模式，平面上分布在中、東部2條主砂帶內(nèi)。在有效儲層形成過程中，寬緩的構(gòu)造坡降是沉積、成藏的背景，強(qiáng)水動力條件下的淺水辮狀河三角洲平原沉積控制了儲層的分布格局，而成藏前的壓實、膠結(jié)、溶蝕等成巖作用深刻改造了儲層，塑造了有效砂體的形態(tài)。

有效砂體；沉積；砂體分布；成巖作用；主控因素；蘇里格氣田

蘇里格氣田南區(qū)(下文簡稱蘇南)位于蘇里格氣田的邊部，勘探面積10 000余平方千米，二疊系盒8、山1段為主要的目的層段。蘇里格氣田勘探開發(fā)步伐穩(wěn)步加快，以蘇南為代表的蘇里格邊部地區(qū)的高效開發(fā)已關(guān)系到大蘇里格“十二五”末建產(chǎn)250×108m3及后續(xù)穩(wěn)產(chǎn)的順利實現(xiàn)。與蘇里格主體相比，蘇南沉積水體深，距離物源遠(yuǎn)，埋深大，成巖作用強(qiáng)，加之研究區(qū)面積大，勘探開發(fā)起步晚、時間短，資料相對不完備，儲層分布規(guī)律、主控因素等研究存在爭議和空白。在基礎(chǔ)資料調(diào)研的基礎(chǔ)上[1-8]，通過構(gòu)造特征、沉積環(huán)境、儲層特征、成巖作用等分析，研究了蘇南砂體及有效砂體的空間展布特征，總結(jié)了有效砂體展布的主控因素。區(qū)內(nèi)有效砂體多分布在中、東部2條主砂帶的心灘中下部和分流河道底部的粗砂巖相，這是構(gòu)造、沉積、成巖等多因素共同作用的結(jié)果。蘇南雖位于蘇里格氣田邊部，仍具有一定的開發(fā)潛力，按照沉積演化規(guī)律，蘇南再往南的淺水辮狀河三角洲前緣相儲層，值得下一步的研究和探索。

1 基本地質(zhì)特征

1.1 構(gòu)造特征

蘇南處在蘇里格氣田的南部邊緣(圖1)，位于伊陜斜坡以西，天環(huán)凹陷以東，整體受控于鄂爾多斯盆地寬緩的構(gòu)造背景[9]。區(qū)域構(gòu)造為一寬緩的南西傾大單斜，北東高，南西低，坡降4～8 m/km，坡角0.2°～0.5°，區(qū)內(nèi)斷層基本不發(fā)育。坡角小、坡降緩的構(gòu)造背景下形成的淺水辮狀河三角洲[10-11]，使得各亞相分布規(guī)模較常規(guī)的辮狀河三角洲范圍廣，尤其是淺水辮狀河三角洲平原沉積，更是大面積分布(圖2)。

圖1 蘇里格氣田南區(qū)位置

圖2 鄂爾多斯盆地緩坡型淺水辮狀河三角洲示意

1.2 沉積特征

蘇南儲層巖性以中砂巖、粗砂巖為主，偶見含礫粗砂巖和中細(xì)砂巖，而蘇中儲層巖性主要為粗砂巖、含礫粗砂巖。與蘇中相比，蘇南距離物源遠(yuǎn)，水動力減弱，巖石粗粒組分減少。

蘇南沉積構(gòu)造可見板狀交錯層理、河道底部沖刷構(gòu)造，發(fā)育指示水體環(huán)境動蕩的灰綠色、紫紅色、雜色泥巖，可見植物根跡，沉積序列基本為正粒序(圖3)。結(jié)合區(qū)域沉積背景、巖心觀察、測井相分析、沉積剖面等，將區(qū)內(nèi)沉積環(huán)境判斷為寬緩構(gòu)造背景下形成的淺水辮狀河三角洲平原沉積，可細(xì)分為心灘、分流河道、分流間灣3種沉積微相。因淺水辮狀河三角洲平原的分流河道與辮狀河沉積具有一定的相似性，這里借用辮狀河河道中“心灘”的概念，來指代分流河道的高能砂體。

(1)心灘：位于辮狀分流河道的中心，水體能量最強(qiáng)，砂體厚度較大，沉積物粒度粗，分選好。測井曲線呈齒化的箱型、鐘形，是研究區(qū)最有利的儲層。

(2)分流河道：為淺水辮狀河三角洲平原相的沉積主體，形成三角洲的大量泥沙都是通過它們搬運至河口處沉積下來的。分流河道具有一般河道沉積的特征，即以砂質(zhì)沉積為主，以及向上逐漸變細(xì)的層序特征。但它們比中、上游河流沉積的粒度細(xì)，分選變好；以中砂巖、細(xì)砂巖為主，GR曲線以鐘型、齒化鐘型為主。

(3)分流河道間：分布在分流河道之間，粒度較細(xì)，巖性以泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥巖為主，沉積構(gòu)造主要發(fā)育弱水動力條件下形成的水平層理、波紋層理，GR曲線幅度低，接近泥巖基線。

圖3 蘇里格氣田南區(qū)典型井沉積序列

蘇南山1—盒8地層，由下至上發(fā)育3套正旋回沉積，分別對應(yīng)山1、盒8上、盒8下3段地層，其中盒8下段砂體最為發(fā)育。在1套正韻律旋回的底部，多期分流河道砂體、分流河道與心灘砂體之間互相切割、疊置，形成了厚度大、橫向連續(xù)性相對好、鉆遇率高的砂體。在旋回的頂部，隨著水動力條件的減弱，河道受限制性遷移，多呈孤立狀，延伸范圍小，砂體規(guī)模小。

1.3 儲層特征

蘇南巖石類型以巖屑砂巖、巖屑石英砂巖為主，儲層物性差、長石含量低，孔隙度主要分布在4.0%～14.0%，平均5.97%；滲透率主要分布在(0.1～10)×10-3μm2之間，平均0.39×10-3μm2，從盒8上到山1，各層段物性明顯小于蘇中(表1)，為典型的致密砂巖儲層。

蘇南儲層較致密，儲集空間主要為雜基溶孔、巖屑溶孔、晶間孔等次生孔隙，以及殘余粒間孔、少量微裂隙。磨圓以次棱—次圓為主，分選中等—好，結(jié)構(gòu)成熟度中等，反映了長距離而沉積分異不明顯的搬運特征，與淺水辮狀河三角洲的沉積環(huán)境是契合的。

表1 蘇里格氣田南區(qū)與蘇中巖心孔、滲分析

表2 蘇里格氣田南區(qū)各小層砂體及有效砂體統(tǒng)計

2 砂體及有效砂體分布規(guī)律

2.1 砂體及有效砂體規(guī)模

蘇南盒8、山1段各小層砂體厚度一般分布在3～5 m，有效砂體1～2.3 m(表2)。盒8段砂體、有效砂體要比山1段發(fā)育，尤以盒8上-2、盒8下-2小層砂體、有效砂體最為發(fā)育。山1段、盒8下段、盒8上段每個層段內(nèi)的各小層從下到上，砂體厚度、有效厚度、砂地比、砂體鉆遇率、有效砂體鉆遇率有明顯減小的趨勢，和淺水辮狀河三角洲平原下粗上細(xì)的正沉積序列一致[12]。

各層段有效厚度與砂體厚度雖然呈正相關(guān)關(guān)系，但相關(guān)系數(shù)僅為0.634 5，表明除了沉積作用對該地區(qū)儲層有效厚度有一定的控制作用之外，后期成巖改造效應(yīng)疊加可能是另外一種主要控制因素。

據(jù)完鉆井統(tǒng)計，蘇南單砂體有效厚度處于0.5～2.5 m之間，其中盒8有效砂體平均2.25 m，山1段平均1.12 m；而蘇中盒8單砂體有效厚度平均3.44 m，山1平均3.16 m。蘇南有效砂體單層厚度較蘇中明顯減薄，有效儲層開發(fā)潛力變差。按照辮狀河砂體40～80的寬厚比統(tǒng)計數(shù)據(jù)，蘇南折算有效砂體單砂體寬度20～200 m；按照辮狀河砂體1.5～3的長寬比統(tǒng)計數(shù)據(jù)，折算有效砂體單砂體長度30～600 m。

2.2 平面分布規(guī)律

蘇南砂體受物源和沉積環(huán)境控制，呈南北向條帶狀展布(圖4a)。有效砂體平面上分布較分散，基本不連片(圖4b)，局部富集，主要集中在區(qū)內(nèi)中、東部2條主砂帶的北部。對比砂體厚度和有效砂體等厚圖(圖4)，同樣可以發(fā)現(xiàn)有效厚度分布趨勢整體受砂體厚度控制，局部又與砂體厚度存在很大不同[13]，這跟研究區(qū)所受強(qiáng)烈的成巖作用有關(guān)[14]。研究區(qū)中、東部為2條主砂帶的匯集區(qū)，有效砂體集中發(fā)育，而研究區(qū)西部有效砂體相對不發(fā)育。受物源控制，北部有效砂體發(fā)育程度好于南部。

2.3 垂向分布規(guī)律

受淺水辮狀河三角洲沉積控制，區(qū)內(nèi)有效砂體多呈小薄層分散分布，縱向上多個小層含氣，主河道部位發(fā)育集中分布、累積厚度較大的有效儲層。砂體垂向疊置樣式主要有孤立型、垂向疊置型、側(cè)向搭接型。

位于心灘和分流河道底部的剖面AA′(圖5a)，儲層巖性較粗，成分較純，物性最好，單層有效厚度可達(dá)10 m以上。砂體組合形式為河道下切形成的厚層孤立型、多期河道疊置形成的垂向疊置型，橫向上較穩(wěn)定，連通性較好，是區(qū)內(nèi)最有利的儲層。位于河道下游的分流河道沉積的剖面BB′(圖5b)，粗粒成分減少，單砂體厚度在5～8 m，有效砂體橫向不穩(wěn)定，縱向上多有隔夾層，以薄層孤立型和河道遷移形成的側(cè)向搭接型為主，儲層質(zhì)量一般。位于分流間灣內(nèi)的剖面CC′(圖5c)，砂體薄且不連續(xù)，零星可見有效砂體，以薄層孤立型為主，儲層開發(fā)潛力差。

圖4 蘇里格氣田南區(qū)盒8下段砂體與有效砂體厚度平面分布

圖5 蘇里格氣田南區(qū)盒8下段砂體及有效砂體剖面剖面位置見圖4

3 有效砂體控制因素

蘇南儲層在物性、砂體規(guī)模等方面皆劣于蘇里格主體，是由構(gòu)造因素、沉積環(huán)境、成巖作用共同影響造成的[15-17]。在寬緩的構(gòu)造坡降背景下，強(qiáng)水動力下淺水辮狀河三角洲平原沉積宏觀上決定了儲層的分布格局[18-19]，而在大量排烴之前，儲層已經(jīng)歷了強(qiáng)烈的壓實、膠結(jié)等成巖作用，形態(tài)和分布發(fā)生了巨大的改變。

3.1 構(gòu)造背景

鄂爾多斯盆地構(gòu)造平緩，坡度小，河流水動力強(qiáng)，對淺水辮狀河三角洲形成起建設(shè)作用，使得順物源方向各個相帶寬，分布面積廣，范圍大；另一方面，在區(qū)域地層平緩的構(gòu)造背景下，天然氣沿上傾方向大規(guī)模運移很難克服較強(qiáng)的阻力。再加上油源不足，故區(qū)內(nèi)天然氣多為就近運移，這就造成了構(gòu)造對氣藏的構(gòu)造作用不明顯，表現(xiàn)為構(gòu)造下傾方向仍可發(fā)育有利含氣區(qū)。例如，處在深部的盒8下段雖然物性要差于淺部的盒8上段，但含氣性卻好。

3.2 沉積體系

蘇南與蘇中受來自西北方的同一沉積物源控制，巖石學(xué)組分相近，石英含量高、巖屑含量低，但蘇南距離物源更遠(yuǎn)，從蘇中的辮狀河沉積演變?yōu)闇\水辮狀河三角洲平原沉積。相比于蘇中，蘇南沉積水動力減弱，沉積相帶變窄，砂體規(guī)模減小，粗砂巖組分降低。沉積作用控制著砂體的規(guī)模，是成巖作用的基礎(chǔ)，決定著有效儲層形成和改造。

3.3 壓實作用

壓實作用對儲層影響很大。蘇南盒8上段儲層的巖心分析平均孔隙度為6.89%，平均滲透率為0.469×10-3μm2，隨著埋深增大，山1段平均孔隙度降為4.99%，平均滲透率降為0.103×10-3μm2。

壓實作用跟巖石埋深、巖石組分有關(guān)[20]。蘇南與蘇中相比，一是蘇南平均埋藏深度超過蘇中400 m，二是距離物源更遠(yuǎn)，粗粒組分減少，抗壓性減弱。較大的埋深，較少的抗壓粗粒組分，使得蘇南儲層承受的壓實作用強(qiáng)于蘇中。

3.4 膠結(jié)作用

膠結(jié)作用是導(dǎo)致儲層致密化的主要原因。區(qū)內(nèi)含氣層為煤成氣型氣藏，煤系酸性水介質(zhì)條件缺乏早期碳酸鹽膠結(jié)物，利于晚期SiO2的沉淀，故煤系地層致密砂巖中膠結(jié)作用以硅質(zhì)膠結(jié)為主[21]，主要包括石英次生加大和自生石英孔隙充填，鈣質(zhì)膠結(jié)為輔。石英次生加大現(xiàn)象明顯的顆粒成縫合線形式接觸，孔隙空間幾乎被占據(jù)，僅發(fā)育少量粒內(nèi)溶孔；碳酸鹽膠結(jié)物主要以充填粒間孔隙、交代礦物、襯狀邊以及連晶形式出現(xiàn)。

以自生綠泥石為主的自生黏土礦物環(huán)邊，能夠在一定程度上降低可供膠結(jié)的石英顆粒表面積[22]，從而起到抑制石英次生加大和保留原生粒間孔的作用。

3.5 溶蝕作用

蘇里格氣田氣源主要來自石炭系的本溪組和二疊系的山西組，氣源巖于三疊紀(jì)開始成熟，晚侏羅—早白堊世達(dá)到生烴高峰。大量排烴時，蘇南盒8、山1段距海平面埋深3 400～3 600 m，地溫120～140 ℃，處于晚成巖B期[23-24]，即烴類大規(guī)模運移之前，壓實作用、膠結(jié)作用已使儲層變得較致密。蘇南儲層先致密后成藏，原生孔隙基本消失殆盡，以次生孔隙為主，溶蝕作用是形成次生孔隙的主要原因。

溶蝕作用與埋藏環(huán)境中地層水介質(zhì)的酸堿度、離子含量及流通性密切相關(guān)。當(dāng)溫度達(dá)到100～140 ℃時，地層水pH值明顯降低，一些酸性不穩(wěn)定礦物將發(fā)生溶蝕而形成次生孔隙[24]。與蘇里格主體相比，蘇南儲層距離物源遠(yuǎn)，搬運距離長，以長石為代表的酸性不穩(wěn)定組分含量低，溶蝕作用相對較弱，在一定程度上導(dǎo)致了次生孔隙的相對不發(fā)育，溶孔面孔率低。

雖然溶蝕作用在局部范圍內(nèi)可以改善砂巖的儲集性能，但溶蝕產(chǎn)物發(fā)生質(zhì)量傳遞和異地膠結(jié)作用，增強(qiáng)了儲層的非均質(zhì)性，封閉了局部孔隙喉道，又在一定程度上損害了儲層整體的連通性，這也是致密低滲儲層非均質(zhì)性強(qiáng)和滲透能力低的主要原因之一。

3.6 構(gòu)造、沉積、成巖的疊加作用

在構(gòu)造、沉積、成巖的疊加作用下，蘇南區(qū)的有效儲層多為淺水辮狀三角洲平原相沉積中的相對粗砂巖相，如分流河道底部和心灘沉積。這是因為，分流河道底部、心灘等粗砂巖相沉積水動力強(qiáng)，分選好，巖性為較純的石英砂巖；儲層物性好，分布穩(wěn)定，連續(xù)性及連通性強(qiáng)；石英等剛性顆粒含量高，在深埋藏狀態(tài)下原生孔隙得以最大程度的保存；較好的儲層連通性、原生孔隙的保存為溶蝕作用提供了流體運移的通道。

4 結(jié)論

(1)蘇南相比于蘇中，距離物源遠(yuǎn)、埋深大，沉積水動力減弱，粗粒組分減少，儲層規(guī)模減小，長石含量降低，物性差，成巖作用強(qiáng)。

(2)蘇南有效砂體薄而分散，剖面上成孤立型、垂向疊置型、橫向切割型分布，平面上富集在中、東部2條主砂帶的匯集區(qū)。有效儲層多為辮狀三角洲平原相沉積中的心灘、分流河道底部等粗砂巖相。

(3)蘇南儲層先致密后成藏，構(gòu)造、沉積、成巖等協(xié)同作用，控制了區(qū)內(nèi)砂體及有效砂體的分布格局。

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(編輯 黃 娟)

Effective sand body distribution and its main controlling factors in tight sandstone gas reservoirs: A case study of southern Sulige Gas Field

Guo Zhi1, Jia Ailin1, Bo Yajie2, Tang Haifa1, Guo Benxiao3

(1.ResearchInstituteofPetroleumExploration&Development,PetroChina,Beijing100083,China; 2.TechnologyCenterofCNPCLoggingCo.,Ltd.,Xi’an,Shaanxi710077,China; 3.ShaanxiYan’anOilandNaturalGasCo.,Ltd.,Xi’an,Shaanxi710002,China)

The southern Sulige area is the southward extension of the main part of the Sulige Gas Field, where is far from sediment provenance, buried deep and has a strong diagenesis. Understanding the distribution characteristics and main controlling factors of effective sand body is the basis of the efficient development of the edge regions of the Sulige Gas Field, such as the southern Sulige area. Focusing on the reservoirs of He8 member and Shan1 member, the areas of tectonic, sedimentation, reservoir and diagenesis were studied, and the distribution characteristics and main controlling factors of effective sand body were concluded. The effective sand bodies in the southern Sulige area mainly distribute in point bars and the bottom of distributary channels, and can be vertically classified into three types: isolated, vertically stacking, and laterally shiplap ones. Horizontally, they locate in the central and eastern sand belts of the study area. During the formation of effective reservoirs, a gentle structure background is necessary for the sedimentation and formation of gas reservoirs. The shallow braided-river delta plain deposits in the strong hydrodynamic environment determined the distribution pattern of reservoir, whereas the compaction, cementation and dissolution diagenesis before the formation progress of gas reservoirs greatly reformed the reservoirs and controlled the distribution of effective sand body.

effective sand body; sedimentation; sand body distribution; diagenesis; mainly controlling factors; Sulige Gas Field

1001-6112(2014)06-0684-08

10.11781/sysydz201406684

2013-07-29；

2014-09-09；。

郭智(1986—)，男，博士，從事開發(fā)地質(zhì)研究。E-mail：a349261981@163.com。

國家油氣重大專項"天然氣開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)"(2011ZX05015)與中國石油天然氣集團(tuán)公司科技攻關(guān)項目"天然氣開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)研究"(2011B-15)資助。

TE122.2+5

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