郝 骞 张志刚 靳福广 孙卫峰 杜 鹏 薛 雯 马志欣

（1.中国石油长庆油田苏里格气田研究中心 2.低渗透油气田勘探开发国家工程实验室）

0 引言

低渗致密砂岩储层作为渗透率极低的一类砂岩储层，具有气藏构造平缓、埋藏较深、岩性致密、低孔低渗、次生孔隙相对发育、地质储量可观、产量较低等特点，最早在美国得到重视并实现了规模开发，成为常规天然气最有效的接替资源[1-3]。但时至今日，这类“低渗致密”仍是一个相对的概念，目前并无统一的评价标准和界限，其界限值也在不断变化，需要根据具体国家、具体地区的资源状况及技术经济条件来制定其描述和评价的标准。

苏里格气田苏120区块位于鄂尔多斯盆地伊陕斜坡西北部，区块面积4500 km2，储层盒8段、山1段是一套以河流—三角洲为主的陆源碎屑沉积[4-8]，整体表现为低孔低渗致密砂岩储层特征，是中国低渗致密砂岩储层的典型代表。该区靠近天环凹陷，气-水关系复杂，储层非均质性极强，开发时间晚，是2014年苏里格气田230×108m3/a天然气稳产开发工作的难点。

1 储层岩石学及物性特征

1.1 储层岩石学特征

据岩石薄片、铸体薄片统计，苏120区块盒8段及山1段砂岩类型主要为岩屑石英砂岩和石英砂岩，石英含量达86.3%，碎屑成分主要为石英和岩屑（多含变质岩屑及火成岩屑），填隙物含量由高到低分别为山1段 （17.74%）、 盒8上亚段 （14.19%）、 盒8下亚段（13.13%），其中山1段及盒8上亚段填隙物类型主要为粘土矿物和硅质，盒8下亚段填隙物类型主要为粘土矿物、硅质和水云母。

1.2 储层物性特征

据苏120区块岩石样品岩心物性实验结果 （表1），盒8段砂岩孔隙度分布在3.30%～10.22%之间，平均值为8.08%，其在6%～9%之间分布较多，累计频率达61%，渗透率分布在0.21～1.14 mD之间，平均值为0.56 mD，其在0.3～1mD之间分布较多，累计频率达83%；山1段孔隙度分布在2.30%～13.24%之间，平均值为9.24%，其在6%～12%之间分布均匀，累计频率达85%，渗透率分布在0.18～0.54 mD之间，平均值为0.37 mD，主要分布在0.1～0.3 mD之间，累计频率达43%。

表1 研究区小层物性统计表

2 储层微观特征

2.1 铸体薄片及扫描电镜研究微观孔隙结构

铸体薄片孔隙结构参数统计表明（表2），苏120区块盒8段砂岩孔隙类型主要为中孔和细孔，山1段砂岩孔隙类型主要为细孔和微孔，对比这两个层段，盒8段平均孔隙半径大于山1段。同样，盒8段砂岩孔隙总数和面孔率值均大于山1段。岩石的比表面越大，说明其骨架分散程度越高，颗粒越细，山1段砂岩平均比表面高于盒8段，说明山1段砂岩颗粒更细。由平均孔隙半径、平均孔喉比及平均配位数可知，山1段砂岩连通的喉道宽度较盒8段更小。均质系数是表征孔隙中每个孔隙半径与最大连通孔隙半径偏离程度的总值，变化范围为0～1，其值越大，说明孔隙分布越均匀，结合均质系数和平均形状因子认为，盒8及山1段孔隙分布很不均匀。分选系数能反映孔隙的分散程度，其值越大，孔隙的分散程度就越高，由分选系数统计值可知，盒8段砂岩的孔隙分散程度较山1段高。综合铸体薄片孔隙结构各个参数统计结果可知，苏120区块盒8段砂岩储层物性优于山1段。

表2 苏120井区铸体薄片孔隙结构参数统计表

铸体薄片及扫描电镜检测表明（图1），该区盒8上亚段孔隙类型主要有岩屑溶孔（51.02%）和晶间孔（48.98%），盒8下亚段主要有岩屑溶孔（38.30%）、晶间孔（53.20%）和长石溶孔（8.51%）；山1段以晶间孔为主，其次为岩屑溶孔，分别占总孔隙的76.47%和23.53%。对比邻近苏47、苏48区块[9-10]，苏120区块残余粒间孔几乎完全消失，晶间孔发育，储集空间相对更小。

图1 苏120区块孔隙类型

2.2 恒速压汞研究微观孔隙结构

恒速压汞测试在测量孔隙和喉道的大小及数量的同时，能充分挖掘详尽的储层微观信息，是现代油气储层精细描述的重要手段。实验最高进汞压力为900 psi（6.2055 MPa），对应的喉道半径约为0.12 μm，其分析的喉道（半径＞0.12 μm）与孔隙可认为是渗流过程中的有效喉道和有效孔隙。

选取目的层段典型井Y1（岩样1，盒8段）和Y2（岩样2，山1段）做恒速压汞测试，得到了毛管压力曲线及其孔喉结构特征参数（图2、表3）。下面从喉道、孔隙及孔喉半径比3方面对储层微观特征精细表征。

（1）喉道特征分析

表3 恒速压汞孔喉结构特征参数统计表

图2 恒速压汞毛管压力曲线

苏里格低渗致密砂岩孔隙半径分布近似，储层的品质更多受控于喉道，喉道是决定气田发效果的储层微观关键因素。

●有效喉道半径及其分布特征：储层渗流喉道半径决定其渗流通道范围，喉道半径越大，流体在岩样内越容易流动。①盒8段主喉道（分布频率＞8%）分布于0.6～1.0 μm，峰值达0.8 μm，最大连通喉道半径为2.242 μm，主流喉道半径为1.294 μm，平均值为1.071 μm；②山1段主喉道分布于0.2～0.5 μm（分布频率＞10%），峰值为0.3 μm，最大连通喉道半径为0.873 μm，主流喉道半径为1.294 μm，平均值为0.427 μm。从层位上看，盒8段储层喉道半径平均值、主流喉道半径大于山1段，表明盒8段喉道较发育。

●不同毛管半径渗透率贡献：盒8段半径大于1.139 μm的毛管对渗透率贡献最大 （贡献率73.68%），山1段半径大于0.458 μm的毛管对渗透率贡献最大（贡献率73.14%）。对比可见，毛管半径分布差异较大，说明储层渗透性能受喉道影响较大。

●有效喉道个数：喉道半径大小会影响储层渗流能力，喉道半径大、个数多，喉道发育程度就好，流体在岩石内更易流动。盒8段、山1段岩样有效喉道个数分别为1251 个/cm3、1058 个/cm3，统计可见，山1段储层有效喉道个数低于盒8段。

●有效喉道体积：盒8段有效喉道体积（0.013 mL/cm3）虽小于山1段（0.019 mL/cm3），但渗透率盒8段（0.369 mD）却大于山1段（0.231 mD）。 这是由于大喉道对渗透率的贡献相对较少，小喉道对渗透率的贡献相对较多这种微观差异造成的。由此可见，盒8段储层喉道的发育程度好于山1段。

（2）孔隙特征分析

气测孔隙度为岩石的绝对孔隙度，其值等于喉道体积与孔隙体积之和，是储层绝对储集空间的一种表征参数。有效孔隙体积单指岩石内部流通的孔隙体积，有效储集空间大小可以用有效孔隙体积与有效喉道体积之和来表征。盒8段与山1段单位体积内有效储集空间分别为0.049 mL/cm3、0.038 mL/cm3，故盒8段有效储集空间较大，储集能力较强。

（3）孔喉半径比特征

孔喉半径比反映流体的渗流能力，比值越大，说明孔喉间的差异越大，流体流动中的渗流阻力就越大，开发效果往往不好；反之则相对较好。盒8段、山1段孔喉半径比平均值分别为201.8和583.4，峰值分别为100和300。这说明盒8段孔喉差异小，物性明显提升。

2.3 核磁共振研究微观孔隙结构

核磁共振测井是近年逐渐受到重视的一种新测井方法[11-12]，不同于常规测井，核磁共振测井能区分可动流体孔隙和不可动流体孔隙，得到岩石饱和水状态下的T2谱，进而得到渗透率、孔隙度、可动流体百分数及其孔径分布等准确、客观的储层微观分析数据。

将Y1井和Y2井岩心进行核磁共振及X-衍射测试，得到了岩心饱和水状态下的T2谱、黏土类型及定量分析数据（表4、表5、图3）。 以13.90 ms作为可动流体与束缚流体的T2弛豫时间临界点 (岩心离心实验测定)，小于13.90 ms各点的幅度与谱中所有点幅度和的百分比表示束缚流体饱和度，大于则表示可动流体饱和度。

表4 核磁共振测试与常规测试对比统计表

表5 X-衍射测试分析表

图3 核磁共振T2谱图

在气测渗透率差异较小的情况下，山1段岩样气测孔隙度（9.31%）高于盒8段岩样（6.61%），核磁共振实验发现盒8段岩样的可动流体饱和度 （81.29%）要远优于山1段岩样（17.18%）。由此可见，影响岩石可动流体的因素不仅仅是孔隙度和渗透率。通过铸体薄片、扫描电镜、X-衍射等综合分析，认为可动流体饱和度受到孔隙结构、微裂缝发育程度及黏土矿物共同影响。

（1）孔隙结构对可动流体饱和度的影响

孔喉体积比、孔喉半径比等孔隙结构参数与可动流体饱和度对应性较高，说明孔隙连通性好，次生孔隙发育，即使物性稍差，可动流体饱和度也可能相对较高。此外，粒间孔的剩余程度、溶孔及晶间孔的发育程度对储层的优劣及可动流体饱和度的大小具有约束作用。

（2）微裂缝发育程度对可动流体饱和度的影响

盒8段岩样气测孔隙度（6.61%）虽较山1段岩样低 （9.31%），但由于主力气层盒8段普遍发育微裂缝，核磁共振检测其可动流体孔隙度（5.35%）远高于山1段岩样（1.59%），其可动流体饱和度高出山1段岩样64.11%，说明微裂缝的发育可明显提高孔喉连通性，可动流体含量增加进而促使可动流体饱和度提高。

（3）黏土矿物类型、充填程度及含量对可动流体饱和度的影响

由X-衍射测试可知，苏里格致密砂岩储层黏土矿物充填严重，高岭石含量最多。铸体薄片中多见高岭石呈蠕虫状密集充填原始孔隙，储层遭受破坏，形成的微孔束缚住其内部的流体，导致储层渗流能力减弱。

山1段岩样的伊利石含量高于盒8段岩样，镜下伊利石多呈毛发状、网络状分布，早期粒间孔受破坏后形成晶间孔或其它微孔。此外，由于粘土矿物伊利石大比表面积的特性，它可束缚微孔中的流体，进而导致山1段岩样的可动流体饱和度及可动流体孔隙度同时变小。

3 储层品质影响因素

3.1 沉积微相对储层的影响

沉积微相对储层品质起原始控制作用，区内目的层段主要为河道沉积，发育的沉积微相有：分流河道、心滩、决口扇、决口河道及漫溢。沉积微相除了控制砂体形态、厚度、规模及时空分布，还在微观上决定碎屑颗粒大小、填隙物含量、岩石结构（分选、磨圆及颗粒间接触方式）等特征，从而控制了岩石原始孔隙好坏。区内盒8段—山1段心滩孔隙度平均值为7.43%，渗透率平均值为0.51 mD；分流河道孔隙度平均值为6.74%，渗透率平均值为0.32 mD；决口扇孔隙度平均值为7.43%，渗透率平均值为0.51 mD；决口河道孔隙度平均值为5.19%，渗透率平均值为0.09 mD；漫溢孔隙度平均值为3.78%，渗透率平均值为0.02mD。由此清晰可见，区内沉积微相由心滩—分流河道—决口扇—决口水道—漫溢，物性逐渐变差。

3.2 成岩作用对储层的影响

成岩作用对储层孔隙演化的影响既有建设性也有破坏性，压实、胶结、压溶和重结晶作用能降低储层孔渗性，而黏土薄膜的形成和溶蚀过程可保留原生粒间孔隙并产生次生溶蚀孔隙，能提高储层孔渗性。研究区机械压实与化学压溶作用并存，表现为柔性碎屑颗粒（云母等）因压实弯曲，长石、石英等硬性颗粒脆性破裂，石英颗粒边缘出现线状溶蚀边，原生孔隙大量丧失[13]。碳酸盐、硅质、自生粘土矿物的胶结产物堵塞了喉道，对储层物性破坏严重；溶蚀作用形成了各类次生孔隙，促进孔隙喉道发育，改善喉道间连通性，从而改善储层物性；交代作用对孔隙影响较小，但可为后期溶解作用提供更多的易溶物质使有利于溶解作用进行。局部发育的微裂缝使孔喉连通性提高，渗流能力得以增强，且裂缝发育之处往往伴生大量裂隙溶蚀孔隙，储层物性随之改善。

3.3 构造及地层水对储层的影响

苏120区块处于伊陕斜坡与天环凹陷接合部，普遍发育鼻隆构造，构造坡降约为10 m/km。鼻隆高部位井含气饱和度一般高于低部位井，但并非所有构造高部位都是高产井，遇到构造高但产气层段含水的井，产量递减非常快。

研究区内地层水多为气水层或含气水层，从构造上看，构造低部位的水体占较大比例，砂体内储存的透镜体水也有少量分布；从层位上看，山1段地层水少于盒8段，盒8上亚段多于盒8下亚段；从连通性上看，地层水呈南北向展布，无大面积分布，连通性较差。开发评价证实，由气柱高度所产生的最大浮力小于该地区阻流层的排驱压力(1.2 MPa)，在这种储层致密、连通砂体规模小、构造倾角小于1°的背景下，天然气的向上浮力难以有效地克服低孔隙、低渗透致密储层毛管阻力，气、水分异作用不明显。因此微幅鼻隆构造及地层水对天然气的聚集有一定的控制作用，但未对优质储层的分布起决定性作用。

4 结论

（1）苏120区块砂岩类型以岩屑石英砂岩、石英砂岩为主，填隙物以黏土矿物、硅质和水云母为主；盒8、山1段储层孔隙类型主要发育岩屑溶孔、晶间孔和少量长石溶孔，残余粒间孔几乎完全消失。恒速压汞测试表明：苏120区块在孔隙半径相差较小的情况下，毛管半径分布相差很大，说明渗透率变化重点受喉道控制，喉道是决定其开发效果的关键因素。核磁共振测试表明：孔隙结构参数与可动流体饱和度对应性较高，微裂缝的发育可明显提高孔喉连通性，而某些黏土矿物的存在会导致可动流体饱和度及可动流体孔隙度同时变小。

（2）储层品质影响因素分析表明：储层品质差异是受沉积、成岩、构造及地层水的共同影响。沉积是优质储层形成的基础，它是孔隙演化的物质基础；成岩是孔隙演化的方向，它是优质储层形成的关键，而强烈的压实和胶结作用对储层孔隙演化起到决定性作用；微幅鼻隆构造及地层水对天然气的聚集有一定的控制作用，但未对优质储层的分布起决定性作用。

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