胡尖山地區(qū)長9儲層特征研究

李長志 （國家大陸動力學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系，陜西 西安710069）

胡友清 （中石油長慶油田分公司超低滲透第四項(xiàng)目部，甘肅 慶陽745100）

周創(chuàng)飛，丁強(qiáng) （中石油長慶油田分公司第六采油廠，陜西 西安710018）

郭郡 （中石油長慶油田分公司第一采油廠，陜西 延安716000）

胡尖山地區(qū)位于陜北斜坡西部邊緣的中北部，其西緊鄰天環(huán)坳陷，構(gòu)造相對簡單，地層平緩，一般傾角不足1°。由于差異壓實(shí)作用，該研究區(qū)多處發(fā)育近東西向的鼻狀隆起構(gòu)造帶，為油氣的運(yùn)移和聚集提供了有利條件。長9儲層在該研究區(qū)屬湖盆三角洲沉積，物源方向?yàn)闁|北方向，地層厚度穩(wěn)定，大約在80～110m，主要為一套灰黑色泥質(zhì)巖、泥質(zhì)粉砂巖與灰白、灰綠色中細(xì)粒長石砂巖互層。油藏油井常規(guī)鉆井一般無自然產(chǎn)能，經(jīng)壓裂后才能獲得工業(yè)油流，為典型的特低滲油藏。下面，筆者對胡尖山地區(qū)長9儲層特征進(jìn)行了研究，以便為該研究區(qū)的勘探開發(fā)提供參考。

1 儲層巖石學(xué)特征

根據(jù)薄片鑒定，胡尖山地區(qū)長9儲層巖性主要為灰白、灰綠色長石砂巖（見圖1）。碎屑成分平均百分含量為89.12%，其中長石含量最高，為48.59%；石英為28.58%；巖屑含量較低，平均11.94%，以酸性噴出巖、變質(zhì)巖及云母為主，幾乎沒有沉積巖屑存在。填隙物含量為8.32%，主要由粘土礦物（4.12%）、碳酸鹽膠結(jié)物（1.38%）以及濁沸石（0.47%）和硅質(zhì)膠結(jié)物（2.09%）組成，并含少量長石質(zhì)膠結(jié)物（0.26%）。粘土礦物以綠泥石（3.65%）為主，其次為伊利石（0.47%）。碳酸鹽膠結(jié)物主要由鐵方解石（1.26%）、方解石（0.12%）組成，并含微量方解石，呈片狀或斑狀充填孔隙。硅質(zhì)膠結(jié)物主要為石英顆粒的次生加大。粒度分選性中－好，碎屑顆粒多呈次棱角狀，膠結(jié)類型以孔隙－薄膜式為主，還有部分薄膜－加大式，顆粒支撐，顆粒接觸方式為點(diǎn)－線接觸或線接觸?？傊?，該研究區(qū)儲集砂巖顆粒以長石為主，石英、巖屑相對少，成分成熟度較低，結(jié)構(gòu)成熟度中等，這表明該地區(qū)沉積物沒有經(jīng)歷長距離搬運(yùn)和湖水改造，為近源陸相沉積。

圖1 胡尖山地區(qū)長9儲層砂巖成分三角圖

2 儲集層空間類型

常規(guī)薄片、鑄體薄片以及掃描電鏡觀察表明，該研究區(qū)長9砂巖儲層平均面孔率4.25%（僅對面孔率大于1%的樣品統(tǒng)計(jì)），孔隙類型主要包括粒間孔、溶蝕孔，其中溶蝕孔分為長石溶孔、巖屑溶孔、沸石溶孔（見圖2）。

2.1 粒間孔隙

粒間孔隙是指砂巖礦屑顆粒之間的孔隙，可分為殘余原生粒間孔隙和粒間溶蝕孔隙［1］。該研究區(qū)強(qiáng)烈的壓實(shí)作用、壓溶作用等成巖作用使得原生粒間孔不甚發(fā)育。溶蝕作用等對儲層進(jìn)行積極的改造，溶蝕了大量的次生粒間孔，造成了研究區(qū)粒間孔發(fā)育，占總孔隙的73%，并以粒間孔為主體。

圖2 孔隙類型分布圖

2.2 溶蝕孔隙

溶蝕孔隙是指不穩(wěn)定礦物內(nèi)部被地層水所溶蝕形成的孔隙［2］。該研究區(qū)受溶蝕的顆粒大多為長石、富鋁硅酸鹽組分的巖屑長石以及沸石，形成長石溶孔、巖屑溶孔以及沸石溶孔（見圖2）。由于溶解作用易于沿礦物的解理縫、雙晶縫等薄弱面進(jìn)行，或選擇性溶解巖屑中的易溶組分，因而溶解開始階段在顆粒內(nèi)部首先形成次生溶孔，多呈不規(guī)則的縫、孔狀。溶解作用較徹底時，顆粒可被完全溶解，形成長石鑄?？祝?］。溶蝕孔隙在該研究區(qū)同樣發(fā)育廣泛，僅次于粒間孔隙。

3 儲層孔隙結(jié)構(gòu)和物性特征

3.1 儲層孔隙結(jié)構(gòu)

儲層的孔隙系統(tǒng)是由孔隙和喉道組成，喉道是孔隙之間的狹窄通道，控制著儲層的滲流能力，喉道的大小和形態(tài)主要取決于砂巖顆粒的接觸關(guān)系、顆粒的大小、膠結(jié)類型等因素［3－4］。該研究區(qū)長9儲層發(fā)育的喉道類型包括孔隙縮小型喉道、片狀、彎片狀喉道及縮頸型喉道，管束狀喉道較為少見。

根據(jù)薄片和壓汞資料對儲層孔隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類，可知長9儲層平均孔隙半徑為28.44μm，孔隙類型以中孔隙為主，約占總孔隙的93.75%；小孔隙次之，約占6.25%。平均喉道半徑為0.349μm，吼道類型以微喉型為主，含量達(dá)85.7%，其次為微細(xì)喉型，含量為14.3%。由此可知，長9儲層孔喉組合類型以中孔微細(xì)喉和中孔微喉型為主，含少量小孔微細(xì)喉型等其他孔喉組合。

根據(jù)7口井的壓汞測試資料分析，認(rèn)為該研究區(qū)長9儲層排驅(qū)壓力分布范圍為0.19～0.72MPa，平均0.47MPa，排驅(qū)壓力中等；中值壓力分布范圍為1.1～9.1MPa，平均3.22MPa，同樣表現(xiàn)為中等；孔喉歪度系數(shù)分布范圍為0.63～2.16，平均1.59，喉道偏粗歪度；孔喉分選系數(shù)分布范圍為1.77～2.74，平均2.31，表明孔隙結(jié)構(gòu)非均質(zhì)中等；最大進(jìn)汞飽和度分布范圍為87.68%～99.41%，平均91.97%，進(jìn)汞飽和度大；退汞效率分布范圍為18.11%～45.78%，平均28.3%，退汞效率較低。

根據(jù)壓汞曲線形態(tài)可將研究區(qū)儲層孔喉結(jié)構(gòu)分為2類（見表1）：Ⅰ類為中孔－微細(xì)喉型，該類型物性好，孔喉大，但分選性差，在該研究區(qū)占的比重小；Ⅱ類為中孔－微喉型，該類型物性較差，孔喉較小，但孔喉分選性較好，為該研究區(qū)主要的孔喉結(jié)構(gòu)類型。

表1 胡尖山地區(qū)長9儲層不同孔隙結(jié)構(gòu)類型壓汞數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

3.2 儲層物性特征

根據(jù)該研究區(qū)長9儲層巖石化驗(yàn)資料分析認(rèn)為，主要孔隙度分布范圍在7%～12%，平均9.87%；主要滲透率分布范圍在0.1～3mD，平均0.847mD，屬于低孔、特低孔隙度－特低滲透率儲層。同時，孔隙度和滲透率具有明顯的正相關(guān)關(guān)系（見圖3），說明儲層的滲透性主要受孔隙和吼道的約束，孔隙的發(fā)育直接控制著儲層的好壞和含油氣性的變化。

4 儲層特征影響因素分析

影響儲層特征的因素很多［5－8］，綜合分析認(rèn)為，該研究區(qū)長9儲層特征主要受沉積作用和成巖作用的影響。

4.1 沉積作用

沉積環(huán)境的不同導(dǎo)致巖石類型、粒度大小甚至地層水的差異，最終導(dǎo)致儲層的物性差異［3］。沉積相與儲層物性的好壞有十分緊密的關(guān)系，沉積相類型基本上決定儲層的類型以及儲層的發(fā)育狀況，不同沉積微相砂巖儲集性能之間存在明顯的差異［9－10］。胡尖山地區(qū)長9儲層屬于三角洲沉積，東北部為三角洲平原亞相沉積，西南部為三角洲前緣亞相沉積，主要發(fā)育分流河道、水下分流河道、陸上（水下）天然堤、沼澤、分流間灣等沉積微相。分流河道和水下分流河道水動力相對較強(qiáng)，砂體較厚，砂巖分選磨圓性相對較好，粒度相對較大，剛性組分如石英、長石、石英巖屑等含量較多，云母、千枚巖屑等塑性組分含量較少，有較高的孔隙度和滲透率，是該研究區(qū)的主力相帶；在其他的相帶，水動力變?nèi)酰诌x磨圓性變差，粒度變小，填隙物含量變多，在壓實(shí)－壓溶作用和膠結(jié)作用下，物性變得很差（見表2）。另外，水動力的變化同樣會使砂巖發(fā)育不同樣式的層理構(gòu)造如平行層理、交錯層理等。層理構(gòu)造對砂巖的物性影響很大，平行層理方向的的滲透性遠(yuǎn)高于垂直層理方向，這樣就會促使油氣沿層理方向分布。

圖3 胡尖山地區(qū)長9儲層孔隙度與滲透率關(guān)系圖

表2 不同沉積微相儲層數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

4.2 成巖作用

沉積物沉積之后，其物性的變化主要取決于沉積物所受成巖作用的類型及其強(qiáng)度。該研究區(qū)的成巖作用主要有壓實(shí)－壓溶作用、膠結(jié)作用、溶蝕作用和交代作用。

1）壓實(shí)－壓溶作用 壓實(shí)作用為松散沉積物在上覆水體和沉積物負(fù)荷壓力下不可避免地發(fā)生總體積縮小和孔隙度降低的破壞性成巖作用。該研究區(qū)壓實(shí)作用較強(qiáng)，主要表現(xiàn)在顆粒多呈點(diǎn)－線接觸；塑性巖屑或礦物如泥巖巖屑、云母彎曲變形或被擠入粒間孔形成假雜基，從而造成巖石大量原生孔隙損失、滲透率變差；局部可見石英、長石等剛性顆粒發(fā)生破裂。壓溶作用也是由于巖石壓應(yīng)力和上覆沉積物的重量引起的，與壓實(shí)作用不同的是，其不僅受重力的影響，還受接觸物的性質(zhì)、流體的性質(zhì)等因素的影響，如石英顆粒表面的水膜，尤其是在顆粒之間存在的粘土薄膜，能促進(jìn)石英顆粒接觸處優(yōu)先溶解和溶解物質(zhì)的擴(kuò)散。壓溶作用表現(xiàn)為石英、長石的次生加大，并使得顆粒間的接觸更加緊密，出現(xiàn)凹凸接觸以及縫合線接觸。

2）膠結(jié)作用 膠結(jié)作用指對粒間孔隙的充填，其能顯著降低儲層物性，但早期膠結(jié)物的形成也可抑制機(jī)械壓實(shí)的繼續(xù)進(jìn)行，使剩余原生粒間孔隙得以保存［11］，同時膠結(jié)物中的易溶組分又為次生粒間孔隙的形成奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。因此，膠結(jié)作用對碎屑巖儲層也有建設(shè)性的一面。該研究區(qū)膠結(jié)物類型多樣，主要以黏土礦物、碳酸鹽膠結(jié)物為主，除此之外還發(fā)育少量硅質(zhì)膠結(jié)物：①黏土礦物膠結(jié)。該研究區(qū)黏土礦物總體上以綠泥石和伊蒙混層為主，也發(fā)育一定量的伊利石，基本不含高嶺石。綠泥石賦存狀態(tài)主要分為2種，一種為綠泥石環(huán)邊（或孔隙襯里），綠泥石環(huán)邊膠結(jié)物薄膜占據(jù)了部分原始孔隙（見圖4），屬于破壞性成巖作用，然而早期綠泥石環(huán)邊膠結(jié)作用增強(qiáng)了砂巖抗壓實(shí)－壓溶能力，因此也屬于建設(shè)性成巖作用；另一種是綠泥石呈葉片狀充填孔隙空間（見圖5），這降低了儲層的物性，屬于破壞性成巖作用。另外，綠泥石的發(fā)育可以抑制石英的次生加大，在一定程度上保護(hù)了儲層。伊蒙混層為蒙脫石向伊利石轉(zhuǎn)化的中間產(chǎn)物，可分為有序間層和無序間層兩種類型，早成巖階段一般為無序間層，隨著深度增加，成巖作用的增強(qiáng)，逐漸轉(zhuǎn)化為有序間層。伊利石是胡尖山區(qū)長9較常見的黏土礦物，通常充填在粒間孔隙中，堵塞孔隙，降低儲層的孔滲性能（見圖6）。②碳酸鹽礦物膠結(jié)。碳酸鹽膠結(jié)物在該研究區(qū)較為常見，是最為重要的膠結(jié)物之一。據(jù)薄片染色、掃描電鏡以及陰極發(fā)光薄片觀察發(fā)現(xiàn)，該研究區(qū)碳酸鹽膠結(jié)物平均含量為1.38%，主要為鐵方解石，在各研究層段儲層中基本上均有發(fā)育，碳酸鹽膠結(jié)物多呈粒間膠結(jié)物、交代物或孔隙內(nèi)填充物形式出現(xiàn)，整體上分布不均勻，局部膠結(jié)強(qiáng)烈，由此降低儲層的孔滲性，屬于破壞性成巖作用。③硅質(zhì)礦物膠結(jié)。硅質(zhì)膠結(jié)物在該研究區(qū)普遍發(fā)育，但含量相對較低，膠結(jié)方式包括次生加大式膠結(jié)及孔隙充填式膠結(jié)。石英自生加大邊可環(huán)繞整個碎屑石英，也可僅分布于石英顆粒的局部，主要受控于可生長空間的大小，自生加大可使彼鄰的兩顆粒相接觸，將大孔隙切割成若干個小孔隙，使得孔隙間的連通性變差。當(dāng)石英顆粒周緣有綠泥石薄膜時不能形成連續(xù)的加大石英，因而可呈現(xiàn)孔隙充填式即以自形石英晶體充填于綠泥石薄膜形成后的剩余孔隙空間，這對改善儲層性能具有雙重作用。

圖4 綠泥石薄膜

圖5 綠泥石充填孔隙

圖6 毛發(fā)狀伊利石

圖7 長石溶蝕

3）溶蝕作用 溶蝕作用是胡尖山地區(qū)儲層砂巖中非常普遍的一種成巖作用，也是砂巖次生孔隙形成的主要作用。砂巖中的碎屑、雜基、膠結(jié)物等，包括最穩(wěn)定的石英和其它硅質(zhì)膠結(jié)物，都可在一定條件下發(fā)生不同程度的溶解，而且溶蝕作用貫穿于準(zhǔn)同生期至表生成巖期、甚至抬升暴露的全過程。溶蝕作用能改善儲層的儲集性能及孔隙間的連通性，特別是在溶蝕作用較強(qiáng)區(qū)域可作為一種有效的儲運(yùn)空間。該研究區(qū)溶蝕作用較為強(qiáng)烈，溶蝕孔隙作為重要的儲集空間，對儲層物性的改善起到了極大的作用（見圖7）。

4）交代作用 交代作用是一種礦物被另一種成分不同的礦物替代的作用，主要表現(xiàn)為碎屑顆粒、自生石英及長石等被綠泥石、硅質(zhì)、碳酸鹽等所交代。對該研究區(qū)儲層來說，增加砂體孔滲性的成巖作用主要為溶蝕作用，交代作用影響不大。

5 結(jié)論

1）胡尖山地區(qū)長9儲層主要為灰白、灰綠色長石砂巖，成分成熟度較低，結(jié)構(gòu)成熟度中等。填隙物主要由黏土礦物、碳酸鹽膠結(jié)物以及濁沸石和硅質(zhì)膠結(jié)物組成，并含少量長石質(zhì)膠結(jié)物。

2）胡尖山地區(qū)長9儲層孔隙類型主要包括粒間孔、溶蝕孔等，其中粒間孔、溶蝕孔是該研究區(qū)最主要的儲集空間。

3）胡尖山地區(qū)長9儲層屬于特低孔、特低滲儲層。

4）沉積環(huán)境和成巖作用是影響胡尖山地區(qū)長9儲層特征的主要因素。沉積環(huán)境影響儲層物性的地質(zhì)基礎(chǔ)，沉積相帶的展布控制了儲層物性的平面特征。成巖作用對儲層既有破壞性又有建設(shè)性；壓實(shí)－壓溶作用是孔隙結(jié)構(gòu)變差的主要因素；膠結(jié)作用在整體上堵塞粒間孔隙，進(jìn)一步降低了砂巖的儲集性能；溶蝕作用在一定程度上改善了儲層的物性，對儲層改善具有重要意義；交代作用對儲層物性影響不大。

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