神木氣田上古生界砂巖儲(chǔ)層特征及其主控因素

付曉燕，王少飛，馮永玖，孫素芳，張海波

（1.中國石油長慶油田分公司勘探開發(fā)研究院，陜西西安 710021；2.低滲透油氣田勘探開發(fā)國家工程實(shí)驗(yàn)室，陜西西安 710021）

神木氣田位于鄂爾多斯盆地一級(jí)構(gòu)造單元伊陜斜坡東北部（見圖1），西側(cè)與榆林氣田相鄰，北部與大牛地氣田相接，勘探面積約2.0×104km2。目前提交探明地質(zhì)儲(chǔ)量近1 000×108m3，2012 年投入開發(fā)，實(shí)施效果較好。氣田內(nèi)上古生界二疊系發(fā)育齊全，從下向上發(fā)育地層依次為太原組、山西組及石盒子組。太原組主要為陸表海環(huán)境下的潮控淺水三角洲前緣沉積與碳酸鹽潮坪相沉積，山西組主要發(fā)育準(zhǔn)平原環(huán)境下的河控淺水三角洲平原沉積，太原-山西期氣候濕潤，陸源碎屑巖、灰?guī)r、泥巖、煤系地層發(fā)育，石盒子組則為河流-湖泊三角洲沉積，砂泥巖互層沉積，氣候炎熱干燥，尤其在上石盒子組，雜色泥巖沉積發(fā)育[1-4]。本文針對(duì)研究區(qū)主力含氣層段太原組和山西組進(jìn)行儲(chǔ)層特征以及主控因素分析，為該區(qū)后續(xù)規(guī)模有效開發(fā)提供依據(jù)。

1 儲(chǔ)層巖石學(xué)特征

砂巖的礦物成分和結(jié)構(gòu)特征是儲(chǔ)層發(fā)育的基礎(chǔ)，其控制著砂巖的成巖變化和孔隙演化[5]。巖心及薄片鏡下觀察認(rèn)為：神木氣田太原組砂巖顆粒主要為石英和巖屑，幾乎不含長石（見表1），巖屑以變質(zhì)巖和巖漿巖為主，少量沉積巖，巖性以巖屑石英砂巖和石英砂巖為主，少量巖屑砂巖。從太2 到太1，巖屑砂巖比例降低，砂巖成熟度升高，總之，太原組砂巖成分成熟度好-中等。山西組的砂體巖性主要為巖屑石英砂巖、巖屑砂巖和石英砂巖，從山23段到山1 段，總體石英含量減少，巖屑含量增多，成熟度逐漸降低（見表1）。

表1 神木氣田山西組和太原組碎屑組分統(tǒng)計(jì)表

太原、山西組砂巖粒度較粗，以含礫粗粒、粗粒、中粒為主，粒徑多在0.3 mm～1.2 mm，粗粒砂巖沉積序列底部普遍含陸源礫石，反映沉積水體能量較強(qiáng)。其中太原組粒度累積概率曲線表現(xiàn)為以滾動(dòng)+跳躍組分為主的兩段式和三段式為主（見圖1），部分樣品具有典型雙跳躍特征，反映受潮汐或波浪與河流共同作用的特點(diǎn)。太原、山西組砂巖薄片鏡下觀察分選中等-好，磨圓為次棱-次圓，膠結(jié)方式以孔隙式為主，太原組砂巖顆粒接觸方式以點(diǎn)、點(diǎn)-線接觸為主，山西組以點(diǎn)接觸為主，支撐方式為顆粒支撐。填隙物總體含量高，其中山21和太2 較高，平均分別22.0 %和20.7 %，以水云母為主（見表2），其次是硅質(zhì)、綠泥石、鐵白云石、高嶺石和鐵方解石等，對(duì)孔隙保存不利。

圖1 神木氣田太原組砂巖粒度概率曲線圖

表2 神木氣田太原組、山西組填隙物組分統(tǒng)計(jì)表

2 儲(chǔ)層物性特征

巖心物性資料統(tǒng)計(jì)（見圖2）分析表明，太原組儲(chǔ)層孔隙度主要分布于4 %～12 %，平均7.8 %；滲透率主要分布于0.01 mD～1.0 mD，平均0.643 mD。山西組儲(chǔ)層孔隙度主要分布于2 %～10 %，平均6.2 %；滲透率主要分布于0.01 mD～1.0 mD，平均0.851 mD。相對(duì)比來看，孔隙度高值區(qū)分布頻率太原組高于山西組，而滲透率恰恰相反，可能是由于山西組裂縫較為發(fā)育的原因所致。依據(jù)砂巖儲(chǔ)層劃分標(biāo)準(zhǔn)（見表3），神木氣田太原、山西組基本上都屬于低-特低孔、低-特低滲砂巖儲(chǔ)集層。整體來看，雖然儲(chǔ)層物性較差，但低孔、低滲的背景上仍然存在相對(duì)較高孔滲的儲(chǔ)層。

表3 砂巖儲(chǔ)層級(jí)別劃分（據(jù)SY/T 5601－93）

圖2 神木氣田太原組、山西組儲(chǔ)層孔隙度（左）、滲透率（右）分布直方圖

3 儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間及孔喉結(jié)構(gòu)特征

神木氣田太原組砂巖儲(chǔ)集空間主要為各種溶孔（見圖3），包括巖屑溶孔、雜基溶孔、粒間溶孔等，另外還有少量晶間孔及粒間孔；山西組主要為各種溶孔及晶間孔，還有少量粒間孔及微孔。

圖3 神木氣田太原組、山西組孔隙類型對(duì)比柱狀圖

儲(chǔ)層的孔隙結(jié)構(gòu)是指巖石所具有的孔隙和喉道的幾何形態(tài)、大小、分布及其相互連通關(guān)系[6]?？紫督Y(jié)構(gòu)直接決定儲(chǔ)層的儲(chǔ)集性能?？紫督Y(jié)構(gòu)主要根據(jù)壓汞曲線的形態(tài)和定量特征參數(shù)來評(píng)價(jià)，研究表明石英砂巖和巖屑砂巖的孔隙結(jié)構(gòu)存在明顯的差異。神木氣田太原組、山西組發(fā)育不同孔隙類型的石英砂巖、巖屑石英砂巖和巖屑砂巖，其壓汞曲線形態(tài)有著顯著的差別（見圖4）。石英砂巖發(fā)育粒間孔、粒間溶孔，喉道發(fā)育，滲透性好，壓汞曲線斜度小，孔隙平臺(tái)發(fā)育，歪度以粗歪度、偏粗歪度為主，排驅(qū)壓力大部分小于0.5 MPa；巖屑石英砂巖以巖屑溶孔為主，喉道發(fā)育程度較石英砂巖差，壓汞曲線斜度增大，排驅(qū)壓力1 MPa 左右；巖屑砂巖以巖屑溶孔為主，壓汞曲線斜度大，無明顯的平臺(tái)。

太原、山西組砂巖孔隙結(jié)構(gòu)定量特征參數(shù)對(duì)比結(jié)果表明（見表4），太原組砂巖中值半徑大，排驅(qū)壓力低，最大進(jìn)汞飽合度高，儲(chǔ)層物性較好，孔隙結(jié)構(gòu)總體上優(yōu)于山西組。

圖4 神木氣田不同巖石類型儲(chǔ)層典型壓汞曲線特征

表4 神木氣田太原組、山西組砂巖孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)表

4 儲(chǔ)層發(fā)育的主控因素

儲(chǔ)層是否發(fā)育取決于其孔隙的保存程度，而儲(chǔ)層的質(zhì)量則與孔隙類型直接相關(guān)，它們最終都由沉積和成巖作用所控制。

4.1 沉積相因素對(duì)儲(chǔ)層的控制作用

沉積微相對(duì)儲(chǔ)層的控制作用主要表現(xiàn)為砂巖顆粒的粒度、結(jié)構(gòu)成熟度和成分成熟度。不同的微相具有不同的粒度分布，不同的顆粒成分（巖屑、長石或石英），從而決定了它們具有不同的孔隙保存基礎(chǔ)和成巖演化基礎(chǔ)[7]。

4.1.1 粒度 對(duì)于神木氣田鉆井?dāng)?shù)較多的北部區(qū)塊而言，三角洲平原分流河道水動(dòng)力最強(qiáng)，因此保存了最抗搬運(yùn)的粗碎屑顆粒。山西組和太原組薄片統(tǒng)計(jì)證實(shí)，碎屑顆粒越粗，即粒度中值越大，儲(chǔ)層滲透率也越高（見圖5）。顯然，分流河道微相是有利的沉積微相，分流河道控制下的粗粒顆粒分布對(duì)儲(chǔ)層物性具有較強(qiáng)的控制作用。

圖5 神木氣田太原組（左）、山西組（右）粒度中值與滲透率相關(guān)圖

4.1.2 顆粒成分及其含量 石英含量、巖屑含量與滲透率相關(guān)性分析結(jié)果表明，二者與滲透率關(guān)系均不明顯?？梢?，石英及巖屑含量對(duì)儲(chǔ)層物性沒有絕對(duì)的控制作用。但是為了確定哪類巖屑對(duì)物性貢獻(xiàn)較大，本次統(tǒng)計(jì)了太原組巖漿巖、變質(zhì)巖和沉積巖巖屑與滲透率相關(guān)關(guān)系，發(fā)現(xiàn)隨巖漿巖巖屑含量升高，滲透率呈現(xiàn)降低趨勢(shì)；變質(zhì)巖和沉積巖巖屑與滲透率相關(guān)性差，因此推測(cè)溶蝕作用可能選擇性溶蝕某類礦物而不是溶蝕某類巖屑（見圖6）。

圖6 神木氣田太原組三類巖屑含量與滲透率相關(guān)圖

4.2 成巖作用對(duì)儲(chǔ)層發(fā)育的影響

成巖作用控制了儲(chǔ)層孔隙演化過程，主要成巖作用類型包括壓實(shí)壓溶、膠結(jié)和溶蝕作用。其中，壓實(shí)壓溶和膠結(jié)是導(dǎo)致孔隙損失的不利因素，二者共同作用使得儲(chǔ)層的粒間孔隙幾乎完全喪失，尤其是各類膠結(jié)物（如粘土類、碳酸鹽巖和硅質(zhì)）的膠結(jié)嚴(yán)重降低了儲(chǔ)層滲透率。因此，對(duì)儲(chǔ)層有建設(shè)性控制作用的主要是溶蝕作用。

圖7 神木氣田成巖作用特征

4.2.1 壓實(shí)壓溶作用 壓實(shí)作用表現(xiàn)在碎屑顆粒緊密排列使孔隙體積縮小、孔滲變差，顆粒之間緊密接觸（見圖7a），石英顆粒受擠壓破裂產(chǎn)生裂縫；壓溶作用主要表現(xiàn)在石英顆粒次生加大及縫合線接觸等。壓實(shí)壓溶作用使得巖石原生孔隙減少、滲透率變差，砂巖結(jié)構(gòu)非常致密（見圖7b）。

4.2.2 自生礦物膠結(jié)作用 膠結(jié)作用是導(dǎo)致儲(chǔ)層物性變差的另一個(gè)主要原因。太原、山西組砂巖膠結(jié)作用強(qiáng)烈，致使原生孔隙大量喪失。按照膠結(jié)物成分來劃分，盒8 段砂巖膠結(jié)方式主要為：粘土礦物膠結(jié)、硅質(zhì)膠結(jié)、鈣質(zhì)膠結(jié)等（見圖7c、d）。

4.2.3 溶蝕作用 鄂爾多斯盆地二疊系太原組-山西組是典型的海陸交互相沉積，煤系地層極其發(fā)育。從菱鐵礦等成巖礦物的產(chǎn)狀來看，同沉積期形成的顯示強(qiáng)還原環(huán)境的大量菱鐵礦等均表明，沉積期后該套地層就處于非常明顯的有機(jī)酸成巖環(huán)境[8]，經(jīng)過長期的酸性流體的溶蝕作用，長石、巖屑等顆粒受到強(qiáng)烈溶蝕，產(chǎn)生次生溶孔（見圖7e、f），是改善砂巖儲(chǔ)滲條件的主要方式。

5 結(jié)論

本文分析研究了神木氣田太原、山西組砂巖儲(chǔ)層巖石學(xué)、物性、儲(chǔ)集空間、孔喉結(jié)構(gòu)特征及主控因素。太原組巖性以巖屑石英砂巖和石英砂巖為主，山西組巖性以巖屑石英砂巖和巖屑砂巖為主，太原組石英含量總體高于山西組。研究層段填隙物總體含量高，以水云母為主，其次是硅質(zhì)、綠泥石、鐵白云石、高嶺石和鐵方解石等，對(duì)孔隙保存不利。太原組儲(chǔ)層孔隙度平均7.8 %；滲透率平均0.643 mD；山西組儲(chǔ)層孔隙度平均6.2 %；滲透率平均0.851 mD，都表現(xiàn)出低-特低孔、低-特低滲的特征，但低孔、低滲的背景上仍然存在相對(duì)較高孔滲的儲(chǔ)層。太原組砂巖儲(chǔ)集空間以各種溶孔為主，而山西組是各種溶孔和晶間孔為主，不同孔隙類型的石英砂巖、巖屑石英砂巖和巖屑砂巖的壓汞曲線形態(tài)有著顯著的差別。太原組砂巖中值半徑大，排驅(qū)壓力低，最大進(jìn)汞飽合度高，儲(chǔ)層物性較好，孔隙結(jié)構(gòu)總體上優(yōu)于山西組。儲(chǔ)層發(fā)育的主控因素體現(xiàn)在沉積相和成巖作用兩大方面：分流河道微相是有利的沉積微相，分流河道控制下的粗粒顆粒分布對(duì)儲(chǔ)層物性具有較強(qiáng)的控制作用；溶蝕作用對(duì)改善儲(chǔ)層物性起到了很大的建設(shè)性作用，而壓實(shí)壓溶作用及膠結(jié)作用則對(duì)儲(chǔ)層的發(fā)育起到了一定的破壞性作用。

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