黑家堡地区长4+5_2致密...孔隙结构特征及影响因素分析_陈沫.pdf

收稿日期：；修订日期：。作者简介：陈沫（），男，在读硕士研究生，现从事致密油储层研究。：。文章编号：（）黑家堡地区长 致密砂岩孔隙结构特征及影响因素分析陈 沫，（西安石油大学地球科学与工程学院，陕西西安；陕西省油气成藏地质学重点实验室，陕西西安）摘要：针对鄂尔多斯盆地黑家堡地区长 致密储层孔隙结构复杂及影响因素不明的问题，利用测井、常规物性、扫描电镜、铸体薄片及高压压汞测试等方法，得到长 发育的四类孔隙结构，其中类和类为勘探目标首选，并将成果应用于长 油藏。实践结果表明，研究区长 储层平均孔隙度为 ，平均渗透率为 ，属于典型的致密砂岩储层，残余粒间孔为主要的储集空间类型；孔喉尺度主要以纳米级为主，其次为微米级，平均孔喉半径分布在 ；类和类孔隙结构发育的水下分流河道和河口坝微相孔隙结构最优，为勘探和开发的重点目标。根据储层孔隙结构评价结果，在研究区划分出三类勘探区带，作为勘探开发的优选区。细粒砂岩沉积为长 不同孔隙结构系统的形成提供了基础，强压实作用使得孔隙结构更加复杂化，研究成果为研究区下一步勘探及开发提供借鉴。关键词：孔隙结构；致密砂岩储层；成岩演化；沉积微相；延长组；长 中图分类号：文献标识码：，（，；，）：，年 月石 油 地 质 与 工 程 第 卷 第 期：；致密砂岩为非常规油气储层的重要类型，已成为油气勘探开发和增储上产的重要领域。与常规砂岩储层相比，致密砂岩具有物性差、孔隙结构复杂、非均质性强的特点。因此，储层的微观孔喉结构是制约和影响流体储存和渗流能力的关键因素。国内外学者对致密砂岩储层特征、成岩与孔隙演化、形成机理做了大量研究。徐梦龙等认为成岩作用对储层物性具有重要作用；罗静兰等认为差异性成岩演化是导致储层储集质量及其在时空分布上具有强非均质性的关键因素；张茜等认为沉积与成岩作用是影响岩性油藏相对优质储层品质的主导因素；朱筱敏等认为致密储层的原始沉积环境控制了其储层物质基础，成岩演化控制了储层的物性演化；王恩泽等认为储层的物性受控于孔隙类型和孔隙结构。由于沉积条件和成岩演化历史的不同，使得致密砂岩发育的微米 纳米级复杂孔喉系统，因研究地区或层位的不同而表现出很大的差异性。位于鄂尔多斯盆地东南部的七里村油田以往勘探开发的目的层为三叠系延长组长 油层组。该油田经过几十年的勘探开发，目前面临着缺少有利勘探区块的局面。近年来，通过转变勘探思路，在继续深化勘探长 油层组的同时，兼探上部的长 油层组，获得了一批工业油流井，初步显示了良好的勘探前景。由于长 致密砂岩孔隙结构复杂，油井产量变化较大，制约了勘探开发进程。本文以黑家堡地区为例，利用常规物性、扫描电镜、铸体薄片、高压压汞测试等方法，对长 微观孔隙结构特征进行研究，为油田后续开发提供支持。地质背景鄂尔多斯盆地按照构造单元可划分为伊盟隆起、渭北隆起、晋西挠褶带、陕北斜坡、天环坳陷及西缘逆冲断裂构造带 个一级构造单元，是我国重要的致密油生产开发基地。研究区延长组地层由下向上划分为十个油层组，其中长 油层组沉积时期为晚三叠最大湖泛期，湖盆中心发育优质烃源岩；长 油层组为主要含油层位，目前已进入开发后期，增储上产难度较大。近年来，随着勘探开发的深入，局部地区发现长 有商业油层的分布。黑家堡地区长 沉积期处于鄂尔多斯湖盆收缩、水体变浅时期，主要发育三角洲前缘水下分流河道和水下分流间湾沉积。长 油层组自下而上又分为长 和长 两个油层亚组，其中长 有油气显示，为本文的主要研究层位，以发育浅灰色粉细砂岩与暗色泥岩互层为主，油藏类型属于岩性油气藏，具有典型的低孔低渗特征，油藏大面积准连续分布，无明显油水边界；而长 为长 及长 油层组的区域盖层。岩石学与物性特征 岩石学特征研究区薄片鉴定分析结果表明，长 油层组岩性为细粒长石砂岩。碎屑的体积分数为 ，长石和石英构成碎屑组分的主体，碎屑组分中长石 的 体 积 分 数 为 ，平 均 为，其中以钾长石为主，斜长石次之；石英的体积分数为 ，平均为；岩屑的体积分数为 ，平均为 ；云母的体积分数为 ，平均为 。研究区长 油层组填隙物组分总体变化较大，体积分数为 ，平均为；胶结物主要为绿泥石和方解石，其中绿泥石的体积分数为，方解石的体积分数为 ，其次为水云母（）和白云石（）。物性特征研究区 口取心井 块长 岩心样品实验数据表明，长 孔隙度分布在 ，平均为 ，孔隙度主峰为 ，占比为，其次为 ，占比，大于 的仅占；渗透率分布在 ，平均为 ，渗透率主峰为 ，占比 ，其次为 ，占比 。根据储层分类方案，确定黑家堡地区长 储层为致密型储层，渗流能力较差。孔隙结构特征及评价 孔隙类型铸体薄片和扫描电镜资料观察结果表明，研究区长 储层平均面孔率为 。研究区发育石 油 地 质 与 工 程 年 第 期原生孔隙和次生孔隙，微裂缝（图）在样品中偶有发育，对于改善储层物性、增强储层连通性方面具有建设性作用。原生孔隙是研究区长 储层最主要的孔隙类型，主要为残余粒间孔（图），平均面孔率 ，占总面孔率的 ；次生孔隙主要为次生溶孔和少量晶间孔，溶孔主要为浊沸石溶孔（图、）和长石溶孔（图），溶孔平均面孔率为，占总面孔率的 。郭 井，颗粒压嵌，石英加大使孔隙基本消失，云母泥化，可见少量微裂缝；延 井，薄膜发育，云母溶孔、粒间孔为主的储集类型；延 井，浊沸石溶孔，孔隙中有浊沸石溶蚀残余；郭 井，颗粒压嵌并定向排列成致密结构，石英加大显著；延 井，浊沸石斑状胶结，溶蚀较为强烈，孔隙中仍然残余浊沸石残晶；延 井，方解石胶结，粒间孔隙基本消失，残余孔隙孤立状分布；延 井，长石溶蚀，形成次生孔。粒间分布绿泥石、少量伊利石；郭 井，粒间孔分布绿泥石、伊利石；延 井，石英具次生加大，粒间孔分布绿泥石、自生石英。图 黑家堡地区长 孔隙类型及成岩演化特征 孔喉大小及分布根据高压压汞实验数据得到研究区 个样品孔喉半径分布特征曲线图，通过曲线形态可以看出，不同样品的孔喉半径分布曲线存在不同的峰值且分布区间差异明显，呈现出单峰、双峰的特点；孔喉半径多分布在 以下，其中 是主要的分布区间，只有少数的孔喉半径大于（图）。高压压汞实验无法区分孔隙和喉道，因为孔隙在某个范围集中发育会导致孔喉半径分布出现峰值，且某个量级喉道对应较多大孔隙也会出现峰值。当孔喉分布呈单峰形态、孔喉半径的峰值大于 时，表明样品喉道分选较好，喉道分布均匀，以一种孔喉类型为主，且孔喉连通性好，表征残余粒图 黑家堡地区长 高压压汞孔喉半径分布特征曲线间孔及溶蚀大孔的分布，为水下分流河道中发育的优质储层；当孔喉分布呈双峰形态、孔喉半径峰值多分布 时，样品喉道分选一般或较差，以陈 沫 黑家堡地区长 致密砂岩孔隙结构特征及影响因素分析两种孔喉为主，主要反映部分溶蚀孔、黏土矿物晶间孔和喉道的分布，主要对应河口坝砂体，成岩过程中产生的次生孔隙为油气提供了储集空间，此类型样品曲线在孔喉半径小于 的范围内出现跳跃，数个低峰值对应进汞曲线的缓慢上升段，各小段体积分数较小，但占总体积分数的比例较大；当孔喉半径峰值小于 、且孔喉半径主体都分布在 以下时，代表无效储层，该类样品对应的储层发育在水下分流间湾砂体中，成岩演化过程使该类储层丧失了大部分孔隙喉道，油气难以进入。孔喉连通性最大汞饱和度反映了样品有效孔隙空间的进汞量，也反映了孔喉的连通程度，可以作为评价孔喉连通性的有效参数。根据研究区 井的 个压汞样品和 井的 个样品的高压压汞实验结果可知，长 层最大汞饱和度为 ，平均为 ，即在总的有效孔隙中，一条喉道至少连通 的储集空间，连通性为中等偏好；孔喉的连通程度存在较大差异，反映储层孔隙结构非均质性较强，较好的孔喉的汞饱和度大于，代表“甜点”的分布；差的孔喉的汞饱和度仅，代表无效储层（图）。图 黑家堡地区长 高压压汞毛管压力曲线退汞效率是另一个可以有效表征孔喉连通性的参数，孔隙结构越好，退汞效率越高。根据压汞实验结果 可 以 得 到 样 品 的 退 汞 效 率 为 ，平均为 ，退汞效率较低，大量汞残余在孔喉中，表明孔喉细小、渗流能力弱。样品的进汞效率也存在明显差异，但退汞效率差异不明显，无法通过退汞效率对不同类型孔隙结构的连通性进行分析。退汞饱和度也存在较大差异，图 中蓝色曲线为样品退汞饱和度范围在 ，其孔喉半径主体大于 ，表明其连通性强；红色曲线 和 黄 色 曲 线 为 样 品 退 汞 饱 和 度 范 围 在 ，孔喉半径主体为 ，黄色曲线的连通性次于红色曲线的；绿色曲线的退汞饱和度最低，为 ，对应中值孔喉半径主体小于 ，连通性差，无法形成有效的渗流网络。孔喉结构及评价根据储层孔隙度和渗透率的大小，结合压汞曲线形态特征，将研究区长 层孔隙结构划分为四种类型，并选取具有代表性的样品进行分析。类孔隙结构：孔隙度大于，渗透率大于 ，压汞曲线形态具有明显的平台结构（图），中值压力为 ，平均为 ，较低的中值压力说明储层孔隙结构及连通性好，分选较好，分选系数平均 ，排驱压力一般小于 ，中值孔喉半径大于 ，最大进汞饱和度一般高于。选取 井 深度处的代表性样品进行分析，孔喉半径分布在 ，对渗透率做主要贡献的主力孔喉半径分布在 ，贡献率达 ，但其所占频率值为。虽然样品的孔喉半径分布范围较大，但对渗透率起到贡献作用的孔喉半径较大，这说明在该样品中大孔喉为渗流的主要通道。类孔隙结构：孔隙度为 ，渗透率为 ，压汞曲线具有明显的平台段（图），平均中值压力为 ，孔喉连通性相对较差，分选中等 差，排驱压力为 ，中值孔喉半径大于 ，最大进汞饱和度高于。选取 井 深度处的代表性样品进行分析，孔喉半径分布范围为 ，对渗透率起主要贡献的孔喉半径分布范围为 ，贡献率达，但其所占频率值为。类孔隙结构：孔隙度为 ，渗透率为 ，压汞曲线平台段较明显（图），平均中值压力为 ，较高的中值压力表明孔喉连通性和分选较差，排驱压力为 ，中值孔喉半径大于 ，最大进汞饱和度高于。选取 井 深度处的代表性样品进行分析，孔喉半径分布范围为 ，对渗透率做主要贡献的孔喉半径分布范围为 ，贡献率达 ，但其所占频率值为 。类孔隙结构：孔隙度小于，渗透率小于，压汞曲线进汞段无平台结构（图），物性差，排驱压力一般高于，最大进汞饱和度一般低于。该类孔隙结构油气无法充注，代表无效储层。选取 井 深度处的代表性样品石 油 地 质 与 工 程 年 第 期进行分析，孔喉半径分布范围为 ，对渗透率的主要贡献范围为 ，贡献率达，但其所占频率值为。孔隙结构影响因素 沉积微相研究区长 储层砂岩颗粒磨圆度较好，主要为次棱状及次圆状，接触关系以线接触及点线接触为主，分选性中 好；粒度曲线峰值约，主峰位于细砂范围内，粒级分布也主要为细砂，指示浅水沉积环境。研究区长 沉积期主体位于三角洲前缘，发育水下分流河道、河口坝及水下分流间湾三种沉积微相。不同的沉积微相具有不同的测井曲线形态，实测物性数据也有明显差异。将研究区 井、井、井、井四口采油井的 个实测物性数据与测井曲线对应，并区分其对应的沉积微相，从表 可以看出，水下分流河道微相物性最佳，是研究区的最优储层，一般对应类孔隙结构；其次是河口坝微相，其物性条件比水下分流河道略差，主要对应类孔隙结构和部分类孔隙结构；水下分流间湾微相的物性条件最差，部分实测物性数据表示其为无效储层，主要对应类孔隙结构和部分类孔隙结构。实测物性数据与沉积微相的对应关系与以往对储层的认识相符，这也佐证了沉积微相对储层孔隙结构具有一定的影响。表 黑家堡地区长 沉积微相划分沉积微相类型 样品数 个 平均孔隙度 平均渗透率水下分流河道 河口坝 水下分流间湾 成岩演化过程通过铸体薄片及扫描电镜观察分析，研究区长 储层主要成岩演化作用为压实作用、胶结作用和溶蚀作用。机械压实作用在早成岩 期，研究区发生了强烈的机械压实作用，地史时期，研究区长 埋深达到 ，后期的抬升及剥蚀使其埋深变浅。在长 沉积期，研究区以细砂岩为主，岩石抗压实能力差，而强烈的压实作用致使大量的原生孔隙损失，颗粒紧密接触使孔喉变得细小，储层致密化。根据薄片观察结果，岩石颗粒压嵌并定向排列，形成致密结构（图）。胶结作用（）硅质胶结。研究区长 储层石英次生加大边现象发育较为普遍（图、图），早成岩 期 中成岩 期，伴随埋深加大，石英加大发育，石英加大胶结物含量为 ，平均为 。部分矿物颗粒表面被石英次生加大边环绕，另外也发育孔隙充填式胶结，虽然微晶石英含量低，但硅质胶结物对孔隙喉道的充填、堵塞不仅使孔隙空间变小、孔喉半径缩小，也使储层的渗流能力降低和质量下降，储层非均质性增强，孔隙结构复杂化。（）碳酸盐胶结。研究区发生了两期碳酸盐胶结，碳酸盐胶结作用主要表现为方解石胶结（图），方解石胶结物含量为 ，平均值为，在研究区较为发育。镜下观察发现，方解石常被染成红色，并呈嵌晶状充填于颗粒之间或交代骨架颗粒，使粒间孔基本消失，造成一些残余的粒间孔呈孤立状分布。（）浊沸石胶结。浊沸石呈斑状胶结，是研究区较为常见的胶结类型（图），成岩早期，在碎屑颗粒弱压实的条件下，浊沸石沉淀充填粒间孔隙，并支撑孔隙，在成岩后期受酸性流体作用易发生溶蚀形成溶蚀孔。（）黏土矿物胶结。研究区长 黏土矿物胶结作用主要为自生绿泥石（图、图、图）和自生伊利石（图、图）的胶结作用。早成岩 期，绿泥石胶结物开始形成，绿泥石以包膜形式包裹碎屑颗粒和以杂基形式充填粒间孔两种形式存在，含量为 ，平均值为 。绿泥石通过阻隔孔隙水与碎屑颗粒接触，抑制石英和长石的次生加大，且绿泥石对颗粒的支撑有效抵抗了压实，保护了原生孔隙及其结构，有效抑制了储层的致密化。溶蚀作用溶蚀作用是研究区长 致密砂岩储层孔隙发育的重要机理，进入早成岩 期 中成岩 期，埋深加大导致溶蚀作用普遍发育，主要的溶蚀作用为长石（图）和浊沸石的溶蚀作用（图、），也可见少量的杂基溶孔，溶孔平均面孔率为 ，占总面孔率的 。观察铸体薄片发现，强烈的长石溶蚀和浊沸石溶蚀作用形成一定量的不规则粒内溶孔，部分样品甚至可以观察到颗粒几乎彻底溶蚀后形成的铸模孔，溶蚀作用对储层物性的改善及储集能力优化具有重要影响。结合孔隙度演化模型，研究区在早成岩阶段受强压实作用影响，大量原生孔隙丧失，但仍保留了部分孔隙；进入早成岩 期及中成岩阶段，长石及浊沸石等矿物发生溶蚀作用，孔隙度上升，储层物性有所陈 沫 黑家堡地区长 致密砂岩孔隙结构特征及影响因素分析改善；到中成岩晚期，绿泥石胶结，孔隙度有所降低。有利区划分根据储层孔隙结构评价，并结合孔隙度和渗透率分布状况，在沉积微相展布及含油面积展布的基础上，划分三类勘探区带，其中类为最优勘探区带，位于砂体发育的水下分流河道中心，河道中央向两翼随着砂体厚度及沉积相带的变化，发育类和类储层（图）。图 黑家堡地区长 有利勘探区划分 结论（）研究区长 储层岩石类型为细粒长石砂岩，平均孔隙度为 ，平均渗透率为 ，属于强非均质性致密储层。储层发育多种孔隙类型，但对原油储集起主要作用的是残余粒间孔及次生溶孔。（）根据压汞曲线，结合物性分析，将研究区孔隙结构类型分为四类，其中类孔隙结构为最优孔隙结构，是勘探开发的优选区，其压汞曲线平台段明显，孔喉分布呈现单峰特点，孔喉半径主峰大于，该类型孔隙结构对应储层孔隙度大于，渗透率大于 ，对应水下分流河道中发育的优质储层，孔隙类型为残余粒间孔和溶蚀大孔；类、类是勘探开发次选区。在孔隙分类基础上，结合研究区井位分布、沉积相展布，划分了三类勘探区，为勘探开发提供借鉴。（）沉积微相奠定了研究区长 孔隙结构演化的基础，强压实作用损失了大量孔隙，但仍保留部分原生孔隙，胶结作用使孔隙更为致密，但部分胶结作用如绿泥石膜的形成也对储层起一定的保护作用，长石及浊沸石溶蚀作为主要的建设性成岩作用，为储层贡献了 的面孔率。参考文献 郑和荣，刘忠群，徐士林，等 四川盆地中国石化探区须家河组致密砂岩气勘探开发进展与攻关方向 石油与天然气地质，（）：黎茂稳，马晓潇，金之钧，等 中国海、陆相页岩层系岩相组合多样性与非常规油气勘探意义 石油与天然气地质，（）：徐梦龙，何治亮，尹伟，等 鄂尔多斯盆地镇泾地区延长组 段致密砂岩储层特征及主控因素 石油与天然气地质，（）：（下转第 页）石 油 地 质 与 工 程 年 第 期 梁爽，王燕琨，金树堂，等 滨里海盆地构造演化对油气的控制作用 石油实验地质，（）：谢华锋 滨里海盆地东缘石炭纪构造演化的沉积作用响应 北京：中国地质大学（北京），（），：，：，（）：，：，：，：，：，：，：，：赵约翰 沾化凹陷东部长堤凸起周缘生物灰岩地震相及储层预测技术研究 石油地质与工程，（）：熊冉，张天付，乔占峰，等 塔里木盆地奥陶系蓬莱坝组碳酸盐岩缓坡沉积特征及油气勘探意义 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