鄂爾多斯盆地鎮北地區長4＋5段儲層特征及影響因素

朱 童，沈忠民，劉 鑫，趙應權，張忠義

（1.油氣藏地質及開發工程國家重點實驗室（成都理工大學），成都610059；2.中國石油長慶油田公司 勘探開發研究院，西安710018）

鄂爾多斯盆地上三疊統延長組長4＋5段由于巖性致密、泥巖含量高、砂層較薄，與其他層段如長3、長6段的厚—中層塊狀砂體類型差異明顯，因此在以往的勘探中并沒有受到重視。近年來隨著勘探的突破，在鄂爾多斯盆地陜北、姬塬、華慶等地區，對長4＋5段的沉積、儲層等方面進行了較為深入的研究［1－12］，并且在陜北延川、華慶、白豹，以及姬塬鐵邊城地區均取得了良好的勘探效果。目前針對鎮北地區長4＋5段的研究甚少，該區多口井在長4＋5段的良好油氣顯示也表明有必要加強研究。因此，作者在最新的研究資料基礎上對鎮北地區長4＋5段儲層特征及其儲集性影響因素進行了分析探討。

1 地質概況

鎮北地區橫跨屬于盆內Ⅰ級構造單元的天環拗陷南部和陜北斜坡西南部，西鄰西緣沖斷構造帶（圖1）。盆內延長組主要發育一套內陸湖泊沉積，西南緣湖岸線在石溝驛—平涼—永壽一帶。延長組自下而上分為10個油層組。整個延長組經歷了完整的湖盆開始—繁盛—消亡的過程，長10—長7時期為湖泊發育階段，長7時期達到最大湖泛面，長6—長2時期為湖泊萎縮階段，其中長4＋5時期有一次短暫的小規模湖泛，到長1時期為準平原化期，湖泊消亡。長7段發育的一套半深湖、深湖亞相的暗色泥巖為延長組的主力烴源巖［13，14］。

2 儲層特征

2.1 巖石學特征

圖1 鄂爾多斯盆地鎮北地區地理位置圖Fig.1 Location of the Zhenbei area in Ordos Basin

圖2 鎮北地區長4＋5段儲層砂巖成分三角圖Fig.2 Triangular diagram of sandstone components of Chang 4＋5reservoir of Yanchang Formation in the Zhenbei area，Ordos Basin

根據區內30口井69個砂巖樣品分析，鎮北地區長4＋5段儲層主要為巖屑長石砂巖、長石巖屑砂巖及少量巖屑砂巖（圖2）。碎屑中石英的平均質量分數為44%，長石為17%，巖屑為24%。在巖屑構成中，變質巖屑含量最高，平均質量分數為11%，主要有千枚巖、石英巖、板巖和變質砂巖；其次為沉積巖屑，平均質量分數為9%；巖漿巖屑最少，平均質量分數為3%。長4＋5段砂巖主要粒徑為0.12～0.28mm，為中細粒砂巖，礦物成分成熟度較低，但分選性為中等—好，磨圓度為次棱－次圓狀，結構成熟度較高，以點－線接觸關系為主；填隙物的質量分數一般為8%～20%，平均為12%，其中膠結物成分主要為鈣質、硅質、自生高嶺石、水云母（伊利石）、綠泥石以及少量凝灰質、重晶石、濁沸石等，鈣質主要為白云石、鐵方解石和鐵白云石。

2.2 儲集空間

2.2.1 孔隙類型

根據鑄體薄片、掃描電鏡等資料認為，鎮北地區長4＋5段儲層的儲集空間為殘余的原生粒間孔、粒間溶孔、長石溶孔、巖屑溶孔、雜基溶孔、晶間孔和微裂隙。其中以殘余的原生粒間孔隙為主，平均體積分數為2.66%；次生溶孔中以長石溶孔為主，平均體積分數為1.17%（圖3）。殘余的原生粒間孔由于相對較好的孔喉配置，因此對儲層的貢獻最大；而其他孔隙包括部分長石溶孔，在鏡下往往呈孤立的無效孔隙，不能成為有效的儲集空間。

圖3 鎮北地區長4＋5段儲層孔隙類型直方圖Fig.3 Histogram of pore types of Chang 4＋5 reservoir in the Zhenbei area

2.2.2 孔隙結構類型

研究區長4＋5段砂體非均質性較強、喉道分布呈單峰、雙峰或多峰特點，因此在毛管壓力資料的分析中，主要選取喉道分布圖中單峰態的典型曲線和相應的毛管壓力曲線來歸納孔隙結構類型。參考鄂爾多斯盆地延長組孔隙、喉道分級標準［15］，并綜合應用鑄體薄片、巖心物性等資料分析認為，鎮北長4＋5段儲層的孔隙結構大致可分為2種類型，即中—小孔微細喉型和細微孔微喉型（表1，圖4）。

中—小孔微細喉型，主要為殘余粒間孔、粒內孔以及粒間粒內溶孔，喉道主要為片狀或彎片狀；門檻壓力較低，一般為0.4～0.71MPa；中值壓力較低，一般為2.77～3.86MPa；中值半徑一般為0.16～0.27μm，孔喉加權平均半徑一般為0.2～0.29μm。

表1 鎮北地區長4＋5段儲層不同孔隙結構類型物性及壓汞參數Table 1 Mercury injection parameters and physical property of different types of pore structure of Chang 4＋5reservoir in the Zhenbei area

細微孔微喉型，主要為晶間微孔、雜基溶孔、部分粒內溶孔等，喉道主要為管束狀，門檻壓力一般為0.43～2.9μm；中值壓力較高，一般為4.27～27.32MPa；中值半徑一般為0.03～0.17μm，孔喉加權平均半徑一般為0.03～0.15μm。

研究區長4＋5段儲層樣品進汞壓力曲線較陡，表中也可見2種類型的分選系數均＞1.5，反映出研究區長4＋5段孔隙空間分選性較差，喉道分布不集中，儲層微觀非均質性較強。樣品孔隙度大部分＜12%，喉道偏細，儲層致密，許多粒內孔由于喉道不發育而成為無效孔隙，因此長4＋5段儲層呈低孔低滲特征。從孔喉加權平均半徑與物性的相關關系（圖5）中可以看出，孔喉加權平均半徑與儲層滲透率相關性好于與孔隙度的相關性，說明孔喉特征對于低孔低滲儲層儲集性的影響更多在于其對滲透率的影響。

2.3 物性特征

鎮北地區長4＋5段儲層孔隙度一般為7.2%～16.3%，平均為12.50%；孔隙度介于10%～15%的樣品占75%。滲透率為（0.035～58.38）×10－3μm2，滲透率＜0.5×10－3μm2的樣品占50%。通過孔滲關系圖也可以看出，孔隙度主要集中在10%～15%，滲透率集中在（0.1～10）×10－3μm2，反映儲層為低孔低滲的特征；同時滲透率與孔隙度呈正相關，并隨著孔隙度的增加而變好（圖6）。

圖4 鎮北地區長4＋5段儲層不同孔隙結構類型典型毛管壓力曲線及孔喉分布圖Fig.4 Typical capillary pressure curves and pore－throat sizes distribution of different types of pore structure of Chang 4＋5reservoir in the Zhenbei area

圖5 鎮北地區長4＋5段儲層物性與加權平均孔喉半徑的相關關系Fig.5 The relation between the physical property and weighted average values of pore radius of Chang 4＋5reservoir in the Zhenbei area

圖6 鎮北地區長4＋5段儲層孔隙度與滲透率的相關關系Fig.6 The relation between porosity and permeability of Chang 4＋5reservoir in the Zhenbei area

3 儲集性主控因素

沉積微相、陸源碎屑成分以及成巖作用是影響該區長4＋5段儲層儲集性的主要因素，并且儲層物性與這3種主要影響因素也有一定的聯系。

3.1 與沉積微相的關系

圖7 鎮298井長4＋5段沉積微相綜合柱狀圖Fig.7 The synthetic histogram of sedimentary microfacies of Chang 4＋5reservoir in Well Zhen 298

圖8 鎮北地區長4＋5段儲層不同沉積微相的物性直方圖Fig.8 Histogram of physical property of different sedimentary microfacies of Chang 4＋5reservoir in the Zhenbei area

有利的沉積微相是優質儲層發育的基礎。根據樣品物性數據并結合對應的測井形態分析認為（圖7、圖8），研究區長4＋5段主要為三角洲前緣亞相的水下分流河道、河口壩、遠砂壩微相和濱淺湖亞相的泥坪、砂坪、混合坪微相。其中最有利的沉積微相類型為分流河道和河口砂壩，兩者孔隙度平均值分別達到11.06%和10.44%，滲透率平均值則分別達到1.52×10－3μm2和3.22×10－3μm2。可以看出，雖然分流河道的平均孔隙度略高于河口砂壩，但平均滲透率低于河口砂壩，反映河口砂壩受到湖浪簸選改造，分選性較好，從而導致滲透率相對較高。較有利的沉積微相為遠砂壩，其平均孔隙度在9.69%左右，這與遠砂壩巖性為粉砂巖、泥質粉砂巖的特征相關；其滲透率平均為1.13×10－3μm2，也反映出湖浪改造下分選性好對滲透率有一定的貢獻。而作為濱淺湖砂坪沉積微相的儲層物性是最差的。

3.2 與陸源碎屑的關系

陸源碎屑組分可為后期成巖作用的改造奠定物質基礎。研究區內石英含量最高，并且石英顆粒的抗壓實作用較強，因此原生孔隙的保存與石英顆粒的剛性特點有關。譬如從粒間孔發育的鑄體薄片中看到原生粒間孔與大量石英顆粒共存（圖9－A、B、C），但同時石英含量越高，次生加大作用越普遍，使得這些原生粒間孔縮小，甚至部分消失。長石顆粒抗壓實能力相對較弱，因此在壓實過程中，易破壞巖石顆粒支架結構，使孔隙結構復雜化，孔喉變細，儲層物性變差；但同時由于長石顆粒的易溶性，流體可沿著其解理縫溶蝕形成大量溶孔（圖9－D），經統計，長石溶孔為研究區最常見的溶蝕孔隙（圖3）。從巖屑方面來看，在壓實過程中，一部分巖屑顆粒或者具有較強的抗壓實能力，如變質石英巖屑，能保存部分原始孔隙，或者具有溶蝕性，形成蜂窩狀的巖屑溶孔（圖9－E），使得儲層物性變好；而另一部分巖屑如千枚巖、云母等，塑性較強，在壓實作用下發生塑性變形，并且在強壓實作用下還常見定向排列（圖9－C、F），從而導致儲層物性變差。

碎屑組分及含量與儲層物性的變化并沒有明顯的相關關系，但是碎屑的成分、含量、特性是成巖過程中壓實、膠結、溶蝕等作用的物質基礎。

3.3 與成巖作用的關系

鎮北地區長4＋5段砂體受到的成巖作用主要有壓實、膠結、溶蝕等。壓實和膠結作用往往對砂體儲集性起破壞性作用，而溶蝕作用為建設性作用。從整體上看，強烈的壓實作用和不利的膠結作用占絕對優勢，從而導致鎮北地區長4＋5段為低孔低滲的致密性儲層。

3.3.1 破壞性成巖作用

a.壓實作用

根據Housekencht（1987）從壓實、膠結兩方面因素考慮的負膠結孔隙度評價原理［16］，從研究區長4＋5段儲層負膠結孔隙度評價圖（圖10）可以看出，大部分數據點集中在圖的左下角，反映壓實作用對儲層的致密化起了主要作用，云母等塑性顆粒在壓實作用下變形壓彎（圖9－C），甚至許多塑性顆粒呈扁條形定向排列（圖9－F），原生的粒間孔大量消失，儲層物性大幅度降低。

b.膠結作用

膠結作用也是導致儲層致密化的重要因素之一。膠結物類型包括碳酸鹽、硅質以及自生黏土礦物等。

研究區長4＋5段碳酸鹽膠結物主要為鐵方解石、白云石、鐵白云石，在能譜分析圖下見到Fe、Mg峰，表明其碳酸鹽膠結物更多的是白云石、鐵白云石（圖11）。碳酸鹽膠結物在正交偏光下呈鮮艷的高級干涉色，在陰極發光下呈棕紅色、褐紅色，常常充填于碎屑顆粒之間或者交代顆粒（圖9－G、H、I）。含有一定量鐵、鎂元素的自生碳酸鹽膠結物的形成，一方面與提供鐵、鎂元素的成巖流體有關，譬如蒙皂石的伊利石化［17］

和地層中暗色礦物在有機酸作用下的溶蝕作用［18］提供的鐵、鎂元素加入到成巖流體中；另一方面與儲層所處的成巖階段有關，鎮北地區長4＋5段泥巖鏡質體反射率（Ro）為0.75%～0.9%［19］，有機質達到低成熟至成熟，且埋深為2 km左右，表明它目前大致處于中成巖階段A期，所以粉細晶鐵方解石、鐵白云石開始沉淀或交代前期的泥微晶無鐵方解石。自生碳酸鹽膠結物富集通常具有一定的成層性，使較厚的儲集層被分割為若干鈣質隔層，從而影響儲層流體的自由運移［20］，因此碳酸鹽膠結物含量越高，儲層的儲集性越差。從圖12可以看出碳酸鹽膠結物含量與孔隙度呈負相關關系，隨著其含量增加，儲層孔隙度降低。

硅質膠結物主要為石英加大及自生石英。部分石英的自生加大并沒有在其四周發育，一邊與碎屑顆粒接觸處沒有加大，另一邊與顆粒接觸處有石英加大（圖9－H、I），反映出石英顆粒首先經歷了壓實或壓溶作用，其后有含硅質的流體在未接觸的孔隙處沉淀產生自生加大；也表明自生加大作用稍晚于早期的機械壓實作用，并且由于加大邊的形成，使顆粒由點接觸變為線接觸。晶形較好的自生石英往往與自生黏土礦物如花瓣狀綠泥石一起充填或半充填于孔隙中，反映其形成時間晚于自生加大（圖9－J）。

圖9 鎮北地區長4＋5段儲層鏡下特征Fig.9 The microscopic analysis of Chang 4＋5reservoir in the Zhenbei area

自生黏土礦物膠結物包括綠泥石、高嶺石、伊利石等，對儲層的影響也十分明顯。書頁狀或蠕蟲狀的高嶺石充填于孔隙中（圖9－A），或者附著在溶蝕長石顆粒的表面，譬如長石的高嶺石化現象（圖9－D），孔隙中堆積的高嶺石導致粒間孔隙減少，儲集性降低。綠泥石膠結物分早期的綠泥石環邊和晚期的花瓣狀綠泥石，其中花瓣狀的綠泥石往往堆積充填于孔隙中，造成儲層粒間孔和粒內孔的大量消失（圖9－J）。葉片狀、絲發狀的伊利石由顆粒邊緣向孔隙內發育，不僅使孔隙縮小甚至消失，而且在喉道處搭橋（圖9－K），造成儲層滲透率的降低。

圖10 鎮北地區長4＋5段砂巖膠結物質量分數－負膠結孔隙度投點圖Fig.10 The point diagram of the cement mass fraction－minus cementation porosity of Chang 4＋5sandstone in the Zhenbei area

圖11 鎮北地區長4＋5段儲層掃描電鏡及能譜分析Fig.11 SEM and energy spectrum analysis of Chang 4＋5reservoir in the Zhenbei area鎮128井，深度2 054.8m，鐵白云石交代及膠結，能譜確認

3.3.2 建設性成巖作用

圖12 鎮北地區長4＋5段儲層碳酸鹽膠結物的質量分數與面孔率的相關關系Fig.12 The relation between the carbonate cement content and the facial porosity factor of Chang 4＋5reservoir in the Zhenbei area

溶蝕作用對儲層的發育起重要的建設性作用。研究區長4＋5段次生溶孔達到孔隙空間的30%，并且以長石溶孔及巖屑溶孔為主。溶蝕作用與有機酸流體密切相關，有機酸的來源一方面為長7段主生烴泥巖在大量釋放有機酸的階段通過延長組的構造裂縫［21］，以一種“爬樓梯”的運移方式［22］，進入長4＋5段儲層；另一方面由于長4＋5段泥巖也具備一定的生烴能力［19］，在低成熟—成熟階段釋放的大量有機酸可進入鄰近的儲層中。大量的有機酸流體造成長石、巖屑等易溶顆粒的選擇性溶蝕，如長石溶孔往往表現為長石顆粒的解理面溶蝕（圖9－D），巖屑溶孔往往呈蜂窩狀（圖9－E），此外也可見少量的粒間溶孔、雜基溶孔。

有機酸的大量進入導致儲層在一定時期處于酸性介質中［23］，除了溶蝕作用，同時還有大量的高嶺石沉淀。如前面提到，孔隙中高嶺石的沉淀對儲層起破壞性作用；但是長石顆粒的高嶺石化能產生一定量的孔隙，鉀長石的徹底高嶺石化后體積甚至減少53.6%［24］。因此長石的高嶺石化對于次生孔隙的形成有一定的貢獻，并且保留的大量高嶺石晶間微孔和管狀喉道，對于提高儲層滲透率也有一定的促進作用。

另外，占60%孔隙空間的為原生殘余粒間孔，因此原生孔隙的保存除了前面提到與顆粒的剛性特點有關，還與成巖早期的綠泥石環邊存在有關。針葉狀的綠泥石垂直于顆粒表面分布，形成碎屑顆粒環邊（圖9－B、L），在一定程度上阻止了顆粒進一步遭受壓實壓溶作用，并抑制了石英加大邊的形成［25］，避免儲層進一步致密化，使得部分粒間孔隙得以保存。

4 結論

a.鎮北地區長4＋5段儲層巖性主要為中細粒巖屑長石砂巖、長石巖屑砂巖以及少量巖屑砂巖，結構成熟度高，成分成熟度低；儲集空間以粒間孔為主，其次為長石溶孔；孔隙結構大致分為中—小孔微細喉型和細微孔微喉型，孔隙空間分選性較差，儲層微觀非均質性較強，孔喉特征對于儲層滲透率的影響更為明顯，為低孔低滲特征，孔滲呈明顯的正相關。

b.鎮北地區長4＋5段儲層儲集性控制因素有沉積微相、碎屑顆粒成分、成巖作用。其中河口壩、水下分流河道為有利的沉積微相；陸源碎屑的組分、含量、特性為儲層的發育以及后期成巖作用的改造奠定物質基礎。成巖過程中的壓實、膠結為破壞性成巖作用，溶蝕、長石的高嶺石化、綠泥石環邊為建設性成巖作用；強烈的壓實和膠結作用為儲層致密化的主要因素，它們導致鎮北地區長4＋5段為低孔低滲的致密性儲層。

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