鄂爾多斯盆地中南部奧陶系白云巖儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)與成因分析

陳建華

中國(guó)石油測(cè)井有限公司長(zhǎng)慶分公司長(zhǎng)慶事業(yè)部,陜西 西安 710201

鄂爾多斯盆地奧陶系馬家溝組碳酸鹽巖含油氣層是油氣勘探與開(kāi)發(fā)主力層系[1-3]，前人對(duì)該層系的沉積、儲(chǔ)層、構(gòu)造演化等方面的研究取得了較好的成果[4-7]。鄂爾多斯盆地中南部氣井試氣結(jié)果表明，馬家溝組天然氣最高日產(chǎn)氣可達(dá)到25.6×104m3，具有較高的生產(chǎn)潛力，顯示出該區(qū)具有良好的氣藏成藏條件。由于碳酸鹽巖儲(chǔ)層特征、孔隙結(jié)構(gòu)以及影響因素的復(fù)雜性和較大的不確定性[8-11]，在某種程度上制約了該區(qū)馬家溝組的天然氣勘探與開(kāi)發(fā)進(jìn)程。孔隙結(jié)構(gòu)為儲(chǔ)層研究的主要內(nèi)容，是油氣勘探與開(kāi)發(fā)研究的重要部分[12-15]。目前，前人未對(duì)奧陶系碳酸鹽巖儲(chǔ)層的孔隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)分析，研究程度不夠。因此，筆者針對(duì)鄂爾多斯奧陶系白云巖儲(chǔ)層巖石學(xué)、儲(chǔ)集性能和孔喉結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，探討優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的孔隙演化特征與形成因素，以期為下一步油氣精細(xì)勘探與開(kāi)發(fā)提供借鑒。

1 地質(zhì)背景

鄂爾多斯盆地位于華北地塊西部，是典型的克拉通盆地，具有穩(wěn)定沉降、扭動(dòng)遷移和多旋回等特征[16-19]。鄂爾多斯盆地經(jīng)歷早古生代淺海臺(tái)地和晚古生代近海平原兩大沉積旋回，形成了發(fā)育穩(wěn)定的碳酸鹽巖沉積。奧陶系馬家溝組碳酸鹽巖具有較好的油氣成藏條件，成為鄂爾多斯盆地油氣勘探的重要層系，具有較大的勘探潛力。馬家溝組儲(chǔ)層主要巖性為白云巖和灰?guī)r，夾雜有膏巖、鹽巖，依旋回特征及巖性組合可分為6個(gè)層段，其中白云巖儲(chǔ)層為主力勘探目的層。

2 儲(chǔ)層特征及孔隙結(jié)構(gòu)分析

2.1 儲(chǔ)層巖石學(xué)特征

研究區(qū)奧陶系碳酸鹽巖儲(chǔ)層主要為白云巖類，其巖性可進(jìn)一步分為巖溶角礫白云巖、膏鹽溶蝕角礫泥、粉晶白云巖、結(jié)晶白云巖、含膏或膏鹽質(zhì)白云巖和生物骨架白云巖(見(jiàn)圖1(a)、(b)、(c))。儲(chǔ)集空間主要為溶蝕孔隙、晶間孔隙及宏觀裂縫與微裂縫(見(jiàn)圖1(d)、(e)、(f))。

圖1 研究區(qū)儲(chǔ)層鏡下與巖心特征Fig.1 Microscopic and core characteristics of reservoirs in the study area

2.2 儲(chǔ)層物性特征及分布

由于白云巖儲(chǔ)層儲(chǔ)集與滲流空間主要形成于成巖作用過(guò)程中，因此儲(chǔ)層孔隙度與滲透率的分布以及相關(guān)關(guān)系均不同于碎屑巖，孔隙度及滲透率一般不服從正態(tài)分布。研究區(qū)儲(chǔ)層的孔隙度呈對(duì)數(shù)正態(tài)分布(見(jiàn)圖2)，主要介于2%～9%，峰值位于3.7%附近，平均3.7%；滲透率呈對(duì)數(shù)細(xì)偏分布，主要介于0.03～2mD，峰值位于0.06mD附近，平均為1.6mD。

圖2 儲(chǔ)層孔隙度及滲透率分布頻率圖Fig.2 Distribution frequency chart of reservoir porosity and permeability

表1 研究區(qū)儲(chǔ)層物性參數(shù)統(tǒng)計(jì)表

2.3 孔隙結(jié)構(gòu)特征

研究區(qū)儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)可分為4大類共9小類。

2.3.1 以粉晶晶間孔為主的儲(chǔ)層

1)微晶間孔型儲(chǔ)層發(fā)育微孔隙，孔、洞及微裂縫發(fā)育程度差(見(jiàn)圖3)，低孔、低滲為其主要特征，孔隙度介于1.9%～9.5%，滲透率小于0.03mD；儲(chǔ)層具有較高排驅(qū)壓力，孔隙結(jié)構(gòu)類型為高飽、高排、粗偏型，為弱非均質(zhì)性，喉道峰值半徑介于0.05～0.3μm。

2)微晶間孔-溶洞型儲(chǔ)層的孔、洞較為發(fā)育，但連通性較差，高孔隙度和低滲透率為其主要特征。

2.3.2 以細(xì)晶晶間孔及溶蝕孔為主的儲(chǔ)層

1)孔隙-晶間孔型、小晶間孔型儲(chǔ)層的孔、洞發(fā)育較少，膠結(jié)致密，主要為晶間孔，低孔低滲，孔隙度介于2.1%～7%，滲透率一般低于0.03mD。儲(chǔ)層具有中、高飽和度、高排驅(qū)壓力，孔隙結(jié)構(gòu)類型以高飽、高排、多峰、細(xì)峰為主，非均質(zhì)性為弱到中等，喉道峰值半徑介于0.05～0.4μm。

2)晶間孔-孔隙型、中晶間孔型儲(chǔ)層的膠結(jié)程度降低，由于溶蝕作用的增加，其微孔含量升高較多，物性條件增強(qiáng)，孔隙度介于4%～10%，滲透率低于0.1mD，孔隙結(jié)構(gòu)為中飽、中排、粗偏型，喉道峰值半徑介于0.3～3μm(見(jiàn)圖4)。

圖3 微晶間孔型儲(chǔ)層特征圖Fig.3 Characteristics of microcrystalline pore reservoir

圖4 晶間孔-孔隙型、中晶間孔型儲(chǔ)層特征圖Fig.4 Characteristics of intergranular pore-pore reservoir and medium intergranular pore reservoir

3)中晶間孔型、大晶間孔型、微縫-晶間孔-孔隙型儲(chǔ)層為孔隙、角礫間孔、溶孔、鹽模孔隙和微孔隙共生(見(jiàn)圖5)，是研究區(qū)儲(chǔ)層中物性條件最好的一類，主要分布在橫山-安塞-延長(zhǎng)-宜川一線，成南北帶狀分布(見(jiàn)圖6)，高孔、高滲、大喉道半徑為其主要特征，孔隙度介于7%～21%，滲透率介于

圖5 中晶間孔型、大晶間孔型、微縫-晶間孔-孔隙型儲(chǔ)層特征圖Fig.5 Characteristics of medium intergranular pore reservoir,large intergranular pore reservoir and microfracture-intergranular pore-pore reservoir

0.6～200mD；儲(chǔ)層具有低排驅(qū)壓力，孔隙結(jié)構(gòu)類型包括高飽低排粗偏、多峰型,中飽低排粗峰型,高飽中排粗峰型；中晶間孔型的喉道峰值半徑介于0.3～0.5μm；大晶間孔型的喉道峰值介于1～3μm。

圖6 研究區(qū)中晶間孔型、大晶間孔型、微縫-晶間孔-孔隙型的儲(chǔ)層分布圖Fig.6 Distribution map of medium intergranular pore reservoir,large intergranular pore reservoir and microfracture-intergranular pore-pore reservoir in the study area

2.3.3 以微孔為主的儲(chǔ)層

1)微孔型儲(chǔ)層發(fā)育晶間殘余微孔及不規(guī)則的顆粒間孔，孔隙發(fā)育程度較低，物性條件差，孔隙度介于1%～2.5%，滲透率一般在0.05mD以內(nèi)；儲(chǔ)層具有中、高排驅(qū)壓力，孔隙結(jié)構(gòu)為中、低、微飽和度、細(xì)偏型，喉道峰值半徑介于0.03～0.06μm。

2)微縫-微孔型儲(chǔ)層發(fā)育程度較低，晶間微裂縫以及晶間孔隙較為發(fā)育，孔隙度介于2%～6%，滲透率介于0.03～3mD；儲(chǔ)層具有中排驅(qū)壓力，孔隙結(jié)構(gòu)為低飽中排多峰型和中飽中排多峰型，喉道峰值半徑介于0.04～0.2μm。

3)晶間孔-微縫-孔隙型儲(chǔ)層的微裂縫較為發(fā)育，具有高孔隙度、高滲透率的特點(diǎn)(見(jiàn)圖7)，孔隙度介于3%～9%，滲透率介于2～80mD。儲(chǔ)層具有高飽和度及低排驅(qū)壓力，孔隙結(jié)構(gòu)為高飽低排細(xì)峰、多峰型，喉道峰值半徑介于0.3～3μm。

2.3.4 以微裂縫為主的儲(chǔ)層

微孔-裂縫型儲(chǔ)層巖性為泥灰?guī)r、次生灰?guī)r、含泥灰?guī)r、致密細(xì)粉晶白云巖、硬石膏巖等，其中砂屑角礫泥灰?guī)r及次生灰?guī)r中的微裂縫發(fā)育較好，儲(chǔ)層孔隙度介于0.3%～3%，滲透率介于0.03～20mD；儲(chǔ)層具有微飽、低飽和高排驅(qū)壓力，孔隙結(jié)構(gòu)為低飽中、高排粗偏型,微飽中、高排細(xì)偏型及多峰型，喉道峰值半徑介于0.04～0.08μm。

圖7 晶間孔-微縫-孔隙型儲(chǔ)層特征圖Fig.7 Characteristics of intergranular pore-microfracture-pore reservoir

3 儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)類型與成因機(jī)理

隨著時(shí)空變遷盆地內(nèi)碳酸鹽巖形成了由海水到同生期淡水、由海水到埋藏、由埋藏到表生期淡水3個(gè)成巖演化序列，碳酸鹽巖儲(chǔ)層孔隙特征隨之演化，具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，流體在不同孔隙結(jié)構(gòu)骨架內(nèi)的滲流行為具有明顯的差異(見(jiàn)圖8)?？蓪⑵鋭澐譃閱沃亟橘|(zhì)儲(chǔ)層、雙重介質(zhì)儲(chǔ)層、多重介質(zhì)儲(chǔ)層3類。

圖8 研究區(qū)碳酸鹽巖儲(chǔ)層演化史Fig.8 Evolution history of carbonate reservoir in the study area

3.1 單重介質(zhì)儲(chǔ)層

單重介質(zhì)儲(chǔ)層流體儲(chǔ)集空間與滲流空間一致，包括孔隙介質(zhì)儲(chǔ)層和裂縫介質(zhì)儲(chǔ)層。

3.1.1 孔隙介質(zhì)儲(chǔ)層

孔隙介質(zhì)儲(chǔ)層早期隨成巖演化，后期改造強(qiáng)度弱，孔隙由晶間孔構(gòu)成，是流體儲(chǔ)集空間與滲流通道，孔隙結(jié)構(gòu)以單峰曲線為特征，具弱微觀非均質(zhì)性。儲(chǔ)層巖性為粗粉晶、中細(xì)晶及細(xì)粉晶白云巖，中、細(xì)晶白云巖儲(chǔ)層分布于盆地南、西緣的馬四段，儲(chǔ)層具有高飽低排細(xì)峰及粗峰型的孔隙結(jié)構(gòu)；粗粉晶白云巖儲(chǔ)層分布于盆地馬五2亞段，為中晶間孔型結(jié)構(gòu)；細(xì)粉晶白云巖儲(chǔ)層分布于盆地馬五5亞段，發(fā)育微晶間孔型儲(chǔ)層，孔隙結(jié)構(gòu)為中、低飽高排細(xì)偏型。

此類儲(chǔ)層主要形成于鹵水回流滲透、熱對(duì)流海水以及熱液白云化作用，在表生淡水、混合水或酸性地下水溶蝕下，孔隙得到改善，形成擴(kuò)大孔。研究區(qū)儲(chǔ)層類型的分布受控于成巖相，淡水溶蝕程度和白云石結(jié)晶程度決定了物性條件的優(yōu)良程度。

3.1.2 裂縫介質(zhì)儲(chǔ)層

裂縫介質(zhì)儲(chǔ)層受后期表生成巖階段的成巖裂縫作用影響，微裂隙是主要流體儲(chǔ)集空間與滲流通道，孔隙發(fā)育差，孔喉分布具有細(xì)偏單峰特征，儲(chǔ)集能力低但滲流能力強(qiáng)；微觀非均質(zhì)性以細(xì)偏單峰低飽或微飽、細(xì)偏雙峰低飽或微飽為主。構(gòu)造破裂作用以及成巖壓溶作用是裂縫介質(zhì)儲(chǔ)層形成的重要控制因素。宏觀裂縫型儲(chǔ)層的基質(zhì)主要為脆性致密泥晶白云巖或泥晶灰?guī)r，儲(chǔ)層基質(zhì)物性特征與微裂縫型儲(chǔ)層基本一致，但滲透率更高；據(jù)巖心及野外剖面勘察，奧陶系普遍發(fā)育開(kāi)啟的高角度共軛裂縫，尤其集中發(fā)育于馬五1、馬五3亞段厚層泥晶灰?guī)r段。

3.2 雙重介質(zhì)儲(chǔ)層

雙重介質(zhì)儲(chǔ)層發(fā)育于表生成巖作用后，包括晶間孔-孔隙型、晶間孔-孔洞型、孔隙-晶間孔型、微縫-微孔型、微孔-微縫型等5類。前三類中孔隙及孔洞是流體儲(chǔ)集空間，微孔隙既是儲(chǔ)集空間也是滲流通道，后兩類中微孔隙是流體儲(chǔ)集空間，微裂縫是流體的滲流通道。該類儲(chǔ)層是馬五1～馬五4亞段的主要優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層類型。

儲(chǔ)層巖性為鹽、膏?？追?細(xì)晶白云巖，發(fā)育膏、鹽?？缀途чg微孔，粗偏雙峰孔喉，儲(chǔ)集性能較高，但滲流能力較低?？紫督Y(jié)構(gòu)主要為中高排、中高飽、多峰及粗偏型，其次為中排低飽細(xì)偏、多峰型。該類儲(chǔ)層主要形成于早期淡水溶蝕以及重結(jié)晶作用，鑄?？缀途чg微孔隙由于壓實(shí)之前灰泥或云泥的快速結(jié)晶與固結(jié)作用得以保存，在淡水或酸性地下水中孔隙可得到改善。研究區(qū)該類儲(chǔ)層分布于盆地馬五1亞段上部，受控于沉積相與成巖相。

圖9 研究區(qū)多重介質(zhì)儲(chǔ)層與巖溶古地貌分布圖Fig.9 Distribution diagram of multiple medium reservoir and karst palaeogeomorphology in the study area

3.3 多重介質(zhì)儲(chǔ)層

多重介質(zhì)儲(chǔ)層主要形成于晚期成巖階段，巖性為膏鹽溶、巖溶角礫巖，發(fā)育晶間孔、溶蝕孔和微裂縫，雙峰或多峰孔喉分布，儲(chǔ)集性能較好。以粗偏三峰或雙峰高飽、細(xì)偏雙峰型孔隙結(jié)構(gòu)為主，主要形成于早期及表生期巖溶作用，是巖層坍塌、角礫化及淡水溶蝕的結(jié)果。宏觀洞穴型儲(chǔ)層的巖性主要為巖溶洞穴混雜角礫巖，壓實(shí)程度較低但膠結(jié)程度較強(qiáng)，孔隙度一般大于10%，滲透率一般大于100mD。該類儲(chǔ)層發(fā)育在中、下奧陶統(tǒng)風(fēng)化殼古潛水面之下，受到晚奧陶世古地貌特征的影響，特別是中部地區(qū)呈南北帶狀分布的巖溶階地(見(jiàn)圖9)，在長(zhǎng)期風(fēng)化淋濾作用下儲(chǔ)層形成具有一定規(guī)模的溶蝕孔洞。

4 結(jié)論

1)研究區(qū)奧陶系碳酸鹽巖儲(chǔ)層主要為白云巖類，儲(chǔ)集空間主要為溶蝕孔隙、晶間孔隙及宏觀裂縫與微裂縫。

3)儲(chǔ)層可劃分為單重介質(zhì)儲(chǔ)層、雙重介質(zhì)儲(chǔ)層、多重介質(zhì)儲(chǔ)層3類，受控于成巖相和沉積相，淡水溶蝕程度和白云石結(jié)晶程度決定了物性條件的優(yōu)良程度，優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層發(fā)育在中、下奧陶統(tǒng)風(fēng)化殼古潛水面之下。