鄂南鎮涇地區長8油層組沉積格架與儲層質量的關系研究

鄒 敏,夏東領,龐 雯, 吳勝和，錢玉嬋

(1.中國石化石油勘探開發研究院，北京 100083；2.中國石化海相油氣開發重點實驗室，北京 100083;3.中國石油大學(北京)，北京 102249;4.中國石油國際勘探開發有限公司，北京 100034)

0 引 言

陸相碎屑巖儲層質量的影響因素較多，前人從不同角度對其影響因素開展了大量研究工作。微觀上的研究主要集中于成巖礦物對儲層質量的影響，如鄂爾多斯盆地隴東地區綠泥石包殼對儲層孔隙具有保護作用，從而改善儲層質量[1-8]；鄂爾多斯盆地隴東地區方解石膠結對儲層的孔隙具有破壞作用，大大降低了儲層質量[9-11]。有學者開展了巖石學特征、定量成巖相與儲層質量的關系研究，指出巖石組構和巖石組分共同控制了儲層質量的差異分布，進而研究了層序地層格架對儲層質量的控制作用[12-13]；近年來，學界逐漸關注從微觀孔隙結構上論證儲層質量的差異[12-17]，采用核磁、高壓壓汞、恒速壓汞、數字巖心技術等開展了大量研究[18]，極大地推動了業界對儲層質量影響控制因素的認識，也為更進一步深化認識奠定了堅實的基礎。此項研究在前人儲層質量研究成果的基礎上，結合鄂爾多斯盆地鎮涇地區的研究實例，從宏觀與微觀相結合的角度出發，研究在主力油層組中不同的沉積格架對儲層質量的影響與控制作用。

1 區域地質背景

鄂爾多斯盆地是中國中部穩定克拉通背景下形成的大型富油氣盆地，地層發育較全，構造活動相對較弱，斷裂、褶皺等構造規模較小。根據現今構造格局，將盆地劃分為6個二級構造單元(圖1a)。紅河地區位于二級構造單元天環坳陷南與伊陜斜坡結合部。延長組自下而上分為10個油層組，主要為形成于湖相背景下的河流、河流三角洲沉積相。紅河地區的主力油層主要發育在長8段，前人研究認為長8段是一套辮狀河三角洲平原亞相沉積[12, 21]。長8段緊鄰盆地主力烴源巖長73張家灘頁巖，具有良好的勘探開發潛力。

圖1 鎮涇地區主力段長81和長82小層砂體厚度

長8段分為長81和長82上下2個小層，埋深為2 100～2 400 m，區域分布較為穩定，是一套夾于上下厚層泥巖中的厚層砂體，砂體平均厚度為12～14 m(圖1b)。長81和長82小層主要為長石巖屑砂巖和巖屑長石砂巖，2種類型占全部巖石類型的95%以上，此外還有少量長石砂巖。通過對全區薄片資料統計，石英平均含量為35.2%，長石含量為32.6%，巖屑含量為26.8%，石英占碎屑礦物的比例為0.51，巖石成分成熟度較低。粒度以中細粒—細粒為主，平均粒徑為0.2 mm，碎屑顆粒分選系數高，結構成熟度相對較好。顆粒以次圓—次棱角狀為主，壓實程度較強，顆粒之間主要為線接觸和縫合接觸。儲層質量較差，平均孔隙度為8.17%，平均滲透率為0.31 mD，屬于典型的致密砂巖儲層。

2 主力油層組沉積格架特征

對于陸相地層，沉積格架主要是由砂泥巖的不同疊置形式而形成。縱向上，砂泥巖厚度的變化形成了不同的沉積格架特征。為了分析沉積格架對儲層質量的影響，從縱向上對砂泥巖厚度的變化特征加以研究。研究對象主要為厚度大于0.5 m的泥巖(定義為有效泥巖隔夾層)，其對沉積格架的類型有重大的影響，進而對儲層質量產生較大影響。當泥巖隔夾層厚度小于0.5 m時，受測井曲線縱向分辨率的影響，難以利用測井曲線進行識別，且較薄的泥巖隔夾層對儲層質量的影響減弱。根據有效泥巖隔夾層的定義，引入了單套砂體的概念，其定義為在沉積格架內被有效泥巖隔夾層分割的砂體。

泥巖隔夾層發育差異主要是發育頻率的差異。根據單套砂體與有效泥巖隔夾層發育情況，可進一步將長81和長82小層沉積格架劃分為3類，即單層式、夾層式和互層式。單層式為單套砂體上下均被厚層泥巖包裹，內部無有效泥巖隔夾層；夾層式為2層較厚的單套砂體夾1層有效泥巖隔夾層；互層式為較薄的單套砂體夾2層或2層以上的有效泥巖隔夾層(圖2)。研究表明，鎮涇地區長81和長82小層格架類型主要為單層式，其次為夾層式，互層式發育較少。單層式主要分布在河道中部，夾層式主要分布在河道下游；互層式主要分布在河道邊部，且河道下游更加發育。

圖2 3類沉積格架概念模式

3 主力油層組儲層質量特征

3.1 儲層質量層段劃分

在傳統研究儲層質量的劃分過程中，一般用平均孔隙度或者平均滲透率代表儲層質量，該方法的的優點是便于不同的井、不同地區進行絕對的比較，從而明確相對的大小關系，缺點是因為一口井只有一個點，難以分析儲層質量的縱向變化。為了分析砂體結構對儲層質量的影響，在繼續利用平均孔隙度、平均滲透率等參數反映儲層質量的基礎上，引入儲層質量相對較好段和較差段來分析單井或者剖面上砂體結構對儲層質量的影響。

3.2 不同沉積格架下儲層質量特征

單層式是指發育在上下厚層泥巖中的砂體，且砂體內部無有效泥巖隔夾層(圖3a、b)。單層式砂體結構主要是由河道砂體連續穩定沉積形成的，砂體厚度的變化主要是由于河道邊部和中心位置厚度差異較大引起的。儲層質量較好段一般位于砂體中部，上下部儲層物性較差。對于紅河地區的鄂爾多斯盆地來說，延長組長8段在沉積后即經歷了快速的深埋階段[22-23]，由于長8段尚未在近地表固結成巖，壓實作用對長8段孔隙度的減小有明顯的作用。單層式砂體的厚度差異較大，最厚為26 m，最薄為2～3 m，平均為14～15 m。儲層質量相對較好段的發育規模與單套砂體的厚度呈現一定的正相關關系。隨著單套砂體厚度的增大，儲層質量相對較好段的厚度也相應增大，且儲層物性也逐漸變好；儲層質量相對較好段的滲透率也顯著增加，當單套砂體的厚度大于7 m時，儲層質量相對較好段的滲透率大于0.10 mD。

圖3 長8主力油層沉積格架與儲層質量關系

從單井的縱向剖面上看，儲層質量相對較好段的發育規模與單套砂體的厚度呈現一定的正相關關系。隨著單套砂體厚度的增大，儲層質量相對較好段發育的厚度也相應增大，且儲層物性也逐漸變好。圖4為長81小層內單套砂體厚度與儲層質量相對較好段滲透率的交會。由圖4可知，當單套砂體的厚度大于7 m時，滲透率大于0.10 mD。因此，可以進一步以7 m為界，將單層式分為厚層式和薄層式2種沉積格架，前者主要發育在河道中部，而后者主要在河道邊部。

圖4 單套砂體厚度和儲層質量較好段平均滲透率的關系

夾層式是指發育1至2層有效泥巖隔夾層的砂體結構，單套砂體厚度中等偏大，累計砂巖厚度一般大于10 m(圖3c)。儲層質量相對較好的段分布于單套厚層砂體的中部。在夾層式儲層結構中，一般只有厚度較大的單套砂體中部發育一段儲層質量相對較好的段。當厚度較小時，由于受鈣質膠結的影響，雖然單套砂體中部的物性仍然相對較大，但該物性可能小于某一臨界值，如長81和長82小層的孔隙度均小于5%，已不具有開發意義。

互層式是由多套有效泥巖隔夾層與多套砂體形成的互層狀砂體結構(圖3d)，砂體結構的總厚度差異較大，從5 m至13 m不等，單套砂體厚度較小。在互層式格架中，儲層質量較好段在縱向上雜亂分布。總體上，主要發育在河道帶的邊部。

4 成巖作用對儲層質量的影響

4.1 壓實作用

壓實作用是鎮涇地區長8主力油層組儲層致密的主要原因之一，壓實作用主要受控于沉積碎屑的礦物巖石學特征和區域埋藏史[22-24]。長81和長82小層砂體粒度較細，主要以細砂巖為主，成分成熟度低，巖屑、長石等碎屑含量較高，其中，巖屑以變質巖巖屑和沉積巖巖屑為主。整體上塑性礦物占比較高，云母含量較大。塑性礦物的大量發育，使沉積格架砂體在壓實作用下很容易發生減孔作用，進而向致密化儲層方向發展。鏡下觀察表明，細粒碎屑顆粒具有定向排列，顆粒間呈線接觸—凹凸接觸；云母、沉積巖巖屑、變質巖巖屑等塑性顆粒受壓彎曲、變形，呈假雜基狀發育在剛性顆粒之間(圖5a—f)。

此外，區域的埋藏史特征也對儲層壓實作用具有較強的影響。姚烴利、賀艷祥等研究表明，在長8油層組形成且未固結成巖之前，鄂爾多斯盆地進入深湖盆發育期，盆地基地下陷，上覆形成了較厚的長7高位沉積體系域[22-23]。上覆沉積體對下伏長8油層組砂體產生較強的壓實作用，由于此時長8油層組砂體尚未固結成巖，受壓后砂體容易發生劇烈的減孔作用，使儲層快速致密化。總體上，壓實作用是引起研究區長8主力油層組沉積格架砂體儲集空間減少的最主要原因。通過對比砂巖沉積時原始儲集空間體積與壓實后的顆粒粒間孔隙體積，包含鎮涇地區的盆地西南部長8主力油層組沉積格架砂體的視壓實率為70%～90%，為強、中壓實強度[12]。

4.2 方解石膠結作用

方解石膠結作用是夾層式沉積格架中砂體頂底部“鈣尖”形成的主要原因。長81和長82小層發育兩期方解石膠結，成分略有差別，分別是早期鐵方解石和晚期方解石。早期鐵方解石晶粒粗大，光潔，呈團塊狀或連晶狀充填于孔隙空間(圖5g—k)。根據計算，早期鐵方解石使原生孔隙損失率為20%～50%。與早期方解石不同的是，晚期方解石主要呈交代狀分布于長石巖屑溶蝕形成的孔隙內，陰極發光下顯示亮黃色，這類方解石對儲層孔隙影響較小，一般小于5%～10%(圖5l)。

通過對相鄰的有效泥巖隔夾層與“鈣尖”砂巖進行碳氧同位素分析表明，“鈣尖”砂巖中的碳氧同位素與泥巖中的碳氧同位素具有相似的地球化學特征(圖6)，說明泥巖為相鄰“鈣尖”砂巖提供的基本的碳酸根離子，促進了方解石膠結的形成。進一步統計“鈣尖”砂體的厚度與有效泥巖隔夾層的厚度表明(圖7)，二者具有良好的相關性，隨著有效泥巖隔夾層厚度的增加，“鈣尖”砂巖厚度快速增大，最大為4m。這進一步說明了泥巖為“鈣尖”砂巖提供了充足的物質基礎。結合早期方解石的發育特征表明，來自泥巖隔夾層中的早期壓實排水作用，為相鄰砂體中早期方解石膠結物的形成提供了物質基礎。

圖5 在不同沉積格架中壓實與膠結作用對儲備層質量的影響

5 結 論

(1) 根據單套砂體與有效泥巖隔夾層發育特征，鎮涇地區長8主力油層組沉積格架可劃分為單層式、夾層式和互層式3種。

(2) 單套砂體是儲層沉積格架分析的核心，儲層質量較好段多位于單套砂體中部。

(3) 對于不同的沉積格架類型，壓實作用和鈣質膠結作用是導致儲層質量較好段規律分布的主要原因。

圖6 鈣質膠結砂巖與鄰近泥巖C/O同位素特征

圖7 泥巖隔夾層厚度與鈣質膠結段砂巖厚度