鄂尔多斯盆地张家山地区长8相对高渗储层控制因素分析

张海斌，柳益群，米董哲，张雪婷，杨 琪

(1.西北大学 大陆动力学国家重点实验室，陕西 西安 710069;2.陕西地矿局区域地质矿产研究院，陕西 咸阳712000;3.长庆油田第八采油厂吴定采油作业区，陕西 延安 717600)

张家山地区位于鄂尔多斯盆地天环坳陷中部，伊陕斜坡西缘中段。该区长8储层是近年来鄂尔多斯盆地勘探开发的重要含油层系，而且是下一步储量增长的重要的勘探及评价层系。目前对该地区的长8研究程度相对较低，前人对沉积相及砂体展布做过一些研究，但对致密储层相对高渗的控制因素研究仍然不足。因此对张家山地区相对高渗储层控制因素研究是油藏评价和提高油气产能的当务之急。

利用偏光显微镜及扫描电镜观察表明，张家山地区长8储层砂岩的岩性主要为细粒岩屑质长石砂岩，其次为长石质岩屑砂岩。物性数据统计表明长8储层孔隙度主要分布在6%～10%之间，占样品总量的 48.55%，平均孔隙度为7.74%。渗透率主要分布在 0.05 ×10-3μm2～0.2 ×10-3μm2之间，占样品量的49.94%。属于典型的致密型储层。

1 沉积微相对相对高渗储层的控制

研究区长8油层组属于陆相浅水型三角洲沉积体系，为三角洲前缘亚相，发育水下分流河道、分流间湾、水下天然堤等微相。水下分流河道为陆上分流河道的水下延伸部分，在向水下延伸过程中，河道加宽，深度减小，分叉增多，流速减缓，堆积速度增大。沉积物以浅灰色、灰色的细砂岩和粉细砂岩为主，泥质较少。渗透率大于0.5×10-3μm2的区域基本分布于分流河道中砂体厚度大的区域，其展布方向完全与分流河道展布的方向一致。

水下天然堤是陆上天然堤的水下延伸部分，分布于水下分支河道两侧。沉积物为极细的砂和粉砂，以(泥质)粉砂岩、(泥质)细砂岩为主，可见泥岩薄层。杂基含量较高(9.1% ～10.8%)，骨架矿物含量降低(89.2% ～ 90.9%)，粒径变小(0.05～0.2 mm)。由于颗粒较细，杂基含量增多，抗压实能力差，成岩过程中受压实作用强烈，因此在天然堤微相往往形成黑云母—陆源杂基强压实相，物性整体较差;同时有些位置由于离河道中心远，水流相对较缓，往往形成碳酸盐强烈胶结的钙质砂岩层，砂岩的物性亦很差，一般不超过 0.3 × 10-3μm2。

2 成岩作用对高渗储层的控制

储层砂岩在成岩过程中，经历了压实作用、胶结作用、交代作用、溶解作用等成岩作用，不同的成岩作用对储集层物性好坏有重要的控制作用。

2.1 压实作用

研究区不稳定的长石和岩屑含量相对较高，岩石成分成熟度低，抗压实能力相对较弱。砂岩颗粒间呈缝合线接触，点接触较少;石英、长石等刚性碎屑表面的脆性微裂纹;塑性颗粒发生变形，云母、岩屑等柔性碎屑扭曲以及假杂基化现象明显;片状颗粒沿长轴方向定向排列形成明显的压实定向组构。这些现象表明，本区砂岩经历了较强的压实作用。

强压实作用使本区物性整体变差。使相当一部分原生孔隙丧失，渗透率急剧降低。通过公式:

式中:Q1和Q3相当于粒度累积曲线25%和75%处的粒径大小。

恢复初始孔隙度为 φ1=36.51%，然后根据公式:

计算出研究区压实后砂岩孔隙度为18.28%。于是，压实作用减孔率 =φ1-φ2，计算结果为18.23%。

2.2 胶结作用

胶结作用是从孔隙溶液中沉淀出的矿物质将松散的沉积物固结起来的作用，是沉积物转变成沉积岩的重要作用，也是使沉积层中孔隙度和渗透率降低的主要原因之一[1]。研究区主要发育碳酸盐胶结、硅质胶结和粘土矿物胶结。

碳酸盐胶结物在成岩的不同阶段均有产出，受控于不同成岩阶段中流体与岩石相互作用的效应和成岩流体的酸碱度、氧化-还原电位等成岩环境，在晶体大小和成分上存在一定的差异性。在成岩阶段的早期，易于形成方解石胶结物，早期的方解石对储层具有正负两方面的作用，一方面强烈的方解石胶结占据了大量孔隙，使一大部分原始孔隙损失掉，在镜下常见到充填于孔隙中的方解石连晶，极大地降低了储层物性。另一方面，方解石的存在有效地增强了岩石的抗压实能力，使压实作用对岩石的影响大为减弱，并为后期大规模的次生溶蚀作用提供了物质基础。当进入烃源岩中的有机质开始生成有机酸和CO2酸性流体阶段，酸性流体作用于方解石胶结物后，可形成次生溶孔为油气聚集提供储集空间。成岩阶段中晚期多形成铁方解石和白云石，交代骨架颗粒和填隙物时也不可避免地充填了早期形成的部分粒内、粒间溶孔和原生残留孔隙，从而降低了砂岩的孔隙度和渗透率，使储层物性变差。研究区延长组长8砂岩碳酸盐含量与砂岩孔隙度、渗透率呈现明显的负相关性，相关系数分别为-0.47和 -0.49(图1)，碳酸盐胶结是造成本区长8砂岩储集物性降低的重要原因之一。

图 1长8砂岩碳酸盐总含量与孔隙度、渗透率关系图

在研究区硅质胶结物十分常见，分布广泛。在成岩早期形成大量石英的次生加大，加大程度可达3级。含量一般在8%以上，最高可达15%以上，其形成早于所有自生矿物，这在含油气盆地的储集层中很少见，也表明该区储层原始孔隙度较高，形成于较强的动力学背景下。由于本研究区石英的次生加大分布广泛且多形成于成岩早期，在偏光显微镜下与原颗粒难以区别，已经成为石英颗粒的组成部分。鄂尔多斯盆地上古生界不同地层碎屑岩中均发育硅质胶结物，其形成贯穿于整个成岩期，其产状有次生石英加大型、微粒栉壳型、孔隙充填型、自生石英微粒以及隐晶孔隙型等[2]。硅质和高岭石是在相对酸性条件下沉淀下来的，其形成时的硅来源主要有长石溶蚀和火山物质。由于研究区所见石英次生加大大多形成于成岩早期，因此推断与同期火山活动有密切关系。三叠系延长组沉积期，鄂尔多斯盆地周围火山活动十分频繁，由火山活动带来的火山灰在全盆地分布广泛且连续，火山物质的脱玻化作用可以提供形成硅质胶结物的硅质来源，已经成为该地区地层划分的重要证据，这与全区发育早期石英加大相吻合。在镜下亦可以观察到充填于孔隙中的自生石英晶体，这些石英的形成多与长石溶蚀提供的硅相关。成岩过程中，有机酸的注入使得长石溶蚀，并形成硅质和高岭石。早期的石英加大使大量原生孔隙损失，降低了储层的渗透率，硅质胶结也是造成本区储层整体较差一个重要原因。

绿泥石在孔隙中的发育方式分为两种，一种为薄膜式胶结，生长在石英、长石等颗粒的表面，这种类型的绿泥石在成岩过程中起到了阻止颗粒与孔隙水接触进一步反应，使石英和长石的次生加大无法继续进行，同时由于这种薄膜的存在，颗粒之间呈点接触，绿泥石薄膜形成稳定的三角型剩余孔隙，起到了一定的抗压实作用;另外一种为充填式胶结，这种绿泥石生充填于孔隙之中，降低了储层的孔隙度，使喉道变得更细，降低了储层的渗流能力。

高岭石胶结储层由于高岭石的发育占据了一部分原生孔隙，使得物性变差，但由于高岭石自身具有非常多的晶间孔隙，又对储层具有一定的改善作用。长石的溶蚀一般由于酸性有机质物质的注入，腐蚀长石的表面并形成次生孔隙，同时长石的溶蚀又给高岭石的形成提供了必要的物质来源，因此，可看到高岭石胶结常常与长石溶蚀相伴而生。

绿泥石薄膜和高岭石的发育对保护或者改善储层的孔隙度可起到一定的积极作用，但是这类孔隙往往形成于单个孔隙之中，孔隙在颗粒内部或者孔隙内联通较好，而与其它颗粒之间联通较差，无法形成连续而有效的渗透通道。因此，这类储层表现出孔隙度中等—较好，但渗流能力较差的特点。

2.3 溶解作用

砂岩中的碎屑颗粒、杂基、胶结物和交代矿物，在一定的成岩环境中都可以不同程度地发生溶解作用，其结果是形成砂岩中的次生孔隙。酸性水的存在是产生次生孔隙的重要因素[3，4]。碳酸、有机酸(有机质达到成熟阶段形成的酸性溶液[5，6]及酚类以及高岭石和蒙脱石向伊利石转变过程中释放出来的酸对碳酸盐和长石的溶解有重要的作用[7]。

根据铸体薄片、扫描电镜观察表明，长8段储层中长石溶蚀现象普遍存在，形成了大量次生孔隙，为后期油气的充注提供了大量的储集空间。研究区碳酸盐多呈孔隙式充填，有些地方呈连晶区充填，基本无溶蚀，对次生孔隙的形成基本无贡献。长石溶蚀作用形成长石溶蚀粒内孔，有的碎屑颗粒全部溶蚀形成铸模孔隙，是研究区主要的次生孔隙类型之一。研究区长8储层长石溶孔面孔率约为0.78%。

2.4 交代作用

交代作用是指一种矿物代替另一种矿物的现象。交代矿物可以交代矿物颗粒边缘，使颗粒溶蚀成锯齿状或鸡冠状的不规则边缘，也可以完全交代碎屑颗粒而成为它的假象。

研究区长8砂岩中常见的交代作用包括高岭石、方解石、铁方解石、铁白云石交代碎屑颗粒(如长石、黑云母、岩屑等)，铁方解石、铁白云石交代胶结物(如高岭石、粒间硅质胶结)，铁白云石交代铁方解石等。蒙脱石经伊蒙混层和绿蒙混层向伊利石和绿泥石的转化及高岭石向伊利石、绿泥石的转化等属于粘土矿物之间的交代作用。

交代过程中经常出现小晶格的矿物交代大晶格的矿物，从而使孔隙度有轻微的增加，但交代过程要服从体积及质量守恒，通过这种情况使孔隙度的增加作用很小。但是交代作用为后期溶解作用提供了更多的易溶物质，有利于溶解作用的进行，因此交代作用对储层物性具有改善作用。

3 孔隙组合对相对高渗储层的影响

孔隙组合是控制砂岩储集性能的最重要因素。对于鄂尔多斯盆地上三叠统延长组整体为低孔低渗储层的情况下，要寻找相对高渗储层，关键要在水下分流河道砂体中寻找孔隙结构较好的储层。本次研究通过对岩石薄片、铸体薄片、压汞分析、荧光分析、水驱油试验以及成岩作用的详细分析，发现导致研究区相对高渗储层的主要原因是微裂缝—组合孔隙的存在。

3.1 致密孔隙组合型

致密孔隙组合型在研究区分布广泛。强机械压实作用以及碳酸盐胶结和硅质胶结是导致致密孔隙组合形成的主要因素。在致密孔隙组合型储层中，原生孔隙被挤压消失或者被碳酸盐及硅质等完全充填，致使后期流体几乎无法进入储层，限制了溶蚀孔隙的发育。镜下观察表明，这种孔隙组合类型薄片中，只有极少量剩余粒间孔存在，面孔率低于1%，而且孔隙之间没有喉道连接，导致储层物性极差。

3.2 绿泥石薄膜胶结剩余粒间孔型

绿泥石薄膜胶结剩余粒间孔型在研究区发育较广。绿泥石薄膜一方面隔开了碎屑颗粒与孔隙，从而阻碍了其它胶结物的沉淀，使得原生粒间孔得以保存。另一方面绿泥石包绕碎屑颗粒，使孔隙度降低，喉道堵塞，从而降低了岩石的渗透率[8，9，10]。在偏光显微镜下观察发现绿泥石薄膜胶结剩余粒间孔面孔率大，但是喉道较小，连通差。因此尽管剩余粒间孔发育，但最终驱油效率差。

3.3 粒间孔—溶蚀孔混合型

铸体薄片观察发现长石颗粒发生溶蚀，形成次生孔隙，与绿泥石薄膜保存的剩余粒间孔同时发育，物性特征明显优于绿泥石薄膜胶结相，不但部分原生孔隙被保留下来，而且次生孔隙也比较发育，溶蚀作用扩大了原生剩余粒间孔隙及吼道，改善了孔隙之间的连通性，提高了储层的渗透率，形成研究区最好的储层。该孔隙组合类型占样品总数的23%，平均孔 径 126.2 μm，平 均 面 孔 率 为 6.7%，平 均 孔 隙 度14.1% ，平均渗透率为 1.7 × 10-3μm2。砂岩平均粒度 0.33 mm，主要为中粒砂岩，砂岩分选好，磨圆度主要为次棱角状，颗粒之间以点接触为主，胶结类型主要为孔隙式、孔隙 -薄膜式。

3.4 缝状微裂缝—组合孔隙型

在研究区主要发育构造作用形成的构造微裂缝与成岩过程中形成的成岩微裂缝。延长组在早白垩世晚期达到最大埋深，储层经历了压实和胶结作用改造后孔隙度大为降低，形成低渗透致密储层;但由于生烃和构造运动产生的超压，使延长组发生多期次破裂而形成众多的裂缝，加上成岩过程中的溶解作用，最终形成区域上有效的网状裂缝系统。虽然延长组中广泛发育的天然裂缝对储集空间的贡献很有限，仅占储集空间的0.5%，但对于连通基质孔隙、改善储层渗透率具有极其重要的意义，它为储层提供了有效渗滤通道、储集空间和控制了次生孔隙空间的形成与分布，是在超低渗致密储层中低孔却发育有相对高渗带的主要原因。

微裂缝在储层中与绿泥石剩余粒间孔、长石溶蚀孔及高岭石晶间孔组合形成缝状孔隙—组合孔隙型，这是研究区最重要的孔隙组合类型。缝状微裂缝作为联通孔隙和提供有效渗流通道的介质起到了很大的作用。从薄片分析显示，在微裂缝发育的地区均是相对高渗储层发育的地区，也是重点的含油富集区。因此，微裂缝对研究区相对高渗储层具有非常重要的控制作用，微裂缝发育带应为以后勘探的重要目标。

4 结语

通过以上研究表明，鄂尔多斯盆地张家山地区长8储层为典型的致密型储层。沉积微相，成岩作用以及孔隙组合类型是研究区致密储层中相对高渗区块发育的主要影响因素。研究区长8储层主要发育水下分流河道、分流间湾、水下天然堤等沉积微相，水下分流河道是相对高渗储层发育的主要区域;溶蚀作用是改善张家山地区长8储层物性的主要成岩作用，交代作用有一定的改善作用，而压实作用和胶结作用是储层物性变差的主要因素;微裂缝—组合孔隙发育地区是研究区最有利的相对高渗储层分布区域。

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