蘇里格氣田東南部碳酸鹽巖儲層特征及分類評價

侯科鋒，李浮萍，羅川又，張春陽，于春勇，任戰(zhàn)利，馬 騫

（1.低滲透油氣田勘探開發(fā)工程試驗室，陜西 西安710018；2.中國石油長慶油田公司勘探開發(fā)研究院，陜西西安710018；3.西北大學(xué)大陸動力學(xué)國家重點實驗室；陜西 西安710069）

0 引 言

鄂爾多斯盆地下古生界奧陶系馬家溝組天然氣資源極為豐富，主力產(chǎn)氣層為下古生界馬家溝組頂部風化殼。近年來，眾多學(xué)者對鄂爾多斯盆地下古生界碳酸鹽巖地層做了大量的研究工作，對下古生界天然氣藏沉積、儲層等特征均取得了一系列新成果。劉徐磊等對桃2區(qū)塊奧陶系馬家溝組沉積微相特征進行了詳細的刻畫，均認為桃2區(qū)塊主要發(fā)育陸表海臺地潮坪相沉積體系，潮坪相沉積相帶包括潮上帶和潮間帶2個亞相［1-5］；余朱宇認為桃2區(qū)塊馬五段氣、水分布規(guī)律主要受控于構(gòu)造起伏、古地貌背景、鋁土巖展布和儲層非均質(zhì)性等多方面因素影響［6］；劉占良等探討了馬五1-4亞段碳酸鹽巖儲層垂直裂縫與水平裂縫發(fā)育程度及其儲層地質(zhì)意義［7］；王起琮等認為鄂爾多斯盆地奧陶系風化殼碳酸鹽巖成巖相可劃分為近地表成巖域及中-深埋藏兩種成巖域2種類型，白云巖成因機制主要為準同生、回流滲透及埋藏白云石等作用［8］；胡明毅等認為鄂爾多斯盆地中部地區(qū)奧陶系白云巖儲層成巖作用類型繁多，主要包括膠結(jié)作用、白云石化作用、溶解作用、壓溶作用等幾種類型［9］；郭彥如等認為鄂爾多斯盆地中部地區(qū)奧陶系碳酸鹽巖天然氣主要源自奧陶系海相烴源巖形成的古油藏的熱解，此外具有煤成氣和原油裂解氣的混合氣特征［10］。

鑒于以往研究主要集中于奧陶系碳酸鹽巖巖相古地理、古地貌、成巖作用以及白云巖成因機理等方面的研究，對儲層特征方面的研究相對較少，而碳酸鹽巖儲層研究又作為奧陶系馬家溝組天然氣勘探開發(fā)的關(guān)鍵因素之一，非常有必要進行深入的分析。為此，筆者通過對鄂爾多斯盆地桃2區(qū)塊馬家溝組馬五1+2亞段和馬五14亞段的儲層巖石學(xué)特征、孔隙類型、孔隙結(jié)構(gòu)特征等方面進行了系統(tǒng)的研究，且基于儲集巖孔洞縫發(fā)育程度、組合形式、毛細管壓力曲線特征、含氣飽和度、有效厚度、殘丘發(fā)育程度、無阻流量等多參數(shù)，建立了一套更加細化的鄂爾多斯盆地馬家溝組碳酸鹽巖儲集層的分類方案，對研究區(qū)儲層類型進行了精細的評價，相應(yīng)取得了一些新的認識，以期為下古氣藏的高效開發(fā)提供可靠的地質(zhì)依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)特征

鄂爾多斯盆地位于華北地臺西部，呈矩形狀態(tài)展布，屬大型復(fù)合型克拉通型盆地［11-15］，主要包括渭北隆起、伊盟隆起、天環(huán)坳陷、伊陜斜坡、晉西撓褶帶、西緣逆沖帶6個二級構(gòu)造單元［16-17］。蘇里格氣田位于靖邊氣田西側(cè)蘇里格廟地區(qū)，隸屬次級構(gòu)造單元伊陜斜坡西北部（圖1），西鄰內(nèi)蒙古鄂托克前旗、東至桃利廟、北抵鄂托克后旗的敖包加汗、南抵安邊地區(qū)，分布面積較大，約4×104km2［18］。

桃2區(qū)塊地處蘇里格氣田東南部，且東南部毗鄰靖邊氣田，面積約為651 km2（圖1），其現(xiàn)今構(gòu)造整體表現(xiàn)為一傾角小于1°平緩的西傾大單斜，單斜內(nèi)部發(fā)育一系列相間分布且呈北東向或近北東-南西向展布的鼻隆和鼻凹構(gòu)造。奧陶紀沉積末期，受加里東運動的影響，華北地區(qū)整體發(fā)生抬升作用，從而導(dǎo)致興蒙洋、秦祁洋及賀蘭拗拉槽相繼封閉［19］，最終導(dǎo)致研究區(qū)遭受了長達150Ma的沉積間斷，以致研究區(qū)總體缺失志留系、泥盆系和早石炭系地層。然而，此次抬升作用雖然導(dǎo)致了部分地層的缺失，但為研究區(qū)奧陶系頂部風化殼巖溶儲層的形成和發(fā)育奠定了良好的基礎(chǔ)［19-20］。

2 儲層特征

圖1 鄂爾多斯盆地構(gòu)造單元及研究區(qū)位置Fig.1 Location diagram of tectonic units and study area in Ordos Basin

2.1 巖石學(xué)特征

桃2區(qū)塊馬五1+2亞段與馬亞段為一陸表海臺地沉積環(huán)境背景下形成的一套以準同生白云巖為主的碳酸鹽巖地層，夾有凝灰?guī)r類及云巖-泥巖、云巖-灰?guī)r、云巖-蒸發(fā)巖等過渡類型［21］。通過對研究區(qū)15口取心井的65塊薄片的主要礦物含量進行統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)白云石體積含量介于60%～95%之間，均值為85.42%，方解石體積含量介于0%～40%之間，均值為9.85%，硅質(zhì)、黃鐵礦和粘土礦物等體積含量僅占0%～14%（表1）。

表1 研究區(qū)馬五1+2亞段及馬五4亞段碳酸鹽巖主要礦物含量統(tǒng)計表Table 1 Statistics ofmain m ineral contents of carbonate rocks in M 51+2 and M 54 formation in the study area

按照巖石成分分類，馬五1+2和馬亞段巖石類型主要為白云巖，灰?guī)r、含膏云巖、云質(zhì)泥巖和泥巖次之，此外，夾雜少量云質(zhì)凝灰?guī)r和泥質(zhì)凝灰?guī)r，馬亞段較馬五1+2亞段白云巖含量較高。按照晶徑分類，馬五1+2和馬亞段主要巖石類型可劃分為泥粉晶白云巖、粉晶白云巖、巖溶角礫巖三大類。泥粉晶白云巖由泥晶白云巖與粉晶白云巖組成，顏色為土黃色或灰色，分布廣泛且呈薄層狀展布。泥晶白云巖晶粒較小，巖性均勻，形態(tài)多呈塊狀，溶蝕孔洞及原生孔隙均不發(fā)育，物性較差；粉晶白云巖晶形多為半自形-自形，廣泛發(fā)育晶間孔、晶間溶孔發(fā)育，見少量微裂縫，物性較差。巖溶角礫巖呈角礫狀，受成巖及構(gòu)造作用的改造，角礫大小懸殊，粒徑一般介于1～10 cm之間，少數(shù)較大角礫上可見被云質(zhì)和灰質(zhì)充填或半充填膏溶孔。

2.2 儲層孔隙類型

多期巖溶作用疊加相互作用致使研究區(qū)儲集巖的孔隙類型較為復(fù)雜多樣。根據(jù)野外巖芯觀察以及采集樣品的薄片鑒定等綜合分析，發(fā)現(xiàn)研究區(qū)內(nèi)馬五1+2和馬亞段天然氣氣藏儲集空間以晶間孔、晶間溶孔、溶洞為主，其次為膏模孔和微裂縫。依據(jù)成孔隙成因又可進一步劃分為原生孔和次生孔隙兩大類，下面主要是研究區(qū)的次生孔隙類型。

2.2.1 晶間孔

晶間孔的發(fā)育程度主要受白云石化作用的控制，多發(fā)育于白云石晶體間且多呈不規(guī)則形狀，另外邊緣相對較平直。泥-微晶云巖中的晶間孔總體屬于原生孔隙且孔徑通常相對較小，一般介于0.01～0.1 mm，面孔率一般為1%～5%，極少數(shù)超過15%.此外，偶而可見斑點狀溶蝕現(xiàn)象，后期多被粘土礦物、細粒碳酸鹽礦物充填（圖2（a））。這類孔隙是研究區(qū)馬五1+2和馬亞段儲層最為主要的孔隙類型之一，屬于有效孔隙。

2.2.2 晶間溶孔

該類孔隙多由晶間孔及晶間微孔遭受溶蝕作用形成，具有明顯的不規(guī)則形態(tài)且孔隙邊緣呈齒狀、港灣狀，孔徑略小（圖2（a）），通常以星散狀分布于白云巖中，偶爾也看見呈順層狀態(tài)展布。碳酸鹽巖礦物的沉積至埋藏過程中始終伴隨著溶蝕作用，且溶蝕作用的發(fā)生可導(dǎo)致大量原本不連通的孔隙彼此連通，這很大程度上增強了巖石的儲集性能，為研究區(qū)儲集空間的主要孔隙類型之一。

2.2.3 溶洞

溶洞作為碳酸鹽巖臺地中巖溶儲層的一類重要儲集空間，其發(fā)育主要與裂縫溶蝕或機械坍塌等作用有關(guān)。研究區(qū)溶洞主要發(fā)育在馬五1+2和馬亞段小層中，后期多被方解石等膠結(jié)物充填。然而，根據(jù)溶洞充填的程度，我們又可將研究區(qū)馬五1-4亞段儲集層中的溶洞劃分為早期溶蝕的半充填殘余溶洞及完全充填溶洞2種類型。其中半充填殘余溶洞的充填物主要為方解石或石英，其次為少量滲流粉砂，可作為研究區(qū)有效的儲集空間（圖2（b）），完全充填溶洞的充填物主要為方解石、石英、硬石膏，已經(jīng)不具備儲集性能（圖 2（c））。

圖2 儲層空間類型Fig.2 Reservoir space types in the study area

2.2.4 膏模孔

膏膜孔主要發(fā)育于含膏質(zhì)泥-粉晶白云巖中。巖石中的石膏在大氣淡水的作用下發(fā)生選擇性溶解，從而形成膏模孔，其形態(tài)多表現(xiàn)為板條狀或近圓形，另外研究區(qū)孤立發(fā)育的近圓形膏模孔對沉積環(huán)境具有一定的指示意義（圖2（d）、（e）），可作為示底的標志。研究區(qū)馬五1-4亞段主要發(fā)育鑄模孔和溶模孔兩類膏模孔，其中鑄模孔具有板狀形態(tài)，孔徑一般為0.05～0.32 mm，溶模孔平面上呈近橢圓狀或圓狀，孔徑一般在0.1～2.5 mm，部分可達2.5 mm以上。膏模孔中的溶模孔常被石英、黏土礦物、方解石及滲流物充填物半充填或全充填，充填殘余部分具有儲滲意義。

2.2.5 微裂縫

碳酸鹽巖巖雖然脆性較弱，但其裂縫依然較為發(fā)育，微裂縫既可作為有效儲集空間，又可成為重要的滲濾通道（圖2（f））。鏡下顯微觀察發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)馬五1-4亞段儲層主要發(fā)育構(gòu)造縫、溶蝕縫以及成巖縫3種微觀裂縫體系，根據(jù)裂縫產(chǎn)狀又可將其細分為水平、垂直、斜交3種裂縫類型。無論何種類型的微裂縫，多數(shù)可見溶蝕和充填現(xiàn)象，同樣殘余溶蝕和充填部分具有儲滲意義。

2.3 儲層物性特征

反映巖石存儲流體及流體疏導(dǎo)能力的兩個重要參數(shù)分別為巖石孔隙度和滲透率，二者也是衡量儲集層儲集性能好壞的基本參數(shù)［22-25］。通過對桃2區(qū)塊25口井馬五1+2和馬亞段儲層300塊巖心樣品的測試分析及數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，表明馬五1+2亞段和馬亞段孔隙度范圍均主要分布在2%～4%之間，分別占各亞段小層的70%，48%，其中馬五1+2亞段孔隙度小于2%的樣品約占20%，孔隙度大于4%的樣品約占10%；馬亞段孔隙度小于2%的樣品約占26%，孔隙度大于4%的樣品與小于2%的樣品數(shù)量相當，同樣約占26%.馬五1+2亞段和馬亞段儲集層滲透率主要分布范圍均主要分布在0.1～0.5 mD之間，分別約占總樣品數(shù)的45%，74%，馬五1+2亞段儲集層滲透率范圍在0.01～0.1 mD之間的樣品約占33%，大于0.5 mD的樣品約占20%；馬亞段儲集層滲透率范圍在0.01～0.1 mD之間的樣品約占21%，大于0.5 mD的樣品約占5%（圖3，4）。

圖3孔隙度頻率分布Fig.3 Histogram of porosity frequency distribution

圖4 滲透率頻率分布Fig.4 Histogram of permeability distribution

綜上所述，整體馬五1+2亞段和馬五14亞段平均孔隙度為2.86%，平均滲透率為0.358 4 mD，屬于低孔低滲儲層，孔隙度及滲透率分布頻率均呈拋物線狀分布，且馬五1+2亞段碳酸鹽巖儲集層物性相對馬五14亞段碳酸鹽巖儲集層物性較好，具有較高孔隙度及滲透率的樣品主要是由于受后期裂縫的改造，從而一定程度上改善了溶孔白云巖的儲集性能。

對研究區(qū)馬五1+2亞段和馬五14亞段巖心樣品的孔滲關(guān)系進行統(tǒng)計，由圖5可看出，在孔隙度小于5%時，孔隙度和滲透率相關(guān)性不顯著，孔隙度不變，滲透率變化很大；但當孔隙度逐漸增大至5%時、滲透率增大至0.1 mD時，二者具有一定的正相關(guān)性。其中少數(shù)樣品亦顯示了微裂縫的存在，作為溝通孔、洞的橋梁，其有效的提高了儲集層的滲流能力，為天然氣的運移和聚集提供了一定的地質(zhì)基礎(chǔ)。

2.4 儲層孔隙結(jié)構(gòu)

成巖作用與構(gòu)造作用對碳酸鹽巖儲層具有較強的改造作用，均可形成孔隙、孔洞及裂縫。通常裂縫系統(tǒng)是構(gòu)成儲集層的主要滲濾通道，被裂縫分割的巖塊內(nèi)的孔隙、孔洞構(gòu)成了流體的主要儲集空間，而喉道的大小及其連通方式對流體的滲流起著決定性的作用［26-28］。

通過對研究區(qū)陜44，桃34，桃38，桃53等8口井的主力產(chǎn)氣層段（馬五1+2亞段、馬五14亞段）的巖樣壓汞曲線特征分析，發(fā)現(xiàn)桃2區(qū)塊主力產(chǎn)氣層段碳酸鹽巖儲層孔隙結(jié)構(gòu)可劃分為4種類型。

圖5 馬五1+2亞段和馬巖心樣品的孔-滲關(guān)系Fig.5 Porosity-permeability relationship of core samples of M51+2 and M formation in the study area

Ⅰ類毛細管壓力曲線平緩，下凹顯著，孔喉分選性較差，排驅(qū)壓力通常在0.002 5～0.635 0 MPa之間，中值半徑通常大于0.8μm，屬于粗歪度型；Ⅱ類毛細管壓力曲線類似Ⅰ類，下凹程度較Ⅰ類小，孔喉分選較好，排驅(qū)壓力同樣較小，但略大于Ⅰ類，介于0.008 5～1.275 0 MPa之間，中值半徑一般為0.1～0.8μm，屬較粗歪度型；Ⅲ類毛細管壓力曲線較Ⅰ，Ⅱ類有上凸趨勢，孔喉分選較差，排驅(qū)壓力大于1.6 MPa，中值半徑小于0.12μm，屬中歪度型；Ⅳ類毛細管壓力曲線呈傾斜陡坡狀，孔喉分選較差，排驅(qū)壓力較大，介于0.130 8～12.082 5 MPa之間，中值孔喉半徑較小，一般為0.005 3～0.021 8μm（圖6）。統(tǒng)計分析表明，桃2區(qū)塊主力產(chǎn)氣層馬五1+2與馬亞段儲集層類型主要以Ⅲ類、Ⅳ類為主。

3 儲層分類評價

碳酸鹽巖儲層評價對于提高碳酸鹽巖巖油氣藏的勘探開發(fā)效率具有極為重要的地質(zhì)意義，一直以來受廣大學(xué)者的高度重視。目前，國內(nèi)外學(xué)者主要通過地質(zhì)統(tǒng)計方法、數(shù)學(xué)方法等對儲層評價參數(shù)進行優(yōu)選。丁熊等利用灰色模糊理論、模糊聚類等分析方法，優(yōu)選了碳酸鹽巖儲層評價參數(shù)［29］；趙永剛等結(jié)合常規(guī)儲層評價參數(shù)的基礎(chǔ)上，進一步引入新的定量指標，對碳酸鹽巖儲層進行了評價和預(yù)測［30］。筆者結(jié)合前人研究成果及桃2區(qū)塊馬五1+2和馬亞段儲層基本特征等資料的基礎(chǔ)上，建立了一套馬五1+2和馬亞段儲層精細評價的分類標準（表2）。評價參數(shù)中主要包括定性和定量兩大類，其中定性指標主要包括儲集空間組合類型、儲層四性關(guān)系；定量指標主要包括物性參數(shù)、孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)、測井含氣飽和度、有效厚 度和無阻流量等。

圖6 馬五1+2與馬亞段典型毛管壓力曲線及其孔隙結(jié)構(gòu)Fig.6 Typical capillary pressure curve and pore structure of M51+2 and M formation in the study area

表2 馬五1+2亞段和馬亞段儲層分類評價（據(jù)文獻［31］修改）Table 2 Precise reservoir evaluation of M 51+2 and M formation in Tao 2 area

表2 馬五1+2亞段和馬亞段儲層分類評價（據(jù)文獻［31］修改）Table 2 Precise reservoir evaluation of M 51+2 and M formation in Tao 2 area

分類 Ⅰ類儲層Ⅱ類儲層Ⅲ類儲層Ⅳ類儲層孔隙度物性/% ＞8 8～4 4～2 ＜2滲透率（×10-3μm2） ＞1 1～0.1 0.1～0.01＜0.01排驅(qū)壓力/MPa ＜0.1 0.1～1 1～10 ＞10孔隙結(jié)構(gòu)中值半徑/μm ＞0.8 0.1～0.80.01～0.1＜0.01最大進汞飽和度/% ＞80 60～80 20～60 ＜20壓汞曲線類型 Ⅰ類 Ⅰ，Ⅱ類 Ⅱ，Ⅲ類 Ⅳ類儲集空間類型 組合類型孔縫洞組合儲層裂縫-溶洞組合儲層含裂縫的孔隙型儲層微孔隙型儲層儲層四性關(guān)系綜合評價 良好 中等-良好一般-中等 一般測井含氣飽和度/% 75～90 70～80 60～75有效厚度/m ＞1.6～＞3 1.5～2.5 1～2無阻流量（×104 m3·d-1） ＞20 5～20 ＜5 ＜0.8殘丘規(guī)模 大-中型中-小型 小型，偶見中型儲層總體評價 好 較好 中等 差或非

根據(jù)上述儲層評價分類標準，將研究區(qū)馬五1+2亞段和馬亞段儲層劃分為4大類（表2），對比分析出層評價平面圖可知桃2區(qū)塊馬五1+2和馬亞段儲層主要為Ⅳ和Ⅲ類儲層，并且馬、馬亞段儲層明顯較馬和馬亞段好，其中Ⅰ類儲層主要發(fā)育于馬和馬亞段中，Ⅱ類儲層則在各亞段中均有發(fā)育（圖7），以下是各類儲層特征。

Ⅰ類儲層為好儲層，孔隙度通常＞8%，滲透率通常＞1×10-3μm2，排驅(qū)壓力一般 ＜0.1 MPa，中值半徑較大（＞0.8μm），最大進汞飽和度一般大于80%，壓汞曲線為Ⅰ類，儲集空間類型為孔洞縫組合，孔徑一般大于100μm，此外該類儲層具有良好的四性關(guān)系，含氣飽和度較高（75%～90%），儲層有效厚度多分布在1.6～3 m之間，無阻流量高達20×104m3/d，受大 -中型殘丘控制作用明顯。

Ⅱ類儲層為較好儲層，孔隙度分布范圍一般為4%～8%，滲透率分布范圍一般為0.1～1×10-3μm2，排驅(qū)壓力分布在0.1～1 MPa之間，中值半徑介于0.1～0.8μm之間，最大進汞飽和度為60%～80%，壓汞曲線多屬于Ⅰ、Ⅱ類，儲集空間以晶間孔及晶間溶孔為主，孔徑一般介于50～100 μm之間，儲層四性關(guān)系為中等-良好級別；含氣飽和度相對較高（70%～80%），壓汞曲線類型為Ⅰ，Ⅱ類，儲層有效厚度多分布在1.5～2.5 m之間，無阻流量可達5～20×104m3/d，受中-小型殘丘控制作用明顯。

圖7 儲層分類評價平面圖Fig.7 Reservoir classification evaluation plan

Ⅲ類儲層為中等儲層，孔隙度分布范圍為2%～4%，滲透率分布范圍為0.01～0.1×10-3μm2，排驅(qū)壓力分布在1～10 MPa之間，中值半徑介于0.01～0.1μm之間，最大進汞飽和度在20%～60%，壓汞曲線多為Ⅱ，Ⅲ類，儲集空間屬含裂縫的孔隙型類型層，孔徑一般介于1～20μm之間，儲層四性關(guān)系為一般-中等級別；測井含氣飽和度在60%～75%，儲層有效厚度多分布在1～2 m之間，無阻流量相對較小，約為5×104m3/d，受小型殘丘控制作用明顯。

Ⅳ類儲層屬于差儲層或非儲層，孔隙度通常小于2%，滲透率亦較低（0.01×10-3μm2），排驅(qū)壓力相對較大，一般大于10 MPa，中值半徑則通常小于0.01μm，最大進汞飽和度一般小于20%，壓汞曲線為Ⅳ類，微孔隙為其主要儲滲空間，孔徑一般介于1～2μm之間；不具有明顯的儲層四性關(guān)系，含氣飽和度亦相對較低（60%～75%），儲層有效厚度多分布在1～2 m之間，無阻流量通常小于0.8×104m3/d.

4 結(jié) 論

1）鄂爾多斯盆地桃2區(qū)塊下古生界馬五1+2亞段和馬亞段儲集巖類型主要為泥—粉晶白云巖和粉晶白云巖及巖溶角礫巖，儲集空間類型主要為晶間孔、晶間溶孔、溶洞為主，膏膜孔和微裂縫次之；

2）馬五1+2亞段和馬亞段儲層孔隙度范圍一般介于0.12%～11.37%之間，平均孔隙度為2.86%，滲透率范圍一般介于0.001 6～17.800 0 mD之間，平均滲透率值為0.358 4 mD，孔滲之間不存明顯相關(guān)關(guān)系，馬五1+2亞段儲層較馬亞段儲層較好，且整體表現(xiàn)為特低孔低滲、強非均質(zhì)性特征；

3）依據(jù)儲層分類標準，將五1+2亞段和馬亞段儲層劃分為四大類，以Ⅲ類、Ⅳ類為主，五1+2亞段和馬亞段儲層孔喉類型表現(xiàn)為細-微喉，分選性較差，正偏度表現(xiàn)為細且小孔喉較多，排驅(qū)壓力一般介于0.12～12.082 5 MPa之間，吼道半徑一般介于0.005 3～0.021 8μm.