鄂爾多斯盆地隴東地區(qū)致密油儲(chǔ)層特征研究
——以鄂爾多斯盆地長7段為例

王匯智，趙衛(wèi)衛(wèi)，何浩男，馮 靜

(1.西安石油大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，陜西西安 710065；2.陜西師范大學(xué)食品工程與營養(yǎng)科學(xué)學(xué)院，陜西西安 710119)

我們一般將以致密砂巖、灰?guī)r和碳酸鹽巖等為儲(chǔ)層且覆壓基質(zhì)滲透率小于0.2 mD的油氣資源稱為致密油。致密油分布面積大，緊臨優(yōu)質(zhì)生油層，有儲(chǔ)層低孔低滲的特點(diǎn)，單井基本無自然工業(yè)產(chǎn)能，但在一定的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)條件下預(yù)期能夠?qū)崿F(xiàn)商業(yè)開發(fā)，是一種非常規(guī)石油資源[1-2]。

隨著我國對油氣資源需求量的不斷增長及石油工業(yè)的發(fā)展，油氣勘探開發(fā)領(lǐng)域已經(jīng)開始從常規(guī)油氣資源延伸到非常規(guī)油氣資源。致密油作為非常規(guī)油氣中重要的一類，具有儲(chǔ)層物性差，源儲(chǔ)共生，油氣以短距離運(yùn)移為主，發(fā)育于大面積分布的致密儲(chǔ)層、圈閉界限不明顯等地質(zhì)特征[1-9]。鄂爾多斯盆地長7段發(fā)育的致密油主要分布在長71和長72亞段，滲透率一般小于0.3 mD[1,3]。目前中國的致密油研究進(jìn)展仍處于準(zhǔn)備階段，不論是勘探開發(fā)還是地質(zhì)認(rèn)識上都不成熟，通過深入分析研究區(qū)致密油儲(chǔ)層巖石學(xué)特征、孔喉特征及物性特征，并綜合分析影響長7儲(chǔ)層物性的因素，能夠?yàn)檠芯繀^(qū)進(jìn)一步油氣勘探和開發(fā)提供一定的理論依據(jù)。

鄂爾多斯盆地延長組是一套內(nèi)陸坳陷湖盆碎屑巖沉積，具有良好的生儲(chǔ)油條件[10-11]，油氣資源潛力巨大，蘊(yùn)藏著豐富的石油資源，研究預(yù)測和勘探實(shí)踐均證明了隴東地區(qū)是鄂爾多斯盆地的主要油氣富集區(qū)之一。研究區(qū)位于鄂爾多斯盆地西南部，總面積約2104km2，區(qū)域構(gòu)造橫跨天環(huán)坳陷和伊陜斜坡，東接馬家砭，西鄰殷家橋，南連寧縣，北靠喬川，占盆地本部面積近20%，主要包括甘肅省的西峰、環(huán)縣、慶陽、合水、寧縣、鎮(zhèn)原及華池等7個(gè)區(qū)縣(圖1)。由于研究區(qū)基本橫跨伊陜斜坡，大部分區(qū)域受到伊陜斜坡構(gòu)造的控制，南部的渭北隆起與西部的天環(huán)坳陷在構(gòu)造上對研究區(qū)的影響較小，整體構(gòu)造相對簡單[12-13]。隴東地區(qū)長7儲(chǔ)層總體為低孔—特低孔、特低滲—超低滲儲(chǔ)層，由于儲(chǔ)層物性會(huì)受沉積環(huán)境和成巖作用的影響，沉積作用控制儲(chǔ)層的砂體分布，成巖作用會(huì)改造儲(chǔ)層物性，因此明確各小層物性在垂向及縱向上的變化特征及其影響因素對研究區(qū)油氣的高效勘探具有重要意義。

圖1 鄂爾多斯盆地區(qū)域概況及研究區(qū)位置Fig.1 Regional structure and location of research area in Ordos basin

圖2 長7砂巖巖石類型三端元圖Fig.2 Three terminal graph of rock type of Chang-7 sandstoneⅠ.石英砂巖；Ⅱ.長石石英砂巖；Ⅲ.巖屑石英砂巖；Ⅳ.長石砂巖；Ⅴ.巖屑長石砂巖；Ⅵ.長石巖屑砂巖；Ⅶ.巖屑砂巖。

1 儲(chǔ)層巖石學(xué)特征

巖石學(xué)特征是影響儲(chǔ)層物性的重要因素之一，巖石的類型、結(jié)構(gòu)、碎屑組分及填隙物的特征以及碎屑的粒度、磨圓度等都影響儲(chǔ)層的孔隙結(jié)構(gòu)，從而決定儲(chǔ)層在物性分布上的差異[14]。通過對隴東地區(qū)長7段562塊樣品的觀察，可以看出砂巖類型主要以巖屑長石砂巖和長石巖屑砂巖為主，其次為長石砂巖，巖屑砂巖很少，無石英類砂巖(圖2)。從表1中數(shù)據(jù)可以看出長石、石英、巖屑的比例近似為1∶2∶1，巖屑主要為白云巖、石英巖、中基性噴發(fā)巖巖屑等，可觀察到豐富的云母碎片；砂巖粒度大部分極細(xì)到細(xì)，也存在中細(xì)粒和不等粒砂巖，分選主要為中等，磨圓度大多為次棱角狀，接觸方式主要是凹凸—線接觸和點(diǎn)—線接觸，膠結(jié)類型以孔隙式為主，加大—孔隙次之；研究區(qū)砂巖填隙物以自生黏土礦物和碳酸鹽膠結(jié)物為主，硅質(zhì)膠結(jié)物含量較低。表2可以反映出研究區(qū)長7的黏土礦物主要以水云母為主，含量高為9.53%，綠泥石和高嶺石含量都小于1%；碳酸鹽膠結(jié)物以鐵白云石和鐵方解石為主，方解石含量小于1%。

表1 研究區(qū)砂巖碎屑成分及填隙物含量統(tǒng)計(jì)Table 1 Statistical of detritus composition and interstitial content of sandstone in the study area

表2 研究區(qū)長7砂巖填隙物組分含量統(tǒng)計(jì)Table 2 Statistical of Chang-7 sandstone interstitial components content in the study area

2 儲(chǔ)層物性特征

圖3 長7儲(chǔ)層孔隙度與滲透率關(guān)系Fig.3 Relationship between porosity and permeability of Chang-7 reservoir

孔隙度和滲透率兩個(gè)參數(shù)是判斷儲(chǔ)層性能好壞的重要標(biāo)準(zhǔn)。研究區(qū)長7儲(chǔ)層孔隙度的分布范圍是0.23%～17.93%，平均孔隙度為8.28%；滲透率的分布范圍是0.001～1.470 mD，平均滲透率是0.15 mD。圖3中可以看出孔隙度與滲透率值具有較好的線性關(guān)系，這說明本區(qū)儲(chǔ)層特征主要為孔隙性儲(chǔ)層。長7各小層儲(chǔ)層物性的分布特征不同，孔隙度和滲透率的分布范圍存在部分差異。但總體上看，長71與長72儲(chǔ)層物性基本相似(表3)。

表3 研究區(qū)長7儲(chǔ)層的孔隙度與滲透率Table 3 Porosity and permeability of Chang-7 reservoir in the study area

長72儲(chǔ)層孔隙度的分布范圍是0.24%～13.00%，平均孔隙度為8.29%；滲透率的分布范圍為0.005～1.380 mD，平均滲透率是0.14 mD(表3)，長72儲(chǔ)集砂體依據(jù)儲(chǔ)層分類標(biāo)準(zhǔn)主要應(yīng)該為低孔—特低孔、特低滲—超低滲儲(chǔ)層。長72砂體滲透率展布形態(tài)與孔隙度相似，孔隙度主要分布在6%～8%以及8%～10%區(qū)間，滲透率在區(qū)間0.05～0.10 mD、0.1～0.3 mD均有分布。長72儲(chǔ)層隨著砂體的大面積分布，物性分布范圍也明顯變大，相對優(yōu)質(zhì)段(滲透率>0.3 mD)的分布面積增大，主要分布在研究區(qū)中部慶城—玄馬一帶，西部太白梁—銅川一帶，南部寧縣—城關(guān)一帶(圖4)。

圖4 研究區(qū)長72孔隙度及滲透率的平面分布Fig. 4 Chang-72 porosity and permeability plane distribution in the study area

長71儲(chǔ)層孔隙度的分布范圍為2.7%～13.5%，平均孔隙度是8.14%；滲透率的分布范圍是0.003～1.470 mD，平均滲透率為0.134 mD(表3)，說明長71儲(chǔ)集砂體主要為低孔—特低孔、特低滲—超低滲儲(chǔ)層。長71砂體孔隙度的平面展布由砂體控制，主要分布在6%～8%以及8%～10%區(qū)間，孔隙度大于10%的區(qū)域在研究區(qū)局部發(fā)育(圖5)。長71砂體的滲透率在區(qū)間0.05～0.10 mD、0.1～0.3 mD均有展布，長71較長72物性向東分布逐步變好，滲透率>0.1 mD的分布面積向東明顯增大，主要分布在研究區(qū)中部慶城—玄馬一帶，北部華池—白馬一帶，南部寧縣—城關(guān)一帶(圖5)。

長71物性發(fā)育特征與長72相似，南部區(qū)域物性隨著砂體的發(fā)育而有所變好；砂體物性隨著南部及北東部砂體的發(fā)育變好，隨后隨著西南部砂體的萎縮及北部砂體的退縮而物性變差。長73至長72至長71砂體逐漸發(fā)育，從而相對優(yōu)質(zhì)段面積逐漸增大，物性也相應(yīng)變好。

3 儲(chǔ)層孔隙類型與結(jié)構(gòu)特征

3.1 孔隙類型

通過鑄體薄片的鏡下鑒定，可以觀察到砂巖的主要可見孔隙為粒間孔、粒間溶孔(碳酸鹽、沸石、雜基溶孔)、粒內(nèi)溶孔(長石溶孔、巖屑溶孔)和其他孔(晶間孔、鑄?？?、微裂縫等)組成[15-17]。通過對研究區(qū)各類孔隙的研究統(tǒng)計(jì)，粒間孔的分布頻率僅53.8%，平均約為0.92%；粒內(nèi)溶孔的分布頻率近70%，平均為1.25%(表4)。濁沸石、碳酸鹽及雜基等粒間溶孔極少。粒間孔孔徑較大，直徑一般為10～50m，連通性好，在各個(gè)目的層段均發(fā)育粒間孔，但分布很不均一，具有強(qiáng)烈的非均質(zhì)性。研究區(qū)的粒間孔主要發(fā)育有兩種類型：一種為殘余粒間孔，它是原生孔隙在成巖演化中被壓實(shí)或充填形成的孔隙；另一種為溶蝕擴(kuò)大粒間孔，是顆粒邊緣或顆粒之間膠結(jié)物溶蝕再生的孔隙。

圖5 研究區(qū)長71孔隙度及滲透率的平面分布Fig. 5 Chang-71 porosity and permeability plane distribution in the study area

表4 研究區(qū)長7砂巖孔隙類型特征Table 4 Pore type characteristic of Chang-7 sandstone in the study area

長73孔隙類型主要為長石溶孔(0.31%)和粒間孔(0.47%)(表5)，發(fā)育少量的巖屑溶孔(0.06%)和其他孔隙。長72孔隙類型主要為長石溶孔和粒間孔(0.62%和0.40%)，平均面孔率是1.9%(表5)，發(fā)育少量的巖屑溶孔(0.07%)和其他孔隙。長71孔隙類型與長72相似，主要為長石溶孔(0.76%)和粒間孔(0.39%)(圖6，表5)，粒間孔比長72更發(fā)育，發(fā)育少量的巖屑溶孔(0.12%)和其他孔隙。

表5 研究區(qū)長7砂巖孔隙類型統(tǒng)計(jì)Table 5 Statistical table of pore type of Chang-7 sandstone in the study area

3.2 孔隙結(jié)構(gòu)特征

依據(jù)我們所掌握的壓汞資料和鑄體薄片以及掃描電鏡圖，分析發(fā)現(xiàn)研究區(qū)發(fā)育的喉道類型主要包括孔隙縮頸型喉道、縮小型喉道以及彎片狀或片狀喉道(圖7)。根據(jù)李道品等對孔隙的分類方案，研究區(qū)長71屬于小孔隙(平均孔徑為18.89 μm)而長72屬于中孔隙(平均孔徑為23.22 μm)(表6)。通過比較分析，研究區(qū)長7儲(chǔ)層平均孔徑基本為小孔隙到中孔隙，孔隙度、滲透率和面孔率相對較小，各小層儲(chǔ)層物性存在一定的差異。而長73儲(chǔ)層面孔率最小、物性最差。根據(jù)上述孔喉分類標(biāo)準(zhǔn)，將研究區(qū)長7砂巖儲(chǔ)層孔隙組合類型劃分為小孔微喉型和中孔微喉型。

圖6 研究區(qū)長71長石溶孔Fig.6 Chang 71 feldspar dissolving hole in the study areaa.正21井，1 555.80 m，長71，長石粒內(nèi)溶蝕孔隙；b.莊124井，1，722.93 m，長71，長石顆粒溶蝕產(chǎn)生溶孔。

圖7 隴東地區(qū)延長組長7主要發(fā)育喉道類型Fig.7 Main development of laryngeal tract type of Yanchang group of Chang-7 in Longdong areaa.莊79井，1 883.49 m，長71，微喉道;b.寧75井，1 586.46 m，長71，孔喉連通形態(tài)。

表6 研究區(qū)長7砂巖孔喉平均孔隙半徑統(tǒng)計(jì)Table 6 The average pore radius statistics of pore throat of Chang-7 sandstone in the study area

影響巖石滲流性質(zhì)的重要因素是儲(chǔ)層微觀孔隙結(jié)構(gòu)。通過壓汞試驗(yàn)定量表征孔隙結(jié)構(gòu)，反映出孔喉的大小及分選狀況、孔喉連通性及控制流體運(yùn)動(dòng)特征[18-19]。對壓汞資料的觀察發(fā)現(xiàn)，長72孔喉較小粒度偏細(xì)，中值半徑大多在0.10 μm以下；排驅(qū)壓力的范圍是2.13～5.27 MPa，平均值為3.67 MPa；孔喉分布一般，變異系數(shù)小于0.2，分選系數(shù)在1.04左右；孔喉連通性一般。長71孔喉大于長72孔喉，中值半徑主要在0.10 μm左右，其中長712、長713粒度較粗，中值半徑大于0.10 μm，排驅(qū)壓力平均值為2.98 MPa，孔喉分布一般，分選系數(shù)小于2，變異系數(shù)為0.11左右，說明孔喉連通性較好(表7)。

Ⅰ型壓汞曲線代表顆粒分選和儲(chǔ)層物性好的一類儲(chǔ)層，主要出現(xiàn)在長71和長72(圖8a，表8)。Ⅱ型壓汞曲線整體特征介于Ⅰ型與Ⅲ型之間，該類型曲線在研究區(qū)最為常見，其平臺(tái)階段較短，門檻壓力為2.80～3.91 MPa，中值壓力為4.40～36.13 MPa，平均值為13.90 MPa；而最大進(jìn)汞飽和度為50.5%～85.9%，退汞效率為8.99%～33.9%，平均值為22.38%(圖8b，表8)。研究區(qū)儲(chǔ)層毛管壓力曲線根據(jù)砂巖毛管壓力曲線特征可分為3種類型(表8)。

表7 研究區(qū)長7孔喉結(jié)構(gòu)統(tǒng)計(jì)Table 7 Pore throat structure statistics of Chang-7 sandstone in the study area

表8 研究區(qū)不同孔隙結(jié)構(gòu)的砂巖物性及特征參數(shù)統(tǒng)計(jì)Table 8 Statistical of sandstone physical properties and characteristic parameters of different pore structures in the study area

圖8 研究區(qū)長7儲(chǔ)層壓汞曲線Fig.8 Types mercury intrusion curves of Chang-7 reservoir in the study area

4 成巖作用研究

成巖作用可破壞原生孔隙，改變原生孔隙的分布規(guī)律，影響儲(chǔ)層的儲(chǔ)集能力，促進(jìn)次生孔隙的形成，從而改善儲(chǔ)層物性，形成有利的儲(chǔ)集空間。成巖作用可分為建設(shè)性成巖作用和破壞性成巖作用，改善儲(chǔ)層物性的有溶解作用和破裂作用，所以說儲(chǔ)層成巖作用對儲(chǔ)層物性的影響意義巨大[20-22]。

4.1 壓實(shí)壓溶作用

研究區(qū)機(jī)械壓實(shí)作用在垂向上的差異較為明顯，總體上發(fā)育程度中等。由圖9中可以看出，儲(chǔ)層受到高度壓實(shí)，在巖性偏細(xì)以及塑性碎屑含量較高的砂巖中，碎屑呈定向排列。

壓溶作用是在壓實(shí)作用的基礎(chǔ)上發(fā)生的，它是在接觸點(diǎn)的顆粒發(fā)生溶解導(dǎo)致巖石總體積減小的過程。壓溶作用使得顆粒間的接觸關(guān)系從點(diǎn)接觸向點(diǎn)—線接觸甚至線接觸演化，這個(gè)過程會(huì)導(dǎo)致原生孔隙空間的進(jìn)一步損失進(jìn)而致使孔隙連通性變差，這也是造成研究區(qū)物性較差的另一個(gè)重要原因[23]。

圖9 隴東地區(qū)延長組長7壓實(shí)壓溶現(xiàn)象Fig.9 Compaction and pressure dissolution of Yanchang group Chang 7 in Longdong areaa.城90井，2 007.60 m，長72，細(xì)粒巖屑長石砂巖，顆粒定向排列，壓實(shí)強(qiáng)烈，鑄體薄片；b.莊187井，1 562.70 m，長71，長條形碎屑顆粒順層定向排列，鑄體薄片；c.寧19井，1 475.73 m，長712，絲片狀黏土充填孔喉；d.寧50井，1 265.16 m，長711，粒間雜基溶蝕蝕變，結(jié)構(gòu)致密殘余孔中充填石英；e.寧75井，1 586.46 m，長712，伊利石呈搭橋狀充填粒間孔喉；f.寧54井，1 596.25 m，長712，溶孔中充填自生高嶺石。

4.2 膠結(jié)作用

膠結(jié)作用是指礦物質(zhì)在孔隙中沉淀，形成自生礦物并使沉積物固結(jié)為巖石的作用。膠結(jié)作用的成巖效應(yīng)是堵塞孔隙，是使儲(chǔ)層孔隙度降低的重要因素[24]。研究區(qū)內(nèi)有多種類型的膠結(jié)作用，包括硅質(zhì)膠結(jié)作用、黏土礦物膠結(jié)作用和碳酸鹽膠結(jié)作用。自生黏土礦物在本區(qū)各層位廣泛發(fā)育，本區(qū)自生黏土礦物總體上以水云母為主，高嶺石和綠泥石含量相對較少(圖10a)。研究區(qū)碎屑巖中常見碳酸鹽膠結(jié)作用，主要為粒間交代物、膠結(jié)物或次生孔隙內(nèi)填充物(圖10b)。研究區(qū)主要的膠結(jié)物有明顯的多期次形成特征，其類型為鐵方解石和鐵白云石。研究區(qū)的晶體在成分和大小上差異較大，主要受成巖環(huán)境參數(shù)的影響，如不同成巖階段流體和巖石相互作用、氧化還原電位以及流體酸堿度等[25]。研究區(qū)砂巖中硅質(zhì)膠結(jié)作用存在但含量較少(1%～2%)，主要原因是碎屑巖成分成熟度較低，主要表現(xiàn)為石英晶體在碎屑石英顆粒表面、粒間孔壁、石英次生加大(圖10c)和粒內(nèi)溶孔中充填式膠結(jié)(圖10d)。

圖10 隴東地區(qū)延長組長7膠結(jié)作用現(xiàn)象Fig.10 Cementation phenomenon of Chang-7 of Yanchang group in Longdong areaa.寧19井，1 502.71 m，長712，鐵白云石及菱鐵礦共同充填孔喉生長；b.寧20井，1 765.67 m，長712，粒間溶孔中充填自生鐵白云石；c.莊30井，1 841.64 m，長712，石英加大；d.寧51井，1 487.20 m，長721，自生石英充填孔隙生長形態(tài)。

4.3 溶蝕作用

溶蝕作用是改善儲(chǔ)層物性的重要原因之一，其產(chǎn)生的孔隙是粒間孔隙之后另一種主要儲(chǔ)集空間類型，因此對砂巖儲(chǔ)層有較大改善作用。溶蝕作用也是研究區(qū)砂巖中相對發(fā)育的一種成巖作用[26]。主要表現(xiàn)在各種易溶的砂巖組分形成的次生孔隙(圖11)。

圖11 隴東地區(qū)延長組長7溶蝕作用現(xiàn)象Fig.11 Dissolution phenomenon of Chang-7 of Yanchang group in Longdong areaa.里96井，2 282.20 m，長72，斜長石粒內(nèi)溶孔，鑄體薄片；b.白144井，2 137.80 m，長71，長石粒內(nèi)溶孔，鑄體薄片；c.正13井，1 505.62 m，長713，長石粒內(nèi)溶蝕孔隙；d.寧54井，1 596.25 m，長713，部分長石發(fā)生溶蝕產(chǎn)生溶孔。

溶蝕作用發(fā)生的第一步是充足的有機(jī)酸或無機(jī)酸，第二步是擁有通道從而供酸性流體運(yùn)移，第三步是研究區(qū)砂巖中必須存在可溶組分。例如研究區(qū)含有豐富的長石顆粒及部分碳酸鹽巖屑如白云巖等容易發(fā)生溶解形成溶蝕孔[27]。溶蝕孔隙在大的區(qū)域上決定不了砂巖中的儲(chǔ)集結(jié)構(gòu)，只能局部改善儲(chǔ)層物性。

5 結(jié)論

(1)隴東地區(qū)長7儲(chǔ)層主要由中細(xì)粒巖屑長石砂巖和長石巖屑砂巖組成，含有少量的長石砂巖和巖屑砂巖；孔隙主要是粒間孔隙，也存在巖屑溶蝕孔和長石溶蝕孔；填隙物主要含有鐵方解石、伊利石和綠泥石。

(2)隴東地區(qū)長7儲(chǔ)層的平均滲透率為0.15 mD，平均孔隙度是8.22%，其中長71平均孔隙度為8.54%，平均滲透率為0.160 mD；長72平均孔隙度為8.29%，平均滲透率為0.140 mD；長73平均孔隙度為7.68%，平均滲透率為0.076 mD。長7儲(chǔ)層喉道多為微米—納米級，長71屬于小孔微喉型儲(chǔ)層，具有相對“高孔低滲”特征；長72屬于小孔微細(xì)喉儲(chǔ)層，具有“低孔高滲”特征。

(3)影響儲(chǔ)層物性的因素眾多，總的來說，構(gòu)造改造、沉積以及成巖作用是控制研究區(qū)特低滲透油藏低滲的主要因素。另外，膠結(jié)作用以及壓實(shí)壓溶作用等成巖作用不利于儲(chǔ)層物性發(fā)育，而溶蝕作用有利于儲(chǔ)層物性發(fā)育。