第一作者简介 毕明威,男,1986年生,讲师,主要从事沉积学与储集层地质学研究。E-mail: bimingwei282@sina.com。
以鄂尔多斯盆地苏里格气田苏6区块下石盒子组8段(盒8段)作为重点研究对象,通过野外地质剖面观察、岩石样品显微组分鉴定及定量、孔隙结构分类及定量表征,从砂体结构特征、砂岩类型、孔隙类型、微观孔隙结构特征等方面,多手段、多尺度全面剖析河流相砂岩,探讨河流相致密砂岩有效储集层的控制因素。结果表明: 心滩(或边滩)粗砂岩与河道充填沉积细砂岩之间在岩性、物性、孔隙结构等方面存在明显差异。中粗砂岩孔隙类型以溶蚀孔隙为主,呈粗大的、连通成片的管状孔喉,有效孔喉主要为半径大的孔喉; 细砂岩孔隙主要为黏土矿物晶间孔隙,在空间分布上主要为小球状或短管状,呈孤立状零散分布,有效孔喉大都集中在小孔喉部分。中粗粒岩屑石英砂岩为强硅质胶结、较强机械压实致密化模式,中粗粒岩屑砂岩为强机械压实致密化模式,细粒(长石)岩屑砂岩为强压实、较强硅质胶结致密化模式,砂岩致密化模式的差异,导致现今储集层中中粗砂岩的粗大孔喉和有效孔喉的比例、流体可动用能力、物性大小及相关程度明显高于细砂岩。
About the first author BI Mingwei,born in 1986,is a lecturer. He is engaged in researches on sedimentology and reservoir geology. E-mail: bimingwei282@sina.com.
In this study,we carries out a comprehensive work of outcrop section observation,microscopic petrology investigation and quantitatively analysis of microscopic pore structure to reveal the fluvial reservoir characteristics of the 8th Member of the Lower Shihezi Formation of Su6 Area,Sulige Gas Field. Sand body structure characteristics,sandstone types,pore types,microscopic pore structure characteristics are detailed analyzed to indicate the controlling factors of effective fluvial tight sand reservoir. Our work demonstrates that the sand body of channel bar and point bar are the flooding event deposition and are medium-coarse grained lithic quartzarenite and litharenite. On the contrary,the channel fill microfacies sand body is the normal river flow period deposition,the associated sandstone is characterized by fine grained(feldspathic)litharenite and lower structure maturity. The medium-coarse grained sandstones have a large proportion of dissolved and interconnected pores with larger radius effective pore-throat. The pore types of fine-grained sandstones are mainly clay minerals intercrystalline pores,and the pore-throat radius is much smaller. Densification modes of fluvial reservoir can be divided into three types,such as densification of medium-coarse grained lithic quartzarenite by strong siliceous cementation and medium to strong compaction,densification of medium-coarse grained litharenite by strong compaction,densification of fine grained(feldspathic)litharenite by strong compaction and medium to strong siliceous cementation. The two types of medium-coarse grained sandstones are densification after hydrocarbon charge,which experience injection of organic acid and make dissolved pore to be the major storage space. Fine grained(feldspathic)litharenite is densification before hydrocarbon charge,which experiences weak dissolution. Differences of densification modes result in variable pore structure characteristics and reservoir physical properties.
目前, 对致密砂岩储集层特征的研究已经取得了重要进展。在沉积、埋藏、成岩等地质因素的综合作用下, 致密砂岩储集层具有孔喉细小、结构复杂、非均质性强、孔渗相关性差等独特的孔隙结构特征(邹才能等, 2012; 毕明威等, 2015a; 宫雪等, 2020), 开展致密砂岩储集层孔隙结构的表征, 对于有效开展储集层评价具有重要的意义。在储集层致密化方面, 认为沉积作用是形成致密储集层的最基本因素, 而后期强烈的成岩改造起着决定性作用(Higgs et al., 2007; 文华国等, 2007; 侯明才等, 2009; Zhang et al., 2009; Tobin et al., 2010; 谭晨曦等, 2011; 肖红平等, 2012; 王秀平和牟传龙, 2013; 王晓晨等, 2018), 其中, 压实作用和胶结作用是导致储集层致密化的主要影响因素, 溶蚀作用产生的次生孔隙能够改善致密储集层物性、形成优质储集层(Thyne et al., 2001; 邱隆伟等, 2001; 黄思静等, 2003; 毕明威等, 2015b)。在储集层孔隙结构方面, 对孔隙结构的表征多集中在通过铸体薄片、扫描电镜、聚焦离子束、X-CT扫描、气体吸附、常规压汞和恒速压汞等方法对孔隙结构特征进行微观描述。本文以苏里格气田苏6区块盒8段的河流相致密砂岩为例, 多手段、多尺度全面剖析河流相砂岩, 建立“砂体结构特征→ 砂岩类型→ 微观孔隙结构特征→ 物性分布特征” 的河流相致密砂岩储集层表征方法, 并且从沉积、砂岩致密化的角度来探讨优质储集层的成因。
苏里格气田位于鄂尔多斯盆地陕北斜坡北部中带(图1-A), 构造形态为一由东北向西南倾斜的单斜, 坡降大致为3~10 m/km, 盆地晚古生代经历了受限制陆表海盆地—残余陆表海、近海湖盆—内陆坳陷湖盆3个演化阶段, 发育石炭统本溪组(鄂尔多斯盆地仅发育上石炭统, 下石炭统缺失), 下二叠统太原组、山西组, 中二叠统下石盒子组和上石盒子组, 上二叠统石千峰组沉积地层。苏6区块位于苏里格气田中部, 总面积484 km2, 是苏里格气田最有利的天然气富集区及重点开发区块之一。苏6区块主力产气层为中二叠统下石盒子组8段, 其埋深3180~3380 m、厚度平均60 m, 发育一套以灰白色、灰色细粒至粗粒砂岩及灰黑色泥岩为主的碎屑岩(图1-B), 为典型的河流相储集层; 气藏气源层为下二叠统太原组及山西组海陆交互相的含煤层系, 包括灰黑色泥岩、煤层, 有机质类型为腐殖型, 丰度较高(冉新权和李安琪, 2008; 李文厚等, 2019, 2021)。
文中对苏6井区盒8段致密储集层研究取得的认识及成果主要基于山西、内蒙古3条河流相野外地质剖面, 以及井区33口取心井岩心的各项实验测试分析数据。采用常规薄片(100样次)鉴定描述及电子探针(130样次)定量分析相结合确定岩石组成及矿物成分; 基于铸体薄片(30样次)、扫描电镜分析(49样次)及三维CT扫描技术(5样次)进行微观结构分析研究; 采用高压压汞分析(102样次)、恒速压汞分析(13样次)、核磁共振测试(50样次)确定孔喉的分布特征; 物性分析采用了542样次样品的气测物性测试及30样次样品覆压41.6 MPa(折合约埋深3200 m的压力)物性测试数据; 对储集层成岩作用阶段、成岩环境及油气充注时期的研究, 依据10样次阴极发光分析、33样次流体包裹体测温分析及48样次激光拉曼测试。
苏里格气田苏6区块盒8段储集层以中粗粒岩屑砂岩和中粗粒岩屑石英砂岩为主, 可见少量细粒(长石)岩屑砂岩(图2-A), 砂岩结构成熟度和成分成熟度中等偏低; 岩屑成分以塑性的泥板岩和千枚岩为主, 约占岩屑总量的80%左右。胶结物主要为黏土矿物、二氧化硅以及碳酸盐等。其中, 岩屑砂岩石英含量在30.0%~70.0%之间、平均49.1%, 长石含量在1.0%~16.0%之间、平均4.3%, 岩屑含量在29.0%~67.0%之间、平均46.6%; 岩屑石英砂岩石英含量在78.0%~88.0%之间、平均82.5%, 长石含量在1.0%~5.0%之间、平均2.6%, 岩屑含量在10.0%~20.0%之间、平均14.9%; 长石岩屑砂岩石英含量在28.0%~50.0%之间、平均41.5%, 长石含量在14.0%~20.0%之间、平均16.5%, 岩屑含量在35.0%~52.0%之间、平均42.0%。储集层的孔隙类型以次生孔隙为主, 主要包括长石、岩屑等颗粒溶孔、高岭石溶孔、自生黏土矿物晶间孔, 以及少量残余粒间孔等。砂岩覆压渗透率(覆压41.6 MPa、约埋深3200 m的压力)主要分布在(0.001~0.1)×10-3 μ m2之间(图2-B), 属于典型的致密砂岩储集层(毕明威等, 2015b, 2015c)。
本次研究通过对山西保德扒楼沟以及内蒙古准格尔旗黒岱沟下石盒子组河流相剖面的研究, 来实现单套河流砂体结构的解剖。
山西保德扒楼沟下石盒子组下部辫状河剖面显示, 河道砂体主要由心滩微相砂体和河道充填微相砂体组成(图3-A), 这2种微相单元砂体相互切叠, 形成广泛展布的河道储集砂体(廖保方等, 1998; 葛云龙等, 1998)(图3-B, 3-C)。心滩微相砂体主要是洪泛事件成因, 宏观上呈现为大套的块状砂体(图3-F), 岩性上主要为中至粗粒砂岩, 底部为含砾粗粒砂岩, 发育块状层理或大型槽状、板状交错层理; 其顶部由细至粉砂岩、粉砂质泥岩构成的落淤层, 也往往遭受后期心滩砂体的冲蚀, 形成透镜状落淤层(图3-D)。河道充填微相砂体为洪水期后平流水期的沉积, 与心滩砂体之间存在明显的“界限” (图3-E), 直接“披覆” 在心滩之上, 其下切能力较心滩砂体要弱很多, 粒度明显变细, 以中至细粒砂岩为主, 含有少量的中粒砂岩; 河道充填砂体在宏观上, 多表现为“一槽到顶” 的槽状层理。
内蒙古准格尔旗黑岱沟下石盒子组曲流河剖面显示(图4-A), 边滩砂体冲蚀早期的边滩砂体(图4-B)和河道充填砂体(图4-C), 河道砂体以侧向加积为主。同辫状河砂体类似, 曲流河砂体同样可以划分出边滩和河道充填砂体2类明显的砂体类型(图4-D), 边滩砂体为块状的中至粗粒砂岩(图4-E), 发育大规模的槽状、板状交错层理(图4-B), 河道充填砂岩为中至细粒砂岩(图4-F), “超覆” 于边滩砂体之上。
由此可以得出, 无论是辫状河还是曲流河河床砂体, 都可以进一步的划分为心滩(或边滩)砂体以及河道充填砂体, 2类截然不同的砂体之间存在明显的界限(图3-E)。心滩(或边滩)砂体主要为洪泛事件成因, 宏观上砂体呈现为大套的块状砂体, 岩性上主体为中粗粒岩屑石英砂岩或岩屑砂岩, 底部为含砾粗砂岩; 河道充填微相砂体为洪水期后平流水期沉积, 宏观上多表现为“一槽到顶” 的槽状层理(图3-E, 3-H); 并且, 心滩(或边滩)砂体结构稳定, 而河道充填砂体之间存在明显的粒度相对细的隔层(图3-H)。
通过岩心资料及薄片的鉴定结果, 结合薄片分析及图像粒度分析, 盒8段砂岩类型最终定名为中粗粒岩屑石英砂岩、中粗粒岩屑砂岩和细粒(长石)岩屑砂岩3种大的类型, 其中中粗粒是指不等粒、粗粒、中-粗粒、粗-中粒、中粒及细-中粒6种粒度类型, 细粒是指中-细粒、细粒2种粒度类型(图5)。
针对苏6区块盒8段覆盖区的河流相砂体, 根据其沉积微相的展布特征, 分别针对不同的微相类型进行砂岩粒度的统计(表1), 心滩砂体和边滩砂体岩性以中至粗砂岩为主, 分别占到砂岩总量的97.51%和97.04%; 河道充填砂体则主要为细砂岩, 占到砂岩总量的83.74%, 中至粗砂岩只占到16.26%。由此可以认为, 心滩、边滩砂体的岩石类型主要为中粗粒岩屑石英砂岩和中粗粒岩屑砂岩, 而河道充填砂体的岩石类型则主要为细粒(长石)岩屑砂岩。
接下来展开的物性特征、孔隙结构特征、成岩作用特征、储集层致密化机理等方面的研究都将分别针对中粗粒岩屑石英砂岩、岩屑砂岩及细粒(长石)岩屑砂岩3种砂岩类型详细展开。
3.3.1 孔隙类型 根据孔隙的成因及产状特征, 研究层段碎屑岩的孔隙类型包括原生粒间孔隙、溶蚀粒间孔隙、溶蚀粒内孔隙、溶蚀填隙物内孔隙及晶间微孔隙等(图6)。针对3类不同类型砂岩分别进行孔隙含量统计, 粗粒岩屑石英砂岩和粗粒岩屑砂岩主要的孔隙类型为长石溶孔、岩屑溶孔、高岭石溶孔和伊利石晶间孔, 而细粒(长石)岩屑砂岩的孔隙类型主要为岩屑溶孔、长石溶孔、高岭石晶间孔、伊利石晶间孔和绿泥石晶间孔(图7), 2类粗砂岩的孔隙类型以溶蚀孔隙为主, 而细砂岩主要的孔隙类型则是黏土矿物的晶间孔隙。
3.3.2 孔隙结构特征 利用天津三英精密仪器有限公司推出nanoVoxel-2700系列X射线三维显微镜(X-ray 3D Microscope), 对盒8段致密砂岩的5块次样品进行X射线三维成像分析, 研究致密砂岩的孔隙、喉道的空间分布特征。从CT扫描数值重构三维模型可以看出, 致密砂岩孔喉在空间分布上具有强的非均质性, 三维空间表现为连通孔喉成片分布、孤立孔喉零散分布的特征(图8-C, 8-G, 8-K)。小球状微孔连通性较差, 在三维空间呈孤立状, 通常仅作为储集空间; 短管状微孔兼具孔隙与喉道的双重功能, 与周围大孔隙及球状微孔具有一定的连通性; 较粗大的管状、条带状微孔常围绕颗粒分布, 应多属于颗粒溶蚀孔隙, 具有较好的连通性。不同物性级别的砂岩其孔喉发育特征差异较大, 物性高的砂岩(图8-G, 孔隙度φ =13%), 以大孔喉为主, 孔喉成片分布, 连通性好; 物性差的砂岩(图8-C, φ =3%), 大都为半径小的孔喉, 孔喉连通性差, 多为孤立状零散分布。
通过高压压汞测试技术对苏6井区盒8段致密砂岩储集层砂岩样品进行测试分析, 测试样品的渗透率介于(0.0007~4.48)×10-3 μ m2之间, 孔隙度介于2.08%~19.4%之间。盒8段致密砂岩的孔喉体积大都由半径小于1 μ m的孔喉控制, 并且储集层越致密、渗透率越低、小孔喉所占的比例越大(图9)。孔喉半径的分布特征在渗透率值0.02×10-3 μ m2、0.1×10-3 μ m2处存在明显的变化: 渗透率小于0.02×10-3 μ m2的岩样, 储集层孔隙体积主要由小于0.4 μ m的孔喉控制, 占总孔喉体积的80%以上, 其中小于0.1 μ m的孔喉控制的孔隙体积平均达到50%, 最高在80%以上; 渗透率小于0.01×10-3 μ m2的岩样, 储集层孔隙体积主要由小于0.1 μ m和0.1~0.4 μ m的孔喉控制, 二者之和达到90%, 小于0.1 μ m的孔喉控制的孔隙体积平均达到50%以上, 最高在80%以上。渗透率大于等于0.02×10-3 μ m2、小于0.1×10-3 μ m2的岩样, 0.4~1 μ m的孔喉显著增加, 平均含量达40%, 1~2.5 μ m的孔喉含量在10%~20%之间。当渗透率大于等于0.1×10-3 μ m2时, 1~2.5 μ m的孔喉含量大于30%, 储集层主要受大于0.4 μ m的孔喉控制。
恒速压汞实验可以定量研究孔隙和喉道的分布特征, 从而更加准确地表征致密储集层的微观孔隙结构特征(何顺利等, 2011)。毕明威等(2015c)利用恒速压汞测试技术对盒8段致密砂岩储集层13块次岩石样品进行测试分析。研究表明, 不同渗透率的样品, 孔隙半径分布范围、峰值大小都基本一致, 孔隙半径分布差别不明显; 而喉道半径分布差异较大, 储集层的渗透率越高, 喉道半径分布范围就越大、大喉道所占的比例也越高。从不同半径喉道对渗透率贡献的百分比(图10-A)可以看出, 渗透率高的储集层大喉道对渗透率起主要的贡献, 有效喉道集中分布的范围大, 主要集中在大喉道区域; 而渗透率低的储集层小喉道决定着渗透率的大小, 有效喉道集中分布的范围小, 主要集中在小喉道区域。
恒速压汞实验测试提供的孔隙、喉道及总体毛细管压力曲线, 可以直观、定量地反映储集层样品的有效喉道体积及其所控制的有效孔隙体积的分布特征(图10-B)。毛管压力达到排驱压力后, 汞优先进入半径大的喉道连通的孔隙内, 喉道的影响不明显, 总体毛管压力曲线与孔隙毛管压力曲线基本一致; 随着进汞压力的增加, 汞开始进入小喉道控制的孔隙, 孔隙中进汞量增加缓慢、孔隙毛管压力曲线上翘, 喉道起到主要的控制作用; 当连通孔隙被汞充满后, 继续增加进汞压力, 汞只是进入更细小的喉道, 总体毛管压力曲线完全受喉道毛管压力曲线的控制。通过不同渗透率的样品毛细管压力曲线的对比可以看出, 渗透率越高的储集层, 孔隙毛管压力曲线对总进汞曲线的影响越大(K=0.06×10-3 μ m2); 渗透率越低的储集层, 喉道毛管压力曲线对总进汞曲线的影响越大(K=0.001×10-3 μ m2), 即喉道占有效储集空间的比例越大, 更应该注重喉道对于储集层开发的影响。
核磁共振技术(NMR)能够提供油气藏流体特性、储集层参数(有效孔隙度、渗透率、孔径分布、束缚水饱和度与可动流体饱和度)以及油藏条件下的扩散系数等相关信息(王为民等, 2001)。盒8段致密储集层可动流体饱和度大部分小于70%, 可动水饱和度在2%~11%之间(数据来源于中石油廊坊分院天然气地质开发所), 束缚水含量较高, 说明致密储集层孔隙结构复杂, 无效孔喉比例大, 储集层可动用性较差。图11为2块不同渗透率岩样的核磁共振T2图谱, 图11-A样品φ =7.3%、K=4.687×10-3 μ m2, T2图谱“右峰” 明显高于“左锋” , 对应的可动流体饱和度Sm=88.03%; 图11-B样品φ =5.0%、K=0.013×10-3 μ m2, 其T2图谱“右峰” 极低, 对应的可动流体饱和度也很低(Sm=23.1%)。由此可见, 储集层渗透率越低, 岩样中小孔喉的比例越大, T2弛豫时间谱中左峰越高、右峰越低, 其对应的束缚水的比例也越高, 相反储集层渗透率越高, 可动流体饱和度越高, 储集层的可动用性也越高。
3.3.3 不同类型砂岩储集层特征 不同类型砂岩的微观孔隙结构特征差异, 导致物性分布特征存在明显的差异, 尤其是物性的相关程度和应力的敏感程度。细粒(长石)岩屑砂岩中, 孔隙类型主要为黏土矿物晶间孔隙(图8-B), 溶蚀孔隙不发育, 有效孔喉主要集中在小孔喉部分(图8-D), 且孔喉半径大都小于0.1 μ m(图8-E), 小孔喉的比例高, 孔隙中的流体流动就需要克服更高的阻力, 导致流体的可动用能力差, 可动流体饱和度低(图8-M), 并且在外有应力的作用下, 细砂岩具有很高的应力敏感性; 细砂岩中孔隙在空间分布上主要表现为小球状或短管状、呈孤立状零散分布(图8-C), 孔喉连通性差; 喉道对储集层的储集能力和渗流能力起主要贡献(图8-I, 8-L), 有效孔喉范围小, 造成大量的细小孔喉不具有渗流能力(图8-E), 这些势必造成渗透率与孔隙度的相关程度低(图12)。
中粗砂岩(无论是岩屑石英砂岩还是岩屑砂岩)具有以溶蚀孔隙为主、黏土矿物晶间孔隙次之的孔隙类型特征(图8-F, 8-J), 在毛管压力曲线上主要表现为大孔喉部分具有明显的“平台” , 说明储集层中的有效孔隙主要为半径大的孔喉所连通(图8-H), 喉道对于进汞量的贡献相比细砂岩明显变低, 有效储集空间主要由溶蚀孔隙构成(图8-I); 同时孔喉主要由大于0.4 μ m的孔喉所控制(图8-E), 在空间分布上表现为粗大的管状孔喉, 并且相互连通成片分布(图8-G, 8-K), 这些半径大的孔喉都能够成为流体渗流的通道(图8-L), 导致中粗粒砂岩的流体可动用能力(图8-M)以及渗透率与孔隙的相关程度都要明显高于细砂岩(图12)。
沉积作用的差异造成了储集层孔隙结构物质基础的差异, 也是储集层原始孔隙度发育最直接的控制因素(钟大康等, 2008; 张创等, 2012)。盒8段砂岩为一套以河流相沉积为主的陆源碎屑沉积, 心滩(边滩)砂体沉积时水动力相对较强, 筛选较为充分, 砂体粒度较粗且杂基含量低、结构成熟度高, 形成的原生粒间孔隙较大; 其中, 中粗粒岩屑石英砂岩原始孔隙度在37%~45%之间, 中粗粒岩屑砂岩在35%~42%之间。河道充填砂体沉积时水动力较心滩(边滩)弱, 砂岩主要为细粒(长石)岩屑砂岩, 砂岩的塑性成分含量高、结构成熟度低, 形成的原生粒间孔隙较小, 原始孔隙度分布在31%~39%之间。
野外河流相砂岩的铸体薄片显示, 心滩块状中粗粒岩屑砂岩溶蚀孔隙发育(图3-C, 13-B), 河道充填微相细粒岩屑砂岩岩石致密, 几乎没有溶蚀孔隙(图3-H, 13-C)。从河道砂体物性解剖可以看出(图13-A, 13-D), 心滩砂体(取样点1~7)的孔隙度分布在12%~15%之间, 明显高于河道充填砂体(取样点8~12)的孔隙度(分布在8%~10%), 心滩或边滩砂体与河道充填砂体的物性之间同样存在明显的“界限” 和差异。
同样对苏6区块盒8段河流砂体的物性研究可以发现, 心滩和边滩砂体样品的孔隙度大于4%均占到70%以上, 河道充填等砂体的孔隙度均小于8%, 小于4%的占到80%以上(图14-A), 大部分的砂体均为无效砂体; 心滩和边滩砂体的渗透率主要分布在(0.01~0.5)×10-3 μ m2之间, 均占到80%以上, 而河道充填等砂体的渗透率明显要低很多, 主要分布在小于0.05×10-3 μ m2的范围(图14-B), 均占到样品总量的90%以上。
由此看来, 对于辫状河或曲流河河道砂体而言, 心滩或边滩砂体是最有利的储集层发育相带, 应当作为致密储集层研究的主要砂体类型。然而, 这种现象的产生除了原始沉积的影响, 其他的影响因素是什么, 以及如何在单套砂体中寻找优质储集层, 这就亟需对储集层的致密化程度进行研究。
4.2.1 储集层致密化模式 成岩作用的改造使不同的原始孔隙结构经历不同的孔喉演化过程, 从而形成现今的储集层孔隙结构差异。盒8段砂岩主要经历“前期压实和Ⅰ 期硅质胶结→ Ⅱ 期硅质胶结和绿泥石包膜→ Ⅰ 期溶蚀(天然气充注)→ 后期压实和Ⅲ 期硅质胶结(储集层致密化)→ Ⅱ 期溶蚀和Ⅳ 期硅质胶结→ 绿泥石胶结和交代→ 碳酸盐胶结和交代” 的成岩演化, 油气主要充注时间为中成岩A2亚期, 现今砂岩成岩阶段处于中成岩B期(毕明威等, 2015b)。
通过对铸体薄片的观察, 利用“反演回剥” 的原理, 对盒8段中粗粒砂岩进行成岩—定量孔隙演化研究。机械压实造成的孔隙度损失在12%~39%之间, 硅质胶结作用造成的孔隙度损失在4%~33%之间, 溶蚀作用造成的孔隙度增加在1%~18%之间, 机械压实作用和硅质胶结作用是盒8段砂岩致密化的主要原因; 溶蚀作用增加的孔隙较少, 尤其是储集层致密化后封闭条件下成岩流体的Ⅱ 期溶蚀对增加孔隙度的贡献更小(Ⅱ 期溶蚀孔隙含量大都低于6%), 这也是储集层现今保持致密化的重要原因。
对盒8段砂岩进行成岩—定量孔隙“反演回剥” , 中粗粒岩屑石英砂岩原始孔隙度在37%~45%之间, 砂岩中石英颗粒所占的比例高, 因机械压实作用和硅质胶结作用导致孔隙度的减少分别在12%~27%和20%~33%之间, 储集层因为强的硅质胶结作用和较强的机械压实作用达到致密(表2)。中粗粒岩屑砂岩原始孔隙度高(35%~42%), 砂岩因机械压实作用和硅质胶结作用导致孔隙度的减少分别在24%~39%和4%~15%之间, 储集层主要因为强的机械压实作用达到致密。细粒(长石)岩屑砂岩原始孔隙度低(31%~40%), 砂岩中塑性岩屑所占比例高, 机械压实作用和硅质胶结作用造成的孔隙度减少分别在23%~39%和7%~19%之间, 储集层因强的机械压实作用达到致密。中粗粒岩屑石英砂岩和中粗粒岩屑砂岩在中成岩A2亚期(主要的油气充注时期, 富含有机酸的酸性流体大量充注到储集层)末进入致密化阶段(毕明威等, 2015a, 2015b, 2015c), 致密时期在主要的油气充注时期之后, 储集层溶蚀作用相对较发育, 溶蚀孔隙的含量分别在8%~16%和9%~18%之间; 细粒(长石)岩屑砂岩在中成岩A1亚期末已经进入致密化阶段, 致密时期在主要油气充注时间之后, 富含有机酸的酸性流体不能充分进入砂岩, 储集层溶蚀作用不太发育, 溶蚀孔隙含量仅在1%~5%之间。
4.2.2 不同致密化模式的砂岩孔隙发育规律 中粗粒岩屑石英砂岩中, 石英平均含量约82.58%, 石英含量高能够保证砂岩在准同生期—中成岩A1亚期的机械压实作用中可以保留大量的原始孔隙(压实损失孔隙含量在9.54%~21.02%之间); 此时石英的压溶作用并没有导致孔隙流体中的SiO2高度饱和, 石英次生加大含量相对不高(硅质胶结损失孔隙含量7.5%~10.5%之间), 两者导致在中粗粒岩屑石英砂岩在中成岩A1亚期结束后, 仍可以保存足够的原生孔隙(剩余孔隙含量在13%~21%之间)(图15), 成为富含有机酸的酸性流体顺利进入储集层的通道(毕明威等, 2015a, 2015b, 2015c)。中粗粒岩屑砂岩中, 石英平均含量51.38%, 岩屑平均含量44.83%, 前期的压实作用导致原始孔隙损失严重, 压实损失孔隙含量在19.83%~30.47%之间; 但该阶段由于岩屑的“缓冲” , 石英的压溶作用相对较弱, 并且在中成岩A1亚期, 颗粒表面发育绿泥石薄膜, 这些原因导致砂岩在该阶段石英次生大相对较弱(硅质胶结损失孔隙含量在1.5%~3.5%之间), 中粗粒岩屑砂岩在中成岩A1亚期结束后, 剩余的孔隙含量在8%~18%之间(图15), 同样可以为有机酸充注提供足够的孔隙通道。细粒(长石)岩屑砂岩为平流水期河道充填微相的沉积砂体, 水动力条件相对较弱, 也使得细砂岩的塑性岩屑含量较高(石英平均含量46.59%, 岩屑平均含量48.3%), 结构成熟度较低, 砂岩的原始孔隙度在31%~40%之间。在准同生期—中成岩A1亚期, 细砂岩因机械压实和硅质胶结作用损失的孔隙度分别在20.65%~33.25%之间和4.0%~8.0%之间, 中成岩A1亚期末, 砂岩的剩余孔隙含量主要在3%~8%之间(图15), 大部分的细砂岩已经进入致密化阶段。
中粗粒岩屑石英砂岩和中粗粒岩屑砂岩在中成岩A1亚期结束仍保存足够的原生孔隙, 成为富含有机酸的酸性流体顺利进入储集层的通道, 储集层的Ⅰ 期溶蚀作用充分进行; 而Ⅰ 期溶蚀作用的强弱直接关系到Ⅱ 期溶蚀反应的程度, Ⅰ 期溶蚀作用越强烈、生成的自生高岭石含量越高(富集K+)、高岭石向伊利石转化的转化率也就越高, 而高岭石向伊利石转化(消耗K+)能够促使长石等颗粒的溶解, 从而促进Ⅱ 期溶蚀反应的进行(图16)(Oelkers and Schott, 1995; 肖奕等, 2003; 黄思静等, 2009; 毕明威等, 2015a, 2015b, 2015c); 储集层的孔隙类型主要为溶蚀孔隙和黏土矿物晶间孔隙, 并且次生溶蚀孔隙所占有效储集空间的比例高(图7)。河道充填沉积的细粒(长石)岩屑砂岩在中成岩A1亚期末、油气主要充注期之前, 已经进入致密化阶段, 酸性流体不能充分进入砂岩, Ⅰ 期溶蚀和Ⅱ 期溶蚀作用均不太发育, 储集层的孔隙类型主要为黏土矿物晶间孔隙, 几乎不存在溶蚀孔隙(图7)。
细粒(长石)岩屑砂岩的孔隙度主要集中在小于4%的范围内、渗透率主要小于0.05×10-3 μ m2(图12), 中粗粒岩屑砂岩孔隙度主要分布在2%~8%之间、渗透率主要分布在(0.02~0.2)×10-3 μ m2之间, 中粗粒岩屑石英砂岩孔隙度主要分布在2%~10%之间、渗透率主要分布在(0.02~0.5)×10-3 μ m2之间, 细砂岩的孔隙度、渗透率以及渗透率—孔隙度相关程度都明显低于中粗砂岩(图12)。分析认为, 细粒岩屑砂岩中, 孔隙类型主要为黏土矿物晶间孔隙(图7), 孔喉形态多为小球状、短管状, 呈孤立状零散分布(图8-C), 有效孔喉的比例小, 小喉道的孔隙比例太高, 从而大幅降低孔隙之间的连通性、加大储集层的非均质程度(图8-D, 8-E, 8-I, 8-L, 8-M)。中粗砂岩中, 溶蚀孔隙是有效孔隙的最主要组成部分(图7), 粗大的管状孔喉所占比例高, 孤立的孔喉比例下降(图8-G, 8-K), 有效孔喉含量高、储集层连通性强(图8-E, 8-H, 8-I, 8-L, 8-M), 导致孔隙度、渗透率以及渗透率与孔隙度的相关程度明显要高于细砂岩(图12)。
1)通过对鄂尔多斯盆地苏里格气田苏6区块盒8段河流相砂岩进行多手段、多尺度全面剖析, 建立“砂体结构特征→ 砂岩类型→ 微观孔隙结构特征→ 物性分布特征” 的河流相致密砂岩储集层表征方法。河流相砂体主要可以划分为洪泛沉积、块状的心滩(或边滩)砂体以及平流水期薄板状河道充填砂体2类截然不同特征的砂体类型。中粗粒砂岩(心滩或边滩砂体)孔隙类型以溶蚀孔隙为主, 呈粗大的、连通成片的管状孔喉, 有效孔喉主要为半径大的孔喉; 细粒砂岩(河道充填砂体)孔隙主要为黏土矿物晶间孔隙, 形状主要为小球状或短管状, 在空间上呈孤立状零散分布, 有效孔喉大都集中在小孔喉部分。
2)中粗粒岩屑石英砂岩为强硅质胶结、较强机械压实致密化模式, 中粗粒岩屑砂岩为强机械压实致密化模式, 细粒(长石)岩屑砂岩为强压实、较强硅质胶结致密化模式。砂岩致密化过程的差异, 导致现今储集层中, 中粗粒砂岩的粗大孔喉和有效孔喉的比例、流体可动用程度、物性大小及相关程度明显高于细砂岩。
(责任编辑 李新坡; 英文审校 徐 杰)