第27卷 第2期
2009年4月沉积学报ACTASEDIMENTOLOGICASINICAVo.l27 No12Apr.2009文章编号:1000-0550(2009)02-0238-08
鄂尔多斯盆地北部上古生界盒8储层特征
及控制因素分析
王 峰 田景春11陈 蓉1,2 李明瑞 肖 玲31
(1.成都理工大学/油气藏地质及开发工程0国家重点实验室成都理工大学沉积地质研究院 成都 610059;
2.成都理工大学博物馆 成都 610059;3中国石油长庆油田分公司勘探部 西安 710021)
摘要通过研究区内大量铸体薄片及物性资料的分析,对鄂尔多斯盆地北部盒8气层组储层的岩石学特征、孔渗特征、孔隙结构及孔隙类型等进行深入研究,分析了影响储层储集性能的主要因素。研究表明,以辫状河沉积为主的盒8储集层具成分成熟度高而结构成熟度中等的岩石学特点,储层以次生溶孔和高岭石晶间孔最为发育,微孔)中孔是主要的油气储集空间,微喉和细喉是盒8的基本渗流通道,为典型的中低孔、特低渗储层。平面上储层物性受物源、沉积相带的控制,垂向上压实和胶结作用使储层物性明显变差,溶蚀作用产生的次生孔隙使储层物性得到改善。关键词储层特征
王峰
TE122.2控制因素盒8气层组鄂尔多斯盆地在读博士后储层沉积 E-mai:lwangfeng07@cdut.edu.cn第一作者简介中图分类号男 1977年出生文献标识码 讲师
鄂尔多斯盆地是一个稳定沉降、坳陷迁移、扭动
明显的多旋回克拉通盆地,蕴含着丰富的油气资
源。根据现今的构造形态和盆地演化史,盆地内
部可以划分为6个一级构造单元:伊盟隆起、渭北隆
起、西缘冲断带、晋西挠褶带、天环坳陷和陕北斜
坡[2][1]。研究区位于盆地北部,区域上属于陕北斜坡
中北部(图1)。上古生界二叠系下石盒子组盒8气
层组是其主要产气层之一,沉积环境主要为缓坡型辫
状河和多河道低弯度曲流河,高能水道心滩和叠置边
滩砂体为其主要的储集砂体类型。砂体的横向展
[4]布以及储层物性严格控制着气藏的分布。近年
来,随着勘探的不断深入,盒8气层组已成为鄂尔多
斯盆地天然气储量增长的主力层。气田开发的动态
资料表明,储集条件不同,气田开发方案和开发效果
[5]存在明显的差异。因此,开展盒8储层特征研究,
深入分析优质储层控制因素和平面展布规律,对于正
确制定鄂尔多斯气田开发方案和改善开发效果都具
有重要意义。[3]
1储集层岩石学特征
根据岩心观察及薄片鉴定,研究区盒8气层组储
层岩性主要为灰色、灰白色石英砂岩、岩屑石英砂岩
及岩屑砂岩(图2),其组分特征为:石英62.0%
~图1 研究区位置图
Fig.1 Locationmapofthestudyarea
收稿日期:2008-05-08;收修改稿日期:2008-07-07
第2期 王 峰等:鄂尔多斯盆地北部上古生界盒8储层特征及控制因素分析
93.0%,包括单晶石英和多晶石英;长石0.0~
8.6%,高岭石化较强;岩屑7.8%~25.6%,以千枚
岩、片岩、板岩等变质岩岩屑为主,其次为花岗岩、隐
晶岩以及流纹岩、英安岩等火成岩岩屑,沉积岩岩屑
含量较少。填隙物结构类型以胶结物)杂基混合填
隙为主,含量为4.7%~32.6%,主要由粘土矿物(水
云母、高岭石、绿泥石等)、碳酸盐(方解石、白云石、
铁方解石、铁白云石)、硅质及凝灰质组成。
砂岩粒度普遍较粗,以粗砂岩为主,其次为中砂岩
和细砾岩;分选磨圆中等)好,多为次棱角状、次棱
图2 盆地北部盒8储层砂岩成分)
成因分类三角投点图
(采用曾允孚砂岩分类方案,1985)
Fig.2 PlotofQ,FandRforHe8sandstone
inthenorthernOrdosBasin角)次圆状、次圆状。砂岩多呈颗粒支撑,颗粒间以线接触为主,胶结类型主要为孔隙式,再生孔隙式以及薄膜孔隙式。总之,研究区储集砂岩颗粒以石英为主,长石含量较低,成分成熟度高,结构成熟度中等且杂基含量较高,部分属于杂砂岩范畴,表明该地区沉积物没有经历长距离搬运和湖水改造,
为近源陆相沉积。
图3鄂尔多斯盆地北部盒8段储集砂岩孔隙类型特征
Fig.3 PorositytypesofHe8sandstoneinthenorthernOrdosBasin
a.残余原生孔,粒间溶孔,苏42井,3599.36m,盒8;b.高岭石晶间孔,召12,3086.59m,盒8;
c.岩屑及杂基溶孔,苏26井,3096.93m,盒8;d.长石溶孔,苏18井,3571.10m,盒8
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2
2.1
储集层孔隙类型和结构特征
孔隙类型
孔,储集空间中次生溶孔和高岭石晶间孔占主导地
位,岩石孔径分布范围较宽,平均分布在0.0~60.0Lm之间,储集空间主要为微孔)中孔。
2.2孔隙结构特征
储层孔隙结构主要由孔隙和喉道组成,喉道是连通两个孔隙的狭窄通道,对储层的渗流能力起着决定性的作用,喉道的大小和形态主要取决于岩石的颗粒接触关系、胶结类型、颗粒的形态及大小。研究区砂岩由于压实作用强烈,储层以弯片状喉道和管束状喉道为主,其次为片状喉道,孔隙缩小型喉道较少。中值喉道半径主要分布在0.00~0.30Lm之间,平均喉道半径为0.11Lm,以微喉为主。毛管压力曲线特征表明,中值压力为0.58~137.69MPa,平均为23.25MPa;最大进汞饱和度为18.80%~96.95%,平均76.91%;退汞效率为3.50%~72.40%,平均为39.88%,反映出研究区排驱压力大,退汞效率低,孔隙较大,喉道半径小,孔喉连通性差,水驱油效率低的特点(图4)。压汞曲线平台不明显,以陡斜式为主,缺少与纵轴平行的束缚水饱和度,孔喉分选不好,属于低渗、
特低渗毛管压力曲线。
[6]
岩石薄片、铸体薄片及扫描电镜分析表明,盒8
段储层砂岩储集空间主要是孔隙,其类型包括:残余原生粒间孔,粒间溶孔、粒内溶孔、填隙物内溶孔等次生孔隙。微裂缝和粒内破裂缝在岩样中所占比例较小。
残余原生粒间孔:砂岩经机械压实以及各种自生矿物的充填等成岩过程之后残余的孔隙空间。通常形成于成岩早期,是由于部分原生孔隙被保存下来或者原生孔隙被硅质或高岭石充填形成第二世代胶结物后仍保留下来的少量原生粒间孔(图3-a)
。
图4盆地北部盒8气藏毛管压力曲线特征Fig.4 MercuryinjectioncurvesofHe8sandstone
inthenorthernOrdosBasin
次生孔隙:盒8段储层经历了强烈的压实、压溶作用以及胶结作用后,由于碎屑颗粒的相互嵌合、石英的次生加大以及成岩过程中方解石、铁方解石以胶结物的形式充填孔隙,使得砂岩的原生粒间孔大大减小(对富含塑性软岩屑组分的岩屑砂岩,粒间孔丧失程度更大)。然而,储集砂岩在中晚成岩阶段形成的各种次生孔隙,使其储集性能得到很大的改善,其主要类型包括粒间溶孔、粒内溶孔(包括铸模孔)以及填隙物内溶孔(图3)。
根据铸体薄片观察与定量统计,结合铸体薄片孔隙图像分析,研究区盒8气层组总面孔率为0.1%~10.8%,孔隙类型组合多为次生溶孔)微孔)粒间图5
盆地北部盒8孔隙度与渗透率关系
Fig.5 Relationbetweenporosityandpermeabilityof
He8reservoirinthenorthernOrdosBasin
3储层物性特征
储层特征是决定储层储集性能的关键,其直观表述为孔隙度和渗透率的大小。根据研究区岩心物性资料的分析统计,盒8砂岩孔隙度为0.2%~
-3
19.38%,平均为8.36%;渗透率为0.012@10~9.37@10
-3
Lm,平均为0.56@10
2-3
Lm,具有中低
2
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孔、特低渗储层特征。研究表明,苏里格地区大部分钻井孔隙度与渗透率具有较好的正相关性(图5),即随着孔隙度的增加,渗透率增加的趋势明显,反映储层的优劣主要取决于基质岩的孔渗性,为典型的孔隙性储层。
武纪花岗岩的一套以酸性侵入岩、变质砂岩、片麻岩
[8]
为主的深成变质岩系,石英含量较少。母岩的分异控制了砂岩类型的东西分带(图6),西部苏里格地区以石英砂岩为主,岩屑以高变质石英岩为主,其次为浅变质岩、沉积岩及少量火山岩;东部神木地区以岩屑砂岩为主,岩屑以浅变质岩为主,其次为火山岩,沉积岩岩屑含量较少,中部乌审召地区以岩屑石英砂岩及岩屑砂岩为主,岩屑类型表现出变质岩、岩浆岩、沉积岩岩屑的混合。研究表明,不同类型的砂岩其储层物性存在明显的差别,石英砂岩储层物性明显好于岩屑石英砂岩和岩屑砂岩,储集砂岩的孔隙度、渗透率表现出与石英含量呈正相关,而与岩屑含量呈负相关的规律(图7),因而,盒8段研究区西部储层物性明显好于东部。
4.2沉积环境对储层发育的影响
沉积环境是影响储层储集性能的地质基础,不同沉积微相砂岩储集性能之间存在明显的差异
[9]
4储层控制因素
4.1物源及母岩性质对储层发育的影响
源区母岩是储集砂体的物质基础,砂岩的储集性能与母岩性质密切相关。受兴蒙造山带影响,盒8沉积期盆地北部源区隆起抬升强烈,物质供给充足,以中粗粒砂岩沉积为主,研究区物源主要来自盆地北缘阴山地区前寒武纪(太古代)元古代)地层
[7]
。母岩
岩系的组成具有明显的分带性,大致以乌拉山西界为界,以西是元古代渣尔泰山群、白云鄂博群和色尔腾山群石英岩、片麻岩、变粒岩为主的中)浅变质岩系;其东则以太古界乌拉山群、集宁群为主,且发育前寒
。盆
图6 鄂尔多斯盆地北部地区盒8段岩屑成分及砂岩类型分区图
Fig.6 ZoningchartoflithiccompositionandtypesofsandstoneofHe8reservoirinthenorthernOrdosBasin
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图7鄂尔多斯盆地北部地区盒8段矿物岩石含量与孔隙度关系图
Fig.7 RelationbetweenmineralcontentandporosityofHe8reservoirinthenorthernOrdosBasin
地北部盒8段砂体主要为陆相河流沉积,其中,辫状河道频繁摆动迁移,砂体多期复合叠置,发育规模大,
横向连片性较好;曲流河沉积砂体规模较小,横向连片性较差。储层物性具明显相控规律,据不同沉积微相孔、渗统计结果(表1),储集砂体中,心滩、边滩储集物性较好,其次为决口扇、天然堤及废弃河道砂体。同一沉积微相不同部位的砂岩储层物性也存在差异,如水动力较强的心滩、边滩砂体中,主体部位储层物性较好,而向边缘地带,水动力减弱,颗粒变细,分选变差,孔渗相应变小。
储集砂岩的粒径大小对储层物性的影响与沉积环境对储层物性的制约具有较好的一致性,砂岩粒度的大小与储层物性存在明显的正相关性,砂岩粒度越细,往往杂基含量越高,孔隙度和渗透率具有随粒径减小和杂基含量增高而迅速降低的变化特点。研究区盒8段内中细砂岩中杂基含量明显高于粗砂岩,因此,杂基含量较高、粒度总体较粗的中粗砂岩储层,决定了其中低孔、特低渗储层特征。4.3
成岩作用对储层发育的影响
成岩作用对储层储集性能具有明显的控制作用,其影响包括改善和破坏两个方面。鄂尔多斯盆地北
部盒8砂岩储集性能明显受到成岩作用的影响和改造,其中对储层物性改造较大的成岩作用主要有压实作用、胶结作用和溶解作用。
4.3.1机械压实作用
压实作用使颗粒被压致密,原生孔隙度降低的重要原因之一,抗压效果与储集岩的矿物成分有关。砂岩碎屑颗粒中,石英颗粒的抗压实能力最强,长石次
[10]
之,岩屑抗压强度最小。研究区盒8砂岩岩性致密,在埋藏过程中,因强烈的压实作用,颗粒多呈点)线接触,以线接触为主,部分石英颗粒表面因压实作用出现微裂缝、波状消光以及次生加大;泥岩岩屑、云母等塑性颗粒经压实后,发生弯曲变形,甚至被挤入粒间孔隙中,造成假杂基产状,小颗粒嵌入大孔隙内,使原生粒间孔隙快速降低以至消失,导致储集物性变差。4.3.2
胶结作用
胶结作用的形成过程是缩小原生粒间孔隙的过
表1鄂尔多斯盆地北部盒8段不同沉积微相砂体储层物性对比
Table1 ReservoirpropertycomparisonofdifferentmicrofaciesofHe8inthenorthernOrdosBasin
沉积微相
辫状河
心滩废弃河道边滩
曲流河
决口扇天然堤
岩性中)粗粒砂砾岩
粉砂岩中)粗粒砂砾岩细)粉砂岩粉)细砂岩
孔隙度/%
分布范围6.85~19.380.2~6.516.13~18.743.41~15.262.98~14.96
平均值9.864.358.626.165.28
渗透率/10-3Lm2
分布范围平均值0.12~9.370.012~5.120.09~7.850.039~6.490.027~5.36
0.960.290.620.370.33
第2期 王 峰等:鄂尔多斯盆地北部上古生界盒8储层特征及控制因素分析
碳酸盐胶结物、粘土矿物、硅质及长石,不同的胶结矿
物对储层的影响有所差异。
碳酸盐胶结物主要包括方解石、白云石、铁方解
石、铁白云石及菱铁矿,多以粒间胶结物、交代物或次
生孔隙内充填物的形式出现,占据了孔隙的位置,缩
小或堵塞喉道,降低了岩石的孔隙度和渗透率,使储
层物性变差,随着碳酸盐胶结物含量的增加,孔隙度
呈减小的趋势(图8)
粘土矿物主要为高岭石、伊利石、绿泥石。充填于
粒间溶孔、粒内溶孔中的自生高岭石,生长空间宽阔,
图8 盆地北部盒8段碳酸盐胶结物含量与面孔率投点图
Fig.8 Carbonatecementsandarea-porosityratio
ofH8inthenorthernOrdosBasin自形程度较好,为典型的书页状,松散堆积,保留了良好的晶间孔(图9-a)。高岭石晶间孔是研究区最重要的储集空间类型之一,同时也有部分是由长石或火山
岩岩屑蚀变的重结晶形成的高岭石,此类高岭石生长
紧密,晶间常有蚀变和重结晶排除的杂质,晶间孔较
小。伊利石长于溶孔或由高岭石蚀变而成,形态上多
呈毛发状。绿泥石含量较低,呈等厚环边孔隙薄膜或
等厚状孔隙衬里产出,环边绿泥石薄膜可增强岩石的
抗压实能力(图9-b),阻止石英的次生加大,
有利于粒程,对原生粒间孔隙造成一定的破坏,但是早期形成的环边薄膜的胶结物将松散的沉积物胶结成岩,提供了碎屑颗粒间的支撑,可有效地增强岩石的抗压实能力,使部分粒间孔隙得以保存,对储层物性的改善具
有一定的积极作用。研究区储集岩的胶结物主要有
图9鄂尔多斯盆地北部盒8段储集岩胶结物类型特征
Fig.9 CementtypesandcharacteristicsofHe8reservoirsandstoneinthenorthernOrdosBasin
a.碎屑颗粒高岭石化,蚀变状高岭石晶间孔发育,召47,2990.01m,2685@,盒8;b.石英颗粒表面具绿泥石膜,部分石英次生加大生长,双33,2356.96m,1449@;c.石英次生加大生长,紧密胶结破坏孔隙,召43,3110.90m,262@;d.部分长石溶蚀产生溶孔,霍2,2391.42m,710@
沉 积 学 报 第27卷
间孔隙的保存。但自生粘土矿物的生长整体上使孔隙度和渗透率降低,对储层造成一定的伤害。 硅质胶结主要是石英次生加大,发育程度与砂岩组分、岩石粒度和杂基含量有关。在石英含量较高,砂岩粒度较粗而粘土杂基较少的砂岩中,石英次生加大边较为发育。石英次生加大边往往围绕碎屑石英的边缘呈等厚环边连续生长,与碎屑石英颗粒之间存在清晰的边界。次生加大石英会逐渐充填粒间孔隙,导致储层孔隙度减小,储层性质变差(图9-c)。4.3.3
溶蚀作用
溶蚀作用是一种建设性的成岩作用,可以形成大量的次生孔隙,能有效地改善储层的储集性能。晚成岩阶段是烃类形成和聚集的时期,烃源岩中有机质在热成熟过程中释放出的CO2进入孔隙流体中,使成岩介质变为弱酸性环境,酸性介质通过裂隙进入砂岩中对其中不稳定组分(长石、碳酸盐、凝灰质等)进行溶蚀(图9-d),形成了长石溶孔、岩屑溶孔、高岭石晶间孔等次生孔隙,有效的改善了孔隙的连通性和渗流条件,使储层物性变好,尤其是火山碎屑的溶蚀是提高储集能力的重要因素。
[11]
率随着粒径减小和杂基含量增高而迅速降低;压实作用、胶结作用和溶解作用是影响盆内盒8砂岩物性及孔隙发育程度的主要成岩作用类型,在成岩过程中,压实作用和碳酸盐矿物胶结作用对储集砂岩储层致密化影响较大,溶解作用和早期绿泥石环边有利于砂岩储集性能的改善。
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