低孔低滲儲(chǔ)層成巖相測(cè)井識(shí)別—以神木氣田上古生界為例

董 悅，滕 藤，，蓋秋，王 濤，，李春霞，鄭 濤

(1.西安石油大學(xué)石油工程學(xué)院，陜西西安710065;2.中國(guó)石油塔里木油田分公司，新疆庫(kù)爾勒841000;3.陜西延長(zhǎng)石油(集團(tuán))有限責(zé)任公司研究院，陜西西安710075)

神木氣田位于鄂爾多斯盆東北部，西鄰榆林氣田，南抵米脂氣田，勘探面積約3×104km2，探明區(qū)及控制區(qū)Ⅰ+Ⅱ類(lèi)有利區(qū)含氣面積596.1 km2，地質(zhì)儲(chǔ)量為880.1×108m3。該氣田主力產(chǎn)層山2段及太2段氣藏類(lèi)型屬于低孔低滲型，成巖作用對(duì)其儲(chǔ)層特征起著主導(dǎo)作用，而成巖相類(lèi)型受砂巖礦物組分控制，且與儲(chǔ)層物性、含氣性存在相互關(guān)系［1-5］。因此，可以使用測(cè)井技術(shù)獲取巖性資料，結(jié)合成巖作用類(lèi)型對(duì)成巖相進(jìn)行劃分，建立測(cè)井曲線與成巖相的對(duì)應(yīng)模型，宏觀微觀結(jié)合，對(duì)儲(chǔ)集層進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1 巖石學(xué)特征

根據(jù)神木氣田山西組和太原組砂巖類(lèi)型三角圖(圖1)，砂巖包括巖屑石英砂巖、石英砂巖和巖屑砂巖3類(lèi)。山1段砂巖類(lèi)型主要為巖屑石英砂巖和巖屑砂巖，少量石英砂巖。山2砂巖巖石類(lèi)型為巖屑石英砂巖和石英砂巖，其中，巖屑砂巖占有一定比例，即從，巖屑砂巖比例降低，砂巖成熟度升高。太原組砂巖巖石類(lèi)型為巖屑石英砂巖和石英砂巖，其中，太2巖屑砂巖占有一定比例，即從太2到太1，巖屑砂巖比例降低，砂巖成熟度升高。

2 成巖作用

2.1 壓實(shí)和壓溶作用

低孔低滲儲(chǔ)層的主要成因是由壓實(shí)作用所導(dǎo)致，而壓實(shí)作用又受沉積物的顆粒成分、粒度、磨圓、分選等因素影響。砂組或一些局部石英含量較高的地區(qū)，由于石英顆粒抗壓實(shí)，所以一些粒間孔得以保存下來(lái)，成為有利的儲(chǔ)集空間。

壓溶作用常見(jiàn)于埋藏較深的砂巖中。由于高溫高壓的影響，砂巖顆粒溶解并伴隨流體在低壓處形成沉淀并造成塑性變形，砂巖顆粒的接觸方式也由點(diǎn)接觸演化為線接觸及鑲嵌式接觸。

圖1 研究區(qū)山西組與太原組巖屑組分三角圖Fig.1 Triangular diagram showing sandstion composition of Shanxi and Taiyuan formation in the studied area

2.2 膠結(jié)作用

研究區(qū)山西組、太原組砂巖中的膠結(jié)物類(lèi)型主要以黏土礦物、硅質(zhì)為主，含少量碳酸鹽膠結(jié)物［6-10］。膠結(jié)物是由孔隙溶液沉淀并充填在孔隙中，隨著膠結(jié)物含量的增加，孔隙度與滲透率會(huì)降低，但適量的高嶺石及硅質(zhì)可以使孔滲變好(圖2、圖3)。

2.2.1 黏土礦物膠結(jié) 本區(qū)黏土礦物主要以伊利石、高嶺石為主，晶體往往充填在粒間孔及溶孔中，形成孔隙式膠結(jié)，部分以薄膜的形式包裹顆粒外表。

(1)伊利石(水云母)。水云母在山西組和太原組的各個(gè)層段均有產(chǎn)出，常與高嶺石交生，隨溫度增加可轉(zhuǎn)化為絹云母、白云母(圖4(a))。

圖2 硅質(zhì)體積分?jǐn)?shù)與滲透率關(guān)系Fig.2 Relationship between volume fraction of Silica and permeability of the first submeber of the second member of Shanxi formation

圖3 高嶺石體積分?jǐn)?shù)與滲透率關(guān)系Fig.3 Relationship between volume fraction of Kaolinite and permeability of the second submeber of the second member of Shanxi formation

(2)高嶺石。此類(lèi)礦物常以書(shū)頁(yè)狀或蠕蟲(chóng)狀充填于粒間孔與晶間孔中(圖4(b))。在掃描電鏡下，高嶺石一般具有2種形態(tài):一類(lèi)是硅質(zhì)到高嶺石轉(zhuǎn)化的過(guò)渡態(tài)，其保留良好的晶間微孔隙。另一類(lèi)存在于長(zhǎng)石溶孔中，此類(lèi)高嶺石晶間空隙極小，但能產(chǎn)生部分次生孔隙。

2.2.2 碳酸鹽膠結(jié) 碳酸鹽膠結(jié)常發(fā)生于堿性沉積環(huán)境，膠結(jié)物以方解石為代表。本區(qū)碳酸鹽膠結(jié)物含量較少，多見(jiàn)于具三角洲前緣沉積特征的太1段砂層組。碳酸鹽膠結(jié)作用使得物性變差，對(duì)儲(chǔ)層起到破壞性作用。

2.2.3 硅質(zhì)膠結(jié) 在成巖過(guò)程中，壓溶作用與黏土礦物成巖轉(zhuǎn)化過(guò)程為硅質(zhì)的形成提供了大量的SiO2。這些SiO2伴隨流體沉淀在壓力較小的區(qū)域形成石英的自生加大邊，或者充填在空隙中形成自生石英。

(1)石英次生加大邊。硅質(zhì)膠結(jié)物呈環(huán)狀包裹石英顆粒生長(zhǎng)，顆粒間以凹凸式接觸。由于本區(qū)山2段砂巖石英含量較高，往往出現(xiàn)石英次生加大現(xiàn)象(圖4(c))。

(2)粒間自生石英。此類(lèi)膠結(jié)物呈微晶狀生長(zhǎng)于粒間孔或溶蝕孔中，晶形從較差—較好均可見(jiàn)到，常與水云母等黏土礦物交生，此外還可見(jiàn)到粒間硅質(zhì)膠結(jié)物向高嶺石轉(zhuǎn)化的過(guò)渡產(chǎn)物(圖4(d))。

2.3 溶蝕作用

溶蝕作用能夠改善儲(chǔ)層物性，形成大量次生孔隙(圖4(e)、圖4(f))。巖屑、長(zhǎng)石、雜基甚至膠結(jié)物均可見(jiàn)溶蝕，本區(qū)以巖屑的溶蝕最發(fā)育。充填在顆粒間的黏土礦物受溶蝕作用可以形成連通性較好的次生溶蝕縫，提供一定的儲(chǔ)集空間。

圖4 研究區(qū)砂巖鏡下照片F(xiàn)ig.4 Microscope photos of Shanxi formation sandstone in the studied area

3 成巖相類(lèi)型及其測(cè)井響應(yīng)特征

成巖相主要受巖性控制，而巖石物性又與孔隙類(lèi)型、填隙物含量等因素有關(guān)，因此，采用孔隙類(lèi)型和填隙物類(lèi)型對(duì)成巖相類(lèi)型進(jìn)行聯(lián)合命名［11-15］。根據(jù)鑄體薄片、X衍射、掃描電鏡等資料，將神木氣田上古生界山西組和太原組成巖相類(lèi)型劃分為以下5種:

(1)粒間孔+溶蝕孔相

粒間孔+溶蝕孔相是有利的成巖相類(lèi)型，主要發(fā)育在辮狀河三角洲平原分流河道砂體較厚的心灘區(qū)域，砂巖成熟度較高，組分以石英為主。由于石英含量較高，壓實(shí)作用的影響在很大程度上被削弱，大量原生粒間孔得以保存。成巖過(guò)程中，酸性溶液進(jìn)入砂巖使得易溶組分發(fā)生溶蝕，形成石英加大邊和次生粒間溶孔，從而形成粒間孔與溶蝕孔的組合相帶，該相帶物性好，但分布較少。

此類(lèi)成巖相在測(cè)井響應(yīng)上呈高聲波時(shí)差、低伽馬、高電阻率的特點(diǎn)(表1)。

表1 粒間孔+溶蝕孔相測(cè)井響應(yīng)量化數(shù)值Tab.1 Logging values of"intergranular pore and dissolved pore"facies

圖5為雙84井太1段測(cè)井響應(yīng)圖，儲(chǔ)層發(fā)育中粗粒石英砂巖?？紫额?lèi)型主要為粒間孔和晶間孔組合，砂巖孔隙度一般大于6%，滲透率一般大于0.6 ×10—3μm2。

圖5 粒間孔+溶蝕孔相測(cè)井響應(yīng)特征Fig.5 Logging response features of"intergranular pore and dissolved pore"facies

(2)粒間孔+晶間孔相

粒間孔+晶間孔相是較有利的成巖相類(lèi)型，在三角洲平原、前緣分流河道中發(fā)育石英砂巖的區(qū)域較為常見(jiàn)，石英含量少于粒間孔+溶蝕孔相。在成巖過(guò)程中，石英次生加大邊包裹顆粒，使得粒間孔得以保留，之后又被高嶺石所充填，在保留部分粒間孔的同時(shí)也發(fā)育高嶺石晶間孔。

此類(lèi)成巖相在測(cè)井響應(yīng)上呈低聲波時(shí)差、低自然伽馬、高電阻率的特點(diǎn)(表2)。

表2 粒間孔+晶間孔相測(cè)井響應(yīng)量化數(shù)值Tab.2 Logging response values of"intergranular pore and intercrystalline pore"facies

圖6為雙20井山1段測(cè)井響應(yīng)圖，其孔隙類(lèi)型以粒間孔、晶間孔為主，砂巖孔隙度普遍在4% ～6%，滲透率為(0.3 ～0.5)×10—3μm2。

圖6 粒間孔+晶間孔相測(cè)井響應(yīng)特征Fig.6 Logging response features of"intergranular pore and intercrystalline pore"facies

(3)黏土礦物充填晶間孔+溶蝕孔相

黏土礦物充填晶間孔+溶蝕孔相是儲(chǔ)集物性較好的成巖相帶，在三角洲平原、前緣分流河道中發(fā)育巖屑石英砂巖的區(qū)域較為常見(jiàn)。溶蝕作用使其產(chǎn)生大量粒內(nèi)溶孔及粒間孔隙，大量自生高嶺石晶體充填在這些空隙中。

此類(lèi)成巖相測(cè)井響應(yīng)呈現(xiàn)出低電阻率、中—高聲波時(shí)差、中值自然伽馬的特點(diǎn)(表3)。

表3 黏土礦物充填晶間孔+溶蝕孔相測(cè)井響應(yīng)量化數(shù)值Tab.3 Logging response values of"intercrystalline pore filled by clay minerals and dissolved pore"facies

圖7為雙44井山2段測(cè)井響應(yīng)圖，儲(chǔ)層發(fā)育巖屑石英砂巖，儲(chǔ)集空間以高嶺石晶間孔為主，砂巖孔隙度一般在4% ～6%，滲透率為(0.1～0.4)×10—3μm2。

圖7 黏土礦物充填晶間孔+溶蝕孔相測(cè)井響應(yīng)特征Fig.7 Logging response features of"intercrystalline pore filled by clay minerals and dissolved pore"facies

(4)黏土礦物充填晶間孔+微孔相

此類(lèi)成巖相是不利的成巖相，主要發(fā)育在粗碎屑物質(zhì)沉積的河床滯留區(qū)域，巖性為巖屑砂巖。在成巖過(guò)程中，伊利石是介于云母、高嶺石及蒙脫石間的一種過(guò)渡性礦物，呈搭橋狀或絲狀充填粒間孔隙，并交代碎屑顆粒，使得孔隙間連通性差，但具有一定量的微孔。

該成巖相測(cè)井響應(yīng)呈現(xiàn)中—低聲波時(shí)差、中—低自然伽馬、低電阻率的測(cè)井響應(yīng)特點(diǎn)(表4)。

表4 黏土礦物充填晶間孔+微孔測(cè)井響應(yīng)量化數(shù)值Tab.4 Logging response values of"intercrystalline pore filled by clay minerals and micropore"facies

圖8為雙13井山1段測(cè)井響應(yīng)圖，以伊利石晶間微孔為主，砂巖的孔隙度低于4%，滲透率為(0.1～0.3)×10—3μm2。

圖8 黏土礦物充填晶間孔+微孔相測(cè)井響應(yīng)特征Fig.8 Logging response features of"intercrystalline pore filled by clay minerals and micropore"facies

(5)壓實(shí)壓溶相

壓實(shí)壓溶相是本區(qū)低孔低滲儲(chǔ)層的主體，形成于成巖作用的全過(guò)程，主要發(fā)育在河道側(cè)翼，孔隙度一般低于2%，滲透率不超過(guò)0.1 ×10—3μm2。

根據(jù)以上成巖相測(cè)井曲線相應(yīng)特征，選取雙34井繪制了單井成巖相測(cè)井識(shí)別圖。如圖9所示，在使用測(cè)井識(shí)別模型劃分成巖相后，利用鑄體薄片資料對(duì)其準(zhǔn)確性進(jìn)行驗(yàn)證，與劃分結(jié)果基本符合。

4 成巖相平面分布

根據(jù)成巖相類(lèi)型與測(cè)井響應(yīng)之間的關(guān)系，結(jié)合巖心薄片資料繪制了山西組與太原組的成巖相平面分布圖(圖10(a)、圖10(b))。

圖9 雙34井單井成巖相測(cè)井識(shí)別結(jié)果Fig.9 Logging response characteristics of diagenetic facies of Shuang 34 well

圖10 成巖相平面分布Fig.10 Plane distribution of diagenetic facies

研究區(qū)的砂巖物源主要來(lái)自北部偏東［15-19］。根據(jù)X衍射、鏡下薄片等資料顯示，北部石英次生加大現(xiàn)象普遍，中部及南部為硅質(zhì)與黏土礦物的混合區(qū)，其中伊利石與高嶺石含量高，不同的礦物組分導(dǎo)致成巖相類(lèi)型在平面上的分布差異十分明顯。分布于分流河道中砂體較厚的砂巖，其石英含量較高，抗壓實(shí)能力強(qiáng)。此類(lèi)砂體中只含有少量膠結(jié)物，孔隙類(lèi)型以粒間孔為主，部分孔隙被黏土礦物充填或溶蝕。而在分流河道中石英含量較少且砂體厚度較薄區(qū)域的砂巖，由于其填隙物含量較高，粒間孔隨之減少，孔隙類(lèi)型以粒間孔+晶間孔及晶間孔+溶蝕孔為主。研究區(qū)東部及西部黏土礦物含量較高，大量粒間孔被伊利石充填，雖具有一定的微孔和晶間孔，但連通性較差，滲透能力較低。

5 結(jié)論

(1)研究區(qū)孔隙類(lèi)型主要為粒間孔、溶蝕孔及晶間孔，微孔及微裂縫次之?？紫督M合類(lèi)型主要為:粒間孔+溶蝕孔、粒間孔+晶間孔、晶間孔+溶蝕孔、晶間孔+微孔。

(2)成巖作用對(duì)儲(chǔ)集層物性起主導(dǎo)作用。溶蝕作用能夠提供大量次生孔隙，改善儲(chǔ)層物性;壓實(shí)壓溶作用導(dǎo)致大量孔隙減少，對(duì)儲(chǔ)層物性具有破壞性;膠結(jié)作用使得儲(chǔ)層的孔隙度及滲透率進(jìn)一步降低，但適量的硅質(zhì)與高嶺石有利于孔隙發(fā)育。

(3)根據(jù)巖性及測(cè)井資料劃分出5種成巖相類(lèi)型，并建立了相應(yīng)的測(cè)井響應(yīng)模型。其中，粒間孔+溶蝕孔相、粒間孔+晶間孔相及黏土礦物充填晶間孔+溶蝕孔相為有利的成巖相帶，能夠?yàn)橛蜌馓峁┯行У膬?chǔ)集場(chǎng)所。而壓實(shí)壓溶相與黏土礦物充填晶間孔+微孔相為不利相帶，較難儲(chǔ)集油氣。

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