玛湖凹陷北斜坡百口泉组储集层物性下限及控制因素

郭华军，单祥，李亚哲，邹志文，王力宝

有效储集层物性下限值的合理选择对于储集层评价、储量计算等具有重要意义[1]，前人根据储集层物性数据、储集层孔隙结构参数、试油资料、测井资料等，提出了2类确定有效储集层物性下限的方法：①静态法，其所用参数为实验结果和经验取值，包括孔渗交会图法、压汞实验法、孔喉分布法、分布函数曲线法、经验统计法、含油产状法、束缚水膜厚度法、最小流动半径法、束缚水饱和度法、泥质含量法等；②动态法，其所用参数来自于油气勘探开发过程，具有动态可调整的特点，包括试油指数法、试油（气）法、钻井液侵入法、测井资料法、产能模拟法等[2-5]。以上方法均依赖于大量的分析测试或生产数据，具有一定的统计学特征，存在一定程度的不确定性，因此需要在有充足样品的情况下，将多种方法相结合，才能得到比较合理的储集层物性下限值。

准噶尔盆地玛湖凹陷北斜坡（以下简称玛北斜坡）下三叠统百口泉组油气勘探获得重大发现，已提交探明石油储量近亿吨，控制石油储量七千多万吨。玛湖凹陷斜坡区百口泉组扇三角洲砂砾岩作为近年来新疆油田增储上产的主战场，获得众多学者的关注。在前期油气勘探开发过程中，学者们对油气勘探潜力、沉积体系特征及演化、储集层孔隙结构、储集层发育控制因素等方面进行了研究，取得了一系列成果[6-12]。但由于砂砾岩储集层非均质性强，横向及纵向变化快，前人对有效储集层的岩相、物性、微观特征等研究较为薄弱，且目前尚未见到对玛北斜坡百口泉组砂砾岩有效储集层物性下限的研究报道。对于研究区，储集层埋深跨度近千米，有效储集层物性下限随埋藏深度增加而变化，需要确定储集层物性下限与深度的关系，来预测任意深度储集层物性下限值。因此，在前人研究基础上，依据物性、试油、测井解释等资料，综合利用分布函数曲线法和试油法，分别确定了不同深度段的有效储集层物性下限值，拟合得到有效储集层物性和深度的关系函数。在此基础上，进一步讨论了沉积微相、岩相类型和成岩作用对有效储集层发育的影响，以期为下一步油气勘探开发提供地质依据。

1 区域地质概况

玛湖凹陷位于准噶尔盆地西北部，西接克百断裂带，北接乌夏断裂带，东接英西凹陷和夏盐凸起，南接达巴松凸起，凹陷呈北北东—南南西向展布，面积达4 147 km2.根据构造特征及地理位置，将玛湖凹陷斜坡区划分为玛北斜坡、玛西斜坡、玛南斜坡和玛东斜坡。研究区位于玛北斜坡（图1），主要勘探目的层系为百口泉组，与下伏二叠系呈不整合接触，其岩性组合为厚层砂砾岩夹泥岩，沉积厚度在180 m左右，埋深为2 400～3 500 m.根据玛北斜坡百口泉组500余块样品实测物性结果，孔隙度为0.70%～13.90%，平均为7.44%；渗透率为0.01～139.00 mD，平均为1.20 mD，为特低孔特低渗储集层。研究区百口泉组发育扇三角洲前缘亚相沉积，前缘相带分布广，水下分流河道发育，垂向上发育多套厚层砂砾岩体，为大规模优质储集层的形成提供了有利条件[9-10]。

图1 研究区构造位置

2 有效储集层物性下限值的确定

2.1 分布函数曲线法

分布函数曲线法是通过统计分析得到的分布曲线、特征函数等研究变量的总体分布规律的一种数学方法，在地质研究中广泛应用。文献［13］最早提出用分布函数曲线法求取储集层物性参数，在同一坐标系内分别绘制有效储集层和无效储集层的孔渗频率分布曲线，2条曲线的交点对应的数值为有效储集层物性下限。采用分布函数曲线法求取储集层物性下限时，要求样本数大于30.应用分布函数曲线法求取东营凹陷西部沙四上亚段滩坝砂体有效储集层、东营凹陷古近系红层砂体有效储集层以及渤南洼陷北部陡坡带沙河街组砂砾岩有效储集层物性下限，取得了较好的效果[4-5，14]。

根据玛北斜坡百口泉组测井解释物性资料及测井油气综合解释结果，确定无效储集层（干层）及有效储集层（油层、水层和油水同层）的物性，并应用该方法分别求取了2 300—2 600 m，2 600—2 900 m，2 900—3 200 m和3 200—3 500 m深度段内有效储集层物性下限，其孔隙度下限分别为7.6%，7.2%，6.5%和5.7%（图2），渗透率下限分别为0.38 mD，0.30 mD，0.27 mD和0.22 mD（图3）。

图2 玛北斜坡百口泉组有效储集层与无效储集层孔隙度直方图

2.2 试油法

试油资料是油气勘探中判断储集层含油气性和产能的重要资料，也是检验有效储集层的重要依据。试油法确定有效储集层物性下限的原理是利用试油资料，根据研究区当前采油技术和经济效益，将单层产液量大于1 t/d的储集层划分为有效储集层，单层产液量小于1 t/d的储集层划分为无效储集层，绘制相应井段的渗透率与孔隙度交会图，图中有效储集层和无效储集层物性分界处对应的孔隙度和渗透率就是有效储集层物性下限，目前该方法在有效储集层物性下限研究中应用广泛[4-5，14]。

图3 玛北斜坡百口泉组有效储集层与无效储集层渗透率直方图

根据研究区百口泉组物性和试油结论等资料，确定了玛北斜坡2 400—2 900 m，2 900—3 100 m，3 100—3 200 m和3 200—3 400 m深度段内有效储集层物性下限，其孔隙度下限分别为7.8%，7.2%，7.1%和6.7%，渗透率下限分别为0.41 mD，0.34 mD，0.21 mD和0.22 mD（图4）。

图4 玛北斜坡百口泉组有效储集层和无效储集层渗透率与孔隙度交会图

2.3 有效储集层物性下限与深度的关系

通过分布函数曲线法和试油法得到玛北斜坡百口泉组不同深度段有效储集层物性下限值，对求取结果分析对比发现：在相近深度段内，分布函数曲线法和试油法计算的物性下限相近，说明采用的计算方法是有效可行的。为消除单一方法由于原始数据样本大小引起的误差，以及为了获取任意深度有效储集层物性下限，对上述2种方法获得的有效储集层物性下限和埋深进行回归拟合，得到储集层物性下限与深度的关系（图5）。

图5 玛北斜坡百口泉组有效储集层物性下限与深度的关系

2.4 有效储集层物性下限的检验

为检验图5中拟合公式计算结果的合理性，分别对研究区18口井47层试油数据进行检验，检验井未参与试油法有效储集层物性下限的计算，若试油结果为油层或水层（有效储集层），其相应井段孔渗应高于有效储集层物性下限，若试油结果为干层（无效储集层），其相应井段孔渗应低于有效储集层物性下限。从检测结果可以看出，试油井段有效储集层共37层，检验正确率达76%，无效储集层10层，检验正确率达80%，检验结果综合正确率达78%.研究认为，造成判断结果误差的原因可能为物性解释或实测值存在问题，无代表性，综合分析认为，计算有效储集层物性下限的拟合公式是可靠的。

3 有效储集层发育的控制因素

玛北斜坡百口泉组沉积时期构造简单，为向南倾的单斜，有效储集层发育主要受沉积微相、岩相类型、成岩作用等因素的影响。在确定有效储集层物性下限的基础上，采用物性差值（即各深度点的物性实测值与计算有效储集层物性下限值的差）讨论沉积微相、岩相类型、成岩作用等对有效储集层发育的控制作用，以此来消除深度对物性的影响。

3.1 沉积微相对有效储集层的影响

沉积环境控制砂体展布与砂体类型，同一沉积体系下，不同微相砂体的粒度、分选、磨圆、泥质含量等存在差异，这些因素一方面导致砂岩原始沉积时期的孔隙度和渗透率不同，另一方面会影响后期成岩作用的进程，从而从根本上控制优质储集层的发育规模。

研究区百口泉组为近岸快速沉积的扇三角洲沉积体系，包含扇三角洲平原亚相和前缘亚相。其中扇三角洲平原亚相发育辫状河道、水上泥石流和河道间微相；扇三角洲前缘亚相发育水下分流河道、水下泥石流、分流间湾和远砂坝微相[6-8]。由于河道间、分流间湾和远砂坝微相无相应物性数据，这里不对其进行讨论。统计水下分流河道、辫状河道、水下泥石流和水上泥石流的样品，有效储集层频率逐渐降低，分别为80%，61%，35%和20%.从不同沉积微相有效储集层的孔隙度、渗透率、孔隙度差值和渗透率差值可以看出，水下分流河道砂体物性最好，其次为辫状河道和水下泥石流，水上泥石流较差（表1）。沉积作用对储集层的影响主要表现为不同沉积微相具有不同的水动力、砂体粒度和泥杂基含量，使得不同沉积微相具有不同的岩石结构并影响原始物性。水下分流河道砂体受水流不断淘洗，泥杂基含量低、分选好，原始物性好，同时也有利于后期有机酸流体的改造，因此有效储集层最发育。水上泥石流和水下泥石流由于泥杂基含量高，堵塞孔隙，加上泥杂基的润滑作用，压实作用也更强，有效储集层最不发育。

表1 玛北斜坡百口泉组不同沉积微相有效储集层物性与物性差值

3.2 岩相类型对有效储集层的影响

岩相代表沉积水动力条件变化的能量单元，其代表着特定沉积微相的形成过程，是岩石类型、支撑类型、沉积结构和沉积构造在沉积物上的综合响应，因此岩相是储集层物性和孔隙结构的重要控制因素。通过岩性观察，结合文献［15］研究结果，将玛北斜坡百口泉组砂砾岩分为4种典型的岩相（表2）。

（1）槽状交错层理砂砾岩相 岩性主要为细—中砾岩，一般具大型槽状交错层理，岩心上常表现为细砾沿层面呈底凸排列，反映牵引流机制的河道沉积，主要位于辫状河道和水下分流河道的中下部，经过水流淘洗，分选相对较好，泥质杂基含量低，储集性能较优。

（2）同级颗粒支撑砂砾岩相 岩性主要为细砾岩，粒间泥质杂基较少，反映稳定且较强的水动力条件，主要位于辫状河道和水下分流河道的中上部，储集性能较好。

（3）基质支撑漂浮砂砾岩相 主要为碎屑流沉积，基质可以为泥质，也可以为硅质，基质为泥质时表现为黏结性碎屑流，即泥石流；基质为硅质时表现为非黏结性碎屑流，其多位于水上泥石流和水下泥石流微相中。由于分选差，基质含量高，压实作用强，储集性能较差。

（4）板状交错层理砂岩相 此类岩相只在研究区部分井段发育，岩性主要为中—粗砂岩，局部含砾，发育板状交错层理，反映牵引流沉积特征，其多位于河道的最上部，碎屑颗粒分选较好，杂基含量也相对较低，储集性能总体较优。

通过对研究区不同井百口泉组有效储集层物性和物性差值统计可以看出，板状交错层理砂岩相、槽状交错层理砂砾岩相有效储集层发育，其次为同级颗粒支撑砂砾岩相，基质支撑漂浮砂砾岩相多为无效储集层（表3）。

3.3 成岩作用对有效储集层的影响

成岩压实作用导致储集层原生孔隙大量减少[16]。薄片观察发现，研究区储集层碎屑颗粒之间多为线接触和点-线接触，可见云母、泥岩岩屑等塑性颗粒压实变形。影响压实作用的因素包括碎屑组分、粒度、分选和填隙物含量等。通过统计发现，不同沉积相带颗粒组分差别不大，但优势沉积微相（水下分流河道和辫状河道）砂体分选好、泥杂基含量低，压实相对较弱，而不利沉积微相（泥石流）砂体分选差、泥杂基含量高，压实作用强。

表2 玛北斜坡百口泉组主要岩相类型

表3 玛北斜坡百口泉组不同岩相有效储集层物性与物性差值

研究区百口泉组胶结现象普遍，胶结物类型多样，但含量并不高，平均为2.3%.最常见的为碳酸盐胶结物（方解石和铁方解石），其次为自生黏土矿物（以高岭石为主），少量硅质。由铸体薄片观察可知，当碳酸盐胶结物含量超过8.0%时，镜下一般观察不到显孔，实测孔隙度一般低于6%.而碳酸盐胶结物多在砂泥岩接触面附近形成，从砂体中心到砂体边缘，胶结物含量逐渐增加，物性逐渐降低。对于一定厚度的砂体，砂体中部容易形成有效储集层，而与泥岩接触的部分多为无效储集层。

根据SY/T 5477—2003《碎屑岩成岩阶段划分》，研究区百口泉组主要处于中成岩阶段A期（图6），原生孔隙大量丧失，溶孔对储集层起重要改善作用。铸体薄片观察表明，百口泉组砂砾岩储集层的颗粒溶孔普遍发育，主要为长石溶蚀。前人研究表明，研究区百口泉组有3期油气充注[17]，第一期油气充注发生于晚三叠世前，第二期油气充注发生于早侏罗世，第三期油气充注则发生于早白垩世，对长石溶蚀有主要贡献的是第三期油气充注，此时，斜坡带储集层埋深大多超过2 500 m，地层温度超过80℃，达到长石溶蚀的反应温度[18]。因此，研究区埋深大于2 500 m的储集层发育长石溶孔，长石溶蚀有效改善深部储集层的物性。

图6 研究区百口泉组成岩阶段划分

根据成岩作用类型及其对储集层的影响，可以将百口泉组划分为4类成岩相[12]，即弱压实-弱溶蚀成岩相、不稳定组分溶蚀成岩相、强压实成岩相和方解石强胶结成岩相（表4，图7）。根据薄片确定成岩相类型，统计各成岩相储集层物性与物性差值，由表4可以看出，弱压实-弱溶蚀成岩相物性最好，且其物性差值最大，有效储集层最发育，其次为不稳定组分溶蚀相，而强压实成岩相和方解石强胶结成岩相几乎都为无效储集层。

表4 玛北斜坡百口泉组不同成岩相有效储集层物性与物性差值

图7 玛北斜坡百口泉组成岩相特征

4 结论

（1）综合利用分布函数曲线法和试油法求取了玛北斜坡百口泉组不同深度段有效储集层物性下限值，通过拟合确定物性下限随深度的关系式，并利用试油资料对储集层物性下限进行了检验。

（2）在确定储集层物性下限和深度关系式的基础上，采用物性差值分析了沉积微相、岩相类型和成岩作用对有效储集层的影响，结果表明，扇三角洲水下分流河道微相有效储集层最发育，其次为辫状河道；槽状交错层理砂砾岩相和板状交错层理砂岩相有效储集层最发育；弱压实-弱溶蚀成岩相有效储集层最发育。

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