侏羅系富縣組油藏沉積相與儲(chǔ)層特征研究

牛 偉，楊晉玉，楊 博，陳春恒，魯曉斌

（1.西北大學(xué)，陜西西安 710018；2.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司第六采油廠(chǎng)，陜西西安 710018）

三疊系末期的印支運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致鄂爾多斯盆地整體抬升，前期沉積的三疊系地層遭受不同程度的剝蝕切割，形成了溝谷縱橫、丘陵起伏、水系廣布的古地貌形態(tài)，下侏羅統(tǒng)富縣組是鄂爾多斯盆地侏羅系最早沉積的地層，即沉積于此古地貌之上，與下伏三疊系延長(zhǎng)組呈不整合接觸關(guān)系[1-4]。

近年來(lái)，在鄂爾多斯盆地胡尖山H154 地區(qū)富縣組不斷發(fā)現(xiàn)工業(yè)油流，展現(xiàn)了良好的油氣資源前景，富縣組沉積相在空間上存在較大變化，巖性差異明顯，儲(chǔ)層特征復(fù)雜[5，6]。開(kāi)展對(duì)H154 區(qū)富縣組的沉積特征和儲(chǔ)層特征的研究，對(duì)于進(jìn)一步提升油藏認(rèn)識(shí)程度、降低勘探風(fēng)險(xiǎn)和改善油藏開(kāi)發(fā)效果具有重要意義。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

富縣及延安組沉積期受印支末幕的影響，形成“西高東低、北高南低”的沉積格局，在此基礎(chǔ)上，發(fā)育寧陜、蒙陜、晉陜、甘陜和慶西等五條古河，形成早期“五條河流”向東匯聚，西部“粗富縣”、東部“細(xì)富縣”的沉積特征，物源方向以西北部和北部為主[7-10]。

綜合地層厚度等值線(xiàn)圖和砂體累積厚度等值線(xiàn)圖，可以刻畫(huà)出胡尖山地區(qū)富縣組古地貌特征。該地區(qū)西北高地呈現(xiàn)剝蝕狀態(tài)。根據(jù)沉積體特征，可以將富縣組沉積前的古地貌劃分為侵蝕河谷、斜坡帶和河間丘3種類(lèi)型。侵蝕河谷為典型的河流充填結(jié)構(gòu)，胡尖山地區(qū)發(fā)育寧陜和蒙陜兩個(gè)二級(jí)古河，呈北西-南東向分布，寬度2～10 km，河谷內(nèi)富縣組砂體厚度大于40 m。河間丘為古河河谷中剝蝕厚度相對(duì)較小的河中高地，河谷中富縣組地層厚度變薄，沉積的砂巖厚度小于20 m。斜坡帶是位于侵蝕河谷與河間丘之間的過(guò)渡地帶，胡尖山H154 地區(qū)的斜坡帶位于寧陜古河的左岸，沉積的富縣組砂巖厚度為20～40 m，在該古侵蝕斜坡上發(fā)育有多條三級(jí)和四級(jí)古河道，其古河下切強(qiáng)度較小。

2 沉積特征

2.1 沉積相劃分

在識(shí)別沉積相時(shí)，巖性、粒度、分選性、泥質(zhì)含量、砂體形態(tài)及分布特征等都是重要的成因標(biāo)志。這些成因標(biāo)志是各種沉積環(huán)境中水動(dòng)力因素作用的結(jié)果。目前測(cè)井相研究中使用最為廣泛的是自然伽馬和自然電位曲線(xiàn)的形態(tài)，根據(jù)電測(cè)曲線(xiàn)的特征及儲(chǔ)層巖石巖性及沉積構(gòu)造特征可以較好地識(shí)別沉積微相[11，12]。通過(guò)對(duì)研究區(qū)內(nèi)300 余口井的測(cè)井曲線(xiàn)進(jìn)行分析，認(rèn)為胡尖山H154 地區(qū)富縣組為辮狀河沉積體系，在該區(qū)可以識(shí)別出辮狀分流河道、心灘、河道邊緣和泛濫平原4 種沉積微相（見(jiàn)圖2）。

（1）辮狀分流河道微相：為辮狀河主要的沉積產(chǎn)物，以含礫砂巖、粗-中砂巖為主，砂體厚度較大，河道沉積內(nèi)部常見(jiàn)各種內(nèi)侵蝕面。主要發(fā)育大型交錯(cuò)層理、平行層理和快速沉積時(shí)期形成的塊狀層理（見(jiàn)圖1（c）、圖1（f））。自然電位曲線(xiàn)呈箱型及箱型-鐘型組合，自然伽馬曲線(xiàn)呈明顯低值，表現(xiàn)出箱型及齒化的箱型-鐘型特征。具有頂、底部呈突變關(guān)系或略顯正韻律變化的特點(diǎn)（見(jiàn)圖2（a）、圖2（b））。

（2）心灘微相：心灘微相是辮狀河在河道沉積的主體，水動(dòng)力相對(duì)較弱，河道以側(cè)向遷移為主，砂體巖性主要為中-細(xì)粒巖屑砂巖，發(fā)育板狀、槽狀交錯(cuò)層理和平行層理（見(jiàn)圖1（b）），剖面具有明顯的二元結(jié)構(gòu)。自然電位曲線(xiàn)呈鐘型，自然伽馬曲線(xiàn)表現(xiàn)為明顯低值，反映為鐘型或齒化鐘型（見(jiàn)圖2（c））。

（3）河道邊緣微相：巖性以細(xì)砂、粉砂巖為主，發(fā)育沙紋層理和水平層理，也可見(jiàn)波狀層理和變形層理（見(jiàn)圖1（a）、圖1（g））。自然電位和自然伽馬曲線(xiàn)常呈指型、鋸齒狀（見(jiàn)圖2（d）），反映間歇性水流沉積特征。

（4）泛濫平原微相：巖性主要為深灰、灰和灰綠色的泥巖、碳質(zhì)泥巖和粉砂質(zhì)泥巖，主要發(fā)育水平層理、沙紋層理（見(jiàn)圖1（e）），廣泛分布于河流兩側(cè)。自然電位曲線(xiàn)為低幅度的平直型或齒化平直型，中間偶有代表過(guò)渡巖性的指型小尖峰，自然伽馬曲線(xiàn)則呈指狀高值（見(jiàn)圖2（e））。

圖1 胡尖山H154 地區(qū)富縣組儲(chǔ)層巖石巖性及沉積構(gòu)造圖

圖2 胡尖山H154 地區(qū)富縣組測(cè)井曲線(xiàn)類(lèi)型圖

2.2 沉積相展布

研究區(qū)主力層位富21層物源來(lái)自北西、北部及北東方向，發(fā)育5～6 條辮狀分流河道，河道在研究區(qū)中部交匯，形成大面積疊置砂體，主河道內(nèi)發(fā)育的心灘砂體厚度較大，一般大于6 m。

建立覆蓋全區(qū)的縱橫沉積微相剖面，研究區(qū)主要發(fā)育辮狀分流河道沉積，自南西向北東方向，河道發(fā)育規(guī)模逐漸減小，研究區(qū)中部心灘發(fā)育，河道砂體連續(xù)性好，心灘發(fā)育方向以近南北、北東向?yàn)橹鳌?/p>

3 儲(chǔ)層特征

3.1 儲(chǔ)層巖石學(xué)及孔喉特征

統(tǒng)計(jì)分析表明，胡尖山H154 地區(qū)富縣儲(chǔ)層巖性主要為長(zhǎng)石砂巖，偶見(jiàn)碎屑長(zhǎng)石砂巖（見(jiàn)圖3）。長(zhǎng)石含量52.9%，高于石英含量33.7%，巖石成分成熟度中-低。巖屑以變質(zhì)巖巖屑為主，主要成分為石英巖、千枚巖、云母。填隙物含量平均為8.5%，以水云母和綠泥石為主，含有少量的鐵方解石、鐵白云石和硅質(zhì)，黏土礦物、鐵方解石、鐵白云石和硅質(zhì)的含量分別為4.6%、0.9%、0.3%和2.3%。

圖3 胡尖山H154 地區(qū)富縣組巖石類(lèi)型三角圖

研究區(qū)富縣組儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)相對(duì)較好，主要孔隙類(lèi)型為粒間孔（平均面孔率為8.4%，占總面孔率的78.0%）；其次為長(zhǎng)石溶孔（平均面孔率為1.6%，占總面孔率的14.9%）及巖屑溶孔（平均面孔率為0.3%，占總面孔率的2.8%）（見(jiàn)圖4、圖5）。

圖4 胡尖山H154 地區(qū)富縣組孔隙類(lèi)型直方圖

圖5 胡尖山H154 地區(qū)富縣組鑄體薄片圖

根據(jù)毛管壓力數(shù)據(jù)分析，富縣儲(chǔ)層平均中值半徑1.64 μm，平均排驅(qū)壓力0.071 MPa，中值壓力0.803 MPa，最大進(jìn)汞飽和度90.3%，表明研究區(qū)富縣層儲(chǔ)集性能、孔隙結(jié)構(gòu)和滲流能力較好（見(jiàn)表1）。

表1 研究區(qū)富縣組巖心壓汞曲線(xiàn)特征參數(shù)統(tǒng)計(jì)表

3.2 儲(chǔ)層非均質(zhì)性特征

油氣儲(chǔ)層在形成時(shí)受沉積環(huán)境、成巖作用及構(gòu)造作用的影響，儲(chǔ)層空間分布及內(nèi)部的各種屬性存在不均勻的變化，這種變化稱(chēng)為儲(chǔ)層的非均質(zhì)性。儲(chǔ)層非均質(zhì)性是影響油藏開(kāi)發(fā)效果的主要因素，決定了儲(chǔ)層流體的流動(dòng)和分布特點(diǎn)。由于滲透率是控制地下流體滲流的關(guān)鍵參數(shù)，因此在油田開(kāi)發(fā)地質(zhì)研究中，常把滲透率作為儲(chǔ)層非均質(zhì)性的集中體現(xiàn)[13，14]。

3.2.1 層內(nèi)非均質(zhì)性 層內(nèi)非均質(zhì)性指單砂層內(nèi)，垂向上的儲(chǔ)層特征變化。包括粒度韻律、滲透率韻律、滲透率的差異程度及滲透率的非均質(zhì)程度。層內(nèi)非均質(zhì)性是影響單砂層內(nèi)注入劑波及厚度的關(guān)鍵地質(zhì)因素[15，16]。

3.2.1.1 滲透率韻律特征 受沉積環(huán)境和水動(dòng)力條件的影響，滲透率在垂向上通常表現(xiàn)出一定的韻律特征，通過(guò)統(tǒng)計(jì)研究區(qū)富縣組主力層富13小層的滲透率韻律特征，富13小層以正韻律和復(fù)合正韻律為主，個(gè)別井區(qū)發(fā)育反韻律，導(dǎo)致富縣組剖面水驅(qū)效果較差。

3.2.1.2 層內(nèi)滲透率非均質(zhì)程度 滲透率垂向變化程度是定量描述層內(nèi)非均質(zhì)性的重要內(nèi)容，其表征參數(shù)有滲透率變異系數(shù)Vk：是指各單砂層層內(nèi)滲透率均方差與平均滲透率比值，表示與平均滲透率的偏離程度；滲透率突進(jìn)系數(shù)Tk：是單砂層內(nèi)最大滲透率與平均滲透率的比值，它表示流體在儲(chǔ)層內(nèi)的突進(jìn)程度；滲透率級(jí)差Jk：最大滲透率與最小滲透率之比值，表示某一單元內(nèi)滲透率的差異程度[17-19]，根據(jù)這三個(gè)參數(shù)，可以將層內(nèi)非均質(zhì)性分為強(qiáng)、中和弱三級(jí)（見(jiàn)表2）。

表2 儲(chǔ)層非均質(zhì)性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)物性資料統(tǒng)計(jì)分析，研究區(qū)富縣層內(nèi)部不同深度層段，變異系數(shù)、滲透率突進(jìn)系數(shù)和滲透率級(jí)差也不相同（見(jiàn)表3）。說(shuō)明滲透率受沉積環(huán)境影響較大，主力層（富13、富21）表現(xiàn)出中等偏強(qiáng)的非均質(zhì)性，非主力層系整體表現(xiàn)出強(qiáng)非均質(zhì)性。

表3 胡尖山H154 地區(qū)富縣層內(nèi)滲透率非均質(zhì)性統(tǒng)計(jì)表

3.2.2 層間非均質(zhì)性 由于發(fā)育辮狀河沉積相，河道側(cè)向遷移頻繁，早期河道沉積物往往被后期的沼澤洼地沉積物覆蓋，使不同時(shí)期的河道砂體間連通性差，在縱向上產(chǎn)生了非均質(zhì)性。層間非均質(zhì)性是指垂向上各種沉積環(huán)境下的砂體交互出現(xiàn)的規(guī)律性，以及隔層在剖面上的發(fā)育和分布狀況，是對(duì)砂泥巖間互的含油層系的總體研究。

3.2.2.1 分層系數(shù) 分層系數(shù)是指一套層系內(nèi)砂巖的層數(shù)，常用平均單井鉆遇的砂體層數(shù)來(lái)表示，分層系數(shù)越大，層間非均質(zhì)程度越嚴(yán)重，油層開(kāi)發(fā)效果一般較差[20]。利用研究區(qū)100 余口井的測(cè)井及錄井解釋資料，在精細(xì)小層劃分的基礎(chǔ)上，詳細(xì)統(tǒng)計(jì)了單井鉆遇的砂層數(shù)（見(jiàn)表4），統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明：研究區(qū)儲(chǔ)層分層系數(shù)較小，層間非均質(zhì)性中等偏弱。

表4 胡尖山H154 地區(qū)富縣各小層砂巖層數(shù)統(tǒng)計(jì)表

3.2.2.2 隔層分布特征 通過(guò)對(duì)單井巖性剖面及物性參數(shù)的精細(xì)解釋?zhuān)J(rèn)為研究區(qū)富縣段主要發(fā)育泥質(zhì)隔層，隔層厚度分布較為穩(wěn)定，主力層富13與富21之間隔層普遍發(fā)育，厚度在0.8～10.3 m，平均厚度4.7 m，富21與富22之間厚度在0～13 m，平均厚度1.7 m，部分井區(qū)隔層不發(fā)育。

3.2.3 平面非均質(zhì)性 平面非均質(zhì)性是指儲(chǔ)層砂體在平面上的分布規(guī)律、幾何形態(tài)、組合特點(diǎn)、連通方式和連通程度，主要是反映儲(chǔ)集特征在平面上的變化情況，直接關(guān)系到開(kāi)發(fā)過(guò)程中井網(wǎng)的布置和注入水的平面波及效率[21，22]。

砂體內(nèi)參數(shù)的變化主要是指砂體平面孔隙度和滲透率的變化，富13層孔隙度主要分布在15%～18%，平均為16.5%，滲透率主要分布在10×10-3μm2～30×10-3μm2，平均為19.2×10-3μm2；富21層孔隙度主要分布在15%～17%，平均為16.5%，滲透率主要分布在10 ×10-3μm2～20×10-3μm2，平均值為14.4×10-3μm2。通過(guò)富13層和富21層兩個(gè)主力層和孔隙度、滲透率平面分布圖來(lái)看，孔隙度和滲透率均延砂體方向呈帶狀、片狀以及點(diǎn)狀或不規(guī)則狀展布，沿砂體條帶延伸方向，孔隙度和滲透率變化不大，而垂直砂體延伸方向的孔隙度和滲透率變化較大，向兩翼明顯變小。

4 結(jié)論

（1）綜合地層劃分和砂體厚度統(tǒng)計(jì)結(jié)論，可以將鄂爾多斯盆地胡尖山地區(qū)富縣段的古地貌單元?jiǎng)澐譃榍治g河谷、斜坡帶和河間丘3 種類(lèi)型，侵蝕河谷和河間丘是該區(qū)主要的古地貌單元，發(fā)育寧陜和蒙陜兩條二級(jí)古河，胡尖山H154 地區(qū)位于寧陜古河左岸的斜坡帶和河間丘上。

（2）通過(guò)巖心觀察和測(cè)井曲線(xiàn)分析，建立了胡尖山H154 地區(qū)富縣組沉積相識(shí)別標(biāo)志，綜合古地貌和砂體展布特征，確定了研究區(qū)富縣組為辮狀河沉積體系，主要發(fā)育辮狀分流河道、心灘、河道邊緣和泛濫平原等沉積微相。

（3）胡尖山H154 地區(qū)富縣組儲(chǔ)層巖石類(lèi)型主要為長(zhǎng)石砂巖，儲(chǔ)層空間主要包括粒間孔、長(zhǎng)石溶孔、巖屑溶孔和粒間溶孔，包含少量的晶間孔及微裂隙。毛管壓力資料顯示，研究區(qū)富縣組儲(chǔ)集層具有良好的儲(chǔ)集性能、孔隙結(jié)構(gòu)和滲流能力。

（4）受沉積環(huán)境的影響，研究區(qū)富縣組儲(chǔ)層主要表現(xiàn)出正韻律沉積特征，各小層滲透率值在層內(nèi)縱向上存在差異性，導(dǎo)致層內(nèi)整體呈現(xiàn)中等偏強(qiáng)的非均質(zhì)性。平面上，孔隙度和滲透率的分布受砂體展布的影響，順砂體延伸方向，物性變化平緩，非均質(zhì)性較弱，垂直砂體方向，儲(chǔ)層非均質(zhì)性較強(qiáng)。