志丹—甘泉地區(qū)上古生界氣藏儲(chǔ)層特征研究

段景杰，段 偉，龐振宇，李 艷，姚振杰，趙永攀

(1.陜西延長(zhǎng)石油(集團(tuán))有限責(zé)任公司研究院，陜西 西安 710075；2.西安石油大學(xué)石油工程學(xué)院，陜西 西安 710065；3.吉林省有色金屬地質(zhì)勘查局研究所，吉林 長(zhǎng)春 130012)

志丹—甘泉地區(qū)上古生界氣藏儲(chǔ)層特征研究

段景杰1，2，段 偉1，龐振宇1，李 艷3，姚振杰1，趙永攀1

(1.陜西延長(zhǎng)石油(集團(tuán))有限責(zé)任公司研究院，陜西 西安 710075；2.西安石油大學(xué)石油工程學(xué)院，陜西 西安 710065；3.吉林省有色金屬地質(zhì)勘查局研究所，吉林 長(zhǎng)春 130012)

利用鑄體薄片、掃描電鏡等實(shí)驗(yàn)，分析志丹—甘泉上古生界氣藏儲(chǔ)層巖石學(xué)特征、物性特征。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：研究區(qū)石英含量較高，其中，本溪組石英含量最高，平均高達(dá)91.8%，主要以巖屑石英砂巖和石英砂巖為主，填隙物含量較低，屬低孔、低滲、特低滲致密儲(chǔ)集層，滲透率變化主要受孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)育程度及其空間配置關(guān)系的控制。利用經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)法確定了上古生界儲(chǔ)層物性下限，并結(jié)合高壓壓汞技術(shù)將研究區(qū)儲(chǔ)層分為四類：Ⅰ類、Ⅱ類儲(chǔ)層微觀孔隙結(jié)構(gòu)好，孔隙類型主要以巖屑溶孔和殘余粒間孔為主，儲(chǔ)集、滲流能力強(qiáng)，為該區(qū)有利儲(chǔ)層；Ⅲ類儲(chǔ)層，主要以晶間孔為主，當(dāng)伴有裂縫或面孔率較小的溶蝕孔，且達(dá)到儲(chǔ)層物性下限時(shí)，同樣具備一定產(chǎn)能；Ⅳ類儲(chǔ)層無產(chǎn)能。

儲(chǔ)層特征；微觀孔隙結(jié)構(gòu)；孔隙類型；物性下限；主流喉道半徑

近年來勘探開發(fā)實(shí)踐證實(shí)，志丹—甘泉地區(qū)上古生界含氣層位眾多，目前對(duì)該區(qū)上古生界地層的沉積特征，以及天然氣藏的大致分布取得了較為可靠的認(rèn)識(shí)，然而對(duì)儲(chǔ)層特征及其微觀孔隙結(jié)構(gòu)的研究尚未涉及，對(duì)儲(chǔ)層的精細(xì)描述遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足。為了進(jìn)一步提高該區(qū)上古生界儲(chǔ)層認(rèn)識(shí)的精度，本文以鑄體薄片、掃描電鏡、高壓壓汞等實(shí)驗(yàn)手段為基礎(chǔ)，開展儲(chǔ)層特征和微觀孔隙結(jié)構(gòu)研究，為后期評(píng)價(jià)天然氣開發(fā)可動(dòng)用儲(chǔ)量和產(chǎn)能規(guī)模，制定合理的天然氣開發(fā)技術(shù)政策，乃至整個(gè)盆地上古生界天然氣的勘探開發(fā)都具有十分重要的指導(dǎo)意義[1-4]。

圖1 研究區(qū)砂巖分類圖

1 巖石學(xué)特征

根據(jù)研究區(qū)鑄體薄片、掃描電鏡實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)分析[5-7]，盒8儲(chǔ)層以巖屑砂巖和巖屑石英砂巖為主，石英含量為74.77%，巖屑含量為24.33%，長(zhǎng)石含量?jī)H為0.9%。山1儲(chǔ)層以巖屑砂巖為主，其次為巖屑石英砂巖，石英含量為74.06%，巖屑含量為25.59%，長(zhǎng)石含量?jī)H為0.34%。山2儲(chǔ)層以巖屑石英砂巖為主，其次為巖屑砂巖，石英含量為80.36%，巖屑含量為18.2%，長(zhǎng)石含量為1.44%。本溪儲(chǔ)層以石英砂巖為主，其次為巖屑石英砂巖，石英含量為91.8%，巖屑含量為8.03%，長(zhǎng)石含量?jī)H為0.17%(見圖1)。

從整體看，研究區(qū)盒8～本溪組儲(chǔ)層填隙物含量不高，但變化范圍較大，含量最高達(dá)65%、最低僅為3%，平均含量為11.17%，其中膠結(jié)物含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于雜基含量，雜基主要為泥鐵質(zhì)。各目的層普遍存在的填隙物有高嶺石、水云母、綠泥石、硅質(zhì)等，鐵白云石、菱鐵礦、鐵方解石在部分井有較好發(fā)育，而凝灰質(zhì)、磁鐵礦、白鈦礦等膠結(jié)物僅在部分層位的個(gè)別井存在，不具備普遍性。

2 物性特征

研究區(qū)儲(chǔ)層孔隙度主要在2.0%～13.0%之間，滲透率在0.01～3.0×10-3μm2之間。大部分樣品的孔隙度和滲透率均偏向低值一側(cè)，孔隙度普遍小于10.0%，滲透率普遍小于1.0×10-3μm2，屬低孔、低滲、特低滲致密儲(chǔ)集層。滲透率變化主要受孔隙發(fā)育程度及其空間配置關(guān)系的控制，滲透率與孔隙度整體上呈正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)性較好。研究區(qū)盒8、山1、山2、本溪儲(chǔ)層的相關(guān)系數(shù)分別為：0.569 9，0.515 3，0596 6，0.393 5，其中本溪組的孔滲相關(guān)性最差，其影響因素也最為復(fù)雜。

盒8儲(chǔ)層物性相對(duì)較好，孔隙度平均值為6.07%，孔隙度主要分布在4%～9%之間，占樣品總數(shù)的67.91%，滲透率平均值為0.48×10-3μm2，最大值為83.06×10-3μm2，最小值為0.002×10-3μm2；山1儲(chǔ)層物性較差，孔隙度平均值為5.11%，孔隙度主要分布在3%～7%之間，占樣品總數(shù)的68.41%，滲透率平均值為0.33×10-3μm2，最大值為57.865×10-3μm2，最小值為0.004×10-3μm2。山2儲(chǔ)層物性較差，孔隙度平均值為5.23%，孔隙度主要分布在2%～8%之間，占樣品總數(shù)的68.97%，滲透率平均值為0.22×10-3μm2，最大值為6.92×10-3μm2，最小值為0.003×10-3μm2。本溪儲(chǔ)層物性差，孔隙度平均值為4.39%，孔隙度主要分布在2%～7%之間，占樣品總數(shù)的72.06%，滲透率平均值為0.27×10-3μm2，最大值為2.7×10-3μm2，最小值為0.01×10-3μm2(見圖2，表1)。

圖2 研究區(qū)上古生界孔深關(guān)系圖

利用經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)法，確定盒8儲(chǔ)層孔隙度下限4.0%，滲透率下限0.052×10-3μm2；山1儲(chǔ)層孔隙度下限3.0%，滲透率下限0.03×10-3μm2；山2儲(chǔ)層孔隙度下限2.9%，滲透率下限0.032×10-3μm2；本溪儲(chǔ)層孔隙度下限3.3%，滲透率下限0.06×10-3μm2(見圖2，表1)。

表1 研究區(qū)盒8～本溪組物性下限統(tǒng)計(jì)表

3 孔隙類型

研究區(qū)盒8～本溪組主要發(fā)育有原生粒間孔、次生溶孔、晶間孔和微裂隙四類孔隙。其中以次生溶孔和晶間孔為主，原生粒間孔在孔隙構(gòu)成中居于次要地位。粒間孔顆粒經(jīng)壓實(shí)及充填膠結(jié)作用后剩余的孔隙，形態(tài)有三角形、多邊形、不規(guī)則形等[8-10]。次生溶孔主要為巖屑和長(zhǎng)石溶孔及雜基溶孔，主要特征為：

3.1 粒間孔

粒間孔是由碎屑巖骨架顆粒支撐而成，主要由石英、長(zhǎng)石和剛性巖屑顆粒支撐形成的孔隙。粒間孔又可詳細(xì)分為原生殘余粒間孔和次生的粒間溶孔?？傮w上，粒間孔在研究區(qū)目的層發(fā)育較差，面孔率較小(見圖3a，b)

3.2 溶孔

溶蝕作用是鄂爾多斯盆地砂巖氣藏儲(chǔ)層形成孔隙最有利的成巖作用。溶蝕孔主要類型包括巖屑溶孔、長(zhǎng)石溶孔、雜基溶孔等。

3.2.1 巖屑溶孔

巖屑溶孔在研究區(qū)目的層普遍發(fā)育，且面孔率相對(duì)較高，是該區(qū)最重要的儲(chǔ)集空間之一。具有隨著深度的加深，面孔率逐漸減少的趨勢(shì)(見圖3c)。

3.2.2 長(zhǎng)石溶孔

長(zhǎng)石顆粒部分或全部溶蝕形成的溶蝕孔隙，溶孔具長(zhǎng)石顆粒的短柱狀晶體輪廓，局部偶見未完全溶蝕的殘余部分。整體上長(zhǎng)石溶孔在目的層發(fā)育程度較差，僅在個(gè)別井發(fā)育長(zhǎng)石溶孔，且面孔率相對(duì)較低，研究區(qū)還發(fā)育一定數(shù)量的雜基溶孔(見圖3d)。

圖3 研究區(qū)上古生界孔隙類型

3.3 晶間孔

晶間孔的來源是多方面的，最主要有兩種形式，一部分存在于巖屑、長(zhǎng)石蝕變的高嶺石中，另一部分為填隙于孔隙之間的粘土礦物中，在溶蝕作用、交代蝕變較強(qiáng)的巖石中均有分布，以中-粗粒的巖屑砂巖、巖屑石英砂巖中分布最為廣泛。

晶間孔占據(jù)了很大一部分的儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間，一般滲流能力很低，但是當(dāng)微裂縫溝通晶間微孔時(shí)，其滲流能力會(huì)有極大改善。研究區(qū)目的層普遍發(fā)育結(jié)晶良好的高嶺石晶間孔、伊利石晶間孔以及少量綠泥石晶間孔(見圖3e、f、g)。

圖4 研究區(qū)儲(chǔ)層毛管壓力曲線分類

4 微觀孔隙結(jié)構(gòu)分類評(píng)價(jià)

對(duì)毛細(xì)管壓力資料的分析，不但能夠確定有關(guān)儲(chǔ)層性質(zhì)的大部分參數(shù)(如束縛水飽和度、孔隙度、滲透率和孔喉大小分布等)，還可將儲(chǔ)層巖石孔隙結(jié)構(gòu)特征利用其曲線形態(tài)定性的分析出來，本次劃分儲(chǔ)層類別，新增加主流喉道半徑分布范圍、主流喉道滲透率貢獻(xiàn)兩個(gè)參數(shù)，通過試氣資料的檢驗(yàn)，極大提高了微觀孔隙結(jié)構(gòu)分類評(píng)價(jià)的精度[11-17]。

通過對(duì)研究區(qū)目的層段41塊樣品進(jìn)行高壓壓汞實(shí)驗(yàn)，分析其毛細(xì)管壓力曲線形態(tài)和各項(xiàng)特征參數(shù)分析，對(duì)研究區(qū)微觀孔隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行高壓壓汞分類評(píng)價(jià)，將研究區(qū)目的層段的巖樣分為四類。盒8儲(chǔ)層Ⅱ類樣品共有1塊，Ⅲ類樣品共有11塊，Ⅳ類樣品共有7塊；山1儲(chǔ)層Ⅰ類樣品共有2塊，Ⅲ類樣品共有4塊，無Ⅱ類和Ⅲ類樣品；山2儲(chǔ)層Ⅲ類樣品共有3塊，Ⅳ類樣品共有6塊；本溪儲(chǔ)層Ⅱ類樣品共有3塊，Ⅲ類樣品共有4。儲(chǔ)層對(duì)應(yīng)孔喉特征如下(見表2、圖4)。

Ⅰ類儲(chǔ)層：毛管壓力曲線具有寬的平臺(tái)，排驅(qū)壓力值低，分布范圍為0.01～0.03 MPa，平均值為0.02 MPa?？缀硗岫绕骄?.3，分選系數(shù)在2.22～2.34之間，平均2.28。最大進(jìn)汞飽和度在87.17%～92.79%之間，平均89.98%，主流孔喉半徑主要分布在5.64～21.03 μm之間，進(jìn)汞飽和度為20.02%，滲透率貢獻(xiàn)值達(dá)到97.75%，最大連通孔喉半徑為49 μm，平均孔喉半徑為4.52 μm，中值半徑為0.42 μm。這類孔隙結(jié)構(gòu)孔喉分布集中，孔隙半徑最大，大孔隙所占比例大，整體偏粗，分選中等-差，儲(chǔ)集、滲流能力在四種類型孔隙結(jié)構(gòu)中最好，個(gè)別樣品發(fā)育微裂隙，大大改善了儲(chǔ)層的滲透性，導(dǎo)致很少的一部分大孔隙提供了絕大部分的滲流能力(見表2、圖5a)。此類儲(chǔ)層均達(dá)到儲(chǔ)層物性下限，孔隙類型主要以巖屑溶孔和殘余粒間孔為主。

圖5 四類毛細(xì)管壓力曲線及其孔喉分布與滲透率貢獻(xiàn)率曲線

Ⅱ類儲(chǔ)層：毛管壓力曲線具有較寬的平臺(tái)，整體仍然偏向左下方。排驅(qū)壓力值較低，分布范圍為0.2～0.59 MPa，平均值為0.43 MPa?？缀硗岫绕骄?.25，分選系數(shù)分布在1.5～2.85之間，平均值為1.98。最大進(jìn)汞飽和度在78.15%～93.73%之間，平均85.44%，主流孔喉半徑主要分布在0.396～2.179 μm之間，進(jìn)汞飽和度為48.61%，滲透率貢獻(xiàn)值達(dá)到97.23%，最大連通孔喉半徑為2.03 μm，平均孔喉半徑為0.62 μm，中值半徑為0.36 μm。分析表明，孔喉較粗，分選中等，儲(chǔ)集能力和滲流能力較好(見表2、圖5b)。該類儲(chǔ)層主要分布在本溪組和盒8組，該類儲(chǔ)層同樣均達(dá)到儲(chǔ)層物性下限，孔隙類型主要以巖屑溶孔和長(zhǎng)石溶孔為主。

Ⅲ類儲(chǔ)層：毛管壓力曲線具有較窄的平臺(tái)，排驅(qū)壓力值較高，分布范圍為0.5～3.18 MPa，平均值為1.49 MPa。孔喉歪度平均0.14，分選系數(shù)在1.23～5.13之間，平均2.78。最大進(jìn)汞飽和度在37.58%～89.07%之間，平均60.41%，主流孔喉半徑主要分布在0.151～0.656 μm之間，進(jìn)汞飽和度為19.93%，滲透率貢獻(xiàn)值達(dá)到95.69%，最大連通孔喉半徑為0.66 μm，平均孔喉半徑為0.19 μm，中值半徑為0.04 μm。分析表明，孔喉較細(xì)，分選中等-差，個(gè)別樣品分選極差，儲(chǔ)集能力和滲流能力一般(表2、圖5c)。該類儲(chǔ)層中有6塊樣品未達(dá)到儲(chǔ)層物性下限，占該類儲(chǔ)層的16.7%。其中Y1045井3 461.2 m試氣，試氣結(jié)果：無阻流量為14 731 m3/d。說明該類儲(chǔ)層中，達(dá)到儲(chǔ)層物性下限的儲(chǔ)層仍具有較好的開發(fā)效果，主要以晶間孔為主，伴有裂縫或面孔率較小的溶蝕孔。

Ⅳ類儲(chǔ)層：毛管壓力曲線具有最窄的平臺(tái)，排驅(qū)壓力值高，分布范圍為0.67～4.99 MPa，平均值為3.12 MPa?？缀硗岫绕骄鶠椤?.08，分選系數(shù)在0.95～5.4之間，平均2.85。最大進(jìn)汞飽和度在26.66%～65.22%之間，平均為43.1%，主流孔喉半徑主要分布在0.122～0.568 μm之間，進(jìn)汞飽和度為15.14%，滲透率貢獻(xiàn)值達(dá)到92.96%，最大連通孔喉半徑為0.37 μm，平均孔喉半徑為0.15 μm，中值半徑為0.02 μm。此類孔隙結(jié)構(gòu)孔喉細(xì)，分選中等-差，部分樣品分選極差，儲(chǔ)集能力和滲流能力最差(表2、圖5d)。該類儲(chǔ)層均未達(dá)到儲(chǔ)層物性下限，不具備產(chǎn)能，以晶間孔為主。

綜上分析，得出結(jié)論：(1)孔喉分選性越差，主流喉道半徑的進(jìn)汞飽和度越低；(2)主流喉道半徑的分布范圍越集中，且喉道半徑值越大，主流喉道滲透率貢獻(xiàn)越大。

表2 研究區(qū)儲(chǔ)層毛管壓力曲線孔隙結(jié)構(gòu)特征參數(shù)分類統(tǒng)計(jì)表

5 結(jié)語

(1) 研究區(qū)石英含量較高，本溪組石英含量最高，平均高達(dá)91.8%，研究區(qū)上古生界主要以石英砂巖和巖屑石英砂巖為主，填隙物含量不高，但變化范圍較大，含量最高達(dá)65%、最低僅為3%，平均含量為11.17%，其中膠結(jié)物含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于雜基含量，雜基主要為泥鐵質(zhì)。各目的層普遍存在的填隙物有高嶺石、水云母、綠泥石、硅質(zhì)等。

(2) 研究區(qū)上古生界屬低孔、低滲、特低滲致密儲(chǔ)集層。滲透率變化主要受孔隙發(fā)育程度及其空間配置關(guān)系的控制，滲透率與孔隙度整體上呈正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)性較好。盒8儲(chǔ)層孔隙度下限4.0%，滲透率下限0.052×10-3μm2，山1儲(chǔ)層孔隙度下限3.0%，滲透率下限0.03×10-3μm2，山2儲(chǔ)層孔隙度下限2.9%，滲透率下限0.032×10-3μm2，本溪儲(chǔ)層孔隙度下限3.3%，滲透率下限0.06×10-3μm2。

(3)研究區(qū)主要發(fā)育有原生粒間孔、次生溶孔、晶間孔和微裂隙四類孔隙。其中以次生溶孔和晶間孔為主，原生粒間孔在孔隙構(gòu)成中居于次要地位，次生溶孔主要為巖屑和長(zhǎng)石溶孔及雜基溶孔。

(4)研究區(qū)Ⅰ類、Ⅱ類儲(chǔ)層微觀孔隙結(jié)構(gòu)及其空間配置關(guān)系較好，主流孔喉半徑大，整體偏粗，分選中等-差，儲(chǔ)集、滲流能力好，主要以巖屑溶孔和殘余粒間孔為主。Ⅲ類儲(chǔ)層主流孔喉半徑較小，孔喉較細(xì)，個(gè)別樣品分選極差，儲(chǔ)集能力和滲流能力一般，主要以晶間孔為主。試氣結(jié)果顯示，達(dá)到儲(chǔ)層物性下限的儲(chǔ)層仍具有較好的開發(fā)效果，Ⅳ類儲(chǔ)層無產(chǎn)能。

[1]劉新社，席勝利，付金華，等．鄂爾多斯盆地上古生界天然氣生成[J]. 天然氣工業(yè).2000，20(6)：19-23.

[2]付金華，段曉文，席勝利．鄂爾多斯盆地上古生界氣藏特征[J]. 天然氣工業(yè).2000，20(6)：16-19.

[3]付金華，魏新善，任軍峰．伊陜斜坡上古生界大面積巖性氣藏分布與成因[J]. 石油勘探與開發(fā).2008，35(6)：664-667.

[4]楊正明，張英芝，郝明強(qiáng)，等．低滲透油田儲(chǔ)層綜合評(píng)價(jià)方法[J]．石油學(xué)報(bào).2006，27(2)：64-67.

[5]李道品．低滲透砂巖油藏開發(fā)[M].北京：石油工業(yè)出版社.1997：46-48.

[6]楊曉萍，趙文智，等．低滲透儲(chǔ)層成因機(jī)理及優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層形成與分布[J]．石油學(xué)報(bào).2007，28(4)：57-62.

[7]楊奕華，包洪平，賈亞妮，等．鄂爾多斯盆地上古生界砂巖儲(chǔ)集層控制因素分析[J]．古地理學(xué)報(bào).2008，10(1)：26-30.

[8]楊峰，寧正福，胡昌蓬，等．儲(chǔ)頁巖儲(chǔ)層微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征[J]．石油學(xué)報(bào).2013，34(2)：301-311.

[9]Baker J C，Havord P J，Martin K R，t al. Diagenesis and petrophysics of early Perminan Moogooloo sandstone，sothern Carnarvon basin，Westen Austrilia[J].AAPG. 2000，84(2): 250-265.

[10]王瑞飛，沈平平，宋子齊，等. 特低滲透砂巖油藏儲(chǔ)層微觀孔喉特征[J]．石油學(xué)報(bào).2009，30(4)：560-564.

[11]蔣凌志，顧家裕，郭彬程. 中國(guó)含油氣盆地碎屑巖低滲透儲(chǔ)層的特征及形成機(jī)理 [J]．沉積學(xué)報(bào).2004，22(1)：13-18.

[12]劉林玉，陳剛，柳益群，等．碎屑巖儲(chǔ)集層溶蝕型次生孔隙發(fā)育的影響因素分析[J]．沉積學(xué)報(bào).1998，16(2)：97-101.

[13]徐波，孫衛(wèi)．姬塬油田長(zhǎng)4+5砂巖儲(chǔ)層孔隙類型與成巖作用[J].吉林大學(xué)學(xué)報(bào)：地球科學(xué)版.2008：38(6)：953-958.

[14]林玉保，張江，劉先貴，等. 喇嘛甸油田高含水后期儲(chǔ)集層孔隙結(jié)構(gòu)特征[J].石油勘探與開發(fā).2008，35(2)：215-219.

[15]魏虎，孫衛(wèi)，李達(dá)，等. 鄂爾多斯盆地致密砂巖氣藏微觀孔隙結(jié)構(gòu)對(duì)氣井生產(chǎn)的影響[J].西北大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版).2011，41(5)：869-875.

[16]龐彥明，章鳳奇，邱紅楓，等. 酸性火山巖儲(chǔ)層微觀孔隙結(jié)構(gòu)及物性參數(shù)特征[J].石油學(xué)報(bào).2007，28(6)：72-77.

[17]胡志明，把智波，熊偉，等. 低滲透油藏微觀孔隙結(jié)構(gòu)分析[J].大慶石油學(xué)院學(xué)報(bào).2006，30(3)：51-53.

2016-10-21

段景杰(1974-)，女，吉林松原人，高級(jí)工程師，主要從事油田開發(fā)技術(shù)研究工作。

段偉(1965-)，男，四川安岳人，高級(jí)工程師，主要從事油田地質(zhì)及開發(fā)工程研究工作。

TE122.2+5

A

1004-1184(2017)01-0159-04