馬嶺油田北三區(qū)延儲層特征及其控制因素

明紅霞，孫 衛(wèi)，張龍龍

(1. 西北大學(xué) 大陸動力學(xué)國家重點實驗室/地質(zhì)學(xué)系，陜西西安 710069 2. 中石化勝利油田孤東采油廠地質(zhì)所，山東東營 257200)

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明紅霞1，孫 衛(wèi)1，張龍龍2

(1. 西北大學(xué) 大陸動力學(xué)國家重點實驗室/地質(zhì)學(xué)系，陜西西安 710069 2. 中石化勝利油田孤東采油廠地質(zhì)所，山東東營 257200)

1 儲層特征

1.1 巖石學(xué)特征

圖1 延儲層砂巖成分三角圖Fig.1 Triangular diagram of sandstone components of Yan reservoir

1.2 儲層物性特征

1.3 儲層內(nèi)部構(gòu)型

圖2 延儲層砂巖鑄體薄片、掃描電鏡Fig.2 Cast thin sections and scanning electron microscopeof sandstones of Yan reservoira-絲片狀伊利石晶間孔；b-蠕蟲狀高嶺石充填喉道，發(fā)育晶間孔；c-石英加大；d-部分長石顆粒發(fā)生溶蝕；e-少量巖屑發(fā) 生溶孔；f-重晶石及加大狀石英緊密膠結(jié)a-silk sheet illite intercrystal porosity; b-vermicular kaolinites filling throat, of which intergranular hole developed; c-quartz overg-routh; d-part of feldspar dissolution; e-a small amount of lithic dissolved pore; f-barite and quartz cementation with shape close

圖3 延儲層孔滲分布頻率直方圖Fig.3 Histogram of pore and permeability distribution frequency of Yan reservoir

1.4 儲層孔隙結(jié)構(gòu)特征

孔隙結(jié)構(gòu)是造成不同低滲透油藏物性差別的主要因素，與常規(guī)物性相比，它可正確反映儲層儲集性能和滲流特征(Galeszzietal., 2010; 陳國俊等，2010)。

1.4.1 儲層孔隙類型及特征

(1) 常規(guī)方法研究的孔隙特征

根據(jù)鑄體薄片鏡下觀察，目的層孔隙類型包括粒間孔、溶孔及晶間孔。受壓實作用的影響，平面上粒間孔大小不一(圖2d)，孔徑多在50 μm～250 μm之間，孔隙度介于9.6%～16.1%之間，平均為

13.3%，占面孔率總值的86.9%(圖5)，是研究區(qū)的主要儲集空間，具有良好的油氣儲滲能力。不穩(wěn)定組分如長石和巖屑溶蝕形成的孔隙易與粒間孔相連，形成超大孔隙，極大地優(yōu)化了儲集空間與儲層孔隙的連通性，其中長石溶孔的增孔率在1.8%～5.9%之間(圖2d)，巖屑溶孔孔徑一般較小，占面孔率總值的3.1%(圖2e、圖5)。晶間孔常見粘土礦物(包括高嶺石、伊利石等)和石英次生加大晶體充填于粒間孔隙中(圖2a～圖2c)，其孔徑及喉道半徑較小，僅占面孔率總值的2.3%(圖5)，但分選性較好，對提高儲層滲流能力具一定的貢獻作用。

(2) 核磁共振測試的孔隙特征

以上分析可知，孔隙類型的發(fā)育程度與儲層滲透率有良好的相關(guān)性，滲透率越大，孔隙類型的發(fā)育程度越好，巖石致密程度是儲層質(zhì)量的主控因素。

圖4 延儲層內(nèi)部構(gòu)型Fig.4 Internal architecture of Yan reservoir1-砂巖；2-泥巖；3-泥質(zhì)粉砂巖；4-鈣質(zhì)層1-sandstone; 2-shale; 3-argillaceous siltstone; 4-calcareous layer

圖5 延儲層孔隙類型餅狀分布圖Fig.5 Pie graph of pore types of Yan reservoir

1.4.2 孔隙結(jié)構(gòu)特征

Ⅰ類毛管壓力曲線呈較寬的平臺特征(圖7a)，整體排驅(qū)壓力低、中值半徑大、分選好、進汞飽和度高?？紫督Y(jié)構(gòu)主要為粗喉孔型，部分中喉孔型，平均孔喉中值半徑4.93 μm，孔隙連通性好(圖7b)。儲層碎屑顆粒分選好，顆粒之間點-線接觸為主，粘土礦物和石英呈接觸式膠結(jié)，粒間孔發(fā)育，儲層儲集性能和滲透能力強，具有中、低孔-中、高滲特征。

Ⅱ類孔隙結(jié)構(gòu)以中孔喉型為主，毛管壓力曲線

平臺較短(圖7a)，具有尖峰正偏態(tài)中歪度，歪度集中分布于1.25～1.43之間，平均孔喉中值半徑1.59 μm(圖7b)，孔喉分選好至中等。碎屑顆粒以線接觸為主，粘土礦物和自生石英充填于粒間孔中，極大提高了孔隙充填程度，使得喉道縮小，儲層滲透能力降低，具有中、低孔至低滲的特征。

Ⅲ類毛管壓力曲線平臺不發(fā)育(圖7a)，孔隙結(jié)構(gòu)主要為細喉孔型，還有少量的微喉孔型，具有單峰正偏態(tài)較細歪度，孔喉分選極差。高嶺石、伊利石晶間孔發(fā)育，孔喉普遍較小，孔徑介于0.63～0.89 μm之間(圖7b)，該類孔隙結(jié)構(gòu)主要發(fā)育在西部的鈣質(zhì)砂巖夾層內(nèi)，儲層儲集性和滲流性差，整體表現(xiàn)為特低孔-特低滲特征。

2 儲層影響因素

2.1 沉積環(huán)境

2.1.1 巖石學(xué)性質(zhì)

圖6 不同級別滲透率巖心核磁共振測試孔徑分布Fig.6 Pore diameter distribution of different permeability core tested by nuclear magneticresonance

類型孔隙結(jié)構(gòu)特征參數(shù)孔隙度/%滲透率/×10-3μm2排驅(qū)壓力/MPa中值半徑/μm中值壓力/MPa分選系數(shù)變異系數(shù)歪度最大進汞飽和度/%退汞效率/%Ⅰ151～169161542～36121734002～00400318～815493009～041022227～314267029～041035082～22149889～971940206～267233Ⅱ125～174152111～1651988003～012006104～21159035～071051285～367325031～045038124～143132906～942920201～217212Ⅲ144～15314925～395169007～012009063～089079083～116096252～287273027～03029133～141136913～939930147～201174

圖7 馬嶺油田北三區(qū)延儲層砂巖典型毛細管壓力曲線Fig.7 Typical capilary pressure curve of sandstones of Yan reservoir of northern Maling Oilfield

圖8 延儲層孔隙度與巖石學(xué)性質(zhì)的關(guān)系Fig.8 Relationship between porosity and petrological properties of Yan reservoir

巖屑含量也是影響儲層物性的一個重要因素。中塑性碎屑巖易在壓實過程中發(fā)生撓曲變形擠入到粒間孔隙中，使得孔隙結(jié)構(gòu)變差；壓實作用強烈時，部分巖屑還可假雜基化充填于粒間孔隙之間，使得巖石致密，原始孔隙難以保存。隨著巖屑含量的增高，儲層孔隙度和滲透率急劇降低(圖8)。

2.1.2 沉積相對儲層的影響

心灘疊置帶附近，強水動力使得粗砂巖或中-粗砂巖較為發(fā)育，其剛性顆粒組分(石英)含量高，分選中等-好，次圓-次棱角狀磨圓，構(gòu)造上以交錯層理為主，儲層中粗顆粒砂巖經(jīng)過壓實作用后保存大量的原生粒間孔隙，砂巖物性相對較好，孔隙度、滲透率均值分別為14.6%和24.4×10-3μm2(表2)，孔隙結(jié)構(gòu)為分選好的粗喉孔至中喉孔型。

河道基底具沖刷面，發(fā)育平行層理，粉-細砂巖與泥巖互層，其泥質(zhì)含量略高，顆粒粒度較細，石英、長石等剛性含量相對較多，具有正粒序?qū)永?，分布連續(xù)穩(wěn)定。該微相砂巖盡管溶蝕作用強烈，次生溶孔發(fā)育，但粘土礦物和石英次生加大充填孔喉嚴(yán)重，因此儲層物性相對較差，平均孔隙度為13.7%，平均滲透率為13.1×10-3μm2(表2)；孔隙結(jié)構(gòu)以分選中等的中喉孔型為主，還有少量的細喉孔型。

泛濫平原沉積物有泥巖、粉砂巖以及薄層的泥質(zhì)灰?guī)r，儲層物性受壓實改造的能力很低，巖石的成分成熟度及結(jié)構(gòu)成熟度也很低，填隙物發(fā)育程度較高，孔隙極少且孤立，微孔發(fā)育，孔隙度小于13%，滲透率小于8×10-3μm2(表2)，孔隙結(jié)構(gòu)為分選差的細喉孔型，儲層物性最差。

2.2 成巖作用對儲層物性的改造

成巖作用可進一步改造儲層，增強其非均質(zhì)性，是影響物性的關(guān)鍵因素。破壞性成巖作用—壓實、膠結(jié)和交代作用使儲層更為致密，而溶蝕作用等建設(shè)性成巖作用則極大改善了儲層的物性。在成巖過程中，砂巖的成分和結(jié)構(gòu)特征是控制儲層物性的內(nèi)因，而成巖流體和埋藏過程是控制儲層特征的外因(李易隆等，2013)。受各種成巖作用的影響，填隙物不斷改變，孔隙也隨之演化。

2.2.1 壓實、壓溶作用損失的孔隙度

2.2.2 膠結(jié)作用損失的孔隙度

研究區(qū)內(nèi)自生礦物主要包括粘土礦物類、石英等，缺乏早期碳酸鹽巖膠結(jié)物，因而膠結(jié)作用以硅質(zhì)膠結(jié)和粘土礦物膠結(jié)為主，鈣質(zhì)膠結(jié)很少。膠結(jié)作用是自生礦物的沉淀堵塞粒間體積的過程，其結(jié)果是使得喉道縮小，儲層變得較為致密，粒間孔隙度進一步減小。

長石石英砂巖與巖屑長石砂巖的碎屑巖成分成熟度較高，碎屑石英顆粒間的壓溶作用是硅質(zhì)膠結(jié)物的形成的主要物質(zhì)來源，多以石英次生加大和石英加大狀孔喉充填為主要形式(圖2c)，掃描電鏡下觀察自生石英多為集合體形式。

高嶺石膠結(jié)物由長石在成巖過程中高嶺石化或從孔隙水中直接析出而成，有存在兩種形式：一種是分布于長石溶解后的次生孔隙中，自生高嶺石被流體搬運的距離較短；另一種為呈書頁狀、蠕蟲狀充填于粒間孔中的自生高嶺石，該種高嶺石被流體搬運距離較遠(圖2b)。

表2 延層砂巖沉積微相與物性的關(guān)系

目的層自生伊利石占粘土礦物含量最高，主要是在在富K+的堿性環(huán)境下形成的，多呈網(wǎng)格狀連續(xù)分布于砂巖中。鏡下觀察伊利石呈絲片狀、畫卷狀充填孔隙或絲縷狀垂直碎屑顆粒表面生長、搭橋狀充填于顆粒之間(圖2a)。

2.2.3 交代作用

研究區(qū)內(nèi)交代作用較發(fā)育，鏡下常見重晶石、鐵白云石交代碎屑等(圖2f)。成巖過程的各個階段都發(fā)生著粘土礦物的交代以及粘土礦物間相互交代的轉(zhuǎn)化，它不僅使原巖的成分和結(jié)構(gòu)局部或全部發(fā)生變化，還使巖石的孔隙也發(fā)生相應(yīng)的改變，形成少量的溶蝕孔和晶間孔。

2.2.4 溶蝕作用和膠結(jié)作用增孔量

延10砂層組上有厚煤層和炭質(zhì)頁巖，下有三疊系延長統(tǒng)富含有機質(zhì)的頁巖，這些有機質(zhì)生烴脫羧產(chǎn)生的有機酸和CO2使地層孔隙水酸性增強，其中的長石、巖屑等不穩(wěn)定的顆粒及高嶺石膠結(jié)物、硅質(zhì)填隙物等易被溶蝕形成粒內(nèi)溶孔、粒間溶孔(圖2d、2e)。巖屑顆粒的溶解通常有3種特征：① 顆粒內(nèi)部分礦物或局部發(fā)生溶解，形成斑點狀、蜂窩狀粒內(nèi)溶孔(圖2d)；② 由于溶解作用強烈，顆粒全部溶解或僅部分殘余形成鑄?？?；③ 僅顆粒邊緣被溶解，與粒間孔相連，形成超大孔隙。此外，高嶺石、伊利石等粘土礦物和石英次生加大晶體也可被溶蝕形成晶間孔(圖2a、2b)。

2.3 孔隙結(jié)構(gòu)對物性的影響

孔隙、喉道組合類型不同，儲層儲集物性存在較大的差異。表征儲層宏觀物性特征的參數(shù)中，滲孔比、地層流動帶指數(shù)(FZI)與儲層品質(zhì)指數(shù)(RQI)均與儲層孔隙結(jié)構(gòu)相關(guān)(馬旭鵬，2010)。當(dāng)儲層孔喉彎曲度較高或是毛管半徑減小時，儲集空間變小，儲層品質(zhì)指數(shù)和地層流動帶指數(shù)隨之減小，儲層物性變差，滲流能力低；反之，儲層物性好，滲流能力高。

根據(jù)高壓壓汞實驗，目的層巖心的孔隙結(jié)構(gòu)可分為三類(表1、圖7)，由孔隙度—滲透率交會圖(圖9)可看出，樣品與樣品之間的物性差異較大，有些樣品孔隙度相近但滲透率差異較大(如木檢13-8、木18-9井)，有些樣品滲透率相近但孔隙度有所差異(如木檢H5-3井和新木10-8井)，微觀孔隙結(jié)構(gòu)是造成儲層物性差異的主要內(nèi)因。

圖9 延層巖心孔滲交會圖Fig.9 Porosity and permeability crossplot of Yan reservoir

2.3.1 較大喉道控制儲層滲流能力

木檢13-8和木18-9井孔隙度差別不大(分別為16.05%、15.8%)，但前者滲透率(165.06×10-3μm2)明顯高于后者(41.75×10-3μm2)。這是因為木檢13-8井比木18-9井巖樣的分選性好，歪度也偏粗，前者孔喉半徑分布在4.0 μm～40.2 μm之間(圖10a)，其中6.1 μm～40.2 μm的孔喉半徑對滲透率累積貢獻率可達99.9%，累積進汞飽和度可達92.6%，大喉道所占比例較大，溶蝕孔起到了改善儲層物性的關(guān)鍵作用；木18-9井巖樣晶間孔發(fā)育較多，孔喉半徑主要分布在1.6 μm～

圖10 不同孔喉控制的孔隙結(jié)構(gòu)特征Fig.10 Pore structure features of different pore throat radius

圖11 微觀孔隙結(jié)構(gòu)與宏觀物性參數(shù)的關(guān)系Fig.11 Relationship between micro pore structure and macro physical parameters

15.8 μm之間(圖10b)，對滲透率的貢獻率介于1.3%～10.4%，累積貢獻率達99.4%，累積進汞飽和度為90.6%，小喉道含量相對較高，控制著大部分儲集空間，但對滲流能力影響不大。因此，有效喉道發(fā)育特征控制著儲層滲透率的大小，并決定了儲層的滲流能力，孔隙結(jié)構(gòu)越好，滲孔比越大，儲層滲流能力越強。

2.3.2 孔喉特征參數(shù)影響物性差異

將目的層巖心宏觀物性參數(shù)(滲孔比、儲層品質(zhì)指數(shù)、地層流動帶指數(shù))與對應(yīng)的壓汞參數(shù)(如中值半徑、排驅(qū)壓力、中值壓力、變異系數(shù)、均值系數(shù))作相關(guān)性分析，可以發(fā)現(xiàn)儲層宏觀物性參數(shù)與中值半徑、變異系數(shù)整體上為正相關(guān)(圖11a、圖11b)，隨著孔喉中值半徑及變異系數(shù)的增大，盡管孔喉非均質(zhì)性增強，但大喉道對滲透率及進汞量、退汞量的貢獻率增大，孔喉連通性增強，儲層滲流能力增大，較多的汞可通過這些連通性好的孔喉被排驅(qū)出來，即水驅(qū)油時，被連通性差的孔喉所束縛的剩余油量少，水驅(qū)效率高。

孔喉均值系數(shù)、排驅(qū)壓力及中值壓力與儲層宏觀物性參數(shù)表現(xiàn)為負相關(guān)性(圖11c～圖11d)，孔喉均值系數(shù)越小，總孔喉的平均值越大，即大孔喉越占優(yōu)勢，汞開始進入巖樣最大喉道時的排驅(qū)壓力越低，最大喉道半徑越大，儲層的孔滲性越好，產(chǎn)油能力越高。

由上述分析可知，當(dāng)儲層物性資料可信時，儲層滲孔比、品質(zhì)指數(shù)及地層流動帶指數(shù)等宏觀物性參數(shù)也可用來綜合標(biāo)定儲層孔隙結(jié)構(gòu)的好壞。

3 結(jié)論

巖石性質(zhì)、沉積相、成巖作用和孔隙結(jié)構(gòu)共同控制著工區(qū)儲層的發(fā)育程度。石英可有效的保護原始孔隙結(jié)構(gòu)，石英含量越高，儲層物性越好。心灘附近砂巖物性相對較好，河道次之。壓實、膠結(jié)作用是儲層致密的主導(dǎo)因素，平均損失孔隙度分別為18.6%、16.8%；酸性水介質(zhì)對長石、巖屑的溶蝕極大改善了儲集空間，平均增孔率為3%，增強了孔喉連通性，為建設(shè)性成巖作用。有效喉道發(fā)育特征控制著儲層滲透率的大小，并決定了儲層的滲流能力；孔喉特征參數(shù)與表征儲層的宏觀物性特征參數(shù)相關(guān)性較好，即微觀孔隙結(jié)構(gòu)的變化特征可反映儲層品質(zhì)。

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Characteristics and Controlling Factors on Physical Properties of Yan 1012 Reservoirs in the Northern Maling Oilfield of the Erodos Basin

MING Hong-xia1, SUN Wei1, ZHANG Long-long2

(1.KeyLaboratoryofContinentalDynamicsofMinistryofEducation/DepartmentofGeology，NorthwestUniversity，Xi’an,Shaanxi710069; 2.TheGudongOilFieldProductionofMichaelEssienofSinopec，Dongying,Shandong257200)

2014-07-19；

2014-10-06；[責(zé)任編輯]郝情情。

國家科技重大專項大型油氣田及煤層氣開發(fā)(2011ZX05044)資助。

明紅霞(1985年-)，女，西北大學(xué)油氣田地質(zhì)與開發(fā)專業(yè)在讀博士研究生，主要從事油氣田地質(zhì)與開發(fā)研究。E-mail：mingzi818@163.com。

TE122

A

0495-5331(2015)02-0395-10