李 凡，閆 肅

(1.西安石油大學(xué) 地球科學(xué)與工程學(xué)院；2.陜西省油氣成藏地質(zhì)學(xué)重點實驗室，陜西 西安 710065)

鄂爾多斯盆地油氣資源豐富，中生界延長組長6油層組為其主要儲集層，油氣資源豐富。在經(jīng)歷長期的埋藏，發(fā)生復(fù)雜的成巖作用后，儲層物性變差，為典型的低孔特低滲儲層，開采難度大，采收率低，油井單井產(chǎn)量低。成巖作用作為影響儲層性能的最主要因素，具有極高的研究價值。前人關(guān)于成巖作用對于儲層物性的影響已經(jīng)做了大量研究，認(rèn)為壓實作用與膠結(jié)作用是使孔隙度、滲透率降低的主要因素，溶蝕作用使儲層得到改善[1-6]。本文選取成巖作用特征、儲層物性及微觀結(jié)構(gòu)特征有差異的志丹雙河、橫山魏家樓兩個地區(qū)，通過研究不同層位、不同區(qū)位成巖作用特征，將儲層物性及微觀結(jié)構(gòu)參數(shù)與反映成巖作用特征的參數(shù)相結(jié)合，分析成巖作用對特低滲透砂巖儲層性能的影響，以期為特低滲透砂巖儲層的研究提供理論依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

研究區(qū)位于鄂爾多斯盆地內(nèi)伊陜斜坡中東部的志丹雙河、橫山魏家樓地區(qū)，如圖1所示，伊陜斜坡構(gòu)造平緩，平均坡降為1～2 °/km，廣泛發(fā)育低幅度構(gòu)造。鄂爾多斯盆地在上三疊世為一面積廣大的湖泊，受印支運(yùn)動的影響，盆地整體先沉降后抬升，從長10到長7為沉降期，湖泊面積不斷擴(kuò)大，在長7達(dá)到鼎盛，之后面積不斷縮小，長7成為優(yōu)質(zhì)的廣覆盆地的烴源巖，長6期在湖盆周圍發(fā)育了廣大的三角洲沉積，成為優(yōu)質(zhì)的儲集層和蓋層。本次的研究層位即為長6層，為研究區(qū)所在油田的主力產(chǎn)油層。雙河與魏家樓研究區(qū)在長6期都為三角洲沉積相，靠近湖盆的雙河區(qū)為三角洲前緣亞相，魏家樓區(qū)為三角洲平原亞相。

圖1 研究區(qū)所在位置圖

2 巖石學(xué)特征

根據(jù)礦物成分鑒定結(jié)果，繪制研究區(qū)砂巖儲層礦物成分三角圖，如圖2所示。雙河研究區(qū)的巖石巖性主要為細(xì)粒長石砂巖，部分中砂質(zhì)細(xì)粒長石砂巖，有少量中粒長石砂巖和巖屑長石砂巖。石英體積分?jǐn)?shù)為23%～40%，平均為33.5%；長石體積分?jǐn)?shù)為44%～65%，平均為54.6%；巖屑含量相對較少，含量為7%～25%，平均含量為11.9%，巖屑成分多樣，主要為黑云母，及少量的變質(zhì)巖屑、火山巖屑、泥巖屑。黑云母常見定向排列，部分可見泥化及綠泥石化。填隙物以自生礦物為主，含量變化較大，常見的自生礦物有綠泥石、伊利石、方解石、鈉長石、自生石英等。

圖2 研究區(qū)砂巖儲層礦物成分三角圖

魏家樓研究區(qū)的巖石巖性主要為中粒長石砂巖和巖屑長石砂巖，巖屑長石砂巖含量相對少于長石砂巖，部分為細(xì)砂質(zhì)中粒砂巖，少量的極細(xì)質(zhì)細(xì)砂巖和粗砂質(zhì)中砂巖。石英體積分?jǐn)?shù)為15%～30%，平均為28.7%；長石體積分?jǐn)?shù)為42%～66%，平均為53.5%；巖屑含量相對于志丹地區(qū)較多，體積分?jǐn)?shù)為11%～25%，平均為17.6%，以黑云母為主，其他巖屑為變質(zhì)巖、泥巖屑、火山巖以及少量的重礦物，如電氣石、榍石、鋯石。自生礦物與雙河地區(qū)相似，部分薄片可見自生濁沸石及其溶蝕現(xiàn)象。

根據(jù)密閉取井巖心資料分析可知，雙河研究區(qū)砂巖儲層孔隙度為2.6%～18.8%，平均為10.38%，滲透率為(0.012～5.288)×10-3μm2，平均為0.41×10-3μm2；魏家樓研究區(qū)砂巖儲層孔隙度為1.4%～15.2%，平均為10.68%，滲透率為(0.067～38.7)×10-3μm2，平均為2.18×10-3μm2。2個研究區(qū)孔隙度與滲透率交會圖如圖3所示，均為特超低滲砂巖儲層。

圖3 孔隙度滲透率交匯圖

3 成巖作用特征

雙河油田與魏家樓油田長6儲層都是鄂爾多斯盆地內(nèi)相對產(chǎn)量較高的油田，其中雙河油田產(chǎn)量相對較高。2個研究區(qū)儲層的物源區(qū)相同，來源于盆地東北部，礦物成分相似，由于沉積環(huán)境不同，搬運(yùn)距離有差異，導(dǎo)致儲層成巖作用有差異。部分成巖作用在兩個研究區(qū)的表現(xiàn)形式區(qū)別不大，不進(jìn)行區(qū)分描述，具有差異的特征，對其進(jìn)行區(qū)分描述。

3.1 壓實作用

在研究區(qū)壓實作用表現(xiàn)較為明顯，對儲層的孔隙度影響較大，在薄片觀察以及掃描電鏡下均容易識別，如圖4A所示。主要表現(xiàn)形式為剛性顆粒受壓實破裂、變形；塑性顆粒黑云母的彎曲變形，泥巖巖屑壓實形變并形成假雜基；礦物顆粒沿長軸定向排列；顆粒間接觸關(guān)系由點接觸到線接觸再到凹凸接觸。

3.2 膠結(jié)作用

研究區(qū)的膠結(jié)作用主要為鈣質(zhì)膠結(jié)、黏土礦物膠結(jié)、硅質(zhì)膠結(jié)以及濁沸石膠結(jié)。膠結(jié)作用對孔隙的保存有雙重的影響，一方面減少了原生孔隙使儲層變得致密；另一方面也會對壓實作用起到抑制作用，保存部分原生孔隙，而且部分膠結(jié)物的溶蝕會產(chǎn)生大量的溶蝕孔，增加儲層孔隙度。

3.2.1 硅質(zhì)膠結(jié)

2個研究區(qū)中常見的硅質(zhì)膠結(jié)包括石英次生加大(見圖4B)，自生石英、長石顆粒、長石再生長。雙河石英次生加大等級為一級，加大現(xiàn)象較不明顯，魏家樓研究區(qū)部分薄片內(nèi)可見二級次生加大，加大現(xiàn)象較普遍。在原生孔隙內(nèi)?？梢娮陨孕问?、長石顆粒，或者在顆粒間獨立生長，或沿著顆粒邊緣生長，如圖4C所示。硅質(zhì)膠結(jié)的發(fā)育會降低儲層孔隙度，后期溶蝕現(xiàn)象不明顯，對儲層的破壞作用較強(qiáng)。

A.黑云母壓實變形(魏12-8井，897.78 m，×200) B.石英次生加大(魏1-2井，844.75 m，×100) C.粒狀自生石英與綠泥石(HT11井，724.94 m，×1800)

D.方解石膠結(jié)(魏24-13#，917.21 m，×200) E.綠泥石膜與自生長石(魏55-46井，1009.8 m，×100) F.顆粒間充填片狀、絲狀伊利石(雙882井，1523.08 m，×650)

G.顆粒邊緣溶蝕孔(魏12-8井，911.39 m，×100) H.濁沸石溶蝕孔(橫探14井，781.01 m，×100)

3.2.2 碳酸鹽膠結(jié)

研究區(qū)碳酸鹽巖膠結(jié)主要包括方解石膠結(jié)和白云石膠結(jié)，成巖早期膠結(jié)物為基底式膠結(jié)的泥晶方解石，其含量較多，成巖作用晚期膠結(jié)物為含鐵方解石、鐵白云石，其含量較少。

雙河砂巖儲層碳酸鹽含量為0.2%～38.3%，平均為10.35%；魏家樓砂巖儲層碳酸鹽含量為0.23%～37.96%，平均為2.64%，含量小于5%的樣品占總樣品數(shù)的96%，相對含量小于雙河研究區(qū)，碳酸鹽膠結(jié)作用不強(qiáng)。薄片觀察可知雙河區(qū)碳酸鹽膠結(jié)物以早期泥晶微晶基底式膠結(jié)的碳酸鹽為主，魏家樓以晚期碳酸鹽膠結(jié)物為主，如圖4D所示。碳酸鹽膠結(jié)所需的物質(zhì)基礎(chǔ)為Ca2+和C，早期呈基底式膠結(jié)的碳酸鹽中Ca2+來源于湖盆中原始沉積底水、C來源于溶解在湖水中的大氣中的CO2，雙河研究區(qū)所在位置為三角洲前緣，上覆湖水可以提供碳酸鹽膠結(jié)所需的物質(zhì)，是早期碳酸鹽膠結(jié)形成的有利區(qū)帶，與薄片觀察的結(jié)果一致。晚期碳酸鹽膠結(jié)物中Ca2+主要來源于長石巖屑等含鈣碎屑的溶蝕，碳酸鹽膠結(jié)物常與溶蝕的碎屑所伴生。白云石膠結(jié)物較少，常呈較小的自形粒狀出現(xiàn)。

3.2.3 黏土礦物膠結(jié)

兩個研究區(qū)的黏土礦物種類相同，但含量上有較大的差異，如表1所示。主要黏土礦物包括綠泥石、伊利石、高嶺石和伊蒙混層。雙河研究區(qū)黏土礦物含量為1.57%～31.54%，平均為5.15%。魏家樓黏土礦物含量為1.9%～3.8%，平均為2.81%。

表1 研究區(qū)黏土礦物成分統(tǒng)計表

綠泥石膠結(jié)物是鄂爾多斯盆地最常見的自生黏土礦物，常呈孔隙襯里產(chǎn)出(見圖4E)。前人研究表明，綠泥石膜對儲層可以起到保護(hù)作用，表現(xiàn)為阻止石英自生加大，抑制長石質(zhì)碎屑顆粒溶蝕，保護(hù)原生孔隙，抑制硅質(zhì)流體進(jìn)入原生粒間孔隙，抑制碳酸鹽膠結(jié)[7-11]。伊利石在掃描電鏡下主要為片狀集合體和毛發(fā)狀填充喉道，如圖4F所示，使大孔隙被分割，喉道被縮小，是使儲層物性變差、孔喉結(jié)構(gòu)復(fù)雜化的原因。高嶺石常呈粒狀填充于孔隙內(nèi)，在掃描電子顯微鏡下，自生高嶺石單晶呈假六方板狀，集合體呈書頁或蠕蟲狀。高嶺石的孔隙填充，會直接造成孔隙度的喪失，使孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜化。伊蒙混層在2個研究區(qū)含量均較高，雙河研究區(qū)含量占黏土礦物總量較高；魏家樓研究區(qū)伊蒙混層含量占黏土礦物總量較低。

3.3 溶蝕作用

溶蝕作用是巖石成分中的不穩(wěn)定礦物或膠結(jié)物在特定流體環(huán)境下發(fā)生溶解的現(xiàn)象，會使巖石的孔隙度增大，改善儲層物性。巖石成分中常見的易溶礦物為長石及巖屑，以及部分填隙物。研究區(qū)中長石、巖屑以及濁沸石膠結(jié)物溶蝕現(xiàn)象較為發(fā)育，如圖4G和圖4H，常沿解理縫發(fā)生溶蝕作用，形成粒間溶蝕擴(kuò)大孔、粒內(nèi)溶孔，部分溶蝕較強(qiáng)烈會產(chǎn)生鑄膜孔。部分易溶蝕的膠結(jié)物如方解石和濁沸石，常沿解理縫發(fā)生溶蝕。溶蝕作用在壓實及膠結(jié)作用之后發(fā)生會改善儲層物性。雙河研究區(qū)溶蝕作用強(qiáng)度由于靠近油源，受烴源巖排酸影響，溶蝕作用強(qiáng)于魏家樓研究區(qū)。

4 成巖作用對儲層性能的影響

4.1 對儲層物性的影響

儲層的孔隙度和滲透率是決定油氣是否能夠進(jìn)入儲層、賦存在儲層中，并最終成藏的先決條件，良好的物性基礎(chǔ)是油氣成藏的基本條件。

壓實作用是使孔隙大量降低的主要成巖作用，壓實作用強(qiáng)度主要受原始礦物成分尤其是塑性巖屑顆粒含量的影響，塑性巖屑含量可間接體現(xiàn)壓實作用的強(qiáng)弱，塑性巖屑含量越多壓實作用越強(qiáng)，通過繪制巖屑含量與孔隙度交會圖(見圖5A)可以發(fā)現(xiàn)，巖屑含量越多，孔隙度越低，據(jù)此可以反映壓實作用對于儲層物性主要起破壞作用。

膠結(jié)作用是研究區(qū)的主要成巖作用，碳酸鹽膠結(jié)物與自生黏土礦物是研究區(qū)主要的自生礦物，其相對含量對儲層的物性起著決定性影響。通過碳酸鹽巖含量與孔隙度交匯圖(見圖5B)可以發(fā)現(xiàn)，碳酸鹽巖膠結(jié)物含量越多，儲層孔隙度越小，物性越差。碳酸鹽巖膠結(jié)物通過填充孔隙，使原生粒間孔隙大量喪失，孔隙度大量降低，物性變差。部分薄片中可見碳酸鹽巖成片基底式膠結(jié)，形成局部發(fā)育的鈣質(zhì)砂巖，成為隔層，增強(qiáng)了儲層的非均質(zhì)性。自生黏土礦物也是影響儲層儲集空間及滲流能力的重要自生礦物。綠泥石、伊利石、伊蒙混層是主要的影響儲層物性的3種黏土礦物。繪制黏土礦物總量與滲透率的關(guān)系圖(見圖5)可知，黏土礦物總量的增加會導(dǎo)致儲層滲透率的降低，使儲層物性變差。分別分析每一種黏土礦物與滲透率的關(guān)系圖(圖5D-F)，可以發(fā)現(xiàn)綠泥石、伊利石、伊蒙混層含量與滲透率均呈負(fù)相關(guān)，對儲層起破壞作用，造成儲層物性變差。

圖5 研究區(qū)巖石組分與孔滲關(guān)系圖

在縱向上成巖作用對物性影響也有表現(xiàn)，雙河研究區(qū)雙882井單井綜合柱狀圖如圖6所示，同一井位相同沉積微相的儲層由于所處深度的不同，其成巖作用類型有所不同，整體上隨著埋藏深度的加大，壓實作用不斷增強(qiáng)，儲層的孔隙度及滲透率變差，從長61到長64，每個小層的平均孔隙度依次減小。同一小層內(nèi)沉積微相的差別也會導(dǎo)致成巖作用有所差異，水下分流河道微相與河口壩微相由于水動力較強(qiáng)，儲層礦物分選性較好、顆粒較大，該沉積微相的儲層原始條件較好，自生礦物發(fā)育較少，易形成良好的儲層；水下分流河道間灣泥質(zhì)含量多，原始孔隙結(jié)構(gòu)差，難以形成良好的儲層。

圖6 雙河研究區(qū)(雙882井)單井綜合柱狀圖

4.2 對儲層微觀結(jié)構(gòu)的影響

選取雙河研究區(qū)58個樣本和魏家樓研究區(qū)29個樣本進(jìn)行儲層微觀結(jié)構(gòu)參數(shù)的統(tǒng)計分析，如表2所示。

表2 研究區(qū)長6儲層壓汞曲線特征參數(shù)統(tǒng)計表

根據(jù)表2可知，雙河研究區(qū)儲層排驅(qū)壓力、中值壓力均大于魏家樓研究區(qū)，中值半徑、最大進(jìn)汞效率均小于魏家樓研究區(qū)，表明雙河研究區(qū)儲層孔隙半徑小，孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜，整體上差于魏家樓研究區(qū)。繪制黏土礦物含量、碳酸鹽含量與壓汞參數(shù)交會圖(見圖7)可知，單獨的某一種自生礦物對壓汞參數(shù)影響較小，壓汞參數(shù)受儲層內(nèi)自生碳酸鹽巖與自生黏土礦物含量共同影響。自生碳酸鹽巖與自生黏土礦物總量與中值壓力、排驅(qū)壓力正相關(guān)，與最大進(jìn)汞飽和度負(fù)相關(guān)。因此可知研究區(qū)的碳酸鹽巖膠結(jié)物與自生黏土礦物共同影響儲層的微觀結(jié)構(gòu)，使儲層性能變差。

圖7 碳酸鹽巖+黏土礦物含量與壓汞參數(shù)交會圖

5 結(jié)論

(1)雙河研究區(qū)的巖石主要為細(xì)粒長石砂巖，魏家樓研究區(qū)的巖石主要為中粒長石砂巖；成巖作用類型主要為壓實作用、膠結(jié)作用和溶蝕作用；雙河研究區(qū)碳酸鹽巖膠結(jié)物含量、黏土礦物含量均高于魏家樓研究區(qū)。

(2)壓實作用對于儲層物性主要起破壞作用，碳酸鹽巖、黏土礦物含量與滲透率均呈負(fù)相關(guān)，對儲層起破壞作用，造成儲層物性變差，溶蝕作用使儲層物性變好；不同層位的成巖作用有所差異，埋藏越深壓實作用強(qiáng)烈，儲層物性越差。

(3)碳酸鹽巖+黏土礦物含量與排驅(qū)壓力、中值壓力為正相關(guān)，與最大進(jìn)汞飽和度呈良好的負(fù)相關(guān)，兩者含量共同影響儲層的微觀物性，使儲層性能變差。