東勝氣田錦30井區(qū)盒1段儲(chǔ)層非均質(zhì)性特征

郝 廷

（中國(guó)石化華北油氣分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，河南 鄭州 450006）

0 引言

近年來(lái)，致密砂巖氣已經(jīng)成為中國(guó)天然氣勘探開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)領(lǐng)域［1-3］，鄂爾多斯盆地是其中的重要代表區(qū)域之一。東勝氣田位于鄂爾多斯盆地北部，自勘探開(kāi)發(fā)以來(lái)，研究主要集中在沉積特征［4-5］、儲(chǔ)層評(píng)價(jià)［6-9］、氣水分布［10-13］及油氣成藏［14-18］等方面，而關(guān)于儲(chǔ)層非均質(zhì)性的探討相對(duì)較少，因而加強(qiáng)該方面的研究對(duì)儲(chǔ)層展布特征認(rèn)識(shí)和氣田勘探開(kāi)發(fā)均具有重要的指導(dǎo)意義。因此，筆者從鉆井、測(cè)井及測(cè)試生產(chǎn)等地質(zhì)資料出發(fā)，對(duì)東勝氣田錦30 井區(qū)二疊系下石盒子組盒1段儲(chǔ)層層內(nèi)、層間和平面非均質(zhì)性開(kāi)展研究，旨在為后期天然氣勘探開(kāi)發(fā)提供參考和依據(jù)［19］。

1 地質(zhì)概況

錦30 井區(qū)位于鄂爾多斯盆地北緣東勝氣田的西部，面積為525 km2，構(gòu)造上處于伊陜斜坡、伊盟隆起與天環(huán)坳陷的交界部位。已有鉆井揭示，研究區(qū)的主要勘探開(kāi)發(fā)目的層位是下石盒子組盒1段，次要目的層為山西組山2段。盒1段發(fā)育辮狀河沉積，沉積物粒度粗、砂體厚度大，砂巖顏色為淺灰、灰白色，有利沉積微相為心灘和辮流水道（圖1），發(fā)育槽狀、板狀交錯(cuò)層理和平行層理等層理構(gòu)造。

圖1 東勝氣田錦30井區(qū)沉積綜合柱狀圖

2 儲(chǔ)層巖石學(xué)及物性特征

研究區(qū)盒1 段儲(chǔ)層以中砂巖和含礫粗砂巖為主，總體粒度較粗；巖石類型主要為石英砂巖和巖屑石英砂巖（圖2a），碎屑中石英含量介于61%～94%，平均為82%；巖屑含量分布在5%～36%，平均為15%；長(zhǎng)石含量介于0～19%，平均為3%。薄片鑒定分析表明，盒1 段儲(chǔ)層雜基含量高，顆粒分選性為差—中等，磨圓度為次棱角—次圓狀，顆粒支撐。膠結(jié)類型主要為接觸型膠結(jié)或孔隙型膠結(jié)，接觸關(guān)系多為線接觸，部分為凹凸接觸、點(diǎn)接觸，反映出強(qiáng)烈的壓實(shí)作用，使儲(chǔ)層物性變差。統(tǒng)計(jì)分析研究區(qū)278個(gè)孔隙度、滲透率樣品發(fā)現(xiàn)，盒1段儲(chǔ)集砂體孔隙度主要介于5.0%～18.2%，平均為8.3%（圖2b）；滲透率主要介于0.2～4.0 mD，平均為0.6 mD（圖2c），總體屬于低孔隙度、低滲透率儲(chǔ)層。

圖2 錦30井區(qū)盒1段儲(chǔ)層巖石類型及孔隙度、滲透率分布圖

3 儲(chǔ)層宏觀非均質(zhì)性

3.1 儲(chǔ)層層內(nèi)非均質(zhì)性

儲(chǔ)層層內(nèi)非均質(zhì)性一般是指某一單砂層內(nèi)部?jī)?chǔ)層性質(zhì)在垂向上的變化［20］，主要從儲(chǔ)層內(nèi)部垂向粒度韻律、滲透率非均質(zhì)性以及夾層的分布差異等方面進(jìn)行描述。

3.1.1 垂向粒度韻律

研究區(qū)盒1段辮狀河沉積微相包括心灘、辮流水道及泛濫平原，不同沉積微相的粒度變化差異明顯（圖3）。心灘微相砂體以灰白、淺灰色粗、中砂巖為主，自然伽馬曲線形態(tài)呈微齒化—齒化箱形，表明水動(dòng)力強(qiáng)但不穩(wěn)定。受季節(jié)及水動(dòng)力強(qiáng)度變化的影響，心灘砂體粒度縱向上呈現(xiàn)為多個(gè)正、反韻律疊置形成的復(fù)合韻律。辮流水道沉積初期水動(dòng)力較強(qiáng)，隨后水動(dòng)力逐漸減弱；受水體能量變化和河道遷移擺動(dòng)的影響，砂體粒度呈下粗上細(xì)的正韻律特征，自然伽馬曲線形態(tài)表現(xiàn)為底部突變的鐘形。泛濫平原沉積以泥巖和粉砂質(zhì)泥巖為主，厚度一般大于2 m，物性差，自然伽馬曲線靠近泥巖基線，一般是儲(chǔ)層之間的隔層。

圖3 P1井盒1段儲(chǔ)層垂向非均質(zhì)特征剖面圖

3.1.2 滲透率非均質(zhì)程度

層內(nèi)非均質(zhì)性通常用滲透率的相關(guān)統(tǒng)計(jì)指標(biāo)來(lái)反映，一般包括滲透率變異系數(shù)（Vk）、突進(jìn)系數(shù)（Tk）、級(jí)差（Jk）及均質(zhì)系數(shù)（Tp）等4 個(gè)指標(biāo)，其中Vk、Tk、Jk與儲(chǔ)層非均質(zhì)程度呈正相關(guān)，即Vk、Tk、Jk越大，則儲(chǔ)層滲透率變化越大、非均質(zhì)程度越高。Tp越接近于1，儲(chǔ)層越均質(zhì)，反之儲(chǔ)層非均質(zhì)性越強(qiáng)。研究區(qū)盒1段不同亞段的滲透率非均質(zhì)特征參數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明（表1），從Vk看，盒12、盒13亞段具有較強(qiáng)的非均質(zhì)性；從Tk看，盒11亞段的非均質(zhì)性最強(qiáng)，其次為盒12亞段；從Tp來(lái)看，盒1段的3個(gè)亞段均表現(xiàn)為強(qiáng)非均質(zhì)性?？傮w而言，盒1段的3個(gè)亞段中盒11亞段的均質(zhì)性最好。

表1 盒1段滲透率非均質(zhì)性特征參數(shù)統(tǒng)計(jì)表

3.1.3 層內(nèi)夾層分布

層內(nèi)夾層一般是指砂體內(nèi)部厚度小于2 m的非滲透層或者低滲透層。研究區(qū)夾層主要為泥質(zhì)夾層和物性?shī)A層，以發(fā)育泥質(zhì)夾層為主（圖4）。泥質(zhì)夾層發(fā)育與河道遷移、水體能量強(qiáng)度變化等沉積環(huán)境密切相關(guān)，可以根據(jù)泥質(zhì)夾層發(fā)育位置和成因，將其分為河道間夾層、心灘內(nèi)部夾層、心灘與河道間夾層3種類型［21］。

圖4 下石盒子組盒1段沉積相剖面圖

夾層是認(rèn)識(shí)研究區(qū)儲(chǔ)層非均質(zhì)性的重要因素，通常利用夾層頻率、夾層密度等參數(shù)來(lái)定量評(píng)價(jià)夾層發(fā)育情況。夾層頻率是指單位厚度巖層中夾層的層數(shù)，夾層密度為夾層總厚度與所統(tǒng)計(jì)的砂巖剖面總厚度的比值，夾層頻率和密度越高，夾層越發(fā)育［22-24］。統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，研究區(qū)盒1段盒13亞段的夾層頻率和夾層密度都較盒11、盒12亞段高，表明盒13亞段夾層更發(fā)育（表2）。

表2 盒1段夾層發(fā)育情況統(tǒng)計(jì)表

3.2 儲(chǔ)層層間非均質(zhì)性

層間非均質(zhì)性是指相鄰儲(chǔ)層或砂體垂向上巖性、結(jié)構(gòu)和物性等方面的差異以及隔層發(fā)育、分布情況［25-26］。筆者采用砂地比、分層系數(shù)等參數(shù)開(kāi)展研究區(qū)層間非均質(zhì)程度分析。砂地比越大表明砂體越發(fā)育，分層系數(shù)越大表明層間非均質(zhì)性越嚴(yán)重。統(tǒng)計(jì)表明，研究區(qū)盒11亞段砂地比為44.83%，分層系數(shù)為10.50；盒12亞段砂地比為52.56%，分層系數(shù)為9.36；盒13亞段砂地比為53.60%，分層系數(shù)為9.14。分析統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知，盒1段的3個(gè)亞段中，盒11亞段的砂地比最低，但分層系數(shù)最高，反映多層砂體疊置發(fā)育、砂體之間夾薄層泥巖的特征，層間非均質(zhì)性強(qiáng)；從盒11到盒13亞段，研究區(qū)砂地比逐漸增高，分層系數(shù)逐漸降低，表明從盒1 段早期到晚期，砂體沉積厚度逐漸增大，層間非均質(zhì)性有所減弱。

研究區(qū)盒1段層間隔層主要為泛濫平原沉積的泥巖、粉砂質(zhì)泥巖，厚度一般大于2 m，呈連片分布且比較穩(wěn)定（圖3、圖4）。

3.3 儲(chǔ)層平面非均質(zhì)性

儲(chǔ)層平面非均質(zhì)性一般是用砂體厚度、孔隙度及滲透率平面展布特征來(lái)進(jìn)行分析。從研究區(qū)砂體展布特征可以看出，盒13亞段砂體全區(qū)連片發(fā)育，規(guī)模大，寬度介于2.2～4.5 km，但砂體厚度橫向變化大，平面非均質(zhì)性較強(qiáng)。研究區(qū)西部砂體寬度介于2.8～4.5 km，厚度介于8～12 m，規(guī)模明顯大于東部。盒11、盒12亞段砂體發(fā)育規(guī)模較盒13亞段小，砂體寬度介于1.2～3.5 km。與盒13亞段砂體類似，盒11、盒12亞段砂體同樣具有較強(qiáng)的平面非均質(zhì)性，不同的是盒11、盒12亞段在研究區(qū)東部砂體寬度和厚度較西部大（圖5）。

圖5 盒1段各亞段砂體厚度圖

根據(jù)孔隙度、滲透率平面展布特征，研究區(qū)孔隙度、滲透率受沉積作用控制較明顯，物性較好的相對(duì)高孔隙度、高滲透率區(qū)主要發(fā)育在辮狀河心灘微相，分析認(rèn)為心灘沉積過(guò)程中水動(dòng)力較強(qiáng)，攜帶沉積物粒度較粗，有利于孔隙的保存［27］。與砂體展布特征類似，研究區(qū)盒1段的3個(gè)亞段孔隙度、滲透率均顯示出較強(qiáng)的平面非均質(zhì)性，相對(duì)高孔隙度、高滲透率區(qū)域在平面上變化較快。盒11、盒12亞段在研究區(qū)東部物性較好，而盒13亞段在研究區(qū)西部物性較好（圖6、圖7）。此外，對(duì)比不同亞段的孔隙度、滲透率平面展布特征可知，盒13亞段物性較盒11、盒12亞段好，高孔隙度、高滲透率區(qū)分布范圍較盒11、盒12亞段更大。總體而言，研究區(qū)盒1段非均質(zhì)性較強(qiáng)，物性好的儲(chǔ)集砂體有利于天然氣保存富集。

圖6 盒1段各亞段孔隙度分布圖

圖7 盒1段各亞段滲透率平面圖

3.4 儲(chǔ)層宏觀非均質(zhì)性控制因素

3.4.1 沉積微相

不同的沉積微相類型導(dǎo)致儲(chǔ)層巖石成分、結(jié)構(gòu)、沉積構(gòu)造、粒度等在縱、橫向發(fā)生變化，從而對(duì)儲(chǔ)層非均質(zhì)性起到控制作用。研究區(qū)盒1段發(fā)育辮狀河沉積，縱向上，心灘微相儲(chǔ)集砂體粒度較粗，分選、磨圓度較好，次生孔隙發(fā)育，物性最好；辮流水道、泛濫平原等微相粒度變化大，孔隙發(fā)育較差，物性差。平面上，辮狀河河道擺動(dòng)遷移頻繁，受沉積微相控制，儲(chǔ)層非均質(zhì)性較強(qiáng)。

3.4.2 成巖作用

研究區(qū)盒1 段儲(chǔ)集層埋深多在3 500 m，壓實(shí)作用較強(qiáng)，儲(chǔ)集層致密化程度較高。成巖過(guò)程中，儲(chǔ)集砂體中有伊利石等黏土礦物大量生成，充填了部分孔隙、喉道，使得儲(chǔ)層孔隙度和滲透率進(jìn)一步變差。此外，由于不同沉積微相中石英、巖屑等顆粒分布不均，導(dǎo)致儲(chǔ)層巖石成分存在差異，經(jīng)過(guò)成巖作用后影響了儲(chǔ)層物性。

4 結(jié)論

1）垂向上，研究區(qū)盒1 段儲(chǔ)層主要發(fā)育復(fù)合韻律和均質(zhì)韻律，夾層包括泥質(zhì)夾層和物性?shī)A層，以泥質(zhì)夾層居多。

2）層間非均質(zhì)性研究表明，盒1 段的3 個(gè)亞段儲(chǔ)層非均質(zhì)性均較強(qiáng)，其中盒13亞段非均質(zhì)性最強(qiáng)。

3）平面上，盒1 段的3 個(gè)亞段儲(chǔ)層復(fù)合連片發(fā)育，但孔隙度、滲透率受沉積作用控制較明顯，表現(xiàn)出較強(qiáng)的非均質(zhì)性，盒11、盒12亞段在研究區(qū)東部相對(duì)高孔隙度、高滲透率區(qū)發(fā)育，盒13亞段在研究區(qū)西部相對(duì)高孔隙度、高滲透率區(qū)更發(fā)育。

4）與盒11、盒12亞段相比，盒13亞段砂體規(guī)模更大，物性更好，高孔隙度、高滲透率區(qū)分布范圍更廣。

5）沉積相與成巖作用共同影響了儲(chǔ)層非均質(zhì)性特征?？v向上不同沉積微相的差異導(dǎo)致儲(chǔ)層物性變化大；平面上，辮狀河道遷移擺動(dòng)，心灘、辮流水道沉積微相儲(chǔ)集砂體物性差異較大，導(dǎo)致儲(chǔ)層非均質(zhì)性增強(qiáng)。此外，儲(chǔ)層巖石成分的差異導(dǎo)致成巖作用后非均質(zhì)性增強(qiáng)，強(qiáng)烈的壓實(shí)作用和膠結(jié)作用導(dǎo)致儲(chǔ)層物性變差。