柳楊堡氣田太2段致密砂巖儲層特征及分類標準研究

張 威，馬 超，齊 榮

（中國石化華北分公司勘探開發研究院，河南鄭州450006）

致密砂巖儲層是我國常見的天然氣儲層，目前在我國新探明的天然氣儲量中近一半產自這類儲層［1］。這類砂巖層往往埋藏深度較大，在強烈的壓實作用下，其孔隙度低（一般小于10%），滲透率（小于1．0×10－3μm2）勉強能使天然氣滲流［2－3］。由于致密砂巖儲層物性較差，非均質性較強，儲層物性成為致密砂巖氣藏天然氣成藏和富集的主控因素，尋找有利儲層是天然氣勘探開發中的難點和重點。對儲層特征進行分析和評價，建立致密砂巖儲層分類標準，有助于預測利儲層的發育情況，進而摸索天然氣富集規律。

柳楊堡氣田緊鄰蘇里格氣田西南側，行政區劃處于內蒙古自治區、寧夏回族自治區和陜西省的交匯部位，構造上位于鄂爾多斯盆地天環向斜與伊陜斜坡交界部位，橫跨天環向斜、伊陜斜坡兩個一級構造單元。柳楊堡氣田已在上古生界發現了多層疊合巖性氣藏，其主力氣層之一太2段已提交探明儲量超過500×108m3，其主要儲集體為障壁砂壩砂體，為低孔、低滲的致密砂巖儲層。本文對研究區太2段致密砂巖儲層進行分類評價，為柳楊堡氣田實現規模化開發投產提供指導。

1 儲層特征［4－7］

1．1 儲層巖石學特征

柳楊堡氣田太2段砂巖主要有三種巖石類型：石英砂巖、巖屑石英砂巖、巖屑砂巖（圖1）。其中石英砂巖所占比例達78．2%，粒度主要為含礫粗粒和粗粒；巖屑石英砂巖所占比例為16．8%，以中粒和細粒為主；巖屑砂巖含量較小，所占比例為5．0%，以細粒和中粒為主。

圖1 柳楊堡氣田太2段砂巖巖石組分三角圖

巖石碎屑顆粒成分主要類型為石英質顆粒（單晶石英為主，可見少量燧石、石英巖巖屑），其次為巖屑（包括千枚巖巖屑、片巖巖屑、黑云母、白云母和少量鈣屑、變質砂巖、酸性噴出巖巖屑和泥巖巖屑）。顆粒成分中，石英質顆粒含量高，巖屑含量較低，長石少見，偶見白鈦石、電氣石、鋯石等重礦物，含量小于1%。

膠結物含量小于10%，成分主要以隱晶狀充填的水云母、微晶狀充填的高嶺石、加大邊的自生石英和中－粗晶狀充填的白云石為主，偶見不規則狀瀝青質自生礦物、粒狀黃鐵礦和不規則狀重晶石；巖石組分中基本沒有或偶見雜基。

顆粒分選中等－好，磨圓一般為次棱角狀和次圓狀，碎屑間多為顆粒支撐，接觸方式以點線狀接觸為主，膠結類型為再生孔隙式和孔隙式，少量接觸式膠結。

1．2 儲層物性特征

太2段砂巖孔隙度主要分布區間為2%～10%，平均5．94%，其中大于4%的樣品平均值為6．61%；滲透率主要分布區間為（0．1～1．6）×10－3μm2，平均0．41×10－3μm2，其中大于0．1×10－3μm2的樣品平均值為0．48×10－3μm2。總體上屬于特低孔隙度和低滲－特低滲透率。

孔隙度優勢區間為4%～8%，表現為單峰特點；滲透率優勢區間為（0．1～1．6）×10－3μm2，表現為雙峰特點。孔、滲關系明顯，滲透率隨著孔隙度增大而增大，并呈指數相關。

1．3 儲層孔隙特征

1．3．1 孔隙類型

太2段儲層主要孔隙類型為粒間溶孔和粒間余孔，其次為粒內溶孔和晶間微孔，少量微裂縫和晶內微孔，并以上述2種以上的孔隙同時存在為特征。薄片總面孔率為0．1%～7%，其中面孔率為3%～5%所占比例最高，達到30%以上；其次為1%～3%，所占比例約為25%；面孔率小于0．1%的樣品所占比例最小，約為5%。

粒間溶孔是在石英加大邊形成以后，巖石中的一些易溶組分水云母、高嶺石、泥巖、云母片等不完全溶蝕而形成的，孔徑大小在50～1 600μm不等。強烈的溶蝕作用，使孔隙改善。

儲集巖的粒間余孔主要是由早期硅質膠結物形成之后剩余的粒間孔隙。在強烈的壓實作用下，原始粒間孔逐漸被壓實和充填。但由于巖石中碎屑物以石英為主，顆粒比較粗大，抗壓性強，經壓實后，仍見少量未被充填的粒間余孔。孔隙形態呈三角形、四邊形，見石英、高嶺石、水云母、方解石、白云石等充填。孔徑大小為50～350μm不等。

粒內溶孔出現在泥巖、板巖、云母片、白云石、木屑石和集晶石英內，呈粒內孤立狀或蜂窩狀，孔徑多小于50μm。這可能是在后生期階段，地層水變為堿性，有利于硅質石英溶蝕，又發生溶蝕的結果；晶間微孔主要發育在高嶺石和水云母內，其中高嶺石微孔的孔徑為10～20μm，水云母微孔的孔徑為1～5μm，并與溶孔相通；偶見白云石晶內溶孔約20～50μm，這是由最晚形成的白云石溶蝕作用而生成的；少量微裂縫，寬10～20μm，與溶孔、微孔相通。微裂縫是成巖后期區域應力作用的結果，它不僅具有一定的儲集意義，而且對巖石孔隙有溝通作用，使巖石滲透性得到改善。

1．3．2 孔喉特征

（1）喉道形態和大小。孔隙喉道的形態和大小受碎屑顆粒接觸關系和膠結類型的影響，并直接控制著孔隙的儲集性和滲透性。根據鑄體薄片觀察結果，柳楊堡氣田太2段儲集層段砂巖喉道特征主要以粒間縫隙喉道、片狀和彎曲喉道為主。

統計結果顯示，太2段儲集層段砂巖中值喉道半徑（Rc50）主要集中在0～0．5μm，分布頻率可達96%，其中Rc50＜0．02μm的樣品占13%，0．02μm＜Rc50＜0．1μm的樣品占39%，0．1μm＜Rc50＜0．3 μm的樣品占17%，0．3μm＜Rc50＜0．5μm的樣品占26%，Rc50＞0．5μm的樣品占4%。從鑄體薄片上看，巖石的各種粒間孔隙雖然較發育，但孔隙之間的連通性不好，其孔喉關系以中、小孔－細喉組合為主，其次為微孔－微喉型。

（2）孔喉結構評價。壓汞法是測定儲集巖孔喉大小分布的一種常用方法，其特征參數能較好地反映儲集巖的空間分布特征。根據太2段砂巖毛管壓力曲線的形態和中值壓力、排驅壓力等特征參數可將毛管壓力曲線分為三種類型（圖2）：

A型：毛管壓力曲線向左下方凹，出現近似平臺段，孔喉分選較好，粗歪度。排驅壓力小于0．5 MPa，中值壓力小于3 MPa，中值喉道半徑大于0．3 μm。

B型：毛管壓力曲線為陡坡型，孔喉分選相對較差，較粗歪度，排驅壓力0．5～3 MPa，中值壓力3～15 MPa，中值喉道半徑0．05～0．3μm。

C型：毛管壓力曲線斜率大于B型壓汞曲線，孔喉分選較好，偏細歪度，排驅壓力大于3 MPa，雖然排驅壓力并不高，但從排驅壓力開始，壓力值上升較快，說明大孔隙含量較少，樣品以小孔隙為主。中值壓力大于15 MPa，中值喉道半徑小于0．05μm。

2 孔喉結構與巖石物性的關系

毛管壓力曲線是表征巖石孔喉結構的主要參數，而孔喉結構又與巖石物性（特別是巖石滲透率）有著密切的聯系。為了分析研究區太2段砂巖物性與孔喉結構之間的關系，本次研究做了巖石孔隙度與中值壓力、滲透率與中值壓力、滲透率與毛管壓力曲線歪度等一系列交匯圖（圖3～5）。結果顯示，孔隙度、滲透率都與毛管中值壓力呈乘冪相關，相關度較好。其中中值壓力3 MPa對應的孔隙度和滲透率分別約為6%和0．3×10－3μm2，中值壓力15 MPa對應的孔隙度和滲透率分別約為4%和0．1×10－3μm2；滲透率與毛管壓力曲線歪度呈對數相關，相關系數達0．96。

圖2 太2段儲集層段砂巖毛管壓力曲線分類

圖3 太2段砂巖滲透率與毛管中值壓力關系

圖4 太2段砂巖孔隙度與毛管中值壓力關系

圖5 太2段砂巖滲透率與毛管中值壓力曲線歪度關系

3 致密砂巖分類標準

根據儲層巖性、物性、孔隙類型和表征孔隙結構的毛管壓力曲線類型、分選特征及其相互關系，對研究區太2段砂層進行分類，共劃分出Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類，綜合評價為好儲層、較好儲層及非儲層（表1）。通過對太2段障壁砂壩主體上的13口探井進行單井儲層分類評價，太2段致密砂巖儲層以Ⅱ類為主，其次為Ⅰ類。

表1 柳楊堡氣田太2儲集層段砂巖分類標準

Ⅰ類：巖性為含礫粗粒石英砂巖和粗粒石英砂巖，儲集空間類型以粒間溶孔和粒間余孔為主，其次為晶間微孔。孔隙度大于6%，滲透率大于0．3×10－3μm2。排驅小于0．5 MPa，中值壓力小于3 MPa，中值喉道半徑大于0．25μm。該類砂層是柳楊堡氣田儲層中較好的儲集巖類別，測試一般可獲中高產工業氣流。

Ⅱ類：巖性主要是粗粒石英砂巖及中粒石英砂巖，儲集空間類型以溶蝕孔和晶間微孔為主，其次為粒間余孔。孔隙度4%～6%，滲透率（0．1～0．3）×10－3μm2。排驅壓力0．5～3．0MPa，中值壓力3～15 MPa，中值喉道半徑0．05～0．25μm。該類儲層屬中等儲集層，是本區太2段主要的儲集類型，所占砂巖比例達60%以上。

Ⅲ類：巖性為中－細粒巖性石英砂巖，儲集空間類型以晶間微孔為主。排驅壓力大于3 MPa，中值壓力大于15 MPa，中值喉道半徑小于0．05μm。該類砂巖物性較差，屬非儲集巖。

4 結論

（1）柳楊堡氣田太2段砂巖主要有三種巖石類型：石英砂巖、巖屑石英砂巖、巖屑砂巖。其中（含礫）粗粒石英砂巖為主，其次為中粒巖屑石英砂巖。

（2）太2段儲層主要孔隙類型為粒間溶孔和粒間余孔，其次為粒內溶孔和晶間微孔，少量微裂縫和晶內微孔。

（3）太2段儲層喉道類型主要以粒間縫隙喉道、片狀和彎曲喉道為主，孔喉關系以中、小孔－細喉組合為主，其次為微孔－微喉型。根據毛管壓力曲線的形態和中值壓力、排驅壓力等特征參數可將毛管壓力曲線分為三種類型。

（4）太2段儲層孔隙度、滲透率都與毛管中值壓力呈乘冪相關，相關度較好。

（5）根據儲層巖性、物性、孔隙類型和表征孔隙結構的毛管壓力曲線類型、分選特征及其相互關系，可將研究區太2段砂巖劃分出Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類，綜合評價為好儲層、較好儲層及非儲層，其中Ⅱ類砂巖為太2段主要的儲集巖類型。

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