鄂爾多斯盆地隴東地區(qū)二疊系盒8下段致密砂巖儲層特征

崔改霞，魏欽廉，肖 玲，王 松，胡 榕，王翀峘

(1.西安石油大學 地球科學與工程學院，陜西 西安 710065；2.陜西省油氣成藏地質(zhì)學重點實驗室，陜西 西安 710065)

0 引 言

我國含油氣盆地中致密砂巖儲層分布范圍廣泛，蘊含著豐富的油氣資源，勘探開發(fā)潛力巨大。近年來，在鄂爾多斯盆地相繼發(fā)現(xiàn)了西峰、姬塬等多個億噸級油藏規(guī)模的大油田，通過勘探證實，在所發(fā)現(xiàn)的油藏規(guī)模中致密油藏占比較大，其砂巖儲層具有典型的低滲、低壓、低產(chǎn)的致密特征[1]。盆地西南部隴東地區(qū)二疊系石盒子組盒8下段儲層已成為該區(qū)域天然氣儲量增長的接替區(qū)[2]，橫跨天環(huán)坳陷與陜北斜坡兩大構(gòu)造區(qū)(圖 1)，該時期水下分流河道發(fā)育，水下分流河道在向三角洲外前緣推進過程中不斷收縮變小，在三角洲外前緣發(fā)育了順流向的細條狀遠端水下分流河道砂體。巖性主要為細砂巖，中上部由粉砂巖和泥質(zhì)粉砂巖所組成，具有正粒序剖面結(jié)構(gòu)特征底沖刷；三角洲平原的分流河道以及前緣亞相中的水下分流河道形成了主砂體帶的骨架砂體，呈西南—東北方向展布，水體范圍較小，泥巖分布較少，砂體的連通性較好。

圖1 鄂爾多斯盆地隴東地區(qū)構(gòu)造位置圖

目前，國內(nèi)外研究學者針對隴東地區(qū)盒8段儲層的研究主要集中在物源[3-7]、沉積相和沉積體系[8-10]、孔隙結(jié)構(gòu)[11-12]以及成藏特征[13-16]等方面，并取得了一定的成果，而對于隴東地區(qū)石盒子組盒8下段儲層特征方面的研究相對薄弱。因而，有必要對該區(qū)儲層特征進行詳細分析。本文在前人研究的基礎上，對研究區(qū)盒8下段儲層發(fā)育特征及物性特征進行詳細研究，并探討了影響儲層發(fā)育的主要因素，以期為隴東地區(qū)致密砂巖儲層油氣勘探開發(fā)提供可參考的理論依據(jù)。

1 儲層發(fā)育特征

1.1 儲層巖石學特征

根據(jù)薄片鑒定結(jié)果，研究區(qū)盒8下段主要巖石類型為碎屑石英砂巖，其含量為61.6%，占巖石類型總量的一半以上，其次為巖屑砂巖，含量為15.06%，由于長石砂巖穩(wěn)定性較差，搬運過程中易風化，離物源區(qū)越遠其含量越低，研究區(qū)長石含量不到3%，僅局部可見。填隙物含量為22.42%(圖2)。西南部、南部平?jīng)觥净貐^(qū)以高石英低巖屑低長石為特征，巖屑從西南部、南部向中部搬運，含量逐漸降低。北部吳起地區(qū)主要為石英砂巖區(qū)，為遠物源沉積。北部物源主要來自陰山古陸，西南、南部來自祁連—秦嶺造山帶。

圖2 隴東地區(qū)盒8下段儲層巖石類型分布特征

隴東地區(qū)上古生界盒8下段的泥巖顏色以深灰色，雜色為主(圖3(a))，表明水體較淺，反映其處于氧化—還原環(huán)境交替頻繁的沉積環(huán)境。砂巖以粗砂居多(圖3(b))，其次為中砂和細砂，表現(xiàn)出較強的水動力條件。從分選情況來看，研究區(qū)盒8下段整體上以中等分選為主，分選較差，整體磨圓度以次棱角狀為主，其次為次棱—次圓和次圓狀(圖3 (c))。

圖3 隴東地區(qū)盒8下段儲層巖石類型

1.2 填隙物組分

根據(jù)薄片鑒定分析，研究區(qū)盒8下段儲層填隙物具有種類多、變化范圍大的特點(圖4)，成分主要包括黏土礦物膠結(jié)物(高嶺石、綠泥石、水云母)、碳酸鹽類膠結(jié)物(鐵方解石、鐵白云石)、硅質(zhì)膠結(jié)物。膠結(jié)物含量中水云母含量達15.70%，方解石菱鐵礦和鐵白云石含量均不足0.60%。填隙物總量為25.49%，以水云母(8.55%)、高嶺石(2.11%)、硅質(zhì)(1.8%)、鐵方解石(1.66%)、綠泥石(1.17%)為主，凝灰質(zhì)(0.82%)、鐵白云石(0.27%)、菱鐵礦(0.19%)、方解石(0.13%)等較少。

圖4 隴東地區(qū)盒8下段儲層填隙物含量餅狀圖

1.3 孔隙類型

研究區(qū)盒8下段儲層在成巖作用過程中，砂巖儲層經(jīng)歷強烈壓實和壓溶作用，碎屑顆粒和巖屑相互嵌合，伴有不同程度石英再生長，原生粒間孔隙大量消失，孔隙類型以經(jīng)過成巖改造的粒內(nèi)溶孔為主，粒間孔及晶間微孔的發(fā)育使儲層物性進一步得到改善(圖5)。

圖5 隴東地區(qū)盒8下段儲層孔隙類型柱狀圖

1.3.1 粒間孔

研究區(qū)粒間孔可進一步分為石英加大后的粒間孔隙和粒間溶蝕孔隙，前者可使原有粒間孔隙減少，在石英砂巖及巖屑石英砂巖中較發(fā)育(圖6(a)、(b))；后者是以原生為主，伴隨著次生成因混合形成的，常和粒內(nèi)溶孔混生(圖6(c))，粒間孔的發(fā)育使得孔喉的分選性變差，排驅(qū)壓力和中值壓力降低，孔喉體積比減小。

1.3.2 粒內(nèi)溶孔、鑄膜孔

研究區(qū)巖石粒內(nèi)溶孔主要是各種易溶巖屑發(fā)生程度不等的溶蝕形成的孔隙(圖6(d))。長石溶孔含量較少，見于泥巖屑、中酸性火山巖巖屑、千枚巖屑、石英巖屑等易溶巖屑中。鑄體薄片下長石、巖屑的粒內(nèi)溶孔類型主要包括孤立溶孔、粒內(nèi)蜂窩狀溶孔、粒內(nèi)微孔等，孔隙直徑較小，一般小于0.05 mm。長石礦物發(fā)生不同程度的溶蝕，還可形成較大的鑄模孔(圖6(e))。

1.3.3 晶間微孔

研究區(qū)晶間微孔主要由長石及巖屑發(fā)生蝕變和水化作用、泥質(zhì)雜基重結(jié)晶充填于粒間形成(圖6(f)、(g))；此外，研究區(qū)還可見少量泥質(zhì)雜基、泥巖屑中的微孔孔徑通常小于0.01 mm，較細小。

1.3.4 微裂隙

研究區(qū)砂巖巖心及薄片中，裂縫較常見，形態(tài)上呈細小片狀，縫面彎曲，主要受地應力作用形成，裂縫寬度細小且狹窄(圖6(h)、(i))，體積僅占巖石總孔隙度的0.01%，但能改善儲層滲透性。

圖6 隴東地區(qū)盒8下段儲層微觀孔隙特征

1.4 孔隙結(jié)構(gòu)特征

研究區(qū)盒8下段儲層砂巖壓汞參數(shù)統(tǒng)計結(jié)果顯示，排驅(qū)壓力為0.01～13.11 MPa，平均6.82 MPa；中值壓力為0.91～58.54 MPa，平均15.41 MPa，反映巖石的滲透性相對較差。中值喉道半徑為0.01～0.81 μm，平均0.185 μm，主要偏向于孔喉半徑較小的一側(cè)，反映研究區(qū)喉道半徑普遍較小。喉道分選系數(shù)為0.09～5.72，平均2.07，反映孔喉分布較為不均勻，喉道歪度為-6.01～2.93，平均0.06，反映孔隙大小稍偏于粗孔徑。最大進汞飽和度為12.89%～99.31%，平均71.05%，說明巖樣的孔隙度相對低，喉道半徑相對小，而且分選較差，喉道分布不均勻。

分析毛管壓力曲線形態(tài)和參數(shù)特征，根據(jù)儲層孔隙結(jié)構(gòu)分類評價標準，將研究區(qū)盒8下段儲層孔隙結(jié)構(gòu)分為4種類型(圖7)。

Ⅰ類孔隙結(jié)構(gòu)。壓汞曲線形態(tài)具有明顯的平臺，孔喉連通性好，分選較好，粗歪度，排驅(qū)壓力一般小于 0.5 MPa，中值半徑大于 0.2 μm，退汞效率高于35%，孔隙度一般大于8%，滲透率一般大于0.5×10-3μm2(圖7(a))。

Ⅱ類孔隙結(jié)構(gòu)。壓汞曲線形態(tài)具有較明顯的平臺，孔喉連通性相對較差，分選中等—差，偏粗歪度，排驅(qū)壓力中等(0.50～1.00 MPa)，中值半徑大于0.1 μm，退汞效率高于30%，孔隙度一般為6%～8%，滲透率為0.2×10-3～0.5×10-3μm2(圖7(a))。

Ⅲ類孔隙結(jié)構(gòu)。壓汞曲線平臺不明顯，孔喉連通性和分選較差，偏細歪度，排驅(qū)壓力偏高，一般大于1 MPa。中值半徑小于0.1 μm，退汞效率高于30%，孔隙度一般為4%～6%，滲透率大于0.2×10-3μm2(圖7(b))。

Ⅳ類孔隙結(jié)構(gòu)。壓汞曲線無平臺，物性很差，排驅(qū)壓力相對較高，一般大于2 MPa，孔隙度一般小于4%，滲透率小于0.1×10-3μm2(圖7(b))。

圖7 隴東地區(qū)盒8下段儲層砂巖孔隙結(jié)構(gòu)類型

2 儲層物性特征

2.1 孔隙度和滲透率特征

隴東地區(qū)盒8下段物性數(shù)據(jù)分析表明，盒8下段主要發(fā)育低孔隙度、特低—低滲透率儲層?？紫抖葹?.98%～15.3%，主要分布在 2%～8%之間，大于6%的樣品占39.48%，平均孔隙度為 6.60%(圖8(a))，屬于低孔儲層；滲透率主要分布在0.03×10-3～13.87×10-3μm2范圍，大于0.1×10-3μm2的樣品占42.55%，平均滲透率為 0.43×10-3μm2(圖8(b))，屬于特低滲儲層。

圖8 隴東地區(qū)盒8下段儲層孔隙度、滲透率分布頻率圖

2.2 孔隙度與滲透率關(guān)系

為進一步分析隴東地區(qū)盒8下段儲層物性數(shù)據(jù)，將盒8下段砂巖孔隙度和滲透率數(shù)據(jù)做相關(guān)圖[11]。根據(jù)孔—滲相關(guān)曲線可知(圖9)，盒8下段的孔隙度與滲透率呈指數(shù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.541 2，孔隙度主要分布在2%～10%區(qū)間內(nèi)，滲透率在0.01×10-3～10×10-3μm2區(qū)間內(nèi)居多。滲透率值隨著孔隙度值的增加而增加，二者的大致相關(guān)性表明砂巖的儲、滲能力在一定程度上仍主要依賴于砂巖基質(zhì)孔隙與喉道，孔隙度和滲透率的低值反映研究區(qū)儲層喉道細小、孔隙偏細的特征。

圖9 隴東地區(qū)盒8下段儲層孔隙度和滲透率關(guān)系

3 儲層影響因素分析

3.1 沉積條件

沉積作用在根本上控制著儲層的原始發(fā)育和質(zhì)量，不僅對巖石的類型、結(jié)構(gòu)以及組分產(chǎn)生了一定的影響[17-20]，而且還決定著砂巖的粒度及其韻律性、分選性以及時空展布規(guī)律，進而決定著儲層巖石的孔喉特征，進一步控制著砂巖的孔隙度和滲透率變化，從而影響著儲層物性的好壞。

3.1.1 沉積相對儲層的影響

沉積相對優(yōu)勢儲層的分布狀況具有關(guān)鍵性的作用[21-22]。研究區(qū)盒8下段儲層發(fā)育三角洲沉積體系(表1)。三角洲前緣水下分流河道呈粒度正韻律特征，橫剖面呈“頂平底凸”形態(tài)，垂向上呈切割或拼接式疊置；平面上呈條帶狀或連片狀展布，水動力較強，為遠物源搬運沉積，碎屑顆粒較粗，抗壓實能力偏高，原生孔隙不易損失，孔隙度和滲透率較高，平均孔隙度為10.58%，平均滲透率為0.54×10-3μm2，儲層物性條件最好。三角洲平原分流河道、分流間洼地屬于相對低能環(huán)境下的產(chǎn)物，巖性以粉砂巖—泥質(zhì)粉砂巖為主，孔隙度和滲透率較差，物性條件差。淺湖亞相淺湖砂壩巖性以中、細粒砂巖為主，分選好，孔隙度相對較高，為9.6%，由于受湖底地形、物源供應及湖泊營力大小等因素決定，砂體滲透率較差，平均滲透率為0.08×10-3μm2，物性條件較差。因此，研究區(qū)有利儲集砂體形成的先決條件為水下分流河道(或分流河道)的沉積砂巖。

表1 隴東地區(qū)盒8下段儲層沉積微相與儲層物性關(guān)系

3.1.2 巖性及砂體結(jié)構(gòu)

隴東地區(qū)下石盒子組盒8下段儲層巖性主要包括細粗砂巖、中砂巖、細砂巖及粉砂巖，巖性—物性關(guān)系圖表明[23]，粒度較粗的砂巖孔隙度、滲透率高，儲層物性好(圖10)。粒度較粗的砂巖的水動力條件強，孔隙度大于8%，滲透率多大于0.3×10-3μm2。粒度較細，水動力條件較弱，泥質(zhì)含量較高，巖石抗壓實能力弱，孔隙度一般小于8%，滲透率基本上都小于0.3×10-3μm2。辮狀河三角洲前緣分流河道或水下分流河道中發(fā)育中砂巖或粗砂巖，抗壓實能力強，孔隙度、滲透率相對較高，儲層物性好。

圖10 隴東地區(qū)盒8下段儲層巖性—物性關(guān)系

在垂向上，隨水動力條件的變化，單砂體產(chǎn)出形式從切割型到拼接型再到孤立型[24-25]。切割型單砂體是在多期河道疊置的成因下形成的，砂體規(guī)模大，孔隙度和滲透率較高，儲層物性相對較好。拼接式砂體中，泥巖夾層含量較多，單砂體厚度相對小，側(cè)向延伸性較差，對應的儲層物性相對較差；孤立型單砂體平面上呈點狀或薄條帶狀分布，砂體規(guī)模最小，非均質(zhì)性強，孔、滲極低(圖11)。

3.2 成巖作用

影響儲層形成的主要因素是壓實作用，膠結(jié)作用和成巖溶蝕作用對儲層均有不同程度的影響，壓實作用使儲層孔隙總體積大幅減少，導致儲層的儲集性能以及喉道的連通性變差。

3.2.1 壓實作用對儲層的影響

研究區(qū)碎屑組分中長石含量相對較低，石英、鉀長石、變質(zhì)巖巖屑等剛性組分含量相對較高，為70%～90%。對比壓實作用和膠結(jié)作用對儲層影響的強弱程度，本文對膠結(jié)物含量與巖石粒間體積做交匯圖[26]，從圖中可以看出，樣品集中分布在強—較強壓實范圍內(nèi)，壓實作用造成的孔隙度損失更多，對儲層孔隙影響大于膠結(jié)作用(圖12)。研究區(qū)樣品原始孔隙度減少40%左右，其中壓實作用造成的原始孔隙結(jié)構(gòu)損失量20%～38%，多集中在25%～35%之間，膠結(jié)作用造成的原始孔隙結(jié)構(gòu)損失量為6%～25%，均不同程度地減少了儲層原生孔隙，而壓實作用對儲層物性起主要的破壞作用。

圖12 隴東地區(qū)盒8下段粒間體積—膠結(jié)物含量關(guān)系圖

3.2.2 膠結(jié)作用對儲層的影響

(1)黏土礦物膠結(jié)物

據(jù)薄片鑒定及X-衍射實驗結(jié)果，研究區(qū)盒8下段儲層黏土礦物以伊/蒙混層、高嶺石、水云母為主，綠泥石含量較少(圖13)。水云母含量集中分布在1%～15%范圍，平均含量為8%左右，水云母含量與面孔率呈負相關(guān)性(圖13(a))；高嶺石主要分布在1%～7.50%范圍內(nèi)，平均含量為2%左右，與面孔率呈正相關(guān)關(guān)系(圖13(b))。高嶺石孔隙充填的產(chǎn)狀對孔喉發(fā)育特征影響較小，而伊/蒙混層、水云母、綠泥石這些黏土礦物的產(chǎn)狀明顯堵塞了孔喉，所以對儲層連通性的影響較大，儲層物性較差。

圖13 隴東地區(qū)盒8下段各類型膠結(jié)物含量與面孔率關(guān)系圖

(2)碳酸鹽膠結(jié)物

研究區(qū)碳酸巖膠結(jié)物含量與面孔率呈負相關(guān)性(圖13(c))，當碳酸鹽含量小于5%時，砂巖面孔率一般大于1%，當大于5%時，面孔率均低于1.50%。據(jù)統(tǒng)計，早成巖 B 期—中成巖 A1期菱鐵礦等造成減孔率為 4.85%，中成巖 B 期鐵方解石等造成減孔率為 5.52%，碳酸鹽膠結(jié)物含量高的區(qū)域，不利于優(yōu)質(zhì)儲層的形成。

(3)硅質(zhì)膠結(jié)物

石英次生加大強度隨著儲層的埋深而增強，薄片、掃描電鏡資料表明研究區(qū)在4 200 m左右，石英次生加大強度達到最大值，之后略有降低。研究區(qū)硅質(zhì)膠結(jié)物含量與面孔率呈先增大后減小的關(guān)系(圖13(d))，小于5%時，隨硅質(zhì)膠結(jié)物含量增加面孔率增加，大于5%時，隨硅質(zhì)膠結(jié)物含量增加面孔率減小。

3.2.3 溶蝕作用

研究區(qū)砂巖中的碎屑顆粒、雜基、膠結(jié)物和交代礦物，如火山巖巖屑、少量長石等易溶組分，在一定成巖環(huán)境中，發(fā)生不同程度的溶蝕形成了巖屑溶孔、長石溶孔等次生孔隙。巖屑溶孔與面孔率呈正相關(guān)，相關(guān)性較弱(圖14(a))。長石溶孔小于0.5%時，面孔率值較小，當大于0.5%時，面孔率值增大(圖14(b))。研究區(qū)晶間孔由石英砂巖中的高嶺石蝕變形成，與面孔率呈先增加后減小的關(guān)系(圖14(c))，當晶間孔含量為0～1.5%時，面孔率值較大，而一般大于1.5%時，面孔率開始減小。粒間溶孔總體較低，一般小于1%(圖14(d))。不同成巖作用機理下形成的孔隙均不同程度地增加了巖石儲集空間，擴大了粒間孔隙，改善儲層的儲集性能。

圖14 隴東地區(qū)盒8下段各類型溶蝕孔含量與面孔率關(guān)系圖

4 結(jié) 論

(1)沉積相在根本上控制著儲層物性條件，研究區(qū)有利儲集砂體為水下分流河道(或分流河道)的沉積砂巖。砂體結(jié)構(gòu)對儲層物性產(chǎn)生重要影響，切割型單砂體儲層物性相對較好，拼接式砂體儲層物性次之，孤立型單砂體物性較差。

(2)壓實作用是造成儲層致密的主要因素。在膠結(jié)物對儲層致密化的負面影響方面，水云母是造成研究區(qū)盒8下段儲層致密化的首要因素，碳酸鹽膠結(jié)物和硅質(zhì)膠結(jié)是儲層致密化的重要因素。當水云母含量大于15%時，水云母大量填充孔隙，孔隙體積減小，面孔率急劇降低，其面孔率一般低于0.50%，儲層物性較差；當碳酸鹽膠結(jié)物或硅質(zhì)膠結(jié)含量大5%時，其大量填充孔隙，儲層物性變差。適量的高嶺石含量有益改善儲層質(zhì)量，其與面孔率呈先增加后減小的關(guān)系。

(3)粒間孔和巖屑溶孔是儲層重要儲集空間類型，各種溶蝕作用雖然改善了儲層的物性條件，但其建設性影響有限，推測其與儲層先致密后成藏有關(guān)，后期生成的有機酸難以大量進入儲集層中溶蝕各種不穩(wěn)定組分。