賴 錦，王貴文，2

(1.中國石油大學(xué)(北京)，北京 102249;2.油氣資源與探測國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102249)

引 言

儲(chǔ)集層的孔隙結(jié)構(gòu)特征指巖石所具有的孔隙和喉道的幾何形狀、大小、分布及其相互連通關(guān)系［1］?？紫督Y(jié)構(gòu)是影響儲(chǔ)層儲(chǔ)集、滲流能力和油氣開采能力的主要因素，明確儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)特征是充分發(fā)揮其油氣產(chǎn)能和提高油氣采收率的關(guān)鍵［2－5］。而儲(chǔ)層復(fù)雜孔隙結(jié)構(gòu)特征一般不是沉積時(shí)期形成的，而是在一定成巖環(huán)境中多期成巖改造作用的結(jié)果［6］。研究表明，孔隙結(jié)構(gòu)及演化受成巖作用、成巖礦物、成巖序列等因素的綜合控制［7］。通過成巖相的研究能夠確定儲(chǔ)層孔隙空間的形成和演化過程，以及成巖礦物對儲(chǔ)集物性的影響，從而較好地評(píng)價(jià)儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)［8］，預(yù)測有利孔滲發(fā)育帶及含油氣有利區(qū)的分布［9－10］。

蓬萊地區(qū)位于四川盆地中部，面積約8500 km2，其地表出露地層主要是上侏羅統(tǒng)蓬萊鎮(zhèn)組，褶皺平緩，斷層發(fā)育較少。須二段形成于辮狀河三角洲前緣水下分流河道、河口壩和水下分流間灣等沉積環(huán)境。巖性主要為中—細(xì)粒長石巖屑砂巖、巖屑砂巖，其成分成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度均處于低—中等，孔隙度為2.0% ～13.4%，平均為7.66%，滲透率為0.023 ×10－3～1.040 ×10－3μm2，平均為0.09×10－3μm2，總體為一平緩構(gòu)造背景下形成的孔隙結(jié)構(gòu)特征復(fù)雜的低孔低滲儲(chǔ)層。

儲(chǔ)層物性上的低孔低滲和復(fù)雜的孔隙結(jié)構(gòu)限制了研究區(qū)天然氣勘探和開發(fā)。因此，為了連續(xù)評(píng)價(jià)儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)在二維剖面上的特征和變化規(guī)律和尋找相對有利孔滲發(fā)育帶。首先根據(jù)須二段20塊巖心柱塞樣的壓汞實(shí)驗(yàn)，對儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類;其次利用普通薄片、鑄體薄片等資料，研究了須二段儲(chǔ)層成巖作用、成巖礦物類型、成巖環(huán)境和所處成巖階段等特征，利用成巖作用類型、強(qiáng)度和成巖礦物及其對儲(chǔ)層儲(chǔ)集物性的影響劃分出強(qiáng)壓實(shí)膠結(jié)相和強(qiáng)壓實(shí)不穩(wěn)定組分溶蝕相2種成巖相。通過不同成巖相與孔隙結(jié)構(gòu)特征對應(yīng)關(guān)系探討，認(rèn)為強(qiáng)壓實(shí)不穩(wěn)定組分溶蝕相對應(yīng)孔隙結(jié)構(gòu)最好，強(qiáng)壓實(shí)膠結(jié)相中的硅質(zhì)膠結(jié)次之，伊蒙混層再次之，鈣質(zhì)膠結(jié)最差。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合各成巖相測井響應(yīng)特征，通過巖心和薄片資料刻度測井建立了各成巖相的測井識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)，并以PX1井為例總結(jié)并歸納了各成巖相的剖面展布規(guī)律。根據(jù)成巖相的展布規(guī)律連續(xù)評(píng)價(jià)儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)在二維剖面上的特征和變化規(guī)律，為研究區(qū)下一步油氣勘探提供一定地質(zhì)依據(jù)。

1 須二段儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)特征

巖石薄片鏡下觀察結(jié)果表明，須二段儲(chǔ)層空間以次生溶蝕孔隙即粒內(nèi)溶孔、粒間溶孔為主，僅有少量原生孔隙、微裂縫。根據(jù)來自 PX1、PL2和PL6等井具代表性的40塊巖心柱塞樣的壓汞實(shí)驗(yàn)所獲得的物性和壓汞參數(shù)，參照西南油氣田分公司針對大川中須家河組儲(chǔ)層的分類標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)表(表1)對須二段儲(chǔ)層進(jìn)行分類。結(jié)果認(rèn)為須二段儲(chǔ)集巖孔隙結(jié)構(gòu)以III類中孔徑中喉道(占45%)和Ⅳ類小孔徑小喉道(占55%)為主?？傮w具細(xì)小孔隙、微細(xì)喉道、細(xì)歪度、分選差和孔喉連通性差的毛管壓力特征。

表1 利用物性、壓汞參數(shù)的孔隙結(jié)構(gòu)分類標(biāo)準(zhǔn)

2 須二段儲(chǔ)層成巖相劃分及其與孔隙結(jié)構(gòu)關(guān)系探討

成巖相是構(gòu)造、流體、溫壓等條件對沉積物綜合作用的結(jié)果，其核心內(nèi)容是現(xiàn)今的礦物成分和組構(gòu)面貌，預(yù)測有利孔滲性成巖相是儲(chǔ)集層研究和油氣勘探的重點(diǎn)［11－12］。

須二段儲(chǔ)層普遍經(jīng)歷中—強(qiáng)壓實(shí)作用、一定的膠結(jié)和溶蝕作用，主要表現(xiàn)為:原生粒間孔隙較少，一些柔性巖屑呈現(xiàn)定向排列現(xiàn)象，顆粒之間多為點(diǎn)—線、線接觸，個(gè)別為縫合線接觸，說明有壓溶現(xiàn)象發(fā)生［13］，剛性顆粒邊緣常出現(xiàn)微裂縫，自生石英、自形白云石和伊蒙混層充填孔隙空間，巖屑和長石發(fā)生一定程度溶蝕等。根據(jù)成巖相的內(nèi)涵——成巖作用(類型、強(qiáng)度)和成巖礦物，將儲(chǔ)層劃分為強(qiáng)壓實(shí)膠結(jié)相及強(qiáng)壓實(shí)不穩(wěn)定組分溶蝕相2種成巖相類型。由于儲(chǔ)層尤其是與須二段類似的低孔低滲儲(chǔ)層砂巖在埋藏過程中經(jīng)歷了較為復(fù)雜的成巖演化，故其孔隙結(jié)構(gòu)受成巖作用和成巖演化序列的影響很大［14］。通過儲(chǔ)層成巖相的研究確定儲(chǔ)集體內(nèi)孔隙空間的形成及其演化過程及成巖礦物對儲(chǔ)集物性的影響，從而較好地評(píng)價(jià)儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間類型、孔隙演化和孔隙結(jié)構(gòu)特征，還可結(jié)合測井、地震資料對成巖相進(jìn)行剖面展開與平面成圖從而實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)縱向及平面上的定性或定量評(píng)價(jià)。

2.1 強(qiáng)壓實(shí)膠結(jié)成巖相

蓬萊地區(qū)須二段儲(chǔ)層早期以壓實(shí)壓溶和膠結(jié)等破壞性的成巖作用為主，膠結(jié)物類型主要有硅質(zhì)、鈣質(zhì)、伊蒙混層。膠結(jié)作用導(dǎo)致儲(chǔ)層孔隙度和滲透率大為降低，孔隙結(jié)構(gòu)變差，對儲(chǔ)層物性起破壞作用。根據(jù)膠結(jié)物類型可將須二段強(qiáng)壓實(shí)膠結(jié)相進(jìn)一步細(xì)分為硅質(zhì)膠結(jié)、鈣質(zhì)膠結(jié)和伊/蒙混層膠結(jié)3種。

2.1.1 鈣質(zhì)膠結(jié)

研究區(qū)須二段儲(chǔ)層鈣質(zhì)膠結(jié)物主要是方解石和白云石，鈣質(zhì)膠結(jié)物一般分布于泥巖層相鄰的砂巖層段。鏡下可觀察到方解石或白云石較自形地充填于長石等溶蝕孔隙中(圖1)。鈣質(zhì)膠結(jié)相測井曲線上表現(xiàn)為密度大于2.6 g/cm3，電阻率也較高，曲線呈齒狀。成巖期形成的鈣質(zhì)膠結(jié)物使被壓實(shí)壓溶和膠結(jié)作用破壞的以及得到溶蝕作用改善的孔隙結(jié)構(gòu)再次遭到破壞，一般都形成了難以改造的致密層，對應(yīng)的孔隙結(jié)構(gòu)最差，排驅(qū)壓力值高，進(jìn)汞飽和度低。

圖1 109號(hào)巖樣毛管壓力曲線特征及對應(yīng)巖石薄片鏡下微觀成巖特征

2.1.2 硅質(zhì)膠結(jié)

須二段儲(chǔ)層硅質(zhì)膠結(jié)物主要是以自生石英和石英加大邊的形式存在，硅質(zhì)膠結(jié)物占據(jù)了一定的孔隙空間(圖2)，導(dǎo)致儲(chǔ)層孔隙變小、喉道變窄、物性下降，是研究區(qū)主要的破壞性成巖相。測井曲線上硅質(zhì)膠結(jié)表現(xiàn)為中—高密度，中—低聲波時(shí)差，低自然伽馬值。硅質(zhì)膠結(jié)相是研究區(qū)次于鈣質(zhì)膠結(jié)的破壞性成巖相，對應(yīng)的孔隙結(jié)構(gòu)也較差，一般具有較高的排驅(qū)壓力值，且由于硅質(zhì)膠結(jié)物對孔隙和喉道的堵塞，導(dǎo)致其物性也差。

圖2 96號(hào)巖樣毛管壓力曲線特征及對應(yīng)巖石薄片鏡下微觀成巖特征

2.1.3 伊蒙混層膠結(jié)

伊蒙混層和伊利石黏土膠結(jié)物雖不能完全充填孔隙空間，但其對儲(chǔ)層的滲透率有較大破壞作用，因此伊蒙混層充填也是對儲(chǔ)集物性起破壞性的成巖作用。伊蒙混層掃描鏡下形態(tài)介于伊利石和蒙脫石之間，為部分有序和有序混層(圖3)。伊蒙混層充填相測井上表現(xiàn)為高自然伽馬值，高中子測井孔隙度，低密度值(一般小于2.55 g/cm3)。一般來說，伊蒙混層等黏土礦物的充填對儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)的破壞是比較嚴(yán)重的，但105號(hào)儲(chǔ)集巖雖發(fā)育伊蒙混層充填成巖相，但仍具有相對高的孔隙度和滲透率，究其原因，應(yīng)該是與伊利石的不完全充填作用以及顆粒表面環(huán)邊狀的綠泥石對原生孔隙的保護(hù)作用有關(guān)。

圖3 105號(hào)巖樣毛管壓力曲線特征及對應(yīng)巖石薄片鏡下微觀成巖特征

2.2 強(qiáng)壓實(shí)不穩(wěn)定組分溶蝕相

成巖中后期由于有機(jī)質(zhì)生烴產(chǎn)生的有機(jī)酸H+和CO2而使地層水呈酸性，須二段砂巖儲(chǔ)層中不穩(wěn)定組分如長石、巖屑等被溶蝕而形成粒間溶孔、粒內(nèi)溶孔(圖4)等，構(gòu)成了須二段氣藏主要儲(chǔ)集空間。溶蝕相擴(kuò)大了孔隙空間，連通了喉道，導(dǎo)致儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)變好，對儲(chǔ)層物性來說是最主要的建設(shè)性成巖相。在測井曲線上其表現(xiàn)為低自然伽馬、低密度、中等中子。溶蝕作用在增加儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間的同時(shí)也有利于改善孔喉連通性，使儲(chǔ)層滲透性能增強(qiáng)。對應(yīng)的層段孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)育最好，對應(yīng)相對較低的排驅(qū)壓力值和較好的物性。

圖4 110號(hào)巖樣毛管壓力曲線特征及對應(yīng)巖石薄片鏡下微觀成巖特征

另外破裂作用雖然也是沉積物成巖過程中的廣義成巖作用，但由于巖心柱塞樣常取自巖心的致密部位，沒有宏觀裂縫發(fā)育的可能，因此本次研究不將破裂作用或相應(yīng)的破碎裂縫性單獨(dú)羅列出來并做其與孔隙結(jié)構(gòu)特征對應(yīng)關(guān)系的探討。

3 成巖相的剖面及平面分布規(guī)律

3.1 成巖相測井響應(yīng)特征

由于取心井和取心井段的限制，僅依靠取心資料不能獲得單井縱向上連續(xù)的成巖相劃分，只有通過巖心薄片資料刻度測井，找到成巖相的測井響應(yīng)［15］，才能獲得成巖相剖面和平面上的分布規(guī)律。結(jié)合前人研究成果［13］，針對蓬萊地區(qū)須二段儲(chǔ)層地質(zhì)特點(diǎn)，選取了對成巖相敏感的聲波時(shí)差、電阻率、自然伽馬、密度和中子5測井條曲線來實(shí)現(xiàn)研究區(qū)須二段儲(chǔ)層成巖相的各井縱向上的連續(xù)劃分(表2)。

表2 蓬萊地區(qū)須二段儲(chǔ)層成巖相測井響應(yīng)特征

3.2 成巖相剖面分布規(guī)律

圖5 PX1井須二段縱向上成巖相劃分(2840～2875m深度段，1為干層，2為氣層)

限于篇幅，本文僅以 PX1井為例 (圖5)。試氣結(jié)論中，氣層所對應(yīng)的成巖相類型多為強(qiáng)壓實(shí)不穩(wěn)定組分溶蝕相 (圖5中2號(hào)層)。而強(qiáng)壓實(shí)膠結(jié)相發(fā)育層段試氣結(jié)果均不理想，均為干層(如圖5中1號(hào)層)，縱向上強(qiáng)壓實(shí)不穩(wěn)定組分溶蝕相與優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層分布具有良好的相關(guān)性。通過前面的探討可知，強(qiáng)壓實(shí)不穩(wěn)定組分溶蝕相對應(yīng)孔隙結(jié)構(gòu)最好，強(qiáng)壓實(shí)膠結(jié)相中的伊蒙混層充填相次之，硅質(zhì)膠結(jié)相再次之，鈣質(zhì)膠結(jié)相對應(yīng)儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)最差，由此可利用成巖相的縱向展布評(píng)價(jià)儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)縱向上的特征和變化規(guī)律 (圖5)。

4 結(jié)論

(1)川中蓬萊地區(qū)須二段總體為一形成于平緩構(gòu)造背景的具復(fù)雜孔隙結(jié)構(gòu)特征的典型低孔低滲儲(chǔ)層，總體具細(xì)小孔隙、微細(xì)喉道、細(xì)歪度、分選差和孔喉連通差的毛管壓力特征。

(2)根據(jù)成巖作用類型和強(qiáng)度、成巖礦物及其對儲(chǔ)層儲(chǔ)集物性的影響，將須二段儲(chǔ)層劃分為2種成巖相:強(qiáng)壓實(shí)膠結(jié)相和強(qiáng)壓實(shí)不穩(wěn)定組分溶蝕相。其中，強(qiáng)壓實(shí)不穩(wěn)定組分溶蝕相層段對應(yīng)孔隙結(jié)構(gòu)最好，強(qiáng)壓實(shí)膠結(jié)相中的伊蒙混層充填相次之，硅質(zhì)膠結(jié)相再次之，鈣質(zhì)膠結(jié)相對應(yīng)儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)最差。

(3)利用對成巖相較敏感的聲波時(shí)差、電阻率、自然伽馬、密度、中子5條測井曲線，建立了須二段儲(chǔ)層成巖相測井識(shí)別模式和準(zhǔn)則，由此可利用成巖相的縱向展布評(píng)價(jià)儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)縱向上的特征和變化規(guī)律。

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