哈日凹陷巴音戈壁組碎屑巖儲層及微觀孔喉特征

鄭立巍 董書寧 唐勝利 王東輝 王志偉 常志仁 蔡秦秦

摘?要：通過對銀根-額濟(jì)納旗盆地哈日凹陷巴音戈壁組13塊巖心樣品的恒速壓汞測試，結(jié)合掃描電鏡觀測、顯微組分鑒定，對儲層巖石學(xué)特征、孔隙發(fā)育情況及微觀孔喉特征進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，巖石以粉砂質(zhì)泥巖、巖屑石英砂巖為主，孔隙主要發(fā)育晶間孔、粒間縫、粒間溶孔和粒內(nèi)溶孔，孔隙度在0.1%～3.4%之間，滲透率在0.004～1.327×10-3 μm2之間?？缀碇饕獮槠瑺詈蛷澠瑺詈鸬溃淼榔毡楠M窄，孔喉大小分布不集中，半徑分布在0.004～0.066 μm之間，連通性差，儲層最大孔喉半徑、平均孔喉半徑與孔隙度、滲透率之間具有較好的相關(guān)性。毛細(xì)管壓力曲線特征為中排驅(qū)壓力-微細(xì)喉道型和高排驅(qū)壓力型-微喉道型，特低滲透碎屑巖儲層孔隙結(jié)構(gòu)具有孔喉連通性差及孔喉性質(zhì)差異大的特點，哈日凹陷巴音戈壁組特低滲透碎屑巖儲層性質(zhì)主要由喉道控制，喉道控制儲層滲透性，進(jìn)而決定開發(fā)難度和開發(fā)效果。

關(guān)鍵詞：碎屑巖;儲層特征;微觀結(jié)構(gòu);哈日凹陷;銀額盆地

中圖分類號：TE 122

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1672-9315（2020）02-0304-10

DOI：10.13800/j.cnki.xakjdxxb.2020.0216開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

Clastic reservoir and micro-pore-throat characteristics

of Bayinggobi Formation in Hari sag

ZHENG Li-wei1，2，DONG Shu-ning1，3，TANG Sheng-li1，WANG Dong-hui2，

WANG Zhi-wei2，CHANG Zhi-ren2，CAI Qin-qin2

（1.College of Geology and Environment，Xian University of Science and Technology，Xian 710054，China;

2.Yanchang Petroleum Group Exploration Company，Yanan 716000，China;

3.Xian Research Institute of China Coal Technology & Engineering Group Corp，Xian 710054，China）

Abstract：The petrological characteristics of reservoir，pore development and microscopic pore throat characteristics were studied，based on the testing of 13 core samples by constant-rate mercury penetration technique of Bayingebi Formation in Hari sag of Yingen-Ejinaqi Basin，combining with scanning electron microscope observation and maceral identification.The studies show that the rocks are mainly silty mudstone and lithic quartz sandstone;the pores are mainly intergranular pore，intergranular seam，interparticle dissolution pore and intragranular dissolved pore;porosity is between 0.1% and 3.4%，permeability between 0.004 and 1.327

×10-3μm2.The radius of the pore throat is between 0.004～0.066 μ m，which is mainly flaky and curved flaky.The throat is generally narrow，the size distribution of the pore throat is not concentrated，and the connectivity is poor.The capillary pressure curve is characterized by mid row displacement pressure minuteness throat type and high displacement pressure micro throat type.The maximum pore throat radius，average pore throat radius are well related with the porosity and permeability.And the pore structure of ultra-low permeability clastic rock reservoir is characterized by poor connectivity of pore throat and great difference of pore throat properties，and the characteristics of ultra-low permeability clastic rock reservoir of Bayingebi formation in Hari sag are mainly controlled by the throat.The throat determines reservoir permeability，and then exerts an influence the development.

Key words：clastic rock;reservoir characteristics;microstructure;Hari sag;Yingen-Ejinaqi Basin

0?引?言

銀根-額濟(jì)納旗盆地位于內(nèi)蒙古自治區(qū)西部，東以狼山為界，南抵北大山和雅布賴山山前，西臨北山，北至中蒙邊境及洪格爾吉山、蒙根烏拉山，東西長約700 km，南北寬75～225 km，面積約12.3×104 km2.地貌以沙漠、戈壁為主，是中國陸地少有的油氣地質(zhì)工作程度極低的大中型沉積盆地之一。哈日凹陷位于銀額盆地中北部，是蘇紅圖坳陷的一個次級構(gòu)造單元。凹陷的東部與巴布拉海凸起相接，南部以斷層為界與宗乃山隆起相鄰，西部與拐東凸起相鄰，北部與蒙古國相接，平面形態(tài)上呈狹長條狀，長軸方向為北東向，面積約1 350 km2[1-3]（圖1）。自1955年以來，該凹陷一直未取得實質(zhì)性突破，直到2014年，延長石油在該凹陷Y井巴音戈壁組試氣取得重大突破，日產(chǎn)無阻流量9.15×104 m3的高產(chǎn)工業(yè)氣流，并伴有少量凝析油產(chǎn)出，證實了該凹陷具有極大的勘探潛力。

哈日凹陷為一東斷西超、近“S”形展布的箕狀斷陷，分為東部陡坡帶、中央深凹帶和西部斜坡帶3個次級構(gòu)造單元[4]。其中東部陡坡帶是凹陷沉降沉積中心，陡坡帶內(nèi)斷裂構(gòu)造集中發(fā)育在陡坡帶鄰邊界大斷層部位，斷層主要為北東向走向，斷層一般規(guī)模小、延伸距離短。中央深陷帶位于凹陷中部，呈北東向展布、南部毗鄰東部洼槽帶，斷裂、構(gòu)造較發(fā)育。其斷裂主要呈北東—南西向展布，部分?jǐn)嘀粱祝瑪嗑啻?、延伸遠(yuǎn)另有小部分北西—南東向的斷層多未斷至基底，延伸距離近。中央深陷地層向西部超覆、減薄沉積。西部緩坡帶位于凹陷西部，東邊與中央斷裂構(gòu)造帶相接，構(gòu)造帶內(nèi)斷裂、構(gòu)造不發(fā)育。

哈日凹陷構(gòu)造演化較為復(fù)雜，在上古生界石炭系沉積時期，主要以海相、海陸交互相沉積為主，構(gòu)造活動弱，斷層不發(fā)育;上古生代二疊紀(jì)沉積特征與石炭紀(jì)沉積相似，由于受到印支運(yùn)動的影響，研究區(qū)發(fā)生褶皺回返、抬升遭受剝蝕，導(dǎo)致研究區(qū)缺失三疊系和侏羅系;下白堊統(tǒng)巴音戈壁組沉積前斷層開始發(fā)育，凹陷邊界斷層形成，中生界斷陷湖盆的雛形基本形成;下白堊統(tǒng)巴音戈壁組沉積時期，凹陷斷層進(jìn)一步發(fā)育，靠近邊界斷層處，地層有加厚現(xiàn)象，呈現(xiàn)典型的斷陷湖盆特征;蘇紅圖組地層沉積時期，凹陷處于斷陷穩(wěn)定發(fā)育階段，控陷斷層對凹陷控制作用進(jìn)一步加強(qiáng);早白堊世晚期為銀根組地層沉積期，在前期低幅度隆起的基礎(chǔ)上整體沉降，地層沉積厚度較大，銀根組沉積末期，凹陷遭受擠壓、褶皺、抬升、剝蝕;銀根組之后，凹陷進(jìn)入坳陷沉積期，湖盆水體較之前整體偏淺。進(jìn)入新生代以來，凹陷再次遭受抬升、剝蝕，缺乏新生代地層沉積[5]。

前人在沉積環(huán)境和成藏條件方面進(jìn)行了研究，認(rèn)為巴音戈壁組底部發(fā)育扇三角洲、沖積扇粗粒沉積，中下部發(fā)育深湖-半深湖沉積，上部以濱淺湖沉積為主，凹陷邊部以濱淺湖沉積為主。巴音戈壁組東物源以沖積扇-湖底扇為主，扇中相帶類型好，但相帶發(fā)育較窄，難以識別;西物源以沖積扇-扇三角洲沉積為主，具一定的搬運(yùn)距離，扇三角洲前緣為最有利沉積相帶;在成藏條件方面認(rèn)為越向烴源巖發(fā)育程度最好的湖盆中心區(qū)域，蓋層條件越好，越向凹陷邊緣蓋層條件越差。圈閉主要有構(gòu)造圈閉和巖性圈閉，構(gòu)造圈閉中又以斷塊和斷鼻圈閉為主[6-7]。王小多、任來義、陳治軍等人認(rèn)為巴音戈壁組烴源巖屬成熟-高成熟、腐泥-腐殖混合型、中等-好烴源巖[8-11]。盧進(jìn)才等人對Y井天然氣及凝析油組分、同位素，以及凝析油生物標(biāo)志化合物進(jìn)行分析，指出Y井凝析油及天然氣源于二疊系，進(jìn)一步證實了銀額盆地石炭系—二疊系良好的油氣資源前景[12-18]。

前人對該凹陷做了一定的研究工作，但缺乏對該凹陷巴音戈壁組碎屑巖儲層和微觀孔喉特征進(jìn)行研究，基于此，筆者以Y井為例，綜合運(yùn)用鏡下薄片鑒定、掃描電鏡分析、高壓壓汞測試等技術(shù)對巴音戈壁組碎屑巖儲層微觀孔隙、喉道特征進(jìn)行研究，以試圖尋找Y井巴音戈壁組層段高產(chǎn)工業(yè)油氣流的地層特征，以期為尋找優(yōu)質(zhì)儲層提供理論支持。

1?儲層巖石學(xué)特征

Y井下白堊統(tǒng)巴音戈壁組地層厚1 525 m，自下而上可以劃分為巴一段（厚850 m）和巴二段（厚675 m）2套地層（圖2）。巴音戈壁組為致密碎屑巖儲層，巖石類型主要為粉砂質(zhì)泥巖、巖屑石英砂巖、巖屑長石砂巖、長石巖屑砂巖、礫巖、含白云石礫巖（圖3，圖4）。

巴一段底界面為全區(qū)域性的不整合界面，上覆沉積地層直接與下伏二疊系淺成變質(zhì)巖角度不整合接觸，既是二級層序界面，也是一級層序界面。在測錄井剖面中，它主要為巖性或巖相突變界面。巴一段上部為棕色泥巖，中部可見灰綠色泥巖及凝灰?guī)r，中部為深灰色泥巖、灰色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖及黑色含灰泥巖;下部可見紅棕色泥巖、礫巖及大套的英安巖。

巴二段在測錄井剖面中，其底界面主要為巖性、巖相突變界面，或沉積旋回性轉(zhuǎn)換界面。地震剖面中，它主要為局部削蝕面、頂超面和上超面，與下伏層序單元呈平行或微角度不整合接觸。巴二段上部為灰質(zhì)泥巖及少量凝灰?guī)r，中部為灰色泥巖和凝灰質(zhì)泥巖互層，底部可見黑色凝灰?guī)r與深灰色泥巖互層。巴音戈壁組自然伽馬曲線平直，總體呈現(xiàn)齒狀，局部呈梳狀，可見針狀及尖峰狀;自然電位曲線呈較平直的微波狀，底部成鐘形;雙側(cè)向電阻率曲線呈鋸齒狀，局部呈峰狀，下部呈不規(guī)則峰狀高阻和明顯鋸齒狀，密度曲線呈整體變化不大，可見低密度峰狀。

砂巖碎屑組分主要為石英、長石和巖屑。石英最高含量為71%，最低含量為32%，平均含量為50.67%;長石最高含量為15%，最低含量6%，平均含量8.33%，巖屑最高含量為51%，最低含量為8%，平均含量為23.83%（圖5）。

填隙物組分最高含量為30%，最低含量為10%，平均含量為17.17%（圖6）。主要為泥質(zhì)、炭質(zhì)和白云石。泥質(zhì)含量一般為6%～30%，平均含量為11.17%;炭質(zhì)含量為12%，平均含量為2%;白云巖含量為5%～8%平均含量為2.17;石灰?guī)r含量為3%～4%，平均含量為1.83%.分選不一，磨圓度為次棱，顆粒之間以點、線-點接觸，膠結(jié)類型為孔隙式膠結(jié)，長石風(fēng)化程度為中、中-深。通過巴音戈壁組13個樣品物性測試結(jié)果，孔隙度（圖7）在0.1%～3.4%之間，滲透率（圖8）在0.004～1.327×10-3 μm2之間，可以看出巴音戈壁組儲層非均質(zhì)性強(qiáng)，滲透率普遍較差，屬于超低滲儲層。

2?儲層孔隙特征

2.1?原生孔隙

巴音戈壁組原生孔隙主要為晶間孔（圖9（a）和（c））和粒間縫（圖9（b）和（d））。在掃描電鏡10 μm的分辨率下，可以清晰的看到凝灰質(zhì)砂巖中，凝灰質(zhì)等物質(zhì)在脫?；?、重結(jié)晶等作用后，形成的礦物晶體之間的孔隙，其主要為自生高嶺石晶間孔。該晶間孔對儲層物性無顯著貢獻(xiàn)，但經(jīng)溶蝕后可增加儲層滲透性。在凝灰質(zhì)砂礫巖中多見粒間縫，縫面微張，寬度小于1～10 μm，延伸較長，該粒間縫主要是因差異壓實、膠結(jié)充填作用形成的，出現(xiàn)在顆粒間或顆粒與填隙物接觸處，有的圍繞顆粒分布，局部被伊利石和高嶺石晶體充填，粒間縫對儲層物性貢獻(xiàn)較大。

2.2?次生孔隙

巴音戈壁組主要次生孔隙為粒間溶孔和粒內(nèi)溶孔。通過正交光片可以看到石英和長石粒間溶孔（圖10），其碎屑顆粒間膠結(jié)物和填隙物受到一定程度的溶蝕，顆粒邊緣有明顯的溶蝕痕跡，邊緣毛糙不整，主要呈港灣狀、長條狀、蠶食狀和半球狀，粒間溶孔隙形態(tài)多樣，所形成的溶孔不規(guī)則，并殘留有較多未溶的雜基或膠結(jié)物，分布不均勻。

3?孔喉特征

3.1?孔喉半徑分布特征

從樣品的孔喉半徑分布圖（圖12）可以看出，孔喉半徑基本分布在0.004～0.066 μm之間，最大孔喉半徑為0.134 μm，最小孔喉半徑為0.012 μm，平均孔喉半徑為 0.016 μm，

喉道普遍狹窄，主要為片狀和彎片狀吼道，滲透性較差?？缀矸植即蠖嗑邌畏逍?，其次為雙峰型的分布特點[19]。峰位變動范圍

較寬，孔喉半徑分布差異性較大。巴音戈壁組一段（圖12（a））孔喉分布主要為單峰型，大致集中在0.004 0～0.053 μm之間，孔喉主體以微細(xì)孔喉分布為主，喉道中值半徑在0.004 μm左右。滲透率貢獻(xiàn)最大值為54.9%，最大貢獻(xiàn)孔喉半徑為0.04 μm.巴音戈壁組二段（圖12（b））孔喉分布主要為單峰型，大致集中在0.004 0～0.134 μm之間，孔喉主體以微細(xì)孔喉分布為主，喉道中值半徑在0.013 μm左右。滲透率貢獻(xiàn)最大值為57.6%，最大貢獻(xiàn)孔喉半徑為0.01μm.這些孔喉分布類型不同程度地反映了碎屑巖孔隙結(jié)構(gòu)的多變性、復(fù)雜性及非均質(zhì)性。

3.2?孔喉分選性

巴音隔壁組喉道相對分選系數(shù)在32.379～121.944之間（表1），分布范圍較寬，說明分選程度總體差。巴音戈壁組一段儲層的喉道分選系數(shù)為1.067，相對分選系數(shù)為121.944;巴音戈壁組二段儲層的喉道分選系數(shù)為0.454～1.537，平均為1.021，相對分選系數(shù)為32.379～114.511，平均為77.436;從喉道分選系數(shù)和均質(zhì)系數(shù)來看，巴音戈壁組儲層的相對分選性整體較差，孔喉大小分布不集中。

3.3?孔喉連通性

研究表明巴音戈壁組一段排驅(qū)壓力（Pd）為13.773 MPa，中值壓力為186.065 MPa;巴音戈壁組二段排驅(qū)壓力變化較大，從5.5～62.004 MPa，平均27.095 MPa，中值壓力平均值為105.226 MPa.最大進(jìn)汞飽和度平均值為69.639%，退汞飽和度平均值為39.034%.數(shù)據(jù)說明，巴音戈壁組儲層相對致密，孔隙度發(fā)育程度低，連通性差（表2）。

4?毛細(xì)管壓力特征

毛細(xì)管壓力曲線可以直觀反映巖樣內(nèi)有效喉道體積與其所控制的有效孔隙體積分布特征及孔隙、喉道之間的配置關(guān)系[20-22]。致密碎屑巖儲層的毛管壓力曲線形態(tài)分為3種類型：低排驅(qū)壓力-細(xì)喉道型、中排驅(qū)壓力-微細(xì)喉道型和高排驅(qū)壓力型-微喉道型[23-26]。

Y井巴音隔壁組主要為中排驅(qū)壓力-微細(xì)喉道型和高排驅(qū)壓力型-微喉道型。中排驅(qū)壓力-微細(xì)喉道型（圖13（a）），Pd值在5～13 MPa，飽和中值壓力小于80 MPa，中值喉道半徑在0.010 μm左右，孔隙分布峰值在17%～29%之間，最大進(jìn)汞量在90%左右。曲線向圖的右上方靠攏，曲線是傾斜的，平臺變短，體現(xiàn)了孔喉分布偏向細(xì)孔喉，孔隙分選相對較差。高排驅(qū)壓力型-微喉道型（圖13（b）），Pd值偏高，大于13 MPa，飽和中值壓力大于115 MPa，中值喉道半徑小于0.010 μm，孔隙分布峰值在小于17%，最大進(jìn)汞量小于70%.曲線向圖右上方拱起，平臺傾斜、基本無平臺，排驅(qū)壓力高，進(jìn)汞飽和度低，以低孔細(xì)喉為主，且孔喉的連通性很差。反映了孔喉分布相對細(xì)，儲層孔隙結(jié)構(gòu)差，儲集性能差。

5?孔喉與物性關(guān)系

碎屑巖儲層結(jié)構(gòu)參數(shù)與孔滲相關(guān)性見表3.最大孔喉半徑、平均孔喉半徑、最大進(jìn)汞飽和度和排驅(qū)壓力與孔隙度相關(guān)性較好;最大孔喉半徑、平均孔喉半徑與滲透率相關(guān)性較好;最大進(jìn)汞飽和度和排驅(qū)壓力與滲透率相關(guān)不明顯。其中平均孔喉半徑與孔隙度、滲透率相關(guān)關(guān)系均明顯。

Y井孔隙度、滲透率與最大孔喉半徑、平均孔喉半徑、最大進(jìn)汞飽和度、排驅(qū)壓力之間的相關(guān)關(guān)系如圖14所示。

排驅(qū)壓力與孔隙度、滲透率為負(fù)相關(guān)關(guān)系，排驅(qū)壓力越大，孔隙度和滲透率越小;最大進(jìn)汞飽和度與孔隙度、滲透率為正相關(guān)關(guān)系，最大進(jìn)汞飽和度越大，孔隙度、滲透率越大;最大孔喉半徑、平均孔喉半徑與孔隙度、滲透率為正相關(guān)關(guān)系，最大孔喉半徑、平均孔喉半徑增大，孔隙度和滲透率也隨之變大。

6?結(jié)?論

1）巴音戈壁組碎屑巖儲層屬于致密超低滲儲層。主要巖石類型為粉砂質(zhì)泥巖、巖屑石英砂巖、長石巖屑砂巖、礫巖、含白云石礫巖。分選不一，磨圓度為次棱，顆粒之間以點、線-點接觸，膠結(jié)類型為孔隙式膠結(jié)，長石風(fēng)化程度為中、中-深。儲層非均質(zhì)性強(qiáng)，滲透率普遍較差。

2）巴音戈壁組碎屑巖孔隙結(jié)構(gòu)多復(fù)雜變性，非均質(zhì)性，發(fā)育較差，對儲層物性無顯著貢獻(xiàn)作用?？缀泶笮》植疾患?，喉道為微細(xì)喉道和微喉道型，普遍狹窄，連通性差。最大孔喉半徑、平均孔喉半徑、最大進(jìn)汞飽和度和排驅(qū)壓力與孔隙度相關(guān)性較好;最大孔喉半徑、平均孔喉半徑與滲透率相關(guān)性較好。根據(jù)巴音戈壁組微觀孔喉特征結(jié)果分析認(rèn)為，哈日凹陷Y井高產(chǎn)油氣流為非常規(guī)油氣藏，可能與微裂縫關(guān)系密切，建議在巴音戈壁組上下尋找微裂縫發(fā)育層位和粒間縫發(fā)育區(qū)域?qū)⒏欣诳碧介_發(fā)取得更大突破。

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