仲米劍，劉喜杰，萬 歡，劉玉明，逄建東，郭清正，石雪峰，葛 巖

(中海油能源發(fā)展股份有限公司 工程技術(shù)分公司，天津 300452)

0 引言

海安凹陷是蘇北盆地富油凹陷之一，早期油氣勘探目的層系主要圍繞泰州組展開，凹陷南部被認為是“皮厚肉薄”的貧油帶[1]。隨資源規(guī)模、油氣成藏認識的提升，海安凹陷勘探在主力勘探層系、有利區(qū)帶及目標類型等方面發(fā)生轉(zhuǎn)變，以曲塘次凹阜寧組三段(阜三段)灘壩型儲層為目的層段的巖性油氣藏進入油氣勘探領(lǐng)域，成為重要勘探目標[2-5]。目前，已形成灘壩砂體構(gòu)型表征及模式、利用地震屬性及儲層反演實現(xiàn)對灘壩薄儲層砂體的儲層預(yù)測評價技術(shù)[6-7]，提高勘探成效，并指導(dǎo)發(fā)現(xiàn)灘壩型巖性油氣藏，預(yù)示海安凹陷灘壩型儲層具有較大的勘探潛力[8-9]。人們開展對海安凹陷阜寧組儲層成巖作用、儲層四性關(guān)系判別解釋、儲層主控因素分析的相關(guān)研究，郗鵬等[10]認為，海安凹陷屬于典型的低孔特低滲致密砂巖儲層，壓實、膠結(jié)作用導(dǎo)致儲層致密，溶解作用改善儲層物性；楊皓凱等[11]認為，中孔中低滲的粉砂巖和泥質(zhì)粉砂巖為阜三段有利儲層；冉懷江[12]認為，沉積、成巖及構(gòu)造作用對海安凹陷阜三段優(yōu)質(zhì)儲層發(fā)育產(chǎn)生重要影響。相比于高郵、金湖等勘探程度較高的凹陷，海安凹陷的研究主要是從單一因素開展，各因素之間關(guān)聯(lián)性不強，缺乏系統(tǒng)性綜合評價，并且隨勘探開發(fā)程度的不斷深入，無法滿足各次凹精細化勘探的需要。因此，有必要通過儲層主控因素分析對曲塘次凹阜三段儲層進行研究，彌補在儲層評價方面的不足。

利用常規(guī)壓汞與恒速壓汞實驗相結(jié)合的方式，闡明孔隙結(jié)構(gòu)是導(dǎo)致研究區(qū)儲層物性，尤其是滲透率差異性的影響因素及原因；結(jié)合成巖作用定量化評價，對儲層物性主控因素進行分析，開展儲層分類評價，為進一步落實曲塘次凹油氣資源評價、油藏規(guī)模和產(chǎn)能建設(shè)提供依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)特征

蘇北盆地為典型箕狀斷陷盆地，具有“坳—斷—坳”三層結(jié)構(gòu)特征[13]。海安凹陷總體表現(xiàn)為“七次凹夾一斷隆”的構(gòu)造格局，自北向南依次分布孫家洼、豐北、富安、新曹、新街、海北和曲塘次凹。以泰州凸起和海中斷隆為界，北側(cè)為北傾斷層控制的箕狀凹陷，南側(cè)為南傾斷層控制的箕狀凹陷，由北傾斷控箕狀凹陷、泰州凸起和海中斷隆，以及南傾斷控箕狀凹陷共同組成海安凹陷塹壘構(gòu)造[14](見圖1)。

圖1 海安凹陷構(gòu)造形態(tài)及地層特征(據(jù)文獻[14]修改)

曲塘次凹發(fā)育白堊系—第四系，總厚度約為5 km，自下而上分別發(fā)育赤山組、泰州組、阜寧組、戴南組、三垛組、鹽城組、東臺組。次凹內(nèi)的沉積地層以古近系中、下部為主體。除三垛運動使?jié)u新統(tǒng)缺失以外，真武運動對海安凹陷戴南組剝蝕嚴重，戴南組二段全部缺失，其他各套地層自上白堊統(tǒng)向上全部發(fā)育。古近系阜寧組自下而上分為阜寧組一段、二段、三段和四段。阜三段沉積時期主要為濱淺湖沉積環(huán)境，可進一步劃分為壩砂、灘砂和濱淺湖泥，灘壩沉積主要為波浪對高郵凹陷浪控三角洲前緣砂體的再次分配作用而形成[15]。

2 儲層物性及孔隙結(jié)構(gòu)特征

2.1 巖石學(xué)及物性特征

曲塘次凹阜三段砂巖類型整體為巖屑長石砂巖，長石、石英、巖屑平均占比分別為30.3%、46.1%、23.6%，磨圓度為次棱—次圓狀。填隙物體積分數(shù)較高，主要介于30.00%～40.00%，平均為33.23%，以泥質(zhì)雜基為主，占比可達22.6%；膠結(jié)物類型較豐富，包括鐵白云石、鐵方解石等碳酸鹽膠結(jié)物，以及黃鐵礦、高嶺石、綠泥石等黏土礦物膠結(jié)物，石英次生加大邊呈Ⅱ級(見圖2)，膠結(jié)類型主要為孔隙式膠結(jié)。碎屑顆粒主要表現(xiàn)為不等粒砂巖，以細砂—細粉砂為主，體積分數(shù)分別為28.56%、26.48%；其次為極細砂、粗粉砂。細粉砂巖平均粒徑為4.10?，標準偏差平均為2.25；偏態(tài)為正偏，平均為0.42，峰態(tài)為中等—偏尖銳，平均為1.06。

圖2 吉X井阜三段砂巖填隙物類型

利用壓汞法測得阜三段儲層孔隙度主要介于10.00%～20.00%，平均為15.95%；滲透率變化較大，主要介于(0.10～1.00)×10-3μm2，平均為0.44×10-3μm2，為中孔、超低—特低滲儲層。孔滲相關(guān)關(guān)系一般(見圖3)，在常規(guī)孔滲趨勢背景下以滲透率偏高為特點，可能與建設(shè)性成巖作用對儲層改造或裂縫有關(guān)。

圖3 阜三段孔隙度與滲透率交會

2.2 孔隙類型及結(jié)構(gòu)特征

鑄體薄片資料顯示，次生溶蝕孔隙是阜三段儲層的主要孔隙類型，以粒內(nèi)溶蝕孔隙及顆粒溶蝕孔隙為主(見圖4(a-b))，還可見殘余粒間孔(見圖4(c))，面孔率較低，平均為2.20%?？紫抖啾荒噘|(zhì)雜基、黏土礦物膠結(jié)物及碳酸鹽膠結(jié)物充填。

圖4 吉X井阜三段儲層主要孔隙類型

壓汞實驗可以定量刻畫儲集砂體的孔喉微觀結(jié)構(gòu)特征[16-21]。采用常規(guī)壓汞與恒速壓汞實驗相結(jié)合的方法，刻畫孔喉組合結(jié)構(gòu)特征，以認識孔隙和喉道對于儲層滲透性的控制作用。

阜三段常規(guī)壓汞平均孔喉半徑為0.156 μm，分選因數(shù)介于1.50～3.00，粗、細歪度均有分布，排驅(qū)壓力平均為1.92 MPa，中值壓力平均為24.02 MPa，平均最大進汞飽和度為80.75%(見表1)。

表1 吉X井阜三段常規(guī)壓汞孔隙結(jié)構(gòu)物性參數(shù)

恒速壓汞分析結(jié)果(見表2)顯示，最終進汞飽和度主要以喉道的貢獻為主，且總喉道進汞飽和度是總孔隙進汞飽和度的兩倍以上。喉道對儲層滲透性具有明顯的控制作用，較高的孔喉半徑比及較低的總孔喉體積比是超低—特低滲透率的主要原因。雖然孔隙度相差不大，但滲透率和進汞飽和度出現(xiàn)較大差異。原因在于平均喉道半徑和總孔喉體積比越高，平均孔喉半徑比和迂曲度越低，喉道的性能相對更優(yōu)越，更有利于改善儲層的滲透性。

表2 吉X井阜三段恒速壓汞孔隙結(jié)構(gòu)物性參數(shù)

吉X井阜三段孔喉半徑普遍小于1.000 μm，屬于微細喉，孔喉半徑分布的峰位在0.010～0.040 μm之間。當0.400 μm<孔喉半徑<1.000 μm時，隨孔喉半徑的減小，分布頻率增加，滲透率貢獻率也隨之增加；當孔喉半徑<0.400 μm時，隨孔喉半徑的減小，滲透率整體呈較快速遞減趨勢，與分布頻率無明顯相關(guān)關(guān)系；當孔喉半徑<0.010 μm時，對滲透率幾乎無貢獻(見圖5)。

圖5 吉X井阜三段孔喉半徑對滲透率貢獻分布

根據(jù)孔隙結(jié)構(gòu)特征及其與孔隙度、滲透率之間的相關(guān)關(guān)系，儲集砂體物性、孔隙結(jié)構(gòu)具有復(fù)雜性，影響因素具有多樣性。如滲透率與最大孔喉半徑、平均孔喉半徑呈正相關(guān)關(guān)系，孔喉半徑越大，滲透率越高，與中值半徑相關(guān)關(guān)系較差，因此，不能將中值半徑等同于平均孔喉半徑，孔喉分選具有明顯的差異性。歪度與滲透率、孔喉半徑無明顯相關(guān)關(guān)系(見圖6(a-b))，負歪度對應(yīng)的滲透率、孔喉半徑普遍高于正歪度的，歪度代表的偏大孔喉半徑或偏小孔喉半徑是相對自身孔喉半徑的，不具備絕對性。同樣，相對分選因數(shù)與分選因數(shù)為喉道分選程度的反映，具有負相關(guān)關(guān)系(見圖6(c))，其相關(guān)關(guān)系也具有相對性。雖然分選因數(shù)低，但在小孔喉半徑條件下，相對分選因數(shù)偏高，表現(xiàn)為即使相對小孔分選較好，其物性也可能較差；相對大孔雖然分選較差，但物性也可能較好。因此，在比較量綱不同的兩個隨機變量的分散程度時，用相對分選因數(shù)可以消除隨機變量產(chǎn)生的相互影響。在孔隙結(jié)構(gòu)評價時，應(yīng)有針對性地選取相關(guān)壓汞參數(shù)進行評價。曲塘次凹阜三段儲層的平均孔喉半徑、排驅(qū)壓力、相對分選因數(shù)等參數(shù)可作為儲層分類評價的參考依據(jù)。

圖6 吉X井歪度與物性、孔喉半徑及分選因數(shù)交會

3 成巖作用及演化

3.1 成巖作用類型

利用鑄體薄片鑒定，結(jié)合掃描電鏡觀察及X線衍射分析等，阜三段主要成巖作用類型包括壓實(壓溶)作用、膠結(jié)作用、交代作用及溶蝕作用。顆粒間以點—線接觸為主，壓實強度中等，局部可見壓溶作用形成的石英次生加大現(xiàn)象(見圖7(a))。膠結(jié)作用主要為碳酸鹽膠結(jié)(見圖7(b))，呈嵌晶狀或星散狀充填于粒間孔，其次可見少量的高嶺石、黃鐵礦等黏土礦物膠結(jié)。阜三段交代作用較強，為方解石與碎屑顆粒(長石)、黏土礦物與長石、方解石與膠結(jié)物、鐵方解石與鐵白云石等之間的交代(見圖7(c))；另外，也可見長石的高嶺石化等現(xiàn)象。溶蝕作用作為改善儲層物性的主要成巖作用，表現(xiàn)為粒內(nèi)和粒間的溶蝕次生孔隙(見圖7(d))，主要通過對長石、巖屑及碳酸鹽膠結(jié)物等的溶蝕實現(xiàn)的。

圖7 吉X井阜三段主要成巖作用類型

3.2 成巖演化階段

阜寧組二段(阜二段)為研究區(qū)主要烴源巖層段，在成巖階段劃分時，將阜二段一并考慮。曲塘次凹阜三段和阜二段處于中成巖階段A期(見圖8)，主要判斷依據(jù)包括：(1)有機質(zhì)成熟度為低成熟，Ro為0.52%～0.67%，Tmax為434～444 ℃；(2)可見含鐵碳酸鹽類膠結(jié)物，如鐵方解石、鐵白云石，以交代、膠結(jié)形式出現(xiàn)；(3)石英次生加大屬于Ⅱ級；(4)可見自生高嶺石、伊/蒙混層、絲發(fā)狀自生伊利石、葉片狀綠泥石等，不含蒙皂石；(5)可見長石、巖屑及碳酸鹽膠結(jié)物等被溶蝕，除部分保留原生殘余粒間孔外，孔隙以次生孔隙為主。

圖8 曲塘次凹阜三段和阜二段成巖階段劃分

3.3 儲層孔隙演化

成巖作用及其演化與孔隙演化關(guān)系密切，成巖作用更替及相互作用的同時對砂巖的孔隙演化產(chǎn)生重要影響[22-27]。根據(jù)鑄體薄片及鏡下觀察，可以預(yù)測原始孔隙度、壓實率、膠結(jié)率、微孔率及次生溶蝕孔隙的占比(見表3)。一方面，阜三段儲層受機械沉積作用影響，充填原生粒間孔隙，原始孔隙度較低(平均為24.76%)；另一方面，顆粒周圍的泥質(zhì)增強顆粒的抗壓能力(壓實率平均為19.1%)。微孔率的大小與砂巖中黏土礦物的體積分數(shù)呈正比，較高的膠結(jié)率(平均為50.3%)和微孔率(平均為70.9%)表明，膠結(jié)作用使孔隙連通性變差，這些微孔隙的存在及其較差的連通性是造成儲層滲透率較低的主要原因。次生溶蝕孔隙占比平均為29.1%，在一定程度上改善砂巖的儲集性能。成巖指數(shù)整體偏低，平均為0.34，成巖強度偏弱，建設(shè)性成巖作用較占優(yōu)勢。

表3 阜三段成巖強度及物性統(tǒng)計

中成巖階段，阜三段有機質(zhì)開始進入生油門限。有機質(zhì)在向烴類轉(zhuǎn)化過程中釋放CO2，使孔隙流體呈酸性，造成砂巖中不穩(wěn)定組分的溶蝕和次生孔隙的形成；自生綠泥石、高嶺石等形成并充填于部分孔隙空間，同時作用于石英顆粒的化學(xué)壓溶作用加強，石英次生加大邊開始逐漸形成，原生孔隙大量減少?？紫督M成主要以剩余原生粒間孔隙、次生溶蝕孔隙為主。隨有機質(zhì)成熟度的增加，有機酸的濃度降低，受膠結(jié)及進一步石英次生加大等作用的影響，儲層物性逐漸變差(見圖9)。

圖9 曲塘次凹阜三段不同成巖階段孔隙演化

4 儲層主控因素及綜合評價

4.1 優(yōu)質(zhì)儲層控制因素

曲塘次凹阜三段儲層發(fā)育主要受沉積相帶和成巖作用控制。灘砂多沉積于湖岸線凹進區(qū)，與湖岸帶緊密相鄰，中間無水體間隔，碎屑顆粒平面上以垂直湖岸線方向的橫向運移為主，垂向上砂體多呈孤立式；壩砂多形成于湖岸凸出區(qū)，呈巨大的單一條帶狀砂體，與湖岸間有水體間隔，碎屑顆粒平面上主要沿平行湖岸方向縱向搬運并沉積，受沿岸流控制明顯，垂向上多呈側(cè)積疊加式(見圖10)。灘、壩的沉積差異對砂體及儲層物性具有較明顯的影響，在測井曲線特征及油層分布上也存在較大差異，如壩砂的儲集物性及含油性相對優(yōu)于灘砂的，壩砂表現(xiàn)為低自然伽馬、低密度、高聲波時差的“兩低一高”測井響應(yīng)特征，主要為油層、差油層；灘砂表現(xiàn)為自然伽馬、密度偏高，聲波時差偏低，中子孔隙度差異較小，主要為干層、差油層(見表4)。

圖10 研究區(qū)灘壩沉積模式

表4 曲塘次凹阜三段灘壩差異成因

填隙物的含量、產(chǎn)狀，以及破壞性成巖作用和建設(shè)性溶蝕作用的強度也是影響儲層物性的決定因素。吉X井2 753.30 m處樣品的孔隙度為20.60%，滲透率為1.33×10-3μm2，物性條件較好，根據(jù)鏡下薄片及掃描電鏡分析，樣品填隙物含量中等，黏土膜包圍碎屑顆粒邊緣，顆粒為點—線接觸，壓實率偏低，有少量鐵方解石和鐵白云石，膠結(jié)作用較弱；同時可見顆粒溶蝕孔及粒間溶蝕孔隙，在一定程度上改善儲層的物性(見圖11(a-b))，改善作用大于破壞作用。吉X井2 754.18 m處樣品的孔隙度為14.80%，滲透率為0.18×10-3μm2，物性條件相對較差，其填隙物含量中等偏低，抗壓實作用偏弱，鐵方解石含量較高，膠結(jié)、交代作用較強，雖然也發(fā)育一定的溶蝕孔隙，但程度較弱(見圖11(c))，破壞作用大于改善作用。

圖11 吉X井阜三段鏡下薄片

4.2 儲層綜合評價

根據(jù)曲塘次凹阜三段儲層巖石學(xué)、物性、孔隙類型和結(jié)構(gòu)、成巖作用分析，結(jié)合儲層控制因素及生產(chǎn)實際，以沉積類型、成巖作用、孔隙類型差異為主要依據(jù)；同時參考儲層含油性，確定阜三段儲層分類評價標準(見表5)。研究區(qū)儲層分為4類，Ⅰ類儲層占比為8.3%，Ⅱ類儲層占比為54.2%，Ⅲ類儲層占比為37.5%，Ⅳ類儲層為無效儲層。

表5 曲塘次凹阜三段儲層分類評價標準

綜上所述，阜三段儲層主要受沉積相帶與成巖作用控制。其中，Ⅰ、Ⅱ類儲層處于壩砂沉積相帶，物性較好，孔隙度>16.00%，滲透率>0.40×10-3μm2，孔隙結(jié)構(gòu)條件相對優(yōu)越，平均孔喉半徑>0.100 μm，排驅(qū)壓力<1.50 MPa，溶蝕作用較強，發(fā)育粒間孔、粒內(nèi)溶蝕孔隙，是研究區(qū)優(yōu)質(zhì)儲層，也是下一步主要勘探方向。

5 結(jié)論

(1)蘇北盆地曲塘次凹阜三段儲層巖石類型為巖屑長石砂巖，填隙物含量較高，以泥質(zhì)雜基為主，粒度為不等粒砂巖，以細砂—細粉砂為主；孔隙度平均為15.95%，滲透率平均為0.44×10-3μm2，為中孔、超低—特低滲儲層；孔隙類型主要為粒間孔、粒內(nèi)溶蝕孔隙、顆粒溶蝕孔隙；喉道對儲層滲流能力的控制明顯，當0.400 μm<孔喉半徑<1.000 μm時，對滲透率的貢獻最大。平均孔喉半徑、排驅(qū)壓力、相對分選因數(shù)等可作為儲層分類評價的參考依據(jù)。

(2)阜三段主要成巖作用包括壓實(壓溶)作用、膠結(jié)作用、交代作用及溶蝕作用，處于中成巖階段A期。膠結(jié)作用是降低儲層物性的主要因素；雖然黏土礦物的機械充填降低原始孔隙度，但一定程度上具有抗壓實作用，具有雙重效應(yīng)；溶蝕作用是研究區(qū)重要的建設(shè)性成巖作用。

(3)阜三段儲層物性主控因素主要受沉積相帶及成巖作用控制。儲層以灘、壩砂體為主，壩砂的儲集物性及含油性相對優(yōu)于灘砂的；填隙物的含量、產(chǎn)狀，以及破壞性成巖作用與建設(shè)性溶蝕作用的強度決定儲層物性，尤其是滲透率的差異。

(4)阜三段儲層主要分為4類。其中，Ⅰ、Ⅱ類儲層處于壩砂沉積相帶，物性較好，孔隙度>16.00%，滲透率>0.40×10-3μm2，孔隙結(jié)構(gòu)條件相對優(yōu)越，平均孔喉半徑>0.100 μm，排驅(qū)壓力<1.50 MPa，溶蝕作用較強，發(fā)育粒間孔和粒內(nèi)溶蝕孔隙，是研究區(qū)優(yōu)質(zhì)儲層和主要勘探方向。