川中蓬萊地區須二段儲層成巖相及其對孔隙結構影響

賴 錦，王貴文，2

(1.中國石油大學(北京)，北京 102249;2.油氣資源與探測國家重點實驗室，北京 102249)

引 言

儲集層的孔隙結構特征指巖石所具有的孔隙和喉道的幾何形狀、大小、分布及其相互連通關系［1］。孔隙結構是影響儲層儲集、滲流能力和油氣開采能力的主要因素，明確儲層孔隙結構特征是充分發揮其油氣產能和提高油氣采收率的關鍵［2－5］。而儲層復雜孔隙結構特征一般不是沉積時期形成的，而是在一定成巖環境中多期成巖改造作用的結果［6］。研究表明，孔隙結構及演化受成巖作用、成巖礦物、成巖序列等因素的綜合控制［7］。通過成巖相的研究能夠確定儲層孔隙空間的形成和演化過程，以及成巖礦物對儲集物性的影響，從而較好地評價儲層孔隙結構［8］，預測有利孔滲發育帶及含油氣有利區的分布［9－10］。

蓬萊地區位于四川盆地中部，面積約8500 km2，其地表出露地層主要是上侏羅統蓬萊鎮組，褶皺平緩，斷層發育較少。須二段形成于辮狀河三角洲前緣水下分流河道、河口壩和水下分流間灣等沉積環境。巖性主要為中—細粒長石巖屑砂巖、巖屑砂巖，其成分成熟度和結構成熟度均處于低—中等，孔隙度為2.0% ～13.4%，平均為7.66%，滲透率為0.023 ×10－3～1.040 ×10－3μm2，平均為0.09×10－3μm2，總體為一平緩構造背景下形成的孔隙結構特征復雜的低孔低滲儲層。

儲層物性上的低孔低滲和復雜的孔隙結構限制了研究區天然氣勘探和開發。因此，為了連續評價儲層孔隙結構在二維剖面上的特征和變化規律和尋找相對有利孔滲發育帶。首先根據須二段20塊巖心柱塞樣的壓汞實驗，對儲層孔隙結構進行分類;其次利用普通薄片、鑄體薄片等資料，研究了須二段儲層成巖作用、成巖礦物類型、成巖環境和所處成巖階段等特征，利用成巖作用類型、強度和成巖礦物及其對儲層儲集物性的影響劃分出強壓實膠結相和強壓實不穩定組分溶蝕相2種成巖相。通過不同成巖相與孔隙結構特征對應關系探討，認為強壓實不穩定組分溶蝕相對應孔隙結構最好，強壓實膠結相中的硅質膠結次之，伊蒙混層再次之，鈣質膠結最差。在此基礎上，結合各成巖相測井響應特征，通過巖心和薄片資料刻度測井建立了各成巖相的測井識別標準，并以PX1井為例總結并歸納了各成巖相的剖面展布規律。根據成巖相的展布規律連續評價儲層孔隙結構在二維剖面上的特征和變化規律，為研究區下一步油氣勘探提供一定地質依據。

1 須二段儲層孔隙結構特征

巖石薄片鏡下觀察結果表明，須二段儲層空間以次生溶蝕孔隙即粒內溶孔、粒間溶孔為主，僅有少量原生孔隙、微裂縫。根據來自 PX1、PL2和PL6等井具代表性的40塊巖心柱塞樣的壓汞實驗所獲得的物性和壓汞參數，參照西南油氣田分公司針對大川中須家河組儲層的分類標準參數表(表1)對須二段儲層進行分類。結果認為須二段儲集巖孔隙結構以III類中孔徑中喉道(占45%)和Ⅳ類小孔徑小喉道(占55%)為主。總體具細小孔隙、微細喉道、細歪度、分選差和孔喉連通性差的毛管壓力特征。

表1 利用物性、壓汞參數的孔隙結構分類標準

2 須二段儲層成巖相劃分及其與孔隙結構關系探討

成巖相是構造、流體、溫壓等條件對沉積物綜合作用的結果，其核心內容是現今的礦物成分和組構面貌，預測有利孔滲性成巖相是儲集層研究和油氣勘探的重點［11－12］。

須二段儲層普遍經歷中—強壓實作用、一定的膠結和溶蝕作用，主要表現為:原生粒間孔隙較少，一些柔性巖屑呈現定向排列現象，顆粒之間多為點—線、線接觸，個別為縫合線接觸，說明有壓溶現象發生［13］，剛性顆粒邊緣常出現微裂縫，自生石英、自形白云石和伊蒙混層充填孔隙空間，巖屑和長石發生一定程度溶蝕等。根據成巖相的內涵——成巖作用(類型、強度)和成巖礦物，將儲層劃分為強壓實膠結相及強壓實不穩定組分溶蝕相2種成巖相類型。由于儲層尤其是與須二段類似的低孔低滲儲層砂巖在埋藏過程中經歷了較為復雜的成巖演化，故其孔隙結構受成巖作用和成巖演化序列的影響很大［14］。通過儲層成巖相的研究確定儲集體內孔隙空間的形成及其演化過程及成巖礦物對儲集物性的影響，從而較好地評價儲層儲集空間類型、孔隙演化和孔隙結構特征，還可結合測井、地震資料對成巖相進行剖面展開與平面成圖從而實現儲層孔隙結構縱向及平面上的定性或定量評價。

2.1 強壓實膠結成巖相

蓬萊地區須二段儲層早期以壓實壓溶和膠結等破壞性的成巖作用為主，膠結物類型主要有硅質、鈣質、伊蒙混層。膠結作用導致儲層孔隙度和滲透率大為降低，孔隙結構變差，對儲層物性起破壞作用。根據膠結物類型可將須二段強壓實膠結相進一步細分為硅質膠結、鈣質膠結和伊/蒙混層膠結3種。

2.1.1 鈣質膠結

研究區須二段儲層鈣質膠結物主要是方解石和白云石，鈣質膠結物一般分布于泥巖層相鄰的砂巖層段。鏡下可觀察到方解石或白云石較自形地充填于長石等溶蝕孔隙中(圖1)。鈣質膠結相測井曲線上表現為密度大于2.6 g/cm3，電阻率也較高，曲線呈齒狀。成巖期形成的鈣質膠結物使被壓實壓溶和膠結作用破壞的以及得到溶蝕作用改善的孔隙結構再次遭到破壞，一般都形成了難以改造的致密層，對應的孔隙結構最差，排驅壓力值高，進汞飽和度低。

圖1 109號巖樣毛管壓力曲線特征及對應巖石薄片鏡下微觀成巖特征

2.1.2 硅質膠結

須二段儲層硅質膠結物主要是以自生石英和石英加大邊的形式存在，硅質膠結物占據了一定的孔隙空間(圖2)，導致儲層孔隙變小、喉道變窄、物性下降，是研究區主要的破壞性成巖相。測井曲線上硅質膠結表現為中—高密度，中—低聲波時差，低自然伽馬值。硅質膠結相是研究區次于鈣質膠結的破壞性成巖相，對應的孔隙結構也較差，一般具有較高的排驅壓力值，且由于硅質膠結物對孔隙和喉道的堵塞，導致其物性也差。

圖2 96號巖樣毛管壓力曲線特征及對應巖石薄片鏡下微觀成巖特征

2.1.3 伊蒙混層膠結

伊蒙混層和伊利石黏土膠結物雖不能完全充填孔隙空間，但其對儲層的滲透率有較大破壞作用，因此伊蒙混層充填也是對儲集物性起破壞性的成巖作用。伊蒙混層掃描鏡下形態介于伊利石和蒙脫石之間，為部分有序和有序混層(圖3)。伊蒙混層充填相測井上表現為高自然伽馬值，高中子測井孔隙度，低密度值(一般小于2.55 g/cm3)。一般來說，伊蒙混層等黏土礦物的充填對儲層孔隙結構的破壞是比較嚴重的，但105號儲集巖雖發育伊蒙混層充填成巖相，但仍具有相對高的孔隙度和滲透率，究其原因，應該是與伊利石的不完全充填作用以及顆粒表面環邊狀的綠泥石對原生孔隙的保護作用有關。

圖3 105號巖樣毛管壓力曲線特征及對應巖石薄片鏡下微觀成巖特征

2.2 強壓實不穩定組分溶蝕相

成巖中后期由于有機質生烴產生的有機酸H+和CO2而使地層水呈酸性，須二段砂巖儲層中不穩定組分如長石、巖屑等被溶蝕而形成粒間溶孔、粒內溶孔(圖4)等，構成了須二段氣藏主要儲集空間。溶蝕相擴大了孔隙空間，連通了喉道，導致儲層孔隙結構變好，對儲層物性來說是最主要的建設性成巖相。在測井曲線上其表現為低自然伽馬、低密度、中等中子。溶蝕作用在增加儲層儲集空間的同時也有利于改善孔喉連通性，使儲層滲透性能增強。對應的層段孔隙結構發育最好，對應相對較低的排驅壓力值和較好的物性。

圖4 110號巖樣毛管壓力曲線特征及對應巖石薄片鏡下微觀成巖特征

另外破裂作用雖然也是沉積物成巖過程中的廣義成巖作用，但由于巖心柱塞樣常取自巖心的致密部位，沒有宏觀裂縫發育的可能，因此本次研究不將破裂作用或相應的破碎裂縫性單獨羅列出來并做其與孔隙結構特征對應關系的探討。

3 成巖相的剖面及平面分布規律

3.1 成巖相測井響應特征

由于取心井和取心井段的限制，僅依靠取心資料不能獲得單井縱向上連續的成巖相劃分，只有通過巖心薄片資料刻度測井，找到成巖相的測井響應［15］，才能獲得成巖相剖面和平面上的分布規律。結合前人研究成果［13］，針對蓬萊地區須二段儲層地質特點，選取了對成巖相敏感的聲波時差、電阻率、自然伽馬、密度和中子5測井條曲線來實現研究區須二段儲層成巖相的各井縱向上的連續劃分(表2)。

表2 蓬萊地區須二段儲層成巖相測井響應特征

3.2 成巖相剖面分布規律

圖5 PX1井須二段縱向上成巖相劃分(2840～2875m深度段，1為干層，2為氣層)

限于篇幅，本文僅以 PX1井為例 (圖5)。試氣結論中，氣層所對應的成巖相類型多為強壓實不穩定組分溶蝕相 (圖5中2號層)。而強壓實膠結相發育層段試氣結果均不理想，均為干層(如圖5中1號層)，縱向上強壓實不穩定組分溶蝕相與優質儲層分布具有良好的相關性。通過前面的探討可知，強壓實不穩定組分溶蝕相對應孔隙結構最好，強壓實膠結相中的伊蒙混層充填相次之，硅質膠結相再次之，鈣質膠結相對應儲層孔隙結構最差，由此可利用成巖相的縱向展布評價儲層孔隙結構縱向上的特征和變化規律 (圖5)。

4 結論

(1)川中蓬萊地區須二段總體為一形成于平緩構造背景的具復雜孔隙結構特征的典型低孔低滲儲層，總體具細小孔隙、微細喉道、細歪度、分選差和孔喉連通差的毛管壓力特征。

(2)根據成巖作用類型和強度、成巖礦物及其對儲層儲集物性的影響，將須二段儲層劃分為2種成巖相:強壓實膠結相和強壓實不穩定組分溶蝕相。其中，強壓實不穩定組分溶蝕相層段對應孔隙結構最好，強壓實膠結相中的伊蒙混層充填相次之，硅質膠結相再次之，鈣質膠結相對應儲層孔隙結構最差。

(3)利用對成巖相較敏感的聲波時差、電阻率、自然伽馬、密度、中子5條測井曲線，建立了須二段儲層成巖相測井識別模式和準則，由此可利用成巖相的縱向展布評價儲層孔隙結構縱向上的特征和變化規律。

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