杨税务潜山奥陶系储集层岩石微观特征研究

胡 斌 郭素杰 于海军 冯曰全 李 艳 于伟高 颜怀羽

(①中国石油渤海钻探工程有限公司第二录井分公司；②中国石油华北油田公司勘探事业部)

0 引 言

近年来，油田勘探开发目标向“难、非”领域发展，位于廊固凹陷东北部的杨税务潜山构造带，具有亿吨级储量，是华北油田油气接替的新领域[1]。该区自20世纪80年代开始启动勘探开发，到目前为止，已完成了11口井钻探，油气显示主要集中在奥陶系，前期分别对马家沟组及亮甲山组进行了大型酸压改造，大部分井能够获得高产油气流，但有的井测录井均显示较好，压裂试油结果却差强人意[2]，有的井气测显示低但压裂后却喜获高产。这表明杨税务潜山储集层非均质性强，横向变化大[3]。本文综合应用XRD矿物分析及岩石薄片鉴定技术对研究区奥陶系岩石成分构成、微观结构和孔缝发育情况开展分析，明晰杨税务潜山奥陶系地层的微观特征、储集空间类型及储集层物性影响因素，对储集层进行精细评价，取得了较好的效果[4]，为下一步试油及储集层改造选层提供了科学依据[5]。

1 方法原理

1.1 XRD岩性精细识别

XRD(X Ray Diffraction)全称为X射线衍射全岩矿物分析，根据岩性不同，矿物含量存在差异的原理，可以通过定量分析确定岩石矿物含量的变化，达到岩性定名的目的。该技术适用于矿物及物相鉴定分析，可定量检测样品的矿物组成，根据矿物含量变化实现成分构成精细定名，从而解决细碎岩屑辨识难题。

已钻井资料表明，杨税务潜山主要目的层位为奥陶系碳酸盐岩地层，岩性主要包括灰岩、白云岩及过渡类型的复杂岩性。根据钻井取心实物XRD分析，判定碳酸盐岩主要是由方解石、白云石、铁白云石以及黏土、石英、长石等矿物组成。因此，以方解石作为灰岩主要判定矿物，以白云石+铁白云石作为白云岩主要判定矿物，以黏土+石英等杂基作为泥质含量判定组合，参考沉积岩定名方法，建立了XRD矿物分析碳酸盐岩定名标准(表1)，实现了矿物成分精细定名[6]。

1.2 岩石薄片鉴定

岩石薄片鉴定技术是在偏光显微镜下鉴定透明矿物和岩石类型的一种方法。将矿物或岩石标本磨制成薄片后，在偏光显微镜下观察其结晶特点，确定岩石的矿物成分，分析其结构、构造、矿物的生成顺序，确定岩石类型及其成因特征，最后认定岩石名称。该方法主要依靠岩石矿物组成、结构、构造进行岩性定名[5]。

杨税务潜山为碳酸盐岩地层，成分为方解石、白云石，主要由晶粒、颗粒、胶结物三种结构组成，少见灰泥、云泥(馒头组的泥灰岩)和生物格架。晶粒类结构(泥晶、粉晶、细晶)灰岩、白云岩最为常见；颗粒类结构主要为内碎屑(如奥陶系凤山组、长山组、崮山组的竹叶状灰岩)，也见生物碎屑、鲕粒(如张夏组的鲕粒灰岩)、藻粒等；胶结物主要沉积于颗粒之间，结晶方解石和白云石分为泥晶和亮晶两种(在杨税务潜山颗粒组构中较为常见)。

表1 碳酸盐岩XRD矿物成分定名标准

2 奥陶系储集层岩石学特征

根据11口潜山井岩石薄片鉴定资料，杨税务潜山奥陶系碳酸盐岩储集层岩性种类较多，具有矿物成分简单，岩石类型多样，岩石结构复杂的特点。矿物成分主要为方解石，其次为白云石，少量石膏、燧石、铁矿和黏土矿物。硬石膏等盐岩类含量较少，基本在3%以下，泥质1%～15%，黄铁矿0～1%。岩石结构较为复杂，包括颗粒、晶粒、云斑和角砾结构等。主要岩性为泥晶灰岩、泥粉晶云岩等。而从XRD分析数据来看，亮甲山组白云石含量最高，上马家沟组、下马家沟组以及冶里组方解石含量较高，同时冶里组地层泥质含量最低(图1)。

钻遇的潜山奥陶系地层自上而下分别为峰峰组、上马家沟组、下马家沟组、亮甲山组、冶里组。通过11口已钻井1492块岩屑、岩心偏光薄片及XRD精细分析，进一步深化杨税务潜山奥陶系地层微观特征认识。

图1 杨税务潜山奥陶系矿物含量统计柱状图

2.1 峰峰组

从11口井XRD分析数据来看，该组白云石含量一般为20%～60%；方解石含量一般为15%～60%；泥质含量一般为17%～40%。岩性以灰岩为主，夹泥灰岩、灰质白云岩、白云岩等。通过250块薄片样品鉴定分析总结，该段上部为褐灰色灰岩夹灰黄色白云岩, 镜下上段以泥晶灰岩为主，有的结晶稍粗、见砂砾屑灰岩，泥质含量2%～4%，个别见板条状石膏，有的样品中见缝合线、溶蚀孔洞，方解石充填；下部为灰黄色、灰色白云质泥灰岩、泥质白云岩，夹褐灰色灰岩及紫红色泥质白云岩，镜下以泥粉晶、泥晶白云岩为主，可见残余砂砾屑结构，常见云化作用，泥质含量稍高，个别达到15%，可见发育溶蚀孔(图2)。

图2 峰峰组地层岩石偏光薄片分析

2.2 上马家沟组

该组XRD矿物成分主要为方解石，含量最高达80%，其次为白云石，二者含量一般在90%以上，泥质含量一般为15%～25%，少量硬石膏、硅质及陆源石英、长石等。上部主要为灰岩与白云岩互层，夹薄层灰质白云岩； 中部以厚层状灰岩为主，夹白云岩、含泥灰岩；底部以云质灰岩、灰质云岩为主。通过348块薄片样品鉴定分析总结，岩石较峰峰组更纯，泥质含量低，仍具风化特征；镜下以泥晶灰岩为主，夹泥晶白云岩、粉晶白云岩、云质灰岩。方解石+白云石含量一般大于90%，泥质含量2%～15%，少数大于20%，一般为4%～8%；见少量长石、石英陆源碎屑，见白云岩化；可见构造缝、缝合线、溶蚀构造复合缝等发育，主要由方解石、白云石、石膏、泥质、硅质、碳质等充填(图3)。

图3 上马家沟组地层岩石偏光薄片分析

2.3 下马家沟组

根据XRD矿物成分分析，该组矿物成分主要为方解石，含量一般为45%～60%；其次为白云石，含量一般为25%～50%；二者含量一般在90%以上，部分泥质，少量石膏及石英、长石陆源碎屑等。上部以灰质云岩为主,夹薄层灰质灰岩、泥云岩；下部以厚层云灰岩为主，夹薄层灰云岩。镜下以泥晶灰岩、含泥质泥晶灰岩为主，部分泥粉晶云岩、灰质云岩。方解石+白云石含量一般大于90%，泥质含量2%～18%，少数大于30%，一般为8%～14%；见少量介形、棘皮类等生物碎屑，见白云岩化；可见构造缝、缝合线、溶蚀缝等，多由方解石、硅质、有机质等充填，偶见晶间孔(图4)。

图4 下马家沟组地层岩石偏光薄片分析

2.4 亮甲山组

亮甲山组矿物成分主要为白云石，含量一般为10%～80%；其次为方解石，含量一般为15%～30%，部分泥质，少量石英、长石陆源碎屑等。岩性上部以黑色、深灰色白云岩为主，夹灰色、深灰色灰岩；下部为深灰色灰岩，夹灰褐色灰岩，及灰色白云岩，本组含少量燧石条带团块。镜下显示中上部为大段的泥晶、泥粉晶白云岩，部分粉晶、细晶云岩，泥质含量4%～8%，个别达到18%，多呈条带状分布；下部为泥晶灰岩，少量亮晶砂屑灰岩、藻屑泥晶灰岩，泥质含量6%～9%，最多可达11%，可见晶间孔、溶蚀孔隙及构造缝、缝合线等(图5)。

图5 亮甲山组地层岩石偏光薄片分析

2.5 冶里组

根据矿物成分分析，冶里组矿物成分主要为方解石，含量一般为35%～70%；其次为白云石，含量一般为10%～20%；泥质含量除AT 101X井外一般为12%～20%。岩性上部以深灰色、灰色灰岩为主，含白云质泥灰岩，及小竹叶状灰岩，泥质条带灰岩，下部以厚层灰色灰岩为主，岩性较纯，PDC复合钻井条件下岩屑细碎，难以见到竹叶状灰岩。该组地层沉积较薄，一般为30～50 m，颜色变浅，高伽马灰岩为底部标志层；薄片样品鉴定以厚层灰岩、泥灰岩为主，见竹叶状灰岩，镜下为大段的泥晶灰岩、含泥质泥晶灰岩，少量砂屑灰岩、云斑泥晶灰岩，底部见粉晶云岩。泥质含量一般为3%～5%，个别可达到20%；见少量介形类、棘皮类等生物碎屑，可见方解石充填的溶蚀孔隙及构造缝等。

冶里组碳酸盐岩以泥晶结构为主，部分泥晶砂屑结构，少量粉晶及云斑结构，见构造缝，溶蚀孔、缝，均被方解石充填，孔隙有效性较差(图6)。

图6 冶里组地层岩石偏光薄片分析

3 奥陶系储集空间特征

根据岩心观察、薄片鉴定及钻井、试油情况综合分析结果(表2)，杨税务潜山主要储集层分布在奥陶系，受不同成因控制，发育有晶间(溶)孔、构造溶蚀缝和构造缝三种储集空间与岩性具相关性：云岩发育段以晶间(溶)孔为主，其次为溶蚀缝，泥质含量越低，晶粒结晶越粗大，晶间孔越发育；灰岩发育段以构造缝、溶蚀微裂缝为主。云岩与灰岩间互段以微裂缝-晶间(溶)孔为主，构造缝、构造-溶蚀缝在云岩、灰岩段皆有发育，对储集层影响非常大，是沟通潜山及内幕储集层的有效通道。气测显示活跃段岩性既有云岩，也有灰岩。下马家沟组下段-亮甲山组、下马家沟组上段-上马家沟组下段、峰峰组下段-下马家沟组上段白云岩发育段以晶间(溶)孔为主，其次为溶蚀缝；上马家沟组中段灰岩以构造缝、溶蚀微裂缝为主；峰峰组下段、上马家沟组上段、下马家沟组上段云岩与灰岩的间互段以微裂缝-晶间(溶)孔为主。

表2 杨税务潜山储集空间分布情况

根据储集层储集空间类型、储集空间的有效性、泥质含量以及白云石含量，对潜山奥陶系地层各组段的储集层发育情况进行如下排序：亮甲山组储集层最为发育；其次是上马家沟组、下马家沟组；峰峰组储集层发育最差。结合测井综合解释结果、岩心物性分析结果，与薄片、矿物分析储集层认识较为一致，均指向白云岩井段为奥陶系有利储集层，亮甲山组最好。

薄片资料统计表明，储集空间类型为孔隙类的样品占样品总数的一半以上，其余为裂缝型储集空间类型，进一步说明亮甲山组岩性较纯，在溶蚀作用和构造作用下易于产生孔缝，储集层发育较好，利于油气成藏(图7)。

图7 主要储集空间类型

4 影响杨税务潜山储集层发育的主要因素

通过观察、对比分析已钻井岩心、岩石薄片、铸体薄片等得出，影响杨税务潜山储集层发育的因素主要有成岩作用(云化作用、岩溶作用、压实作用)、岩性及应力作用等。

4.1 成岩作用因素

成岩作用对储集层性质的影响非常大，尤其是胶结作用和溶蚀作用，可以产生、充填和完全改造孔隙。主要的成岩作用包括云化重结晶作用、岩溶作用、压实作用。云化作用在峰峰组下段-上马家沟组上段、上马家沟组下段-下马家沟组上段、亮甲山组较为发育，白云石含量较高；岩溶作用主要发育在峰峰组顶部岩溶面之下200 m左右范围内，在不同井存在较大差异；压实作用以缝合线等为特征，在全区皆有发育。

4.2 岩性因素

因岩石结构和矿物组分差异，溶蚀特征也有明显差别。岩溶作用主要发育在峰峰组顶部岩溶面之下200 m左右范围内，且不同井间存在较大差异。

石灰岩结构致密，但方解石易溶，因而溶蚀作用主要沿断裂、裂缝和层面进行；白云石较抗溶，但因白云岩结构较疏松，原始孔渗性好，溶蚀作用不仅沿断裂、裂缝和层面进行，同时在基岩中有更大规模的溶蚀作用，溶蚀过程中比表面积远大于石灰岩，因此云岩类为有利储集岩。通过岩心资料进一步分析白云岩的储集层物性，因为杨税务潜山井钻井取心较少，仅有两口井在潜山储集层段有少量取心，所以实测物性数据也较少。AT 2X、AT 3两口井经实测物性数据分析显示均属于特低孔型储集层，泥晶白云岩孔隙度较低，渗透性差，基本不具备形成优质储集层的物性条件。粉晶、细晶白云岩粒间发育晶间孔及晶间溶孔，具有较高的孔隙度、渗透率，孔隙度为3.9%～7.2%(平均4.2%～6.6%)，是形成储集层最有利的岩石类型，晶间孔、晶间溶孔主要发育在泥晶白云岩、粉晶白云岩中，对应井段油气显示也较活跃(图8)。

图8 不同类型白云岩孔隙度柱状图

4.3 应力作用因素

构造应力作用以裂缝发育的形式展现，不同井储集层构造作用发育程度差异较大。前人研究表明，冀中坳陷北部中生代至少发育两期规模较大的逆冲构造，即印支期受到扬子板块向北俯冲作用影响而形成的近EW向逆冲构造，燕山早期受到中国东部古太平洋板块NW向俯冲作用的影响而形成的NE向逆冲构造。这两次构造活动发育了多条近EW向和NE向的逆冲断层，而在逆冲断层上盘极易发生扩张裂缝和剪切裂缝，这些裂缝促进了区内碳酸盐岩裂缝储集层的发育。这两次构造运动造成大规模逆冲褶皱现象，使潜山及内幕逆冲构造更为发育，本来平坦的地层发生褶皱倾斜，地层产状开始形成一定角度，潜山内幕地层在逆冲断裂处直接暴露于地表，不仅有利于发生表生岩溶作用，还有利于发生顺层岩溶作用以及受断裂控制的岩溶作用，从而更有利于多种岩溶作用的形成，使杨税务潜山内幕溶蚀孔、洞、缝均较为发育(图9)。整体上看，峰峰组-上马家沟组上段、上马家沟组下段

图9 储集层影响因素镜下特征

至下马家沟组上段的云岩发育段皆有发育，在大套灰岩发育的上马家沟组下段则欠发育，断裂、裂缝、节理等的发育程度是岩溶发育的先决条件之一，为大规模流体渗入、溶蚀、泄出提供了有利条件[1]。

5 结 论

(1)通过XRD分析可以看出亮甲山组白云石含量最高，上马家沟组、下马家沟组以及冶里组方解石含量较高，同时冶里组地层泥质含量最低。

(2)奥陶系发育大套碳酸盐岩,储集层段集中在峰峰组下部-上马家沟组上部、上马家沟组下部和下马家沟组上部，奥陶系地层云斑发育，白云化成连片状，白云岩富集层段，储集性能较好。

(3)杨税务潜山储集层主要发育晶间(溶)孔、构造溶蚀缝和构造缝三种储集空间类型。白云岩发育段以晶间(溶)孔为主，其次为溶蚀缝；灰岩发育段以构造缝、溶蚀微裂缝为主；云岩与灰岩间互段以微裂缝-晶间(溶)孔为主。

(4)峰峰组上部发育一套受岩溶作用控制的储集层，有一定的储集性能；上马家沟组中下部灰岩中发育一套云岩富集段，储集性能较好；亮甲山组发育厚层的白云岩，发育有晶间(溶)孔等，储集性能较好。

(5)杨税务潜山储集层分布变化较大，集中分布在奥陶系，电性分析均属于低孔型-特低孔型储集层，裂缝发育不均；上马家沟组下段、亮甲山组为本区相对最好碳酸盐岩储集层；峰峰组下段、上马家沟组上段、下马家沟下段为本区较好的碳酸盐岩储集层；峰峰组上段为本区相对较差的碳酸盐岩储集层。

(6)区内储集层受成岩作用、岩石类型、裂缝发育程度共同控制，云岩类是有利储集岩，储集类型主要为裂缝-孔隙型。