胡 斌 郭素杰 于海軍 馮曰全 李 艷 于偉高 顏懷羽

(①中國石油渤海鉆探工程有限公司第二錄井分公司；②中國石油華北油田公司勘探事業(yè)部)

0 引 言

近年來，油田勘探開發(fā)目標向“難、非”領域發(fā)展，位于廊固凹陷東北部的楊稅務潛山構造帶，具有億噸級儲量，是華北油田油氣接替的新領域[1]。該區(qū)自20世紀80年代開始啟動勘探開發(fā)，到目前為止，已完成了11口井鉆探，油氣顯示主要集中在奧陶系，前期分別對馬家溝組及亮甲山組進行了大型酸壓改造，大部分井能夠獲得高產(chǎn)油氣流，但有的井測錄井均顯示較好，壓裂試油結果卻差強人意[2]，有的井氣測顯示低但壓裂后卻喜獲高產(chǎn)。這表明楊稅務潛山儲集層非均質性強，橫向變化大[3]。本文綜合應用XRD礦物分析及巖石薄片鑒定技術對研究區(qū)奧陶系巖石成分構成、微觀結構和孔縫發(fā)育情況開展分析，明晰楊稅務潛山奧陶系地層的微觀特征、儲集空間類型及儲集層物性影響因素，對儲集層進行精細評價，取得了較好的效果[4]，為下一步試油及儲集層改造選層提供了科學依據(jù)[5]。

1 方法原理

1.1 XRD巖性精細識別

XRD(X Ray Diffraction)全稱為X射線衍射全巖礦物分析，根據(jù)巖性不同，礦物含量存在差異的原理，可以通過定量分析確定巖石礦物含量的變化，達到巖性定名的目的。該技術適用于礦物及物相鑒定分析，可定量檢測樣品的礦物組成，根據(jù)礦物含量變化實現(xiàn)成分構成精細定名，從而解決細碎巖屑辨識難題。

已鉆井資料表明，楊稅務潛山主要目的層位為奧陶系碳酸鹽巖地層，巖性主要包括灰?guī)r、白云巖及過渡類型的復雜巖性。根據(jù)鉆井取心實物XRD分析，判定碳酸鹽巖主要是由方解石、白云石、鐵白云石以及黏土、石英、長石等礦物組成。因此，以方解石作為灰?guī)r主要判定礦物，以白云石+鐵白云石作為白云巖主要判定礦物，以黏土+石英等雜基作為泥質含量判定組合，參考沉積巖定名方法，建立了XRD礦物分析碳酸鹽巖定名標準(表1)，實現(xiàn)了礦物成分精細定名[6]。

1.2 巖石薄片鑒定

巖石薄片鑒定技術是在偏光顯微鏡下鑒定透明礦物和巖石類型的一種方法。將礦物或巖石標本磨制成薄片后，在偏光顯微鏡下觀察其結晶特點，確定巖石的礦物成分，分析其結構、構造、礦物的生成順序，確定巖石類型及其成因特征，最后認定巖石名稱。該方法主要依靠巖石礦物組成、結構、構造進行巖性定名[5]。

楊稅務潛山為碳酸鹽巖地層，成分為方解石、白云石，主要由晶粒、顆粒、膠結物三種結構組成，少見灰泥、云泥(饅頭組的泥灰?guī)r)和生物格架。晶粒類結構(泥晶、粉晶、細晶)灰?guī)r、白云巖最為常見；顆粒類結構主要為內碎屑(如奧陶系鳳山組、長山組、崮山組的竹葉狀灰?guī)r)，也見生物碎屑、鮞粒(如張夏組的鮞?；?guī)r)、藻粒等；膠結物主要沉積于顆粒之間，結晶方解石和白云石分為泥晶和亮晶兩種(在楊稅務潛山顆粒組構中較為常見)。

表1 碳酸鹽巖XRD礦物成分定名標準

2 奧陶系儲集層巖石學特征

根據(jù)11口潛山井巖石薄片鑒定資料，楊稅務潛山奧陶系碳酸鹽巖儲集層巖性種類較多，具有礦物成分簡單，巖石類型多樣，巖石結構復雜的特點。礦物成分主要為方解石，其次為白云石，少量石膏、燧石、鐵礦和黏土礦物。硬石膏等鹽巖類含量較少，基本在3%以下，泥質1%～15%，黃鐵礦0～1%。巖石結構較為復雜，包括顆粒、晶粒、云斑和角礫結構等。主要巖性為泥晶灰?guī)r、泥粉晶云巖等。而從XRD分析數(shù)據(jù)來看，亮甲山組白云石含量最高，上馬家溝組、下馬家溝組以及冶里組方解石含量較高，同時冶里組地層泥質含量最低(圖1)。

鉆遇的潛山奧陶系地層自上而下分別為峰峰組、上馬家溝組、下馬家溝組、亮甲山組、冶里組。通過11口已鉆井1492塊巖屑、巖心偏光薄片及XRD精細分析，進一步深化楊稅務潛山奧陶系地層微觀特征認識。

圖1 楊稅務潛山奧陶系礦物含量統(tǒng)計柱狀圖

2.1 峰峰組

從11口井XRD分析數(shù)據(jù)來看，該組白云石含量一般為20%～60%；方解石含量一般為15%～60%；泥質含量一般為17%～40%。巖性以灰?guī)r為主，夾泥灰?guī)r、灰質白云巖、白云巖等。通過250塊薄片樣品鑒定分析總結，該段上部為褐灰色灰?guī)r夾灰黃色白云巖, 鏡下上段以泥晶灰?guī)r為主，有的結晶稍粗、見砂礫屑灰?guī)r，泥質含量2%～4%，個別見板條狀石膏，有的樣品中見縫合線、溶蝕孔洞，方解石充填；下部為灰黃色、灰色白云質泥灰?guī)r、泥質白云巖，夾褐灰色灰?guī)r及紫紅色泥質白云巖，鏡下以泥粉晶、泥晶白云巖為主，可見殘余砂礫屑結構，常見云化作用，泥質含量稍高，個別達到15%，可見發(fā)育溶蝕孔(圖2)。

圖2 峰峰組地層巖石偏光薄片分析

2.2 上馬家溝組

該組XRD礦物成分主要為方解石，含量最高達80%，其次為白云石，二者含量一般在90%以上，泥質含量一般為15%～25%，少量硬石膏、硅質及陸源石英、長石等。上部主要為灰?guī)r與白云巖互層，夾薄層灰質白云巖； 中部以厚層狀灰?guī)r為主，夾白云巖、含泥灰?guī)r；底部以云質灰?guī)r、灰質云巖為主。通過348塊薄片樣品鑒定分析總結，巖石較峰峰組更純，泥質含量低，仍具風化特征；鏡下以泥晶灰?guī)r為主，夾泥晶白云巖、粉晶白云巖、云質灰?guī)r。方解石+白云石含量一般大于90%，泥質含量2%～15%，少數(shù)大于20%，一般為4%～8%；見少量長石、石英陸源碎屑，見白云巖化；可見構造縫、縫合線、溶蝕構造復合縫等發(fā)育，主要由方解石、白云石、石膏、泥質、硅質、碳質等充填(圖3)。

圖3 上馬家溝組地層巖石偏光薄片分析

2.3 下馬家溝組

根據(jù)XRD礦物成分分析，該組礦物成分主要為方解石，含量一般為45%～60%；其次為白云石，含量一般為25%～50%；二者含量一般在90%以上，部分泥質，少量石膏及石英、長石陸源碎屑等。上部以灰質云巖為主,夾薄層灰質灰?guī)r、泥云巖；下部以厚層云灰?guī)r為主，夾薄層灰云巖。鏡下以泥晶灰?guī)r、含泥質泥晶灰?guī)r為主，部分泥粉晶云巖、灰質云巖。方解石+白云石含量一般大于90%，泥質含量2%～18%，少數(shù)大于30%，一般為8%～14%；見少量介形、棘皮類等生物碎屑，見白云巖化；可見構造縫、縫合線、溶蝕縫等，多由方解石、硅質、有機質等充填，偶見晶間孔(圖4)。

圖4 下馬家溝組地層巖石偏光薄片分析

2.4 亮甲山組

亮甲山組礦物成分主要為白云石，含量一般為10%～80%；其次為方解石，含量一般為15%～30%，部分泥質，少量石英、長石陸源碎屑等。巖性上部以黑色、深灰色白云巖為主，夾灰色、深灰色灰?guī)r；下部為深灰色灰?guī)r，夾灰褐色灰?guī)r，及灰色白云巖，本組含少量燧石條帶團塊。鏡下顯示中上部為大段的泥晶、泥粉晶白云巖，部分粉晶、細晶云巖，泥質含量4%～8%，個別達到18%，多呈條帶狀分布；下部為泥晶灰?guī)r，少量亮晶砂屑灰?guī)r、藻屑泥晶灰?guī)r，泥質含量6%～9%，最多可達11%，可見晶間孔、溶蝕孔隙及構造縫、縫合線等(圖5)。

圖5 亮甲山組地層巖石偏光薄片分析

2.5 冶里組

根據(jù)礦物成分分析，冶里組礦物成分主要為方解石，含量一般為35%～70%；其次為白云石，含量一般為10%～20%；泥質含量除AT 101X井外一般為12%～20%。巖性上部以深灰色、灰色灰?guī)r為主，含白云質泥灰?guī)r，及小竹葉狀灰?guī)r，泥質條帶灰?guī)r，下部以厚層灰色灰?guī)r為主，巖性較純，PDC復合鉆井條件下巖屑細碎，難以見到竹葉狀灰?guī)r。該組地層沉積較薄，一般為30～50 m，顏色變淺，高伽馬灰?guī)r為底部標志層；薄片樣品鑒定以厚層灰?guī)r、泥灰?guī)r為主，見竹葉狀灰?guī)r，鏡下為大段的泥晶灰?guī)r、含泥質泥晶灰?guī)r，少量砂屑灰?guī)r、云斑泥晶灰?guī)r，底部見粉晶云巖。泥質含量一般為3%～5%，個別可達到20%；見少量介形類、棘皮類等生物碎屑，可見方解石充填的溶蝕孔隙及構造縫等。

冶里組碳酸鹽巖以泥晶結構為主，部分泥晶砂屑結構，少量粉晶及云斑結構，見構造縫，溶蝕孔、縫，均被方解石充填，孔隙有效性較差(圖6)。

圖6 冶里組地層巖石偏光薄片分析

3 奧陶系儲集空間特征

根據(jù)巖心觀察、薄片鑒定及鉆井、試油情況綜合分析結果(表2)，楊稅務潛山主要儲集層分布在奧陶系，受不同成因控制，發(fā)育有晶間(溶)孔、構造溶蝕縫和構造縫三種儲集空間與巖性具相關性：云巖發(fā)育段以晶間(溶)孔為主，其次為溶蝕縫，泥質含量越低，晶粒結晶越粗大，晶間孔越發(fā)育；灰?guī)r發(fā)育段以構造縫、溶蝕微裂縫為主。云巖與灰?guī)r間互段以微裂縫-晶間(溶)孔為主，構造縫、構造-溶蝕縫在云巖、灰?guī)r段皆有發(fā)育，對儲集層影響非常大，是溝通潛山及內幕儲集層的有效通道。氣測顯示活躍段巖性既有云巖，也有灰?guī)r。下馬家溝組下段-亮甲山組、下馬家溝組上段-上馬家溝組下段、峰峰組下段-下馬家溝組上段白云巖發(fā)育段以晶間(溶)孔為主，其次為溶蝕縫；上馬家溝組中段灰?guī)r以構造縫、溶蝕微裂縫為主；峰峰組下段、上馬家溝組上段、下馬家溝組上段云巖與灰?guī)r的間互段以微裂縫-晶間(溶)孔為主。

表2 楊稅務潛山儲集空間分布情況

根據(jù)儲集層儲集空間類型、儲集空間的有效性、泥質含量以及白云石含量，對潛山奧陶系地層各組段的儲集層發(fā)育情況進行如下排序：亮甲山組儲集層最為發(fā)育；其次是上馬家溝組、下馬家溝組；峰峰組儲集層發(fā)育最差。結合測井綜合解釋結果、巖心物性分析結果，與薄片、礦物分析儲集層認識較為一致，均指向白云巖井段為奧陶系有利儲集層，亮甲山組最好。

薄片資料統(tǒng)計表明，儲集空間類型為孔隙類的樣品占樣品總數(shù)的一半以上，其余為裂縫型儲集空間類型，進一步說明亮甲山組巖性較純，在溶蝕作用和構造作用下易于產(chǎn)生孔縫，儲集層發(fā)育較好，利于油氣成藏(圖7)。

圖7 主要儲集空間類型

4 影響楊稅務潛山儲集層發(fā)育的主要因素

通過觀察、對比分析已鉆井巖心、巖石薄片、鑄體薄片等得出，影響楊稅務潛山儲集層發(fā)育的因素主要有成巖作用(云化作用、巖溶作用、壓實作用)、巖性及應力作用等。

4.1 成巖作用因素

成巖作用對儲集層性質的影響非常大，尤其是膠結作用和溶蝕作用，可以產(chǎn)生、充填和完全改造孔隙。主要的成巖作用包括云化重結晶作用、巖溶作用、壓實作用。云化作用在峰峰組下段-上馬家溝組上段、上馬家溝組下段-下馬家溝組上段、亮甲山組較為發(fā)育，白云石含量較高；巖溶作用主要發(fā)育在峰峰組頂部巖溶面之下200 m左右范圍內，在不同井存在較大差異；壓實作用以縫合線等為特征，在全區(qū)皆有發(fā)育。

4.2 巖性因素

因巖石結構和礦物組分差異，溶蝕特征也有明顯差別。巖溶作用主要發(fā)育在峰峰組頂部巖溶面之下200 m左右范圍內，且不同井間存在較大差異。

石灰?guī)r結構致密，但方解石易溶，因而溶蝕作用主要沿斷裂、裂縫和層面進行；白云石較抗溶，但因白云巖結構較疏松，原始孔滲性好，溶蝕作用不僅沿斷裂、裂縫和層面進行，同時在基巖中有更大規(guī)模的溶蝕作用，溶蝕過程中比表面積遠大于石灰?guī)r，因此云巖類為有利儲集巖。通過巖心資料進一步分析白云巖的儲集層物性，因為楊稅務潛山井鉆井取心較少，僅有兩口井在潛山儲集層段有少量取心，所以實測物性數(shù)據(jù)也較少。AT 2X、AT 3兩口井經(jīng)實測物性數(shù)據(jù)分析顯示均屬于特低孔型儲集層，泥晶白云巖孔隙度較低，滲透性差，基本不具備形成優(yōu)質儲集層的物性條件。粉晶、細晶白云巖粒間發(fā)育晶間孔及晶間溶孔，具有較高的孔隙度、滲透率，孔隙度為3.9%～7.2%(平均4.2%～6.6%)，是形成儲集層最有利的巖石類型，晶間孔、晶間溶孔主要發(fā)育在泥晶白云巖、粉晶白云巖中，對應井段油氣顯示也較活躍(圖8)。

圖8 不同類型白云巖孔隙度柱狀圖

4.3 應力作用因素

構造應力作用以裂縫發(fā)育的形式展現(xiàn)，不同井儲集層構造作用發(fā)育程度差異較大。前人研究表明，冀中坳陷北部中生代至少發(fā)育兩期規(guī)模較大的逆沖構造，即印支期受到揚子板塊向北俯沖作用影響而形成的近EW向逆沖構造，燕山早期受到中國東部古太平洋板塊NW向俯沖作用的影響而形成的NE向逆沖構造。這兩次構造活動發(fā)育了多條近EW向和NE向的逆沖斷層，而在逆沖斷層上盤極易發(fā)生擴張裂縫和剪切裂縫，這些裂縫促進了區(qū)內碳酸鹽巖裂縫儲集層的發(fā)育。這兩次構造運動造成大規(guī)模逆沖褶皺現(xiàn)象，使?jié)撋郊皟饶荒鏇_構造更為發(fā)育，本來平坦的地層發(fā)生褶皺傾斜，地層產(chǎn)狀開始形成一定角度，潛山內幕地層在逆沖斷裂處直接暴露于地表，不僅有利于發(fā)生表生巖溶作用，還有利于發(fā)生順層巖溶作用以及受斷裂控制的巖溶作用，從而更有利于多種巖溶作用的形成，使楊稅務潛山內幕溶蝕孔、洞、縫均較為發(fā)育(圖9)。整體上看，峰峰組-上馬家溝組上段、上馬家溝組下段

圖9 儲集層影響因素鏡下特征

至下馬家溝組上段的云巖發(fā)育段皆有發(fā)育，在大套灰?guī)r發(fā)育的上馬家溝組下段則欠發(fā)育，斷裂、裂縫、節(jié)理等的發(fā)育程度是巖溶發(fā)育的先決條件之一，為大規(guī)模流體滲入、溶蝕、泄出提供了有利條件[1]。

5 結 論

(1)通過XRD分析可以看出亮甲山組白云石含量最高，上馬家溝組、下馬家溝組以及冶里組方解石含量較高，同時冶里組地層泥質含量最低。

(2)奧陶系發(fā)育大套碳酸鹽巖,儲集層段集中在峰峰組下部-上馬家溝組上部、上馬家溝組下部和下馬家溝組上部，奧陶系地層云斑發(fā)育，白云化成連片狀，白云巖富集層段，儲集性能較好。

(3)楊稅務潛山儲集層主要發(fā)育晶間(溶)孔、構造溶蝕縫和構造縫三種儲集空間類型。白云巖發(fā)育段以晶間(溶)孔為主，其次為溶蝕縫；灰?guī)r發(fā)育段以構造縫、溶蝕微裂縫為主；云巖與灰?guī)r間互段以微裂縫-晶間(溶)孔為主。

(4)峰峰組上部發(fā)育一套受巖溶作用控制的儲集層，有一定的儲集性能；上馬家溝組中下部灰?guī)r中發(fā)育一套云巖富集段，儲集性能較好；亮甲山組發(fā)育厚層的白云巖，發(fā)育有晶間(溶)孔等，儲集性能較好。

(5)楊稅務潛山儲集層分布變化較大，集中分布在奧陶系，電性分析均屬于低孔型-特低孔型儲集層，裂縫發(fā)育不均；上馬家溝組下段、亮甲山組為本區(qū)相對最好碳酸鹽巖儲集層；峰峰組下段、上馬家溝組上段、下馬家溝下段為本區(qū)較好的碳酸鹽巖儲集層；峰峰組上段為本區(qū)相對較差的碳酸鹽巖儲集層。

(6)區(qū)內儲集層受成巖作用、巖石類型、裂縫發(fā)育程度共同控制，云巖類是有利儲集巖，儲集類型主要為裂縫-孔隙型。