演武-鎮(zhèn)原地區(qū)長7油層組孔隙結構特征分析

何維領，羅順社，李昱東，李夢潔，劉章浩

(1.長江大學地球科學學院，湖北武漢 430100；2.非常規(guī)油氣湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心；3.中國地質(zhì)大學構造與油氣資源教育部重點實驗室；4.中國石油集團測井有限公司油氣評價中心；5.中國石油西部鉆探吐哈錄井工程公司)

演武-鎮(zhèn)原地區(qū)長7油層組孔隙結構特征分析

何維領1，羅順社2,3，李昱東1，李夢潔4，劉章浩5

(1.長江大學地球科學學院，湖北武漢 430100；2.非常規(guī)油氣湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心；3.中國地質(zhì)大學構造與油氣資源教育部重點實驗室；4.中國石油集團測井有限公司油氣評價中心；5.中國石油西部鉆探吐哈錄井工程公司)

摘要：為了更詳細和系統(tǒng)地對鄂爾多斯盆地西南部演武-鎮(zhèn)原地區(qū)延長組長7油層組儲層質(zhì)量進行評估和預測，運用宏觀與微觀研究相結合的方法，以物性、鑄體薄片、陰極發(fā)光、掃描電鏡及壓汞等實驗室數(shù)據(jù)為基礎，對儲層孔隙結構特征進行描述、分析和精細解剖，并討論其對儲層儲滲能力的控制與影響作用。綜合研究結果表明，長7油層組孔隙類型以原生粒間孔為主，其次為長石溶孔和巖屑溶孔；孔隙結構以中、小孔-細喉組合的為主，微孔-微喉型組合次之；原生孔隙、次生孔隙和微裂縫共同控制了儲層的儲滲能力。

關鍵詞：鄂爾多斯盆地；孔隙結構；成巖作用

鄂爾多斯盆地延長組長7油層組儲層致密，滲透率一般小于0.3×10-3μm2，按照趙靖舟、趙繼勇等學者的研究分類，劃歸為超低滲透-致密儲層，屬于致密油儲層的范疇[1-2]。

本文將對演武-鎮(zhèn)原地區(qū)延長組長7油層組的超低滲透-致密儲層發(fā)育的主要孔隙類型的結構特征及其對儲層的影響作用進行討論，以期對儲層的微觀特征進行精細研究，進而為優(yōu)質(zhì)儲層的識別和預測、油氣田開發(fā)方案的實施和調(diào)整以及提高油氣采收率提供科學依據(jù)、發(fā)揮指導性作用。

1區(qū)域地質(zhì)背景

研究區(qū)位于鄂爾多斯盆地西南部，北起合道，南至涇川，西抵平?jīng)?，東達慶陽，總面積約4 500 km2，區(qū)域構造上東西橫跨天環(huán)坳陷的南端，銜接西緣逆沖帶和伊陜斜坡。三疊系延長期主要以三角洲-湖泊沉積體系為主，三角洲平原部分相對不發(fā)育，長7亞期為典型的近源淺水辮狀河三角洲前緣和半深湖-深湖陸相沉積環(huán)境[3-5]。陸相近緣短渠的碎屑沉積物巖石類型以巖屑長石砂巖和長石巖屑砂巖為主，含有極少量的巖屑砂巖和長石砂巖，巖屑含量達到27.42%，成分成熟度偏低，分選中等、磨圓較差，結構成熟度達到中等-較好的級別[6]。研究區(qū)東部及東北部屬于半深湖-深湖沉積環(huán)境，緊鄰盆地最富集的優(yōu)質(zhì)烴源巖生烴中心，區(qū)域發(fā)育具有鮑馬序列層序的濁流沉積和塊狀無層理的砂質(zhì)碎屑流沉積，其中后者是研究區(qū)重要優(yōu)質(zhì)儲集砂體，配套有利的生儲蓋組合，是該區(qū)油氣勘探的重要目標[7]。

2儲集空間類型

通過鑄體薄片、陰極發(fā)光、掃描電鏡和壓汞等分析化驗數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)延長組長7油層組的儲集空間類型多樣、孔徑大小差異懸殊。按孔隙成因可分為原生孔隙、次生孔隙和裂縫三大類，孔隙類型可進一步細分為原生粒間孔、長石溶孔、巖屑溶孔、晶間孔、粒間溶孔以及微裂縫等(圖1)。長7油層組屬于孔隙型儲層，原生粒間孔為主要的儲集空間，平均面孔率為2.49%。

圖1　演武-鎮(zhèn)原地區(qū)延長組長7油層組孔隙類型統(tǒng)計

2.1原生孔隙

原生孔隙是在沉積階段碎屑顆粒定向排列后，經(jīng)構造調(diào)整、壓實依然保存原始物理結構特征的儲集空間，可分為原生粒間孔和原生粒間微孔，研究區(qū)長7油層組儲層主要發(fā)育原生粒間孔。沉積碎屑顆粒中含量20.00%～63.95%的剛性石英顆粒以及在成巖階段早期形成的綠泥石膜共同作用，堅固了儲層內(nèi)部結構，增強了儲層抗壓實能力[8-9]。因此，長7油層組的原生粒間孔一般多為剛性石英顆粒之間或石英顆粒與長石顆粒之間未被破壞的原始物理空間，由少量雜基充填，自生膠結物及巖屑成分少見，局部發(fā)育石英次生加大邊和鐵方解石膠結[10-11]，通常呈近三角形、棱角明顯或部分明顯的似多邊形，顆粒邊緣界限清楚，無明顯的溶蝕表征。該類孔隙分布不均，具有較強的微觀非均質(zhì)性[12]，是造成長7油層組儲層低滲透能力的重要因素之一。雖然受到后期構造、成巖等一系列地質(zhì)改造作用的影響，原生儲集空間大幅減小，但原生粒間孔仍占到孔隙總體積的61.67%，構成了長7油層組主要的儲集空間。

2.2次生孔隙

次生孔隙是指沉積物受到一系列成巖后生作用改造而形成的再生孔隙，包括次生粒間孔和粒內(nèi)溶孔，進一步細分為長石溶孔、巖屑溶孔、晶間孔、石英溶孔等。長石溶孔多為酸性斜長石和微斜長石(部分可見條紋長石)受解理及交代礦物的限制，在堿性環(huán)境中沿解理、裂隙、顆粒表面、顆粒內(nèi)部以及喉道發(fā)育部位溶蝕而形成的孔隙，多成港灣狀或海峽狀等不規(guī)則形態(tài)，拓展了原生孔隙的空間，對儲層的改造具有重要的積極作用。巖屑溶孔是不穩(wěn)定的巖屑與周圍環(huán)境中的流體發(fā)生反應的結果，但溶解后的巖屑具有雙重作用：一方面可以疏通喉道，擴大孔隙體積；另一方面被溶解的物質(zhì)發(fā)生再沉淀有可能堵塞喉道，影響滲流能力。晶間孔主要為重結晶作用的結果，常與微裂縫共生，分布較不均勻，只有在掃描電鏡下才能依稀見到該類孔隙。由于石英具有穩(wěn)定性強的特點，石英顆粒很難被堿性流體或有機酸溶解，因此，石英溶孔發(fā)育較不常見。長7油層組屬于堿性環(huán)境的成巖作用，同時垂向上鄰靠優(yōu)質(zhì)烴源巖，有利于次生孔隙的形成[13]。但是云母、凝灰質(zhì)等物質(zhì)的蝕變影響了有機酸的溶蝕作用，在一定程度上抑制了孔隙的演化，次生孔隙占孔隙總體積的37.75%左右，是研究區(qū)延長組長7油層組重要的儲集空間。

2.3裂縫

在致密砂巖中常常發(fā)育一定數(shù)量的微裂縫，可分為構造裂縫和非構造裂縫(成巖裂縫、風化裂縫、壓溶裂縫)兩大類。研究區(qū)目的層段的儲層主要為構造作用形成的微裂縫和云母層間縫，占總儲集空間的0.58%。微裂縫是后期構造擠壓或異常高壓作用形成的微孔隙，有時可以貫穿顆粒。云母層間縫為白云母受到平行層理方向應力作用，疏松卷曲形成的層理縫。在低孔低滲儲層中，微裂縫雖然對儲集空間的貢獻較小，但是作為連通孔隙的橋梁，為增加儲層的滲流能力發(fā)揮了重要作用。

3孔隙結構特征

3.1孔隙結構參數(shù)特征

3.1.1孔喉半徑及分布

從鑄體薄片、掃描電鏡、壓汞資料等測試數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)長7油層組儲層平均孔徑為15.7 μm，儲層孔隙大小主要以中孔、小孔為主，占孔隙總量的70%左右，其次為大孔，占孔隙總量的20%左右(圖2)。喉道大小以微喉、微細喉為主，中值孔喉半徑范圍為0.03～0.81 μm，分選系數(shù)大部分在1.0～2.5之間，表明分選為中等-較差(圖2、表1)。

圖2　延長組長7油層組儲層孔、喉類型分布頻率

層位壓汞值排驅(qū)壓力/MPa中值壓力/MPa中值孔喉半徑/μm分選系數(shù)退汞效率/%長73長72長71平均值最大值最小值平均值最大值最小值平均值最大值最小值2.984.681.041.936.580.130.330.540.1215.2928.647.9012.1322.870.293.996.241.750.070.100.030.810.180.030.280.430.120.641.820.041.822.600.751.732.061.3932.9135.4228.5234.3840.7128.3831.3431.8130.86

3.1.2喉道類型

喉道是連通孔隙的重要橋梁，也是衡量滲流能力的決定性因素。研究區(qū)長7油層組壓實作用和膠結作用普遍存在且程度強烈，鐵方解石和鐵白云石膠結是破壞孔隙和喉道的主要因素[14-15]，因此，孔喉連通性較好的孔隙縮小型喉道普遍不發(fā)育，主要見縮頸型喉道、片狀喉道和彎狀喉道三類。其中，縮頸型喉道常常與原生粒間孔相伴生，局部可能被雜基部分充填，總體上很好地連通了原生粒間孔，為孔隙的有效性及流體的滲流發(fā)揮了重要作用。片狀和彎狀喉道是研究區(qū)長7油層組最為發(fā)育的兩類喉道。宏觀上受燕山晚期及喜馬拉雅山期構造運動影響，天環(huán)坳陷不斷向東遷移，構造擠壓在成巖作用階段表現(xiàn)的極為突出[16]。強烈的壓實作用使得微觀上碎屑顆粒間孔隙大幅減小，呈線式、凹凸式及鑲嵌式接觸，嚴重消弱了喉道的疏導能力，是導致長7油層組低滲儲層形成的重要因素。

3.1.3孔喉連通性

孔喉配位數(shù)和孔隙喉道比是反映孔喉連通性的重要參數(shù)?？紫秲芰Φ挠行c否直接受到與之相連通的喉道大小及數(shù)量的影響?？缀砼湮粩?shù)指每一個有效孔隙所溝通喉道的數(shù)目，是決定孔隙之間連通性的關鍵參數(shù)。長7油層組的孔喉配位數(shù)一般為1～4；原生粒間孔常見呈三角狀，孔喉配位數(shù)2～3；粒間溶孔發(fā)育的區(qū)域不但溶蝕了長石顆粒，而且疏導了堵塞的喉道，孔喉配位數(shù)一般為2～4；粒內(nèi)溶孔的配位數(shù)為1～2?？紫逗淼辣葎t代表了具有連通關系的孔隙和喉道孔徑大小的比值，與孔、滲物性呈負相關關系[17]。研究區(qū)目的層孔隙破壞嚴重，相對而言，喉道的縮小程度遠大于孔隙減小的數(shù)量級，所以孔隙和喉道的半徑相差較大，孔隙喉道比的值較高，也是導致本區(qū)儲層低滲屬性的根本原因之一。

3.2孔隙結構的分類

綜合分析，研究區(qū)長7油層組的孔隙結構以孔隙型為主，少數(shù)為孔縫型，孔隙為大-中孔和小孔，喉道大小主要以微喉型和微細喉型為主，測試樣品中微喉含量達75%以上，具有“相對大孔，絕對小喉”的特點。孔喉組合以中、小孔-微喉組合為主，其次為大孔-微喉、大孔-微細喉組合，進一步反映和揭示了長7油層組“相對高孔、絕對低滲”的致密儲層特征[18]。

4對儲層的控制作用

4.1原生孔隙的儲滲作用

作為研究區(qū)延長組長7油層組最重要的儲集空間，原生孔隙對于儲層的貢獻作用不僅體現(xiàn)在儲集能力方面，對于滲流能力的改善也發(fā)揮了積極作用。在原始油氣脫離烴源巖初次運移過程中，鄰近烴源巖的原生孔隙為油氣提供了良好的通道，保障了油氣的有效運移。進入輸導層的油氣在毛細管力、浮力及水動力等驅(qū)動力作用下繼續(xù)運移或者進入具有優(yōu)勢儲集空間的原生孔隙而聚集成藏。

4.2次生孔隙的改善作用

次生孔隙是由成巖以及油氣疏導過程中一系列物理、化學作用形成的，其中溶蝕作用，尤其是主控次生孔隙形成的長石溶蝕在增孔建儲和物性優(yōu)化方面發(fā)揮了重要作用：一方面使得石英長石砂巖碎屑顆粒表面溶蝕，擴大了原生粒間孔隙，同時顆粒內(nèi)部進一步溶蝕增加了粒內(nèi)儲集空間；另一方面，對于被雜基或填隙物充填的喉道以及壓實作用破壞的無效喉道的溶蝕改造，將原生孔隙與原生孔隙、次生孔隙與原生孔隙以及次生孔隙與次生孔隙相互連通，擴大了孔隙的孔喉配位數(shù)，縮小了孔隙喉道比值，對儲集現(xiàn)狀進行了重新分配和有效改善。

4.3微裂縫的輔助作用

長7油層組為鄂爾多斯盆地生烴主力層，烴源巖異常高壓產(chǎn)生的微裂縫促進了油氣的縱向運移，而構造擠壓形成的云母層間縫為油氣的橫向疏導提供了運移的通道。兩者共同作用擴建了孔隙連通性、改善了儲集性能，對局部儲層儲滲能力的增強發(fā)揮了重要的輔助作用。

5結論

(1)演武-鎮(zhèn)原地區(qū)延長組長7油層組的儲集空間類型復雜，按孔隙成因可分為原生孔隙、次生孔隙和裂縫三大類，具體可細分為粒間孔、長石溶孔、巖屑孔、晶間孔、粒間溶孔以及微裂縫等。其中原生粒間孔為建孔助儲的主要儲集類型，次生孔隙主要由長石溶孔和巖屑溶孔組成，裂縫主要分為構造微裂縫和云母層間縫。

(2)儲層孔隙大小主要以中孔、小孔為主，其次為大孔；主要發(fā)育縮頸型喉道、片狀和彎狀喉道；孔喉連通性較差，孔喉組合以中、小孔-微喉組合為主，其次為大孔-微喉、大孔-微細喉組合。

(3)原生孔隙為研究區(qū)長7油層組主要的儲集空間；次生孔隙不僅在原生孔隙基礎之上擴增了儲集空間，而且改善了孔隙與喉道的連通能力；微裂縫在推助油氣運移，增加儲滲能力方面發(fā)揮了重要作用。

(4)微觀孔隙結構是影響儲層儲集性能和滲流能力的關鍵因素，是評價儲層物性的重要參考，也是決定儲層質(zhì)量好壞的核心問題。在對儲層微觀孔隙結構充分認識和精細描述的基礎之上，才能更好地進行產(chǎn)能評估以及開發(fā)方案的調(diào)整等工作，進而達到提高油氣采收率的目的。

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編輯：劉洪樹

文章編號：1673-8217(2016)03-0021-04

收稿日期：2015-12-16

作者簡介：何維領，在讀研究生，1988年生，2011年畢業(yè)于新疆石油學院石油與天然氣地質(zhì)勘探技術專業(yè)，現(xiàn)主要從事沉積學與儲層地質(zhì)學研究。

基金項目：油氣資源與勘探技術教育部重點實驗室(長江大學)開放研究基金(K2015-23)和“構造與油氣資源”教育部重點實驗室開放研究基金課題(TPR-2015-13)聯(lián)合資助。

中圖分類號：TE112.23

文獻標識碼：A