鄂爾多斯盆地旬邑地區(qū)長8段沉積儲層特征*

白金莉 李文厚 劉江斌 聞金華 李兆雨

（1.大陸動力學國家重點實驗室（西北大學），西北大學地質(zhì)學系 西安 710069；2.延安大學石油工程與環(huán)境工程學院 陜西延安 716000；3.河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局第七地質(zhì)大隊 鄭州 450016）

1 區(qū)域地質(zhì)背景

延長組作為鄂爾多斯盆地主力生油層位，一直作為重點研究對象，油藏類型為致密油藏（王勇等，2008；賈承造等，2012a，2012b；姚涇利等，2013；劉高紅等，2014；任戰(zhàn)利等，2014）。研究區(qū)旬邑位于鄂爾多斯盆地南部渭北隆起北部，且北與伊陜斜坡相接，構(gòu)造較為復雜（師清高等，2014）（圖1），在晚三疊世延長期，鄂爾多斯盆地主體上為大型的內(nèi)陸湖盆，在長8期為湖盆擴張期，發(fā)育有河流相、三角洲前緣亞相、淺湖亞相等（李文厚等2001，2009，2019；陳全紅等，2007；聞金華，2016；郭艷琴等，2019）。研究區(qū)長8總體上發(fā)育三角洲前緣亞相沉積，發(fā)育有西南、南、東南3支水下分流河道。研究區(qū)巖石致密，儲層砂巖主要類型是以灰色、淺灰色粉-細為主的巖屑長石砂巖，且低孔、特超低滲的特點形成致密油藏。但在研究區(qū)的目的層段對沉積儲層特征研究較少（袁凱濤，2014；聞金華，2016），試油試采效果較差。為了解本區(qū)目的層沉積儲層特征，本文利用了野外露頭、鉆井巖心、掃描電鏡、核磁共振、鑄體薄片等分析測試方法對其進行詳細研究，以期對后續(xù)的勘探開發(fā)提供理論指導意義。

圖1 旬邑地區(qū)位置圖Fig.1 Location of Xunyi area

2 沉積特征

劉江斌（2017）、李文厚等（2019）總結(jié)前人研究成果認為，在晚三疊世延長期，鄂爾多斯主體上為大型的內(nèi)陸湖盆，在長8期，為湖盆擴張期，河流、三角洲發(fā)育。在結(jié)合野外露頭、鉆井巖心、古生物標志化合物以及沉積構(gòu)造等特征，本文確定了研究區(qū)長8段主要發(fā)育三角洲前緣亞相沉積，發(fā)育有3支西南、南、東南水下分流河道。

2.1 巖石特征

本次研究過程中主要通過野外露頭、薄片鑒定、掃描電鏡、X-衍射、粒度分析等方法，并且依據(jù)石油行業(yè)標準采用三角圖解法將研究區(qū)長8儲層組砂巖進行分類（圖2），研究區(qū)巖石類型主要為細、粉-細粒巖屑長石砂巖（圖3a、圖3b）。巖石成分成熟度較低，石英含量平均為38.13%，長石為33.40%，巖屑為28.47%。分選中等—好，砂巖樣品顆粒多為次棱狀，磨圓度中等—差，孔隙式（約占樣品的49.27%）、加大—孔隙式（約占樣品的24.91%）膠結(jié)方式為長8儲層的主要類型，膠結(jié)物含量為18.16%（主要成分是碳酸鹽礦物、粘土礦物及硅質(zhì)），含量最高的是方解石占4.34%，其次是伊利石，為4.28%，鐵方解石含量為3.29%，硅質(zhì)1.29%。

圖2 旬邑地區(qū)長8儲層砂巖分類圖Fig.2 The sandstone type of Chang 8 reservoir in Xunyi area

2.2 沉積構(gòu)造及古生物標志

本文通過對研究區(qū)22口鉆井巖心的觀察，可見灰綠色、淺灰色細砂巖發(fā)育槽狀交錯層理、平行層理以及底部可見泥礫（圖3c～圖3g），反映相對高能的水動力條件，主要為水下分流河道沉積。粉-細砂巖主要發(fā)育砂紋層理，反映水動力相對較弱的淺湖及分流間灣沉積環(huán)境。

圖3 旬邑地區(qū)長8段巖石主要類型及典型沉積構(gòu)造、古生物標志a.Z81，長82，1 602.5 m，灰綠色細砂巖；b.Z46，長81，871.19 m，灰白色細砂巖；c.Z65，1 369.0 m，長81，槽狀交錯層理；d.Z9，1 404.7 m，長82，平行層理；e.Z48，1 234.8 m，長81，泥礫；f.Z46，873.7 m，長81，砂紋層理；g.Z61，1 213.5 m，長81，砂紋層理；h.Z26，1 380.5 m，長81，雙殼化石；i.Z49，1 242.7 m，長81，植物莖干；j.Z48，1 236.1 m，長81，炭化植物；k.Z82，1 442.1 m，長81，植物莖葉；l.Z81，1 599.5 m，長82，蟲孔Fig.3 Rock types and typical sedimentary structures and biomarkers of Chang 8 member in Xunyi area

通過對研究區(qū)長8段巖心觀察，可見植物莖干和植物莖葉（圖3i、圖3k）、雙殼類化石（圖3h）、蟲孔（圖3l）、炭化植物（圖3j）等典型古生物標志，這些古生物標志進一步表明研究區(qū)長8期整體上處于淺水沉積環(huán)境。

2.3 沉積相平面展布

單井相分析是研究沉積相特征的重要依據(jù)，本次分別選取研究區(qū)東南方向和北部的Z11井和Z13井進行單井分析（圖4a、圖4b），進一步繪制出研究區(qū)長8期沉積相平面展布圖（圖5）。

圖4 旬邑地區(qū)Z11長8油層組淺湖亞相巖性巖相綜合柱狀圖（a）；旬邑地區(qū)Z13井長8油層組三角洲前緣亞相巖性巖相綜合柱狀圖（b）Fig.4 The lithology and lithofacies of shallow-lake of Chang 8 member of Z11（a）；the lithology and lithofacies of delta front of Chang 8 member of Z13（b）

圖5 旬邑地區(qū)長8段沉積相展布圖Fig.5 The distribution of sedimentary facies of Chang 8 member in Xunyi area

Z11井長8厚度為84 m，其中長81厚度約為41 m，巖性以淺灰色細砂巖、粉砂巖、灰黑色泥巖為主。長82厚度約為43 m，巖性以灰白色、淺灰色粉砂巖、灰黑色泥質(zhì)粉砂巖為主，局部夾薄層灰黑色泥。通過巖心觀察，可見砂紋層理、蟲孔、植物碎屑等沉積構(gòu)造。Z13井目的層長8厚度約為85 m，以灰綠色細砂巖為主，其中長81厚度為41 m，巖性以發(fā)育灰綠色細砂巖、深灰色粉砂巖夾薄層深灰色粉砂巖質(zhì)泥巖為主。長82厚度約為44 m，巖性主要為灰綠色、灰褐色細砂巖、灰黑色、深灰色泥巖互層。巖心觀察中可見明顯槽狀交錯層理、植物碎片等沉積構(gòu)造。

根據(jù)李文厚等（2019）對鄂爾多斯盆地的沉積研究，以及通過野外露頭、巖心的觀察，運用巖石學特征、粒度概率曲線、生物標志化合物、單井分析等對研究區(qū)進行沉積環(huán)境分析，本文認為研究區(qū)旬邑地區(qū)發(fā)育的沉積相以三角洲前緣亞相、淺湖亞相為主；長8期，旬邑地區(qū)整體上為南部發(fā)育的三角洲前緣水下分流河道，以正北方向流出。

3 儲層特征

儲層物性特征研究是儲層評價和儲量評算的重要內(nèi)容（郭睿，2004），主要體現(xiàn)在孔隙度、滲透率規(guī)律的研究，因此本文著重對孔隙度、滲透率相關(guān)特征進行定量詳細研究。

3.1 儲層物性特征

據(jù)根旬邑地區(qū)長8油層組實測巖心樣品的孔隙度、滲透率數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析（圖6），對比各井儲層物性數(shù)據(jù)，結(jié)果顯示研究區(qū)長8油層組的儲層孔隙度最大值為14.99%，最小為2.3%，平均值8.04%。其中長82小層孔隙度介于6%～8%的所占比例最大，為40.4%，其次為孔隙度介于8%～10%的占24.8%，4%～6%所占數(shù)據(jù)總數(shù)的13.8%；長81孔隙度頻率分布直方圖中集中在4%～6%的占17.8%，6%～8%的占25.6%，0%～4%的占4.63%，8%～10%的占28.47%，10%～12%的占16.73，大于12%的所占比例較小，為6.76%。

圖6 旬邑地區(qū)長8儲層孔滲關(guān)系Fig.6 The relationship of porosity and permeability from Chang 8 reservoir in Xunyi area

長8段滲透率最大值為5.82×10-3μm2，最小值為0.01×10-3μm2，平均值為0.42×10-3μm2。長82小 層 滲 透 率 主 要 集 中 在0.1×10-3μm2～1×10-3μm2，滲 透 率 介 于0.01×10-3μm2～0.1×10-3μm2的占30.28%，大于1×10-3μm2占4.59%；長81小層滲透率的分布在0.01×10-3μm2～0.1×10-3μm2之間的所有樣品占24.56%，0～0.01×10-3μm2的占0.36%，0.1×10-3μm2～1×10-3μm2的占62.99%，滲透率大于1×10-3μm2占12.1%。

以上數(shù)據(jù)依據(jù)儲層分類標準，說明長81儲層屬于特低孔—超低滲致密油藏。

3.2 儲層物性相關(guān)性

根據(jù)數(shù)理統(tǒng)計的孔隙度和滲透率相關(guān)性表明（圖6）：孔隙度和滲透率具有較明顯的正相關(guān)，結(jié)合壓汞曲線，可以判斷曲線平臺長短陡緩與滲透率數(shù)值大小密切相關(guān)，受孔隙喉道影響滲透率敏感程度也較高，這些都表明儲層物性受控于微孔孔隙特征。

3.3 孔隙結(jié)構(gòu)特征

眾多學者對儲層微觀孔隙結(jié)構(gòu)的定性、定量評價結(jié)果，可知在沉積作用、成巖作用以及構(gòu)造作用等的綜合影響下，低滲透儲層微觀孔隙結(jié)構(gòu)的典型特征為孔喉類型多種多樣、孔隙結(jié)構(gòu)較為復雜、孔喉連通性差異大（楊峰等，2013；任大忠，2015；馬瑤等，2016）。儲層的微觀孔喉結(jié)構(gòu)發(fā)育特征與儲層物性密切相關(guān)，在儲層研究中較為重要，對油氣勘探開發(fā)具有引導意義。

通過薄片鑒定、掃描電鏡觀察、高壓壓汞實驗、核磁共振等分析測試方法對旬邑地區(qū)長8儲層微觀孔喉特征進行定性、定量分析。

通過對旬邑地區(qū)長8儲層采集的23塊樣進行高壓壓汞實驗，依據(jù)實驗中的各項特征參數(shù)，結(jié)合毛管壓力曲線形態(tài)，可將旬邑地區(qū)目的層長8儲層孔隙結(jié)構(gòu)分成4種類別（圖7），分別為：Ⅰ類低排驅(qū)壓力（粗喉型）、Ⅱ類中排驅(qū)壓力（中喉型）、Ⅲ類中排驅(qū)壓力（細喉型）和Ⅳ類高排驅(qū)壓力（細喉型），通過統(tǒng)計結(jié)果發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)長8儲層主要以Ⅱ類曲線為主，其次是Ⅲ類，Ⅰ類曲線不發(fā)育。具有滲透率相對較高、孔喉較大但分選性比較差、細歪度、孔喉分布不均且孔喉的連通性一般，總體上表現(xiàn)為較強的孔喉非均質(zhì)性。

圖7 旬邑地區(qū)長8毛管壓力曲線特征Fig.7 Typical mercury-injection curves from Chang 8 reservoir in Xunyi area

從核磁共振T2譜分布圖可以看出（圖8a、圖8b），兩個樣品即Z1、Z120都呈現(xiàn)出不明顯的雙峰態(tài)主峰，小于10 000 us的小孔占大部分比例，介于10 000～100 000 us的中孔占小部分比例，而大于100 000 us的大孔隙幾乎沒有。核磁共振實驗的結(jié)果同高壓壓汞實驗結(jié)果一致，也說明了長8儲層砂巖的孔喉分布不均勻，分選較差，具較強的非均質(zhì)性特點。

圖8 Z1井 長81核磁共振T2譜分布圖（a）；Z120井 長81核磁共振T2譜分布圖（b）Fig.8 Distribution of NMR T2 spectra of Z1 well from 81 reservoir in Xunyi area（a）；distribution of NMR T2 spectra of Z120 well from 81 reservoir in Xunyi area（b）

3.4 儲層成巖作用

通過伊蒙混層比（15%～20%）、鏡質(zhì)體反射率等判斷旬邑地區(qū)長8儲層成巖階段處于晚成巖A期，成巖作用控制了儲層孔隙度和滲透能力的演化（趙小會等，2014），決定了儲集性能的優(yōu)劣，成巖作用類型、強度有所差異，且其時空配置關(guān)系影響著儲層孔隙發(fā)育的垂向分帶性（胡宗全等，2002），除沉積作用，成巖作用是控制儲層物性另一重要因素，成巖作用形成的次生孔隙是長8儲層主要的儲集空間。

（1）壓實—壓溶作用

旬邑地區(qū)長8儲層致密，壓實壓溶作用明顯，鏡下特征顯著（圖9a、圖9b）：1）碎屑顆粒呈定向排列、多為點—線、線狀、鋸齒狀接觸、石英拉長具優(yōu)選方位；2）云母片等塑性巖屑壓扁變形，以假雜基形式充填孔隙；3）剛性顆粒發(fā)生破裂，可見顆粒表面裂紋。假定原始砂巖孔隙度為40%（Houseknecht，1988），利用Lundegard（1992）提出的計算公式發(fā)現(xiàn)，由壓實作用造成的平均孔隙度喪失為16.5%～77.5%，平均為59%，致使孔隙度大量減少，因此壓實作用是造成研究區(qū)長8儲層孔隙度減少的重要原因。

（2）膠結(jié)作用

在孔隙度演化過程中，膠結(jié)作用影響著孔隙度演化的進程（姚涇利等，2011）。膠結(jié)通過掃描電鏡和顯微鏡鏡下觀察，以及X-衍射粘土定量化分析，研究區(qū)長8儲層膠結(jié)物含量為18.16%，主要有粘土、碳酸鹽以及硅質(zhì)，一方面膠結(jié)物早期主要充填孔隙，致使孔隙度大幅減少，根據(jù)視膠結(jié)率計算公式（宋子齊等，2006），長8儲層得出的視膠結(jié)率β介于16.25%～83.25%，平均值為35%，膠結(jié)程度中等；同時以膜狀形式存在礦物顆粒邊緣抵抗上覆壓力，另一方面由于孔隙流體存在，碳酸鹽（方解石、鐵方解石）等膠結(jié)物部分發(fā)生溶解增加了儲層的孔隙度。

碳酸鹽膠結(jié)物在旬邑地區(qū)長8儲層也普遍發(fā)育（圖9c、圖9d），碳酸鹽膠結(jié)物充填孔隙致使儲層物性變差孔隙度減少量為1.4%～71%，平均值為14%，是造成研究區(qū)孔隙度較少的重要因素之一。旬邑地區(qū)長8儲層中硅質(zhì)膠結(jié)主要反映的石英的次生加大（圖9e、圖9f），硅質(zhì)膠結(jié)的作用至少孔隙度減少平均為3%。高嶺石膠結(jié)物含量為1.68%，造成孔隙減少4%，晚期的高嶺石大部分是由于長石等鋁硅酸鹽礦物發(fā)生溶解后再沉淀，自形程度高，形態(tài)多固定，掃描電鏡下多為書頁狀和蠕蟲狀（圖9g、圖9h）。目的層膠結(jié)物中含量最高的粘土礦物為伊利石，平均含量為4.28%，晚成巖期壓溶和壓實作用強，云母水化嚴重，伊利石產(chǎn)出，主要為發(fā)絲狀、卷片狀（圖9i），使得孔隙空間降低11%。

圖9 旬邑地區(qū)長8儲層砂巖成巖現(xiàn)象圖版a.黑云母壓扁變形，Z48井1 226.12 m；b.板條狀長石壓實斷裂，形成的楔狀縫，Z16，長81，1 305.97 m；c.方解石膠，Z48，長81，1 233.8 m；d.方解石膠結(jié)隙Z48，長81，1 233.8 m；e.石英次生加大，Z38，長81，1 195.9 m；f.自生石英充填孔隙，Z16，長81，1 305.25 m；g.高嶺石充填孔隙，Z68，長81，1 255.7 m；h.書頁狀高嶺石充填，Z49，長81，1 239.14 m；i.卷片狀伊利石充填孔隙，Z38，長81，1 195.71 m；j.方解石交代長石，Z81，長81，1 541.7 m；k.方解石顆粒溶蝕，Z49，長81，1 239.14 m；l.長石顆粒的溶蝕，Z49，長81，1 239.14 mFig.9 Photos showing the diagenesis of sandstone from Chang 8 reservoir in Xunyi area

（3）交代作用

研究區(qū)長8儲層交代作用主要表現(xiàn)在碳酸鹽交代作用，其中以方解石交代長石（圖9j）、巖屑以及粘土類等為主，可見連晶式方解石充填孔隙，致使孔隙空間大幅度減少。粘土類交代主要是綠泥石、伊利石交代長石顆粒邊緣以及部分粒內(nèi)交代，交代程度相對較低。

（4）溶蝕作用

研究區(qū)長8儲層次生孔隙增加的主要原因是溶蝕作用，旬邑地區(qū)長8儲層溶蝕孔隙為主要次生孔隙類型，孔隙體積的面孔率增加了35%，約占次生孔隙的58%，溶蝕孔隙（圖9k、圖9l）主要為長石溶孔（27%）、巖屑溶孔（4%）、碳酸鹽溶孔（2%），其他（雜基、石英、沸石等）溶蝕孔少發(fā)育。溶蝕孔的發(fā)育極大的改善了研究區(qū)儲層物性，對研究區(qū)有利區(qū)的優(yōu)選發(fā)揮著重要作用。

微裂縫在研究區(qū)也有發(fā)育，微裂縫為較好的滲流通道，大大改善了儲層物性，雖然研究區(qū)內(nèi)微裂縫僅使目的層面孔率增加了0.1%，占總孔隙度的2.95%。

4 結(jié) 論

（1）旬邑地區(qū)長8段主要發(fā)育發(fā)育三角洲前緣亞相，發(fā)育西南、南、東南3支水下分流河道，砂巖類型主要是灰綠色、淺灰色細、粉-細為主的巖屑長石砂巖，膠結(jié)物含量18.16%，以碳酸鹽膠結(jié)為主，其以孔隙式膠結(jié)充填孔隙。

（2）長8儲層儲集空間以溶蝕孔和殘余粒間孔為主，孔隙類型主要是小孔隙，孔隙類型多為組合，以發(fā)育粒間孔—微孔為主，孔隙結(jié)構(gòu)主要為Ⅱ類曲線為主，其次是Ⅲ類，孔隙度平均為8.04%，平均滲透率為0.42×10-3μm2，長8整體上屬于特低孔—超低滲致密油藏。

（3）控制研究區(qū)儲層物性的主要因素為沉積、成巖作用，成巖階段處于晚成巖A期，其中，壓實—壓溶作用導致原生孔隙減少量為5%，膠結(jié)作用減少量為36.28%，其中碳酸鹽連晶式膠結(jié)充填孔隙，致使孔隙減少14%，溶蝕孔隙體積的面孔率增加了35%，約占次生孔隙的58%。