鄂爾多斯盆地馬家山-堡子灣地區(qū)長(zhǎng)8儲(chǔ)層特征研究

蔣 盛

(西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系/大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西西安710069)

鄂爾多斯盆地行政區(qū)域橫跨陜西、甘肅、寧夏、內(nèi)蒙古、山西五省。它是一個(gè)中新生代大型多旋回沉積盆地，是華北克拉通地塊經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期演化形成的，是我國(guó)第二大含油氣盆地［1］。鄂爾多斯盆地自晚三疊世形成大型內(nèi)陸湖泊，沉積演化經(jīng)歷了早期的初始沉降、擴(kuò)張、萎縮，以至最后湖盆消亡。依次完成了湖盆從發(fā)生、發(fā)展以至消亡的演化過(guò)程［2］。

馬家山—堡子灣研究區(qū)位于鄂爾多斯盆地西部的姬塬地區(qū)，行政區(qū)劃屬陜西省定邊、吳旗縣。構(gòu)造上位于陜北斜坡的中段和西段，形態(tài)上為東西向平緩單斜，局部發(fā)育鼻狀構(gòu)造［3］。該研究區(qū)是鄂爾多斯盆地良好的產(chǎn)油地區(qū)之一。

圖1 馬家山-堡子灣地區(qū)長(zhǎng)81、長(zhǎng)82段儲(chǔ)層砂巖分類(lèi)圖

1 儲(chǔ)層巖石學(xué)特征

根據(jù)馬家山—堡子灣研究區(qū)的巖芯觀察，以及對(duì)71塊砂巖鑄體薄片的觀察鑒定、定量統(tǒng)計(jì)，可以發(fā)現(xiàn):馬家山-堡子灣地區(qū)長(zhǎng)8段砂巖粒徑主要為0.1～0.4 mm，并且主要集中在0.20～0.30 mm之間。數(shù)量上占砂巖總量的62%以上。巖石類(lèi)型以中～細(xì)砂巖為主，占總薄片數(shù)的52.2%，幾乎不含粗砂巖及粉砂巖。

1.1 碎屑特征

通過(guò)鑄體薄片觀察得知，研究區(qū)長(zhǎng)8儲(chǔ)層主要砂巖類(lèi)型以巖屑長(zhǎng)石砂巖為主，其次為長(zhǎng)石質(zhì)巖屑砂巖，偶見(jiàn)長(zhǎng)石砂巖、巖屑砂巖和長(zhǎng)石巖屑砂巖(圖1)。石英、長(zhǎng)石和巖屑是砂巖的主要碎屑顆粒，其中石英含量13.0% ～45.5%，長(zhǎng)石含量10% ～41%，巖屑含量18% ～47%。

圖2 馬家山-堡子灣地區(qū)長(zhǎng)8儲(chǔ)層砂巖照片

石英主要為單晶石英，顆粒表面光潔，部分石英顆粒次生加大明顯，部分顆粒邊緣發(fā)生溶蝕現(xiàn)象，陰極發(fā)光常見(jiàn)破裂-愈合現(xiàn)象。長(zhǎng)石主要為中酸性長(zhǎng)石，堿性長(zhǎng)石也較為常見(jiàn)，而且表面沿解理多發(fā)生高嶺土化和絹云母化，表面污濁(圖2(A))。在陰極發(fā)光下可見(jiàn)多發(fā)亮藍(lán)色光的堿性長(zhǎng)石，偶見(jiàn)發(fā)紅光的正長(zhǎng)石、粉紅色光的鈉長(zhǎng)石以及發(fā)黃綠色光的更長(zhǎng)石(圖2(B))，部分長(zhǎng)石表面有由于機(jī)械壓實(shí)強(qiáng)烈造成的微裂縫，亦可見(jiàn)沿解理縫發(fā)生溶解，在長(zhǎng)石次生溶蝕孔中或附近的粒間孔隙中常見(jiàn)發(fā)靛藍(lán)色光的高嶺石充填，部分被發(fā)橘紅色光的方解石所交代(圖2(C))。

巖屑以千枚巖、片巖、板巖等淺變質(zhì)巖為主(平均含量10.9%)，其壓扁變形及假雜基化現(xiàn)象明顯(圖2(D));其次為中酸性噴出巖巖屑(平均含量3.9%)和凝灰?guī)r巖屑(平均含量5.2%);極少沉積巖巖屑(平均含量0.3%)，并且泥質(zhì)巖屑與雜基成混合物狀;云母顆粒(平均含量1.0%)擠壓彎曲變形揉皺現(xiàn)象明顯，常水化膨脹，以假雜基狀態(tài)充填粒間孔(圖2(E))。另外，部分砂巖中可見(jiàn)較多的綠泥石碎屑以及泥化或鈣化后的礦物碎屑顆粒(圖2(F))。

1.2 填隙物特征

研究區(qū)長(zhǎng)8儲(chǔ)層填隙物的含量在4.0% ～33.0%之間，主要有水云母、高嶺石、綠泥石等粘土礦物，方解石、白云石、鐵白云石等碳酸鹽礦物以及硅質(zhì)礦物。長(zhǎng)81與長(zhǎng)82段砂巖中膠結(jié)物的種類(lèi)基本一致，平均含量分別為11.9%和10.8%。

圖3 馬家山-堡子灣地區(qū)長(zhǎng)8儲(chǔ)層砂巖膠結(jié)物照片

其中，長(zhǎng)81段:以水云母和方解石為主，其次為硅質(zhì)和高嶺石，少量綠泥石薄膜。水云母、方解石、硅質(zhì)、高嶺石和綠泥石的平均含量分別為 3.7%、3.4%、1.9%、2.0%、0.6%。長(zhǎng)82段:主要為方解石和水云母，其次為綠泥石膜，含少量硅質(zhì)和高嶺石，它們的平均含量為5.0%、2.1%、2.0% 、1.4% 、0.1% 。

綠泥石呈薄膜式產(chǎn)出，包裹碎屑顆粒，部分在孔隙生長(zhǎng)從而充填孔隙。綠泥石薄膜(圖3(A))阻止了顆粒與水介質(zhì)的接觸，抑制了石英次生加大，但另一方面，由于綠泥石薄膜的包繞，顆粒間的三角孔隙相對(duì)穩(wěn)定，有利于保存原生粒間孔隙。高嶺石的晶形好，單晶呈假六方片狀，集合體呈書(shū)頁(yè)狀。堆積于粒間孔隙泥石中(圖3(B))，部分出現(xiàn)正長(zhǎng)石高嶺土化。伊利石在研究區(qū)分布較少，多以伊蒙混層形式出現(xiàn)(圖3(C))。碳酸鹽填隙物在研究區(qū)發(fā)育廣泛，主要是方解石和鐵白云石。碳酸鹽膠結(jié)類(lèi)型主要有兩種，一種是碳酸鹽顆粒呈連晶式形式充填孔隙，另外一種是交代其他碎屑顆粒和自生礦物(圖3(D))。

2 儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)特征

2.1 孔隙類(lèi)型及組合

孔隙直徑普遍在20～100 μm之間，最大可達(dá)200 μm以上?？偯婵茁势毡樾∮?0%，長(zhǎng)81段儲(chǔ)集空間以粒內(nèi)溶孔、晶間孔等次生孔隙為主原生粒間孔所占比例相對(duì)較小，粒間孔、粒內(nèi)溶孔、雜基溶孔、晶間孔及微裂隙的平均含量分別為0.76% 、1.56% 、0.09% 、0.38% 和 0.10% ，分別占總孔隙含量的 26.1% 、53.8% 、3.1% 、12.9% 和 3.6% ，長(zhǎng) 82 段以原生粒間孔隙為主，其次為粒內(nèi)溶孔，含少量晶間孔、雜基溶孔以及微裂隙，粒間孔、粒內(nèi)溶孔、雜基溶孔、晶間孔及微晶間孔及微裂隙的平均含量分別為 2.89%、1.02%、0.05%、0.04%和 0.03%，分別占總孔隙含量的 71.5%、25.2%、1.2% 、0.9% 和 0.8%

該地區(qū)儲(chǔ)層的儲(chǔ)集空間多呈復(fù)合形，主要有粒間孔型、溶孔-粒間孔型、晶間孔-微孔型、微孔-溶孔型及微孔型(見(jiàn)表1)。

表1 不同孔隙類(lèi)型砂巖物性特征統(tǒng)計(jì)表

2.2 孔隙結(jié)構(gòu)特征

孔隙結(jié)構(gòu)是指巖石所具有的孔隙和喉道的幾何形狀、大小、分布及其相互連通的關(guān)系［4］，通常用孔隙類(lèi)型、孔隙喉道、分選性、連通性、孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)和孔隙度、滲透率等物性參數(shù)來(lái)表征［5］［6］。

通過(guò)鑄體薄片觀察，結(jié)合掃描電鏡，以及分析常規(guī)恒速壓汞、高壓壓汞等實(shí)驗(yàn)綜合資料分析，該地區(qū)儲(chǔ)層喉道有縮頸型喉道、孔隙縮小型喉道、片狀、彎曲片狀喉道及管束狀喉道。通過(guò)高壓壓汞、恒速壓汞實(shí)驗(yàn)分析測(cè)試，得出的結(jié)果為長(zhǎng)8儲(chǔ)層的平均孔隙度為8.49%，平均滲透率為1.08×10-3μm2。排驅(qū)壓力最大值 11.71 MPa，最小值 0.004 MPa，平均值為 2.48 MPa，屬高排驅(qū)壓力。中值半徑最大 1.61 μm，最小 0.02 μm，平均 0.14 μm，主要為片狀或彎片狀喉道、管束狀喉道，出現(xiàn)一定量孔隙縮小型、縮頸型等其他喉道類(lèi)型。

孔隙縮小型喉道:此類(lèi)孔隙的縮小部分與孔隙無(wú)明顯界線(xiàn)。常見(jiàn)于原生或次生粒間孔隙砂巖儲(chǔ)層，支撐方式多為顆粒支撐，或者以飄浮狀顆粒接觸，膠結(jié)物及雜基含量較少。實(shí)驗(yàn)中有3個(gè)樣品，孔喉直徑比接近于1，排驅(qū)壓力為中低排驅(qū)壓力，孔隙度平均值高達(dá)13.58%，滲透率平均值高達(dá)8.86×10-3μm2，此類(lèi)是研究區(qū)內(nèi)最好的毛管壓力曲線(xiàn)類(lèi)型。但實(shí)驗(yàn)樣品僅有3個(gè)，由此可知此類(lèi)吼道在研究區(qū)砂巖儲(chǔ)層中比較少見(jiàn)。

縮頸型喉道:此種喉道是顆粒與顆粒之間可變斷面的收縮部分。當(dāng)顆粒被壓實(shí)或者顆粒邊緣被加大邊式膠結(jié)時(shí)，雖保存的孔隙較大，但顆粒之間的喉喉道卻大大變窄。此種喉道常見(jiàn)于顆粒接觸方式呈點(diǎn)接觸的砂巖，或次生石英加大膠結(jié)較為發(fā)育的砂巖。此類(lèi)孔隙結(jié)構(gòu)特征是孔隙度高，孔喉直徑比大，但滲透率較低。此類(lèi)吼道在實(shí)驗(yàn)樣品中有19個(gè)。

管束狀喉道:是指孔隙之間由細(xì)長(zhǎng)的管子相連，一般是由于溶蝕作用而形成。雜基及膠結(jié)物將原生粒間孔完全堵塞，其中存在微孔隙(一般小于10 μm)既是孔隙又做為喉。此類(lèi)巖石的孔隙度、滲透率極低。樣品數(shù)量有6個(gè)，表現(xiàn)為排驅(qū)壓力最高，毛細(xì)管壓力曲線(xiàn)平緩段基本上看不到，曲線(xiàn)靠近右上方，為細(xì)歪度。

3 儲(chǔ)集層物性特征

根據(jù)實(shí)驗(yàn)分析，研究區(qū)長(zhǎng)8段砂巖樣品的實(shí)際測(cè)試孔隙度值在0.3% ～21.8%，實(shí)際測(cè)試滲透率值最小為0.001×10-3μm2，最高可達(dá) 500×10-3μm2以上(圖 4A)。滲透率的變化主要受孔隙發(fā)育程度的控制，兩者呈明顯的正相關(guān)關(guān)系(圖4B)，相關(guān)系數(shù)0.83，即孔隙度越大，滲透率越高。

圖4 研究區(qū)長(zhǎng)8段砂巖的實(shí)測(cè)孔隙度與滲透率交匯圖

研究區(qū)長(zhǎng)8儲(chǔ)層滲透率普遍集中在0.1～10×10-3μm2，孔隙度普遍集中在6% ～15%，總體屬低孔低滲儲(chǔ)層，局部發(fā)育少量相對(duì)高滲儲(chǔ)集層(孔隙度大于10%，滲透率大于10×10-3μm2)。研究區(qū)長(zhǎng)8儲(chǔ)層含油飽和度在0.43%～76.36% 之間，平均 30.69%，含水飽和度在 2.16% ～89.86%之間，平均26.78%，主要分布在10% ～40%之間。

長(zhǎng)81段儲(chǔ)集層孔隙度在6.01% ～17.59%之間，主要集中在6% ～12%范圍內(nèi)，平均9.13%，滲透率在0.10～28.08×10-3μm2之間，主要集中在0.1～1×10-3μm2范圍內(nèi)，平均 0.67 ×10-3μm2，含油飽和度在 0.43 ～76.36 之間，平均34.51%，主要集中在30Z% ～50%，含水飽和度在2.16% ～62.36%，平均23.37%，主要集中在10% ～30%。

長(zhǎng)82段孔隙度在6.14% ～17.37%，平均11.62%，主要集中在6% ～9%，10% ～17%兩個(gè)區(qū)間范圍內(nèi)，滲透率在0.10～178.08×10-3μm2，平均 7.52 ×10-3μm2，也主要集中在0.1～10×10-3μm2，10～100×10-3μm2兩個(gè)區(qū)間范圍內(nèi)，含油飽和度在 0.62% ～57.29%，平均 18.49%，主要集中在10% ～20%，含水飽和度在4.95% ～89.86%，平均37.64%，主要集中在30% ～50%之間。

4 結(jié)語(yǔ)

(1)研究區(qū)長(zhǎng)8儲(chǔ)層主要為中～細(xì)砂巖，以巖屑長(zhǎng)石砂巖為主，其次是長(zhǎng)石巖屑砂巖。長(zhǎng)81與長(zhǎng)82段砂巖中膠結(jié)物的種類(lèi)與含量基本一致，主要是高嶺石、水云母、綠泥石，方解石、鐵白云石以及石英加大邊與粒間石英等膠結(jié)物。

(2)研究區(qū)長(zhǎng)8儲(chǔ)層以溶孔+粒間孔組合的面孔率高、平均孔徑大，分選好、孔隙度和滲透率最高，粒間孔、晶間孔+溶孔組合型的面孔率、平均孔徑以及孔隙度和滲透率次之，晶間孔+微孔型及微孔型則較差?？缀碇饕侵?、小孔喉，分布較均勻。喉道類(lèi)型主要是片狀或彎片狀喉道、管束狀吼道。長(zhǎng)81儲(chǔ)層的孔滲性普遍優(yōu)于長(zhǎng)82。恒速壓汞實(shí)驗(yàn)表明造成長(zhǎng)8儲(chǔ)層的非均質(zhì)性主要原因是由喉道的非均質(zhì)性。

(3)長(zhǎng)8砂巖中長(zhǎng)石與巖屑含量高，并且長(zhǎng)石粒度較細(xì)，骨架顆粒中抗壓能力較弱，從而壓實(shí)作用較強(qiáng)。長(zhǎng)8砂巖平均孔隙損失率大約為28.1%，壓實(shí)作用造成原生孔隙喪失的主要原因;膠結(jié)作用造成的平均孔隙損失率為8.9%。經(jīng)壓實(shí)作用與膠結(jié)作用后砂巖中的粒間孔隙剩余量平均僅為2.5%。溶蝕作用是長(zhǎng)8儲(chǔ)層物性改善的主要途徑，由溶解作用形成的平均次生溶孔占砂巖總面孔率的20%左右。

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