宋曉莉，楊明明,肖 鑫，馬志峰，李 樂(lè)，杜 偉

(1.蘭州城市學(xué)院培黎石油工程學(xué)院，甘肅蘭州 730070；2.西安石油大學(xué)；3.延長(zhǎng)油田股份有限公司瓦窯堡采油廠)

志丹地區(qū)長(zhǎng)2儲(chǔ)層物性特征及其控制因素

宋曉莉1,2，楊明明2,肖 鑫2，馬志峰3，李 樂(lè)2，杜 偉2

(1.蘭州城市學(xué)院培黎石油工程學(xué)院，甘肅蘭州 730070；2.西安石油大學(xué)；3.延長(zhǎng)油田股份有限公司瓦窯堡采油廠)

長(zhǎng)2儲(chǔ)層為志丹地區(qū)主要產(chǎn)油層組，屬于三角洲前緣亞相沉積，有利儲(chǔ)層主要分布于水下分流河道和河口壩處，儲(chǔ)層物性較差，綜合評(píng)價(jià)為中孔特低滲透型儲(chǔ)層。為了進(jìn)一步研究?jī)?chǔ)層物性特征和控制物性的主要影響因素，從沉積微相、成巖作用、微孔微裂縫、碎屑組分、碳酸鹽含量及黏土礦物含量等方面入手，分析了其對(duì)儲(chǔ)層物性的影響，并總結(jié)出研究區(qū)儲(chǔ)層物性的主要控制因素是沉積相帶和成巖作用。

志丹地區(qū)；儲(chǔ)層物性；長(zhǎng)2儲(chǔ)層；成巖作用

1 區(qū)域概況

志丹地區(qū)位于鄂爾多斯盆地陜北斜坡中部，總面積約為240 km2。該斜坡形成于早白堊世，呈向西傾斜的平緩單斜，平均坡降10 m/km，傾角小于1°，斷層不發(fā)育，主要發(fā)育鼻狀構(gòu)造[1-2]。

長(zhǎng)2儲(chǔ)層為研究區(qū)主要產(chǎn)油層段，屬于三角洲前緣亞相沉積，沉積微相可分為水下分流河道、河口壩、分流間灣和遠(yuǎn)砂壩等類(lèi)型,有利儲(chǔ)層主要分布于水下分流河道和河口壩微相。研究區(qū)儲(chǔ)層物性較差，孔隙度平均16.51%，滲透率平均為7.56×10-3μm2，綜合評(píng)價(jià)為中孔特低滲儲(chǔ)層。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)需要及實(shí)際分層方案，根據(jù)次級(jí)沉積旋回組合及輔助標(biāo)志層特征，自上而下將長(zhǎng)2油層組分為長(zhǎng)21、長(zhǎng)22及長(zhǎng)23三個(gè)亞油層組。

長(zhǎng)2段地層厚度90～120 m，儲(chǔ)層巖性主要以灰色、淺灰色長(zhǎng)石砂巖為主，此外也存在極少量的巖屑長(zhǎng)石砂巖。巖石薄片粒度圖像分析測(cè)定結(jié)果顯示，粒級(jí)成分以細(xì)砂為主，次為中砂和粉砂，泥質(zhì)含量極少。

2 儲(chǔ)層物性特征

2.1 孔隙度分布特征

根據(jù)大量巖心物性分析資料的統(tǒng)計(jì)，志丹地區(qū)長(zhǎng)2砂巖儲(chǔ)層孔隙度最大值為22.40%，最小值為0.7%，平均值為16.51%；主要分布區(qū)間在12.0%～20.0%，該范圍樣品占全部樣品的81.61%；分布主頻在16.0%～20.0%處。

縱向上，孔隙度自下而上呈先增大后減小趨勢(shì)。對(duì)各個(gè)小層孔隙度的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果(表1)表明，位于長(zhǎng)2最底部的長(zhǎng)23孔隙度最小，平均15.44%，向上到長(zhǎng)22平均值增大為17.54%，而從長(zhǎng)22到長(zhǎng)21孔隙度又呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢(shì)，平均值16.56%。

表1 志丹地區(qū)長(zhǎng)2儲(chǔ)層物性統(tǒng)計(jì)

2.2 滲透率分布特征

研究結(jié)果表明，志丹地區(qū)長(zhǎng)2儲(chǔ)層滲透率最大值為44.62×10-3μm2，最小值為0.03×10-3μm2，平均值為7.56×10-3μm2。滲透率分布呈近似正態(tài)單峰，分布范圍為(0.03～46.83)×10-3μm2，主要分布區(qū)間在(0. 1～10.0)×10-3μm2，該區(qū)間的樣品占總樣品的74.11%，分布主頻在(1.0～5.0)×10-3μm2處。

縱向上，從長(zhǎng)23到長(zhǎng)21滲透率逐漸變差，但總體上長(zhǎng)2各小層的滲透率較好(表1)。

2.3 孔、滲相關(guān)性

通過(guò)對(duì)孔隙度與滲透率之間的關(guān)系分析表明，本區(qū)長(zhǎng)2砂巖儲(chǔ)層孔隙度與滲透率在半對(duì)數(shù)坐標(biāo)中呈現(xiàn)較好的線性相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.64(圖1)。

圖1 志丹地區(qū)長(zhǎng)2孔隙度與滲透率關(guān)系

3 儲(chǔ)層物性影響因素分析

綜合研究和分析表明，影響區(qū)內(nèi)長(zhǎng)2砂巖儲(chǔ)層物性的因素較多，其影響因素主要包括沉積微相、成巖作用、微孔和微裂縫、微觀結(jié)構(gòu)、礦物成分及含量等多個(gè)方面。

3.1 沉積微相對(duì)儲(chǔ)層物性的影響

碎屑巖儲(chǔ)層物性與沉積作用密切相關(guān)，沉積微相控制著儲(chǔ)層砂巖顆粒的粒度、結(jié)構(gòu)成熟度和成分成熟度，因此儲(chǔ)集層在不同的相帶上其物性也具有差異性[3]。研究區(qū)沉積相帶分布簡(jiǎn)單，儲(chǔ)層在水下分流河道和河口壩處的物性較好。水下分流河道及河口壩主體的滲透率一般大于2×10-3μm2，水下分流河道及河口壩側(cè)體滲透率主要分布在(0.8～2.0)×10-3μm2，而分流間灣的滲透率一般小于0.8×10-3μm2(圖2)。

圖2 志丹地區(qū)長(zhǎng)2沉積相帶與滲透率等值線疊合圖

3.2 成巖作用的影響

研究區(qū)的成巖作用以壓實(shí)作用、膠結(jié)作用和溶蝕作用對(duì)儲(chǔ)層物性的影響最為明顯。

3.2.1 壓實(shí)作用

研究區(qū)長(zhǎng)2儲(chǔ)層砂巖經(jīng)歷了較強(qiáng)烈的機(jī)械壓實(shí)作用，是造成儲(chǔ)層物性變差的主要原因之一。壓實(shí)作用主要表現(xiàn)為：①石英、長(zhǎng)石等剛性顆粒發(fā)生破裂，并在其顆粒表面出現(xiàn)壓裂紋；②塑性巖屑、黑云母、泥質(zhì)膠結(jié)物、灰泥質(zhì)膠結(jié)物等塑性礦物發(fā)生塑性變形、扭曲、假雜基化，沿長(zhǎng)軸定向排列；③隨著壓實(shí)作用的增強(qiáng)，顆粒的接觸關(guān)系隨之發(fā)生變化，顆粒之間的接觸關(guān)系由點(diǎn)接觸變?yōu)榫€接觸甚至凹凸接觸；④綠泥石薄膜的發(fā)育和黏土礦物的析出附著在碎屑顆粒的表面，絲狀伊利石產(chǎn)生塔橋效應(yīng)，占據(jù)了孔隙空間，堵塞喉道，降低了孔隙度、滲透率?？偠灾?，壓實(shí)作用對(duì)原生孔隙破壞性較強(qiáng)，同時(shí)使孔隙和喉道迅速減小，孔隙類(lèi)型從大孔中喉變?yōu)橹锌准?xì)喉，最終變?yōu)樾】准?xì)微喉[4]。

根據(jù)Sherer(1987)建立的砂巖原始孔隙度計(jì)算公式計(jì)算得到研究區(qū)砂巖原始孔隙度平均值為36.70%，再根據(jù)壓實(shí)率計(jì)算公式得出研究區(qū)長(zhǎng)2砂巖的壓實(shí)率為32.40%～78.50%，平均55.45%。壓實(shí)率可定量表征壓實(shí)強(qiáng)度，從而表明壓實(shí)作用對(duì)物性破壞非常大，導(dǎo)致原始孔隙大部分被其破壞。

3.2.2 膠結(jié)作用

膠結(jié)作用在志丹地區(qū)內(nèi)普遍存在，是破壞原生孔隙的另一重要原因。研究區(qū)的膠結(jié)作用類(lèi)型可分為硅質(zhì)膠結(jié)作用、碳酸鹽膠結(jié)作用、黏土礦物膠結(jié)作用和長(zhǎng)石膠結(jié)作用。

志丹地區(qū)硅質(zhì)膠結(jié)和長(zhǎng)石膠結(jié)主要以石英次生加大、鈉長(zhǎng)石自生加大和孔隙充填式膠結(jié)為主，這些膠結(jié)作用使孔喉空間被占據(jù)，堵塞喉道，破壞了砂巖的原生孔隙。

志丹地區(qū)長(zhǎng)2儲(chǔ)層主要以方解石膠結(jié)物為主。方解石、鐵方解石充填部分或大部分孔隙空間，使原生孔隙度大大降低，由于成巖作用后期方解石溶蝕程度較弱，不易產(chǎn)生溶孔，所以碳酸鹽膠結(jié)物中的次生孔隙較少。

研究區(qū)的主要黏土礦物為綠泥石和伊利石。伊利石形成于晚成巖階段，多來(lái)源于混層黏土礦物的成巖演化，也可由黏土基質(zhì)重結(jié)晶或孔隙水沉淀而成，但其形成需要一定的物質(zhì)來(lái)源和介質(zhì)條件。在長(zhǎng)石砂巖中，伊利石易于形成，特別是在富鉀的堿性條件下有利于形成伊利石。伊利石呈不規(guī)則片狀、發(fā)絲狀披蓋在顆粒表面或填充于孔縫中，由于殘留粒間縫中出現(xiàn)伊利石搭橋現(xiàn)象，從而降低儲(chǔ)層的孔隙度和滲流能力。本區(qū)長(zhǎng)2砂巖綠泥石主要有兩種形態(tài)及產(chǎn)出，即早期的孔隙襯邊或薄膜綠泥石及晚期的孔隙充填綠泥石，其中以早期的綠泥石薄膜現(xiàn)象較為普遍。綠泥石薄膜的生長(zhǎng)能夠平衡部分壓實(shí)作用，既能使砂巖的原生孔隙及次生孔隙得以保存，又能在一定程度上抑制石英的膠結(jié)作用[5-7]?？傊G泥石薄膜或襯邊對(duì)長(zhǎng)2砂巖儲(chǔ)層具有雙重作用。

3.2.3 溶蝕作用

溶蝕作用屬于建設(shè)性的成巖作用，是形成研究區(qū)長(zhǎng)2油層組砂巖儲(chǔ)層次生孔隙的關(guān)鍵因素。被溶蝕的最主要成分是長(zhǎng)石。次生溶孔是本區(qū)長(zhǎng)2砂巖儲(chǔ)集空間的一個(gè)組成部分，不占主要地位，因?yàn)榇紊芸變H占總孔隙的17.78%。長(zhǎng)石沿其解理縫、微裂縫及顆粒邊緣被溶蝕形成溶蝕粒間孔，也常見(jiàn)局部長(zhǎng)石先發(fā)生碳酸鹽化，然后碳酸鹽礦物發(fā)生溶解而形成溶蝕粒內(nèi)孔，溶蝕粒間孔和溶蝕粒內(nèi)孔的形成也進(jìn)一步促進(jìn)和改善了孔隙喉道的發(fā)育及孔喉間的連通性。

3.3 微孔和微裂縫影響

通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析得出，本區(qū)長(zhǎng)2砂巖儲(chǔ)層中僅有少量微孔(主要指晶間孔)發(fā)育，只占總孔隙度的0.47%；微裂縫在本區(qū)長(zhǎng)2儲(chǔ)層局部區(qū)塊極少發(fā)育，僅占總孔隙度的0.01%，但是這些極少發(fā)育的蛇曲狀延伸微裂縫溝通了砂巖內(nèi)的粒間孔、溶蝕孔、微孔隙，形成了有效的孔隙和滲流通道，對(duì)儲(chǔ)層的滲透性有較好的貢獻(xiàn)。

3.4 碎屑組分及碳酸鹽含量和黏土礦物含量的影響

3.4.1 云母的影響

長(zhǎng)2儲(chǔ)層砂巖礦物成分中云母平均占3.08%，其對(duì)儲(chǔ)層物性的影響主要表現(xiàn)在壓實(shí)作用，使得塑性云母彎曲變形，隨之?dāng)D占粒間孔隙空間，這種情況可直接導(dǎo)致儲(chǔ)層物性變差。統(tǒng)計(jì)分析也發(fā)現(xiàn)孔隙度和滲透率隨著云母含量的增加有所降低，兩者呈現(xiàn)一定的負(fù)相關(guān)性。

3.4.2 碳酸鹽含量的影響

統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果表明，膠結(jié)礦物對(duì)儲(chǔ)層物性具有明顯的影響。隨著碳酸鹽含量的增加，孔隙度和滲透率隨之降低。比較而言，碳酸鹽含量與孔隙度的負(fù)相關(guān)性尤為明顯(圖3)，這說(shuō)明碳酸鹽膠結(jié)作用是造成儲(chǔ)層物性變差的主要原因。

3.4.3 黏土礦物含量的影響

統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果表明，黏土礦物對(duì)儲(chǔ)層物性具有一定的影響，隨著含量的增加，孔隙度和滲透率降低。黏土礦物含量與孔隙度和滲透率略呈負(fù)相關(guān)性，說(shuō)明黏土礦物是造成儲(chǔ)層物性變差的原因之一。

圖3 志丹地區(qū)長(zhǎng)2儲(chǔ)層碳酸鹽含量對(duì)儲(chǔ)層物性的影響

4 結(jié)論

(1)志丹地區(qū)長(zhǎng)2儲(chǔ)層物性較差，綜合評(píng)價(jià)為中孔特低滲透型儲(chǔ)層；孔隙度與滲透率在對(duì)數(shù)坐標(biāo)中呈現(xiàn)較好的線性相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.6406。

(2)沉積相帶和成巖作用對(duì)儲(chǔ)層物性起絕對(duì)的控制作用。分流河道和河口壩微相的儲(chǔ)層物性相對(duì)較好，是有利儲(chǔ)層的分布區(qū)。壓實(shí)作用破壞原生孔隙，同時(shí)使孔隙和喉道迅速減小，孔隙類(lèi)型由大孔中喉變?yōu)橹锌准?xì)喉，最終變?yōu)樾】准?xì)微喉，從而使原生孔隙大量損失；硅質(zhì)膠結(jié)作用、碳酸鹽膠結(jié)作用、黏土礦物膠結(jié)作用和長(zhǎng)石膠結(jié)作用為破壞原生孔隙的另一重要原因，但綠泥石對(duì)儲(chǔ)層物性有雙重作用；溶蝕作用屬于建設(shè)性的成巖作用，以長(zhǎng)石碎屑的溶蝕最為常見(jiàn)，形成了一定量的次生溶孔，對(duì)儲(chǔ)層物性的改善起著較大作用。

(3)研究區(qū)的微孔、微裂縫能形成有效的孔隙和滲流通道，對(duì)儲(chǔ)層滲透性有很好的貢獻(xiàn)，但其含量分別只占總孔隙度的0.47%、0.01%，故對(duì)儲(chǔ)層物性的貢獻(xiàn)極為有限。

(4)云母、碳酸鹽、黏土礦物的含量對(duì)儲(chǔ)層物性有一定影響，隨其含量的增加，儲(chǔ)層的物性也隨之變差，其中碳酸鹽含量對(duì)物性的影響尤為明顯。

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編輯：吳官生

1673-8217(2015)03-0025-04

2014-12-23

宋曉莉，1986年生，2010年畢業(yè)于西安石油大學(xué)石油工程專(zhuān)業(yè)，主要從事石油工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)及研究。

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