鄂爾多斯盆地安邊地區(qū)延10 砂質辮狀河相儲層特征及主控因素

趙小萌，郭 峰，彭曉霞，張翠萍，郭 嶺，師宇翔

（1.西安石油大學陜西省油氣成藏重點實驗室，西安 710069；2.西北大學大陸動力學國家重點實驗室，西安 710127；3.中國石油長慶油田分公司第六采油廠，西安 710016）

0 引言

辮狀河相儲集層是油氣聚集的重要載體，在我國渤海灣盆地、松遼盆地、鄂爾多斯盆地及準噶爾盆地等均廣泛發(fā)育大型辮狀河儲層油藏。Bridge等［1-2］建立了辮狀河單一河道與平均單河道滿岸深度的關系；伍濤等［3］認為沉積環(huán)境是影響砂體物性的主要因素；Rucsandr 等［4］綜合探地雷達、巖心及露頭分析，對辮狀河儲層進行了構型單元劃分；Best等［5］通過對孟加拉Jmuna 辮狀河相解剖發(fā)現(xiàn)，心灘壩大都呈平緩前積疊置向下游遷移的沉積模式。于興河［6］在Miall 河流分類的基礎上，提出了砂質辮狀河的分類體系，并系統(tǒng)描述了辮狀河沉積模式及地質模型；季漢成等［7］將辮狀河道沉積分為心灘與分支河道；Kelly［8］利用現(xiàn)代及古代辮狀河露頭分析了心灘和單河道滿岸深度、心灘長度與其寬度之間的關系；張勇等［9］認為心灘與河道構成了河道亞相的2 種最主要微相類型；汪彥等［10］認為辮狀河典型鑒別標志之一為其砂體具有“泛連通體”結構特征；劉鈺銘等［11］以大慶喇嘛甸油田為例表征了辮狀河厚砂層內部夾層特征。Schuurman 等［12］基于物理模擬方法分析了大型辮狀河砂壩的形成及動力學特征。金振奎等［3］將辮狀河河道砂體構型分為疊拼式、側拼式和孤立式3 類。目前，對辮狀河的研究多集中于砂體構型、隔夾層分布和地質建模方面，如：羅超等［14］、吳小軍等［15］分別總結了砂礫質辮狀河隔夾層的類型；馬志欣等［16］認為辮狀河主要包含心灘和辮流水道2 種成因砂體類型，且表現(xiàn)為“寬灘窄道”特征；史樂等［17］以露頭數(shù)據(jù)庫為基礎，通過Composite 法多次迭代得到了辮狀河多期河道側積與切割的理想模型；李柱正等［18］建立了多層次辮狀河厚層砂巖儲層內部結構解剖方法；陳仕臻等［19］總結出辮狀河復合心灘壩、辮狀河道、廢棄河道及殘余洪泛泥巖沉積4 種主要成因單元；Wang 等［20］利用臨盤油田各區(qū)塊的全塊體模型的變分函數(shù)值建立了辮狀河儲層砂泥巖相模型；甘泉［21］認為導致辮狀河分叉的3 種心灘壩演化過程包括心灘壩加積、心灘壩與河岸分離以及心灘壩的局部分解；韓玫梅等［22］總結了麻黃山地區(qū)延10 辮狀河的巖性及測井相特征。李磊等［23］以隴東油區(qū)中部辮狀河為例，綜合地質、測井響應、平面展布等定性與定量、沉積學與測井學相結合的方法識別心灘和河道砂微相；趙輝等［24］總結了靖安地區(qū)延10 辮狀河沉積，認為辮狀河垂向疊置類型主要為塊狀厚層砂體，分段互層砂體和薄互層砂體發(fā)育較少，但對于辮狀河儲層微觀特征的分析較少，尤其是相控下儲層物性、孔喉特征等方面的認識已無法滿足精細油藏描述的需要。鄂爾多斯盆地安邊地區(qū)延10 油層組屬于典型的砂質辮狀河沉積［25］，延10 儲層也是本區(qū)主力油層之一。

以鄂爾多斯盆地安邊地區(qū)延10 儲層為例，綜合運用粒度分析、鑄體薄片、掃描電鏡、壓汞和常規(guī)物性分析，并結合巖心和測井解釋成果，以期闡明相控下的辮狀河儲層特征及主要控制因素，為辮狀河相儲層精細描述提供一定的理論基礎地質依據(jù)。

1 地質背景

鄂爾多斯盆地是中國中部一個被造山帶包圍的大型多旋回陸內盆地，經(jīng)歷了中到晚更新世的演化、新元古代早期大陸裂谷和增生以及新元古代至早奧陶世被動邊緣發(fā)育［26-28］之后成為二疊紀之前華北地塊的一部分［29-30］。安邊地區(qū)位于陜北斜坡中西部，該區(qū)侏羅系延安組自下而上可分為延10 至延1共10 個油層組，發(fā)育了一套辮狀河-曲流河-三角洲沉積體系。延10 油層組位于延安組底部，可分為延102和延101共2 個小層，均屬于砂質辮狀河相，可進一步細分為河道（河床滯留沉積）、心灘及泛濫平原微相［30］（圖1）。

圖1 鄂爾多斯盆地安邊地區(qū)位置（a）及侏羅系延安組地層柱狀圖（b）Fig.1 Location（a）and Jurassic Yan’an Formation column（b）of Anbian area，Ordos Basin

2 樣品和測試方法

為了描述鄂爾多斯盆地安邊地區(qū)的沉積環(huán)境，識別成巖礦物，解釋成巖序列，對該區(qū)36 口油井約750 m 層段取心970 個，巖心主要取自1 500～1 900 m。用SPM-300 研磨成薄片，使用顯微鏡Leica-DM4500對樣品進行巖石學特征、成巖作用及孔喉特征研究。對其中330 個砂巖樣品用NKT-T180顯微圖像粒度儀進行了粒度分析，對720 個樣品采用全自動孔滲聯(lián)測儀HKY-300 測定了孔隙度和滲透率，用FEI Quanta 400 FEG 型掃描電子顯微鏡對160 個樣品進行了觀察，對80 個樣品在18.5～19.5 ℃溫度下，使用YG-97 A型壓汞儀研究其孔喉分布特征。

3 沉積特征

3.1 巖石學特征

鄂爾多斯盆地安邊地區(qū)延10 地層沉積了一套厚層塊狀含礫中粗砂巖（“寶塔砂巖”），地層厚度一般為70～80 m。970 個薄片鑒定統(tǒng)計表明：延10油層組以長石石英砂巖和巖屑石英砂巖為主，碎屑顆粒主要為石英，其次為長石、巖屑和云母以及少量綠泥石，其中石英體積分數(shù)為61.3%～69.8%，平均為67.8%；長石平均體積分數(shù)為16.3%，巖屑平均體積分數(shù)為15.9%（圖2）。砂巖顆粒分選及磨圓度中等，點-線接觸或線接觸，顆粒以孔隙式-接觸式膠結為主，膠結物主要為高嶺石和硅質，少量方解石、長石質及伊利石。

圖2 鄂爾多斯盆地安邊地區(qū)延10 砂巖組分三元圖Ⅰ.石英砂巖；Ⅱ.長石石英砂巖；Ⅲ.巖屑石英砂巖；Ⅳ.長石砂巖；Ⅴ.巖屑長石砂巖；Ⅵ.長石巖屑砂巖；Ⅶ.巖屑砂巖Fig.2 Triangular diagram showing detrital composition of sandstones of Yan 10 in Anbian area，Ordos Basin

3.2 沉積微相

安邊地區(qū)延10 油層組主要發(fā)育以河道、心灘及泛濫平原微相為主的辮狀河沉積體系。野外露頭可以清晰的三維展示辮狀河沉積砂體厚度大，連續(xù)性好，多期河道縱橫向疊置，呈厚層狀產(chǎn)出［圖3（a）—（i），圖4］。心灘表現(xiàn)為彼此疊置的巨厚砂層，泥質含量少，可見平行層理、楔狀交錯層理發(fā)育；河道沉積下部多為大型槽狀交錯層理、板狀交錯層理的含礫粗砂巖，底部對下伏細粒沉積的沖刷可形成沖刷-充填構造［圖3（e）］。

圖3 鄂爾多斯盆地安邊地區(qū)延10 辮狀河沉積特征（a）含礫粗砂巖，平行層理，A24 井，1 555.80 m；（b）中粗砂巖，平行層理，A111 井，1 580.70 m；（c）粗砂巖，平行層理，A158 井，1 713.87 m；（d）塊狀粗砂巖，A157 井，1 834.56 m；（e）含礫粗砂巖，沖刷-充填構造，A325 井，1 585.21 m；（f）塊狀細砂巖，油浸，A2 井，1 800.50 m；（g）厚層塊狀中粗砂巖，大型平行層理；（h）中粗砂巖，大型槽狀交錯層理、平行層理；（i）中粗砂巖，楔狀交錯層理［31］Fig.3 Sedimentary characteristics of Yan 10 braided river in Anbian area，Ordos Basin

圖4 鄂爾多斯盆地安邊地區(qū)延10 辮狀河沉積序列Fig.4 Sedimentary sequence of Yan 10 braided river in Anbian area，Ordos Basin

4 儲集空間及孔喉結構

4.1 儲集空間類型

通過970 個鑄體薄片和160 個掃描電鏡巖心資料分析，結果表明：鄂爾多斯盆地安邊地區(qū)延10 儲層的儲集空間以殘余粒間孔和長石溶孔為主［圖5（a）—（l）］，分別占面孔率為79.2%和10.7%；少量微裂縫［圖5（g）］和晶間孔［圖5（c），（f），（i），（l）］。晶間孔雖數(shù)量多，但體積小，部分為獨立孔隙，只有和喉道相連通的晶間孔才可能成為有效孔隙。

圖5 鄂爾多斯盆地安邊地區(qū)延10 儲層特征Fig.5 Characteristics of Yan 10 reservoir in Anbian area，Ordos Basin

4.2 孔喉結構特征

壓汞分析測試資料可以很好地表征孔喉結構，延10 油層組80 個樣品壓汞分析結果如表1 所列：儲層的排驅壓力較低，一般為0.01～0.78 MPa，平均為0.18 MPa；中值壓力為0.08～7.66 MPa，均 值1.78 MPa；吼道中值半徑為0.18～3.12 μm，平均為1.05 μm；最大進汞飽和度為56.01%～93.25%，均值為82.45%；退汞效率為18.11%～48.52%，均值為26.37%；歪度系數(shù)為0.58～4.61，均值為1.17，喉道分布以略顯粗歪度為主；孔喉分選性中等—較好，分選系數(shù)均值為2.79。

表1 鄂爾多斯盆地安邊地區(qū)延10 儲層部分井孔隙結構特征參數(shù)Table 1 Pore structure characteristic parameters of some wells of Yan 10 reservoir in Anbian area，Ordos Basin

根據(jù)上述測試的參數(shù)，將延10 儲層劃分為3 種喉道類型：①Ⅰ類中細喉道型，排驅壓力低，分選中等，主要發(fā)育于心灘微相。②Ⅱ類微細喉道型，排驅壓力中等，分選中等—較差，主要發(fā)育于心灘微相及河床滯留沉積。③Ⅲ類微喉道型，高排驅壓力、高飽和中值壓力，主要發(fā)育于河床滯留沉積及泛濫平原。

4.3 儲層物性特征

根據(jù)720 個巖心物性測試數(shù)據(jù)統(tǒng)計，結合測井解釋成果表明：延10 儲層孔隙度為11.23%～17.95%，平均為14.27%，滲透率為5.35～56.57 mD，平均為15.52 mD，延102儲層的物性略好于延101，但大都屬于中低孔-中低滲特低滲儲層。綜合孔喉結構參數(shù)特征認為延10 主要為中低孔-中低滲特低滲細喉型儲層（圖6）。

圖6 鄂爾多斯盆地安邊地區(qū)延10 孔隙度和滲透率分布特征Fig.6 Distribution characteristics of porosity and permeability of Yan 10 reservoir in Anbian area，Ordos Basin

5 儲層主控因素分析

5.1 沉積微相是物性差異的基礎

鄂爾多斯盆地安邊地區(qū)延10 儲層為砂質辮狀河沉積，據(jù)微相與物性統(tǒng)計，心灘平均孔隙度為14.31%，滲透率為18.51 mD；河道砂體因分選性略差，細粒沉積充填于含礫粗砂顆粒間，導致物性變差，平均孔隙度為14.25%，滲透率為13.27 mD；泛濫平原砂體多與泥質互層混積，物性較差，平均孔隙度僅為9.73%，平均滲透率為5.62 mD（圖7，圖8）。不同微相物性不同的主要原因是，從心灘到泛濫平原，顆粒分選變差，雜基增多。河道平均孔隙度低于心灘，但滲透率相差約5 mD，主要是因為河道砂巖顆粒分選略差，加之巖屑、長石含量多，在成巖過程中易蝕變?yōu)轲ね恋V物或被壓實破碎，部分微小喉道被堵塞，降低了儲層的滲透性。從孔隙度、滲透率及沉積微相平面展布特征來看，三者具有類似特征，物性明顯受微相控制（圖9）。

圖7 鄂爾多斯盆地安邊地區(qū)延10 沉積儲層綜合柱狀圖Fig.7 Comprehensive histogram of Yan 10 reservoir in Anbian area，Ordos Basin

圖8 鄂爾多斯盆地安邊地區(qū)延10 沉積微相與儲層物性的關系Fig.8 Relationship between sedimentary microfacies and reservoir physical properties of Yan 10 in Anbian area，Ordos Basin

圖9 鄂爾多斯盆地安邊地區(qū)延10 沉積微相、孔隙度及滲透率平面展布特征對比Fig.9 Comparison of sedimentary microfacies，porosity and permeability of Yan 10 in Anbian area，Ordos Basin

5.2 成巖作用決定后期改造的程度

沉積物成巖之后，砂巖儲層主要受各種成巖作用的改造。安邊地區(qū)延10 砂巖儲層主要經(jīng)歷壓實、膠結及溶蝕作用等，根據(jù)各成巖階段及其孔隙演變特征，將其孔隙演化劃分為早成巖早期、早成巖晚期及中成巖早期3 個階段（圖10）。

圖10 鄂爾多斯盆地安邊地區(qū)延10 儲層孔隙演化Fig.10 Pore evolution history of Yan 10 reservoir in Anbian area，Ordos Basin

5.2.1 原始孔隙度恢復

沉積后的成巖作用可以在很大程度上改變儲層巖石的結構特征及儲集空間，根據(jù)孔隙度與分選系數(shù)的經(jīng)驗關系求取原始孔隙度［32］：

式中：Φ1為原始孔隙度，%；S為分選系數(shù)。

研究者們利用中國162個慢性病監(jiān)測點的調查研究發(fā)現(xiàn)，2010年,中國成年人糖尿病患病率為11.6%[1]。中國2013年第五次國家衛(wèi)生服務調查結果顯示，近5年城鄉(xiāng)居民(按照人數(shù)計算)的慢性病患病率由2008 年的18.9%增至2013年的24.5%，按疾病別分析的慢性病患病率中，糖尿病僅次于高血壓處于第二位，15歲及以上調查人口自報糖尿病患病率為3.5%，10 年間上升了4倍，且農(nóng)村顯著高于城市[2]。

根據(jù)A93 井等36 口井330 個樣品粒度分析統(tǒng)計，分選系數(shù)為1.26～2.37，均值為1.51，據(jù)此計算原始孔隙度為30.57%～39.08%，均值為36.08%。根據(jù)樣品分析實測孔隙度均值為14.27%，由于成巖作用損失的孔隙度約為21.81%。

5.2.2 壓實作用及膠結作用

壓實作用主要表現(xiàn)孔隙空間急劇縮小，剛性礦物（石英、長石）沿顆粒長軸半定向、定向排列，部分被壓裂等，顆粒之間的接觸關系主要為點-線接觸、凹凸接觸，少部分縫合線接觸［參見圖5（a），（d），（h），（k）］。快速壓實后，延10 儲層又經(jīng)歷自生黏土礦物、硅質以及鈣質等膠結作用（圖11），膠結物對顆粒間孔隙的填充導致儲集空間進一步損失（圖12）。硅質膠結常表現(xiàn)為石英次生加大，黏土礦物主要為綠泥石（葉片狀）、高嶺石（書頁狀或蠕蟲狀）和伊利石（絲縷狀），在顆粒間填充或覆于顆粒表面。根據(jù)經(jīng)驗公式可以計算因壓實作用和膠結作用分別損失的孔隙度值。

圖11 鄂爾多斯盆地安邊地區(qū)延10 儲層成巖作用特征（a）石英加大充填殘余孔喉，A93 井，1 825.33 m；（b）石英、長石加大充填粒間孔，A183 井，1 707.81 m；（c）石英、長石加大，高嶺石充填孔隙，A183 井，1 707.81 m；（d）粒間孔充填高嶺石，A168 井，1 803.70 m；（e）高嶺石充填孔隙，A183 井，1 707.81 m；（f）少量伊利石充填孔隙，A93 井，1 825.33 m；（g）綠泥石呈薄膜覆蓋于顆粒表面，粒間孔隙發(fā)育，A133 井，1 693.62 m；（h）孔縫發(fā)育，綠泥石呈薄膜覆蓋于顆粒表面，A157 井，1 834.56 m；（i）長石顆粒被溶蝕殆盡，A142 井，1 675.50 mFig.11 Diagenesis characteristics of Yan 10 reservoir in Anbian area，Ordos Basin

圖12 鄂爾多斯盆地安邊地區(qū)延10 儲層負膠結物孔隙度和巖石中膠結物含量的關系Fig.12 Relationship between porosity of negative cement and cement content of Yan 10 reservoir in Anbian area，Ordos Basin

因壓實作用降低的孔隙度值和損失率值

膠結作用后的剩余孔隙度及膠結作用的孔隙度損失率：

式中：Φ2為壓實后剩余粒間孔隙度，%；Φw為樣品原生粒間孔總面孔率，%；Φj為樣品實測膠結物的面孔率，%；Φs為樣品實測孔隙度，%；Φz為總孔隙度的面孔率，%；C為現(xiàn)今的膠結物體積分數(shù)；Φ3為壓實作用損失的孔隙度，%；Φ4為膠結作用損失的孔隙度，%；FC為因膠結作用造成的孔隙度損失率，%。

根據(jù)恢復的砂巖原始孔隙度均值36.08%，延10儲層壓實損失孔隙度均值為17.93%，損失率49.69%，屬于中等強度的壓實作用；膠結作用造成的損失孔隙度均值10.52%，損失率為29.16%，即壓實作用為定邊油田延10 儲層減孔的主要因素，膠結作用為次要因素。

5.2.3 綠泥石膜抑制作用

綠泥石薄膜多見于粒度較粗的含礫中粗砂巖，黏土顆粒易吸附在顆粒表面形成綠泥石膜［圖11（g）—（h）］，從而增加顆粒抗壓能力，同時通過隔斷孔隙水，阻止石英、長石等自生加大，抑制后期膠結，有利于殘余粒間孔保存，常表現(xiàn)為綠泥石膜體積分數(shù)高時其面孔率相對較高［33-35］（圖13）。

圖13 鄂爾多斯盆地安邊地區(qū)延10 儲層面孔率與綠泥石含量的關系Fig.13 Relationship between plane porosity and chlorite content of Yan 10 reservoir in Anbian area，Ordos Basin

5.2.4 溶蝕作用

鑄體薄片和掃面電鏡分析表明：延10 儲層長石顆粒的溶蝕形成了大量的粒間溶孔和粒內微孔隙（參見圖11）。安邊地區(qū)延10 砂巖中，長石溶孔、巖屑溶孔、粒間溶蝕孔、膠結物及雜基溶孔均較有發(fā)育。根據(jù)80 個樣品數(shù)據(jù)計算分析得出：

式中：Φr為溶蝕作用增加孔隙度，%；Φm為溶蝕孔隙總的面孔率，%。

安邊地區(qū)延10 儲層溶蝕作用至成巖中期，為儲層提供了3.17%～9.22%的次生孔隙，均值為7.19%。溶蝕作用對改善孔喉結構、增加儲集空間很重要。

6 結論

（1）鄂爾多斯盆地安邊地區(qū)延10 儲層發(fā)育含礫砂質辮狀河沉積，并可進一步劃分為河道（河床滯留沉積）、心灘和泛濫平原微相，其中心灘微相是儲層骨架砂體。儲層巖性以長石石英砂巖和巖屑石英砂巖為主，儲集空間主要為殘余粒間孔-長石溶孔組合，面孔率分別為79.2%，10.7%。

（2）鄂爾多斯盆地安邊地區(qū)延10 儲層可識別3 種喉道類型：Ⅰ類中細喉道型，主要發(fā)育于心灘微相；Ⅱ類微細喉道型，主要發(fā)育于心灘及河道微相；Ⅲ類微喉道型，主要發(fā)育于河道及泛濫平原微相。儲層孔隙度為11.23%～17.95%，均值為14.27%，滲透率為5.35～56.57 mD，均值15.52 mD，延102儲層物性略好于延101，但都屬于中低孔-中低滲特低滲細喉型儲層。

（3）沉積微相是影響鄂爾多斯盆地安邊地區(qū)延10 儲層物性特征的物質因素。心灘微相砂體平均孔隙度為14.31%，滲透率為18.51 mD；河道微相砂體平均孔隙度為14.25%，滲透率為13.27 mD；泛濫平原微相砂體平均孔隙度為9.73%，滲透率為5.62 mD。從心灘到泛濫平原，顆粒分選變差，雜基增多，堵塞填充微小孔喉，導致砂體物性變差。

（4）后期成巖作用對鄂爾多斯盆地安邊地區(qū)儲層物性改造程度較大，主要破壞性成巖作用為壓實作用和黏土礦物、硅質以及鈣質的膠結作用，其中壓實作用為主要因素（孔隙度損失率49.69%），其次為膠結作用（孔隙度損失率29.16%），建設性成巖作用主要為長石顆粒及部分膠結物的溶蝕作用；綠泥石膜可以抑制壓實及膠結作用，有利于原生孔隙保存。