蘇里格氣田東南部碳酸鹽巖儲層特征及分類評價(jià)

侯科鋒 李浮萍 羅川又

摘要：通過對巖心薄片、鑄體薄片的觀察以及壓汞測試等技術(shù)手段，對研究區(qū)奧陶系馬家溝組馬五1+2和馬五14亞段儲層儲集巖主要類型、儲集空間類型、儲集巖物性三方面進(jìn)行了綜合研究，并結(jié)合研究區(qū)碳酸鹽巖儲集巖孔洞縫的發(fā)育程度和組合形式、毛細(xì)管壓力曲線特征、含氣飽和度、有效厚度及殘丘發(fā)育程度等多方面參數(shù)對儲層進(jìn)行了歸類與劃分，發(fā)現(xiàn)桃2區(qū)塊的溶蝕孔洞狀白云巖、泥—粉晶白云巖、顆粒白云巖及角礫狀白云巖是儲集巖的主要類型;儲集空間類型主要以晶間孔、晶間溶孔、溶洞為主，膏膜孔和微裂縫次之;研究區(qū)碳酸鹽巖儲層可劃分為Ⅰ類（好）、Ⅱ類（較好）、Ⅲ類（中等）、Ⅳ類（非或差）四種類型，其中馬五31和馬五14儲層較馬五21和馬五22好，Ⅰ類儲層主要發(fā)育于馬五31和馬五14亞段中，Ⅱ類儲層在各亞段小層中均有分布，馬五1+2和馬五14亞段則主要發(fā)育Ⅳ和Ⅲ類儲層。結(jié)果表明：研究區(qū)儲集巖物性較差，平均孔隙度為2.86%，平均滲透率為0.358 4 mD，孔隙度與滲透率之間不存在正相關(guān)關(guān)系，總體表現(xiàn)為非均質(zhì)性較強(qiáng)，且低孔、低滲的特征。

關(guān)鍵詞：桃2區(qū)塊;儲集巖類型;儲集空間類型;儲層分類評價(jià);物性特征

中圖分類號：TE 122.2文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

DOI：10.13800/j.cnki.xakjdxxb.2019.0214文章編號：1672-9315（2019）02-0276-10

0引言

鄂爾多斯盆地下古生界奧陶系馬家溝組天然氣資源極為豐富，主力產(chǎn)氣層為下古生界馬家溝組頂部風(fēng)化殼。近年來，眾多學(xué)者對鄂爾多斯盆地下古生界碳酸鹽巖地層做了大量的研究工作，對下古生界天然氣藏沉積、儲層等特征均取得了一系列新成果。劉徐磊等對桃2區(qū)塊奧陶系馬家溝組沉積微相特征進(jìn)行了詳細(xì)的刻畫，均認(rèn)為桃2區(qū)塊主要發(fā)育陸表海臺地潮坪相沉積體系，潮坪相沉積相帶包括潮上帶和潮間帶2個亞相[1-5];余朱宇認(rèn)為桃2區(qū)塊馬五段氣、水分布規(guī)律主要受控于構(gòu)造起伏、古地貌背景、鋁土巖展布和儲層非均質(zhì)性等多方面因素影響[6];劉占良等探討了馬五1-4亞段碳酸鹽巖儲層垂直裂縫與水平裂縫發(fā)育程度及其儲層地質(zhì)意義[7];王起琮等認(rèn)為鄂爾多斯盆地奧陶系風(fēng)化殼碳酸鹽巖成巖相可劃分為近地表成巖域及中-深埋藏兩種成巖域2種類型，白云巖成因機(jī)制主要為準(zhǔn)同生、回流滲透及埋藏白云石等作用[8];胡明毅等認(rèn)為鄂爾多斯盆地中部地區(qū)奧陶系白云巖儲層成巖作用類型繁多，主要包括膠結(jié)作用、白云石化作用、溶解作用、壓溶作用等幾種類型[9];郭彥如等認(rèn)為鄂爾多斯盆地中部地區(qū)奧陶系碳酸鹽巖天然氣主要源自奧陶系海相烴源巖形成的古油藏的熱解，此外具有煤成氣和原油裂解氣的混合氣特征[10]。

鑒于以往研究主要集中于奧陶系碳酸鹽巖巖相古地理、古地貌、成巖作用以及白云巖成因機(jī)理等方面的研究，對儲層特征方面的研究相對較少，而碳酸鹽巖儲層研究又作為奧陶系馬家溝組天然氣勘探開發(fā)的關(guān)鍵因素之一，非常有必要進(jìn)行深入的分析。為此，筆者通過對鄂爾多斯盆地桃2區(qū)塊馬家溝組馬五1+2亞段和馬五14亞段的儲層巖石學(xué)特征、孔隙類型、孔隙結(jié)構(gòu)特征等方面進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，且基于儲集巖孔洞縫發(fā)育程度、組合形式、毛細(xì)管壓力曲線特征、含氣飽和度、有效厚度、殘丘發(fā)育程度、無阻流量等多參數(shù)，建立了一套更加細(xì)化的鄂爾多斯盆地馬家溝組碳酸鹽巖儲集層的分類方案，對研究區(qū)儲層類型進(jìn)行了精細(xì)的評價(jià)，相應(yīng)取得了一些新的認(rèn)識，以期為下古氣藏的高效開發(fā)提供可靠的地質(zhì)依據(jù)。

1區(qū)域地質(zhì)特征

鄂爾多斯盆地位于華北地臺西部，呈矩形狀態(tài)展布，屬大型復(fù)合型克拉通型盆地[11-15]，主要包括渭北隆起、伊盟隆起、天環(huán)坳陷、伊陜斜坡、晉西撓褶帶、西緣逆沖帶6個二級構(gòu)造單元[16-17]。蘇里格氣田位于靖邊氣田西側(cè)蘇里格廟地區(qū)，隸屬次級構(gòu)造單元伊陜斜坡西北部（圖1），西鄰內(nèi)蒙古鄂托克前旗、東至桃利廟、北抵鄂托克后旗的敖包加汗、南抵安邊地區(qū)，分布面積較大，約4×104km2[18]。

桃2區(qū)塊地處蘇里格氣田東南部，且東南部毗鄰靖邊氣田，面積約為651 km2（圖1），其現(xiàn)今構(gòu)造整體表現(xiàn)為一傾角小于1°平緩的西傾大單斜，單斜內(nèi)部發(fā)育一系列相間分布且呈北東向或近北東-南西向展布的鼻隆和鼻凹構(gòu)造。奧陶紀(jì)沉積末期，受加里東運(yùn)動的影響，華北地區(qū)整體發(fā)生抬升作用，從而導(dǎo)致興蒙洋、秦祁洋及賀蘭拗拉槽相繼封閉[19]，最終導(dǎo)致研究區(qū)遭受了長達(dá)150Ma的沉積間斷，以致研究區(qū)總體缺失志留系、泥盆系和早石炭系地層。然而，此次抬升作用雖然導(dǎo)致了部分地層的缺失，但為研究區(qū)奧陶系頂部風(fēng)化殼巖溶儲層的形成和發(fā)育奠定了良好的基礎(chǔ)[19-20]。

2儲層特征

2.1巖石學(xué)特征

桃2區(qū)塊馬五1+2亞段與馬五14亞段為一陸表海臺地沉積環(huán)境背景下形成的一套以準(zhǔn)同生白云巖為主的碳酸鹽巖地層，夾有凝灰?guī)r類及云巖-泥巖、云巖-灰?guī)r、云巖-蒸發(fā)巖等過渡類型[21]。通過對研究區(qū)15口取心井的65塊薄片的主要礦物含量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)白云石體積含量介于60%～95%之間，均值為85.42%，方解石體積含量介于0%～40%之間，均值為9.85%，硅質(zhì)、黃鐵礦和粘土礦物等體積含量僅占0%～14%（表1）。

平均值9.8585.420.130.155.8按照巖石成分分類，馬五1+2和馬五14亞段巖石類型主要為白云巖，灰?guī)r、含膏云巖、云質(zhì)泥巖和泥巖次之，此外，夾雜少量云質(zhì)凝灰?guī)r和泥質(zhì)凝灰?guī)r，馬五14亞段較馬五1+2亞段白云巖含量較高。按照晶徑分類，馬五1+2和馬五14亞段主要巖石類型可劃分為泥粉晶白云巖、粉晶白云巖、巖溶角礫巖三大類。泥粉晶白云巖由泥晶白云巖與粉晶白云巖組成，顏色為土黃色或灰色，分布廣泛且呈薄層狀展布。泥晶白云巖晶粒較小，巖性均勻，形態(tài)多呈塊狀，溶蝕孔洞及原生孔隙均不發(fā)育，物性較差;粉晶白云巖晶形多為半自形-自形，廣泛發(fā)育晶間孔、晶間溶孔發(fā)育，見少量微裂縫，物性較差。巖溶角礫巖呈角礫狀，受成巖及構(gòu)造作用的改造，角礫大小懸殊，粒徑一般介于1～10 cm之間，少數(shù)較大角礫上可見被云質(zhì)和灰質(zhì)充填或半充填膏溶孔。

2.2儲層孔隙類型

多期巖溶作用疊加相互作用致使研究區(qū)儲集巖的孔隙類型較為復(fù)雜多樣。根據(jù)野外巖芯觀察以及采集樣品的薄片鑒定等綜合分析，發(fā)現(xiàn)研究區(qū)內(nèi)馬五1+2和馬五14亞段天然氣氣藏儲集空間以晶間孔、晶間溶孔、溶洞為主，其次為膏?？缀臀⒘芽p。依據(jù)成孔隙成因又可進(jìn)一步劃分為原生孔和次生孔隙兩大類，下面主要是研究區(qū)的次生孔隙類型。

2.2.1晶間孔

晶間孔的發(fā)育程度主要受白云石化作用的控制，多發(fā)育于白云石晶體間且多呈不規(guī)則形狀，另外邊緣相對較平直。泥-微晶云巖中的晶間孔總體屬于原生孔隙且孔徑通常相對較小，一般介于0.01～0.1 mm，面孔率一般為1%～5%，極少數(shù)超過15%.此外，偶而可見斑點(diǎn)狀溶蝕現(xiàn)象，后期多被粘土礦物、細(xì)粒碳酸鹽礦物充填（圖2（a））。這類孔隙是研究區(qū)馬五1+2和馬五14亞段儲層最為主要的孔隙類型之一，屬于有效孔隙。

2.2.2晶間溶孔

該類孔隙多由晶間孔及晶間微孔遭受溶蝕作用形成，具有明顯的不規(guī)則形態(tài)且孔隙邊緣呈齒狀、港灣狀，孔徑略?。▓D2（a）），通常以星散狀分布于白云巖中，偶爾也看見呈順層狀態(tài)展布。碳酸鹽巖礦物的沉積至埋藏過程中始終伴隨著溶蝕作用，且溶蝕作用的發(fā)生可導(dǎo)致大量原本不連通的孔隙彼此連通，這很大程度上增強(qiáng)了巖石的儲集性能，為研究區(qū)儲集空間的主要孔隙類型之一。

2.2.3溶洞

溶洞作為碳酸鹽巖臺地中巖溶儲層的一類重要儲集空間，其發(fā)育主要與裂縫溶蝕或機(jī)械坍塌等作用有關(guān)。研究區(qū)溶洞主要發(fā)育在馬五1+2和馬五14亞段小層中，后期多被方解石等膠結(jié)物充填。然而，根據(jù)溶洞充填的程度，我們又可將研究區(qū)馬五1-4亞段儲集層中的溶洞劃分為早期溶蝕的半充填殘余溶洞及完全充填溶洞2種類型。其中半充填殘余溶洞的充填物主要為方解石或石英，其次為少量滲流粉砂，可作為研究區(qū)有效的儲集空間（圖2（b）），完全充填溶洞的充填物主要為方解石、石英、硬石膏，已經(jīng)不具備儲集性能（圖2（c））。

2.2.4膏?？?/p>

膏膜孔主要發(fā)育于含膏質(zhì)泥-粉晶白云巖中。巖石中的石膏在大氣淡水的作用下發(fā)生選擇性溶解，從而形成膏?？?，其形態(tài)多表現(xiàn)為板條狀或近圓形，另外研究區(qū)孤立發(fā)育的近圓形膏?？讓Τ练e環(huán)境具有一定的指示意義（圖2（d）、（e）），可作為示底的標(biāo)志。研究區(qū)馬五1-4亞段主要發(fā)育鑄模孔和溶?？變深惛嗄？?，其中鑄模孔具有板狀形態(tài)，孔徑一般為0.05～0.32 mm，溶?？灼矫嫔铣式鼨E圓狀或圓狀，孔徑一般在0.1～2.5 mm，部分可達(dá)2.5 mm以上。膏?？字械娜苣？壮１皇?、黏土礦物、方解石及滲流物充填物半充填或全充填，充填殘余部分具有儲滲意義。

2.2.5微裂縫

碳酸鹽巖巖雖然脆性較弱，但其裂縫依然較為發(fā)育，微裂縫既可作為有效儲集空間，又可成為重要的滲濾通道（圖2（f））。鏡下顯微觀察發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)馬五1-4亞段儲層主要發(fā)育構(gòu)造縫、溶蝕縫以及成巖縫3種微觀裂縫體系，根據(jù)裂縫產(chǎn)狀又可將其細(xì)分為水平、垂直、斜交3種裂縫類型。無論何種類型的微裂縫，多數(shù)可見溶蝕和充填現(xiàn)象，同樣殘余溶蝕和充填部分具有儲滲意義。

2.3儲層物性特征

反映巖石存儲流體及流體疏導(dǎo)能力的兩個重要參數(shù)分別為巖石孔隙度和滲透率，二者也是衡量儲集層儲集性能好壞的基本參數(shù)[22-25]。通過對桃2區(qū)塊25口井馬五1+2和馬五14亞段儲層300塊巖心樣品的測試分析及數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，表明馬五1+2亞段和馬五14亞段孔隙度范圍均主要分布在2%～4%之間，分別占各亞段小層的70%，48%，其中馬五1+2亞段孔隙度小于2%的樣品約占20%，孔隙度大于4%的樣品約占10%;馬五14亞段孔隙度小于2%的樣品約占26%，孔隙度大于4%的樣品與小于2%的樣品數(shù)量相當(dāng)，同樣約占26%.馬五1+2亞段和馬五14亞段儲集層滲透率主要分布范圍均主要分布在0.1～0.5 mD之間，分別約占總樣品數(shù)的45%，74%，馬五1+2亞段儲集層滲透率范圍在0.01～0.1 mD之間的樣品約占33%，大于0.5 mD的樣品約占20%;馬五14亞段儲集層滲透率范圍在0.01～0.1 mD之間的樣品約占21%，大于0.5 mD的樣品約占5%（圖3，4）。

綜上所述，整體馬五1+2亞段和馬五14亞段平均孔隙度為2.86%，平均滲透率為0.358 4 mD，屬于低孔低滲儲層，孔隙度及滲透率分布頻率均呈拋物線狀分布，且馬五1+2亞段碳酸鹽巖儲集層物性相對馬五14亞段碳酸鹽巖儲集層物性較好，具有較高孔隙度及滲透率的樣品主要是由于受后期裂縫的改造，從而一定程度上改善了溶孔白云巖的儲集性能。

對研究區(qū)馬五1+2亞段和馬五14亞段巖心樣品的孔滲關(guān)系進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，由圖5可看出，在孔隙度小于5%時，孔隙度和滲透率相關(guān)性不顯著，孔隙度不變，滲透率變化很大;但當(dāng)孔隙度逐漸增大至5%時、滲透率增大至0.1 mD時，二者具有一定的正相關(guān)性。其中少數(shù)樣品亦顯示了微裂縫的存在，作為溝通孔、洞的橋梁，其有效的提高了儲集層的滲流能力，為天然氣的運(yùn)移和聚集提供了一定的地質(zhì)基礎(chǔ)。

2.4儲層孔隙結(jié)構(gòu)

成巖作用與構(gòu)造作用對碳酸鹽巖儲層具有較強(qiáng)的改造作用，均可形成孔隙、孔洞及裂縫。通常裂縫系統(tǒng)是構(gòu)成儲集層的主要滲濾通道，被裂縫分割的巖塊內(nèi)的孔隙、孔洞構(gòu)成了流體的主要儲集空間，而喉道的大小及其連通方式對流體的滲流起著決定性的作用[26-28]。

通過對研究區(qū)陜44，桃34，桃38，桃53等8口井的主力產(chǎn)氣層段（馬五1+2亞段、馬五14亞段）的巖樣壓汞曲線特征分析，發(fā)現(xiàn)桃2區(qū)塊主力產(chǎn)氣層段碳酸鹽巖儲層孔隙結(jié)構(gòu)可劃分為4種類型。

Ⅰ類毛細(xì)管壓力曲線平緩，下凹顯著，孔喉分選性較差，排驅(qū)壓力通常在0.002 5～0.635 0 MPa之間，中值半徑通常大于0.8 μm，屬于粗歪度型;Ⅱ類毛細(xì)管壓力曲線類似Ⅰ類，下凹程度較Ⅰ類小，孔喉分選較好，排驅(qū)壓力同樣較小，但略大于Ⅰ類，介于0.008 5～1.275 0 MPa之間，中值半徑一般為0.1～0.8 μm，屬較粗歪度型;Ⅲ類毛細(xì)管壓力曲線較Ⅰ，Ⅱ類有上凸趨勢，孔喉分選較差，排驅(qū)壓力大于1.6 MPa，中值半徑小于0.12 μm，屬中歪度型;Ⅳ類毛細(xì)管壓力曲線呈傾斜陡坡狀，孔喉分選較差，排驅(qū)壓力較大，介于0.130 8～12082 5 MPa之間，中值孔喉半徑較小，一般為0005 3～0.021 8 μm（圖6）。統(tǒng)計(jì)分析表明，桃2區(qū)塊主力產(chǎn)氣層馬五1+2與馬五14亞段儲集層類型主要以Ⅲ類、Ⅳ類為主。

3儲層分類評價(jià)

碳酸鹽巖儲層評價(jià)對于提高碳酸鹽巖巖油氣藏的勘探開發(fā)效率具有極為重要的地質(zhì)意義，一直以來受廣大學(xué)者的高度重視。目前，國內(nèi)外學(xué)者主要通過地質(zhì)統(tǒng)計(jì)方法、數(shù)學(xué)方法等對儲層評價(jià)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)選。丁熊等利用灰色模糊理論、模糊聚類等分析方法，優(yōu)選了碳酸鹽巖儲層評價(jià)參數(shù)[29];趙永剛等結(jié)合常規(guī)儲層評價(jià)參數(shù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步引入新的定量指標(biāo)，對碳酸鹽巖儲層進(jìn)行了評價(jià)和預(yù)測[30]。筆者結(jié)合前人研究成果及桃2區(qū)塊馬五1+2和馬五14亞段儲層基本特征等資料的基礎(chǔ)上，建立了一套馬五1+2和馬五14亞段儲層精細(xì)評價(jià)的分類標(biāo)準(zhǔn)（表2）。評價(jià)參數(shù)中主要包括定性和定量兩大類，其中定性指標(biāo)主要包括儲集空間組合類型、儲層四性關(guān)系;定量指標(biāo)主要包括物性參數(shù)、孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)、測井含氣飽和度、有效厚度和無阻流量等。圖6馬五1+2與馬五14亞段典型毛管壓力曲線及其孔隙結(jié)構(gòu)2.51～2無阻流量（×104 m3·d-1）>205～20<5<0.8殘丘規(guī)模大-中型中-小型小型，偶見中型儲層總體評價(jià)好較好中等差或非根據(jù)上述儲層評價(jià)分類標(biāo)準(zhǔn)，將研究區(qū)馬五1+2亞段和馬五14亞段儲層劃分為4大類（表2），對比分析出層評價(jià)平面圖可知桃2區(qū)塊馬五1+2和馬五14亞段儲層主要為Ⅳ和Ⅲ類儲層，并且馬五31、馬五14亞段儲層明顯較馬五21和馬五22亞段好，其中Ⅰ類儲層主要發(fā)育于馬五31和馬五14亞段中，Ⅱ類儲層則在各亞段中均有發(fā)育（圖7），以下是各類儲層特征。

Ⅰ類儲層為好儲層，孔隙度通常>8%，滲透率通常>1×10-3 μm2，排驅(qū)壓力一般<0.1 MPa，中值半徑較大（>0.8 μm），最大進(jìn)汞飽和度一般大于80%，壓汞曲線為Ⅰ類，儲集空間類型為孔洞縫組合，孔徑一般大于100 μm，此外該類儲層具有良好的四性關(guān)系，含氣飽和度較高（75%～90%），儲層有效厚度多分布在1.6～3 m之間，無阻流量高達(dá)20×104 m3/d，受大-中型殘丘控制作用明顯。

Ⅱ類儲層為較好儲層，孔隙度分布范圍一般為4%～8%，滲透率分布范圍一般為0.1～1×10-3μm2，排驅(qū)壓力分布在0.1～1 MPa之間，中值半徑介于0.1～0.8 μm之間，最大進(jìn)汞飽和度為60%～80%，壓汞曲線多屬于Ⅰ、Ⅱ類，儲集空間以晶間孔及晶間溶孔為主，孔徑一般介于50～100 μm之間，儲層四性關(guān)系為中等-良好級別;含氣飽和度相對較高（70%～80%），壓汞曲線類型為Ⅰ，Ⅱ類，儲層有效厚度多分布在1.5～2.5 m之間，無阻流量可達(dá)5～20×104 m3/d，受中-小型殘丘控制作用明顯。

Ⅲ類儲層為中等儲層，孔隙度分布范圍為2%～4%，滲透率分布范圍為0.01～0.1×10-3μm 2，排驅(qū)壓力分布在1～10 MPa之間，中值半徑介于0.01～0.1 μm之間，最大進(jìn)汞飽和度在20%～60%，壓汞曲線多為Ⅱ，Ⅲ類，儲集空間屬含裂縫的孔隙型類型層，孔徑一般介于1～20 μm之間，儲層四性關(guān)系為一般-中等級別;測井含氣飽和度在60%～75%，儲層有效厚度多分布在1～2 m之間，無阻流量相對較小，約為5×104 m3/d，受小型殘丘控制作用明顯。

Ⅳ類儲層屬于差儲層或非儲層，孔隙度通常小于2%，滲透率亦較低（0.01×10-3 μm2），排驅(qū)壓力相對較大，一般大于10 MPa，中值半徑則通常小于0.01 μm，最大進(jìn)汞飽和度一般小于20%，壓汞曲線為Ⅳ類，微孔隙為其主要儲滲空間，孔徑一般介于1～2 μm之間;不具有明顯的儲層四性關(guān)系，含氣飽和度亦相對較低（60%～75%），儲層有效厚度多分布在1～2 m之間，無阻流量通常小于0.8×104 m3/d.

4結(jié)論

1）鄂爾多斯盆地桃2區(qū)塊下古生界馬五1+2亞段和馬五14亞段儲集巖類型主要為泥—粉晶白云巖和粉晶白云巖及巖溶角礫巖，儲集空間類型主要為晶間孔、晶間溶孔、溶洞為主，膏膜孔和微裂縫次之;

2）馬五1+2亞段和馬五14亞段儲層孔隙度范圍一般介于0.12%～11.37%之間，平均孔隙度為286%，滲透率范圍一般介于0.001 6～17.800 0 mD之間，平均滲透率值為0.358 4 mD，孔滲之間不存明顯相關(guān)關(guān)系，馬五1+2亞段儲層較馬五14亞段儲層較好，且整體表現(xiàn)為特低孔低滲、強(qiáng)非均質(zhì)性特征;

3）依據(jù)儲層分類標(biāo)準(zhǔn)，將五1+2亞段和馬五14亞段儲層劃分為四大類，以Ⅲ類、Ⅳ類為主，五1+2亞段和馬五14亞段儲層孔喉類型表現(xiàn)為細(xì)-微喉，分選性較差，正偏度表現(xiàn)為細(xì)且小孔喉較多，排驅(qū)壓力一般介于0.12～12.082 5 MPa之間，吼道半徑一般介于0.005 3～0.021 8 μm.

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