ACTA Scientiarum Naturalium Universitatis Pekinensis

鄂尔多斯盆地白于山井­网加密区延长组长 4+ 5特低渗储层沉积特征­和储层物性分析

刘钰洋 潘懋 刘诗琦 等

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刘钰洋1,2 潘懋1,2 刘诗琦1,2 师永民1,2,† 董越3 张志强1,2 王梓媛1,2

1. 造山带与地壳演化教育­部重点实验室, 北京大学地球与空间科­学学院, 北京 100871; 2. 北京大学石油与天然气­研究中心,北京 100871; 3. 中国地质大学(北京)能源学院, 北京 100083; † 通信作者, E-mail: sym@pku.edu.cn

摘要 以岩芯、薄片资料为基础, 结合常规测井和成像测­井等资料, 综合分析鄂尔多斯盆地­白于山井网加密区上三­叠统延长组长4+5特低渗储层的沉积特­征和储层特征, 进而解剖储层砂体在纵­向及平面的展布特征。结果表明, 长4+5储层主要为一套中细粒长石砂岩, 发育平行层理和交错层­理; 储集空间以中小孔径的­粒间孔为主, 发育少量裂缝, 储层物性较差。储层砂体在平面上呈较­均匀的条带状展布, 厚度在2~5 m之间; 沉积亚相以三角洲前缘­为主, 发育水下分流主河道、水下分流浅河道、水下分流浅滩和水下分­流间湾4种沉积微相。在纵向上, 水下分流主河道及浅河­道交替变化, 在各小层有规律的展布。研究结果对进一步寻找­白于山地区的油气富集­区有一定的指示意义。关键词 鄂尔多斯盆地; 白于山井网加密区; 沉积特征; 储层展布中图分类号 TE348

鄂尔多斯盆地是我国第­二大沉积盆地, 跨陕、甘、宁、蒙、晋五省区, 北达阴山, 南抵秦岭, 西至贺兰山, 东至吕梁, 总面积为37×104 km2, 盆地主体面积为25×104 km2 [13]。盆地从晚三叠世开始进­入内陆凹陷沉积阶段, 上三叠统延长组为第一­个沉积旋回。在该沉积时期, 由于鄂尔多斯盆地周缘­的抬升, 使得盆地四周都成为物­源区[45], 盆地内形成面积大、水域广、深度浅的大型内陆湖泊[69]。根据岩性、沉积旋回和油层纵向分­布规律, 可将延长组自上而下划­分为10个储层。白于山地区位于鄂尔多­斯盆地陕北斜坡构造带­中北部, 面积约为220 km2。区域构造简单, 为东高西低的西倾单斜, 没有断层和大型的基底­隆起。白于山井网加密区(简称白于山加密区)是西起 Y44-21井、东至 L102井、南起 Y44-27井、北至 Y38-21井的近似菱形区域, 面积约为3.2 km2, 勘探目的层为上三叠统­延长组长4+5储层[1012]。王宝清等[13]和靳文奇等[14]对该地区长4+5储层的岩相、古地理、储层沉积微相、储集特征以及成岩作用­对储集物性的影响等方­面做了一些研究。一方面, 延长组属于低孔低渗储­层[15], 岩石的矿物特征对储层­物性和孔隙结构有较大­的影响, 然而, 目前对该地区岩石的矿­物特征及其对储层物性­的影响等方面的研究不­够深

入; 另一方面, 虽然前人对该地区沉积­微相等方面进行了描述, 但对该地区的储层描述­不够精细, 对砂体的空间展布规律­认识不足。

鉴于上述情况, 本文选取白于山加密区­作为研究对象, 通过丰富的岩芯资料和­成像测井资料, 对储层的沉积特征及物­性进行详细的分析。在较小井距(见图1)的控制下, 以测井资料为基础, 对储层的纵向及平面展­布特征进行解剖, 以期为地区乃至同类型­低渗油田的油气勘探提­供一定的地质依据。

1储层沉积特征1.1岩石学特征

受区域构造和沉积背景­控制, 白于山加密区储层的岩­石类型以砂岩为主。对长4+5储层砂岩的粒度分析­结果(表1)表明, 砂岩结构成熟度较高, 细砂岩最常见, 含量高达70.08%~89.25%, 平均含量为79.65%; 中砂岩次之, 含量为7.21%~27.94%, 平均15.68%; 粉砂岩含量相对较低, 为0.98%~10.06%,平均3.21%。该地区储层砂岩的分选­度以中等到好为主, 砂岩粒度较小, 磨圆度较差, 说明沉积区距物源较近, 水动力比较强。多数样品的杂基含量比­较少, 在1.00%~2.67%之间, 平均1.47%, 多为陆源碎屑。总体来看, 该地区储层具有典型水­下分流

河道相的沉积特征。

对研究区9口井的35­块岩芯样品进行薄片鉴­定、扫描电子显微镜观察及 X 射线衍射分析。薄片鉴定结果(表 2)显示, 研究区储层以高长石含­量、低石英含量和中等岩屑­含量为特征, 成分成熟度低,具有典型的陆相沉积特­征。储层长石的体积含量为­38.7%~56.9%, 平均49.4%; 石英次之, 体积含量为18.4%~31.3%, 平均23.2%; 岩屑的体积含量为7.0%~ 14.1%, 平均10.1%; 填隙物以硅质为主, 体积含量为0.1%~4.0%, 平均1.1%, 也有一定量的长石质,平均体积含量为0.5%。

从图2可以看出, 储层岩性以成分成熟度­较低的长石砂岩为主。黏土矿物以绿泥石为主, 通过扫描电子显微镜观­察到微孔隙当中填充大­量自生绿泥 石(图3(a))。蒙脱石和伊利石的含量­比较低, 伊利石的含量一般随深­度的增加而变大, 伊蒙混层多以棉絮状包­膜和孔隙填充物的形式­出现(图3(b)), 显示水下分流浅滩相和­水下分流间湾相的特征。胶结类型以薄膜孔隙式为主, 微观岩石结构和孔喉展­布具有一定的方向性(图4)。

1.2 沉积构造及裂缝

受能量较高的水动力条­件及较简单的构造条件­控制, 白于山地区长4+5储层的沉积构造以平­行层理和交错层理为主, 可见少量的水平层理。裂缝主要为高角度的构­造裂缝。

以 YJ41-262井成像测井解释­结果(图5)为例,平行层理在研究区最常­见, 厚度一般在0.1~0.4 m之间, 最大可达0.52 m。纹层主要由细砂和中砂­频

繁交互构成, 纵向上呈现正粒序。低角度交错层理也较常­见, 层理厚度约为0.3 m, 纹层厚约 1 mm, 层面曲率较小。水平层理较少, 厚0.1~0.2 m。研究区 裂缝主要为受燕山期及­喜山期构造运动影响而­形成的高角度天然裂缝, 工区倾角约为77º~87º, 走向为59º~271º, 其间未见矿物或脉体充­填。

2储层发育特征2.1孔隙类型

白于山地区长4+5储层的储集空间以孔­隙为主,天然裂缝较少, 对储集性能的贡献较小。该区储层以原生孔隙为­主, 既有未被胶结而保留下­来的粒间孔(面孔率较大, 约为4.4%), 也有石英加大边未完全­将孔隙充填而剩余的晶­间孔(面孔率约为0.2%)。显微镜下观察到的原生­孔隙一般形态单一, 分选性较好。从表 3 可以看出, 样品中孔隙类型主要为­粒间孔, 储集空间占比为1.7%~11.7%, 平均4.4%; 同时发育不同类型的溶­蚀孔隙(图 6), 长石溶孔的储集空间占­比为0.3%~1.6%, 平均0.7%; 岩石溶孔和沸石溶孔较­少, 平均储集空间占比分别­为0.2%和0.3%; 也有部分样品中发育少­量晶间孔和微裂隙,平均储集空间占比分别­为0.2%和0.1%。面孔率为2.2%~12.3%, 平均6.1%。平均孔径为20~46 μm,平均值为33 μm。次生孔隙的形态不规则, 大小差异悬殊。孔径小于10 μm 的孔隙约为37%, 孔径为10~20 μm 的孔隙约为34%, 孔径为20~30 μm 的孔隙约为18%, 孔径为30~40 μm 的孔隙约为6%, 孔径大于40 μm 的孔隙约为5%。孔径分布频率表明, 研究区储层的储集空间­以中小孔隙为主。

2.2 孔喉特征

选取白于山加密区6口­井长4+5储层的22块岩芯

样品, 采用恒速压汞法测定毛­细管压力, 结果如图7所示。可以看出, 储层内部各处孔喉结构­差异明显。6组曲线的排驱压力基­本上相同, 最大汞饱和度分为两组, Y44-27, Y42-27和Y42-23的最大汞饱和度明­显高于Y40-23, Y43-26和 Y42-21, 前者约为90%, 后者仅为80%左右; 所有样品的毛细管压力­曲线斜率较大, 平台段不明显, 说明研究区孔喉分选性­较差。

2.3 储层物性

根据1876块岩芯样­品孔隙度和渗透率的统­计结果, 白于山长4+5储层的平均孔隙度为­13.5%, 平均空气渗透率为1.447×10−3 μm2。根据渗透率对数正 态分布检验结果(图8), 发现该区长4+5储层的渗透率近似地­服从对数正态分布, 中值渗透率为0.41× 10−3 μm2, 透率变异系数为0.844。

3 储层砂体展布特征

白于山位于陕北地区长­4+5储层的三角洲前缘亚­相带, 古地貌平缓, 水流稳定, 砂体展布的方向性明显。本文利用大量录井资料, 结合测井曲线,首先进行岩相单元的划­分, 确定砂体的判定标准。在此基础上, 对研究区目的层进行连­井砂体连通剖面分析, 揭示其纵向展布特征; 进行平面沉积微相分析, 揭示砂体的平面展布特­征。

3.1 岩相单元细分

利用测井曲线和录井资­料确定砂体的识别标准, 是进行储层研究的基础。白于山地区长4+5储层由两个三级正旋­回组成, 对应长4+51和长4+52两个砂岩组。每个砂岩组由若干多期­形成的单砂体相互切叠, 形成侧向复合砂体, 层内及平面非均质性较­强, 砂体结构复杂, 需要精细地刻画砂体和­隔夹 层的分布状况, 进行岩相单元细分。如图9所示, 通过分析伽马(GR)曲线, 确定GR<103 API为砂体识别标准。由于本区隔夹层较发育, 通过对电阻率(RT)曲线进行分析, 确定RT<16 Ω·m为隔夹层的识别标准。通过GR和RT两项标­准, 建立研究区所有钻井的­岩性剖面, 为研究储层的纵向展布­及平面展布提供依据。

3.2 砂体纵向展布特征

储层砂体的纵向展布特­征包括储层的发育特征­及连通特征两方面。以测井砂岩相的识别结­果为依据, 可以确定单井砂体发育­的层段以及厚度。通过砂体的厚度特征及­隔夹层的稳定性, 可以判断砂体侧向的连­通情况。

选取资料完整的典型井(南北向: Y38-21, Y3922, Y40-23, Y41-24, Y42-25和 Y42-26; 东西向: Y4421, Y43-22, YJ43-242, YJ41-23, Y39-24和 Y38-25),对砂体纵向分布特征进­行解剖。长4+5储层发育多层砂体, 层间被泥质隔夹层分割。单层砂体的厚度 较均匀, 为2~5 m。从图10可见, 砂体南北向(垂直于物源方向)规模较小, 水平方向延伸约500 m, 也有部分砂体规模很小, 水平方向延展仅100~200 m。从图11可见, 砂体东西向(沿物源方向)规模较大, 水平方向延展100~1500 m。砂体的空间展布形态受­沉积相和构造的控制, 各层砂体的厚度较均匀。

3.3 砂体平面展布特征

通过研究砂体的平面展­布特征, 对储层砂体的平面展布­及沉积相演化过程进行­分析。根据图9中单井沉积微­相划分结果, 绘制长4+5储层各小层的沉积微­相平面展布图(图12)。白于山加密区发育三

角洲前缘亚相, 并分为水下分流主河道、水下分流浅河道、水下分流浅滩和水下分­流间湾4个微相。水下分流主河道相和水­下分流浅河道相是砂体­发育的有利部位, 为储层相。水下分流主河道相的砂­体厚度较大(4~5 m), 水下分流浅河道相的砂­体厚度较小(2~3 m)。水下分流浅滩相和水下­分流间湾相不利于砂体­发育, 为非储层相, 水下分流浅滩相以粉砂­岩和泥岩为主, 水下分流间湾相则为纯­泥岩。

白于山加密区长4+5储层砂体的平面展布­及纵向上沉积相的演化­特征可总结为“砂体条带状展布,水动力强弱交替”。从图10~12可见, 受沉积相及物源方向控­制, 有利于发育成储层的砂­体均呈北东南西向条带状展布, 但砂体分布的位置及沉­积相演化规律各小层区­别较大。

长4+524小层水下分流河­道相的比例较大, 水动力较强。水下分流主河道相主要­分布在研究区中部和南­部, 水下分流浅河道相主要­分布在中部。

长4+523小层的水动力条­件比4+524小层弱, 位于研究区中部及东南­部的水下分流主河道相­的分叉性较强, 位于西北部的水下分流­浅河道相占全部河道相­的比例有所增加。

长4+522小层的水动力略­有增强, 水下分流主河道相的分­叉性增强, 水下分流浅河道相的比­例减小, 仅在东南部发育很窄的­一个条带。

长4+521小层的水动力条­件进一步增强, 水下分流河道相的比例­很大, 尤其是在沿物源方向的­东部。水下分流主河道相主要­分布在研究区中部, 水下分流浅河道相主要­分布在研究区边缘处。与其他小层相比, 水下分流浅滩相和水下­分流间湾相的分布范围­较局限。

长4+51小层的水动力明显­减弱, 水下分流河道相的发育­受限。主河道相主要分布在研­究区边缘处, 水下分流浅河道相分布­在研究区中部, 水下分流浅滩相及水下­分流间湾相则广泛发育。

4 结论

本文利用岩芯和测井资­料, 对鄂尔多斯盆地白于山­加密区的沉积特征和储­层特征进行分析, 得出以下结论。

1) 白于山加密区长4+5储层主要为中细粒长石砂岩, 成分成熟度较低, 结构成熟度较高。砂岩碎屑物以细砂为主, 中砂次之, 其次为粉砂。细砂平均含量为79.65%, 中砂平均含量为15.68%, 分选度为中等到好, 呈正偏态分布。

2) 长4+5储层沉积构造类型丰­富, 指示相对复杂的水动力­条件和沉积环境。研究区层理类型较少, 以平行层理和交错层理­为主。

3)薄片和扫描电子显微镜­分析结果显示, 白于山加密区长4+5储层的微观孔隙既有­原生孔隙, 也有次生孔隙, 储集空间以中小孔径的­原生孔隙为主。孔隙类型主要为粒间孔、长石溶孔、岩屑溶孔、沸石溶孔和晶间孔。长4+5储层的平均孔隙度为­13.5%, 平均空气渗透率为1.447×10−3 μm2, 储层物性较差, 属于低孔低渗储层。

4) 长4+5储层的砂岩层纵向上­厚度变化较大,表明该区沉积相随时间­的变化比较剧烈。依据岩性及砂体厚度, 可将沉积相分为水下分­流主河道、水下分流浅河道、水下分流浅滩和水下分­流间湾4个微相。水下分流河道相为向上­变细序列, 河道宽300~500 m, 与其他三角洲前缘砂体­多呈切割关系,储层物性较好, 产油能力较强。

5) 长4+5储层纵向上分为5个­小层, 各小层砂体的厚度一般­为2~5 m, 分布较均匀。砂体在平面上呈条带状­展布, 具典型三角洲前缘水下­分流河道相特征。长4+5砂组的5个小层从下­至上, 沉积水体的能量强弱交­替变化, 长4+524小层、长4+522小层以及长4+521小层的水动力较­强, 代表优势储层的水下分­流主河道相和水下分流­浅河道相的比例较大。

参考文献

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图 1白于山加密区井位分­布Fig. 1 Well location map of infill well region in Baiyushan area
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 ??  ?? 图 2白于山加密区长 4+5 储层砂岩的岩石类型判­别(底图引自文献[16]) Fig. 2 Rock-typing of Chang 4+5 Formation sandstone of infill well region in Baiyushan area (background image from Ref. [16])
图 2白于山加密区长 4+5 储层砂岩的岩石类型判­别(底图引自文献[16]) Fig. 2 Rock-typing of Chang 4+5 Formation sandstone of infill well region in Baiyushan area (background image from Ref. [16])
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(a) YJ43-244 井, 1697.89 m, 填充于微孔隙的绿泥石; (b) Y40-26 井, 1722.48 m, 分布于颗粒间的伊蒙混­层。Ch:绿泥石; I/S: 伊蒙混层图 3白于山加密区长 4+5储层砂岩扫描电子显­微镜照片Fig. 3 SEM photomicro­graphs of Chang 4+5 Formation of infill well region in Baiyushan area
 ??  ?? YJ43-244 井, 1708.18 m。q: 石英; F: 长石; C: 黏土; M: 云母; RF: 岩屑。箭头指示微观孔喉图 4白于山加密区长 4+5 储层砂岩显微镜照片F­ig. 4 Photomicro­graphs showing pore distributi­on of Chang 4+5 Formation of infill well region in Baiyushan area
YJ43-244 井, 1708.18 m。q: 石英; F: 长石; C: 黏土; M: 云母; RF: 岩屑。箭头指示微观孔喉图 4白于山加密区长 4+5 储层砂岩显微镜照片F­ig. 4 Photomicro­graphs showing pore distributi­on of Chang 4+5 Formation of infill well region in Baiyushan area
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 ??  ?? (a) Y44-25, 1698.08 m, 长石溶孔; (b) Y40-21, 1692.38 m, 沸石溶孔。箭头指示次生孔隙发育­位置图 6白于山加密区长 4+5 储层扫描电子显微镜照­片Fig. 6 SEM photomicro­graphs of Chang 4+5 Formation of infill well region in Baiyushan area
(a) Y44-25, 1698.08 m, 长石溶孔; (b) Y40-21, 1692.38 m, 沸石溶孔。箭头指示次生孔隙发育­位置图 6白于山加密区长 4+5 储层扫描电子显微镜照­片Fig. 6 SEM photomicro­graphs of Chang 4+5 Formation of infill well region in Baiyushan area
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图 7白于山加密区长 4+5储层岩芯样品的毛细­管压力曲线Fig. 7 Capillary pressure curve of different core samples of Chang 4+5 Formation of infill well region in Baiyushan area
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图 8白于山加密区长 4+5 渗透率累积频率分布F­ig. 8 Permeabili­ty cumulative frequency diagram of Chang 4+5 Formation of infill well region in Baiyushan area
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图 9白于山地区长 4+5 储层岩相单元细分方案(Y41-22 井) Fig. 9 Lithofacie­s and facisident­ifications of main oil play of Chang 4+5 Formation of infill well region in Baiyushan area (Well Y41-22)
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图 12白于山加密区长 4+5 储层沉积微相的平面展­布Fig. 12 Sedimentar­y micro-facies of Chang 4+5 Formation of infill well region in Baiyushan area

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