儲層不同成巖相微觀孔喉結(jié)構(gòu)研究
——以板橋-合水地區(qū)長81低滲透儲層為例

歐陽思琪，孫 衛(wèi)，張 茜，趙晨陽

（西北大學地質(zhì)學系，陜西西安 710069）

板橋–合水地區(qū)處于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡西南緣，面積約5.67×103km2。該區(qū)長81段儲層屬于三角洲前緣亞相沉積[1-2]，孔隙度均值 9.19%，滲透率均值0.46×10-3μm2，屬于超低滲砂巖儲層。對于這類儲層，成巖作用這一儲集層形成演化的必經(jīng)過程尤為重要。根據(jù)巖石現(xiàn)今成分和組構(gòu)特征劃分成巖相帶，成巖作用可用于研究儲層形成機理、空間分布與定量評價[3]。

1 儲層巖石學特征

研究區(qū)長81段儲層巖石類型占比從高到底依次為巖屑長石砂巖（71%），長石砂巖（24%）、長石巖屑砂巖（3%）（圖1），在中砂巖和黏土質(zhì)之間均有分布，中砂巖和細砂巖的主要粒徑為 0.1～0.5 mm。95%以上碎屑磨圓度為次棱角狀，分選中等-好，成分和結(jié)構(gòu)成熟度較低。石英、長石、巖屑含量相對平均，平均值分別為27.2%，32.1%，22.5%。填隙物平均含量13.6%，其中膠結(jié)物含量遠高于雜基含量。膠結(jié)物類型主要有鐵方解石（4.1%）、水云母（3.0%）、綠泥石（2.9%）、硅質(zhì)（1.5%）和方解石（1.2%）；膠結(jié)類型以孔隙式和加大孔隙式為主。

圖1 儲層砂巖分類

2 成巖相劃分

通過對鑄體薄片、掃描電鏡照片和X衍射探究成巖特征。結(jié)果表明，研究區(qū)長81段儲層的成巖作用包括建設性的溶蝕作用、綠泥石膜膠結(jié)作用，破壞性的壓實作用、碳酸鹽膠結(jié)作用、硅質(zhì)膠結(jié)作用、綠泥石充填膠結(jié)作用、伊利石膠結(jié)作用等。以沉積相的劃分為基礎，通過巖心樣品識別巖石膠結(jié)物填隙物成分和膠結(jié)類型、孔隙類型等方面特點，參考前人對成巖相的研究[3-6]，劃分了以下六種成巖相帶。

2.1 綠泥石膠結(jié)相（Ⅰ相）

此類成巖相主要出現(xiàn)在水下分流河道邊緣，分布較局限。填隙物以綠泥石為主，占總填隙物的58%；面孔率較低，平均僅為0.94%。成巖早期，介質(zhì)由酸性逐漸變?yōu)閴A性綠泥石膜初步形成，減弱一些壓實作用的影響，但在成巖晚期，部分層段成孔隙式充填的綠泥石使顆粒接觸更為致密（圖2a），剩余粒間孔大量喪失。后期受溶蝕作用的改造微弱，溶孔極少發(fā)育；孔隙度為7%～8.5%，滲透率為（0.25～0.30）×10-3μm2。

2.2 碳酸鹽膠結(jié)-殘余粒間孔相（Ⅱ相）

這種成巖相發(fā)育在水下分流河道側(cè)翼及邊緣，碳酸鹽巖膠結(jié)為主要特點，同時黏土含量較高，依然保留有相對多的粒間孔（圖2b）。面孔率平均值為4.19%，其中粒間孔3.09%?？紫抖?%左右，滲透率為（0.35～0.45）×10-3μm2。

2.3 綠泥石膠結(jié)-殘余粒間孔相（Ⅲ相）

發(fā)育在水下分流河道以及側(cè)翼的這種成巖相帶連片分布于研究區(qū)的北部，綠泥石占膠結(jié)物總量的62%。成巖階段早期，綠泥石薄膜的發(fā)育雖然影響了孔喉形態(tài)，但是起到了抗壓實作用。成巖晚期，綠泥石生長受到地層水 pH值影響，綠泥石膠結(jié)作用并不強烈，使部分粒間孔有所保留（圖2c）。面孔率平均值 4.49%，粒間孔 3.41%?？紫抖葹?9.3%～10%，滲透率為（0.6～0.8）×10-3μm2。

2.4 長石溶蝕-殘余粒間孔相（Ⅳ相）

這類成巖相分布于水下分流河道及側(cè)翼，分布相對廣。膠結(jié)物含量低，孔隙既包含殘余粒間孔，又有長石在酸性油田水的作用下溶蝕所產(chǎn)的生次生溶孔（圖2d），孔隙度增大同時連通性能增強，兩者的綜合作用改善了儲集層性能。該成巖相類型膠結(jié)物總量平均值僅為7.30%；總面孔率平均值為3.82%，其中粒間孔為2.37%，長石溶孔為1.22%?？紫抖葹?%～11%，滲透率為（0.7～0.8）×10-3μm2。

2.5 水云母膠結(jié)相（Ⅴ相）

該類成巖主要分布于水下分流河道側(cè)翼和邊緣。填隙物水云母呈薄膜狀膠結(jié)或充填孔隙（圖2e），占總填隙物的60%。水云母形成于堿性環(huán)境中，增加了微孔比例，降低了儲層物性。最終，本相帶粒間孔殘余極少量（0.50%），溶孔也發(fā)育較少（0.39%）?？紫抖葹?%～8%，滲透率約為0.3×10-3μm2。

2.6 碳酸鹽膠結(jié)相（Ⅵ相）

碳酸鹽巖膠結(jié)相主要分布在研究區(qū)邊部的水下分流河道邊緣，該類成巖相中碳酸鹽巖膠結(jié)物占支配地位（69%），呈基底式、孔隙式致密膠結(jié)（圖2f）。薄片統(tǒng)計結(jié)果顯示，平均值僅有0.21%，基本不發(fā)育溶蝕孔（平均值0.24%），面孔率平均為0.43%。孔隙度小于6%，滲透率大致為（0.12～0.15）×10-3μm2。

圖2 研究區(qū)長81儲層鑄體薄片及掃描電鏡照片

3 不同成巖相微觀孔喉結(jié)構(gòu)

各種沉積成巖環(huán)境差異通過影響沉積物埋藏過程中的成巖作用路徑以及演化過程控制著巖石的微觀面貌，由此決定了儲層孔喉結(jié)構(gòu)現(xiàn)今面貌的差異[7-9]。

3.1 孔喉類型

研究區(qū)長81段儲層呈現(xiàn)以粒間孔、溶蝕孔為主的雙孔隙結(jié)構(gòu)，微孔含量極少（圖3a）。Ⅱ相和Ⅲ相中粒間孔含量最高，分別達到67 %和71%，溶孔占30%和27%，微孔僅占3%和2%。Ⅰ相和Ⅳ相中粒間孔所占比率多于溶蝕孔，同樣極少見微孔；含量分別為粒間孔55%和53%，溶孔44%和46%，微孔都只占1%。Ⅴ相和Ⅵ相中微孔占到9%和6%，是六種成巖相中微孔最發(fā)育的，但含量依然很低。Ⅴ相中粒間孔占49%，溶蝕孔占42%。Ⅵ相中粒間孔占45%，溶蝕孔占49%。

喉道類型在掃描電鏡下觀察到有片狀、彎片狀、收縮狀以及難以與孔隙區(qū)分開的孔隙縮小狀。通過恒速壓汞實驗得到的喉道分布頻率圖（圖3b）看出：綠泥石膠結(jié)相、水云母膠結(jié)相、碳酸鹽膠結(jié)相中發(fā)育管束/蜂窩型和半徑小于 0.4 μm的片狀/彎片狀喉道，碳酸鹽巖膠結(jié)殘余粒間孔發(fā)育半徑主要為0.6～1.2 μm 的片狀/彎片狀喉道。

綠泥石膠結(jié)-殘余粒間孔相和長石溶蝕-殘余粒間孔相的喉道類型有片狀/彎片狀（圖2g）以及收縮狀（圖2h）。

圖3 孔隙喉道類型

3.2 孔喉分布特征

通過恒速壓汞實驗所得的孔隙喉道半徑分布頻率中可以看出，研究區(qū)長 81段各個成巖相的孔隙半徑大小及分布頻率差異不明顯，都集中在90～170 μm（圖 4a）。

喉道差異明顯，同時孔喉比差別很大（圖4b）。喉道的大小分布及比例的差異是各成巖相儲滲性能的關鍵影響因素。

圖4 孔隙喉道分布頻率及喉道滲透率貢獻

Ⅰ相喉道分布呈雙峰態(tài)，均屬于微喉、微細喉。對滲透率有貢獻的主要喉道半徑為 0.119～0.410 μ m，主流喉道半徑下限為0.23 μm，即0.23～0.41 μ m的喉道貢獻 80%以上的滲透率，孔喉比為200～1 050，平均518.6，排驅(qū)壓力均值1.06 MPa；屬于中等分選（系數(shù)2.16），最大進汞量達85.01%（圖5a）。

Ⅱ相喉道第二個峰對應的喉道半徑貢獻滲透率大，喉道半徑為 0.119～1.340 μm。主流喉道下限0.626，孔喉比小，平均270.8。排驅(qū)壓力中等，平均為0.44 MPa；粗歪度，平均0.90；分選系數(shù)為2.51，較差；最大進汞飽和度為81.5%（圖5b）。

Ⅲ相喉道分布有兩個峰值且差值小，以半徑為0.119～2.310 μm的喉道貢獻為主滲透率，平均喉道半徑 0.829 μm，孔喉比為30～650，均值為218.2；排驅(qū)壓力中等，平均為0.46 MPa，粗歪度值與Ⅱ相相同；分選系數(shù)為2.47，最終進汞飽和度80.56%（圖5c）。

Ⅳ相半徑為 0.7～3.1 μm的喉道占 55%以上，0.119～3.660 μm的半徑是主要的滲流通道，喉道半徑平均值為1.174；主流喉道半徑下限1.262，孔喉比最小，平均為186.1。排驅(qū)壓力較低，平均為0.22 MPa，粗歪度，平均1.07，分選系數(shù)平均值2.78，最差；最大進汞量81.4%（圖5d）。

Ⅴ相喉道半徑雙峰特征不明顯，兩峰峰值對應的喉道半徑均小于 0.1 μm，半徑 0.119～0.30 μm影響滲透率，主流喉道半徑下限為0.176，孔喉比值大，平均604.7。排驅(qū)壓力較高，平均1.10 MPa；細歪度，分選系數(shù)均值2.16，最大進汞量82.31%（圖5e）。

Ⅵ相喉道峰值位于喉道半徑0.025 μm處，但這部分喉道為無效喉道，其滲透率由僅占25%的半徑為 0.119～0.300 μm 的喉道貢獻；主流喉道半徑下限為0.175，孔喉比最大，平均值為697.5。排驅(qū)壓力高，平均2.26；細歪度，分選性好于其他各相，進汞飽和度低是該相明顯的特征，僅為64.78%（圖5f）。分析喉道分布特征數(shù)據(jù)可知，研究區(qū)內(nèi)半徑 0.119 μm以下的喉道不貢獻滲透率；Ⅳ相、Ⅲ相、Ⅱ相喉道分布范圍大，喉道半徑均值大，對應的孔喉比??；Ⅰ相、Ⅴ相、Ⅵ相喉道半徑小且集中，驗證了低滲透儲層喉道相對小的條件下，孔喉分選好的儲層不具有好的滲流條件[9]。

較大的喉道在數(shù)量和體積上小但貢獻了更多的滲透率，這種特征在圖5e和圖5f體現(xiàn)的更明顯。

圖5 毛管壓力曲線

3.3 孔喉連通性

綜合考慮滲透率、主流喉道半徑、退汞效率，對前人總結(jié)的結(jié)構(gòu)滲流系數(shù)[10]公式適度修改得到公式（1），表征孔喉連通性。

式中：ε為結(jié)構(gòu)滲流系數(shù)，μm2；MR 為主流喉道半徑，μm；K為氣測滲透率，10-3μm2；eW 為退汞效率，%。

結(jié)構(gòu)滲流系數(shù)值與孔喉連通性成正相關。計算結(jié)果顯示，Ⅳ相、Ⅲ相、Ⅱ相結(jié)構(gòu)滲流系數(shù)較大，分別為 0.607 0 μm2，0.447 0 μm2，0.236 3 μm2，孔喉連通性好；Ⅴ相、Ⅰ相、Ⅵ相膠結(jié)結(jié)構(gòu)滲流系數(shù)小，連通性不好。原因是殘余粒間孔相膠結(jié)程度較低，各孔隙之間的喉道相通比例大，溶蝕作用也在一定程度上溝通了一些空間；膠結(jié)相孔喉被膠結(jié)物阻塞，形成較多的盲端，或喉道半徑減小成為無效喉道，從而使連通性降低。

4 結(jié)論

（1）研究區(qū)內(nèi)長81段儲層為三角洲前緣沉積，以巖屑長石砂巖為主。根據(jù)成巖作用和儲層現(xiàn)今面貌，將該區(qū)該段儲層劃分為綠泥石膠結(jié)相、碳酸鹽巖膠結(jié)殘余粒間孔相、綠泥石膠結(jié)殘余粒間孔相、長石溶蝕-殘余粒間孔相、水云母膠結(jié)相、碳酸鹽膠結(jié)相共6類成巖相儲層。

（2）區(qū)域內(nèi)孔隙主要以溶蝕孔和殘余粒間孔為主的雙孔隙結(jié)構(gòu)。喉道類型主要為片狀/彎片狀，也存在管束/蜂窩狀。孔隙半徑大致相同，主要差別體現(xiàn)在喉道分布上。三類有利成巖相帶殘余粒間孔喉道均值大，分布范圍廣，其中長石溶蝕-殘余粒間孔相喉道半徑極大值最大，孔喉比小，連通性好；三類膠結(jié)相喉道分布集中且細小，連通性差。各相都表現(xiàn)出大喉道頻率小、但對滲透率貢獻大的特點。

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