致密砂巖孔隙演化特征及其成巖作用對儲層質(zhì)量的影響
——以鄂爾多斯盆地馬嶺南延長組長8儲層為例

肖 暉，王浩男，楊引弟，柯昌艷，折海琴

(1.西安石油大學(xué) 地球科學(xué)與工程學(xué)院，西安 710065；2.西安石油大學(xué) 陜西省油氣成藏地質(zhì)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安 710065)

儲層質(zhì)量是影響致密砂巖油氣勘探開發(fā)的重要因素，其取決于沉積物源、沉積構(gòu)造及成巖作用等[1-6]。當(dāng)物源條件及沉積環(huán)境差異較小時，成巖作用及差異性改造則成為儲層質(zhì)量的主要影響因素。對于致密砂巖儲層成巖作用研究，前人多體現(xiàn)在成巖作用的類型及特征[7-9]、致密化成因及機(jī)理[10-14]以及成巖序列恢復(fù)和儲層孔隙度定量恢復(fù)[15-18]等方面，成巖差異演化及對儲層質(zhì)量影響方面研究相對薄弱。致密砂巖儲層由于地質(zhì)歷史時期強(qiáng)烈地成巖作用改造，使得現(xiàn)今儲層致密、非均質(zhì)性強(qiáng)、物性較低、微觀孔喉結(jié)構(gòu)差異較大，導(dǎo)致儲層儲集性能及滲流能力相差懸殊[19-21]。因此，研究差異成巖演化對儲層微觀孔喉結(jié)構(gòu)的影響，對儲層儲集性能和滲流特征至關(guān)重要，同時也為優(yōu)質(zhì)儲集體預(yù)測提供依據(jù)。

本次研究針對鄂爾多斯盆地西南部馬嶺南長8油層組致密砂巖儲層，采用鑄體薄片鏡下觀察及圖像分析、掃描電鏡、陰極發(fā)光、高壓壓汞、核磁共振等實(shí)驗(yàn)方法，運(yùn)用巖相學(xué)原理恢復(fù)研究區(qū)成巖演化序列，定量計(jì)算不同成巖作用條件下儲層孔隙度損失率，進(jìn)而對儲層差異成巖演化進(jìn)行分類描述。結(jié)合高壓壓汞孔喉結(jié)構(gòu)及核磁共振可動流體參數(shù)，對不同成巖演化條件下微觀孔喉結(jié)構(gòu)特征、儲層儲集性能及滲流能力的影響進(jìn)行研究。

1 儲層特征

1.1 儲層沉積特征

研究區(qū)位于鄂爾多斯盆地馬嶺南部(圖1)，上三疊統(tǒng)延長組長8沉積時期主要受西南方向物源和沉積體系控制，發(fā)育三角洲前緣沉積環(huán)境，發(fā)育的沉積微相有水下分流河道、河口壩、水下分流間灣及河道側(cè)翼，含油砂體主要為水下分流河道。砂體顆粒粒徑主要分布范圍為0.14～0.35 mm，平均為0.25 mm，主要為細(xì)砂巖(68.2%)，其次為中砂巖(17.8%)。

1.2 巖石學(xué)特征及孔隙類型

根據(jù)657塊巖礦鑒定資料，研究區(qū)長8儲集層巖石類型以巖屑長石砂巖為主(63.5%)，其次為長石巖屑砂巖(27.6%)，成分成熟度普遍較低。碎屑組分中主要為石英，含量28.03%～30.71%，平均29.37%；長石含量24.51%～33.59%，平均29.05%；巖屑含量18.6%～24.82%，平均21.71%。馬嶺南地區(qū)長8砂巖巖屑主要為噴發(fā)巖、千枚巖、白云母、隱晶巖和石英巖，其次是板巖、變質(zhì)砂巖和片巖，含少量燧石、灰?guī)r和泥巖。填隙物主要以云母、綠泥石、方解石、鐵方解石和硅質(zhì)為主，其次為高嶺石、白云石和泥鐵質(zhì)。馬嶺南地區(qū)長8砂巖顆粒分選性以好和中為主，磨圓度以次棱角狀為主，接觸方式為點(diǎn)—線接觸為主，局部呈線—線接觸。研究區(qū)長8儲層整體成分成熟度低、結(jié)構(gòu)成熟度較高，這與鄂爾多斯盆地西南部延長組長8儲層特征一致[22-24]。

圖1 鄂爾多斯盆地構(gòu)造單元及研究區(qū)井位

通過352塊鑄體薄片統(tǒng)計(jì)表明，馬嶺南長8儲層主要發(fā)育粒間孔(平均面孔率2.09%)、長石溶孔(平均面孔率0.75%)，其次為粒間溶孔、巖屑溶孔、晶間孔和少量微裂隙，平均面孔率均在0.5%以下，長8儲層整體面孔率較低[17-18]。

1.3 物性特征

據(jù)8 106塊巖心實(shí)測物性資料統(tǒng)計(jì)，研究區(qū)長8儲層孔隙度主要分布在4%～12%，平均為9.04%；滲透率主要分布在(0.01～0.6)×10-3μm2，平均0.45×10-3μm2，屬于典型的低孔—超低滲致密砂巖儲層。由于巖石孔喉結(jié)構(gòu)與儲層后期成巖改造的影響，使得該類儲層微觀孔喉結(jié)構(gòu)與宏觀物性特征相對復(fù)雜[18，25]。

2 成巖作用類型與特征

對本區(qū)巖心鑄體薄片、掃描鑒定、陰極發(fā)光及X衍射等測試數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，馬嶺南長8儲層成巖作用主要有壓實(shí)、膠結(jié)、溶蝕和交代作用等。其中對儲層孔隙影響最大的成巖作用為壓實(shí)、膠結(jié)和溶蝕作用[7]。

2.1 壓實(shí)作用

壓實(shí)和壓溶作用是使研究區(qū)長8儲層致密化的主要成巖作用[26]。根據(jù)薄片及掃描電鏡觀察，壓實(shí)作用主要表現(xiàn)為石英、長石等剛性顆粒定向排列、擠壓破裂，水云母、板巖、千枚巖等塑性礦物強(qiáng)烈擠壓變形(圖2a-c)，造成原生孔隙減少，堵塞喉道，喉道曲率增加。隨著壓實(shí)、壓溶作用的增強(qiáng)，顆粒間由點(diǎn)—線接觸逐漸演變?yōu)榫€—線接觸(圖2d)。

2.2 膠結(jié)作用

根據(jù)研究區(qū)大量薄片的鑒定結(jié)果，馬嶺南地區(qū)長8儲層主要發(fā)育硅質(zhì)膠結(jié)、鈣質(zhì)膠結(jié)和自生黏土礦物膠結(jié)3種類型，其中以鈣質(zhì)膠結(jié)和黏土膠結(jié)為主。

研究區(qū)硅質(zhì)膠結(jié)普遍發(fā)育，主要發(fā)育環(huán)繞石英顆粒的次生加大邊和孔隙間充填的自生石英(圖3a-b)，以前者為主。石英加大常見Ⅱ、Ⅲ級加大，含量在0～4.1%，平均1.24%，粒間充填石英晶粒含量較少，平均在0.45%。

圖2 鄂爾多斯盆地馬嶺南部延長組長8砂巖壓實(shí)作用及其特征

通常認(rèn)為硅質(zhì)膠結(jié)物SiO2主要來源與石英顆粒的壓溶重結(jié)晶過程有關(guān)[27]，研究區(qū)長8儲層石英顆粒壓溶現(xiàn)象較少見。SiO2的形成與酸性環(huán)境中不穩(wěn)定礦物如鉀長石、火山巖屑等溶蝕過程有關(guān)。理論計(jì)算表明一個體積的鉀長石可產(chǎn)生0.43個單位體積的SiO2，為硅質(zhì)膠結(jié)物的形成提供了主要物質(zhì)來源[28]。

研究區(qū)石英顆粒的多級加大程度是不均一的，加大邊的寬窄主要受孔隙空間限制或壓溶作用的影響[29]。自生石英顆粒多見于綠泥石薄膜發(fā)育的殘余粒間孔隙中。國內(nèi)外學(xué)者認(rèn)為綠泥石的發(fā)育抑制了石英次生加大的膠結(jié)[30-31]。黃思靜等[32]認(rèn)為自生綠泥石薄膜將石英顆粒與孔隙流體阻隔，抑制其自生加大。自生石英充填程度高的地區(qū)，可將綠泥石薄膜形成后殘余孔隙部分充填。從產(chǎn)狀上看，充填于孔隙間的自生石英形成的時間晚于石英加大(圖3a)。

圖3 鄂爾多斯盆地馬嶺南部長8砂巖硅質(zhì)、黏土及鈣質(zhì)膠結(jié)特征

a.粒間孔中充填的自生石英晶體，Y80井，2 002.11 m；b.掃描電鏡下石英顆粒多級加大，L78井, 2 203.1 m；c.自生黏土礦物充填孔隙及襯墊狀附著在顆粒表面，C21井，2 130.1 m；d.掃描電鏡下綠泥石薄膜發(fā)育，C21井，2 130.1 m；e.含鐵方解石連晶式充填在粒間孔以及長石溶孔內(nèi)充填的含鐵方解石，用氰化鉀和茜素紅混合液染色呈現(xiàn)暗紅色，L144井，2 242.2 m；f.掃描電鏡下粒間孔中充填的菱面體碳酸鹽，晶粒粗大，L144井，2 242.2 m；g.交代成因的斑狀含鐵白云石以及泥晶方解石，含鐵白云石呈現(xiàn)淺藍(lán)色，L144井，2 242.2 m；h.孔隙中充填的泥粉晶方解石晶粒，2 242.2 m。

Fig.3 Diagenetic characteristics of siliceous, clay mineral and carbonate cement of Chang 8 reservoir in Yanchang Formation, southern Maling, Ordos Basin

鈣質(zhì)膠結(jié)在研究區(qū)砂巖中普遍發(fā)育，但含量變化很大，在0～36.2%，平均含量4.71%,主要為成巖晚期形成的含鐵方解石(平均含量4.51%)和含鐵白云石(平均含量0.2%)(圖3e-g)，早期形成的方解石分布范圍很有限，觀察的所有薄片中出現(xiàn)的概率不到20%，平均含量小于0.6%。通常普遍發(fā)育方解石的砂巖，含鐵方解石和含鐵白云石不發(fā)育。早期形成的方解石結(jié)晶度較差，晶粒一般較小(圖3h)，以泥晶基底式膠結(jié)為主[33]。晚期形成的碳酸鹽膠結(jié)物膠結(jié)充分，晶粒較大，多以粒間充填的連晶狀分布和斑狀分布為主(圖3e-f)，少量為充填在長石次生溶蝕孔內(nèi)(圖3e)。連晶狀含鐵方解石發(fā)育的砂巖往往壓實(shí)程度相對較弱，高強(qiáng)度鈣質(zhì)膠結(jié)導(dǎo)致殘余粒間孔消失，儲層物性一般很差[34-35]。

國內(nèi)外學(xué)者通常認(rèn)為鈣質(zhì)膠結(jié)的物質(zhì)來源有二[36]：一是成巖作用早期階段，源于火山巖屑溶蝕形成蒙脫石，蒙脫石向伊利石轉(zhuǎn)化過程中使得孔隙水中Ca2+離子含量升高，為鈣質(zhì)沉淀提供來源，研究區(qū)砂巖中的泥粉晶方解石的形成多與此成因有關(guān)[7]；二是成巖晚期源于有機(jī)質(zhì)脫羧后CO2進(jìn)入儲層，酸性流體溶蝕長石及早期形成的方解石產(chǎn)生的大量Ca2+，由于早期壓實(shí)作用原生粒間孔減少，封閉環(huán)境下粒間孔及長石溶蝕孔中膠結(jié)、交代形成連晶式含鐵方解石[27]。對于泥質(zhì)含量高、壓實(shí)作用相對較強(qiáng)的砂巖，殘余粒間孔不發(fā)育，易形成少量交代成因的斑狀式的含鐵方解石，使孔隙度進(jìn)一步降低。

通過黏土礦物X衍射分析表明，馬嶺南地區(qū)黏土礦物含量在4.52%～11.37%，平均為7.51%，其中以綠泥石(平均含量43.69%)和伊利石(平均含量39.96%)為主，其次為伊/蒙間層(平均含量16.35%，)，伊/蒙間層中蒙脫石含量一般小于15%，黏土礦物含量與鄂爾多斯盆地西南部長8儲層含量特征類似[14]。

大量巖石薄片及掃描電鏡觀察表明，綠泥石膠結(jié)物呈現(xiàn)葉片狀，以顆粒表面襯墊方式產(chǎn)出黏土膜(圖3c-d)，伊利石主要呈現(xiàn)絲狀及搭橋狀，充填于孔隙或喉道內(nèi)，伊/蒙間層多以蜂窩狀充填，充填于孔隙內(nèi)或長石顆粒表面[22]。

綠泥石薄膜發(fā)育的砂巖，厚度約為5～8 μm，綠泥石薄膜形成于中成巖A期早期，發(fā)生在石英一期加大之后，孔隙充填自生石英晶體大量充填之前(圖3a)。綠泥石膠結(jié)物主要來源于成巖早期的堿性地層水，早期火山巖屑轉(zhuǎn)化使得孔隙水中Fe2+和Mg2+濃度增加，為綠泥石提供物質(zhì)來源[27]。綠泥石薄膜的大量發(fā)育增強(qiáng)砂巖儲層的抗壓能力，另外綠泥石薄膜阻隔了礦物與孔隙水之間的離子交換，阻止顆粒繼續(xù)自生加大，有利于原生孔隙的保存[31]。鏡下觀察表明，綠泥石發(fā)育的地區(qū)，顆粒間多以點(diǎn)—線接觸為主，石英多級自生加大現(xiàn)象也較少。

伊利石的成因有很多種，早期蒙脫石的轉(zhuǎn)化，長石、云母等硅酸鹽礦物風(fēng)化形成碎屑伊利石以及長石的伊利石化等。掃描電鏡下，伊利石除了充填孔隙及網(wǎng)狀搭橋喉道外，也以顆粒包膜的形式出現(xiàn)[7]，伊利石集合體常呈鱗片狀、碎片狀和羽毛狀。

2.3 溶蝕作用

溶蝕作用是鄂爾多斯盆地延長組砂巖非常普遍的成巖作用類型[33]。通過大量的薄片觀察表明，馬嶺南地區(qū)最常見的溶蝕作用是長石和巖屑的溶蝕作用(圖4)。本次研究碳酸鹽、黏土礦物和雜基溶蝕較少被觀察到，它們所占的次生孔隙非常有限[7]。

長石的溶解受溫度、pH值及有機(jī)酸類型等影響，不同長石類型受影響程度不同。溫度增加，鉀長石易于發(fā)生溶蝕，而鈉長石和鈣長石的溶解度變化不大或略有下降。3種類型長石的溶解度都隨pH值的降低而上升，中性和弱堿性條件下長石溶解度最小[4]。當(dāng)?shù)貙又杏袡C(jī)質(zhì)在高溫高壓下分解產(chǎn)生大量有機(jī)酸時，長石溶蝕強(qiáng)烈[22]。研究區(qū)長8砂巖長石顆粒中鈉長石較鉀長石更易發(fā)生溶解，多沿解理縫溶蝕呈蜂窩狀，部分薄片鏡下可見長石顆粒完全溶蝕形成的鑄?？椎啾煌砥阼F方解石部分—完全充填。長石溶蝕孔面孔率整體不發(fā)育，小于粒間孔面孔率，分布在0～1.5%，平均在0.75%。但當(dāng)砂巖鈣質(zhì)膠結(jié)強(qiáng)烈，粒間孔不發(fā)育時，長石溶蝕孔仍是最主要的孔隙度貢獻(xiàn)者，其次為巖屑溶蝕。

圖4 鄂爾多斯盆地馬嶺南部長8砂巖溶解成巖作用

研究區(qū)長8砂巖可見火山巖巖屑的溶蝕現(xiàn)象，形成巖屑粒內(nèi)溶孔，但較長石溶蝕量偏低，面孔率在0～0.85%。由于巖屑的溶解需要酸性水的存在，同時滿足良好的孔隙通道。巖屑大量發(fā)育的儲層中，巖屑因壓實(shí)作用形成假雜基阻塞孔隙，使得巖屑溶蝕量遠(yuǎn)低于長石溶解量。

3 孔隙演化定量計(jì)算

3.1 成巖序列恢復(fù)

石英Ⅱ—Ⅲ加大、綠泥石和伊利石發(fā)育，蒙脫石占比I/S小于15%等成巖現(xiàn)象，說明研究區(qū)長8砂巖成巖作用階段為中成巖A期晚期到B期早期階段，這與前人觀點(diǎn)一致[18]。

成巖序列因巖石學(xué)特征的不同而不同。粗粒砂巖與細(xì)粒砂巖、富含塑性與富含剛性顆粒砂巖的成巖序列不同，且早期成巖作用的差異影響后期成巖演化。馬嶺南地區(qū)長8優(yōu)質(zhì)儲層多發(fā)育中—細(xì)砂巖，儲層熱演化程度相近，經(jīng)歷了淡水—半咸水的成巖環(huán)境。成巖作用特征研究發(fā)現(xiàn)，剛性顆粒及塑性顆粒含量的差異影響壓實(shí)作用程度，而壓實(shí)作用的不同會影響晚期膠結(jié)作用過程。

富含塑性顆粒的砂巖儲層，如C21、L78井，云母含量平均達(dá)11.2%，塑性顆粒總含量大于17%。該類砂巖壓實(shí)作用相對較強(qiáng)，云母礦物由于壓實(shí)擠壓變形形成假雜基，使得粒間孔在成巖早期就大量損失。晚期綠泥石、伊利石及鈣質(zhì)膠結(jié)進(jìn)一步充填殘余粒間孔，溶蝕作用是控制該類儲層質(zhì)量的主要因素。當(dāng)長石粒內(nèi)溶蝕作用發(fā)育時，如L78井，溶蝕面孔率為3.5%，物性相對較好，孔隙度在8.43%；反之溶蝕作用不發(fā)育，或長石溶蝕孔被大量充填的井，如C21井，總面孔率小于0.5%，孔隙度為5.23%。溶蝕作用強(qiáng)度是該類儲層物性的主要影響因素。

富含剛性顆粒的砂巖儲層云母含量低于5%，剛性顆粒含量大于34.5%。該類砂巖是研究區(qū)優(yōu)質(zhì)儲層代表性巖石類型。巖石經(jīng)過一定的壓實(shí)作用后石英次生加大。中期成巖作用階段后，綠泥石薄膜沿顆粒表面襯墊式膠結(jié)，抑制了石英的進(jìn)一步加大，之后是方解石的膠結(jié)及自生石英晶體孔隙式充填。石英次生加大邊中發(fā)育鹽水包裹體，均一化溫度峰值在74～86 ℃，而方解石膠結(jié)物中的鹽水包裹體均一化溫度峰值在91～117 ℃[7]，證實(shí)了這一系列成巖序列。

在方解石膠結(jié)之后是方解石的溶解作用(研究區(qū)所觀察到的方解石溶解作用不明顯)，同時伴隨長石及巖屑的溶蝕，之后是烴類充注成藏。而未發(fā)生烴類充注的孔隙中，則發(fā)生晚期含鐵方解石或含鐵白云石的交代、膠結(jié)作用，因?yàn)樵阽R下可以觀察到這些含鐵方解石充填溶蝕孔隙。對于富含剛性顆粒的砂巖儲層，綠泥石薄膜及鈣質(zhì)膠結(jié)的充填程度是影響該類儲層物性的主要因素。

綜上并結(jié)合前人成巖序列研究結(jié)果[14-16,37]，可以恢復(fù)出研究區(qū)長8儲層代表性成巖序列為：壓實(shí)、壓溶作用—石英次生加大—綠泥石薄膜膠結(jié)—早期方解石、黏土膠結(jié)—長石、巖屑溶蝕—烴類充注—晚期含鐵方解石膠結(jié)(圖5)。

3.2 成巖演化定量計(jì)算

定量計(jì)算不同成巖階段的成巖作用對儲層孔隙度演化貢獻(xiàn)率，是研究差異成巖演化的關(guān)鍵。根據(jù)薄片圖像分析及粒度分析結(jié)果，應(yīng)用BEARD等[27]提出的砂巖原始孔隙度計(jì)算公式計(jì)算研究區(qū)樣品的原始孔隙度。

φ0=20.91+22.9/S0

(1)

式中：φ0為原始孔隙度，%；S0為特拉斯克分選系數(shù)，S0=(P25/P75)/2，P25為粒度累計(jì)曲線上顆粒體積分?jǐn)?shù)25%對應(yīng)的顆粒直徑，P75為粒度累計(jì)曲線上顆粒體積分?jǐn)?shù)75%對應(yīng)的顆粒直徑。

壓實(shí)減少的孔隙度主要利用ATHY[38]提出的公式(2)計(jì)算：

φn=φ0·e-ah

(2)

式中：φn為剩余孔隙度，%；a為壓實(shí)因子，粉砂巖和中細(xì)砂巖的壓實(shí)因子一般為0.000 33～0.000 40，本次計(jì)算取0.000 33；h為樣品埋深，m。

溶蝕增加孔隙度和膠結(jié)物減少孔隙度分別用式(3)、(4)進(jìn)行計(jì)算：

φ溶=(φ今/M總)M溶

(3)

φ膠=(φ今/M總)M膠溶+M膠

(4)

式中：φ溶、φ膠分別為溶蝕增加孔隙度和膠結(jié)減少孔隙度，%；φ今為現(xiàn)今實(shí)測孔隙度，%；M總、M溶、M膠溶、M膠分別為薄片統(tǒng)計(jì)樣品的總面孔率、溶蝕孔面孔率、膠結(jié)溶蝕面孔率和膠結(jié)物含量，%。本次研究發(fā)現(xiàn)研究區(qū)樣品中膠結(jié)物未見有明顯的溶蝕現(xiàn)象，因此膠結(jié)損失孔隙度約為φ膠=M膠。

圖5 鄂爾多斯盆地西南部研究區(qū)埋藏史及成巖演化序列埋藏史圖引自文獻(xiàn)[18]。

孔隙演化計(jì)算結(jié)果分析表明(表1)，壓實(shí)作用孔隙減少率平均在49.51%，膠結(jié)作用孔隙減少率平均在30.6%，溶蝕作用孔隙增加率平均在7.0%，壓實(shí)作用是導(dǎo)致本地區(qū)儲層致密化的主要因素。根據(jù)代表鉆井樣品的孔隙演化特征，可將馬嶺南部地區(qū)長8儲層成巖改造特征分為4種類型，分別是綠泥石薄膜發(fā)育、最大長石溶蝕、最大壓實(shí)壓溶和最大鈣質(zhì)膠結(jié)(表1)。不同成巖改造類型對儲層孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)育特征的影響具有差異性。

表1 鄂爾多斯馬嶺南部長8儲層不同成巖作用定量計(jì)算的過程參數(shù)與結(jié)果

Table 1 Process parameters and results of quantitative calculation of different diagenesisin Chang 8 reservoir of southern Maling, Ordos Basin %

樣號K/10-3μm2壓實(shí)作用減少率早期黏土、硅質(zhì)膠結(jié)減少率綠泥石膠結(jié)減少率鈣質(zhì)膠結(jié)減少率溶蝕作用增加率φ0φ計(jì)算φ今孔隙度相對誤差綠泥石薄膜發(fā)育(L154-1,2 274 m)0.843 947.227.1112.027.06.0037.1512.1311.079.57最大長石溶蝕(B16,2 055.4 m)0.192 150.7512.852.2418.012.0037.1110.459.3212.12最大壓實(shí)壓溶(W74-2,1 881.6 m)0.106 954.0114.472.0315.010.0037.989.308.894.61最大鈣質(zhì)膠結(jié)(L144-3,2 297.4 m)0.024 146.8515.275.5624.05.0033.864.515.0610.87長8儲層平均值0.2949.5111.359.2510.07.036.409.969.7110.81

4 差異性成巖演化對孔隙結(jié)構(gòu)的影響

根據(jù)高壓壓汞和核磁共振實(shí)驗(yàn)，分別對以上4種成巖改造類型的儲層儲集性能和滲流能力進(jìn)行評價(表2)。

4.1 綠泥石薄膜膠結(jié)

以 L154-1樣品為例，早期壓實(shí)作用孔隙減少率相對較小，在47.22%。根據(jù)薄片觀察該樣品綠泥石薄膜發(fā)育，綠泥石膠結(jié)含量為4.3%，一定程度上抑制了石英多級加大，粒間孔大量發(fā)育。同時鈣質(zhì)膠結(jié)含量較低，孔隙減少率在7%，使得殘余粒間孔得以保存。該類儲層物性最好，巖樣孔體積相對較大，連通性較好，高壓壓汞分析孔喉中值半徑為0.36 μm，最大進(jìn)汞飽和度78.45%，退汞效率為56.61%。核磁共振分析束縛水飽和度相對較低，為40.62%，可動流體飽和度為4.95%，儲層滲流能力強(qiáng)。

4.2 最大長石溶蝕

以B16樣品為例，早期壓實(shí)作用孔隙減少率相對較強(qiáng)，在50.75%。綠泥石含量低，孔隙減少率為2.24%，硅質(zhì)和鈣質(zhì)膠結(jié)物含量較高，粒間孔不發(fā)育，后期經(jīng)歷了較為強(qiáng)烈的溶蝕作用，溶蝕孔隙度增加率為12%，薄片觀察表明，主要形成溶蝕粒內(nèi)孔及少量巖屑溶孔。該類儲層物性較好，高壓壓汞分析孔喉中值半徑為0.031 3 μm，最大進(jìn)汞飽和度為84.74%，退汞效率41.42%，退汞效率明顯較綠泥石薄膜發(fā)育的儲層低，表明巖樣孔隙連通性相對較差；核磁共振分析束縛水飽和度為74.04%，可動流體孔隙度為1.50%，綜合儲層宏觀物性評價為較好儲層。

4.3 最大壓實(shí)壓溶

以W74-2樣品為例，早期壓實(shí)作用孔隙度損失率最大，為54.01%，加上不同時期的膠結(jié)作用，顆粒接觸緊密，云母等塑性顆粒強(qiáng)烈變形，粒間孔基本不發(fā)育。高壓壓汞分析孔喉中值半徑為0.098 7 μm，最大進(jìn)汞飽和度為74.44%，退汞效率為28.79%，表明喉道更加復(fù)雜，儲層非均質(zhì)性較強(qiáng)；核磁共振分析束縛水飽和度為77.54%，可動流體孔隙度為1.33%，綜合儲層宏觀物性評價為中等儲層。該類儲層主要發(fā)育在河道側(cè)翼，沉積水動力相對較弱，以細(xì)砂為主，粉細(xì)砂巖次之，泥質(zhì)含量相對較多，巖屑及云母等塑性含量相對較高。

表2 鄂爾多斯馬嶺南部長8儲層不同成巖演化類型孔喉結(jié)構(gòu)及可動流體特征

Table 2 Characteristics of pore-throat structure and movable fluid of different diageneticevolution types in Chang 8 reservoirs, southern Maling, Ordos Basin

4.4 最大鈣質(zhì)膠結(jié)

以L144-3樣品為例，鈣質(zhì)膠結(jié)強(qiáng)烈，孔隙度損失率高達(dá)24%，含鐵方解石呈連晶式充填于粒間孔中，儲層致密化程度高，物性相對較差。高壓壓汞分析孔喉中值半徑僅為0.008 3 μm，進(jìn)汞飽和度和退汞效率均較低，分別為55.79%和31.97%；核磁共振束縛水飽和度高達(dá)93.55%，可動流體孔隙度僅為0.10%，綜合評價為差儲層。鈣質(zhì)膠結(jié)強(qiáng)烈的儲層多為河道側(cè)翼及向分流間灣過渡帶，砂泥互層頻繁或砂體多成透鏡體被泥巖包裹。

5 不同成巖作用對儲層質(zhì)量的影響

孔喉結(jié)構(gòu)是指孔喉的幾何形態(tài)、大小、分布以及連通性，其直接決定著儲層的儲集性能和滲流能力[39]，分析不同成巖作用對儲層孔喉結(jié)構(gòu)的影響，進(jìn)而分析對儲層儲集性能及滲流能力的影響。

5.1 孔喉分布及孔喉大小

以中值半徑作為反映樣品孔喉分布大小的參數(shù)，與不同成巖作用參數(shù)做相關(guān)性分析(圖6)。結(jié)果表明，壓實(shí)作用、鈣質(zhì)膠結(jié)與中值半徑整體呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)，隨著壓實(shí)程度及鈣質(zhì)膠結(jié)作用的不斷增大，儲層孔喉大小趨于變小，孔隙以小孔為主。溶蝕作用與中值半徑整體呈現(xiàn)正相關(guān)，表明隨著長石、巖屑等溶蝕作用的增強(qiáng)，促進(jìn)了次生孔隙的發(fā)育，一定程度上增加了孔隙半徑大小。由于溶蝕作用的主體鈉長石溶蝕孔多為粒內(nèi)孔隙，連通性相對較差，造成由高壓壓汞實(shí)驗(yàn)得出中值半徑與溶蝕增大率相關(guān)性較低。綠泥石含量相關(guān)性分析表明，在綠泥石膠結(jié)含量小于4.3%時，隨著膠結(jié)含量的增加，中值半徑也相應(yīng)增加，當(dāng)膠結(jié)物含量大于4.3%時則相反。這反映出綠泥石薄膜膠結(jié)對儲層影響的2個方面:適量的綠泥石薄膜發(fā)育可以有效的抑制壓實(shí)作用，利于粒間孔隙保存；而膠結(jié)含量過多則導(dǎo)致較厚的綠泥石薄膜附著于顆粒表面，減小孔喉半徑，并且綠泥石晶間發(fā)育大量微孔，使得儲層中值半徑減少。

5.2 儲層儲集性

儲層儲集性是評價其含油氣性的一個重要指標(biāo)，高壓壓汞最大進(jìn)汞飽和度能很好地反映儲集性能。通過對不同成巖作用參數(shù)與進(jìn)汞飽和度的相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)(圖7)，隨著壓實(shí)和鈣質(zhì)膠結(jié)作用的增強(qiáng)，均導(dǎo)致儲層儲集空間減少，進(jìn)汞飽和度降低，儲層儲集性變差；而溶蝕作用與最大進(jìn)汞飽和度呈正相關(guān)關(guān)系，溶蝕作用對儲層儲集性起一定的改善作用；綠泥石膠結(jié)與最大進(jìn)汞飽和度也呈現(xiàn)出一定的正相關(guān)性，主要因?yàn)閮觾灾饕c孔隙發(fā)育程度有關(guān)。掃描電鏡觀察綠泥石薄膜厚度約在5～8 μm之間，而孔隙直徑多在100 μm以上，因此其對儲集性影響不大。同時綠泥石薄膜的存在，使得儲層抗壓實(shí)能力強(qiáng)，粒間孔相對發(fā)育。

圖6 鄂爾多斯馬嶺南長8儲層壓實(shí)減少率、綠泥石膠結(jié)、溶蝕增加率、鈣質(zhì)膠結(jié)與中值半徑關(guān)系

圖7 鄂爾多斯馬嶺南長8儲層壓實(shí)減少率、綠泥石膠結(jié)、溶蝕增加率、鈣質(zhì)膠結(jié)與最大進(jìn)汞飽和度關(guān)系

5.3 儲層滲流能力

致密砂巖儲層由于孔喉結(jié)構(gòu)復(fù)雜，非均質(zhì)性強(qiáng)，評價儲層滲流能力是非常必要且有意義的。核磁共振可動流體孔隙度是指孔徑大于截止孔徑的可動流體孔隙體積占巖樣總體積的百分?jǐn)?shù)。用該參數(shù)可以有效地評價儲層的滲流能力[40]。通過成巖作用參數(shù)與可動流體孔隙度相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)(圖8)，壓實(shí)、鈣質(zhì)膠結(jié)成巖作用均與可動流體孔隙度呈一定負(fù)相關(guān)性，而綠泥石膠結(jié)、溶蝕作用與之呈正相關(guān)。壓實(shí)壓溶導(dǎo)致塑性巖屑占據(jù)孔隙，堵塞喉道，喉道多變?yōu)槠瑺罴皬澠瑺?，使儲層滲流能力降低；綠泥石薄膜發(fā)育時孔隙與喉道相對發(fā)育；薄片及掃描電鏡觀察發(fā)現(xiàn)，溶孔主要以粒內(nèi)溶孔為主，且多為閉孔，連通性差，因此溶蝕作用的增加對儲層滲流能力的影響極為有限。但當(dāng)溶蝕作用強(qiáng)烈，形成部分連通性好的串珠狀溶孔，可改善儲層滲流；鈣質(zhì)膠結(jié)與可動流體孔隙度呈明顯的負(fù)相關(guān)，表明鈣質(zhì)膠結(jié)對儲層滲流能力的降低起主要控制作用。

圖8 鄂爾多斯馬嶺南長8儲層壓實(shí)減少率、綠泥石膠結(jié)、溶蝕增加率、鈣質(zhì)膠結(jié)與可動流體孔隙度關(guān)系

以上相關(guān)性分析表明，適量綠泥石膠結(jié)為主的儲層其粒間孔相對發(fā)育，孔喉半徑較大，儲層儲集性好，滲流能力好；溶蝕作用為主的儲層由于溶蝕孔隙發(fā)育，儲集性和滲流能力相對較好；壓實(shí)作用為主的儲層由于強(qiáng)烈壓實(shí)導(dǎo)致孔隙、喉道大量減少，但相比鈣質(zhì)膠結(jié)儲層，儲集性和滲流能力要好；以鈣質(zhì)膠結(jié)為主的儲層最差，儲層孔喉發(fā)育差，儲集性和滲流能力均為最低。依據(jù)成巖演化角度分析儲層儲集及滲流能力，分析成巖作用對儲層發(fā)育的控制因素，為優(yōu)質(zhì)儲集體預(yù)測提供依據(jù)。

6 結(jié)論

(1)鄂爾多斯盆地馬嶺南地區(qū)長8砂巖主要為巖屑長石砂巖和長石巖屑砂巖，具有低成分成熟度和較高的結(jié)構(gòu)成熟度。砂巖在埋藏過程中經(jīng)歷了壓實(shí)、膠結(jié)及溶蝕等成巖作用，其中壓實(shí)作用強(qiáng)烈，可見云母等塑性礦物壓實(shí)變形及顆粒定向排列的現(xiàn)象。硅質(zhì)膠結(jié)主要為次生加大及自生石英晶體，但膠結(jié)程度低—中等；黏土礦物以綠泥石、伊利石為主，前者以顆粒表面襯墊式膠結(jié)為主，后者以網(wǎng)狀及搭橋狀孔隙充填為主；碳酸鹽膠結(jié)物主要為晚期連晶式含鐵方解石及斑狀含鐵白云石；溶解作用主要以長石溶蝕為主，巖屑溶蝕次之，碳酸鹽溶蝕較少。

(2)研究區(qū)長8砂巖整體進(jìn)入中成巖A期晚期到B期早期階段。根據(jù)大量薄片鏡下觀察及巖礦測試結(jié)果，儲層巖石類型相近，經(jīng)歷了相似的成巖演化過程，砂巖中剛性顆粒與塑性顆粒含量是影響壓實(shí)程度的主要原因。富含塑性顆粒的砂巖儲層，壓實(shí)作用相對較強(qiáng)，粒間孔在成巖早期就大量損失，溶蝕作用是控制儲層質(zhì)量的主要因素；剛性顆粒較多的砂巖，在經(jīng)歷了一定的壓實(shí)作用后，殘余粒間孔仍然發(fā)育，綠泥石薄膜及鈣質(zhì)膠結(jié)物的充填程度是影響儲層質(zhì)量的關(guān)鍵因素。

(3)壓實(shí)作用孔隙減少率平均在49.51%，膠結(jié)作用孔隙減少率平均在30.6%，溶蝕作用孔隙增加率平均在7.0%，壓實(shí)作用是導(dǎo)致本地區(qū)儲層致密化的主要因素。不同成巖改造類型對儲層孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)育特征的影響具有差異性。綠泥石薄膜發(fā)育的儲層質(zhì)量最好，長石溶蝕為主的儲層，儲集能力較好，但滲流能力相對較差；壓實(shí)、壓溶作用強(qiáng)烈和鈣質(zhì)膠結(jié)充填為主的儲層，其儲層質(zhì)量相對較差。

(4)壓實(shí)程度、綠泥石膠結(jié)、溶蝕程度和鈣質(zhì)充填程度是影響儲層孔徑大小、儲集性和滲流能力的主要因素。