蔡來(lái)星, 盧雙舫, 王　蛟, 黃愛(ài)華, 魏　然

(1.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局 青島海洋地質(zhì)研究所，山東 青島 266071；

2.中國(guó)石油大學(xué) 非常規(guī)油氣與新能源研究院，山東 青島，266580；

3. 東北石油大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，黑龍江 大慶,163318;

4.中海油能源發(fā)展股份有限公司 監(jiān)督監(jiān)理技術(shù)分公司，天津 300452)

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松遼盆地北部肇州區(qū)塊沙河子組致密儲(chǔ)層主控因素

蔡來(lái)星1,2, 盧雙舫2, 王蛟1, 黃愛(ài)華3, 魏然4

(1.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局 青島海洋地質(zhì)研究所，山東 青島 266071；

2.中國(guó)石油大學(xué) 非常規(guī)油氣與新能源研究院，山東 青島，266580；

3. 東北石油大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，黑龍江 大慶,163318;

4.中海油能源發(fā)展股份有限公司 監(jiān)督監(jiān)理技術(shù)分公司，天津 300452)

[摘要]研究松遼盆地北部肇州區(qū)塊內(nèi)下白堊統(tǒng)沙河子組致密儲(chǔ)層特征，總結(jié)其形成的主控因素。通過(guò)對(duì)肇州區(qū)塊沙河子組儲(chǔ)層物性、巖石薄片、掃描電鏡以及壓汞實(shí)驗(yàn)資料的分析研究，認(rèn)為沙河子組致密砂巖層主要為巖屑長(zhǎng)石砂巖和長(zhǎng)石巖屑砂巖，孔隙式鈣質(zhì)膠結(jié)物與泥質(zhì)雜基構(gòu)成其主體填隙物，儲(chǔ)集空間類(lèi)型表現(xiàn)為“少見(jiàn)原生孔、多見(jiàn)次生孔、可見(jiàn)微裂縫、偶見(jiàn)晶間孔”的特征，“微孔微喉”的孔喉結(jié)構(gòu)特征抑制了儲(chǔ)層物性的改善。實(shí)測(cè)物性數(shù)據(jù)表明目的層段砂巖屬典型的超致密儲(chǔ)層，運(yùn)用“頻率分布函數(shù)法”對(duì)比產(chǎn)氣層和干層的物性，認(rèn)為有效儲(chǔ)層的物性下限是：孔隙度為3.5%，滲透率為0.053×10-3μm2。有效儲(chǔ)層的分布受沉積環(huán)境、成巖作用和構(gòu)造活動(dòng)3方面共同控制，主控因素可以歸結(jié)為“沉積主導(dǎo)、壓實(shí)主控、膠結(jié)增密、溶蝕添孔、裂縫改滲”，壓實(shí)作用和膠結(jié)作用通過(guò)減小孔隙空間及填充喉道對(duì)儲(chǔ)層物性起破壞作用；溶蝕作用通過(guò)產(chǎn)生次生溶孔對(duì)儲(chǔ)層物性起建設(shè)性作用；構(gòu)造活動(dòng)產(chǎn)生的微裂縫對(duì)儲(chǔ)層滲透率起改善作用?？v向上，SQ3段處于儲(chǔ)層次生孔隙發(fā)育帶，是有利儲(chǔ)層主要發(fā)育層段，SQ2次之；平面上，西部扇三角洲前緣亞相為最有利儲(chǔ)層發(fā)育區(qū)，東部辮狀河三角洲前緣亞相次之。

[關(guān)鍵詞]致密儲(chǔ)層；物性下限；主控因素；沙河子組；肇州區(qū)塊

Characteristics and controlling factors of tight reservoir in

Shahezi Formation of Zhaozhou, North Songliao Basin, China

CAI Lai-xing1,2, LU Shuang-fang2, WANG Jiao1, HUANG Ai-hua3, WEI Ran4

1.QingdaoInstituteofMarineGeology,ChinaGeologicalSurvey,Qingdao266071,China;

隨著社會(huì)對(duì)于能源需求的持續(xù)高漲，致密砂巖氣早在20世紀(jì)90年代便進(jìn)入了國(guó)內(nèi)地質(zhì)學(xué)家的視線(xiàn)，而且在多種非常規(guī)能源中，致密氣勘探開(kāi)發(fā)的呼聲最高，具備優(yōu)先加快發(fā)展的條件[1,2]。美國(guó)聯(lián)邦能源管理委員會(huì)把致密天然氣儲(chǔ)層定義為估算的原始地層滲透率≤0.1×10-3μm2的儲(chǔ)層；國(guó)內(nèi)眾多學(xué)者將致密砂巖定義為孔隙度<10%、原地滲透率<0.1×10-3μm2、孔喉半徑<1 μm的砂巖，且致密砂巖儲(chǔ)層的致密與否與孔隙度的關(guān)系不大，而主要取決于儲(chǔ)層的滲透率[3]。本文認(rèn)為，松遼盆地北部肇州區(qū)塊下白堊統(tǒng)沙河子組砂體孔隙度<10%，滲透率一般小于0.1×10-3μm2，只有經(jīng)過(guò)壓裂改造才能獲得經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量，屬于典型的致密儲(chǔ)層。

目前，針對(duì)肇州區(qū)塊內(nèi)沙河子組源巖的研究已經(jīng)非常深入，資源評(píng)價(jià)結(jié)果表明，包含肇州區(qū)塊在內(nèi)的整個(gè)徐家圍子斷陷，深層天然氣資源量達(dá)到668.9×109m3[4]，而這些天然氣主要源于沙河子組暗色泥巖；在晚泉頭-青山口組時(shí)期，沙河子組泥巖大量生、排烴，使得營(yíng)城組火山巖氣藏、登婁庫(kù)組-泉頭組碎屑巖氣藏得以形成，如已發(fā)現(xiàn)的汪家屯、升平、徐深、昌德等氣田[5,6]。但是，沙河子組內(nèi)除了優(yōu)質(zhì)源巖外，也普遍發(fā)育砂體，而目前針對(duì)沙河子組碎屑巖儲(chǔ)層特征的研究非常局限，可查閱文獻(xiàn)僅10余篇。那么，沙河子組碎屑巖儲(chǔ)層表現(xiàn)為哪些特征、致密儲(chǔ)層的采出物性下限是多少、形成致密儲(chǔ)層的主控因素有哪些、有利儲(chǔ)層如何展布等一系列問(wèn)題亟待解決，因?yàn)檫@一系列問(wèn)題決定了能否在沙河子組內(nèi)形成“自生自?xún)?chǔ)自蓋”型的天然氣藏。故本文針對(duì)沙河子組儲(chǔ)層特征的研究及有利儲(chǔ)層的預(yù)測(cè)，對(duì)于在深層沙河子組開(kāi)展天然氣勘探、開(kāi)發(fā)具有重要的理論指導(dǎo)意義。

1地質(zhì)概況

圖1　肇州區(qū)塊構(gòu)造分區(qū)及沙河子組沉積相特征圖Fig.1　Sedimentary facies of Shahezi Formation and tectonic location in the Zhaozhou area

肇州區(qū)塊位于松遼盆地內(nèi)的徐家圍子斷陷南部，西與中央隆起帶以徐西大斷裂相隔，東側(cè)與尚家-朝陽(yáng)溝隆起帶呈斜坡過(guò)渡，整體呈西斷東超、西陡東緩的結(jié)構(gòu)，具有埋藏深、構(gòu)造強(qiáng)、鉆井少的顯著特征。研究工區(qū)面積約為1 368.9 km2，可以劃分為西部陡坡帶、東部緩坡帶、萬(wàn)隆古隆起、徐西拗陷南部、徐南拗陷共5個(gè)次級(jí)構(gòu)造單元。沉積中心接收來(lái)自西部中央隆起帶和東部徐東斜坡帶的陸源碎屑物質(zhì)，形成陡坡的扇三角洲沉積相和緩坡的辮狀河三角洲沉積相，砂體連片發(fā)育，而湖相環(huán)境下的厚層泥巖具有巨大的生烴潛力(圖1-A)。沙河子組整體為1個(gè)Ⅱ級(jí)層序，由下至上可以劃分為SQ1-SQ4共4個(gè)Ⅲ級(jí)層序[7](圖1-B)。其中底部的SQ1和頂部的SQ4發(fā)育時(shí)期，盆小水淺；中部的SQ2、SQ3發(fā)育時(shí)期，湖盆水進(jìn)，盆闊水深，砂體厚度大且展布范圍廣泛。

2致密儲(chǔ)層特征

2.1儲(chǔ)層巖石學(xué)特征

肇州區(qū)塊沙河子組碎屑巖儲(chǔ)層巖性主要為巖屑質(zhì)長(zhǎng)石砂巖和長(zhǎng)石質(zhì)巖屑砂巖，偶見(jiàn)亞長(zhǎng)石砂巖(圖2-A、B)，其中，石英的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)(w石英)為20.2%，長(zhǎng)石為26.1%，巖屑為53.7%。砂巖成分成熟度低，僅為0.253，分選中等-差，多為次棱角-次圓狀，線(xiàn)接觸-凹凸接觸為主，顆粒支撐；雜基主要為泥質(zhì)，平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12.9%；膠結(jié)物以碳酸鹽為主，可見(jiàn)少量硅質(zhì)和泥質(zhì)襯邊膠結(jié)物，平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7.83%，膠結(jié)方式主要表現(xiàn)為孔隙式膠結(jié)。

2.2儲(chǔ)層物性特征

孔隙度(q)和滲透率(K)是反映碎屑巖儲(chǔ)層儲(chǔ)集性能和滲濾條件的2個(gè)基本參數(shù)，在本次測(cè)試分析的24塊樣品中，q<5%的占83.3%，最大值為10.2%，平均值為4.33%；K<0.05×10-3μm2的占76.92%，最大值為0.27×10-3μm2，平均值為0.06×10-3μm2，整體表現(xiàn)為“低孔低滲”的特征，屬超致密儲(chǔ)層。

2.3儲(chǔ)集空間類(lèi)型及特征

顯微鏡下砂巖薄片分析結(jié)果表明，研究區(qū)儲(chǔ)集空間類(lèi)型多樣，其中原生粒間孔較少而次生溶孔較多(圖2-D、E)，粒間溶孔和粒內(nèi)溶孔為主要次生孔隙類(lèi)型，這是由沙河子組泥巖大量生、排烴時(shí)所產(chǎn)生的有機(jī)酸溶蝕長(zhǎng)石、巖屑等所造成的[8-10]；構(gòu)造裂縫和成巖裂縫的存在，為溝通孔隙、改善儲(chǔ)層滲透性起到了積極作用[11](圖2-F、G)；另外，電鏡掃描結(jié)果顯示，高嶺石晶間孔也為天然氣提供一定的富集空間(圖2-H)。沙河子組儲(chǔ)層砂巖的孔喉結(jié)構(gòu)特征表現(xiàn)為“微孔微喉”型(圖2-C)，喉道類(lèi)型以片狀和彎片狀喉道為主，孔喉半徑均值為0.003~0.65 μm，平均值為0.128 μm；排驅(qū)壓力為2.74~68.9 MPa，平均為38.8 MPa，這一系列數(shù)據(jù)說(shuō)明本區(qū)儲(chǔ)層滲透率很差。

2.4儲(chǔ)層成巖作用特征

圖2　肇州區(qū)塊沙河子組儲(chǔ)層特征Fig.2　Images showing characteristics of reservoir of the Shahezi Formation in the Zhaozhou area(A)巖石類(lèi)型三角圖版; (B)CS7，長(zhǎng)石質(zhì)巖屑砂巖，深度3 823.21 m，5×10,(-); (C)“微孔微喉”結(jié)構(gòu)圖版; (D)ZHS6，原生粒間孔、次生溶孔，深度3 971.6 m，5×10,(-); (E)ZHS6，巖屑次生溶孔，深度3 971.6 m，5×10,(-): (F)ZHS6，構(gòu)造縫，深度3 971.6 m，20×10,(-); (G)ZHS6，貼粒縫，深度3 971.6 m，20×10,(-); (H)CS7，高嶺石晶間孔，深度3 823.51 m，×1 800；(I)CS7，云母壓裂，深度3 824.01 m，20×10，(-); (J)CS7，巖屑?jí)毫芽p，深度3 824.01 m，5×10,(-); (K)ZHS6，方解石膠結(jié)物，深度3 971.2 m，20×10,(-); (L)ZHS6，三期膠結(jié)，深度3 966.1 m，40×10,(-); (M)CS7，長(zhǎng)石次生溶孔，深度3 824.01 m，20×10,(-);(N)碳酸鹽交代長(zhǎng)石，深度3 966.1 m，20×10，(+); (O)碳酸鹽交代巖屑，深度3 823.21 m，10×10，(+)

由于沉積母質(zhì)富含塑性物質(zhì)，且具有埋藏深、時(shí)代久的特征，導(dǎo)致儲(chǔ)層壓實(shí)作用非常強(qiáng)烈，顆粒之間多呈線(xiàn)接觸-凹凸接觸，常見(jiàn)云母、長(zhǎng)石和巖屑被斷裂、壓斷(圖2-I、J)。膠結(jié)作用類(lèi)型多樣、期次多重，主要有碳酸鹽膠結(jié)、硅質(zhì)膠結(jié)及黏土礦物膠結(jié)，以方解石孔隙式膠結(jié)物最為常見(jiàn)(圖2-K、L)；此外，該區(qū)黏土礦物襯邊膠結(jié)也比較發(fā)育。溶解作用對(duì)于儲(chǔ)層物性的改善起到建設(shè)性作用，主要表現(xiàn)為長(zhǎng)石、巖屑的溶蝕，形成粒內(nèi)溶孔及不規(guī)則的溶蝕邊緣(圖2-D、M)。交代作用普遍發(fā)育，主要為碳酸鹽交代長(zhǎng)石、巖屑，少見(jiàn)膠結(jié)物之間的交代作用(圖2-N、O)。

3有效儲(chǔ)層物性下限的厘定

對(duì)于油氣勘探開(kāi)發(fā)來(lái)說(shuō)，有效儲(chǔ)層物性下限有兩方面含義：一是有效儲(chǔ)層成藏物性下限，二是有效儲(chǔ)層采出物性下限。本文認(rèn)為有效儲(chǔ)層是指能夠儲(chǔ)集和滲流流體，在現(xiàn)有工藝技術(shù)條件下能夠采出具有工業(yè)價(jià)值產(chǎn)氣量的儲(chǔ)集層[12,13]。經(jīng)過(guò)文獻(xiàn)調(diào)研，結(jié)合工區(qū)實(shí)際產(chǎn)氣層與干層物性資料，主要通過(guò)“分布函數(shù)曲線(xiàn)法[12]”來(lái)刻畫(huà)肇州區(qū)塊沙河子組儲(chǔ)層采出物性下限。

a.搜集肇州區(qū)塊沙河子組實(shí)測(cè)物性資料及其所對(duì)應(yīng)的試氣結(jié)果，進(jìn)行孔隙度和滲透率的投點(diǎn)交匯，如圖3-A所示，干層物性明顯小于氣層物性，其交匯值大約為孔隙度(q)為3.5%。滲透率(K)為0.053×10-3μm2。但是，由于肇州區(qū)塊沙河子組實(shí)測(cè)物性的局限性(僅12個(gè)樣品點(diǎn))，其對(duì)比結(jié)果或許存在偏頗，故統(tǒng)計(jì)整個(gè)徐家圍子沙河子組的實(shí)測(cè)物性及其對(duì)應(yīng)的試氣結(jié)果，進(jìn)行孔隙度和滲透率的投點(diǎn)交匯，如圖3-B所示，氣層和干層的物性差異明顯，且其交匯值與肇州區(qū)塊沙河子組物性交匯值相同，孔隙度為3.5%。滲透率為0.053×10-3μm2。由此可以推斷，肇州區(qū)塊沙河子組天然氣成藏主要由物性因素所控制，只有物性高于此下限閾值的砂體才有可能富集天然氣，而物性低于此下限閾值的砂體則為干層。

b.考慮到肇州區(qū)塊沙河子組儲(chǔ)層實(shí)測(cè)物性數(shù)據(jù)太少，故由測(cè)井?dāng)M合物性數(shù)據(jù)出發(fā)，在同一坐標(biāo)系內(nèi)繪制有效儲(chǔ)層和非有效儲(chǔ)層的物性頻率分布曲線(xiàn)，2條曲線(xiàn)的交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的數(shù)值為有效儲(chǔ)層的物性下限閾值。此方法所厘定的物性下限閾值在肇州區(qū)塊沙河子組表征為孔隙度約3.4%，滲透率約0.054×10-3μm2(圖3-C、D)。

統(tǒng)計(jì)、對(duì)比實(shí)測(cè)物性資料和測(cè)井?dāng)M合物性數(shù)據(jù)，綜合考慮實(shí)測(cè)物性數(shù)據(jù)和測(cè)井?dāng)M合物性數(shù)據(jù)所刻畫(huà)的有效儲(chǔ)層下限閾值，將肇州區(qū)塊沙河子組有效儲(chǔ)層的孔隙度下限厘定為3.5%，滲透率下限厘定為0.053×10-3μm2。

4致密儲(chǔ)層成巖階段及主控因素

4.1儲(chǔ)層成巖階段劃分

圖3　肇州區(qū)塊沙河子組有效儲(chǔ)層物性下限圖版Fig.3　Low limit of petrophysical parameter of effective reservoir for Shahezi Formation in Zhaozhou area(A)肇州區(qū)塊沙河子組氣層和干層實(shí)測(cè)物性關(guān)系圖；(B)徐家圍子沙河子組氣層和干層實(shí)測(cè)物性關(guān)系圖；(C)肇州區(qū)塊沙河子組擬合孔隙度分布函數(shù)曲線(xiàn)圖；(D)肇州區(qū)塊沙河子組擬合滲透率分布函數(shù)曲線(xiàn)圖

通過(guò)古地溫、Ro、成巖作用特征、黏土礦物特征等成巖作用標(biāo)志將肇州區(qū)塊沙河子組成巖階段劃分為中成巖B期和晚成巖階段，共經(jīng)歷了早成巖B期、中成巖A1亞期、中成巖A2亞期、中成巖B期和晚成巖階段，對(duì)應(yīng)的底界深度依次為1 km、1.45 km、2.8 km、3.4 km和4.8 km[8]。

在2 250 m<埋深<3 400 m，1.3%

晚成巖階段埋深下限大約在4.8 km，Ro>2.0%，古地溫>140℃，tmax>500℃，孢粉為黑色，有機(jī)質(zhì)進(jìn)入過(guò)成熟階段，壓實(shí)作用非常強(qiáng)烈，顆粒之間多以縫合線(xiàn)接觸為主，少部分為線(xiàn)狀接觸。該階段，膠結(jié)作用占主導(dǎo)地位，石英次生加大和碳酸鹽膠結(jié)更加顯著。由于有機(jī)酸生成量減少，溶蝕作用變得微弱，溶蝕孔隙減少。高嶺石和混層黏土開(kāi)始迅速消失，綠泥石和伊利石持續(xù)增加。

4.2致密儲(chǔ)層主控因素

儲(chǔ)層物性的優(yōu)劣多受控于沉積環(huán)境、成巖作用和構(gòu)造活動(dòng)[14-17]。肇州區(qū)塊沙河子組致密儲(chǔ)層主控因素可以歸結(jié)為“沉積主控、壓實(shí)主導(dǎo)、膠結(jié)增密、溶蝕添孔、裂縫改滲”。其中壓實(shí)作用和膠結(jié)作用通過(guò)減小孔隙空間及填充喉道對(duì)儲(chǔ)層物性起破壞作用；溶蝕作用通過(guò)產(chǎn)生次生溶孔對(duì)儲(chǔ)層物性起建設(shè)作用；構(gòu)造活動(dòng)產(chǎn)生的微裂縫對(duì)儲(chǔ)層滲透率起改善作用。

4.2.1沉積主導(dǎo)

沉積作用除了宏觀控制砂體的厚度、規(guī)模、空間展布特征外，還決定著巖石的成分、結(jié)構(gòu)、填隙物含量等特征，從而控制著砂巖儲(chǔ)層物性的空間分布，并在一定程度上影響后期的成巖作用類(lèi)型、強(qiáng)度等。研究區(qū)沉積物塑性顆粒含量高，分選較差，且埋藏深、年代久，使得壓實(shí)作用持續(xù)強(qiáng)烈，原生孔隙幾乎不存在，儲(chǔ)層原始物性遭受破壞。

a.沉積相帶對(duì)儲(chǔ)層物性的控制

圖4　肇州區(qū)塊沙河子組物性與沉積相、巖性相關(guān)關(guān)系圖Fig.4　Relationship among physical properties, sedimentary facies and lithology for Shahezi Formation in Zhaozhou area

對(duì)比分析西部陡坡帶的扇三角洲前緣亞相和扇三角洲平原亞相的物性，以及東部緩坡帶的辮狀河三角洲前緣亞相和辮狀河三角洲平原亞相的物性資料，可以發(fā)現(xiàn)前緣亞相物性?xún)?yōu)于平原亞相物性[17]。在扇三角洲前緣亞相中，孔隙度(q)>3.5%的樣品所占比例為37%，滲透率(K)>0.053×10-3μm2的樣品所占比例為39.8%；在扇三角洲平原亞相中，q>3.5%所占比例為31.2%，K>0.053×10-3μm2所占比例為33.6%。在辮狀河三角洲前緣亞相中，K>0.053×10-3μm2所占比例為12.1%；在辮狀河三角洲平原亞相中，K>0.053×10-3μm2所占比例為11.6%(圖4-A,B)。b.巖石結(jié)構(gòu)對(duì)儲(chǔ)層物性的控制

儲(chǔ)層物性受巖性控制作用較為明顯，這是因?yàn)槌练e物的粒度、分選性、泥質(zhì)含量等因素的異同，往往造成在后期埋藏過(guò)程中，分選好、泥質(zhì)含量低、軟質(zhì)巖屑含量低的儲(chǔ)層抗壓實(shí)能力較強(qiáng)，這使得其能保持較好的原始物性。由于其物性較好，天然氣攜帶的有機(jī)酸更易進(jìn)入砂體并參與溶蝕；同時(shí)，高飽和度天然氣的存在也會(huì)在一定程度上抑制膠結(jié)物的生成。例如，平原亞相中的砂礫巖體，其原始物性極差，且由于遠(yuǎn)離半深湖泥巖，有機(jī)酸難以進(jìn)入，次生孔隙不發(fā)育。

研究區(qū)粉砂巖物性最優(yōu)，細(xì)砂巖次之，粗砂巖及泥石流相的砂礫巖物性最差。粉砂巖儲(chǔ)層滲透率>0.053×10-3μm2的占34.1%，孔隙度>3.5%的占31.8%；細(xì)砂巖有效儲(chǔ)層含量占29.4%(K>0.053×10-3μm2)；粗砂巖儲(chǔ)層滲透率在物性下限之上的占26.4%，孔隙度在物性下限之上的占22.98%；砂礫巖儲(chǔ)層滲透率>0.053×10-3μm2的僅占20.9%(圖4-C,D)。

4.2.2壓實(shí)主控

自晚海西期至燕山期，整個(gè)松遼盆地經(jīng)歷了斷陷演化階段、拗陷演化階段和構(gòu)造反轉(zhuǎn)演化階段。在此構(gòu)造背景下，肇州區(qū)塊接受廣泛沉積，沙河子組上覆地層總厚度可達(dá)4.3 km，經(jīng)歷了持續(xù)、強(qiáng)烈的機(jī)械壓實(shí)作用，視壓實(shí)率達(dá)到74%以上。沙河子組沉積物具有高含量的軟質(zhì)巖屑和黏土雜基，分選較差，在強(qiáng)烈的壓實(shí)作用下，原始孔隙幾乎喪失殆盡，砂巖致密化速率非?？靃18](圖2-B、圖5-A)。

圖5　肇州區(qū)塊沙河子組儲(chǔ)層物性與深度關(guān)系圖Fig.5　Relationship between reservoir physical property and depth for Shahezi Formation in Zhaozhou area(A)實(shí)測(cè)孔隙度與深度關(guān)系剖面圖；(B)沙河子組測(cè)井?dāng)M合孔隙度與深度關(guān)系剖面圖；(C)沙河子組測(cè)井?dāng)M合滲透率分布直方圖

通過(guò)對(duì)大量物性數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)壓實(shí)作用對(duì)肇州區(qū)塊砂巖儲(chǔ)層的影響很大，通常使儲(chǔ)層孔隙度減少17%~31%。其中沙河子組儲(chǔ)層由壓實(shí)作用所損失的孔隙度平均為7.4%(圖4-A)。對(duì)比分析SQ1-SQ4儲(chǔ)層物性，發(fā)現(xiàn)除SQ3段位于次生孔隙發(fā)育帶外(圖5-B)，上部SQ4物性最好而底部SQ1物性最差，K>0.053×10-3μm2的樣品所占比例由24.5%逐漸降低為1.6%(圖5-C)。

4.2.3膠結(jié)增密

研究區(qū)內(nèi)膠結(jié)物類(lèi)型以碳酸鹽膠結(jié)物為主，最高質(zhì)量分?jǐn)?shù)可達(dá)15%；并可見(jiàn)少量硅質(zhì)和黏土襯邊膠結(jié)物(圖2-K,L)。它們將松散沉積物固結(jié)起來(lái)的同時(shí)，堵塞了大量粒間孔甚至次生孔，對(duì)儲(chǔ)層物性起到明顯的破壞作用，成為導(dǎo)致該地區(qū)儲(chǔ)層致密化的又一重要因素。在沙河子組3.4~4 km深度的強(qiáng)膠結(jié)帶，儲(chǔ)層孔隙度和滲透率明顯差于弱膠結(jié)帶的儲(chǔ)層物性(圖6)，膠結(jié)作用的存在使得儲(chǔ)層孔隙度減少約4%。

4.2.4溶蝕添孔

前面的研究顯示，有機(jī)酸溶蝕所形成的長(zhǎng)石、巖屑次生孔隙是肇州區(qū)塊沙河子組砂巖儲(chǔ)層最重要的孔隙類(lèi)型，而次生孔隙帶的發(fā)育也是造成SQ3和SQ2物性較好的重要原因(圖2-D、圖5-B)。若根據(jù)扇三角洲和辮狀河三角洲的先天沉積條件推斷，應(yīng)該是辮狀河三角洲物性較好；但是通過(guò)對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)內(nèi)扇三角洲砂體中K>0.053×10-3μm2的樣品占36.3%，而辮狀河三角洲砂體中K>0.053×10-3μm2的樣品僅占12%。剖析造成這種現(xiàn)象的原因，認(rèn)為湖相泥巖大量生、排烴時(shí)期所形成的有機(jī)酸通過(guò)“不整合面-斷層-砂體”疏導(dǎo)體系，更加容易進(jìn)入距離湖相環(huán)境較近的扇三角洲前緣砂體，使得扇三角洲前緣儲(chǔ)層所經(jīng)歷的溶蝕作用較強(qiáng)[19]，導(dǎo)致次生孔隙較為發(fā)育，孔隙度增加6%左右(圖5)。

4.2.5裂縫改滲

由于沙河子組沉積時(shí)期湖盆處于斷陷伸展期，強(qiáng)烈的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)使得次級(jí)斷層及微裂縫十分發(fā)育，而微裂縫對(duì)于超致密儲(chǔ)層的儲(chǔ)、滲能力的改善具有十分重要的作用[15]。在研究區(qū)缺乏實(shí)際裂縫統(tǒng)計(jì)資料的情況下，由地質(zhì)學(xué)基本理論出發(fā)，對(duì)比近斷層井和遠(yuǎn)斷層井的物性特征，可以發(fā)現(xiàn)，位于斷層帶的XS8井，有93.7%的樣品滲透率>0.053×10-3μm2；距離斷層較近的ZHS15井，有近30%的樣品滲透率值高于物性下限；距離斷層較遠(yuǎn)的CS7井，物性較差，僅有13.6%的樣品K>0.053×10-3μm2。由此可以證明，在構(gòu)造應(yīng)力作用下產(chǎn)生的次級(jí)斷裂和微裂縫對(duì)于儲(chǔ)層的物性具有明顯的改善作用(圖7)。

5有利儲(chǔ)層預(yù)測(cè)

總結(jié)肇州區(qū)塊沙河子組儲(chǔ)層物性主控因素，以本文所厘定的儲(chǔ)層采出物性下限為閾值，應(yīng)用儲(chǔ)層反演和相干體分析技術(shù)相結(jié)合的方法[20]，由砂體空間展布規(guī)律入手，預(yù)測(cè)研究區(qū)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層發(fā)育區(qū)帶(圖8)。

圖6　肇州區(qū)塊沙河子組儲(chǔ)層物性與膠結(jié)物含量關(guān)系圖Fig.6　Relationship between reservoir physical properties and cement content for Shahezi Formation in Zhaozhou area

圖7　肇州區(qū)塊沙河子組物性與斷層相關(guān)關(guān)系圖Fig.7　Relationship between physical properties and faults for Shahezi Formation in Zhaozhou area

圖8　肇州區(qū)塊沙河子組有利儲(chǔ)層平面分布規(guī)律圖Fig.8　Planar distribution of favorable reservoir in Shahezi Formation of Zhaozhou area(A)肇州區(qū)塊沙河子組SQ2有利儲(chǔ)層厚度等值線(xiàn)圖; (B)肇州區(qū)塊沙河子組SQ3有利儲(chǔ)層厚度等值線(xiàn)圖

縱向上：頂部SQ4和底部SQ1發(fā)育時(shí)期，盆小水淺，砂體厚度較薄且遭受剝蝕較重，儲(chǔ)層物性整體較差。SQ3和SQ2發(fā)育時(shí)期，湖盆水進(jìn)，盆闊水深，砂體厚度較大且連片展布，加上SQ3位于次生孔隙發(fā)育帶，是優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層最有利帶，SQ2次之。

平面上：SQ3、SQ2段發(fā)育時(shí)期，西部扇三角洲和東部辮狀河三角洲物質(zhì)基礎(chǔ)相差不大，而且均經(jīng)歷了強(qiáng)烈的壓實(shí)作用和膠結(jié)作用，此時(shí)，溶解作用對(duì)于西部扇三角洲前緣儲(chǔ)層物性的改善作用便顯得尤為突出，使得有利儲(chǔ)層集中發(fā)育在西部扇三角洲前緣亞相，東部辮狀河三角洲前緣亞相次之。

6結(jié) 論

a.肇州區(qū)塊沙河子組致密砂巖儲(chǔ)層成熟度低，表現(xiàn)為“低孔低滲、微孔微喉”的特征，整體處于中成巖B期和晚成巖階段，經(jīng)歷了壓實(shí)作用、溶解作用、膠結(jié)作用和交代作用等成巖作用，具有“少見(jiàn)原生孔、多見(jiàn)次生孔、可見(jiàn)微裂縫、偶見(jiàn)晶間孔”的儲(chǔ)集空間特征。

b.研究區(qū)有效儲(chǔ)層孔隙度下限定為3.5%，滲透率下限定為0.053×10-3μm2，其形成受沉積環(huán)境、成巖作用和構(gòu)造活動(dòng)共同影響，主控因素可以歸結(jié)為“沉積主控、壓實(shí)主導(dǎo)、膠結(jié)增密、溶蝕添孔、裂縫改滲”。

c.縱向上，SQ3段處于儲(chǔ)層次生孔隙發(fā)育帶，是有利儲(chǔ)層主要發(fā)育層段，SQ2次之；平面上，西部扇三角洲前緣亞相為最有利儲(chǔ)層發(fā)育區(qū)，東部辮狀河三角洲前緣亞相次之，平原亞相不發(fā)育優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層。

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2.ResearchInstituteofUnconventionalPetroleumandRenewableEnergy,ChinaUniversityof

Petroleum,Qingdao266580,China;

3.CollegeofEarthSciences,NortheastPetroleumUniversity,Daqing163318,China;

4.SupervisionandTechnologyCompany,CNOOCEnergyTechnology&ServicesLimited,

Tianjin300452,China

Abstract:The study of statistical analysis of reservoir physical property, thin sections, SEM and mercury injection experiment data of Shahezi Formation in Zhaozhou area reveals that the reservoir of Shahezi Formation of Lower Cretaceous is a tight sandstone one, with lithic feldspar sandstone and feldspathic lithic sandstone as main lithology, and with pore-type calcareous cement and clay as main fillings. The types of reservoir space are characterized by minor primary pores, abundant secondary pores, visible cracks and occasionally intergranular holes. Pore-throat structure is characterized by micropore and microthroat, which restrained the improvement of reservoir physical property. Measured reservoir physical property indicates that it is a typical super tight reservoir. Comparing gas bearing layer with dry layer through frequency distribution function method, the lower limits parameters of effective reservoir can be determined. It shows that the limit of its porosity is 3.5% and the limit of its permeability is 0.053×10-3μm2. Distribution of effective reservoir is controlled by sedimentary environment, diagenesis and tectonic activity. Its main controlling factors can be summarized as follows: deposition is the main controlling factor; compaction is the dominant factor; cementation makes the reservoir more compact, corrosion increases the pores, and cracks improve the permeability. Compaction and cementation reduce reservoir physical properties and tectonic activity improves the permeability of reservoir by creating cracks. In the vertical, SQ3 occurs in the secondary porosity zone of the reservoir and is the main favorable reservoir, and the SQ2 takes the second place. In the plane, the fan delta front subfacies in the west is the most favorable reservoir development area, braided river delta front subfacies in the east takes the second place.

Key words:tight reservoir; petrophysical parameter cutoff; main controlling factor; Shahezi Formation; Zhaozhou area

[文獻(xiàn)標(biāo)志碼][分類(lèi)號(hào)] TE122.21 A

DOI:10.3969/j.issn.1671-9727.2016.01.02

[文章編號(hào)]1671-9727(2016)01-0024-11

[收稿日期]2014-12-03。

[基金項(xiàng)目]國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(41172134 )；中國(guó)石化科技項(xiàng)目(P14068 )；教育部自主創(chuàng)新基金項(xiàng)目(15CX05046A，15CX07004A )；國(guó)家重大科技專(zhuān)項(xiàng)(2011ZX05007-001 )。

[第一作者] 蔡來(lái)星(1985-)，男，博士，助理研究員，研究方向：地質(zhì)資源與地質(zhì)工程，E-mail:qingxin717717@126.com。

[通信作者]盧雙舫(1962-)，男，教授，博士生導(dǎo)師，研究方向：油氣地質(zhì)學(xué), E-mail:lushuangfang@qq.com。