板桥长6段低渗-超低渗储层储集空间定量分析

高 旭，孙 卫，曹 雷，霍 磊，盛 军，刘 毅

(1.西北大学大陆动力学国家重点实验室；2.西北大学地质学系，陕西西安710069；

3.中国石油长庆油田分公司第一采油厂吴堡采油作业区，陕西延安716000)

板桥长6段低渗-超低渗储层储集空间定量分析

高 旭1，2，孙 卫1，2，曹 雷1，2，霍 磊1，，盛 军1，2，刘 毅3

(1.西北大学大陆动力学国家重点实验室；2.西北大学地质学系，陕西西安710069；

3.中国石油长庆油田分公司第一采油厂吴堡采油作业区，陕西延安716000)

通过铸体薄片、扫描电镜、X线衍射、岩石图像粒度分析及相关物性等资料，采用定性分析与定量计算相结合的方法，对板桥—合水地区长6段低渗-超低渗储层储集空间进行了定量分析。长石溶孔、原生粒间孔和岩屑溶孔等为研究区长6储层主要发育的孔隙类型。运用Beard等对不分选情况下未固结砂实测的原始孔隙度计算公式，恢复得出研究区长6砂岩储层原始孔隙度平均为38.16%。在对成岩过程的研究中，发现对储层具有破坏性的成岩作用主要有机械压实作用和胶结作用，受两者作用影响，未固结砂岩72.9%的原生粒间孔被压实损失，这是造成研究区长6砂岩储层致密的首要原因，19.7%的孔隙被胶结作用所破坏。研究区内晚期的溶蚀作用较为发育，形成大量的长石溶孔、岩屑溶孔以及粒间溶孔使得孔隙度提高了20.9%，有效的改善了长6储层的物性特征。孔隙度计算过程中误差率为3.4%，颗粒分选系数的确定以及多期次成岩作用叠加是造成误差的主要因素。

储集空间；定量演化；长6储层；板桥—合水地区

近年来，鄂尔多斯盆地伊陕斜坡西南部板桥—合水地区三叠系延长组长6段储层勘探开发程度加深，为油田开发建产主要目的层段。目前，国内对研究区长6低渗-超低渗储层储集空间的相关研究程度较低，严重制约了油田的发展。因此，对研究区长6储层成岩作用类型及成岩过程中储层储集空间定量分析的重点研究，是为油田下一步进行储层预测及提高采收率打好基础。

1 区域地质背景及主要成岩作用类型

鄂尔多斯盆地是一个稳定沉降、拗陷迁移、扭动明显的多旋回克拉通盆地，蕴含着丰富的油气资源[1]。板桥—合水地区位于伊陕斜坡构造单元的南西部的平缓鼻状隆起带上，研究区范围西起蔡家庙，东至罗山府，北起大凤川，南至和盛,面积约为5670 km2。研究区长6储层的平均孔隙度为6.05%，平均渗透率为0.14×10-3μm2，属于典型的低渗-超低渗储层。

成岩作用对于岩石的孔隙度和渗透率有着极大的影响，是研究碎屑岩油气藏形成和开发的关键因素。通过大量常规薄片、扫描电镜并结合X衍射、阴极发光等基础地质资料分析，认为研究区长6储层主要经历了机械压实(压溶)作用、胶结作用，交代作用以及溶蚀作用等。

1.1 压实(压溶)作用

中成岩阶段早期及中期的压实作用是造成研究区长6储层原始孔隙度显著降低的主要因素，其主要表现有(1)颗粒紧密堆积并呈定向—半定向排列(2)颗粒间由点接触变成点—线接触或线接触；(3)云母等塑性颗粒被压扁变形或者呈假杂基状态产出等(图1-(A))。

1.2 胶结作用

研究区长6储层胶结作用明显，结果使得喉道缩小，储层变得致密，粒间孔隙度进一步减小[2]。

1.2.1 碳酸盐胶结

碳酸盐岩胶结物在研究区长6储层较普遍，成分上以铁方解石和铁白云石为主，平均含量分别为3.6%和2.1%。铁方解石和铁白云石在胶结作用中晚期通常呈微晶状、晶粒状及连晶状产出[3]。(图1-(B))。

1.2.2 硅质胶结

研究区长6储层在早成岩作用晚期及中成岩阶段硅质胶结作用强烈，硅质含量介于0%～7%之间，其主要表现为石英次生加大(可达Ⅱ—Ⅲ期)，石英的次生加大改变了储层的孔隙结构，使得储层的喉道变为了片状或弯片状，孔隙空间因此减小，同时极大的减弱了流体的渗流能力。其中碎屑石英颗粒间的压溶作用是硅质胶结物的主要来源,但含量相对较少，通常为1%～2%。(图1-(C))。

1.3 粘土矿物胶结

1.3.1 伊利石胶结

伊利石也称水云母或水白云母，研究区长6储层伊利石大量出现于中成岩作用B期，平均含量为7.9%，相对粘土矿物含量为76.3%。镜下可见伊利石形态多呈丝片状、画卷状充填孔隙或丝缕状垂直碎屑颗粒表面生长、搭桥状充填于颗粒之间，使孔隙缩小，喉道堵塞弯曲，使储层储集能力及渗流能力都显著降低(图1-(D))。

1.3.2 绿泥石胶结

绿泥石在研究区长6储层中大量赋存，平均含量为3.1%，相对粘土矿物含量为14.6%。据相关镜下观察，研究区绿泥石胶结以成岩早期的孔隙衬垫式为主，该胶结方式使储层的原生粒间孔大量丧失，但同时形成的包绕在颗粒表面的绿泥石膜增强了早期储层内碎屑颗粒的抗压实能力[4](图1-(E))。

1.3.3 高岭石胶结

高岭石是研究区目的层含量最少的一种粘土矿物，体积分数为0%～6%，平均为1.14%，相对粘土矿物含量为9.1%。高岭石在各类孔道中多以孔隙充填式充填，呈典型的蠕虫状、分散片状或书页状集合体存在[5](图1-(F))。虽然高岭石含量较少，但高岭石集合体见水后易发生破碎，因此其对研究区储层的渗流能力的影响还是极其严重的。

1.4 交代作用

镜下观察可以发现长石、石英碎屑颗粒以及胶结物经常被碳酸盐岩矿物所交代，除此之外还包括粘土矿物对碎屑长石颗粒等的交代作用，(图1-(G))，从成岩阶段的早期至后期，都发生着粘土矿物的交代以及粘土矿物间相互交代转化。

1.5 溶蚀作用

通过大量的分析化验资料研究发现，研究区长6储层溶蚀作用强烈，主要是长石溶蚀，平均面孔率为2.67%，其次为少量岩屑溶蚀，也有易溶胶结物溶蚀。在酸性介质条件下，碳酸盐胶结物和粘土矿物胶结物等填隙物也发生溶蚀作用，但在连通性较差的部位仍可见早期的填隙物(图1-(H))。

(A)云母挤压变形，N78井，1612.18 m；(B)铁方解石胶结，Z68井，1886.51 m；(C)石英次生加大，T14井，1545.84 m；(D)伊利石充填孔隙，X104井，2002.43 m；(E)绿泥石膜发育，N27井，1520.9 m；(F)高岭石晶型良好，N27，1549.37 m；(G)铁白云石交代碎屑，N76井，1982.15 m；(H)长石溶孔，X209井，1679.4 m

图1 板桥—合水地区长6段储层成岩作用镜下特征

2 各类成岩作用对储层孔隙度贡献分析

通过研究区20块样品的实验分析，对各个储集空间对总孔隙的贡献率进行了分析。其中长石溶孔是最主要的储集空间，溶蚀孔的孔径一般为10 μm～80 μm呈不均匀分布，常与其它孔隙伴生出现，长石溶孔对总储集空间的贡献率为36.86%。压实作用对储层储集空间贡献率较小，为28.41%，是造成储层致密、物性变差的主要原因之一(见表1)。

表1 板桥—合水地区长6储层薄片规模各类储集空间比例(单位(%))

储集空间中岩屑溶孔(22.4%)的大量发育是由于在中成岩阶段之后溶蚀作用的显著加强[6](图2)。晶间孔及微裂隙对储层储集空间贡献率较低，分别为10.5%和1.69%。

3 研究区储层储集空间定量分析

3.1 原始孔隙度恢复

通常利用Beard和Weyl[8]建立的恢复砂岩原始孔隙的计算公式来求取砂岩的原始孔隙度(φ1)，公式如下：

φ1=20.91+22.90/S0

(1)

式中，S0为分选系数，根据Trask公式知道，其值为粒度累计曲线上含量25%与75%处所对应的粒径之商的开方，岩石颗粒的粒径大小可以通过长6储层铸体图像粒度资料获得。

在恢复原始孔隙度的过程中，运用筛析法和图解法给出的砂岩分选系数进行原始孔隙度的恢复计算[9]。由公式(1)计算得出研究区长6储层10个样品的原始孔隙度φ1在35.88%～40.99%之间，平均值为38.16%(表2)。

3.2 储集空间定量分析

计算的岩石孔隙度值φ2就应当包括原始损失孔隙及保留的残余粒间孔孔隙，公式如下：

φ2=ω+(P1×PM/PT)

式中：ω—胶结物质量分数，%；P1—残余粒间孔面孔率，%；PM—平均实测孔隙度，%；PT—总面孔率，%。

PCOMP=(φ1-φ2)×100%/φ1

式中：PCOMP—压实作用减孔率，%；φ2—压实作用之后孔隙度，%。

经过计算，板桥—合水地区未固结砂岩经历机械压实作用之后，其剩余孔隙度最大为11.45%，最小为9.21%，平均值为10.35%。压实作用减孔率最大为75.4%，最小值为69.6%，平均值为72.9%。由此可看出压实作用是造成本研究区长6储层孔隙致密的主要原因。

砂岩在经历压实、胶结作用后的孔隙度φ3，其计算公式为：

φ3=P1×PM/PT

胶结作用减孔率PCEM为：

PCEM=(φ2-φ3)×100/φ1

储层中胶结物含量是储层孔隙空间的决定性因素。在本次研究的10个样品中，胶结孔隙平均损失19.7%，胶结作用后平均孔隙度为2.83%。

溶蚀过程对储层具有建设性作用，能够使得储层的孔隙度得到增加，现今最终保留下来的次生孔隙度就是经过溶蚀作用后的孔隙度[11]。溶蚀作用后所增加的孔隙度φ4，其计算公式如下：

φ4=(P1+P2+P3)×PM/PT

式中：P2—长石溶孔面孔率，%；P3—岩屑溶孔面孔率，%

经过溶蚀作用，孔隙度增加了4.95%～11.4%，平均增加孔隙度为7.95%。研究区长6储层储集空间定量分析结果如表2所示。

表2 板桥—合水地区长6储层储集空间定量分析结果 单位：%

3.3 储集空间演化结果及误差分析

由前面定性的认识可知：研究区低渗透砂岩储层经历了中等-强压实作用，胶结强度中等-强以及较强-强的长石溶蚀作用，沉积盆地中原始沉积物经历了埋藏压实作用——胶结作用——溶蚀作用——再胶结作用的成岩演化过程，储层孔隙的演化经历了原始粒间孔隙大量损失——早期胶结作用——次生孔隙大量发育——晚期胶结作用。定量分析计算结果与前期成岩作用定性认识和实验室内物性测试分析相符合，由于颗粒分选系数的确定以及多期次成岩作用相互叠加等因素影响，造成本次定量分析有一定误差，但误差仅为3.4%。这表明，研究区长6储层储集空间定量分析结果具有一定的合理性和可靠性。

4 结论

1)板桥—合水地区长6段储层多以岩屑长石砂岩为主，其次是长石岩屑砂岩。其中，长石溶孔为主要孔隙类型，粒间孔及岩屑溶孔次之。

2)研究区长6储层成岩作用中，建设性成岩作用主要包括绿泥石膜胶结，交代作用，溶蚀作用等；而压实作用、碳酸盐胶结作用，硅质胶结作用，绿泥石充填胶结等作用为典型的破坏性成岩作用。

3)在成岩作用及成岩序列研究的基础上，根据Beard恢复砂岩原始孔隙度的计算公式，可以得出未固结砂岩初始孔隙度φ1为38.16%，储层在经历过压实作用后孔隙度降低到10.35%，减孔率为72.9%，因此压实作用是造成研究区内储层孔隙致密的主要原因；成岩作用中后期，经过多期胶结作用，19.7%的原始孔隙被破坏损失。由于研究区储层溶蚀作用较为发育，形成的长石溶孔、岩屑溶孔及一系列粒间溶孔大大增加了砂岩的孔隙度，平均增孔率可达20.9%，储层物性随之改善。

[1]杨俊杰.鄂尔多斯盆地构造演化与油气分布规律[M].北京：石油工业出版社，2002：130-181.

[2]余小雷，王高虎，程豪杰.华池白豹地区长6段砂岩成岩作用研究[J].2009，(5)：126-129.

[3]王金鹏，彭仕宓，赵艳杰.鄂尔多斯盆地合水地区长6-8段储层成岩作用及孔隙演化[J].石油天然气学报，2008，30(2)：170-174.

[4]田建锋，陈振林，杨友运.自生绿泥石对砂岩储层孔隙的保护机理[J].地质科技情报，2008，27(4)：49～54.

[5]郑荣才，耿威，周刚，等.鄂尔多斯盆地白豹地区长6砂岩成岩作用与成岩相研究[J].岩性油气藏，2007，19(2)：1-8.

[6]樊婷婷.鄂尔多斯盆地南部上三叠统延长组储层成岩作用研究[D].西安：西北大学，2008.

[7]于兴河，郑浚茂，宋立衡.构造、沉积与成岩综合一体化模式的建立—以松南梨树地区后五家户气田为例[J].沉积学，1997，15(3)：8-13.

[8]Beard D C,Weyl P K.Influence of texture on porosity and permeability of unconsolidated sand[J].AAPG Bulletin,1973,57 (2):349-369.

[9]王瑞飞，陈明强.储层沉积-成岩过程中孔隙度参数演化的定量分析以鄂尔多斯盆地沿25区块、庄40区块为例[J].地质学报，2007，81(10)：1432-1440.

[10]徐北煤，卢冰.硅质碎屑岩中碳酸盐胶结物及其对储层的控制作用的研究[J];沉积学报，1994，12(3)：56-66.

[11]王华，郭建华.塔中地区石炭系碎屑岩储层成岩作用对孔隙演化控制的定量研究[J].岩石矿物学杂志，2009，28(3)：277-284.

[12]牛海青，陈世悦，张鹏，等.准噶尔盆地乌夏地区二叠系碎屑岩储层成岩作用与孔隙演化[J].中南大学学报：自然科学版，2010，41(2)：749-758.

[责任编辑 李晓霞]

Quantitative Analysis of Chang 6 Low Permeability and Ultra-Low Permeability Reservoir Space in Banqiao-Heshui Area,Ordos Basin

GAO XU1,2,SUN WEI1,2,CAO LEI1,2,HUO LEI1,2SHENG JUN1,2,LUI YI3

(1.State Key Laboratory of Continental Dynamic;2.Department of Geology,Northwest University,Xi′an 710069,China;3.Wubao Operating Company of First Oil Production Plant,PetroChina Changqing Oilfield Company,Yan′an 716000,China)

Based on the casting thin-sections,scanning electron microscopy,X-ray diffraction,rock image granularity analysis and other physical data,the diagenesis and porosity evolution of Chang 6 reservoir was analyzed by adopting the combination of qualitative analysis and quantitative calculation method.The dominating pore type of Chang 6 reservoir was feldspar-dissolved pore,inter-granular pore and lithic-dissolved pore.Using statistical relationship between original porosity and sorting coefficient,the Chang 6 reservoir sandstone original porosity was calculated and the average was 38.16%.Mechanical compaction and cementation were destructive diagenesis, affected by this effect,the impact of compaction was greatest and its loss-rate of porosity was 72.9%,this was the main cause of reservoir densification,and the loss-rate of porosity of cementation was 19.7%.Dissolution of Chang 6 was more development,it improved porosity about 20.9%.In the process of calculation,the error rate was 3.4%,the main influencing factor of the error rate was sorting coefficient of detrital rock and more stages of diagenesis.

reservoir space; quantitative analysis; Chang 6 reservoir; Banqiao—Heshui area

2015-10-19

国家科技重大专项大型油气田及煤层气开发项目(2011ZX05044)

高 旭(1990—)，男，陕西西安人，西北大学硕士研究生。

P588.2

A

1004-602X(2015)04-0063-05