鄂尔多斯盆地旬邑地区长8段沉积储层特征*

2022-02-25白金莉李文厚刘江斌闻金华李兆雨

地质科学 2022年1期

白金莉李文厚刘江斌闻金华李兆雨

（1.大陆动力学国家重点实验室（西北大学），西北大学地质学系西安 710069；2.延安大学石油工程与环境工程学院陕西延安 716000；3.河南省有色金属地质矿产局第七地质大队郑州 450016）

1 区域地质背景

延长组作为鄂尔多斯盆地主力生油层位，一直作为重点研究对象，油藏类型为致密油藏（王勇等，2008；贾承造等，2012a，2012b；姚泾利等，2013；刘高红等，2014；任战利等，2014）。研究区旬邑位于鄂尔多斯盆地南部渭北隆起北部，且北与伊陕斜坡相接，构造较为复杂（师清高等，2014）（图1），在晚三叠世延长期，鄂尔多斯盆地主体上为大型的内陆湖盆，在长8期为湖盆扩张期，发育有河流相、三角洲前缘亚相、浅湖亚相等（李文厚等2001，2009，2019；陈全红等，2007；闻金华，2016；郭艳琴等，2019）。研究区长8总体上发育三角洲前缘亚相沉积，发育有西南、南、东南3支水下分流河道。研究区岩石致密，储层砂岩主要类型是以灰色、浅灰色粉-细为主的岩屑长石砂岩，且低孔、特超低渗的特点形成致密油藏。但在研究区的目的层段对沉积储层特征研究较少（袁凯涛，2014；闻金华，2016），试油试采效果较差。为了解本区目的层沉积储层特征，本文利用了野外露头、钻井岩心、扫描电镜、核磁共振、铸体薄片等分析测试方法对其进行详细研究，以期对后续的勘探开发提供理论指导意义。

图1 旬邑地区位置图Fig.1 Location of Xunyi area

2 沉积特征

刘江斌（2017）、李文厚等（2019）总结前人研究成果认为，在晚三叠世延长期，鄂尔多斯主体上为大型的内陆湖盆，在长8期，为湖盆扩张期，河流、三角洲发育。在结合野外露头、钻井岩心、古生物标志化合物以及沉积构造等特征，本文确定了研究区长8段主要发育三角洲前缘亚相沉积，发育有3支西南、南、东南水下分流河道。

2.1 岩石特征

本次研究过程中主要通过野外露头、薄片鉴定、扫描电镜、X-衍射、粒度分析等方法，并且依据石油行业标准采用三角图解法将研究区长8储层组砂岩进行分类（图2），研究区岩石类型主要为细、粉-细粒岩屑长石砂岩（图3a、图3b）。岩石成分成熟度较低，石英含量平均为38.13%，长石为33.40%，岩屑为28.47%。分选中等—好，砂岩样品颗粒多为次棱状，磨圆度中等—差，孔隙式（约占样品的49.27%）、加大—孔隙式（约占样品的24.91%）胶结方式为长8储层的主要类型，胶结物含量为18.16%（主要成分是碳酸盐矿物、粘土矿物及硅质），含量最高的是方解石占4.34%，其次是伊利石，为4.28%，铁方解石含量为3.29%，硅质1.29%。

图2 旬邑地区长8储层砂岩分类图Fig.2 The sandstone type of Chang 8 reservoir in Xunyi area

2.2 沉积构造及古生物标志

本文通过对研究区22口钻井岩心的观察，可见灰绿色、浅灰色细砂岩发育槽状交错层理、平行层理以及底部可见泥砾（图3c～图3g），反映相对高能的水动力条件，主要为水下分流河道沉积。粉-细砂岩主要发育砂纹层理，反映水动力相对较弱的浅湖及分流间湾沉积环境。

图3 旬邑地区长8段岩石主要类型及典型沉积构造、古生物标志a.Z81，长82，1 602.5 m，灰绿色细砂岩；b.Z46，长81，871.19 m，灰白色细砂岩；c.Z65，1 369.0 m，长81，槽状交错层理；d.Z9，1 404.7 m，长82，平行层理；e.Z48，1 234.8 m，长81，泥砾；f.Z46，873.7 m，长81，砂纹层理；g.Z61，1 213.5 m，长81，砂纹层理；h.Z26，1 380.5 m，长81，双壳化石；i.Z49，1 242.7 m，长81，植物茎干；j.Z48，1 236.1 m，长81，炭化植物；k.Z82，1 442.1 m，长81，植物茎叶；l.Z81，1 599.5 m，长82，虫孔Fig.3 Rock types and typical sedimentary structures and biomarkers of Chang 8 member in Xunyi area

通过对研究区长8段岩心观察，可见植物茎干和植物茎叶（图3i、图3k）、双壳类化石（图3h）、虫孔（图3l）、炭化植物（图3j）等典型古生物标志，这些古生物标志进一步表明研究区长8期整体上处于浅水沉积环境。

2.3 沉积相平面展布

单井相分析是研究沉积相特征的重要依据，本次分别选取研究区东南方向和北部的Z11井和Z13井进行单井分析（图4a、图4b），进一步绘制出研究区长8期沉积相平面展布图（图5）。

图4 旬邑地区Z11长8油层组浅湖亚相岩性岩相综合柱状图（a）；旬邑地区Z13井长8油层组三角洲前缘亚相岩性岩相综合柱状图（b）Fig.4 The lithology and lithofacies of shallow-lake of Chang 8 member of Z11（a）；the lithology and lithofacies of delta front of Chang 8 member of Z13（b）

图5 旬邑地区长8段沉积相展布图Fig.5 The distribution of sedimentary facies of Chang 8 member in Xunyi area

Z11井长8厚度为84 m，其中长81厚度约为41 m，岩性以浅灰色细砂岩、粉砂岩、灰黑色泥岩为主。长82厚度约为43 m，岩性以灰白色、浅灰色粉砂岩、灰黑色泥质粉砂岩为主，局部夹薄层灰黑色泥。通过岩心观察，可见砂纹层理、虫孔、植物碎屑等沉积构造。Z13井目的层长8厚度约为85 m，以灰绿色细砂岩为主，其中长81厚度为41 m，岩性以发育灰绿色细砂岩、深灰色粉砂岩夹薄层深灰色粉砂岩质泥岩为主。长82厚度约为44 m，岩性主要为灰绿色、灰褐色细砂岩、灰黑色、深灰色泥岩互层。岩心观察中可见明显槽状交错层理、植物碎片等沉积构造。

根据李文厚等（2019）对鄂尔多斯盆地的沉积研究，以及通过野外露头、岩心的观察，运用岩石学特征、粒度概率曲线、生物标志化合物、单井分析等对研究区进行沉积环境分析，本文认为研究区旬邑地区发育的沉积相以三角洲前缘亚相、浅湖亚相为主；长8期，旬邑地区整体上为南部发育的三角洲前缘水下分流河道，以正北方向流出。

3 储层特征

储层物性特征研究是储层评价和储量评算的重要内容（郭睿，2004），主要体现在孔隙度、渗透率规律的研究，因此本文着重对孔隙度、渗透率相关特征进行定量详细研究。

3.1 储层物性特征

据根旬邑地区长8油层组实测岩心样品的孔隙度、渗透率数据进行统计分析（图6），对比各井储层物性数据，结果显示研究区长8油层组的储层孔隙度最大值为14.99%，最小为2.3%，平均值8.04%。其中长82小层孔隙度介于6%～8%的所占比例最大，为40.4%，其次为孔隙度介于8%～10%的占24.8%，4%～6%所占数据总数的13.8%；长81孔隙度频率分布直方图中集中在4%～6%的占17.8%，6%～8%的占25.6%，0%～4%的占4.63%，8%～10%的占28.47%，10%～12%的占16.73，大于12%的所占比例较小，为6.76%。

图6 旬邑地区长8储层孔渗关系Fig.6 The relationship of porosity and permeability from Chang 8 reservoir in Xunyi area

长8段渗透率最大值为5.82×10-3μm2，最小值为0.01×10-3μm2，平均值为0.42×10-3μm2。长82小层渗透率主要集中在0.1×10-3μm2～1×10-3μm2，渗透率介于0.01×10-3μm2～0.1×10-3μm2的占30.28%，大于1×10-3μm2占4.59%；长81小层渗透率的分布在0.01×10-3μm2～0.1×10-3μm2之间的所有样品占24.56%，0～0.01×10-3μm2的占0.36%，0.1×10-3μm2～1×10-3μm2的占62.99%，渗透率大于1×10-3μm2占12.1%。

以上数据依据储层分类标准，说明长81储层属于特低孔—超低渗致密油藏。

3.2 储层物性相关性

根据数理统计的孔隙度和渗透率相关性表明（图6）：孔隙度和渗透率具有较明显的正相关，结合压汞曲线，可以判断曲线平台长短陡缓与渗透率数值大小密切相关，受孔隙喉道影响渗透率敏感程度也较高，这些都表明储层物性受控于微孔孔隙特征。

3.3 孔隙结构特征

众多学者对储层微观孔隙结构的定性、定量评价结果，可知在沉积作用、成岩作用以及构造作用等的综合影响下，低渗透储层微观孔隙结构的典型特征为孔喉类型多种多样、孔隙结构较为复杂、孔喉连通性差异大（杨峰等，2013；任大忠，2015；马瑶等，2016）。储层的微观孔喉结构发育特征与储层物性密切相关，在储层研究中较为重要，对油气勘探开发具有引导意义。

通过薄片鉴定、扫描电镜观察、高压压汞实验、核磁共振等分析测试方法对旬邑地区长8储层微观孔喉特征进行定性、定量分析。

通过对旬邑地区长8储层采集的23块样进行高压压汞实验，依据实验中的各项特征参数，结合毛管压力曲线形态，可将旬邑地区目的层长8储层孔隙结构分成4种类别（图7），分别为：Ⅰ类低排驱压力（粗喉型）、Ⅱ类中排驱压力（中喉型）、Ⅲ类中排驱压力（细喉型）和Ⅳ类高排驱压力（细喉型），通过统计结果发现，研究区长8储层主要以Ⅱ类曲线为主，其次是Ⅲ类，Ⅰ类曲线不发育。具有渗透率相对较高、孔喉较大但分选性比较差、细歪度、孔喉分布不均且孔喉的连通性一般，总体上表现为较强的孔喉非均质性。

图7 旬邑地区长8毛管压力曲线特征Fig.7 Typical mercury-injection curves from Chang 8 reservoir in Xunyi area

从核磁共振T2谱分布图可以看出（图8a、图8b），两个样品即Z1、Z120都呈现出不明显的双峰态主峰，小于10 000 us的小孔占大部分比例，介于10 000～100 000 us的中孔占小部分比例，而大于100 000 us的大孔隙几乎没有。核磁共振实验的结果同高压压汞实验结果一致，也说明了长8储层砂岩的孔喉分布不均匀，分选较差，具较强的非均质性特点。

图8 Z1井长81核磁共振T2谱分布图（a）；Z120井长81核磁共振T2谱分布图（b）Fig.8 Distribution of NMR T2 spectra of Z1 well from 81 reservoir in Xunyi area（a）；distribution of NMR T2 spectra of Z120 well from 81 reservoir in Xunyi area（b）

3.4 储层成岩作用

通过伊蒙混层比（15%～20%）、镜质体反射率等判断旬邑地区长8储层成岩阶段处于晚成岩A期，成岩作用控制了储层孔隙度和渗透能力的演化（赵小会等，2014），决定了储集性能的优劣，成岩作用类型、强度有所差异，且其时空配置关系影响着储层孔隙发育的垂向分带性（胡宗全等，2002），除沉积作用，成岩作用是控制储层物性另一重要因素，成岩作用形成的次生孔隙是长8储层主要的储集空间。

（1）压实—压溶作用

旬邑地区长8储层致密，压实压溶作用明显，镜下特征显著（图9a、图9b）：1）碎屑颗粒呈定向排列、多为点—线、线状、锯齿状接触、石英拉长具优选方位；2）云母片等塑性岩屑压扁变形，以假杂基形式充填孔隙；3）刚性颗粒发生破裂，可见颗粒表面裂纹。假定原始砂岩孔隙度为40%（Houseknecht，1988），利用Lundegard（1992）提出的计算公式发现，由压实作用造成的平均孔隙度丧失为16.5%～77.5%，平均为59%，致使孔隙度大量减少，因此压实作用是造成研究区长8储层孔隙度减少的重要原因。

（2）胶结作用

在孔隙度演化过程中，胶结作用影响着孔隙度演化的进程（姚泾利等，2011）。胶结通过扫描电镜和显微镜镜下观察，以及X-衍射粘土定量化分析，研究区长8储层胶结物含量为18.16%，主要有粘土、碳酸盐以及硅质，一方面胶结物早期主要充填孔隙，致使孔隙度大幅减少，根据视胶结率计算公式（宋子齐等，2006），长8储层得出的视胶结率β介于16.25%～83.25%，平均值为35%，胶结程度中等；同时以膜状形式存在矿物颗粒边缘抵抗上覆压力，另一方面由于孔隙流体存在，碳酸盐（方解石、铁方解石）等胶结物部分发生溶解增加了储层的孔隙度。

碳酸盐胶结物在旬邑地区长8储层也普遍发育（图9c、图9d），碳酸盐胶结物充填孔隙致使储层物性变差孔隙度减少量为1.4%～71%，平均值为14%，是造成研究区孔隙度较少的重要因素之一。旬邑地区长8储层中硅质胶结主要反映的石英的次生加大（图9e、图9f），硅质胶结的作用至少孔隙度减少平均为3%。高岭石胶结物含量为1.68%，造成孔隙减少4%，晚期的高岭石大部分是由于长石等铝硅酸盐矿物发生溶解后再沉淀，自形程度高，形态多固定，扫描电镜下多为书页状和蠕虫状（图9g、图9h）。目的层胶结物中含量最高的粘土矿物为伊利石，平均含量为4.28%，晚成岩期压溶和压实作用强，云母水化严重，伊利石产出，主要为发丝状、卷片状（图9i），使得孔隙空间降低11%。

图9 旬邑地区长8储层砂岩成岩现象图版a.黑云母压扁变形，Z48井1 226.12 m；b.板条状长石压实断裂，形成的楔状缝，Z16，长81，1 305.97 m；c.方解石胶，Z48，长81，1 233.8 m；d.方解石胶结隙Z48，长81，1 233.8 m；e.石英次生加大，Z38，长81，1 195.9 m；f.自生石英充填孔隙，Z16，长81，1 305.25 m；g.高岭石充填孔隙，Z68，长81，1 255.7 m；h.书页状高岭石充填，Z49，长81，1 239.14 m；i.卷片状伊利石充填孔隙，Z38，长81，1 195.71 m；j.方解石交代长石，Z81，长81，1 541.7 m；k.方解石颗粒溶蚀，Z49，长81，1 239.14 m；l.长石颗粒的溶蚀，Z49，长81，1 239.14 mFig.9 Photos showing the diagenesis of sandstone from Chang 8 reservoir in Xunyi area

（3）交代作用

研究区长8储层交代作用主要表现在碳酸盐交代作用，其中以方解石交代长石（图9j）、岩屑以及粘土类等为主，可见连晶式方解石充填孔隙，致使孔隙空间大幅度减少。粘土类交代主要是绿泥石、伊利石交代长石颗粒边缘以及部分粒内交代，交代程度相对较低。

（4）溶蚀作用

研究区长8储层次生孔隙增加的主要原因是溶蚀作用，旬邑地区长8储层溶蚀孔隙为主要次生孔隙类型，孔隙体积的面孔率增加了35%，约占次生孔隙的58%，溶蚀孔隙（图9k、图9l）主要为长石溶孔（27%）、岩屑溶孔（4%）、碳酸盐溶孔（2%），其他（杂基、石英、沸石等）溶蚀孔少发育。溶蚀孔的发育极大的改善了研究区储层物性，对研究区有利区的优选发挥着重要作用。

微裂缝在研究区也有发育，微裂缝为较好的渗流通道，大大改善了储层物性，虽然研究区内微裂缝仅使目的层面孔率增加了0.1%，占总孔隙度的2.95%。