苏北盆地曲塘次凹阜宁组三段储层特征及主控因素

仲米剑，刘喜杰，万 欢，刘玉明，逄建东，郭清正，石雪峰，葛 岩

(中海油能源发展股份有限公司 工程技术分公司，天津 300452)

0 引言

海安凹陷是苏北盆地富油凹陷之一，早期油气勘探目的层系主要围绕泰州组展开，凹陷南部被认为是“皮厚肉薄”的贫油带[1]。随资源规模、油气成藏认识的提升，海安凹陷勘探在主力勘探层系、有利区带及目标类型等方面发生转变，以曲塘次凹阜宁组三段(阜三段)滩坝型储层为目的层段的岩性油气藏进入油气勘探领域，成为重要勘探目标[2-5]。目前，已形成滩坝砂体构型表征及模式、利用地震属性及储层反演实现对滩坝薄储层砂体的储层预测评价技术[6-7]，提高勘探成效，并指导发现滩坝型岩性油气藏，预示海安凹陷滩坝型储层具有较大的勘探潜力[8-9]。人们开展对海安凹陷阜宁组储层成岩作用、储层四性关系判别解释、储层主控因素分析的相关研究，郗鹏等[10]认为，海安凹陷属于典型的低孔特低渗致密砂岩储层，压实、胶结作用导致储层致密，溶解作用改善储层物性；杨皓凯等[11]认为，中孔中低渗的粉砂岩和泥质粉砂岩为阜三段有利储层；冉怀江[12]认为，沉积、成岩及构造作用对海安凹陷阜三段优质储层发育产生重要影响。相比于高邮、金湖等勘探程度较高的凹陷，海安凹陷的研究主要是从单一因素开展，各因素之间关联性不强，缺乏系统性综合评价，并且随勘探开发程度的不断深入，无法满足各次凹精细化勘探的需要。因此，有必要通过储层主控因素分析对曲塘次凹阜三段储层进行研究，弥补在储层评价方面的不足。

利用常规压汞与恒速压汞实验相结合的方式，阐明孔隙结构是导致研究区储层物性，尤其是渗透率差异性的影响因素及原因；结合成岩作用定量化评价，对储层物性主控因素进行分析，开展储层分类评价，为进一步落实曲塘次凹油气资源评价、油藏规模和产能建设提供依据。

1 区域地质特征

苏北盆地为典型箕状断陷盆地，具有“坳—断—坳”三层结构特征[13]。海安凹陷总体表现为“七次凹夹一断隆”的构造格局，自北向南依次分布孙家洼、丰北、富安、新曹、新街、海北和曲塘次凹。以泰州凸起和海中断隆为界，北侧为北倾断层控制的箕状凹陷，南侧为南倾断层控制的箕状凹陷，由北倾断控箕状凹陷、泰州凸起和海中断隆，以及南倾断控箕状凹陷共同组成海安凹陷堑垒构造[14](见图1)。

图1 海安凹陷构造形态及地层特征(据文献[14]修改)

曲塘次凹发育白垩系—第四系，总厚度约为5 km，自下而上分别发育赤山组、泰州组、阜宁组、戴南组、三垛组、盐城组、东台组。次凹内的沉积地层以古近系中、下部为主体。除三垛运动使渐新统缺失以外，真武运动对海安凹陷戴南组剥蚀严重，戴南组二段全部缺失，其他各套地层自上白垩统向上全部发育。古近系阜宁组自下而上分为阜宁组一段、二段、三段和四段。阜三段沉积时期主要为滨浅湖沉积环境，可进一步划分为坝砂、滩砂和滨浅湖泥，滩坝沉积主要为波浪对高邮凹陷浪控三角洲前缘砂体的再次分配作用而形成[15]。

2 储层物性及孔隙结构特征

2.1 岩石学及物性特征

曲塘次凹阜三段砂岩类型整体为岩屑长石砂岩，长石、石英、岩屑平均占比分别为30.3%、46.1%、23.6%，磨圆度为次棱—次圆状。填隙物体积分数较高，主要介于30.00%～40.00%，平均为33.23%，以泥质杂基为主，占比可达22.6%；胶结物类型较丰富，包括铁白云石、铁方解石等碳酸盐胶结物，以及黄铁矿、高岭石、绿泥石等黏土矿物胶结物，石英次生加大边呈Ⅱ级(见图2)，胶结类型主要为孔隙式胶结。碎屑颗粒主要表现为不等粒砂岩，以细砂—细粉砂为主，体积分数分别为28.56%、26.48%；其次为极细砂、粗粉砂。细粉砂岩平均粒径为4.10Ø，标准偏差平均为2.25；偏态为正偏，平均为0.42，峰态为中等—偏尖锐，平均为1.06。

图2 吉X井阜三段砂岩填隙物类型

利用压汞法测得阜三段储层孔隙度主要介于10.00%～20.00%，平均为15.95%；渗透率变化较大，主要介于(0.10～1.00)×10-3μm2，平均为0.44×10-3μm2，为中孔、超低—特低渗储层。孔渗相关关系一般(见图3)，在常规孔渗趋势背景下以渗透率偏高为特点，可能与建设性成岩作用对储层改造或裂缝有关。

图3 阜三段孔隙度与渗透率交会

2.2 孔隙类型及结构特征

铸体薄片资料显示，次生溶蚀孔隙是阜三段储层的主要孔隙类型，以粒内溶蚀孔隙及颗粒溶蚀孔隙为主(见图4(a-b))，还可见残余粒间孔(见图4(c))，面孔率较低，平均为2.20%。孔隙多被泥质杂基、黏土矿物胶结物及碳酸盐胶结物充填。

图4 吉X井阜三段储层主要孔隙类型

压汞实验可以定量刻画储集砂体的孔喉微观结构特征[16-21]。采用常规压汞与恒速压汞实验相结合的方法，刻画孔喉组合结构特征，以认识孔隙和喉道对于储层渗透性的控制作用。

阜三段常规压汞平均孔喉半径为0.156 μm，分选因数介于1.50～3.00，粗、细歪度均有分布，排驱压力平均为1.92 MPa，中值压力平均为24.02 MPa，平均最大进汞饱和度为80.75%(见表1)。

表1 吉X井阜三段常规压汞孔隙结构物性参数

恒速压汞分析结果(见表2)显示，最终进汞饱和度主要以喉道的贡献为主，且总喉道进汞饱和度是总孔隙进汞饱和度的两倍以上。喉道对储层渗透性具有明显的控制作用，较高的孔喉半径比及较低的总孔喉体积比是超低—特低渗透率的主要原因。虽然孔隙度相差不大，但渗透率和进汞饱和度出现较大差异。原因在于平均喉道半径和总孔喉体积比越高，平均孔喉半径比和迂曲度越低，喉道的性能相对更优越，更有利于改善储层的渗透性。

表2 吉X井阜三段恒速压汞孔隙结构物性参数

吉X井阜三段孔喉半径普遍小于1.000 μm，属于微细喉，孔喉半径分布的峰位在0.010～0.040 μm之间。当0.400 μm<孔喉半径<1.000 μm时，随孔喉半径的减小，分布频率增加，渗透率贡献率也随之增加；当孔喉半径<0.400 μm时，随孔喉半径的减小，渗透率整体呈较快速递减趋势，与分布频率无明显相关关系；当孔喉半径<0.010 μm时，对渗透率几乎无贡献(见图5)。

图5 吉X井阜三段孔喉半径对渗透率贡献分布

根据孔隙结构特征及其与孔隙度、渗透率之间的相关关系，储集砂体物性、孔隙结构具有复杂性，影响因素具有多样性。如渗透率与最大孔喉半径、平均孔喉半径呈正相关关系，孔喉半径越大，渗透率越高，与中值半径相关关系较差，因此，不能将中值半径等同于平均孔喉半径，孔喉分选具有明显的差异性。歪度与渗透率、孔喉半径无明显相关关系(见图6(a-b))，负歪度对应的渗透率、孔喉半径普遍高于正歪度的，歪度代表的偏大孔喉半径或偏小孔喉半径是相对自身孔喉半径的，不具备绝对性。同样，相对分选因数与分选因数为喉道分选程度的反映，具有负相关关系(见图6(c))，其相关关系也具有相对性。虽然分选因数低，但在小孔喉半径条件下，相对分选因数偏高，表现为即使相对小孔分选较好，其物性也可能较差；相对大孔虽然分选较差，但物性也可能较好。因此，在比较量纲不同的两个随机变量的分散程度时，用相对分选因数可以消除随机变量产生的相互影响。在孔隙结构评价时，应有针对性地选取相关压汞参数进行评价。曲塘次凹阜三段储层的平均孔喉半径、排驱压力、相对分选因数等参数可作为储层分类评价的参考依据。

图6 吉X井歪度与物性、孔喉半径及分选因数交会

3 成岩作用及演化

3.1 成岩作用类型

利用铸体薄片鉴定，结合扫描电镜观察及X线衍射分析等，阜三段主要成岩作用类型包括压实(压溶)作用、胶结作用、交代作用及溶蚀作用。颗粒间以点—线接触为主，压实强度中等，局部可见压溶作用形成的石英次生加大现象(见图7(a))。胶结作用主要为碳酸盐胶结(见图7(b))，呈嵌晶状或星散状充填于粒间孔，其次可见少量的高岭石、黄铁矿等黏土矿物胶结。阜三段交代作用较强，为方解石与碎屑颗粒(长石)、黏土矿物与长石、方解石与胶结物、铁方解石与铁白云石等之间的交代(见图7(c))；另外，也可见长石的高岭石化等现象。溶蚀作用作为改善储层物性的主要成岩作用，表现为粒内和粒间的溶蚀次生孔隙(见图7(d))，主要通过对长石、岩屑及碳酸盐胶结物等的溶蚀实现的。

图7 吉X井阜三段主要成岩作用类型

3.2 成岩演化阶段

阜宁组二段(阜二段)为研究区主要烃源岩层段，在成岩阶段划分时，将阜二段一并考虑。曲塘次凹阜三段和阜二段处于中成岩阶段A期(见图8)，主要判断依据包括：(1)有机质成熟度为低成熟，Ro为0.52%～0.67%，Tmax为434～444 ℃；(2)可见含铁碳酸盐类胶结物，如铁方解石、铁白云石，以交代、胶结形式出现；(3)石英次生加大属于Ⅱ级；(4)可见自生高岭石、伊/蒙混层、丝发状自生伊利石、叶片状绿泥石等，不含蒙皂石；(5)可见长石、岩屑及碳酸盐胶结物等被溶蚀，除部分保留原生残余粒间孔外，孔隙以次生孔隙为主。

图8 曲塘次凹阜三段和阜二段成岩阶段划分

3.3 储层孔隙演化

成岩作用及其演化与孔隙演化关系密切，成岩作用更替及相互作用的同时对砂岩的孔隙演化产生重要影响[22-27]。根据铸体薄片及镜下观察，可以预测原始孔隙度、压实率、胶结率、微孔率及次生溶蚀孔隙的占比(见表3)。一方面，阜三段储层受机械沉积作用影响，充填原生粒间孔隙，原始孔隙度较低(平均为24.76%)；另一方面，颗粒周围的泥质增强颗粒的抗压能力(压实率平均为19.1%)。微孔率的大小与砂岩中黏土矿物的体积分数呈正比，较高的胶结率(平均为50.3%)和微孔率(平均为70.9%)表明，胶结作用使孔隙连通性变差，这些微孔隙的存在及其较差的连通性是造成储层渗透率较低的主要原因。次生溶蚀孔隙占比平均为29.1%，在一定程度上改善砂岩的储集性能。成岩指数整体偏低，平均为0.34，成岩强度偏弱，建设性成岩作用较占优势。

表3 阜三段成岩强度及物性统计

中成岩阶段，阜三段有机质开始进入生油门限。有机质在向烃类转化过程中释放CO2，使孔隙流体呈酸性，造成砂岩中不稳定组分的溶蚀和次生孔隙的形成；自生绿泥石、高岭石等形成并充填于部分孔隙空间，同时作用于石英颗粒的化学压溶作用加强，石英次生加大边开始逐渐形成，原生孔隙大量减少。孔隙组成主要以剩余原生粒间孔隙、次生溶蚀孔隙为主。随有机质成熟度的增加，有机酸的浓度降低，受胶结及进一步石英次生加大等作用的影响，储层物性逐渐变差(见图9)。

图9 曲塘次凹阜三段不同成岩阶段孔隙演化

4 储层主控因素及综合评价

4.1 优质储层控制因素

曲塘次凹阜三段储层发育主要受沉积相带和成岩作用控制。滩砂多沉积于湖岸线凹进区，与湖岸带紧密相邻，中间无水体间隔，碎屑颗粒平面上以垂直湖岸线方向的横向运移为主，垂向上砂体多呈孤立式；坝砂多形成于湖岸凸出区，呈巨大的单一条带状砂体，与湖岸间有水体间隔，碎屑颗粒平面上主要沿平行湖岸方向纵向搬运并沉积，受沿岸流控制明显，垂向上多呈侧积叠加式(见图10)。滩、坝的沉积差异对砂体及储层物性具有较明显的影响，在测井曲线特征及油层分布上也存在较大差异，如坝砂的储集物性及含油性相对优于滩砂的，坝砂表现为低自然伽马、低密度、高声波时差的“两低一高”测井响应特征，主要为油层、差油层；滩砂表现为自然伽马、密度偏高，声波时差偏低，中子孔隙度差异较小，主要为干层、差油层(见表4)。

图10 研究区滩坝沉积模式

表4 曲塘次凹阜三段滩坝差异成因

填隙物的含量、产状，以及破坏性成岩作用和建设性溶蚀作用的强度也是影响储层物性的决定因素。吉X井2 753.30 m处样品的孔隙度为20.60%，渗透率为1.33×10-3μm2，物性条件较好，根据镜下薄片及扫描电镜分析，样品填隙物含量中等，黏土膜包围碎屑颗粒边缘，颗粒为点—线接触，压实率偏低，有少量铁方解石和铁白云石，胶结作用较弱；同时可见颗粒溶蚀孔及粒间溶蚀孔隙，在一定程度上改善储层的物性(见图11(a-b))，改善作用大于破坏作用。吉X井2 754.18 m处样品的孔隙度为14.80%，渗透率为0.18×10-3μm2，物性条件相对较差，其填隙物含量中等偏低，抗压实作用偏弱，铁方解石含量较高，胶结、交代作用较强，虽然也发育一定的溶蚀孔隙，但程度较弱(见图11(c))，破坏作用大于改善作用。

图11 吉X井阜三段镜下薄片

4.2 储层综合评价

根据曲塘次凹阜三段储层岩石学、物性、孔隙类型和结构、成岩作用分析，结合储层控制因素及生产实际，以沉积类型、成岩作用、孔隙类型差异为主要依据；同时参考储层含油性，确定阜三段储层分类评价标准(见表5)。研究区储层分为4类，Ⅰ类储层占比为8.3%，Ⅱ类储层占比为54.2%，Ⅲ类储层占比为37.5%，Ⅳ类储层为无效储层。

表5 曲塘次凹阜三段储层分类评价标准

综上所述，阜三段储层主要受沉积相带与成岩作用控制。其中，Ⅰ、Ⅱ类储层处于坝砂沉积相带，物性较好，孔隙度>16.00%，渗透率>0.40×10-3μm2，孔隙结构条件相对优越，平均孔喉半径>0.100 μm，排驱压力<1.50 MPa，溶蚀作用较强，发育粒间孔、粒内溶蚀孔隙，是研究区优质储层，也是下一步主要勘探方向。

5 结论

(1)苏北盆地曲塘次凹阜三段储层岩石类型为岩屑长石砂岩，填隙物含量较高，以泥质杂基为主，粒度为不等粒砂岩，以细砂—细粉砂为主；孔隙度平均为15.95%，渗透率平均为0.44×10-3μm2，为中孔、超低—特低渗储层；孔隙类型主要为粒间孔、粒内溶蚀孔隙、颗粒溶蚀孔隙；喉道对储层渗流能力的控制明显，当0.400 μm<孔喉半径<1.000 μm时，对渗透率的贡献最大。平均孔喉半径、排驱压力、相对分选因数等可作为储层分类评价的参考依据。

(2)阜三段主要成岩作用包括压实(压溶)作用、胶结作用、交代作用及溶蚀作用，处于中成岩阶段A期。胶结作用是降低储层物性的主要因素；虽然黏土矿物的机械充填降低原始孔隙度，但一定程度上具有抗压实作用，具有双重效应；溶蚀作用是研究区重要的建设性成岩作用。

(3)阜三段储层物性主控因素主要受沉积相带及成岩作用控制。储层以滩、坝砂体为主，坝砂的储集物性及含油性相对优于滩砂的；填隙物的含量、产状，以及破坏性成岩作用与建设性溶蚀作用的强度决定储层物性，尤其是渗透率的差异。

(4)阜三段储层主要分为4类。其中，Ⅰ、Ⅱ类储层处于坝砂沉积相带，物性较好，孔隙度>16.00%，渗透率>0.40×10-3μm2，孔隙结构条件相对优越，平均孔喉半径>0.100 μm，排驱压力<1.50 MPa，溶蚀作用较强，发育粒间孔和粒内溶蚀孔隙，是研究区优质储层和主要勘探方向。