鄂尔多斯盆地陇东地区二叠系盒8下段致密砂岩储层特征

崔改霞，魏钦廉，肖 玲，王 松，胡 榕，王翀峘

(1.西安石油大学 地球科学与工程学院，陕西 西安 710065；2.陕西省油气成藏地质学重点实验室，陕西 西安 710065)

0 引 言

我国含油气盆地中致密砂岩储层分布范围广泛，蕴含着丰富的油气资源，勘探开发潜力巨大。近年来，在鄂尔多斯盆地相继发现了西峰、姬塬等多个亿吨级油藏规模的大油田，通过勘探证实，在所发现的油藏规模中致密油藏占比较大，其砂岩储层具有典型的低渗、低压、低产的致密特征[1]。盆地西南部陇东地区二叠系石盒子组盒8下段储层已成为该区域天然气储量增长的接替区[2]，横跨天环坳陷与陕北斜坡两大构造区(图 1)，该时期水下分流河道发育，水下分流河道在向三角洲外前缘推进过程中不断收缩变小，在三角洲外前缘发育了顺流向的细条状远端水下分流河道砂体。岩性主要为细砂岩，中上部由粉砂岩和泥质粉砂岩所组成，具有正粒序剖面结构特征底冲刷；三角洲平原的分流河道以及前缘亚相中的水下分流河道形成了主砂体带的骨架砂体，呈西南—东北方向展布，水体范围较小，泥岩分布较少，砂体的连通性较好。

图1 鄂尔多斯盆地陇东地区构造位置图

目前，国内外研究学者针对陇东地区盒8段储层的研究主要集中在物源[3-7]、沉积相和沉积体系[8-10]、孔隙结构[11-12]以及成藏特征[13-16]等方面，并取得了一定的成果，而对于陇东地区石盒子组盒8下段储层特征方面的研究相对薄弱。因而，有必要对该区储层特征进行详细分析。本文在前人研究的基础上，对研究区盒8下段储层发育特征及物性特征进行详细研究，并探讨了影响储层发育的主要因素，以期为陇东地区致密砂岩储层油气勘探开发提供可参考的理论依据。

1 储层发育特征

1.1 储层岩石学特征

根据薄片鉴定结果，研究区盒8下段主要岩石类型为碎屑石英砂岩，其含量为61.6%，占岩石类型总量的一半以上，其次为岩屑砂岩，含量为15.06%，由于长石砂岩稳定性较差，搬运过程中易风化，离物源区越远其含量越低，研究区长石含量不到3%，仅局部可见。填隙物含量为22.42%(图2)。西南部、南部平凉—淳化地区以高石英低岩屑低长石为特征，岩屑从西南部、南部向中部搬运，含量逐渐降低。北部吴起地区主要为石英砂岩区，为远物源沉积。北部物源主要来自阴山古陆，西南、南部来自祁连—秦岭造山带。

图2 陇东地区盒8下段储层岩石类型分布特征

陇东地区上古生界盒8下段的泥岩颜色以深灰色，杂色为主(图3(a))，表明水体较浅，反映其处于氧化—还原环境交替频繁的沉积环境。砂岩以粗砂居多(图3(b))，其次为中砂和细砂，表现出较强的水动力条件。从分选情况来看，研究区盒8下段整体上以中等分选为主，分选较差，整体磨圆度以次棱角状为主，其次为次棱—次圆和次圆状(图3 (c))。

图3 陇东地区盒8下段储层岩石类型

1.2 填隙物组分

根据薄片鉴定分析，研究区盒8下段储层填隙物具有种类多、变化范围大的特点(图4)，成分主要包括黏土矿物胶结物(高岭石、绿泥石、水云母)、碳酸盐类胶结物(铁方解石、铁白云石)、硅质胶结物。胶结物含量中水云母含量达15.70%，方解石菱铁矿和铁白云石含量均不足0.60%。填隙物总量为25.49%，以水云母(8.55%)、高岭石(2.11%)、硅质(1.8%)、铁方解石(1.66%)、绿泥石(1.17%)为主，凝灰质(0.82%)、铁白云石(0.27%)、菱铁矿(0.19%)、方解石(0.13%)等较少。

图4 陇东地区盒8下段储层填隙物含量饼状图

1.3 孔隙类型

研究区盒8下段储层在成岩作用过程中，砂岩储层经历强烈压实和压溶作用，碎屑颗粒和岩屑相互嵌合，伴有不同程度石英再生长，原生粒间孔隙大量消失，孔隙类型以经过成岩改造的粒内溶孔为主，粒间孔及晶间微孔的发育使储层物性进一步得到改善(图5)。

图5 陇东地区盒8下段储层孔隙类型柱状图

1.3.1 粒间孔

研究区粒间孔可进一步分为石英加大后的粒间孔隙和粒间溶蚀孔隙，前者可使原有粒间孔隙减少，在石英砂岩及岩屑石英砂岩中较发育(图6(a)、(b))；后者是以原生为主，伴随着次生成因混合形成的，常和粒内溶孔混生(图6(c))，粒间孔的发育使得孔喉的分选性变差，排驱压力和中值压力降低，孔喉体积比减小。

1.3.2 粒内溶孔、铸膜孔

研究区岩石粒内溶孔主要是各种易溶岩屑发生程度不等的溶蚀形成的孔隙(图6(d))。长石溶孔含量较少，见于泥岩屑、中酸性火山岩岩屑、千枚岩屑、石英岩屑等易溶岩屑中。铸体薄片下长石、岩屑的粒内溶孔类型主要包括孤立溶孔、粒内蜂窝状溶孔、粒内微孔等，孔隙直径较小，一般小于0.05 mm。长石矿物发生不同程度的溶蚀，还可形成较大的铸模孔(图6(e))。

1.3.3 晶间微孔

研究区晶间微孔主要由长石及岩屑发生蚀变和水化作用、泥质杂基重结晶充填于粒间形成(图6(f)、(g))；此外，研究区还可见少量泥质杂基、泥岩屑中的微孔孔径通常小于0.01 mm，较细小。

1.3.4 微裂隙

研究区砂岩岩心及薄片中，裂缝较常见，形态上呈细小片状，缝面弯曲，主要受地应力作用形成，裂缝宽度细小且狭窄(图6(h)、(i))，体积仅占岩石总孔隙度的0.01%，但能改善储层渗透性。

图6 陇东地区盒8下段储层微观孔隙特征

1.4 孔隙结构特征

研究区盒8下段储层砂岩压汞参数统计结果显示，排驱压力为0.01～13.11 MPa，平均6.82 MPa；中值压力为0.91～58.54 MPa，平均15.41 MPa，反映岩石的渗透性相对较差。中值喉道半径为0.01～0.81 μm，平均0.185 μm，主要偏向于孔喉半径较小的一侧，反映研究区喉道半径普遍较小。喉道分选系数为0.09～5.72，平均2.07，反映孔喉分布较为不均匀，喉道歪度为-6.01～2.93，平均0.06，反映孔隙大小稍偏于粗孔径。最大进汞饱和度为12.89%～99.31%，平均71.05%，说明岩样的孔隙度相对低，喉道半径相对小，而且分选较差，喉道分布不均匀。

分析毛管压力曲线形态和参数特征，根据储层孔隙结构分类评价标准，将研究区盒8下段储层孔隙结构分为4种类型(图7)。

Ⅰ类孔隙结构。压汞曲线形态具有明显的平台，孔喉连通性好，分选较好，粗歪度，排驱压力一般小于 0.5 MPa，中值半径大于 0.2 μm，退汞效率高于35%，孔隙度一般大于8%，渗透率一般大于0.5×10-3μm2(图7(a))。

Ⅱ类孔隙结构。压汞曲线形态具有较明显的平台，孔喉连通性相对较差，分选中等—差，偏粗歪度，排驱压力中等(0.50～1.00 MPa)，中值半径大于0.1 μm，退汞效率高于30%，孔隙度一般为6%～8%，渗透率为0.2×10-3～0.5×10-3μm2(图7(a))。

Ⅲ类孔隙结构。压汞曲线平台不明显，孔喉连通性和分选较差，偏细歪度，排驱压力偏高，一般大于1 MPa。中值半径小于0.1 μm，退汞效率高于30%，孔隙度一般为4%～6%，渗透率大于0.2×10-3μm2(图7(b))。

Ⅳ类孔隙结构。压汞曲线无平台，物性很差，排驱压力相对较高，一般大于2 MPa，孔隙度一般小于4%，渗透率小于0.1×10-3μm2(图7(b))。

图7 陇东地区盒8下段储层砂岩孔隙结构类型

2 储层物性特征

2.1 孔隙度和渗透率特征

陇东地区盒8下段物性数据分析表明，盒8下段主要发育低孔隙度、特低—低渗透率储层。孔隙度为0.98%～15.3%，主要分布在 2%～8%之间，大于6%的样品占39.48%，平均孔隙度为 6.60%(图8(a))，属于低孔储层；渗透率主要分布在0.03×10-3～13.87×10-3μm2范围，大于0.1×10-3μm2的样品占42.55%，平均渗透率为 0.43×10-3μm2(图8(b))，属于特低渗储层。

图8 陇东地区盒8下段储层孔隙度、渗透率分布频率图

2.2 孔隙度与渗透率关系

为进一步分析陇东地区盒8下段储层物性数据，将盒8下段砂岩孔隙度和渗透率数据做相关图[11]。根据孔—渗相关曲线可知(图9)，盒8下段的孔隙度与渗透率呈指数相关，相关系数为0.541 2，孔隙度主要分布在2%～10%区间内，渗透率在0.01×10-3～10×10-3μm2区间内居多。渗透率值随着孔隙度值的增加而增加，二者的大致相关性表明砂岩的储、渗能力在一定程度上仍主要依赖于砂岩基质孔隙与喉道，孔隙度和渗透率的低值反映研究区储层喉道细小、孔隙偏细的特征。

图9 陇东地区盒8下段储层孔隙度和渗透率关系

3 储层影响因素分析

3.1 沉积条件

沉积作用在根本上控制着储层的原始发育和质量，不仅对岩石的类型、结构以及组分产生了一定的影响[17-20]，而且还决定着砂岩的粒度及其韵律性、分选性以及时空展布规律，进而决定着储层岩石的孔喉特征，进一步控制着砂岩的孔隙度和渗透率变化，从而影响着储层物性的好坏。

3.1.1 沉积相对储层的影响

沉积相对优势储层的分布状况具有关键性的作用[21-22]。研究区盒8下段储层发育三角洲沉积体系(表1)。三角洲前缘水下分流河道呈粒度正韵律特征，横剖面呈“顶平底凸”形态，垂向上呈切割或拼接式叠置；平面上呈条带状或连片状展布，水动力较强，为远物源搬运沉积，碎屑颗粒较粗，抗压实能力偏高，原生孔隙不易损失，孔隙度和渗透率较高，平均孔隙度为10.58%，平均渗透率为0.54×10-3μm2，储层物性条件最好。三角洲平原分流河道、分流间洼地属于相对低能环境下的产物，岩性以粉砂岩—泥质粉砂岩为主，孔隙度和渗透率较差，物性条件差。浅湖亚相浅湖砂坝岩性以中、细粒砂岩为主，分选好，孔隙度相对较高，为9.6%，由于受湖底地形、物源供应及湖泊营力大小等因素决定，砂体渗透率较差，平均渗透率为0.08×10-3μm2，物性条件较差。因此，研究区有利储集砂体形成的先决条件为水下分流河道(或分流河道)的沉积砂岩。

表1 陇东地区盒8下段储层沉积微相与储层物性关系

3.1.2 岩性及砂体结构

陇东地区下石盒子组盒8下段储层岩性主要包括细粗砂岩、中砂岩、细砂岩及粉砂岩，岩性—物性关系图表明[23]，粒度较粗的砂岩孔隙度、渗透率高，储层物性好(图10)。粒度较粗的砂岩的水动力条件强，孔隙度大于8%，渗透率多大于0.3×10-3μm2。粒度较细，水动力条件较弱，泥质含量较高，岩石抗压实能力弱，孔隙度一般小于8%，渗透率基本上都小于0.3×10-3μm2。辫状河三角洲前缘分流河道或水下分流河道中发育中砂岩或粗砂岩，抗压实能力强，孔隙度、渗透率相对较高，储层物性好。

图10 陇东地区盒8下段储层岩性—物性关系

在垂向上，随水动力条件的变化，单砂体产出形式从切割型到拼接型再到孤立型[24-25]。切割型单砂体是在多期河道叠置的成因下形成的，砂体规模大，孔隙度和渗透率较高，储层物性相对较好。拼接式砂体中，泥岩夹层含量较多，单砂体厚度相对小，侧向延伸性较差，对应的储层物性相对较差；孤立型单砂体平面上呈点状或薄条带状分布，砂体规模最小，非均质性强，孔、渗极低(图11)。

3.2 成岩作用

影响储层形成的主要因素是压实作用，胶结作用和成岩溶蚀作用对储层均有不同程度的影响，压实作用使储层孔隙总体积大幅减少，导致储层的储集性能以及喉道的连通性变差。

3.2.1 压实作用对储层的影响

研究区碎屑组分中长石含量相对较低，石英、钾长石、变质岩岩屑等刚性组分含量相对较高，为70%～90%。对比压实作用和胶结作用对储层影响的强弱程度，本文对胶结物含量与岩石粒间体积做交汇图[26]，从图中可以看出，样品集中分布在强—较强压实范围内，压实作用造成的孔隙度损失更多，对储层孔隙影响大于胶结作用(图12)。研究区样品原始孔隙度减少40%左右，其中压实作用造成的原始孔隙结构损失量20%～38%，多集中在25%～35%之间，胶结作用造成的原始孔隙结构损失量为6%～25%，均不同程度地减少了储层原生孔隙，而压实作用对储层物性起主要的破坏作用。

图12 陇东地区盒8下段粒间体积—胶结物含量关系图

3.2.2 胶结作用对储层的影响

(1)黏土矿物胶结物

据薄片鉴定及X-衍射实验结果，研究区盒8下段储层黏土矿物以伊/蒙混层、高岭石、水云母为主，绿泥石含量较少(图13)。水云母含量集中分布在1%～15%范围，平均含量为8%左右，水云母含量与面孔率呈负相关性(图13(a))；高岭石主要分布在1%～7.50%范围内，平均含量为2%左右，与面孔率呈正相关关系(图13(b))。高岭石孔隙充填的产状对孔喉发育特征影响较小，而伊/蒙混层、水云母、绿泥石这些黏土矿物的产状明显堵塞了孔喉，所以对储层连通性的影响较大，储层物性较差。

图13 陇东地区盒8下段各类型胶结物含量与面孔率关系图

(2)碳酸盐胶结物

研究区碳酸岩胶结物含量与面孔率呈负相关性(图13(c))，当碳酸盐含量小于5%时，砂岩面孔率一般大于1%，当大于5%时，面孔率均低于1.50%。据统计，早成岩 B 期—中成岩 A1期菱铁矿等造成减孔率为 4.85%，中成岩 B 期铁方解石等造成减孔率为 5.52%，碳酸盐胶结物含量高的区域，不利于优质储层的形成。

(3)硅质胶结物

石英次生加大强度随着储层的埋深而增强，薄片、扫描电镜资料表明研究区在4 200 m左右，石英次生加大强度达到最大值，之后略有降低。研究区硅质胶结物含量与面孔率呈先增大后减小的关系(图13(d))，小于5%时，随硅质胶结物含量增加面孔率增加，大于5%时，随硅质胶结物含量增加面孔率减小。

3.2.3 溶蚀作用

研究区砂岩中的碎屑颗粒、杂基、胶结物和交代矿物，如火山岩岩屑、少量长石等易溶组分，在一定成岩环境中，发生不同程度的溶蚀形成了岩屑溶孔、长石溶孔等次生孔隙。岩屑溶孔与面孔率呈正相关，相关性较弱(图14(a))。长石溶孔小于0.5%时，面孔率值较小，当大于0.5%时，面孔率值增大(图14(b))。研究区晶间孔由石英砂岩中的高岭石蚀变形成，与面孔率呈先增加后减小的关系(图14(c))，当晶间孔含量为0～1.5%时，面孔率值较大，而一般大于1.5%时，面孔率开始减小。粒间溶孔总体较低，一般小于1%(图14(d))。不同成岩作用机理下形成的孔隙均不同程度地增加了岩石储集空间，扩大了粒间孔隙，改善储层的储集性能。

图14 陇东地区盒8下段各类型溶蚀孔含量与面孔率关系图

4 结 论

(1)沉积相在根本上控制着储层物性条件，研究区有利储集砂体为水下分流河道(或分流河道)的沉积砂岩。砂体结构对储层物性产生重要影响，切割型单砂体储层物性相对较好，拼接式砂体储层物性次之，孤立型单砂体物性较差。

(2)压实作用是造成储层致密的主要因素。在胶结物对储层致密化的负面影响方面，水云母是造成研究区盒8下段储层致密化的首要因素，碳酸盐胶结物和硅质胶结是储层致密化的重要因素。当水云母含量大于15%时，水云母大量填充孔隙，孔隙体积减小，面孔率急剧降低，其面孔率一般低于0.50%，储层物性较差；当碳酸盐胶结物或硅质胶结含量大5%时，其大量填充孔隙，储层物性变差。适量的高岭石含量有益改善储层质量，其与面孔率呈先增加后减小的关系。

(3)粒间孔和岩屑溶孔是储层重要储集空间类型，各种溶蚀作用虽然改善了储层的物性条件，但其建设性影响有限，推测其与储层先致密后成藏有关，后期生成的有机酸难以大量进入储集层中溶蚀各种不稳定组分。