志丹地區(qū)延長組長61亞段儲層成巖相類型及測井識別方法

杜美馨，魚博偉

志丹油田義正南部地處陜西省志丹縣境內(nèi)，區(qū)域構(gòu)造位于鄂爾多斯盆地陜北斜坡帶的中部，面積約75 km2，構(gòu)造簡單，在區(qū)域西傾單斜構(gòu)造背景下發(fā)育一系列由東向西傾沒的小型鼻狀隆起構(gòu)造。研究區(qū)各層構(gòu)造具有一定繼承性，構(gòu)造特征大體一致，為一系列西傾單斜，坡度不足 1o，主要含油層位為上三疊統(tǒng)延長組長6油層組，自上而下分為長61、長62、長63、長64四個亞層，長61油層細分為長三個小層，其中以長含油性最好，長611基本不含油。

1 儲層特征

1.1 儲層巖石學(xué)特征

研究區(qū)長61沉積期儲層主要發(fā)育三角洲前緣亞相的水下分流河道沉積，巖石類型以細粒長石砂巖、巖屑長石砂巖為主，含有少量的巖屑質(zhì)石英砂巖（圖1）。碎屑主要為石英、長石，含有少量巖屑；石英含量 15.0%～28.0%，平均 21.0%；長石含量平均為51.2 %；巖屑含量平均為11.8%，且以沉積巖巖屑為主；云母平均7.9%，最大可達15%，以黑云母最為常見。碎屑分選性較好，顆粒呈次棱角狀–次圓狀，磨圓度中等。填隙物主要為各種自生膠結(jié)物，包括綠泥石、石英次生加大、長石次生加大和自生伊利石等；雜基體積分數(shù)一般小于6.1%。

圖1 志丹地區(qū)長61亞段砂巖成分三角圖

1.2 儲層物性特征

通過對研究區(qū)長61亞段有效儲層物性的統(tǒng)計分析，長61亞段有效儲層平均孔隙度為11.63%，平均滲透率為 1.73×10-3μm2，屬于典型的中低孔、特低滲儲層。分析認為該層段砂巖在成巖作用早期經(jīng)歷了強烈的機械壓實作用，破壞了砂巖中的原生孔隙；后期自生綠泥石充填原生孔隙，石英次生加大和鈣質(zhì)膠結(jié)使儲層孔隙度和滲透率變小，因此破壞性成巖作用是導(dǎo)致該區(qū)儲層物性變差的主要因素[1-4]。

1.3 儲層物性及孔隙結(jié)構(gòu)特征

高壓壓汞、鑄體薄片分析表明，長61亞段儲層孔隙類型主要有殘余粒間孔、粒間溶孔、粒內(nèi)溶孔、鑄?？准岸喾N微小孔隙。平均孔隙度為9.1%，平均滲透率為0.95×10-3μm2，平均面孔率為3.9%，平均孔隙半徑10～40 μm，平均吼道半徑0.46～1.50 μm。高壓壓汞實驗表明，排驅(qū)壓力較高，為0.33～0.61 MPa，中值壓力平均1.00～2.47 MPa，孔喉分選較好，粗歪度。儲層孔隙組合類型以中孔細喉型為主。

2 儲層成巖作用

通過巖石薄片及掃描電鏡的觀察，志丹地區(qū)義正南部長61亞段成巖作用較強烈，類型較復(fù)雜。成巖作用包括導(dǎo)致儲層孔隙致密化的破壞性成巖作用（如壓實作用、膠結(jié)作用等）和有改善儲層孔隙結(jié)構(gòu)的建設(shè)性成巖作用（如不穩(wěn)定組分在酸性介質(zhì)下的溶解作用等[3]）。

2.1 機械壓實作用

志丹地區(qū)長61亞油層組主要壓實作用表現(xiàn)為：顆粒呈線–凹凸緊密接觸，表現(xiàn)為壓實定向排列現(xiàn)象；石英和長石等硬性顆粒局部受應(yīng)力作用發(fā)生脆性破裂與錯位；云母等塑性顆粒受壓彎曲變形，出現(xiàn)假雜基化現(xiàn)象，堵塞粒間孔隙。研究區(qū)強烈的機械壓實作用使原生粒間孔幾乎喪失殆盡，孔隙度降低，儲層致密[5–6]（圖 2a）。

2.2 膠結(jié)作用

根據(jù)膠結(jié)物成分的不同可將研究區(qū)劃分為硅質(zhì)膠結(jié)、鈣質(zhì)膠結(jié)、黏土礦物膠結(jié)。

2.2.1 硅質(zhì)膠結(jié)

志丹地區(qū)長61儲層硅質(zhì)膠結(jié)物主要以石英次生加大的形式出現(xiàn)，充填孔隙，破壞粒間孔和粒內(nèi)溶孔。鏡下薄片可以觀察到石英次生加大Ⅲ級現(xiàn)象（圖2b）?？偟膩碚f，硅質(zhì)膠結(jié)使孔隙度減小。但一定量的硅質(zhì)膠結(jié)物的形成，也可以增強砂巖的抗壓實強度，阻止壓實作用對剩余原生粒間孔的破壞，具有一定的積極意義[7-8]。

2.2.2 鈣質(zhì)膠結(jié)

本區(qū)碳酸鹽礦物是主要的膠結(jié)物, 主要含鐵方解石及少量的白云石，平均含量分別為5.6%和0.4%。前者多呈斑狀、分散晶粒狀充填在顆粒之間，顆粒呈線接觸，可見交代或包裹早期泥微晶碳酸鹽膠結(jié)物的現(xiàn)象，充填于長石溶蝕孔隙中，使儲層孔隙度降低，物性變差[9–10]（圖 2c）。

2.2.3 黏土礦物膠結(jié)

研究區(qū)黏土礦物膠結(jié)較為常見，以綠泥石膠結(jié)為主，其平均含量為2.9%，此外可見伊利石的搭橋式膠結(jié)以及伊/蒙混層。綠泥石膠結(jié)形式主要為綠泥石環(huán)邊襯里和充填與孔隙中的自生綠泥石。環(huán)邊綠泥石的沉淀開始于早成巖階段早期。這種綠泥石薄膜均勻地包繞在碎屑顆粒外面，抑制石英次生加大邊的形成，減少了其他膠結(jié)物的沉淀，使原生孔隙得以保留。然而，隨著綠泥石薄膜繼續(xù)向粒間生長，一部分綠泥石呈葉片狀充填于粒間孔、殘余粒間孔，部分充填溶蝕孔隙，堵塞喉道。這部分綠泥石形成時間較晚，為中成巖B期的產(chǎn)物[11–15]（圖2d、e）。

2.3 溶蝕作用

研究區(qū)長61亞油層組砂巖儲層長石含量較高，長石穩(wěn)定性較差，在酸性水介質(zhì)條件下極易發(fā)生溶解，顯微鏡下可觀察到長石邊緣常呈港灣狀溶蝕（圖2f）。

2.4 成巖階段劃分

參照石油天然氣行業(yè)標準（SY/T5477–2003）將成巖階段劃分為同生成巖階段、早成巖A期、早成巖B期和中成巖A期、中成巖B期以及晚成巖階段、表成巖階段5個階段6個期次。根據(jù)成巖礦物組合及成巖礦物的反應(yīng)條件和關(guān)系，結(jié)合有機酸的演化特征和成巖環(huán)境等因素，確定志丹地區(qū)長61儲層成巖序列[16]（表1）。

2.5 成巖相類型與測井響應(yīng)特征

成巖相是成巖環(huán)境的物質(zhì)表現(xiàn)，是沉積物在特定沉積和物理化學(xué)環(huán)境中，在成巖與構(gòu)造等作用下，經(jīng)歷一定成巖作用和演化階段的產(chǎn)物，包括巖石顆粒、膠結(jié)物、組構(gòu)和孔洞縫等綜合特征[17–18]。測井技術(shù)獲取的地層信息主要包括地層巖石各種物理性質(zhì)，如密度、電阻率、含氫指數(shù)、聲波傳播速度等[18–19]。因此，根據(jù)巖心資料、巖石薄片等來確定成巖相類型，找出不同成巖相儲層對應(yīng)的常規(guī)測井響應(yīng)特征，建立成巖相測井識別及評價方法，對低滲透砂巖儲層的識別和評價及預(yù)測和尋找有利含油區(qū)具有重要意義。

在成巖作用和成巖演化階段分析的基礎(chǔ)上，總結(jié)出研究區(qū)長61亞段的成巖相主要有早期綠泥石膜膠結(jié)相、長石溶蝕相，綠泥石充填成巖相、較強石英次生加大相、方解石膠結(jié)相5種成巖相類型（圖3）。

圖2 志丹地區(qū)長61亞段儲層成巖特征

表1 鄂爾多斯盆地志丹地區(qū)長61亞油層組成巖演化序列（據(jù)應(yīng)鳳祥等，2003）

（1）早期綠泥石膜膠結(jié)相。早期形成的環(huán)邊狀綠泥石膠結(jié)物由于一方面能夠增加顆粒的抗壓實能力抵御壓實作用的影響，另一方面還可以阻止石英次生加大的進行，因此，綠泥石環(huán)邊膠結(jié)是對儲層儲集物性起建設(shè)性的成巖作用。綠泥石環(huán)邊膠結(jié)相呈“一高二中等一低”特征，即較高自然伽馬，低–中等密度，中等聲波時差，較低電阻率。

（2）長石溶蝕相。隨著埋深的增加和有機質(zhì)成熟度的不斷提高，一定量的有機質(zhì)生烴脫羧產(chǎn)生有機酸和 CO2，使長石等在酸性條件下的易溶組分發(fā)生溶蝕。結(jié)合薄片鑒定結(jié)果，將研究區(qū)長石溶蝕相的測井響應(yīng)特征概括為“二低一中等一高”，即低密度，低聲波時差，低–中等自然伽馬，深淺側(cè)向組合正幅差大。

（3）綠泥石充填相。綠泥石充填成巖相主要發(fā)育于三角洲前緣分支河口壩微相，河流會帶來豐富的溶解鐵，在河口砂壩沉積環(huán)境中因沉積盆地電解質(zhì)的加入發(fā)生絮凝而形成含鐵沉積物，這種含鐵沉積物為成巖過程中綠泥石沉淀提供豐富的鐵的來源。此外，在有Fe2+和Mg2+存在的還原條件下，伊利石等黏土礦物也可轉(zhuǎn)變?yōu)榫G泥石和黑云母的組合。在志丹地區(qū)長61段儲層中，綠泥石顆粒沉淀充填了一部分孔隙，使儲層物性變差，因此為破壞性成巖作用，在測井響應(yīng)特征上表現(xiàn)為“二高二低” 的特征，即高自然伽馬，高聲波時差，低密度，低電阻率。

（4）較強石英次生加大相。研究區(qū)硅質(zhì)膠結(jié)物最常見的是石英的次生加大，也可見少量的自生石英充填粒間孔隙。據(jù)前文所述，該區(qū)石英次生加大級別可達Ⅲ級。石英次生加大造成該成巖相具有“二低二中等” 的特征，即中–高電阻率，中–高密度，中–低聲波時差，自然伽馬值低。

（5）方解石膠結(jié)相。研究區(qū)碳酸鹽膠結(jié)相主要發(fā)育于水下分流河道較厚砂體的頂部或底部，巖性為細砂巖、粉砂巖等，分選較好，連晶膠結(jié)。據(jù)大量的巖石薄片和掃描電鏡觀察，鈣質(zhì)膠結(jié)主要為方解石，含量一般在5.6%以上，最大可達25.0%，形成與成巖階段的早、晚期。早期多以粒狀或鑲嵌狀結(jié)構(gòu)出現(xiàn)，晚期形成自形程度較高的鐵方解石。測井上鈣質(zhì)膠結(jié)相呈現(xiàn)“二高二低”的特征，即電阻高、密度值大、聲波時差小、自然伽馬值低。

圖3 志丹地區(qū)正544井長61段儲層成巖相測井識別結(jié)果

3 測井識別成巖相的地質(zhì)意義

不同成巖相的測井響應(yīng)特征差異顯著，通過測井相分析取心井段以外的成巖相類型，利用測井資料實現(xiàn)成巖相的連續(xù)劃分，得到成巖相的剖面與平面展布規(guī)律，從而利用有利成巖相的展布優(yōu)選優(yōu)質(zhì)儲層分布區(qū)，最終達到儲層的區(qū)域評價與預(yù)測的目標。與傳統(tǒng)的方法相比，用測井資料識別成巖相的方法具有快速經(jīng)濟精確的優(yōu)勢。

長石溶蝕相和綠泥石薄膜膠結(jié)相對儲層具有建設(shè)性作用，二者所形成的孔隙度較大，滲透率較高，孔喉結(jié)構(gòu)以中孔細喉型為主，對有效儲層的形成具有積極影響。而起破壞作用的成巖相，如石英次生加大相、綠泥石充填相、方解石膠結(jié)相使儲層物性變差，導(dǎo)致儲層孔隙度減小、滲透率降低，喉道部分甚至完全被阻塞，儲集流體的能力較差或很差。根據(jù)上述特征，建立孔隙度–實測滲透率交會圖，并據(jù)趙靖舟對儲層的分類標準，將志丹地區(qū)長61亞段分為3類（圖4）。第Ⅱ、Ⅲ類儲層具有相對較高的儲集能力，孔喉組合常以較大孔粗喉為主，常見長石溶蝕相和綠泥石薄膜膠結(jié)相；Ⅳ類儲層孔隙度、滲透率較低，以小孔細喉為主，常見石英次生加大相、綠泥石充填相及方解石膠結(jié)相。

經(jīng)試油、試產(chǎn)資料證實，Ⅱ類、Ⅲ類儲層具有較好的產(chǎn)能，Ⅳ類儲層產(chǎn)油能力很弱。因此預(yù)測長石溶蝕相和綠泥石薄膜膠結(jié)相可能為研究區(qū)儲集的有利相帶，而石英次生加大相、綠泥石充填相和方解石膠結(jié)相不利于油氣的儲集。

圖4 志丹地區(qū)長61亞段儲層孔隙度–實測滲透率交會圖

4 結(jié)論

（1）鄂爾多斯盆地志丹地區(qū)長61亞油層組儲層為三角洲前緣水下分流河道沉積，巖性主要為細粒長石砂巖、巖屑長石砂巖和少量巖屑質(zhì)石英砂巖；主要的成巖作用有壓實作用、膠結(jié)作用和溶蝕作用；將研究區(qū)劃分為中成巖階段B期。

（2）鄂爾多斯盆地志丹地區(qū)長61儲層成巖相可劃分為5類，包括2種建設(shè)性成巖相和3種破壞性成巖相，建設(shè)性成巖相包括綠泥石薄膜膠結(jié)成巖相、長石溶蝕成巖相，破壞性成巖相包括石英次生加大成巖相、綠泥石充填成巖相和方解石膠結(jié)儲集相。

（3）依據(jù)各種成巖相在測井曲線上的響應(yīng)特征，將儲層劃分為3類，Ⅱ類、Ⅲ類儲層具有較好的產(chǎn)能，Ⅳ類儲層產(chǎn)油能力很弱。

參考文獻

[1] 石玉江，肖亮，毛志強，等.低滲透砂巖儲層成巖相測井識別方法及其地質(zhì)意義[J].石油學(xué)報，2011，32（5）：820–828.

[2] 張響響，鄒才能，朱如凱，等.川中地區(qū)上三疊統(tǒng)須家河組儲層成巖相[J].石油學(xué)報，2011，32（2）：257–264.

[3] 盧德根，劉林玉，劉秀蟬，等.鄂爾多斯盆地鎮(zhèn)涇區(qū)塊長 81亞段成巖相研究[J].巖性油氣藏，2010，22（1）：82–86.

[4] 陳小梅.鄂爾多斯盆地鎮(zhèn)涇地區(qū)延長組長6、長8油層組儲層特征研究[J].石油地質(zhì)與工程，2007，21（6）：29–32.

[5] 馬海勇，周立發(fā)，張小剛，等.鄂爾多斯盆地姬塬地區(qū)長8儲層成巖作用與有利成巖相研究[J].石油實驗地質(zhì)，2013， 35（4）：378–383.

[6] 朱亞軍，苗建宇，朱靜.鄂爾多斯盆地志丹旦八地區(qū)延長組長4+5儲層成巖作用研究[J].西北地質(zhì)，2008，41（4）：118–123.

[7] 王峰，陳蓉，田景春，等.鄂爾多斯盆地隴東地區(qū)長4+5油層組致密砂巖儲層成巖作用及成巖相[J].石油與天然氣地質(zhì)， 2014，35（2）：199–206.

[8] 姚涇利，李渭，王亞玲，等.陜北地區(qū)延長組長101儲層成巖作用與成巖相[J].地質(zhì)通報，2014，33（11）：1 842–1 852.

[9] 王秀平，牟傳龍.蘇里格氣田東二區(qū)盒8段儲層成巖作用與成巖相研究[J].天然氣地球科學(xué)，2013，24（4）：678–689.

[10] 王嵐，鄒才能，林潼，等.鄂爾多斯盆地白豹–華池地區(qū)延長組長 6油層組沉積環(huán)境及成巖相分析[J].天然氣地球科學(xué)，2011，22（5）：796–806.

[11] 張明松，雷卞軍，黃有根，等.鄂爾多斯盆地余興莊–子洲地區(qū)上古生界山2～3儲層砂巖成巖作用與成巖相[J].沉積學(xué)報，2011，29（6）：1 031–1 040.

[12] 柳益群，李文厚.陜甘寧盆地東部上三疊統(tǒng)含油長石砂巖的成巖特點及孔隙演化[J].沉積學(xué)報，1996，14（3）：87–96.

[13] 羅靜蘭，張曉莉，張云翔，等.成巖作用對河流—三角洲相砂巖儲層物性演化的影響——以延長油區(qū)上三疊統(tǒng)延長組長2砂巖為例[J].沉積學(xué)報，2001，19（4）：541–547.

[14] 劉小洪，羅靜蘭，郭彥如，等.鄂爾多斯盆地陜北地區(qū)上三疊統(tǒng)延長組長6油層組的成巖相與儲層分布[J].地質(zhì)通報，2008，27（5）：626–632.

[15] 黃思靜，謝連文，張萌，等.中國三疊系陸相砂巖中自生綠泥石的形成機制及其與儲層孔隙保存的關(guān)系[J].成都理工大學(xué)學(xué)報（自科版），2004，31（3）：273–281.

[16] 王妍芝， 陳石虎， 楊超.鄂爾多斯盆地華慶地區(qū)長63儲層成巖作用及孔隙演化[J].石油地質(zhì)與工程，2014，28（1）：37–40.

[17] 杜業(yè)波，季漢成，吳因業(yè)，等.前陸層序致密儲層的單因素成巖相分析[J].石油學(xué)報，2006，27（2）：48–52.

[18] 王樹寅.復(fù)雜儲層測井評價原理和方法[M].北京：石油工業(yè)出版社，2006，28–29.

[19] 賴錦，王貴文，王書南，等.碎屑巖儲層成巖相測井識別方法綜述及研究進展[J].中南大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2013，44（12）：4 942–4 953.