大港探区上古生界二叠系致密砂岩储层特征及成因

王 辉，马文华，张凡磊，崔 宇

（中国石油大港油田公司，天津 300280）

渤海湾盆地黄骅坳陷第三系油气勘探已经进入中后期，寻找新的勘探接替战场迫在眉睫，近年来，围绕古生界的科研投入越来越大，陆续在大港探区港北潜山、王官屯潜山上古生界发现工业油气流，特别是近期在乌马营潜山二叠系下石盒子组致密砂岩获得工业气流，预示着二叠系致密砂岩良好的勘探前景，必将成为油田增储上产的重要接替层系。从目前的油气发现井来看，二叠系致密砂层是上古生界最具潜力的含油气层系，但是，由于致密砂岩储层的低孔低渗等特征，如何寻找优质储层相带，有效勘探这类气藏变得尤为重要，本文重点分析了大港探区二叠系致密砂岩的储层特征，以及影响储层物性的主控因素，为如何在大港探区寻找这类低孔低渗的潜山气藏提供可靠的地质依据，具有重要的现实指导意义[1-3]。

1 储层岩石学特征

大港探区上古生界二叠系地层由山西组、下石盒子组、上石盒子组和石千峰组构成[4]，其中下石盒子组砂岩最厚，上石盒子组次之，下石盒子组累计厚度可达80 m～184 m，依目前的油气发现，本文重点研究了上、下石盒子组的岩石学特征。

1.1 下石盒子组

近年来，在针对大港探区二叠系的勘探评价表明：二叠系储层分布受控于印支期差异剥蚀控制，具有南沉北抬的构造格局，坳陷南区二叠系下石盒子组保存相对完整，而北区往往缺失二叠系上部石千峰和上石盒子组。南部地区（如乌马营潜山）下石盒子组主要发育石英砂岩，石英含量最高可达95%，岩屑石英砂岩次之，岩屑以变质石英岩和酸性喷出岩为主，颗粒分选好-中、磨圆中，风化深，压实较强烈，多见凹凸接触，岩屑见酸性喷出岩、变质石英岩。中北部（如港北潜山）主要发育岩屑长石砂岩，岩屑类型主要是酸性喷出岩、硅质岩、变质石英岩、泥质岩等等。碎屑颗粒分选性中等，圆度为次尖-次圆，风化中，压实强烈，胶结类型主要为孔隙式和压嵌，颗粒支撑。下石盒子组孔隙中的填隙物含量中等，主要为泥质杂基和成岩后期形成的碳酸盐胶结物。

1.2 上石盒子组

上石盒子组仅在大港探区南部发育，岩石类型整体上以长石岩屑砂岩和岩屑长石砂岩为主，岩屑砂岩次之，上石盒子组的石英含量较下石盒子组低，岩屑见酸性喷出岩、变质石英岩、粉砂岩等。本层段内泥质分布粒间，部分见云母化现象。碎屑颗粒分选性好-中等，圆度为次尖-次圆，孔隙式胶结，线状接触，颗粒支撑，粒度大都处于0.25 mm～1.3 mm。孔隙中的填隙物含量相比下石盒子组有所降低。泥质杂基主要为泥质和水云母类，胶结产物主要是方解石和高岭石胶结物[7]。

2 孔隙结构

通过铸体薄片的观察与分析，上、下石盒子组原生孔隙基本不发育，主要是在储层深埋成岩时期形成的次生成因的溶蚀孔隙，以粒间、粒内溶孔为主，占到了总孔隙空间的60%～70%（见图1），主要由长石颗粒、岩屑及粒间胶结物的溶蚀改造形成。溶蚀孔隙镜下常呈现不规则的形态，粒间、粒内溶孔一定程度上改善了砂岩储层物性，但是，如长石溶蚀形成的高岭石、以及后续反应形成的伊蒙混层等自生黏土矿物会堵塞孔隙空间，整体上，溶蚀作用并不能改善储层物性。

裂缝主要见下石盒子组地层中，对于二叠系这种致密砂岩储层，裂缝及微裂缝已经成为重要的储集空间。同时，裂缝的发育又加深了溶蚀作用，使储层在弱溶蚀条件下形成优质储层。如南区潜山探井gg1601、us1等在埋深达到4 000 m～5 000 m时，在弱溶蚀条件下，经过微裂缝的改造，孔隙度还可以达到10个左右，充分说明裂缝对储层的改善至关重要。

据查阅相关文献得知[5]，下石盒子组，平均孔喉半径0.54 μm～10.75 μm（均值 7.02 μm），排驱压力 0.99 MPa～2.80 MPa（均值1.61 MPa），喉道分选系数 1.10～38.40（均值14.65）；上石盒子组，平均孔喉半径0.70 μm～11.59 μm（均值 6.01 μm），排驱压力 0.29 MPa～0.95 MPa（均值0.50 MPa），喉道分选系数0.91～41.09（均值16.88）。整体上表现出，石盒子组的排驱压力小-中等，喉道分选系数普遍偏小，上石盒子组孔喉连通性略好于下石盒子组。

3 储层物性特征

统计本区已有样品的分析结果，大港探区上古生界二叠系的孔隙度与渗透率正相关性明显。储层储集物性在不同层段内有明显差异。下石盒子组物性相比上石盒子组及山西组要好，下石盒子组孔隙度在10%以上的样本点占到了49.28%，并且下石盒子组上部辫状河河道沉积砂岩物性最好，孔隙度均值可以达到15%，渗透率也是所有储层段最好的（见图2）。

4 致密砂岩储层成因

4.1 致密砂岩的空间展布特征

上古生界致密砂岩有利储集层的空间分布主要受控于原始沉积环境，中、新生代后期改造作用。其中，中生代印支-燕山期大港探区中北区区域性的构造抬升与剥蚀作用对该地区上古生界储层发育影响非常大[6，7]。在强剥蚀区，上古生界主力储集层系-二叠系石盒子组储层已被剥蚀殆尽，失去了主力储层的作用，而在环绕二叠系石盒子组剥蚀区的地带，储层物性变化较大，在古地下水活动性强的渗流带可形成次生溶蚀带，储层物性较好（如扣村地区），但向凹陷一侧一定的距离内往往出现次生胶结带，导致原始孔隙被胶结充填，使储集物性进一步变坏。

图1 上古生界储层次生粒间孔隙，粒内孔隙

图2 大港探区上古生界二叠系下石盒子组储层砂岩孔隙度和渗透率频率直方图

大港探区南区上古生界层序保存全，南端的王官屯、南皮地区还残留了巨厚的下三叠统地层，上古生界储层发育特点主要受原始沉积相带及构造裂缝的影响，在晚古生代河流沉积的主河道带发育了巨厚的渗透砂岩，是上古生界有利储集层发育的主要地区；而在叠加有中、新生代构造活动因素的地段（如中生代逆掩构造发育区），二叠系砂岩可以有较好的渗透性。

4.2 破坏性成岩作用

4.2.1 压实-压溶作用 对于上古生界二叠系储层来说，储层的成岩作用经历了多个期次的深埋，机械压实作用导致原生孔隙已经基本不发育，颗粒接触主要是缝合线接触，见部分凹凸接触，多期次的深埋压实导致颗粒变形、破裂、紧密堆积，重排明显。同时，在压实过程中也伴随着碎屑接触点的溶解作用。下伏沉积物的压溶作用随上覆沉积物厚度不断增大亦随之增强。使得颗粒间的接触强度进一步加深，孔隙变小，喉道变窄。因此，即由压实-压容作用导致储层的孔隙度的损失量较大。

4.2.2 胶结作用 镜下观察表明，二叠系碎屑岩储层内胶结作用主要为黏土矿物胶结、碳酸盐胶结，硅质胶结发育程度一般。研究区二叠系下石盒子组主要发育高岭石胶结、碳酸盐岩胶结，高岭石作为长石颗粒遭受酸性溶蚀改造的副产物，使得原生孔隙进一步破坏；上石盒子组主要发育伊蒙混层胶结和碳酸盐岩胶结，伊/蒙混层主要以充填孔隙的形式产出。

4.3 破裂作用

破裂形成的裂缝和微裂缝在大港探区南部二叠系比较发育，从目前的钻井来看，裂缝和微裂缝的发育程度对致密砂岩的储集性能好坏至关重要，上古生界二叠系储层沉积以来，受到了多次构造运动的影响，在破裂早期，主要是方解石充填于其中，而晚期的充填物为方解石和石英。值得注意的是，在上、下石盒子砂岩储层中可见比较宽且平直的溶蚀裂缝，主要被方解石矿物充填，此类裂缝是由于溶蚀作用沿着微裂缝发育比较强烈形成的同时顺裂缝可以加深溶蚀作用，又可以沟通储层基质孔隙，如黏土矿物晶间孔，对致密砂岩储层改造至关重要。

5 结论

上古生界二叠系储层具有低孔低渗的特点，以次生粒间溶孔、粒内溶孔及晶间微孔为主，基本不发育原生孔隙，裂缝分地区发育程度不同。笔者认为造成储层致密的主要原因为：在无构造因素干扰的地区，由于机械压实和压溶作用导致原生孔隙大量减少，胶结作用进一步缩小原生粒间孔隙，造成砂岩储层致密，储层物性普遍偏差，为致密的低孔低渗型储层；而在部分强烈构造变形区以及剥蚀区，由于裂缝及微裂缝的存在在一定程度上改善储层物性，有较好的渗透性，但储层非均质性强。

参考文献：

[1]曾大乾，李淑贞.中国低渗透砂岩储层类型及地质特征[J].石油学报，1994，15（1）：38-45.

[2]李健，吴智勇.深层致密砂岩气藏勘探开发技术[M].北京：石油工业出版社，2002.

[3]唐海发，彭仕宓，赵彦超，等.致密砂岩储层物性的主控因素[J].西安石油大学学报（自然科学版），2007，25（1）：59-64.

[4]侯中帅，陈世悦，鄢继华，等.大港探区上古生界沉积特征与控制因素[J].地球科学，2017，42（11）：2055-2068.

[5]王方超.大港油田中南部上古生界沉积相分析及储层研究[D].荆州：长江大学，2015.

[6]付立新，楼达，李宏军，等.印支-燕山运动对大港探区古潜山形成的控制作用[J].石油学报，2016，37（b12）：19-30.

[7]吴永平，付立新，杨池银，等.黄骅坳陷中生代构造演化对潜山油气成藏的影响[J].石油学报，2002，23（2）：16-21.