川中營山構(gòu)造須家河組第二段致密砂巖儲(chǔ)層特征

雍自權(quán) 王 浩 馮 逢 肖 堯 翟中華 龔昌明 夏飛勇 徐 猛

（1.油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（成都理工大學(xué)），成都610059 2.中國石油西南油氣田分公司 川中油氣礦，四川 遂寧629000）

致密砂巖氣藏在天然氣儲(chǔ)量增長(zhǎng)和能源供應(yīng)方面正在發(fā)揮越來越重要的作用[1]。隨著常規(guī)儲(chǔ)層勘探開發(fā)難度的增加，人們?cè)絹碓街匾晫?duì)低滲透油氣田的勘探和開發(fā)[2－4]。四川盆地營山構(gòu)造須家河組第二段（簡(jiǎn)稱須二段）砂巖孔隙度分布范圍為3%～9%，滲透率為（0.001～1）×10－3μm2，為典型的低滲透致密砂巖儲(chǔ)層。營山構(gòu)造發(fā)現(xiàn)于1956年，但鉆探工作僅始于20世紀(jì)80年代末期，且鉆探程度很低，須家河組未獲得工業(yè)性氣井。2006年?duì)I23井須家河組獲工業(yè)氣流，證實(shí)了該構(gòu)造須家河組天然氣能富集成藏。在此基礎(chǔ)上于2009年、2011年又進(jìn)行評(píng)價(jià)勘探，獲工業(yè)氣井5口，進(jìn)一步證實(shí)了營山構(gòu)造須家河組氣藏的良好含氣性和勘探潛力。但由于該區(qū)砂巖致密，儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)，儲(chǔ)層發(fā)育主控因素不明，因此，開展該段儲(chǔ)層特征研究，對(duì)于營山構(gòu)造的優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層預(yù)測(cè)及天然氣勘探具有一定的理論價(jià)值和重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

四川盆地屬“揚(yáng)子地塊”上的一個(gè)次級(jí)構(gòu)造單元，是在中新生代以后形成的一個(gè)大型構(gòu)造沉積盆地，盆地內(nèi)劃分為川西拗陷、川北拗陷、川東拗陷和川中隆起。川中隆起地區(qū)褶皺平緩，沉積蓋層薄，受力較弱，滑脫層不發(fā)育，形成低緩構(gòu)造。川中東南部構(gòu)造應(yīng)力弱，其主要構(gòu)造形態(tài)受控于雷頂古殘丘，邊界構(gòu)造線多變，以構(gòu)造受力弱、斷層不發(fā)育、構(gòu)造幅度低為主要特征，走向多為NE—NEE 向的穹隆狀低緩構(gòu)造[6，7]。

營山構(gòu)造位于四川盆地川中隆起的東北部，在區(qū)域構(gòu)造區(qū)劃上隸屬于川北古中拗陷低緩帶儀隴構(gòu)造群（圖1），與川中古隆中斜平緩構(gòu)造帶相鄰。其東端緊鄰華鎣山構(gòu)造帶，西端為公山廟構(gòu)造，北與龍崗構(gòu)造相接，南與廣安構(gòu)造相望，地面出露侏羅系沙溪廟組，局部有第四紀(jì)河灘礫石[6－11]。

圖1 營山構(gòu)造區(qū)域構(gòu)造位置示意圖Fig.1 The regional structural location of the Yingshan structure

2 須二段致密砂巖儲(chǔ)層特征

2.1 沉積相特征

根據(jù)營山構(gòu)造須二段取心井巖心地質(zhì)相分析，并結(jié)合錄井、測(cè)井等資料，認(rèn)為須二段屬于三角洲前緣亞相，且三角洲前緣水下分流河道和河口砂壩砂體為其主要儲(chǔ)集砂體。

從巖心上看，須二段大部分砂巖粒度偏粗，以中粒為主，分選和磨圓相對(duì)較好，多呈小正韻律砂體相互疊加，常見泥礫、炭塊，具平行層理、斜層理和交錯(cuò)層理，層間呈突變或沖刷接觸。就單個(gè)砂體而言，自下而上巖石粒度由粗變細(xì)，儲(chǔ)集條件由好變差，每個(gè)沉積單元的中、下部往往發(fā)育相對(duì)好的儲(chǔ)層段。此外，它們又以含大量粉末狀黃鐵礦為特征，這些黃鐵礦多存在于泥礫之中，也常見集合成豆?fàn)睢Ⅻc(diǎn)狀星散分布于砂巖中，少數(shù)沿斜層理的層面分布。綜合考慮這些特征，將這部分砂巖定為三角洲前緣水下分支河道砂（圖2－A，D）。同時(shí)，在巖心上還可見逆遞變層理及黑灰色泥質(zhì)砂巖中具變形、包卷層理的砂球構(gòu)造，說明有三角洲前緣河口壩沉積微相（圖2－B）。另外，在取心和測(cè)井資料上還可見含黃鐵礦顆粒的粉砂質(zhì)頁巖或較純的頁巖，判定為三角洲前緣分流間灣沉積微相（圖2－C）。

2.2 巖石學(xué)特征

圖2 營山構(gòu)造須家河組二段沉積相Fig.2 The sedimentary facies of T3x2 in the Yingshan structure

營山構(gòu)造須二段巖性以淺灰色粗－中粒、中粒砂巖為主，間夾黑色泥頁巖。據(jù)營21、營22、營2 3取心井統(tǒng)計(jì)，各類砂巖累計(jì)厚度在90%以上，泥、頁巖厚度所占比例＜10%。營山須二段砂巖巖性主要為長(zhǎng)石石英砂巖、巖屑長(zhǎng)石砂巖，有少量長(zhǎng)石巖屑砂巖。粒度以中粒為主，次為細(xì)－中粒、細(xì)粒，分選中等－好，磨圓較好，多呈孔隙－接觸式膠結(jié)。

營山須二段碎屑巖成分如表1所示，石英的質(zhì) 量 分 數(shù) 一 般 為 65.5%～75.9%，平 均 為71.2%；長(zhǎng) 石 的 質(zhì) 量 分 數(shù) 一 般 為 14.4%～17.4%，平均為15.9%，以正長(zhǎng)石為主，其次為斜長(zhǎng)石；巖屑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般為8.2%～17.6%，平均為12.9%，包括巖漿巖、變質(zhì)巖、沉積巖等；雜基的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般為2.38%～6.43%，平均為4.25%，以水云母為主，其次為有機(jī)質(zhì)；膠結(jié)物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般為4.24%，主要成分為灰質(zhì)和云質(zhì)，次為硅質(zhì)：表明營山構(gòu)造須二段砂巖成分成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度較低。

2.3 物性特征

2.3.1 孔隙度

由營山構(gòu)造巖心樣品實(shí)測(cè)物性資料統(tǒng)計(jì)，須二段砂巖孔隙度在0.18%～16.29%之間，平均為5.99%，單井平均孔隙度在4.59%～9.27%之間。從砂巖孔隙度分布直方圖上可見（圖3），砂巖孔隙度主要分布在3%～9%之間，占71.2%。孔隙度＜7%的巖樣占65.9%，而＞7%的巖樣占34.1%。對(duì)儲(chǔ)層段（孔隙度＞7%）的統(tǒng)計(jì)表明（圖3），其平均孔隙度為9.25%，主要分布在7%～10%區(qū)間內(nèi)，占69.0%。

表1 營山構(gòu)造須二段巖石成分統(tǒng)計(jì)（w／%）Table1 Statistics of the reservoir sandstone components of T3x2 in the Yingshan structure

2.3.2 滲透率

由營山構(gòu)造巖心樣品實(shí)測(cè)物性資料統(tǒng)計(jì)，須二段砂巖滲透率在（0.000 1～16.3）×10－3μm2之間，平均為0.103×10－3μm2，說明營山構(gòu)造須二氣藏滲透率較低。從砂巖滲透率分布直方圖上可見（圖4），砂巖滲透率主要分布在（0.001～1）×10－3μm2之間，占98.5%；滲透率＞0.1×10－3μm2的樣品僅占總數(shù)的18.9%。而儲(chǔ)層段（孔隙度＞7%）的樣品滲透率為（0.04～9.91）×10－3μm2（圖4），平均為0.14×10－3μm2，其中（0.01～0.1）×10－3μm2的占71.8%，（0.1～1）×10－3μm2的占24.8%。

對(duì)營山構(gòu)造須二氣藏巖心分析顯示，須二段儲(chǔ)層屬低孔特低孔特低滲致密砂巖儲(chǔ)層，孔隙度與滲透率總體上具正相關(guān)關(guān)系，隨著孔隙度的增大滲透率呈上升趨勢(shì)，特別是高孔隙度段相關(guān)系數(shù)相對(duì)較高，揭示營山須二氣藏儲(chǔ)集空間主要為孔隙。但極少部分樣品滲透率偏高，表明營山須二氣藏儲(chǔ)層還存在微裂縫的影響。

2.4 儲(chǔ)集類型

2.4.1 孔隙類型

據(jù)營山構(gòu)造須二氣藏取心井的巖心觀察、薄片鑒定、鑄體、掃描電鏡等分析，其儲(chǔ)集空間類型主要有粒間孔、粒內(nèi)溶孔、雜基孔，有少量微裂縫，其中孔隙是營山須二儲(chǔ)層主要的儲(chǔ)集空間，裂縫為滲濾通道，能成倍地增加儲(chǔ)層滲透率。

圖3 營山構(gòu)造須二段孔隙度分布直方圖Fig.3 Histogram of the porosity distribution of T3x2 in the Yingshan structure

圖4 營山構(gòu)造須二段滲透率分布直方圖Fig.4 Histogram of the permeability distribution of T3x2 in the Yingshan structure

a.粒間孔：該類孔隙（圖5－A）是碎屑顆粒之間的孔隙空間。這種經(jīng)成巖和成巖后生作用改造后的原生孔隙，一般經(jīng)歷了壓實(shí)、雜基和膠結(jié)物的膠結(jié)和充填、石英顆粒的次生加大、顆粒表面次生黏土膜的形成或者是自生礦物充填后殘留下來的，呈三角狀、多邊形狀或不規(guī)則狀，孔徑在0.01 mm×0.02mm～0.1mm×0.3mm之間，是營山須二段儲(chǔ)集巖最好、最重要的儲(chǔ)集空間類型。它的發(fā)育與否，很大程度上決定了儲(chǔ)層品質(zhì)的好壞。其含量受黏土殼發(fā)育程度、成巖自生礦物及壓實(shí)程度的影響。研究區(qū)最常見的粒間孔主要是由葉片狀綠泥石環(huán)邊膠結(jié)、沿孔隙壁形成襯墊、常有第二期片狀伊利石部分充填及原生雜基半充填粒間孔而殘余的粒間孔（圖5－B）。

圖5 營山地區(qū)須二段儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間類型[12]Fig.5 Reservoir space types of T3x2 in the Yingshan structure

b.粒內(nèi)溶孔：是砂巖中巖石碎屑內(nèi)形成的溶蝕孔隙。常見的是顆粒內(nèi)的易溶部分或巖屑內(nèi)填隙物發(fā)生選擇性溶蝕后所形成的溶孔。研究區(qū)以長(zhǎng)石內(nèi)溶孔為主，多沿長(zhǎng)石解理溶解，如沿兩組解理溶解則形成蜂窩狀溶孔（圖5－C，D）。另外見少量巖屑內(nèi)溶孔，從鑄體薄片上看多以浸染狀或蜂窩狀存在，二者孔徑均＜0.001mm。這種成巖期溶解作用形成的微孔，連通性差，對(duì)儲(chǔ)層滲透率貢獻(xiàn)有限，是研究區(qū)須二段常見的孔隙類型。

c.雜基孔（圖5－E）：在成巖作用過程中，由水云母雜基重結(jié)晶或泥狀雜基沉積石化時(shí)收縮形成的微孔。雜基孔在營山須二段較常見，鑄體薄片下呈浸染狀或無法注入，滲透率極低，孔徑一般＜0.001mm，屬超微孔隙，喉道細(xì)小，連通性差，幾乎為束縛水飽和，對(duì)天然氣儲(chǔ)集貢獻(xiàn)小。

d.微裂縫（圖5－F）：鏡下所見的微裂縫有微構(gòu)造縫和顆粒的碎裂紋兩種，前者因構(gòu)造作用形成，在營山地區(qū)部分井常見；后者因壓實(shí)作用形成，較為少見。微裂縫一般沿顆粒邊緣延伸，有少量切割顆粒，基本上未被充填，是溝通低滲透砂巖儲(chǔ)層孔隙的主要通道，對(duì)砂巖的滲透性改善作用十分明顯。

2.4.2 喉道類型

經(jīng)薄片、鑄體薄片和電鏡掃描觀察，營山構(gòu)造須二段砂巖的壓實(shí)作用強(qiáng)烈，以線接觸的顆粒占50%以上。其喉道類型以縮頸型喉道、片狀喉道為主，見少量孔隙縮小型、粒間隙、管束狀喉道。

a.孔隙縮小型喉道（圖6－A，B）：是粒間孔之間的縮小部分，與孔隙很難區(qū)分，此喉道既是滲流通道又是孔隙的一部分，是儲(chǔ)集巖的最佳喉道，在營山比較發(fā)育。

b.縮頸型喉道（圖6－C，D）：當(dāng)砂巖顆粒經(jīng)過壓實(shí)，排列較緊密，顆粒之間常以點(diǎn)接觸形式，使兩顆粒之間喉道變成“瓶頸”狀。此種喉道由于在“瓶頸”處變得很小，因而其滲透作用比孔隙縮小型喉道要小得多。

圖6 營山地區(qū)須二段儲(chǔ)層吼道類型[12]Fig.6 Reservoir throat types of T3x2 in the Yingshan structure

c.管束狀喉道（圖6－E）：當(dāng)壓實(shí)作用進(jìn)一步加強(qiáng)，使顆粒排列更加緊密而形成顆粒之間呈線接觸關(guān)系，兩顆粒之間的通道形成管網(wǎng)狀。喉道寬0.1～0.2μm，呈交叉狀、樹枝狀分布，喉道很細(xì)而狹窄。

d.片狀喉道（圖6－F）：此類喉道是孔隙縮小型喉道的進(jìn)一步縮小，使顆粒間孔隙呈網(wǎng)狀相連，喉道寬在0.1～0.5μm之間，在各類儲(chǔ)層皆有發(fā)育，是區(qū)內(nèi)較普遍發(fā)育的一種喉道，對(duì)儲(chǔ)層孔隙連通具重要意義。

e.粒間隙：此喉道是管束狀喉道的進(jìn)一步縮小，兩顆粒間線性排列更加緊密，顆粒之間的通道更加窄小，喉道寬度＜0.1μm，此類喉道在儲(chǔ)層中也很常見。

從毛管壓力曲線來看（圖7），營山須二段儲(chǔ)集巖孔喉結(jié)構(gòu)與川中其他地區(qū)基本類似，主要呈現(xiàn)以下幾個(gè)特點(diǎn)：

a.多數(shù)樣品的毛管壓力曲線是圓潤規(guī)則的，反映孔隙型儲(chǔ)層的特征。

b.儲(chǔ)層段（Φ＞7%）樣品的排驅(qū)壓力（1.46 MPa）、飽和度中值壓力（7.52MPa）較高，最大連通孔喉半徑（0.646μm）、中值喉道半徑（0.152 μm）較小，說明營山須二段儲(chǔ)層孔喉較小。

c.儲(chǔ)層段（Φ＞7%）樣品的孔喉分布頻率帶寬，無明顯峰值，其結(jié)構(gòu)參數(shù)表現(xiàn)為均值高（8.71）、細(xì)歪度（0.294）、分選差等特點(diǎn)，說明須二段儲(chǔ)層絕大部分滲透率由少量的粗孔喉提供。

圖7 營山構(gòu)造須二段儲(chǔ)層典型毛管壓力曲線Fig.7 Reservoir typical capillary pressure curve of T3x2 in the Yingshan structure

2.5 儲(chǔ)層儲(chǔ)集性能影響因素分析

結(jié)合川中地區(qū)須家河組共性綜合研究，認(rèn)為營山須二段儲(chǔ)集性能受沉積、成巖作用的雙重控制，沉積作用是基礎(chǔ)，成巖作用是關(guān)鍵。

2.5.1 沉積作用

沉積作用對(duì)儲(chǔ)層分布的影響，是通過沉積微相來實(shí)現(xiàn)的。研究表明，營山須二段為三角洲前緣亞相，水下分支河道及河口壩沉積微相十分發(fā)育，其砂巖孔隙度相對(duì)較好，儲(chǔ)層也主要發(fā)育于這兩種沉積微相之中；遠(yuǎn)砂壩和席狀砂微相的儲(chǔ)集物性相對(duì)較差；三角洲前緣席狀砂和分流間灣儲(chǔ)層不發(fā)育，物性較差。同時(shí)，不同沉積環(huán)境下的砂巖儲(chǔ)集體具有不同的巖石結(jié)構(gòu)，可引導(dǎo)出不同的成巖作用和孔隙演化路徑。就單個(gè)砂體而言，每個(gè)正旋回下部的砂巖沉積時(shí)水動(dòng)力較強(qiáng)，砂質(zhì)純，分選好，雜基和膠結(jié)物含量較低，具有較高的原生孔隙度，有利于黏土膜的形成。同時(shí)，這種成熟度較高的砂巖，有一批顆粒作為支撐骨架，可以抵御強(qiáng)烈的壓實(shí)作用，而使部分原生孔保留，從而形成較好的儲(chǔ)集層。而旋回上部，由于水動(dòng)力條件變?nèi)酰练e物顆粒變細(xì)，成分變雜，雜基和膠結(jié)物含量也高，原生孔的連通性也差，無黏土膜的形成或黏土膜斷續(xù)分布，壓實(shí)和膠結(jié)作用破壞了大量原生孔隙，這類砂巖形成較差儲(chǔ)層或非儲(chǔ)層。

2.5.2 成巖作用

成巖作用在砂巖埋藏過程中對(duì)其孔隙度和滲透率的改造起著關(guān)鍵作用[13，14]。營山須二段成巖變化復(fù)雜，具有多期性和多樣的特點(diǎn)，經(jīng)歷了壓實(shí)、膠結(jié)、溶蝕、交代及重結(jié)晶等多種成巖變化（表2、圖8）。其中，壓實(shí)、壓溶和膠結(jié)作用是降低儲(chǔ)層孔隙度的破壞性成巖作用。而砂巖顆粒表面自生黏土膜的形成對(duì)原生粒間孔的保存起著重要作用；溶蝕作用利于儲(chǔ)集空間的擴(kuò)大和滲流通道的改善，是增加儲(chǔ)層孔隙度的建設(shè)性成巖作用。

3 結(jié)論

a.須二段屬于三角洲前緣亞相沉積，且三角洲前緣水下分流河道和河口砂壩砂體為主要儲(chǔ)集砂體。須二段儲(chǔ)層的巖性主要為巖屑石英砂巖、巖屑長(zhǎng)石砂巖，砂巖粒度以中粒為主，次為細(xì)－中粒、細(xì)粒，分選中等－好，磨圓較好，多呈孔隙－接觸式膠結(jié)。

表2 營山構(gòu)造須二段砂巖主要成巖作用類型及其對(duì)孔隙度的影響[12]Table2 The main types of digenesis and their influences on the porosity of T3x2 sandstone in the Yingshan structure

圖8 營山構(gòu)造須二段孔隙度演化模式圖Fig.8 Porosity evolution model of T3x2 sandstone in the Yingshan structure

b.須二段儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間類型主要為粒間孔、粒內(nèi)溶孔，有少量微裂縫。儲(chǔ)層孔喉結(jié)構(gòu)總體上表現(xiàn)為細(xì)歪度，分選差的特征。儲(chǔ)集類型為裂縫－孔隙型，孔隙是營山須二儲(chǔ)層主要的儲(chǔ)集空間，裂縫為滲濾通道，能成倍地增加儲(chǔ)層滲透率。

c.營山須二段儲(chǔ)集性能受沉積、成巖作用的雙重控制，沉積作用是基礎(chǔ)，成巖作用是關(guān)鍵。壓實(shí)、壓溶和膠結(jié)作用是降低儲(chǔ)層孔隙度的破壞性成巖作用；而砂巖顆粒表面自生黏土膜的形成對(duì)原生粒間孔的保存起著重要作用，溶蝕作用利于儲(chǔ)集空間的擴(kuò)大和滲流通道的改善，是增加儲(chǔ)層孔隙度的建設(shè)性成巖作用。

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