靖边气田高桥-杏河地区马家沟组五1+2段储层发育特征及其主控因素研究

李朝旭，王汝阳，唐 宏，孙靖虎

(1.中国石油长庆油田分公司气田开发事业部，陕西 西安 710018；2.中国石油长庆油田分公司第六采气厂，陕西 榆林 718600)

碳酸盐岩气藏是我国最为重要的油气藏类型之一，资源潜力巨大，在全球范围内已探明的油气储量中，碳酸盐岩油气储量超过总储量的一半。鄂尔多斯盆地是我国西部重要的含油气盆地，靖边气田上古生界碳酸盐岩是鄂尔多斯盆地古生界重要的勘探层位之一[1-4]。近年来针对古生界马家沟组的勘探主要集中在靖边气田的东北地区和北部地区，研究指出马家沟组储层的发育主要受成岩作用影响，但是针对南部高桥-杏河地区的勘探及研究相对较少，特别是对于马五段的研究更为缺乏。国内学者研究认为靖边气田南部马五段一亚段、二亚段为一套典型的风化壳储层，优质储层的发育和分布与成岩作用密切相关[5-6]，但对马五段储层的发育特征及主控因素尚不明确，对储层的构造改造作用研究更为缺乏。中奥陶世时期，研究区沉积一套以白云岩和灰岩为主的碳酸盐岩地层[7-9]，此后，研究区在洋壳向华北板块俯冲影响下结束海相沉积，进入构造抬升阶段，发生沉积间断的同时发生大规模的溶蚀作用，高桥-杏河地区处于鄂尔多斯盆地中部岩溶高地和岩溶斜坡地带，研究区为整体向西倾斜的大型单斜地层，地形平坦，平均坡度<1°，大型断层不发育[10-12]，勘探程度低，具有较大的勘探开发潜力。因此本文基于大量的岩芯、薄片及储层物性分析，结合区域沉积及构造演化史，对储层发育地质特征及其影响控制因素进行研究，分析不同沉积环境下岩石孔隙结构的差异及其对储层的影响，并分析构造作用对储层主要储集空间——膏溶孔、溶蚀缝发育及渗流能力差异的影响，综合解析不同因素对储层发育影响差异性，阐明储层品质影响主要因素，为下阶段对该地区的勘探和开发提供一定的查考和指导。

1 区域地质概况

鄂尔多斯盆地地处我国西部地区，是一个位于克拉通内部经历多个构造旋回的叠合含油气盆地，盆地面积为3.7×105km2[13-14]，是一个资源丰富的大型盆地，其中古生界地层天然气资源尤为丰富。奥陶系马家沟组是古生界极为重要的碳酸盐岩储层，该地层沉积时期，鄂尔多斯盆地表现为隆起与坳陷相间分布的构造特点。以西南部的中央古隆起和东部的陕北凹陷为主要构造(图1)[15-16]，二者相互协调，长期并存，共同决定了鄂尔多斯盆地奥陶系隆坳相间的古构造和古地理格局。研究区位于靖边气田南部高桥-杏河地区，构造上处于中央古隆起与陕北凹陷的宽缓过渡带，沉积古地貌相对平坦[7,17-18]。受洋壳俯冲活动的影响，马五1+2段地层沉积环境发生巨大变化，大规模海退使得研究区环境由湿润变为干热的强蒸发环境，地层沉积相转变为蒸发台地相，该时期在强烈的蒸发环境下。马五1+2段沉积地层表现为陆表海碳酸盐岩和蒸发岩沉积，岩石类型主要为灰白色、浅灰色、灰色的灰岩沉积、灰色、深灰色的膏质白云岩、泥质白云岩沉积，局部含灰白色-白色的膏质沉积。志留纪时期盆地受加里东大型构造运动的影响，地层抬升，暴露于地表遭受风化剥蚀，马五1+2段地层接受广泛的大气水淋滤改造，形成大面积的风化壳岩溶储层。

图1 鄂尔多斯盆地构造区划及研究区位置Fig.1 Tectonic regionalization and study arealocation of Ordos Basin

2 实验样品及测试

2.1 实验样品

本次研究过程中，对来自高桥-杏河地区陕289井、陕279井、陕321井、陕437井等在内的6口井的马五1+2段岩芯进行取样，分别开展岩芯及岩石薄片观察、孔-渗性测试及压汞分析(表1)。

表1 实验测试项目及样品Table 1 Test items and samples

2.2 实验方法

2.2.1 孔隙度、渗透率测试

岩石孔隙度测试采用美国Core Lab公司生产的PoroPDP-200型覆压孔隙度渗透率测量仪，最大围压为70 MPa，渗透率测量介于0.000 01～10 mD之间，孔隙度测量范围介于0.01%～40.00%，渗透率测量采用压力脉冲衰减法，孔隙度测量通过氦气膨胀原理，采用波依尔定律进行计算，实验前将岩芯样品制作成2.6 cm×3.0 cm的尺寸，整个实验过程采取室温下参照《岩心分析方法》(SY/T 5336—2006)进行。

2.2.2 孔隙结构测试

储层孔隙结果测试采用美国康塔公司生产的PoreMaster60型全自动压汞仪，实验前将样品制成2.5 cm×3.5 cm的标准岩芯，仪器可测量的孔径范围介于0.003 6～950 μm之间，整个实验过程采取室温下参照《岩心分析方法》(SY/T 5336—2006)进行。

3 储层发育特征

高桥-杏河地区马五1+2段储层是典型的风化壳储层，是该地区的主力勘探层位，储集空间类型、发育分布及物性特征对储层研究具有重要意义[19]。

3.1 储集空间类型及孔隙结构发育特征

3.1.1 储层储集空间特征

通过对马五1+2储层大量岩芯及岩石薄片的观察分析，得到目的层储集空间类型主要包括膏溶孔(图2(a)和图2(b))、溶缝(图2(c))、晶间孔(图2(d))及晶间溶孔(图2(e))和构造裂缝(图2(f))，在研究区内马五1+2亚段白云岩储层中，晶间孔及晶间溶孔总体为欠发育状态，仅零星分布于局部地层中，说明晶间孔和晶间溶孔对研究区储集空间的贡献居于次要地位。而岩芯及薄片观察后期溶孔和构造裂缝较为发育，是储层最重要的储集空间，体现了储集的主要储集空间主要由后期改造所形成的。观察结果发现，研究区最为主要的孔隙空间类型是膏溶孔，由于地层沉积期为强蒸发环境，石膏晶体与白云石结晶体一同沉淀下来，呈零散状分布于白云岩中，后期石膏结晶溶解形成该地区典型的膏溶孔，多显长条状或板状石膏晶体形态，溶孔间的相互连通性较差，部分溶孔被后期方解石充填，薄片观察溶孔为近圆形和椭圆形的小型孔洞，岩芯体现为疏密各异的近圆形小孔洞，部分小孔被充填。溶缝是另一类重要的溶蚀空间，主要为沿早期缝合线局部范围及微裂缝发生溶蚀作用形成的不规则溶蚀缝，部分岩芯可见溶缝沿缝合线构造呈串珠状分布，溶缝形状不规则，多呈长条形，溶孔分布广泛，是目的层第二重要的储集空间。构造裂缝是在构造运动过程中形成的，马五1+2储层构造裂缝主要为大量微裂缝，多为未充填状态，有效缝主要为埋藏晚成岩期由喜山期构造运动形成，一方面可作为溶缝发育的基础，同时对储层主要储集空间-膏溶孔起联通作用，沟通相互孤立的膏溶孔，对改善储层的渗透性起到至关重要的作用。

3.1.2 储层孔隙结构特征

储层储集空间结构是反映储层好坏的另一重要参数，是衡量孔隙吼道特征及孔隙连通性好坏的重要指标，通常通过铸体薄片反映直观的孔隙结构[20]，通过压汞实验研究储层微观孔隙结构。本次研究中对来自于陕289井、陕279井等井在内的共30个铸体薄片资料及8个样品压汞实验进行分析(图3)，根据毛管压力参数对孔隙结构评价，若考虑压汞实验中排驱压力大小和压力中值，得到马五1+2亚段储层样品孔隙结构均可达到中等以上，部分样品孔隙结构可达到极好等级，当将储层孔隙度和渗透性考虑在内时，储层孔隙结构评价级别略有降低。薄片鉴定中不同孔隙类型其孔隙结构差异较为明显，晶间溶孔的吼道宽度主要在35 μm以下(图2(d))，少量样品吼道宽度大于35 μm，孔隙半径大小集中分布在50 μm以下，而样品膏溶孔和溶缝吼道宽度以大于35 μm为主(图2(a))，孔隙半径也以大于50 μm为主(图2(b)和图2(c))，其中膏溶孔孔隙半径大于200 μm的样品数达总样品数的60%以上。

图2 马五1+2储层储集空间发育特征Fig.2 Characteristics of reservoir space in Ma 51+2 reservoir

图3 马五1+2储层压汞曲线及孔喉分布Fig.3 Mercury pressure curve and pore throat distribution of Ma 51+2 reservoir

3.2 储层物性特征

储层物性直接影响储层的品质，通常根据储层孔隙度和渗透率二者进行评判储层物性的好坏，高桥-杏河地区马五1亚段及马五2亚段储层岩性和储集空间均相同，但两亚段储层物性存在较大的差异，储层孔渗关系具有明显的不同，通过对两亚段储层样品孔隙度和渗透率单独分析，做样品孔隙度和渗透率散点分布图，排除带裂缝的样品，得到马五1亚段储层孔隙度和渗透率之间为简单的线性相关性，相关系数中等，而马五2亚段储层样品孔隙度和渗透率之间不存在线性关系(图4)。

图4 高桥-杏河地区马五1+2亚段储层孔-渗关系图Fig.4 Reservoir porosity and permeability diagram of Ma 51+2 sub-member in Gaoqiao-Xinghe Area

根据储层物性分级评价标准[21]，马五1亚段超过90%的样品孔隙度在10%以下，渗透率在1 mD以下，总体上处于低孔低渗-超低孔超低渗储层，仅存在少数样品孔隙度在10%以上，渗透率在1 mD以上，经岩芯观察显示，高孔隙度和渗透率储层段裂缝发育。马五2亚段更是以超低孔超低渗储层为主。结合两亚段不同储层样品孔隙度及渗透率分析(图5)，马五1亚段不同井孔渗关系较好的储层段均为裂缝-孔隙型储层，而马五2亚段优质储层段仅在297井3 622.44～3 623.21 m段，厚度不足1 m，可以算是马五2亚段储集物性相对较好。结合马五1亚段、马五2亚段储层孔渗关系分析，储层段总体孔渗关系差，优质储层段为微裂缝发育段，储层类型为裂缝-孔隙型裂缝。

图5 高桥-杏河地区马五1+2亚段储层孔隙度及渗透率分布频率直方图Fig.5 Histogram of reservoir porosity and permeability distribution frequency in Ma 51+2 sub-member of Gaoxiao-Xinghe Area

4 主控因素分析

储层的发育特征受多种因素的影响，一般可分为储层成岩作用和后期改造作用，其中沉积环境、成岩作用和后期构造运动是对储层影响最为重要的三个因素，因此主要围绕这三方面对马五1+2储层发育控制因素进行分析。

4.1 沉积相对储层作用

沉积作用对储层的影响体现在不同沉积环境下，储集岩类型的形成与沉积相密切相关，根据研究区岩性差异可以将研究区马五1+2亚段沉积相类型主要包括开阔台地相、局限台地相和蒸发台地相等三种类型，每一沉积相又可划分为不同的沉积微相。通过对研究区单井沉积相及连井沉积相分析，不同沉积相岩性及其对储层发育的影响因素各不相同，沉积相直接控制储层的垂向及横向展布特征，研究区马五1+2亚段开阔台地相以发育灰色、浅灰色灰岩为主。局限台地相以灰、浅灰色云岩及灰质云岩为主，局部夹深灰色泥质云岩、云泥岩，蒸发台地相岩石类型主要为云岩、膏岩及盐岩等蒸发岩，孔隙多被膏质所充填。

沉积相对储层的控制作用一方面体现在控制沉积物的粗细程度和分选性，直接影响储层原生储集空间的发育特征和分布，是储层发育的基础条件。另一方面，沉积相的差异是后期次生孔隙发育的先导条件之一，研究区次生孔隙主要为后期溶蚀孔隙，表现为膏溶孔和溶缝，最为主要的膏溶孔在台地相中最为发育，台地相主要为白云岩的含膏云坪沉积，在研究区的东部和南部局部发育泥云坪，灰云坪主要为中部地区发育，横向展布特征较为明显，白云岩沉积说明沉积期为水体较浅、强蒸发的泻湖沉积环境。

图6 研究区沉积相平面分布图Fig.6 Plane distribution map of sedimentary facies in the study area

石膏的发育与沉积环境密切相关，表明沉积环境的为主要储集空间的发育提供了先决条件。马五1+2亚段储层中，原生孔隙发育的先天条件不足，之所以成为储层全靠次生孔隙的发育，如上所述，该套储层中最主要最常见的次生孔隙是膏溶孔，这与其沉积环境水体盐度达到在白云岩中有分散石膏沉淀的条件有关，这就为次生溶蚀孔隙(膏溶孔)的形成提供了条件。

4.2 成岩作用对储层的控制

研究区下古生界马五1+2亚段的碳酸盐岩储层原生孔隙度和渗透率均较低(图4)，仅依靠原生孔隙空间不足以形成有效储层，但后期成岩改造为储集空间的扩大提供了途径，尽管成岩作用的影响不足以形成马五1+2亚段形成优质碳酸盐岩储层，但是在次生溶蚀作用下，部分溶孔和溶缝发育(图2(b)和图2(c))，使得储层成为具备一定油气储集能力的油气储集层。根据成岩作用发生的先后顺序及其对储层的影响，可将研究区成岩作用分为早期建设性成岩作用及晚期破坏性成岩作用，早期成岩作用多为建设性成岩作用，强蒸发环境为研究区点状分布的石膏的形成及白云岩的形成提供了基础，而石膏及白云石的溶解差异性为溶蚀孔隙的形成提供了物质条件。另外，由于白云岩化作用，储层脆性增加，为后期构造运动中微裂缝的形成提供了有利条件，裂缝的形成又为地表水的下渗、石膏的溶蚀提供了有利条件。后期破坏性成岩作用体现在早期溶蚀孔隙和溶缝由于后期成岩作用的影响，溶蚀孔隙和溶缝中被自生石英和方解石充填，降低储层的储渗性能。研究表明，研究区范围内下古生界马五1+2亚段碳酸盐岩储层具有较强的非均质性，正是由于成岩后期破坏性建设作用形成的。

4.3 构造作用对储层的影响

高桥-杏河地区马五1+2亚段碳酸盐岩储层原生孔隙发育程度差，储层主要储集空间的形成主要受后期改造的影响，成岩作用及构造作用是影响储集空间改造的主要因素，早期成岩作用对储层储集空间的形成具有促进作用，而构造作用对该地区储层的形成控制作用亦较为明显，马五1+2亚段储层受成岩作用的影响，主要发育微晶或细粉晶白云岩，原生粒间孔隙欠发育，且没有早期暴露条件，地层条件下，储层原生孔隙空间之间的连通性较差，基本不具备渗流能力，因此在原生条件下，成岩过程中形成的分散状石膏不容易发生溶蚀形成膏溶孔。而钻井岩芯观察结果表明，岩芯上可见大量大小不一的构造缝，多被后期方解石充填，此外，岩芯可见大量网状微裂缝，部分网状微裂缝发育密度可到毫米级(图7(a)～图7(c))，通过岩石薄片镜下观察，微裂缝发育特征与岩芯一致，但在薄片观察中发现无论充填与未充填的膏溶孔，大多可见到有微裂缝或微裂纹与之相连(图7(d)～图7(e))。结果表明这些微裂缝既是流体运移的通道，也是成岩物质输送的路径，对于研究区马五1+2亚段储层的主要储集空间膏溶孔的形成，构造微裂缝及微裂纹功不可没，其作用不可或缺，是无以替代的，镜下可见沿微裂缝两次发生明显的溶蚀现象，为后期白色方解石充填(图7(g)～图7(i))。

图7 高桥-杏河地区马家沟组储层构造缝Fig.7 Reservoir structural fractures of Majiagou Formation in Gaoqiao-Xinghe Area

结合区域构造演化史分析，加里东运动对马五1+2亚段储层孔隙发育最为关键，受构造作用的影响，研究区地层整体抬升，上覆地层受构造作用的影响暴露于地表之上接受风化淋滤，同时伴随着构造形变，地层中形成大量构造裂缝及风化缝，地表水沿裂缝发生下渗，储层易溶矿物发生溶蚀，地层中石膏及压溶缝两侧易溶矿物发生溶解，形成膏溶孔和溶蚀缝，是造成研究区马五1+2亚段以膏溶孔为主要储集空间储层的最主要因素。通过对该地区岩石薄片鉴定，薄片中石膏残留极为少见，但是对上覆马五3亚段和马五4亚段岩石薄片鉴定结果显示，马五3亚段和马五4亚段地层中可见明显的石膏残留，裂缝也欠发育，表明马五3亚段和马五4亚段溶蚀作用相对较弱，表明构造运动过程中，地层抬升、地表水的下渗是该地区石膏被溶解形成膏溶孔的必要条件，也说明了构造运动是造成研究区马五1+2亚段储层形成的重要控制条件。

5 结 论

1) 高桥-杏河地区马五1+2亚段储层原生孔隙空间不发育，主要储集空间为后期膏溶孔和溶缝，仅存少量的晶间孔隙，孔隙结构差，微裂缝的存在增大储层储集空间，为流体溶蚀作用的发生提供通道，沟通孤立孔隙空间，改善储层的渗流能力。

2) 马五1+2亚段储层孔隙发育主要受沉积作用、成岩作用和构造作用三者而控制，含膏溶坪相膏岩分散状沉积为膏溶孔隙发育的基础，建设性成岩作用包括后期白云化作用及石膏的溶解作用，破坏性成岩作用包括后期自身石英和方解石充填作用，构造作用对马五1+2亚段储层最为重要，裂缝的存在为石膏的溶解提供了通道，加大储集空间，沟通不同的孤立孔隙。