鄂爾多斯盆地胡尖山地區(qū)長(zhǎng)72儲(chǔ)層特征研究

馬 治 國(guó)

(1. 西安石油大學(xué) 地球科學(xué)與工程學(xué)院， 西安 710065;2. 陜西省油氣成藏地質(zhì)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 西安 710065)

以往針對(duì)鄂爾多斯盆地的油氣勘探和開采工作，主要在長(zhǎng)3、長(zhǎng)4+5、長(zhǎng)6、長(zhǎng)8等油氣豐富的層系進(jìn)行[1-3]，較少關(guān)注長(zhǎng)7油層組。自2010年以來(lái)，在長(zhǎng)7油層組發(fā)現(xiàn)了大量的工業(yè)流油井，但是這些油井大部分表現(xiàn)出明顯的低產(chǎn)特征。其主要原因是，長(zhǎng)7儲(chǔ)層為致密儲(chǔ)層，物性差，平均孔隙度不足10%[4]。為了更好地認(rèn)識(shí)這些致密油儲(chǔ)層油氣，研究人員圍繞儲(chǔ)層微觀特征展開了多次討論[5-8]。

鄂爾多斯盆地胡尖山地區(qū)延長(zhǎng)組的儲(chǔ)層巖石微觀特征、儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)等多方面特性還有待深入研究。其中長(zhǎng)7儲(chǔ)層中的長(zhǎng)72層位巖石微觀特征相對(duì)更加顯著，在胡尖山地區(qū)具有一定的代表性。因此，為了給后期油氣勘探和開發(fā)提供依據(jù)，本次研究針對(duì)長(zhǎng)72儲(chǔ)層的巖石學(xué)特征和儲(chǔ)層物性影響因素進(jìn)行分析。

1 地質(zhì)概況

胡尖山地區(qū)位于鄂爾多斯盆地的中西部，在區(qū)域構(gòu)造上位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡且緊鄰天環(huán)坳陷，是該盆地構(gòu)造單元中的核心部分。其構(gòu)造比較簡(jiǎn)單，除低幅度鼻狀構(gòu)造外，不發(fā)育斷層與其他局部構(gòu)造(見(jiàn)圖1)。 胡尖山地區(qū)長(zhǎng)72儲(chǔ)層最早時(shí)期的沉積環(huán)境主要是半深湖 — 深湖沉積，隨著時(shí)間的推移和周圍沉積環(huán)境的逐漸改變，逐漸演變?yōu)槿侵耷熬壪喑练e[9-10]，區(qū)內(nèi)沉積了豐富的儲(chǔ)集砂體[11]。研究區(qū)儲(chǔ)層為典型的致密儲(chǔ)層，其主要物源來(lái)自東北和西北，物性較差。

圖1 研究區(qū)構(gòu)造及位置簡(jiǎn)圖

2 長(zhǎng)72儲(chǔ)層特征

2.1 儲(chǔ)層巖石學(xué)特征

通過(guò)對(duì)胡尖山地區(qū)長(zhǎng)72儲(chǔ)層的巖心觀察及薄片資料數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，該儲(chǔ)層巖屑絕大部分是石英砂巖、灰白色粉 — 細(xì)粒長(zhǎng)石砂巖、巖屑砂巖等3種類型。其中，砂巖粒度變化較大，從磨圓度來(lái)看以次棱狀為主，分選性相對(duì)較好[12-13]。該儲(chǔ)層中巖屑長(zhǎng)石砂巖儲(chǔ)量最多，長(zhǎng)石砂巖和長(zhǎng)石巖屑砂巖次之(見(jiàn)圖2)。儲(chǔ)層巖礦成分中，長(zhǎng)石的含量最高，石英次之，巖屑最低(見(jiàn)表1)。沉積類巖屑的體積分?jǐn)?shù)約2.69%，其他類巖屑的總體積分?jǐn)?shù)約4.06%。長(zhǎng)解石體積分?jǐn)?shù)最高，水云母次之，高嶺石最低。

圖2 長(zhǎng)72儲(chǔ)層砂巖分類三角圖

表1 胡尖山地區(qū)長(zhǎng)72儲(chǔ)層巖礦成分及填隙物(體積分?jǐn)?shù)) %

2.2 儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)特征

根據(jù)砂巖薄片觀察及掃描電鏡資料分析可知，長(zhǎng)72儲(chǔ)層砂巖的孔隙類型主要有溶蝕孔和粒間孔，巖屑溶孔和微裂隙較少。儲(chǔ)層的巖屑孔隙平均面孔率為2.33%。其中，溶蝕孔是研究區(qū)砂巖儲(chǔ)集層最主要的孔隙類型，平均體積分?jǐn)?shù)為1.65%，約為平均面孔率的71%(見(jiàn)表2)。溶蝕孔廣泛分布于長(zhǎng)石砂巖中，因而研究區(qū)儲(chǔ)層有較好的連通性[14]。長(zhǎng)石溶孔是長(zhǎng)72儲(chǔ)層的主要溶蝕孔隙類型，溶孔平均含量為1.01%。長(zhǎng)石溶孔是由巖石顆粒內(nèi)部溶蝕而形成，通常情況下粒間溶孔、長(zhǎng)石溶孔和粒間孔伴生分布[15]。

表2 胡尖山地區(qū)長(zhǎng)72儲(chǔ)層孔隙組合類型

儲(chǔ)層的物性特質(zhì)是對(duì)孔隙結(jié)構(gòu)的反映，微觀孔隙結(jié)構(gòu)是引起不同低滲透儲(chǔ)層物性特質(zhì)差異的主要因素[14]。根據(jù)胡尖山地區(qū)長(zhǎng)72儲(chǔ)層的巖石鑄體薄片分析可知，該地區(qū)儲(chǔ)層孔隙主要有粒間溶孔、殘余粒間孔、粒內(nèi)溶孔和微裂隙(見(jiàn)圖3)。其中，殘余粒間孔是未被填滿膠結(jié)物的孔，被填充薄膜膠結(jié)的鐵方解石和綠泥石等填隙物(見(jiàn)圖3a)。粒間溶孔主要是由粒間膠結(jié)物或顆粒邊緣溶出而形成，其溶出成分主要是長(zhǎng)石和方解石(見(jiàn)圖3b)。粒內(nèi)溶孔主要是由于巖石顆粒內(nèi)部發(fā)生部分溶解而形成，一般出現(xiàn)在長(zhǎng)石、云母和巖石碎屑中，通常與顆粒間溶解孔有關(guān)且伴生分布(見(jiàn)圖3c)。微裂隙孔隙主要是由于壓實(shí)和破裂的剛性碎屑相互作用而形成，是油氣運(yùn)移和儲(chǔ)集的重要通道(見(jiàn)圖3d)。

圖3 長(zhǎng)72儲(chǔ)層砂巖鑄體薄片

2.3 儲(chǔ)集層物性

在相同的油氣源條件下，儲(chǔ)層砂體的含油飽和度會(huì)受到儲(chǔ)層物性的影響。在物理特性良好的層段面，孔喉較大，毛細(xì)壓力較小，原油更易進(jìn)入油藏聚集區(qū)[15]。對(duì)研究區(qū)長(zhǎng)72儲(chǔ)層的126個(gè)砂巖樣品進(jìn)行了常規(guī)物性測(cè)試(見(jiàn)圖4)。其中：平均孔隙度為9.1%，集中分布于6%～11%；平均滲透率為0.21×10-3μm2，集中分布于(0.1～0.3)×10-3μm2。當(dāng)孔隙度發(fā)生一定變化時(shí)，其滲透率也隨之變化[16]，即孔隙度與滲透率之間呈相關(guān)關(guān)系。根據(jù)石油行業(yè)儲(chǔ)層劃分標(biāo)準(zhǔn)[13]，長(zhǎng)72儲(chǔ)層應(yīng)屬于低孔滲儲(chǔ)層。

圖4 胡尖山地區(qū)長(zhǎng)72儲(chǔ)層物性分布

2.4 儲(chǔ)層喉道特征

儲(chǔ)層喉道主要受到巖石顆粒形態(tài)、巖石大小、顆粒接觸關(guān)系、顆粒間膠結(jié)作用的影響[14]。長(zhǎng)72儲(chǔ)層砂巖的壓汞數(shù)據(jù)資料分析顯示，該儲(chǔ)層喉道較細(xì)，中值半徑均值小于0.20 μm。長(zhǎng)72儲(chǔ)層喉道較細(xì)，以微喉道為主，其砂巖壓汞參數(shù)如表3所示[15]。

表3 胡尖山地區(qū)長(zhǎng)72儲(chǔ)層砂巖壓汞參數(shù)

3 儲(chǔ)層物性影響因素

3.1 原始物質(zhì)組分

(1) 巖屑。長(zhǎng)72儲(chǔ)層砂巖中巖屑含量與面孔率之間的如圖5所示。當(dāng)巖屑體積分?jǐn)?shù)低于25%時(shí)，隨著巖屑含量的增大，面孔率呈上升趨勢(shì)；當(dāng)儲(chǔ)層巖屑體積分?jǐn)?shù)超過(guò)25%時(shí)，儲(chǔ)層孔隙呈下降的趨勢(shì)。同時(shí)，由于研究區(qū)儲(chǔ)層內(nèi)存在大量的泥頁(yè)巖屑和云母碎屑，當(dāng)碎屑受到壓實(shí)作用時(shí)更易進(jìn)入附近的孔隙空間而形成假雜基，進(jìn)而縮小孔隙，使儲(chǔ)層的物性變差。

圖5 長(zhǎng)72巖屑含量與面孔率的關(guān)系(N=446)

(2) 長(zhǎng)石。長(zhǎng)72儲(chǔ)層中長(zhǎng)石含量與儲(chǔ)層面孔率成正相關(guān)，如圖6所示。長(zhǎng)石含量越高，儲(chǔ)層的巖石物性就越好。長(zhǎng)石是儲(chǔ)層內(nèi)碎屑顆粒被溶蝕的主要組分，長(zhǎng)石含量越高，其溶蝕強(qiáng)度就越大，溶蝕孔隙就越容易發(fā)育。

圖6 長(zhǎng)72長(zhǎng)石含量與面孔率的關(guān)系(N=446)

(3) 石英含量。沉積物源是巖石前期演化的物質(zhì)基礎(chǔ)，直接決定著儲(chǔ)層中砂巖碎屑的成分。儲(chǔ)層砂巖的儲(chǔ)量、孔隙度和滲透性會(huì)受到碎屑物含量和成分的影響[17-18]。石英屬于一種剛性顆粒，不容易被壓實(shí)、變形和溶蝕，可以有效地形成支撐物，能夠很好地保護(hù)最初的孔隙結(jié)構(gòu)。對(duì)研究區(qū)儲(chǔ)層的石英含量進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，石英含量與孔隙度、滲透率的關(guān)系如圖7所示。其中，長(zhǎng)72儲(chǔ)層中石英含量可高達(dá)27.10%，孔隙度為6%～11%，滲透率為0.05%～0.20%?？紫抖?、滲透率隨著石英含量的變化而發(fā)生相應(yīng)變化，這說(shuō)明石英含量是影響儲(chǔ)層物性的重要因素之一。

圖7 胡尖山地區(qū)長(zhǎng)72儲(chǔ)層石英含量與孔隙度、滲透率的關(guān)系

3.2 碳酸鹽膠結(jié)物含量

通過(guò)對(duì)長(zhǎng)72儲(chǔ)層巖石薄片及掃描電鏡等資料的研究發(fā)現(xiàn)，儲(chǔ)層中碳酸鹽膠結(jié)物發(fā)育充分，其平均體積分?jǐn)?shù)達(dá)到了4.7%。碳酸鹽膠結(jié)物由鐵方解石、白云石和鐵白云石組成，其中鐵方解石發(fā)育最好，體積分?jǐn)?shù)最高，可達(dá)到5.35%。根據(jù)孔隙度、滲透率與碳酸鹽膠結(jié)物的相互關(guān)系可知，隨著碳酸鹽膠結(jié)物含量增加，儲(chǔ)層孔隙度漸呈下降趨勢(shì)。相比之下，儲(chǔ)層滲透率受碳酸鹽膠結(jié)物的影響較小，其變化趨勢(shì)相對(duì)平穩(wěn)(見(jiàn)圖8)?？傊妓猁}膠結(jié)物含量對(duì)儲(chǔ)層孔隙度的影響更為明顯，而對(duì)滲透率的影響較小，這表明碳酸鹽膠結(jié)物對(duì)儲(chǔ)層物性差異產(chǎn)生影響。

圖8 胡尖山地區(qū)長(zhǎng)72儲(chǔ)層孔隙度、滲透率與碳酸鹽膠結(jié)物含量關(guān)系圖

3.3 沉積微相

沉積環(huán)境不同，就會(huì)導(dǎo)致儲(chǔ)層的巖石類型、粒度形態(tài)和孔隙結(jié)構(gòu)等特征不同，進(jìn)而使儲(chǔ)層物性產(chǎn)生較大差異[19]。根據(jù)研究區(qū)長(zhǎng)72儲(chǔ)層沉積微相分析，認(rèn)為該儲(chǔ)層主要以三角洲前緣水下分流河道和分流間灣沉積發(fā)育為主。其中，水下分流河道中多數(shù)是細(xì)砂巖發(fā)育，而分流澗灣中主要泥巖和泥質(zhì)粉砂巖發(fā)育。根據(jù)電鏡掃描圖(見(jiàn)圖9)及統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，在水下分流河道中發(fā)育的粒間孔隙和長(zhǎng)石溶孔等孔隙半徑大于20 μm的孔隙類型比在分流間灣中育的更多，因此得出沉積微相影響孔隙類型及儲(chǔ)層物性的結(jié)論。對(duì)長(zhǎng)72儲(chǔ)層各類大量巖石樣品表面形成的形態(tài)進(jìn)行沉積微相分析，并結(jié)合儲(chǔ)層物性薄片數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)72儲(chǔ)層的物性特征在不同的沉積環(huán)境下存在差異。水下分流河道的孔隙度為8.4%，平均滲透率是0.09 × 10-3μm2；分流澗灣的孔隙度為7.4%，滲透率為0.07 ×10-3μm2(見(jiàn)表4)。這說(shuō)明沉積微相是導(dǎo)致儲(chǔ)層物性差異的因素之一[20]。

表4 胡尖山地區(qū)長(zhǎng)72儲(chǔ)層沉積微相物性對(duì)比

3.4 成巖作用

(1) 壓實(shí)作用。壓實(shí)作用是降低孔隙空間結(jié)構(gòu)大小的重要因素，主要發(fā)生在成巖作用早期。主要表現(xiàn)為緊密壓實(shí)塑性碎屑時(shí)的彎曲變形、塑性變形和伸長(zhǎng)等現(xiàn)象，剛性顆粒破裂，顆粒接觸變得更緊密，巖片顆粒定向排列并壓實(shí)為致密結(jié)構(gòu)(見(jiàn)圖10a)。長(zhǎng)72儲(chǔ)層巖石組分中的石英含量相對(duì)較低，導(dǎo)致其抗壓強(qiáng)度比較弱，使得顆粒之間壓實(shí)更加容易；巖石粒徑相對(duì)較小，絕大部分是細(xì)砂巖，較小的粒度更易于顆粒之間壓實(shí)，因此長(zhǎng)72儲(chǔ)層壓實(shí)作用比較強(qiáng)烈。

(2) 膠結(jié)作用。膠結(jié)作用是破壞性的成巖作用。 長(zhǎng)72儲(chǔ)層的膠結(jié)作用主要分為硅質(zhì)膠結(jié)作用、碳酸鹽膠結(jié)作用以及黏土顆粒物之間的膠結(jié)作用，膠結(jié)作用發(fā)育較好。長(zhǎng)72儲(chǔ)層中硅質(zhì)的體積分?jǐn)?shù)為1.31%，其膠結(jié)物發(fā)育較好，顆粒定向排列，且以石英次生加大和孔隙填充等類型為主(見(jiàn)圖10b)。鐵方解石是碳酸鹽膠結(jié)物的主要成分，其體積分?jǐn)?shù)可達(dá)到5.35%，顆粒之間填充孔隙并形成致密的膠結(jié)結(jié)構(gòu)(見(jiàn)圖10c)。黏土膠結(jié)物主要有水云母、高嶺石和綠泥石等3種主要成分，含量分別達(dá)到5.30%、3.82%、0.82%。在該儲(chǔ)層中，綠泥石膜主要在顆粒邊緣發(fā)育，而高嶺石和水云母膠結(jié)物填充孔隙從而縮小了儲(chǔ)層的存儲(chǔ)空間(見(jiàn)圖10d) 。

圖10 胡尖山地區(qū)長(zhǎng)72儲(chǔ)層成巖作用鑄體薄片

(3) 溶蝕作用。溶蝕作用是對(duì)儲(chǔ)層物性有著良好改善的成巖作用。其具體表現(xiàn)在碎屑顆粒、雜基和膠結(jié)物溶解等方面。長(zhǎng)72儲(chǔ)層中長(zhǎng)石含量相對(duì)最高，達(dá)到38.31%，長(zhǎng)石溶蝕在該研究區(qū)儲(chǔ)層中廣泛發(fā)育(見(jiàn)圖10b)。

4 結(jié) 語(yǔ)

針對(duì)鄂爾多斯盆地胡尖山地區(qū)長(zhǎng)72儲(chǔ)層特征進(jìn)行了分析。72儲(chǔ)層主要砂巖類型包括長(zhǎng)石砂巖和巖屑質(zhì)長(zhǎng)石砂巖，巖屑類型主要以變質(zhì)巖屑和火山巖屑為主，填隙物主要有高嶺石、水云母、綠泥石和鐵方解石等。儲(chǔ)層孔隙類型主要有殘余粒間孔、溶蝕孔、粒內(nèi)溶孔和微裂隙；喉道偏細(xì)，為微喉道。儲(chǔ)層屬于低孔 — 超低滲致密儲(chǔ)層。影響研究區(qū)儲(chǔ)層物性的因素主要有巖屑、長(zhǎng)石、石英的含量，沉積微相、碳酸鹽膠結(jié)物的含量及成巖作用。