鄂爾多斯盆地華慶油田長63儲集層成巖相特征

黎 盼，孫 衛(wèi)，李長政

（1.西北大學(xué) 地質(zhì)學(xué)系 大陸動力學(xué)國家重點實驗室，西安 710069；2.中國石油 長慶油田分公司 第八采油廠，西安 710021）

華慶油田位于鄂爾多斯盆地陜北斜坡西南部，地處甘肅省華池縣和慶陽縣境內(nèi)，上三疊統(tǒng)延長組長63儲集層為本次研究的主力產(chǎn)油層[1]。前人已深入研究了華慶油田長63儲集層沉積相展布特征及構(gòu)造特征，但對不同成巖相微觀孔隙結(jié)構(gòu)以及其測井響應(yīng)特征等方面的研究較為薄弱[2-4]。本文利用常規(guī)物性、鑄體薄片、掃描電鏡、高壓壓汞和恒速壓汞等實驗，分析了研究區(qū)長63儲集層不同成巖相類型的微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征，定量表征了不同成巖相的測井響應(yīng)及其平面展布，為提高油藏的開發(fā)效益、制定合理的開發(fā)方案提供依據(jù)。

1 儲集層特征

華慶油田北起長官廟，南至玄馬，西起喬川，東至林鎮(zhèn)，南北長約83 km，東西寬約70 km，面積約5 810 km2.長6段沉積期，華慶油田沉積相主要發(fā)育淺湖相、半深湖—深湖相；華池以北地區(qū)主要受東北物源的曲流河三角洲沉積體系控制，華池以南地區(qū)主要受西南辮狀河三角洲沉積體系控制。目的層長63段構(gòu)造穩(wěn)定，地層整體呈平緩的西傾單斜，傾角0.4°～0.6°，局部由于差異壓實作用形成小規(guī)模的鼻狀隆起，地層平均埋深為2 240 m[5].

根據(jù)鑄體薄片資料，研究區(qū)長63儲集層主要為巖屑長石砂巖和長石砂巖?？紫额愋椭饕獮闅堄嗔ｉg孔和長石溶孔，發(fā)育少量的微裂縫，其中粒間孔最為發(fā)育，占所有孔隙的51.32%，孔徑多為1.0～120.0 μm.填隙物平均含量為15.2%，碎屑顆粒以次棱狀為主，分選中等。喉道類型以片狀、彎片狀和管束狀為主，儲集層連通性差，喉道配位數(shù)很低，平均喉道半徑為0.8 μm，平均孔徑為22.0 μm，屬于小孔細(xì)喉型。

表1 華慶油田長63儲集層不同成巖相參數(shù)

2 成巖相類型及微觀孔隙結(jié)構(gòu)

2.1 不同成巖相特征

通過鑄體薄片及掃描電鏡等資料分析，華慶油田長63儲集層主要經(jīng)歷了由壓實作用和膠結(jié)作用導(dǎo)致的破壞性成巖作用以及受孔隙水溶蝕后的建設(shè)性成巖作用，建設(shè)性成巖作用溶蝕的對象主要為長石和巖屑。前人對成巖相的劃分，主要是根據(jù)儲集層黏土礦物以及碳酸鹽礦物等特征[6-7]，本文則依據(jù)儲集層的沉積微相及成巖演化特征等，同時結(jié)合膠結(jié)物和填隙物含量等，將華慶油田長63儲集層主要劃分為7類成巖相（表1），分別為綠泥石膜膠結(jié)—粒間孔相、伊利石+綠泥石膜膠結(jié)—粒間孔相、伊利石膠結(jié)—粒間孔相、伊利石+綠泥石膜膠結(jié)—溶蝕相、伊利石膠結(jié)—溶蝕相、伊利石膠結(jié)相和碳酸鹽礦物膠結(jié)致密相。綠泥石膜膠結(jié)—粒間孔相儲集性能及滲流能力最好，其次是伊利石+綠泥石膜膠結(jié)—粒間孔相和伊利石膠結(jié)—粒間孔相，研究區(qū)的優(yōu)質(zhì)儲集層主要由此3類成巖相控制。

（1）綠泥石膜膠結(jié)—粒間孔相 主要分布在吳堡、白馬、華池、山莊井區(qū)內(nèi)，在三角洲前緣水下分流河道砂體與砂質(zhì)碎屑流砂體內(nèi)普遍發(fā)育（圖1），以巖屑質(zhì)長石砂巖為主，其中石英含量為34.30%，長石含量為35.19%；填隙物含量為13.83%；膠結(jié)物以薄膜狀綠泥石為主，含量為7.44%.孔隙以粒間孔為主，含量為2.65%，其次為長石溶蝕孔（1.32%），巖屑溶孔及其他孔隙含量較少，平均面孔率為4.65%.儲集層平均孔隙度為11.65%，平均滲透率為0.293 mD，屬于有利成巖相（圖2a，圖2b）。

圖1 華慶油田長63儲集層成巖相平面分布

（2）伊利石+綠泥石膜膠結(jié)—粒間孔相 主要分布在元城、大鳳川、長官廟等井區(qū)，發(fā)育在三角洲前緣水下分流河道砂體與砂質(zhì)碎屑流砂體中。巖石類型主要為巖屑質(zhì)長石砂巖及部分長石砂巖，其中石英含量為26.36%，長石含量為39.94%；填隙物含量為16.62%；膠結(jié)物主要為片狀、絲縷狀伊利石及薄膜狀綠泥石，其含量分別為5.35%和4.14%.孔隙組合主要為溶孔—粒間孔，以粒間孔為主（2.41%），其次為長石溶蝕孔（0.98%），平均面孔率為4.31%.儲集層平均孔隙度為12.00%，平均滲透率為0.338 mD，屬于有利成巖相（圖2c，圖2d）。

（3）伊利石膠結(jié)—粒間孔相 該類成巖相主要分布在Y414井區(qū)、B486井區(qū)、S111井區(qū)、馬營店、白豹 以及李良子鄉(xiāng)等井區(qū)，發(fā)育在砂質(zhì)碎屑流砂體及部分濁流砂體中（圖1）。巖石類型以巖屑質(zhì)長石砂巖及少量長石砂巖為主，其中石英含量為28.47%，長石含量為41.27%；填隙物體積含量為14.29%；膠結(jié)物主要為伊利石，含量為6.71%，其次為鐵白云石（3.19%）、硅質(zhì)（1.81%）?？紫额愋鸵粤ｉg孔為主（2.03%），其次為長石溶蝕孔（0.79%），平均面孔率為3.84%.儲集層平均孔隙度為10.97%，平均滲透率為0.269 mD，屬于較好的成巖相（圖2e，圖2f）。

（4）伊利石+綠泥石膜膠結(jié)—溶蝕相 該類成巖相主要分布在Y216井區(qū)、B464井區(qū)、B120井區(qū)、S150井區(qū)等井區(qū)，在水下分流河道砂體、砂質(zhì)碎屑流砂體及濁流砂體中均有發(fā)育（圖1）。巖石類型以巖屑質(zhì)長石砂巖為主，其中石英含量為28.42%，長石含量為35.05%；填隙物體積含量為15.95%；膠結(jié)物以伊利石、綠泥石為主，其含量分別為5.81%和3.68%，其次為碳酸鹽礦物（4.10%）和硅質(zhì)（1.10%）?？紫额愋鸵蚤L石溶孔為主（1.95%），其次為粒間孔（0.65%）；平均面孔率為3.22%.儲集層平均孔隙度為9.31%，平均滲透率為0.238 mD，是相對占優(yōu)勢的成巖相（圖2g，圖2h）。

圖2 華慶油田長63儲集層膠結(jié)物及孔隙特征

（5）伊利石膠結(jié)—溶蝕相 分布在悅樂、喬川、上里塬、五蛟和B40井區(qū)，在濁流砂體及砂質(zhì)碎屑流砂體中較為發(fā)育。以巖屑質(zhì)長石砂巖為主，其中石英含量為37.80%，長石含量為26.01%；填隙物體積含量為15.01%.膠結(jié)物以伊利石為主（8.99%），其次為碳酸鹽礦物（3.18%）和硅質(zhì)（1.34%），綠泥石及其他膠結(jié)物含量較少。孔隙類型以長石溶孔為主（1.83%），其次為粒間孔（0.59%）；平均面孔率為2.34%.儲集層平均孔隙度為8.73%，平均滲透率為0.186 mD，成巖相帶較差（圖2i）。

（6）伊利石膠結(jié)相 分布在研究區(qū)南部的玄馬、坪莊等井區(qū)，主要發(fā)育在濁流砂體及部分砂質(zhì)碎屑流砂體中。以巖屑質(zhì)長石砂巖為主，其中石英含量為36.69%，長石含量為27.95%；平均填隙物含量為13.80%；膠結(jié)物以片狀伊利石為主（9.79%）。孔隙類型以長石溶孔為主（1.65%），平均面孔率為1.95%，儲集層物性較差，幾乎為無效儲集層（圖2j）。

（7）碳酸鹽礦物膠結(jié)致密相 主要分布在山莊和林鎮(zhèn)井區(qū)，發(fā)育在濁流砂體河道側(cè)翼中（圖1）。主要為巖屑質(zhì)長石砂巖及部分長石巖屑質(zhì)石英砂巖；膠結(jié)物以碳酸鹽礦物為主，其含量為15.20%；孔隙類型以長石溶孔為主（0.86%），平均面孔率為1.66%.儲集層平均孔隙度為4.89%，平均滲透率為0.013 mD，屬于研究區(qū)較差的成巖相（圖2k，圖2l）。

2.2 不同成巖相微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征

孔隙類型、孔隙半徑、喉道半徑以及孔喉半徑比等受儲集層沉積和成巖作用影響，決定了儲集層的儲集能力和滲流能力[8-10]。本文利用高壓壓汞和恒速壓汞實驗，分析研究區(qū)不同成巖相微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征，為儲集層成巖相帶的評價和有利區(qū)的篩選提供依據(jù)。

2.2.1 孔喉分布特征

恒速壓汞實驗數(shù)據(jù)表明，綠泥石膜膠結(jié)—粒間孔相的主流孔隙半徑為60.000～310.000 μm，以大喉道為主，其次為中喉道。半徑為0.004～0.410 μm的孔喉對滲透率累計貢獻(xiàn)率在90%以上，最終進汞飽和度高達(dá)86.37%，排驅(qū)壓力較低（圖3a，圖3b，圖4a），是研究區(qū)長63儲集層的主要滲流通道。

圖3 華慶油田長63儲集層孔喉分布特征

伊利石+綠泥石膜膠結(jié)—粒間孔相中，粒間孔約占總面孔率的35.00%，大孔隙所占比例增加且分布較為均勻；喉道以細(xì)—中喉道為主；孔喉半徑為0.004～1.020 μm，其中半徑小于0.250 μm的孔喉對滲透率的累計貢獻(xiàn)率在96%以上，排驅(qū)壓力中等（圖3a，圖3b）。

圖4 華慶油田長63儲集層不同成巖相孔喉結(jié)構(gòu)特征

伊利石膠結(jié)—粒間孔相的平均孔隙半徑為110.000 μm，半徑為 110.000～220.000 μm的孔隙占總孔隙的84.81%，小孔隙數(shù)量增多；喉道以微—微細(xì)喉道為主；孔喉半徑為0.004～0.410 μm；半徑小于0.100 μm的孔喉對滲透率的累計貢獻(xiàn)率在96%以上，其中半徑為0.003～0.100 μm的喉道是儲集層主要滲流通道（圖3a，圖3b，圖4b）。

伊利石+綠泥石膜膠結(jié)—溶蝕相儲集層的長石溶孔含量占總面孔率的42.04%，小孔隙數(shù)量增多；喉道以微—微細(xì)喉道為主。半徑為0.100～1.020 μm的孔喉屬于該類成巖相儲集層的主要滲流通道，半徑小于0.250 μm的孔喉對滲透率累計貢獻(xiàn)率在97%以上（圖3a，圖3b，圖4c）。

伊利石膠結(jié)—溶蝕相儲集層的長石溶孔占總面孔率的66.90%，平均孔隙半徑為170.000 μm，半徑為90.000～190.000 μm的孔隙占總孔隙的97.50%，大孔隙含量減少；喉道以微細(xì)喉道為主。半徑為0.025～0.410 μm的孔喉屬于該類成巖相儲集層的主要滲流通道，半徑小于0.900 μm的孔喉對滲透率的累計貢獻(xiàn)率在94%以上（圖3a，圖3b）。

伊利石膠結(jié)相儲集層的長石溶孔比例占總面孔率的85.00%，大孔隙減少；喉道為微細(xì)喉道。其中半徑為0.100～0.640 μm的孔喉是該類成巖相儲集層的主要滲流通道，半徑小于0.250 μm的孔喉對滲透率累計貢獻(xiàn)率達(dá)93%以上（圖3a，圖3b）。

碳酸鹽礦物膠結(jié)致密相以微孔和微細(xì)喉道發(fā)育為主，半徑小于0.120 μm孔喉對滲透率累計貢獻(xiàn)率在96%以上，排驅(qū)壓力最高，儲集層物性最差，最終進汞量最低（圖3a，圖3b，圖4d）。

綜上所述，不同成巖相的儲集層孔隙半徑和喉道半徑的分布特征不同，綠泥石膜膠結(jié)—粒間孔相的孔隙半徑和喉道半徑最大，其次為伊利石+綠泥石膠結(jié)—溶蝕相、伊利石膠結(jié)—溶蝕相和伊利石膠結(jié)相，碳酸鹽礦物膠結(jié)致密相的孔隙半徑和喉道半徑最小。

2.2.2 孔喉半徑比分布特征

不僅孔隙大小和喉道大小對低滲儲集層非均質(zhì)性有影響，孔喉半徑比對儲集層非均質(zhì)性的影響也較為明顯[11-13]。孔喉半徑比越大，小喉道和大孔隙數(shù)量越多，使得孔隙內(nèi)的流體不容易排出，滲流阻力越大，連通性越差，儲集在孔隙內(nèi)的油氣無法排出，孔隙結(jié)構(gòu)的非均質(zhì)性變強，可動流體飽和度降低[14-16]。孔喉半徑比越小，小孔隙和大喉道數(shù)量越多，滲流阻力變?nèi)?，儲集層的連通性變好，孔隙結(jié)構(gòu)的非均質(zhì)性變?nèi)?，可動流體飽和度增大，孔隙內(nèi)流體容易排出[17]。

綠泥石膜膠結(jié)—粒間孔相和伊利石+綠泥石膜膠結(jié)—粒間孔相的細(xì)—中喉道較為發(fā)育（圖3c），綠泥石膜膠結(jié)—粒間孔相有效孔喉半徑比最低，平均為145，分布范圍小且頻率較高。伊利石+綠泥石膜膠結(jié)—粒間孔相孔喉半徑比平均值為275，孔喉半徑比較小，表明這兩種成巖相的小孔隙和大喉道數(shù)量多，儲集層的滲流阻力較弱，連通性較好。伊利石膠結(jié)—粒間孔相孔喉半徑比平均為450，但孔隙大小和喉道大小的差異性較小，孔喉分布相對均勻，滲流阻力較小，滲流能力和孔喉連通性較好。

伊利石+綠泥石膜膠結(jié)—溶蝕相、伊利石膠結(jié)—溶蝕相和伊利石膠結(jié)相的孔喉半徑比相對較大，其孔喉半徑比分別為460，650和725，表明大孔隙較多，喉道呈現(xiàn)細(xì)小和微細(xì)小分布，孔喉的連通性較差，滲流阻力較大，儲集層的退汞效率較低。碳酸鹽礦物膠結(jié)致密相的孔喉半徑比最大，其平均值為750，該類成巖相儲集層孔喉連通性最差。

由孔喉半徑與滲透率貢獻(xiàn)值的分布圖可以看出，當(dāng)喉道半徑分布范圍較寬時，對滲透率的貢獻(xiàn)相對較分散，小喉道對滲透率的貢獻(xiàn)率較低，較大喉道對滲透率的貢獻(xiàn)率較大?？缀磉M汞飽和度、峰值比滲透率貢獻(xiàn)值低，進汞量最高時的喉道半徑對應(yīng)的滲透率貢獻(xiàn)值也不是最大，當(dāng)大喉道所占比例越大，儲集層的滲流能力變化特征較為明顯。因此，喉道半徑是控制儲集層滲流能力的主要微觀因素[22]。

綜上所述，華慶油田長63儲集層綠泥石膜膠結(jié)—粒間孔相的有效喉道半徑最大、孔喉半徑比最低、孔喉分選性較好，排驅(qū)壓力較低，孔喉進汞量曲線呈單峰狀，儲集層的儲集能力和滲流能力較好（圖4a）。伊利石膠結(jié)—粒間孔相（圖4b）和伊利石+綠泥石膜膠結(jié)—溶蝕相（圖4c）的孔喉分選相對較差，進汞量曲線呈雙峰狀，孔喉連通性一般，儲集層的儲集能力和滲流能力變差。碳酸鹽礦物膠結(jié)致密相的孔隙半徑和喉道半徑小，進汞量分布較為均勻，孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)育程度差，滲透率貢獻(xiàn)率低，儲集層的滲流能力差（圖4d）?？傊?，在研究區(qū)，綠泥石膜膠結(jié)—粒間孔相儲集層的物性最好，其次為伊利石+綠泥石膜膠結(jié)—粒間孔相，而碳酸鹽礦物膠結(jié)致密相儲集層的孔喉連通性最差。

3 成巖相測井響應(yīng)及優(yōu)質(zhì)儲集層展布特征

以華慶油田的測井曲線資料為基礎(chǔ)，將自然電位、自然伽馬、聲波時差、電阻率等測井曲線與取心井的巖心實驗資料相對應(yīng)，并結(jié)合取心井的鑄體薄片資料以及掃描電鏡等實驗資料建立了不同成巖相的測井響應(yīng)模版（表2）。

（1）綠泥石膜膠結(jié)—粒間孔相形成于成巖早期，壓實作用及膠結(jié)作用相對較弱，保留了部分原生孔隙，孔隙類型以殘余粒間孔為主，其孔隙度較大，平均為11.65%，滲透率為0.293 mD.測井?dāng)?shù)據(jù)表明，該類成巖相的自然電位為30～70 mV，自然伽馬整體小于200 API，聲波時差接近300 μs/m，電阻率小于300 Ω·m（表2）。試采結(jié)果表明，該類成巖相單井日產(chǎn)油量達(dá)到5.68 t，屬于重要的產(chǎn)油相帶。

（2）伊利石+綠泥石膜膠結(jié)—粒間孔相的主要孔隙類型為粒間孔，該類成巖相的儲集層物性較好，孔隙度為12.00%，滲透率為0.338 mD；測井?dāng)?shù)據(jù)表明，自然電位整體幅度較綠泥石膜膠結(jié)—粒間孔相的大，為29～76 mV，自然伽馬變低，為12～193 API，聲波時差大于160 μs/m，電阻率小于360 Ω·m.試采結(jié)果表明，該類成巖相單井日產(chǎn)油量為3.24 t，僅次于綠泥石膜膠結(jié)—粒間孔相，屬于較好的產(chǎn)油相帶。

（3）伊利石膠結(jié)—粒間孔相的主要孔隙類型為殘余粒間孔和部分長石溶孔，該類成巖相的物性相對較好，孔隙度為10.97%，滲透率為0.269 mD；測井?dāng)?shù)據(jù)表明，自然電位分布變化范圍不大，為20～79 mV，自然伽馬為10～260 API，聲波時差小于430 μs/m，電阻率小于260 Ω·m.試采結(jié)果表明，該類成巖相單井日產(chǎn)油量為2.93 t，屬于一般的產(chǎn)油相帶。

（4）伊利石+綠泥石膜膠結(jié)—溶蝕相儲集層受長石溶蝕的影響，物性較差，其孔隙度為9.31%，滲透率為0.238 mD；測井?dāng)?shù)據(jù)表明，自然電位小于80 mV，自然伽馬增大，為0～300 API，聲波時差分布于50～420 μs/m，電阻率小于360 Ω·m.試采結(jié)果表明，該類成巖相單井日產(chǎn)油量為0.95 t，屬于較差的產(chǎn)油相帶。

（5）伊利石膠結(jié)—溶蝕相、伊利石膠結(jié)相和碳酸鹽礦物膠結(jié)致密相由于受鈣質(zhì)膠結(jié)的影響，這三類成巖相的物性極差，孔隙度分別為8.73%，7.11%和4.89%，滲透率分別為0.186 mD，0.059 mD和0.013 mD，其測井響應(yīng)表現(xiàn)為“三低一高”，即低自然電位、低自然伽馬、低聲波時差、高電阻率，聲波時差均偏小，自然伽馬小于300 API，電阻率較高，接近400 Ω·m.

綜合研究表明，長63儲集層綠泥石膜膠結(jié)—粒間孔相和伊利石+綠泥石膜膠結(jié)—粒間孔相油藏發(fā)育較好，長63儲集層是華慶油田物性較好的層段，有利于后期的勘探開發(fā)。

平面上，長63儲集層綠泥石膜膠結(jié)—粒間孔相和伊利石+綠泥石膜膠結(jié)—粒間孔相儲集層發(fā)育程度最高，其中物性較好的伊利石膠結(jié)—粒間孔相儲集層主要發(fā)育在三角洲前緣水下分流河道砂體與砂質(zhì)碎屑流砂體中，為有利的成巖相帶，同時屬于油氣勘探開發(fā)的重點區(qū)域；伊利石+綠泥石膜膠結(jié)—溶蝕相，物性較差，開采程度較低；伊利石膠結(jié)—溶蝕相儲集層物性中等，但分布較局限，油氣開采程度低；伊利石膠結(jié)相儲集層物性差，幾乎沒有穩(wěn)產(chǎn)時間；碳酸鹽礦物膠結(jié)致密相儲集層物性最差，開采程度最低。

表2 華慶油田長63儲集層不同成巖相測井參數(shù)特征

4 結(jié)論

（1）華慶油田長63儲集層砂巖類型主要為巖屑長石砂巖和長石砂巖，碎屑顆粒磨圓度以次棱狀為主，分選性中等，孔喉半徑分布不均勻，粗細(xì)不一，儲集層的儲集能力和滲流能力較差。依據(jù)儲集層的沉積微相發(fā)育特征、有機質(zhì)成熟度以及差異性成巖演化特征等，將華慶地區(qū)長63儲集層主要劃分為7類成巖相，分別為綠泥石膜膠結(jié)—粒間孔相、伊利石+綠泥石膜膠結(jié)—粒間孔相、伊利石膠結(jié)—粒間孔相、伊利石+綠泥石膜膠結(jié)—溶蝕相、伊利石膠結(jié)—溶蝕相、伊利石膠結(jié)相、碳酸鹽礦物膠結(jié)致密相。

（2）綠泥石膜膠結(jié)—粒間孔相和伊利石+綠泥石膜膠結(jié)—粒間孔相儲集層主要分布于三角洲前緣水下分流河道砂體與砂質(zhì)碎屑流砂體中，孔喉連通性好，滲流能力最好；綠泥石膜膠結(jié)—粒間孔相和伊利石+綠泥石膜膠結(jié)—粒間孔相是油田開發(fā)的主力產(chǎn)層，油氣較容易開采。伊利石膠結(jié)—粒間孔相、伊利石+綠泥石膜膠結(jié)—溶蝕相儲集層位于砂質(zhì)碎屑流砂體及部分濁流砂體中，呈孤島狀分布，孔喉半徑小但分布均勻，滲流能力中等—差；伊利石膠結(jié)—溶蝕相、伊利石膠結(jié)相、碳酸鹽礦物膠結(jié)致密相儲集層主要發(fā)育在濁流砂體和分支水道間，孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)育程度差，采收率最低。

（3）不同成巖相類型具有建設(shè)性與破壞性雙重作用，具體表現(xiàn)在壓實作用、膠結(jié)作用和溶蝕作用的差異上。優(yōu)質(zhì)成巖相的展布受沉積相、成巖作用與微觀孔隙結(jié)構(gòu)共同影響，其中喉道是最主要的影響因素。不同類型成巖相劃分方案與儲集層產(chǎn)油能力吻合性良好，成巖相的測井響應(yīng)特征表明優(yōu)質(zhì)儲集層展布受沉積相和成巖相雙重控制。