蘇里格氣田東區(qū)馬五5氣藏主控因素及富集區(qū)優(yōu)選

白慧，楊特波，侯科鋒，馬志欣，馮敏

（中國(guó)石油 長(zhǎng)慶油田分公司a.勘探開(kāi)發(fā)研究院；b.低滲透油氣田勘探開(kāi)發(fā)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，西安 710018）

鄂爾多斯盆地是中國(guó)第二大含氣盆地，盆地中部中奧陶統(tǒng)馬家溝組碳酸鹽巖儲(chǔ)集層非常發(fā)育，天然氣資源豐富[1-3]。其中，馬五5氣藏是奧陶系碳酸鹽巖的重要?dú)獠刂?，其?duì)古生界氣藏產(chǎn)能貢獻(xiàn)具有舉足輕重的作用。

鄂爾多斯盆地蘇里格氣田東區(qū)以古生界氣藏立體開(kāi)發(fā)的產(chǎn)能建設(shè)為指導(dǎo)，隨著開(kāi)發(fā)的不斷深入，該區(qū)塊石炭系—二疊系氣藏日益劣質(zhì)化，單井產(chǎn)量較低，達(dá)不到開(kāi)發(fā)方案指標(biāo)。而在中奧陶統(tǒng)馬家溝組取得了良好的開(kāi)發(fā)效果，證實(shí)了奧陶系氣藏具有較大的開(kāi)發(fā)潛力。因此，亟需挖掘奧陶系氣藏的開(kāi)發(fā)潛力，確保氣田實(shí)現(xiàn)持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)。前人在奧陶系氣藏的沉積、成巖、儲(chǔ)集層特征及控制因素等方面取得了一定的認(rèn)識(shí)，也指導(dǎo)了奧陶系氣藏的開(kāi)發(fā)，但馬五5亞段儲(chǔ)集層特征和成因與上覆的馬五1—馬五4亞段差異較大，儲(chǔ)集層非均質(zhì)性強(qiáng)，變化快，發(fā)育規(guī)模小，主控因素及發(fā)育規(guī)律尚不明確，導(dǎo)致氣藏預(yù)測(cè)難度大，開(kāi)發(fā)效果不理想。因此，有必要進(jìn)一步深化馬五5氣藏地質(zhì)認(rèn)識(shí)，明確儲(chǔ)集層主控因素和白云巖發(fā)育規(guī)律，預(yù)測(cè)儲(chǔ)集層發(fā)育規(guī)模，進(jìn)而篩選建產(chǎn)有利富集區(qū)，提高氣藏的整體開(kāi)發(fā)效益。本文利用鉆井、測(cè)井、錄井、巖心分析化驗(yàn)、生產(chǎn)試氣等資料，通過(guò)開(kāi)展儲(chǔ)集層展布特征分析、物性分析和巖石學(xué)特征分析，從沉積相、成巖作用、古地形等方面進(jìn)行儲(chǔ)集層主控因素研究，明確有效儲(chǔ)集層分布規(guī)律，并構(gòu)建儲(chǔ)集層分類(lèi)評(píng)價(jià)方案，進(jìn)行儲(chǔ)集層綜合分類(lèi)評(píng)價(jià)，最終預(yù)測(cè)馬五5氣藏有利富集區(qū)，為蘇里格氣田古生界氣藏有效開(kāi)發(fā)提供依據(jù)。

1 地質(zhì)概況

蘇里格氣田東區(qū)位于鄂爾多斯盆地中央古隆起東側(cè)，屬于伊陜斜坡北部中帶[1]（圖1），總面積約7 210 km2。研究區(qū)中奧陶統(tǒng)馬家溝組以碳酸鹽巖為主，自下而上可分為馬一段—馬六段。其中，馬五段自上而下又可分為10 個(gè)亞段（馬五1—馬五10亞段）[4]。在沉積過(guò)程中，馬五段先后經(jīng)歷了3次較大的海侵—海退沉積，但整體處于大的海退環(huán)境下，屬于局限陸表海沉積[4-6]。而馬五5亞段沉積期，研究區(qū)處于海退時(shí)期中的短暫海進(jìn)期，水體相對(duì)較深，海水鹽度普遍較低，以灰坪和灰質(zhì)白云坪沉積為主，巖石類(lèi)型以泥晶灰?guī)r為主，局部發(fā)育潮間顆粒灘。局部地區(qū)由于水下隆起，地勢(shì)相對(duì)較高，水體較淺，發(fā)育含石膏假晶的泥粉晶白云巖。在馬五5亞段沉積末期，水體逐漸變淺，以潮上白云坪沉積為主。因此，研究區(qū)馬五5亞段儲(chǔ)集層非均質(zhì)性強(qiáng)，橫向變化快，分布零散，規(guī)模小，呈透鏡狀分布，是研究區(qū)古生界下部的主要產(chǎn)氣層之一。

2 儲(chǔ)集層特征

2.1 巖石學(xué)特征

蘇里格氣田東區(qū)馬五5儲(chǔ)集層主要巖石類(lèi)型有微晶灰?guī)r、晶粒白云巖、殘余粒屑白云巖等。其中顆粒白云巖和粗粉晶白云巖由于顆粒粗，晶形好，晶間孔較大，是該區(qū)有利的儲(chǔ)集巖。

（1）微晶灰?guī)r 微晶灰?guī)r一般形成于沒(méi)有持續(xù)水流的平靜環(huán)境，由灰泥沉積而成，主要由小于4 μm的微晶方解石組成，巖性致密，物性差（圖2a）。

（2）晶粒白云巖 細(xì)粉晶白云巖一般為灰白色，巖性均勻的塊狀構(gòu)造。粗粉晶—細(xì)晶白云巖以半自形—自形晶為主，晶粒間以搭架式接觸為主，晶間孔和晶間溶孔較為發(fā)育，可見(jiàn)裂縫，被白云石或有機(jī)質(zhì)充填，孔喉分選性好，物性較好（圖2b、圖2c）。

（3）殘余粒屑白云巖 主要為殘余礫屑結(jié)構(gòu)的粉晶白云巖（圖2d），多呈黃灰—灰色，具有粒屑結(jié)構(gòu)，其晶體顆粒較大，一般為粉屑—砂屑結(jié)構(gòu)，發(fā)育縫合線。粒屑白云巖的礫屑成分一般為泥晶白云石，礫屑磨圓較好，大多數(shù)為次圓狀，反映了水動(dòng)力較強(qiáng)的沉積環(huán)境，被水流搬運(yùn)、沖刷和磨圓形成，主要分布在潮間帶。

2.2 物性特征

根據(jù)巖心物性分析，馬五5亞段儲(chǔ)集層孔隙度為0.04%～13.83%，平均孔隙度為2.96%；滲透率為0～123.88 mD，平均滲透率為3.82 mD。鮞粒白云巖的平均孔隙度最高，可達(dá)7.40%；其次是粉晶白云巖，孔隙度為4.92%；溶洞充填物孔隙度為4.74%，其余巖性的平均孔隙度均小于4.00%。鮞粒白云巖的滲透率大于1.00 mD，具有較好的孔隙連通性。通過(guò)對(duì)馬五5亞段儲(chǔ)集層孔隙度與滲透率的關(guān)系分析，孔隙度與滲透率整體呈正相關(guān)關(guān)系，但在孔隙度小于3.00%的區(qū)域，由于受微裂縫的影響，滲透率表現(xiàn)出一定程度的增大，但儲(chǔ)集空間仍以孔隙型為主。因此，馬五5亞段儲(chǔ)集層總體為孔隙型儲(chǔ)集層，伴有少量的裂縫—孔隙型儲(chǔ)集層。

2.3 孔隙結(jié)構(gòu)

馬五5亞段儲(chǔ)集層孔隙主要為晶間孔和晶間溶孔，也發(fā)育構(gòu)造作用形成的裂縫，具有較好的儲(chǔ)集性能。

（1）晶間孔和晶間溶孔 主要發(fā)育于粗粉晶—細(xì)晶白云巖中（圖2b、圖2c），也見(jiàn)膏核溶孔白云巖中，呈多邊形或不規(guī)則形狀，孔徑為2～25 μm。晶間溶孔是晶間孔經(jīng)過(guò)溶蝕擴(kuò)大而成，其形態(tài)多呈不規(guī)則狀，孔壁彎曲呈港灣狀，孔徑比晶間孔大，孔隙周?chē)陌自剖Ｓ懈蹫碃钊芪g痕跡。細(xì)晶白云巖一般不含石膏結(jié)核或溶斑，晶間孔和晶間溶孔面孔率最高可達(dá)14%，可形成良好的儲(chǔ)集層。

（2）石膏晶模溶孔 石膏晶模溶孔是石膏晶體發(fā)生溶解后產(chǎn)生的孔隙，也稱(chēng)石膏晶體鑄模孔[6]，多呈板狀或細(xì)棒狀（圖2e），孔徑一般比石膏核小，通常為0.50～1.00 mm。研究區(qū)馬五5亞段白云巖晶模溶孔未被充填、半充填或全充填，面孔率可達(dá)5%。當(dāng)白云巖僅有石膏晶?？讜r(shí)，巖石物性一般較差或中等；當(dāng)石膏核溶孔和石膏晶模溶孔共同出現(xiàn)時(shí)，孔隙度一般較高，孔隙之間連通性也較好。

（3）微孔—裂縫 蘇里格氣田東區(qū)馬五5氣藏裂縫有構(gòu)造裂縫和壓溶縫合線裂縫，以構(gòu)造裂縫為主（圖2f）。在石膏晶模孔泥晶白云巖中，以少量分散的半—全充填膏核孔為主要儲(chǔ)集空間，晶間孔不太發(fā)育，若有裂縫為其提供滲流通道，可以提高其儲(chǔ)集性能。微孔型白云巖物性一般較差，孔徑為0.01～0.02 mm，孔隙度為3.00%～5.00%，滲透率小于0.01 mD。

3 富集區(qū)優(yōu)選

在勘探開(kāi)發(fā)成果的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)儲(chǔ)集層沉積環(huán)境、物性、厚度、巖溶地貌等因素的研究，探索馬五5亞段有效儲(chǔ)集層分布規(guī)律，并進(jìn)行儲(chǔ)集層綜合分類(lèi)評(píng)價(jià)，預(yù)測(cè)出蘇里格氣田東區(qū)馬五5氣藏的天然氣有利富集區(qū)。

3.1 有效儲(chǔ)集層主控因素

3.1.1 沉積微相控制有效儲(chǔ)集層的分布

沉積相分析表明，其在整個(gè)馬五5儲(chǔ)集層的形成過(guò)程中有著重要的作用，決定了沉積環(huán)境范圍內(nèi)的巖石類(lèi)型[7-10]。在局限—蒸發(fā)海臺(tái)地的背景下，馬五5亞段沉積期，蘇里格氣田東區(qū)處于海退時(shí)期中的短暫海進(jìn)期，水體相對(duì)較深，沉積界面整體處于正常浪基面之下，沉積環(huán)境相對(duì)開(kāi)闊，整體以潮間灰坪和灰云坪為主，主要發(fā)育深灰色泥晶灰?guī)r[11-12]。沿剝蝕線邊緣，分布大小不等的顆粒灘，是潮間帶下部的高能環(huán)境沉積。局部隆起部位地勢(shì)相對(duì)較高，水體較淺，分布準(zhǔn)同生期白云巖，可見(jiàn)一些硬石膏結(jié)核和石膏假晶，東部大面積仍為灰坪。在馬五5亞段沉積末期，水體逐漸變淺，開(kāi)始出現(xiàn)蒸發(fā)巖沉積，以發(fā)育潮上白云坪為主，白云坪中發(fā)育少量石膏假晶，為海退沉積[13-14]。總之，蘇里格氣田東區(qū)馬五5亞段儲(chǔ)集層不具備廣泛發(fā)育白云巖的沉積環(huán)境，局部發(fā)育的白云坪和藻屑灘是最有利的沉積微相，控制有效儲(chǔ)集層的分布（圖3）。綜合分析認(rèn)為，馬五5亞段潮上帶發(fā)育的白云巖是天然氣藏有效儲(chǔ)集層的基礎(chǔ)，而成巖作用是決定其儲(chǔ)集性能的關(guān)鍵。

3.1.2 成巖作用控制有效儲(chǔ)集層的儲(chǔ)集性能

蘇里格氣田東區(qū)馬五5亞段發(fā)育于潮坪環(huán)境，其白云巖是在局部隆起部位、間歇出露海平面蒸發(fā)潮坪沉積，通過(guò)準(zhǔn)同生白云化作用，經(jīng)后期改造成儲(chǔ)集性能良好的儲(chǔ)集層，進(jìn)而形成高產(chǎn)氣藏。研究認(rèn)為，蘇里格氣田東區(qū)馬五5氣藏儲(chǔ)集層的成巖作用主要是白云巖化作用，主要發(fā)育準(zhǔn)同生成因和埋藏成因的白云巖，是準(zhǔn)同生期和埋藏期2 種白云巖化作用的產(chǎn)物。其儲(chǔ)集空間主要是晶間孔，而埋藏成巖作用是晶間孔形成的關(guān)鍵，決定了白云巖是否具有儲(chǔ)集性能。

準(zhǔn)同生白云巖化作用常形成泥晶白云巖、含泥白云巖、石膏質(zhì)白云巖等，這些類(lèi)型的巖石粒度細(xì)，有水平紋層，孔隙度小，滲透率低[15-16]。蘇里格氣田東區(qū)馬五5亞段儲(chǔ)集層中，準(zhǔn)同生期白云巖粒度較細(xì)，一般以微晶為主（圖4a），保留很好的原生沉積構(gòu)造，如紋層狀構(gòu)造（圖4b）；晶粒以自形為主（圖4c），環(huán)帶構(gòu)造不明顯，常與石膏假晶、鳥(niǎo)眼構(gòu)造相伴生。準(zhǔn)同生白云巖后期重結(jié)晶可形成粉—細(xì)晶白云巖，但晶間孔同樣不發(fā)育。

埋藏白云巖化作用主要發(fā)生在準(zhǔn)同生期巖溶形成的孔、洞和縫邊緣[17-18]。淺埋藏期，蒸發(fā)泵作用較強(qiáng)，為白云巖化作用提供充足的富鎂鹵水，但由于缺乏廣泛分布的有效下滲通道[19]，不能引起大面積白云巖化，因此，馬五5亞段白云巖呈透鏡狀分布。深埋藏期，隨著埋藏深度不斷增加和溫度不斷升高，封存于潮坪環(huán)境中的大量鹵水在上覆地層壓實(shí)作用下，不斷側(cè)向排出富鎂流體，使水下隆起部位透鏡狀白云巖范圍不斷擴(kuò)大。蘇里格氣田東區(qū)埋藏成因的白云巖中，白云石晶?？傮w較大，多為粉晶以上（圖4d），以半自形為主（圖4e），但在白云質(zhì)灰?guī)r中以自形為主。白云巖中可見(jiàn)少量石膏，并呈現(xiàn)出團(tuán)塊狀或不均勻狀分布的特點(diǎn)。所形成的白云石可與黃鐵礦共生，晶體較大，且晶間孔與溶蝕孔洞連通性較好，為還原條件下的產(chǎn)物（圖4f）。

3.1.3 沉積古地形相對(duì)高部位有利于白云巖化

準(zhǔn)同生期白云巖化作用主要發(fā)生在潮上帶，由于氣候干燥，蒸發(fā)作用強(qiáng)烈，粒間水不斷向空氣中散發(fā)[20-21]。與此同時(shí)，海水又通過(guò)毛細(xì)管作用，源源不斷補(bǔ)充到疏松沉積物顆粒之間，使其鹽度不斷增高，正常海水變成鹽水。現(xiàn)代沉積研究表明，蒸發(fā)濃縮作用產(chǎn)生的毛細(xì)管力是富鎂鹵水向高部位運(yùn)移的動(dòng)力[22-24]。因此，古地形高部位蒸發(fā)作用越強(qiáng)，毛細(xì)管濃縮作用越強(qiáng)，富鎂鹵水在地形高部位富集程度越高，白云巖化作用越強(qiáng)。

在淺水高能環(huán)境中，水下隆起部位由于波浪作用較強(qiáng)，沉積介質(zhì)篩選作用亦強(qiáng)，易形成碳酸巖顆粒灘，水下洼地低能處則以灰泥沉積為主[25-26]。表層蒸發(fā)富鎂鹵水進(jìn)入到水下高部位后，易交代的顆?；?guī)r形成透鏡體狀白云巖，洼地雖然Mg2+濃度較高，但由于沉積灰泥巖難以交代Ca2+，導(dǎo)致白云巖化作用較弱。因此，水下隆起部位是白云巖化有利部位[19]。

在馬五5亞段沉積期，蘇里格氣田東區(qū)中—北部位于靖西臺(tái)坪，水體相對(duì)較淺，主要為潮上帶沉積；南部位于靖邊緩坡，水體相對(duì)較深，以潮間及潮下帶沉積為主。因此，根據(jù)臺(tái)地增生理論，無(wú)論是潮上低能帶或是潮下高能帶，古地形相對(duì)高部位都有利于白云巖化作用發(fā)生（圖5）。

3.2 馬五5氣藏白云巖展布規(guī)律

通過(guò)對(duì)蘇里格氣田東區(qū)馬五5氣藏的儲(chǔ)集層特征及有效儲(chǔ)集層主控因素分析認(rèn)為，馬五5氣藏與白云巖厚度及有效儲(chǔ)集層厚度具有很好的正相關(guān)性，白云巖分布面積和厚度對(duì)氣藏具有重要的控制作用?？碧介_(kāi)發(fā)實(shí)踐證明，氣井鉆遇的馬五5亞段有效儲(chǔ)集層厚度越大，無(wú)阻流量越高。這是由于粒屑灰?guī)r在白云巖化作用下形成白云巖，晶間孔增大，孔隙度和滲透率增大，天然氣更易進(jìn)入高孔滲的白云巖儲(chǔ)集層中聚集成藏。

在馬五5亞段沉積末期，水體逐漸變淺，至馬五4亞段沉積期為水體最淺的潮上帶蒸發(fā)環(huán)境，含膏模孔白云巖在蘇里格氣田東區(qū)廣泛穩(wěn)定分布，可認(rèn)為馬五4亞段沉積期基本被填平。因此，馬五4亞段厚度變化可大致反映與其相鄰階段的馬五5亞段沉積格局，即馬五4亞段薄的位置對(duì)應(yīng)馬五5亞段沉積期地形較高部位，也就是白云巖較發(fā)育部位。因此，可利用馬五5亞段白云巖發(fā)育程度與馬五4亞段厚度，預(yù)測(cè)馬五5亞段白云巖儲(chǔ)集層展布。通過(guò)統(tǒng)計(jì)蘇里格氣田東區(qū)完鉆井馬五4亞段厚度，刻畫(huà)出馬五4亞段厚度平面分布。分析表明，由東北向西南方向，馬五4亞段整體逐漸變薄，其沉積期地形整體變高，則馬五5氣藏白云巖儲(chǔ)集層由東北部至西南部逐漸變好，實(shí)鉆結(jié)果與預(yù)測(cè)符合度較高。

3.3 有利儲(chǔ)集層優(yōu)選結(jié)果

根據(jù)馬五5氣藏儲(chǔ)集層特征以及有效儲(chǔ)集層主控因素，將蘇里格氣田東區(qū)有利儲(chǔ)集層分為3 類(lèi)，其中Ⅰ類(lèi)有利儲(chǔ)集層為潮上—潮間含膏白云坪相和潮下顆粒灘相，有效厚度大于4 m，儲(chǔ)集空間為溶蝕孔洞和裂縫，孔隙度大于7.00%，滲透率大于2.00 mD，分布面積約為56 km2；Ⅱ類(lèi)有利儲(chǔ)集層為潮上潮間白云坪相和潮下白云坪相，有效厚度2～4 m，儲(chǔ)集空間為溶孔和裂縫，孔隙度5.00%～7.00%，滲透率0.30～2.00 mD，分布面積98 km2；Ⅲ類(lèi)有利儲(chǔ)集層為含泥白云坪和灰質(zhì)白云坪相，有效厚度小于2 m，儲(chǔ)集空間為晶間孔和溶孔，孔隙度小于5.00%，滲透率小于0.30 mD，分布面積97 km2（圖6）。總之，馬五5氣藏白云巖儲(chǔ)集層非均質(zhì)性強(qiáng)，橫向變化快，發(fā)育規(guī)模小，呈透鏡狀零星分布。

4 結(jié)論

（1）蘇里格氣田東區(qū)馬五5氣藏儲(chǔ)集層呈透鏡狀分布，連片性差，最有利的儲(chǔ)集體是顆粒白云巖和粗粉晶白云巖，主要儲(chǔ)集空間為晶間孔、晶間溶孔和構(gòu)造裂縫。

（2）馬五5氣藏不具備廣泛發(fā)育白云巖的沉積環(huán)境，而局部發(fā)育的白云坪相和藻屑灘是天然氣富集的有利目標(biāo)區(qū)，顆粒灘是馬五5氣藏儲(chǔ)集層白云巖最有利的沉積微相。

（3）沉積相和成巖作用是馬五5氣藏儲(chǔ)集層的主控因素，沉積環(huán)境控制了有效儲(chǔ)集層的發(fā)育，成巖作用是馬五5氣藏天然氣富集的關(guān)鍵因素，有效儲(chǔ)集層主要受控于準(zhǔn)同生白云巖化作用和埋藏白云巖化作用。馬五5亞段沉積期地形相對(duì)高部位是白云巖發(fā)育的有利區(qū)。