鄂爾多斯盆地姬塬與黃陵地區(qū)長(zhǎng)8段儲(chǔ)層主控因素研究

齊亞林，趙彥德，王 克，黃錦繡，呂劍文，張雪峰

(1.中國(guó)石油 長(zhǎng)慶油田分公司 勘探開(kāi)發(fā)研究院， 西安 710018；2.低滲透油氣田勘探開(kāi)發(fā)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，西安 710018)

鄂爾多斯盆地姬塬與黃陵地區(qū)長(zhǎng)8段儲(chǔ)層主控因素研究

齊亞林1,2，趙彥德1,2，王 克1,2，黃錦繡1,2，呂劍文1,2，張雪峰1,2

(1.中國(guó)石油 長(zhǎng)慶油田分公司 勘探開(kāi)發(fā)研究院， 西安 710018；2.低滲透油氣田勘探開(kāi)發(fā)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，西安 710018)

鄂爾多斯盆地西北部姬塬地區(qū)與東南部黃陵地區(qū)延長(zhǎng)組長(zhǎng)8段儲(chǔ)層物性存在較大的差異，利用粒度、鑄體薄片、掃描電鏡等儲(chǔ)層巖石學(xué)分析手段和對(duì)比的研究方法，圍繞面孔率，通過(guò)分析粒間孔、次生溶孔的影響因素，明確儲(chǔ)層主控因素，揭示儲(chǔ)層致密機(jī)理。結(jié)果表明，沉積體系控制了儲(chǔ)層的巖石學(xué)組成及不同物理、化學(xué)穩(wěn)定性碎屑的含量，控制了引起次生溶孔發(fā)育的長(zhǎng)石等易溶組分含量，控制了剛性、半塑性、塑性等不同力學(xué)性質(zhì)的碎屑含量；沉積環(huán)境控制了儲(chǔ)層碎屑顆粒的粒度和分選；泥級(jí)碎屑組分含量制約和影響著部分黏土類(lèi)自生礦物的含量；沉積體系和沉積環(huán)境的差異是兩區(qū)粒間孔和次生溶孔發(fā)育存在差異的決定因素，也是導(dǎo)致儲(chǔ)層物性較大差異的主要原因。

致密儲(chǔ)層；主控因素;延長(zhǎng)組；黃陵地區(qū)；姬塬地區(qū)；鄂爾多斯盆地

鄂爾多斯盆地是中國(guó)重要的油氣資源勘探和開(kāi)發(fā)基地，其低滲透油氣藏普遍具有物性差、非均質(zhì)性強(qiáng)、成藏因素復(fù)雜的特點(diǎn)[1-2]。姬塬地區(qū)與黃陵地區(qū)均為近年來(lái)鄂爾多斯盆地石油勘探的重點(diǎn)地區(qū)(圖1)，作為兩區(qū)主力勘探層系的延長(zhǎng)組長(zhǎng)8段油層組，勘探效果存在明顯差別。處于盆地西北部的姬塬地區(qū)延長(zhǎng)組長(zhǎng)8段普遍具有儲(chǔ)層物性相對(duì)較好[3-4]，產(chǎn)液量高的特點(diǎn)，勘探接連取得重大突破。姬塬油田是近年來(lái)長(zhǎng)慶油田提交規(guī)模儲(chǔ)量最多、開(kāi)發(fā)效果最好油田之一。而位于盆地東南部的黃陵地區(qū)，近年來(lái)石油勘探取得突破，在延長(zhǎng)組長(zhǎng)8段有多口井獲得工業(yè)油流，展現(xiàn)了一定的勘探潛力。但該區(qū)普遍存在儲(chǔ)層巖礦成份復(fù)雜、物性較差、產(chǎn)液量低的特點(diǎn)，制約了勘探部署[5-9]。成藏條件特別是儲(chǔ)集空間構(gòu)成和物性的差異是導(dǎo)致上述兩區(qū)勘探效果存在差異的主要原因之一(表1)。通過(guò)開(kāi)展兩區(qū)儲(chǔ)層特征對(duì)比研究，分析儲(chǔ)層主控因素，揭示致密機(jī)理，在普遍低滲的背景下尋找相對(duì)高滲的儲(chǔ)層在后續(xù)勘探中顯得尤為迫切。

圖1 鄂爾多斯盆地構(gòu)造區(qū)劃及研究區(qū)位置

儲(chǔ)層物性取決于面孔率，而面孔率取決于粒間孔和溶孔含量。本文以巖石學(xué)分析為基礎(chǔ)，利用粒度、鑄體薄片、掃描電鏡等儲(chǔ)層巖石學(xué)分析手段和對(duì)比的研究方法，圍繞面孔率，通過(guò)分析粒間孔、次生溶孔的影響因素，明確儲(chǔ)層主控因素，揭示儲(chǔ)層致密原因。

1 粒間孔

粒間孔是機(jī)械壓實(shí)強(qiáng)度的反映，是研究區(qū)儲(chǔ)層主要的儲(chǔ)集空間(表1)，延長(zhǎng)組儲(chǔ)層機(jī)械壓實(shí)損失的孔隙可占原始孔隙的35%～45%，是儲(chǔ)層致密的重要因素[10-11]。機(jī)械壓實(shí)強(qiáng)度主要受巖石的碎屑組成和粒度的影響[12]，可由壓實(shí)作用后膠結(jié)作用前殘余粒間孔(現(xiàn)今粒間孔與填隙物)的大小來(lái)表征。

1.1 碎屑組分

砂巖不同的碎屑組成具有不同的力學(xué)性質(zhì)及抗壓實(shí)強(qiáng)度，對(duì)孔隙度演化具有重要的影響[12]。研究區(qū)延長(zhǎng)組長(zhǎng)8段砂巖的巖石類(lèi)型均以巖屑長(zhǎng)石砂巖、長(zhǎng)石巖屑砂巖為主，見(jiàn)少量的長(zhǎng)石砂巖。按巖石顆粒的力學(xué)性質(zhì)，本區(qū)儲(chǔ)層碎屑組成可以分為3類(lèi)：石英、長(zhǎng)石、石英巖、花崗巖等抗壓實(shí)能力強(qiáng)的組分構(gòu)成的剛性顆粒；噴發(fā)巖、隱晶巖、高變巖、白云巖等壓實(shí)較為敏感的組分構(gòu)成的半塑性顆粒；片巖、千枚巖、變質(zhì)砂巖、板巖、綠泥石等對(duì)壓實(shí)敏感的組分構(gòu)成的塑性顆粒(表2)。不同力學(xué)性質(zhì)顆粒壓實(shí)表現(xiàn)不同，剛性顆粒，由于硬度大，抗壓實(shí)能力強(qiáng)，不易發(fā)生變形碎裂，起支撐砂巖骨架的作用，使粒間孔容易保存(圖2a，b)；半塑性及塑性顆粒，由于硬度低、塑性大，易壓實(shí)變形而發(fā)生塑性流動(dòng)，如泥質(zhì)巖屑被壓實(shí)變形呈假雜基化，長(zhǎng)條狀碎屑礦物定向排列，充填在粒間孔內(nèi)造成孔隙度損失(圖2c，d)，其較高的含量對(duì)粒間孔的保存極為不利[13]。進(jìn)一步的分析表明，粒間孔含量總體與剛性顆粒的含量成正比，與塑性顆粒的含量成反比(圖3a，b)。

表1 姬塬與黃陵地區(qū)延長(zhǎng)組長(zhǎng)8段砂巖儲(chǔ)集空間組成

表2 姬塬與黃陵地區(qū)延長(zhǎng)組長(zhǎng)8段砂巖碎屑組成

沉積體系控制了儲(chǔ)層的碎屑組成，姬塬地區(qū)受控于西北沉積體系[14-16]，抗壓實(shí)能力強(qiáng)的剛性顆粒含量高；黃陵地區(qū)受控于南部沉積體系[14,17-18]，壓實(shí)敏感的塑性、半塑性組分含量高(表2)。上述差別導(dǎo)致姬塬地區(qū)較黃陵地區(qū)粒間孔更為發(fā)育，沉積體系控制了儲(chǔ)層發(fā)育的物質(zhì)基礎(chǔ)[12]。

1.2 粒度組成

粒度組成和參數(shù)特征是控制原始孔隙度的重要參數(shù)，對(duì)機(jī)械壓實(shí)作用具有重要的影響[19-20]。研究區(qū)儲(chǔ)層碎屑以細(xì)砂為主，中砂次之，粗砂、粉砂和泥也有分布(表3)。巖石類(lèi)型主要為細(xì)砂巖或含中砂細(xì)砂巖，反映儲(chǔ)集性能的粒間孔受粒徑平均值和分選程度的影響，平均粒徑為0.22 mm或標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.60 mm時(shí)，粒間孔最為發(fā)育(圖3c，d)。強(qiáng)機(jī)械壓實(shí)作用的背景下，粒度和分選適中的碎屑顆粒，抗壓能力強(qiáng)，相對(duì)有利于粒間孔的保存，而粒度細(xì)、分選差則易于壓實(shí)[21]。姬塬地區(qū)平均粒徑0.19 mm，標(biāo)準(zhǔn)偏差0.59 mm，偏度1.56，峰態(tài)6.34；黃陵地區(qū)平均粒徑0.15 mm，標(biāo)準(zhǔn)偏差0.62 mm，偏度1.50，峰態(tài)6.52；姬塬地區(qū)相對(duì)黃陵地區(qū)碎屑顆粒粒度偏粗，分選偏好(表3)，更有利于粒間孔的發(fā)育和保存。

沉積環(huán)境是影響儲(chǔ)層儲(chǔ)集性能的地質(zhì)基礎(chǔ)，不同沉積微相砂巖儲(chǔ)集性能之間存在明顯的差異。鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組長(zhǎng)8段沉積時(shí)期，水體較淺，分處其西北部和東南部的姬塬地區(qū)和黃陵地區(qū)沉積環(huán)境存在差異(圖4)。姬塬地區(qū)整體位于三角洲平原，以平原分流河道砂體為主[14-16]，處于相對(duì)高能的沉積環(huán)境；碎屑顆粒普遍較粗，泥級(jí)組分含量較低，分選好；巖性以細(xì)砂巖為主，中砂巖也極為常見(jiàn)(表3)。黃陵地區(qū)整體位于三角洲前緣，以前緣河口壩和遠(yuǎn)砂壩砂體為主[17-18]，處于沉積體系末端，屬較為低能的沉積環(huán)境；碎屑顆粒普遍較細(xì)，泥級(jí)組分含量較高，分選差；巖性以細(xì)砂巖和粉細(xì)砂巖為主(表3)。上述粒度、分選的差異可能是姬塬地區(qū)較黃陵地區(qū)粒間孔發(fā)育的重要原因，沉積環(huán)境是決定儲(chǔ)層物性的決定性因素。

圖2 姬塬與黃陵地區(qū)延長(zhǎng)組長(zhǎng)8段砂巖典型成巖特征

表3 姬塬與黃陵地區(qū)延長(zhǎng)組長(zhǎng)8段砂巖粒度參數(shù)特征

圖3 姬塬與黃陵地區(qū)延長(zhǎng)組長(zhǎng)8段砂巖孔隙—碎屑組成及結(jié)構(gòu)參數(shù)相關(guān)圖

1.3 填隙物

填隙物占據(jù)了部分粒間孔和次生溶孔，是儲(chǔ)層致密的重要因素[10-11]。姬塬地區(qū)和黃陵地區(qū)延長(zhǎng)組長(zhǎng)8段砂巖填隙物主要為方解石、鐵方解石、鐵白云石等碳酸鹽礦物以及水云母、綠泥石、高嶺石等黏土礦物和硅質(zhì)、長(zhǎng)石質(zhì)(表4)，較高的鐵方解石、鐵白云石、水云母、硅質(zhì)和綠泥石含量是儲(chǔ)層致密的重要因素。黏土類(lèi)填隙物的含量與砂巖碎屑的平均粒徑成反比，平均粒徑越小，細(xì)粒組分含量越高，黏土類(lèi)填隙物的含量越高，部分黏土類(lèi)自生礦物是由陸源碎屑黏土類(lèi)礦物轉(zhuǎn)化而來(lái)[22](圖3e)。

圖4 姬塬與黃陵地區(qū)延長(zhǎng)組長(zhǎng)8段沉積背景

表4 姬塬與黃陵地區(qū)延長(zhǎng)組長(zhǎng)8段砂巖填隙物組分含量

姬塬地區(qū)和黃陵地區(qū)填隙物總量接近，但與姬塬地區(qū)相比，黃陵地區(qū)具有較高的方解石和鐵方解石含量(表4)，其對(duì)孔隙的破壞更為嚴(yán)重[21]；部分自生成因黏土礦物來(lái)源于陸源碎屑成因黏土礦物轉(zhuǎn)化，泥級(jí)碎屑組分為陸源碎屑黏土礦物向自生黏土礦物轉(zhuǎn)化提供了物質(zhì)基礎(chǔ)，影響了自生黏土礦物的類(lèi)型和含量[22]，較高的泥級(jí)碎屑組成(表3)可能是導(dǎo)致黃陵地區(qū)填隙物總量高的重要原因。

2 次生溶孔

次生溶孔主要由骨架顆粒溶解形成，是砂巖孔隙最為重要的組成部分，其形成對(duì)儲(chǔ)層儲(chǔ)滲條件的改善具有重要意義[10-11,23]。研究區(qū)砂巖次生溶孔重要程度僅次于粒間孔(表1)，其發(fā)育程度主要受礦物組成控制，不同的礦物組成具有不同的物理、化學(xué)穩(wěn)定性。石英和長(zhǎng)石是該區(qū)長(zhǎng)8段砂巖的主要組成礦物，其溶蝕程度及表現(xiàn)形式也不盡相同。如石英等具有較高的物理、化學(xué)穩(wěn)定性的礦物，在電鏡下僅能觀察到表面光滑且晶型完整的自形或次生加大狀石英，難以觀察到顯著的溶蝕現(xiàn)象(圖5a，b)；長(zhǎng)石等物理、化學(xué)性質(zhì)表現(xiàn)得較不穩(wěn)定(圖5c，d)，有學(xué)者認(rèn)為延長(zhǎng)組砂巖儲(chǔ)層中長(zhǎng)石次生溶孔的形成與印支暴露期大氣水參與下的溶蝕作用有關(guān)，不是埋藏成巖過(guò)程中有機(jī)酸溶蝕作用的結(jié)果[23]。但現(xiàn)代沉積學(xué)研究表明，碎屑組分自源區(qū)及后續(xù)搬運(yùn)、沉積過(guò)程中均不同程度經(jīng)歷物理風(fēng)化和化學(xué)風(fēng)化作用，長(zhǎng)石等礦物常沿礦物表面和解理、裂隙等部位進(jìn)行溶蝕[24-27]，碎屑組分的溶蝕作用不僅在晚三疊世延長(zhǎng)期沉積及成巖階段發(fā)生，此前地質(zhì)歷史時(shí)期均可能發(fā)生，沉積盆地的多旋回性導(dǎo)致長(zhǎng)石等礦物溶孔的發(fā)育具有多旋回性，且不同物源區(qū)溶蝕程度存在差異[22]。長(zhǎng)石等礦物是研究區(qū)最為常見(jiàn)的易溶骨架顆粒，儲(chǔ)層中次生溶孔的形成主要是長(zhǎng)石等礦物溶蝕的結(jié)果，長(zhǎng)石溶孔是研究區(qū)主要的溶孔類(lèi)型(表1)，其發(fā)育程度既受長(zhǎng)石含量控制(長(zhǎng)石溶孔的含量與長(zhǎng)石含量成正比)(圖3f)，也受物源控制。不同物源的長(zhǎng)石由于經(jīng)歷不同的風(fēng)化、搬運(yùn)、溶蝕旋回[22]，其溶孔的發(fā)育程度也不盡相同，較高的長(zhǎng)石含量和較強(qiáng)的溶蝕程度可能是姬塬地區(qū)儲(chǔ)層中溶孔更為發(fā)育的重要原因。

圖5 姬塬與黃陵地區(qū)延長(zhǎng)組長(zhǎng)8段砂巖典型成巖作用顯微特征

3 結(jié)論

(1)沉積體系控制了儲(chǔ)層的巖石學(xué)組成和長(zhǎng)石、石英等不同物理、化學(xué)穩(wěn)定性礦物的含量，長(zhǎng)石等易溶組分含量是次生孔隙發(fā)育程度的決定因素；沉積體系控制了儲(chǔ)層中剛性、半塑性、塑性等具有不同力學(xué)性質(zhì)的礦物含量，決定了儲(chǔ)層的抗壓實(shí)能力，制約著粒間孔的發(fā)育。

(2)沉積環(huán)境控制了儲(chǔ)層砂體的類(lèi)型，控制了砂巖碎屑顆粒的粒度和分選，影響了巖石的機(jī)械壓實(shí)強(qiáng)度，是影響粒間孔發(fā)育的重要因素。

(3)部分自生成因黏土礦物來(lái)源于陸源碎屑成因黏土礦物轉(zhuǎn)化，泥級(jí)碎屑組分為陸源碎屑黏土礦物向自生黏土礦物轉(zhuǎn)化提供了物質(zhì)基礎(chǔ)，制約和影響了部分黏土類(lèi)填隙物的含量。

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(編輯 黃 娟)

Reservoir main controlling factors of Chang8 sandstones in Jiyuan and Huangling areas, Ordos Basin

Qi Yalin1,2, Zhao Yande1,2, Wang Ke1,2, Huang Jinxiu1,2, Lü Jianwen1,2, Zhang Xuefeng1,2

(1.ExplorationandDevelopmentInstituteofChangqingOilfield,PetroChina,Xi’an,Shaanxi710018,China; 2.NationalEngineeringLaboratoryofLow-permeabilityOilandGasFieldExplorationandDevelopment,Xi’an,Shaanxi710018,China)

There are obvious differences of reservoir physical properties of Chang8 sandstones between the Jiyuan area in the northwest and the Huangling area in the southeast of the Ordos Basin. The factors influencing intergranular and dissolution pores were discussed based on granularity, thin section and SEM analyses. In this way, the controlling factors for reservoir physical properties and the mechanism for reservoir compaction were determined. The deposition system controlled the petrologic composition of the sandstones, the content of minerals with different physical and chemical stabilities, the content of feldspar, which caused secondary porosity, and the content of minerals with different mechanical properties (rigid, semi-plastic or plastic). Depositional environment controlled the granularity and sorting of clastic compositions in reservoir. The content of detrital mud components controlled the content of authigenic clay minerals. The difference in deposition system and environment between the two areas led to the difference of intergranular and dissolution pores, and explain the obvious differences of reservoir property.

compact reservoir; main controlling factor;Yanchang Formation; Huangling area; Jiyuan area; Ordos Basin

1001-6112(2015)03-0334-07

10.11781/sysydz201503334

2014-03-07；

2015-03-26。

齊亞林(1974—)，男，工程師，從事石油地質(zhì)綜合研究和勘探現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)支撐工作。E-mail：qiyl_cq@petrochina.com.cn。

國(guó)家科技重大專(zhuān)項(xiàng)“大型油氣田及煤層氣開(kāi)發(fā)”(2011ZX05044，2011ZX05001-004)資助。

TE122.2

A