引用本文
王思博, 刘智恪, 吕双, 夏林, 朱振文. 苏49区块上古生界盒8段岩石学特征及储层物性成因分析[J]. 录井工程, 2025,36(1): 155-160.
WANG Sibo, LIU Zhike, LYU Shuang, XIA Lin, ZHU Zhenwen. Petrologic characteristics of Upper Paleozoic He 8 Member and genetic analysis of reservoir physical properties in Su 49 block[J]. Mud Logging Engineering, 2025,36(1): 155-160.
Doi:10.3969/j.issn.1672-9803.2025.01.022  
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苏49区块上古生界盒8段岩石学特征及储层物性成因分析
王思博①, 刘智恪②, 吕双②, 夏林②, 朱振文②
①中国石油渤海钻探井下技术服务公司
②中国石油渤海钻探油气合作开发分公司

作者简介：王思博 技术员,2000年生,2023年毕业于河北工业大学环境工程专业,现在中国石油渤海钻探井下技术服务公司从事技术服务工作。通信地址：300280 天津市滨海新区海滨街渤海钻探井下技术服务公司。E-mail：2777396837@qq.com

收稿日期: 2024-12-27
摘要

为深入了解苏49区块上古生界盒8段储层的地质特性和储层特征,应用取心观察描述、铸体薄片、扫描电镜、阴极发光等试验研究资料,从岩石学特征、孔隙类型、孔喉特征及成岩作用等方面对盒 8 段储层开展了系统研究。结果显示：盒 8 段储层岩石类型以岩屑石英砂岩、石英砂岩为主,碎屑成分主要为石英类（石英、燧石）,其次为岩屑组分,局部见少量长石颗粒;孔隙类型以次生孔隙为主,原生粒间孔隙次之,且以发育小孔喉为主,盒8下亚段物性较好,平均孔隙度和渗透率分别为8.15%、0.58 mD,盒8上亚段物性次之,说明研究区盒8段储层属于致密特低渗砂岩储层;盒8段主要有压实、胶结和溶蚀3种成岩作用,其中溶蚀作用形成的高岭石晶间孔和溶蚀孔对储层物性具有明显改善作用;微裂缝对区块中、东部储层物性有较大的改善。研究成果有助于更好地理解该区域天然气储存规律,为储层改造和高效开发提供科学依据,从而助力区块产能建设和开发。

关键词: 岩石学特征; 储层物性; 苏49区块; 盒8段; 低孔特低渗; 成岩作用
中图分类号:TE132.1 文献标志码:A
Petrologic characteristics of Upper Paleozoic He 8 Member and genetic analysis of reservoir physical properties in Su 49 block
WANG Sibo①, LIU Zhike②, LYU Shuang②, XIA Lin②, ZHU Zhenwen②
①Downhole Technology Service Company,BHDC,CNPC,Tianjin 300280,China
②Oil & Gas Cooperation and Development Company,BHDC,CNPC,Tianjin 300457,China
Abstract

In order to deeply understand the geological characteristics and reservoir characteristics of He 8 Member reservoirs from the Upper Paleozoic in Su 49 block,a systematic study of the reservoirs of it has been carried out from the perspectives of petrologic characteristics,pore types,pore-throat characteristics,and diagenesis by using core observation descriptions,casting thin sections,scanning electron microscope, cathodeluminescence and other experimental analysis data. The results show that the main rock types in He 8 Member reservoirs are lithic quartz sandstone and quartz sandstone,and the reservoir clast composition is mainly quartz（including quartz and flint）,followed by cuttings components,and there are some trace amounts of feldspar particles in some areas. The pore type in the study area is secondary pore,and the primary intergranular pore occupies a secondary position,and mainly characterized by the development of small pore throats. The lower sub-member of He 8 Member has good physical properties,with an average porosity of 8.15% and an average permeability of 0.58 mD. The physical properties of the upper sub-member of He 8 Member are second,indicating that the reservoirs of He 8 Member in the study area belong to tight ultra-low permeability sandstone reservoirs. The main diagenesis in He 8 Member includes compaction,cementation,and dissolution,of which the dissolution-formed kaolinite intercrystal pores and dissolution pores have a significant improvement effect on the reservoir physical properties. Micro-fractures have greatly improved the physical properties of reservoirs in the central and eastern parts of the block. The results of this study will help us better understand the natural gas storage rule in the area,provide scientific basis for reservoir stimulation and efficient development,and thus support the productivity construction and efficient development of the block.

Keyword: petrologic characteristics; reservoir physical property; Su 49 block; He 8 Member; low porosity and ultra-low permeability; diagenesis
0 引言

苏里格气田位于鄂尔多斯盆地伊陕斜坡西北部, 是典型“ 低孔、低渗、低压、低丰度和低产” 的气田, 也是非均质性非常强的大型致密岩性气田, 构造主要为西倾的大型平缓斜坡, 主力含气层段为二叠系石盒子组盒8段和山西组山1段[1]。研究区苏49区块位于苏里格气田西区南部, 与苏里格气田整体相似, 也属于典型的低孔、低渗、低压致密气藏, 其东部整体较高, 局部发育一定幅度的鼻隆构造, 中部区域构造位置低, 局部发育小幅度背斜, 幅度为10~50 m, 西部在单斜背景上发育北西-南东走向的低缓鼻隆[2]。截至当前, 苏49区块已上报基本探明储量1 766.99× 108 m3, 资源规模和开发潜力较大, 是现阶段天然气快速上产的主要目标区。该区块前期勘探开发程度不一, 中东部勘探开发程度相对较高, 西部还处于初期勘探阶段, 且前期开发试验基本形成了直丛井为主、水平井为辅的开发方式, 取得了较好的开发效果。但目前面临储层物性差、部分气井产量低、出水严重等问题, 给气田长期稳产带来极大困难[3]。

苏49区块盒8段储层物性成因是多方面的, 包括岩石组分、成岩作用、次生孔隙发育情况和断裂及其伴生节理可形成微裂缝等。这些因素相互作用, 共同决定了储层的物性特征。本文利用取心观察描述、铸体薄片、扫描电镜、阴极发光等试验资料, 对苏49区块盒8段储层开展岩石学特征、孔隙类型、孔喉特征及成岩作用等方面的分析与研究, 以期揭示储层的微观特征, 明确控制储层平面差异性的主要因素, 找出单井高产因素, 为下步评价开发部署提供科学参考。

1 岩石学特征
1.1 岩石类型

基于对研究区内337个样品的薄片鉴定资料分析研究, 盒8段岩石构成以中粗粒岩屑石英砂岩、石英砂岩为主, 少量岩屑砂岩, 微量长石。储层碎屑中石英含量较高, 一般在51%~93%, 平均达到72.4%, 盒8上亚段平均72.9%, 盒8下亚段平均69.66%（图1）。石英碎屑主要为单晶石英, 表面干净, 多数来源于变质岩和火成岩岩屑, 个别颗粒有明显的压裂破碎。岩屑组分占碎屑总量的13.9%, 以变质岩岩屑为主, 占碎屑总量的10.4%, 而盒8上亚段和盒8下亚段岩屑成分组成差别不大, 都以变质岩岩屑为主（表1）。变质岩岩屑内主要发育石英岩和塑性较强的千枚岩, 其次为板岩和变质砂岩。长石含量较低, 局部见少量长石颗粒, 平均含量仅为0.19% , 因而该地区盒8段砂岩中几乎缺乏长石, 表明苏49区块盒8段砂岩具有很高的成分成熟度。砂岩成分成熟度高, 反映了辫状河流相储层水动力条件较弱, 离物源较远的特征[4]。

图1 苏49区块盒8段砂岩分类三角图

表1 苏49区块盒8段岩屑组分含量
1.2 砂岩成熟度特征

砂岩成熟度包括成分成熟度和结构成熟度。成分成熟度是指砂岩在风化、搬运和沉积作用过程中, 接近最稳定终极产物（如石英）的程度; 结构成熟度是指砂岩在沉积过程中, 经过水流等作用使碎屑颗粒的分选、磨圆等达到理想状态的程度。通过岩心观察和铸体薄片（图2）得出, 研究区中盒8上、下亚段砂岩中-细颗粒较多, 约占78%, 粗粒占12%, 粉砂、泥质及砾级占10%左右。此外, 颗粒形态以圆状-次圆状为主, 且分选性较好; 磨圆度也较好, 一般为圆状、次圆状。这反映出研究区盒8段砂岩的结构成熟度较高。结合上文可知, 盒8段砂岩具有较高的成分成熟度和结构成熟度, 均反映出研究区远离物源, 水动力条件相对较差的沉积特征。

图2 苏49区块盒8段岩石结构特征

1.3 填隙物特征

研究区337个铸体薄片样品填隙物含量统计（表2）表明, 盒8段砂岩填隙物包括杂基和胶结物两部分。杂基中高岭石和水云母含量较高, 基本在3%以上, 绿泥石含量相对较少。胶结物主要包括硅质、方解石、铁方解石、菱铁矿、凝灰质、白云石、铁白云石等。其中, 凝灰质的含量较低, 平均仅为2.06%, 但为后期溶蚀作用构筑了物质根基。杂基含量也反映了沉积物源供给和沉积的分异作用等。胶结物的分布和含量会影响岩石的孔隙度和渗透率, 如方解石作为充填孔隙的胶结物, 可以减少岩石的孔隙度, 降低其渗透性。

表2 苏49区块盒8段储层填隙物含量统计
2 储层物性特征
2.1 孔隙结构类型

对苏49区块337个样品孔隙类型进行分析可知, 该区块盒8段孔隙类型以次生孔隙为主, 占比约为89%, 原生粒间孔隙次之, 占比约为11%。次生孔隙包含晶间孔、岩屑溶孔、粒间孔、杂基溶孔及微裂隙, 且以晶间孔和粒间孔（图3）为主, 占比均大于20%。因而对鄂尔多斯盆地上古生界储层砂岩来说, 次生孔隙显然是储集空间的主体[5, 6], 显示成岩作用在鄂尔多斯盆地上古生界储层研究中的重要性。

图3 苏49区块盒8段储层孔隙类型

2.2 孔渗分布状况

根据铸体薄片、核磁共振等资料分析, 研究区储层物性表现为低孔、特低渗的特征。孔隙度主要分布在4%~12%之间, 平均6.79%（图4a）; 渗透率的分布具有“ 双峰” 特征（图4b）, 主峰值位于0.2 mD, 次峰值位于1.1 mD。物性对比显示, 盒8下亚段物性较好, 平均孔隙度和渗透率分别为8.15%和0.58 mD, 盒8上亚段次之, 说明研究区盒8段储层属于致密特低渗砂岩储层。

图4 苏49区块盒8段孔隙度与渗透率分布直方图

2.3 储层孔喉特征

根据研究区盒8段毛细管压力曲线特征参数统计结果（表3）, 储层孔喉具有如下特征。

表3 苏49区块盒8段毛细管压力曲线特征参数统计

从孔喉大小来看, 研究区盒8段储层砂岩以发育小孔喉为主, 具有排驱压力低、中值压力低、中值半径小等特点。从孔喉分选特征来看, 盒8段储层分选系数分布在0.05~2.47, 平均1.4; 变异系数分布在0.06~1.63, 平均0.3; 均质系数分布在0.15~0.53, 平均0.2; 偏态平均0.7, 反映出研究区盒8段储层的孔喉大小分布较宽, 存在一定的不均匀性和不对称性, 这可能会影响储层的渗透性和流体流动特性。在气田开发中, 这些特性均需要考虑, 以优化开采策略和提高采收率。从孔喉连通性角度分析, 最大进汞饱和度分布跨度较广, 在0.63%~99.36%之间均有分布, 平均76.6%, 退汞效率一般在9.52%~93.41%之间, 平均42.3%。这些数据表明, 尽管研究区盒8段储层的孔喉大小分布不均匀, 但它们的孔喉连通性总体上良好, 具有较高的最大进汞饱和度和适中的退汞效率, 这对于气藏的存储和流动是有利的, 有助于提升天然气的开发效率和增强经济性。

3 储层物性成因分析

储层物性的形成受多种因素影响, 成岩作用与地质构造起着关键作用。成岩作用过程中, 压实作用促使岩石颗粒紧密堆积, 孔隙度降低, 渗透率变差; 胶结作用若形成大量胶结物充填孔隙, 同样阻碍流体渗流, 降低储层物性; 溶蚀作用则相反, 可溶解部分矿物, 产生次生孔隙, 改善物性。地质构造方面, 断层活动不仅促使岩石破碎形成裂缝网络, 增强储层连通性, 还可能改变局部压力、温度条件, 影响成岩作用进程, 协同成岩作用共同塑造储层物性, 二者相互交织, 最终决定储层质量优劣。

3.1 成岩作用

通过对研究区盒8段储层钻井取出的岩心进行观察和岩石薄片分析发现, 该储层在埋藏过程中主要经历了压实、胶结、溶蚀3种成岩作用。根据成岩作用对储层储集性能的影响, 可分为建设性成岩作用和破坏性成岩作用。建设性成岩作用是指那些对沉积物起破坏、分解和溶解的作用。这类作用通过溶解、改造等方式, 使岩石中的孔隙空间增大或连通性变好, 主要包括溶蚀作用、部分重结晶作用、交代作用等, 例如溶蚀作用可以溶解岩石中的易溶矿物, 形成各种溶孔、溶洞, 从而增加岩石的孔隙空间, 提高其储集能力, 可使储层物性变好[7, 8]。破坏性成岩作用是指那些对沉积物起稳定、加固和促进固结成岩的作用。此类作用主要通过使岩石颗粒压实、孔隙填充等方式, 减少岩石中的孔隙空间, 降低孔隙之间的连通性, 包括压实作用、胶结作用、压溶作用等。比如压实作用会使沉积物颗粒在重力和上覆地层压力下紧密排列, 减小颗粒间的原始孔隙空间, 降低岩石的储集性能。因此, 研究区成岩作用类型是决定储层孔隙结构好坏的关键。

3.1.1 压实作用

研究区盒8段的储层砂岩埋藏深度普遍超过3 500 m, 表明这些砂岩经历了强烈的压实作用。由于这种压实作用, 颗粒之间主要呈线接触, 并且颗粒支撑结构明显。从而减少了孔隙空间, 降低了储层的渗透性和孔隙度, 对储层的物性产生了显著影响。

通过薄片资料分析发现, 苏49区块盒8段储层中的水云母是由凝灰质蚀变形成的, 同时硅质和石英加大现象也很常见。长石已经完全高岭石化, 原生杂基和软岩屑含量较高。在强烈的压实作用下, 大量的千枚岩、泥板岩等软岩屑以及原生杂基发生变形, 以假杂基的形式填充在原生粒间孔隙中, 形成了以微孔为特征的致密储层[8]。这种致密储层的形成显著影响了储层物性, 因为微孔的存在限制了流体流动, 降低了储层渗透性, 所以较高的原生杂基和软岩屑含量进一步减少了有效的储集空间, 使得储层的孔隙度降低。总的来说, 研究区盒8段储层砂岩由于强烈的压实作用和复杂的矿物转化过程, 形成了以微孔为特征的致密储层, 这对储层的物性产生了显著的负面影响。

3.1.2 胶结作用

结合薄片和扫描电镜观察分析发现, 研究区盒8段砂岩储层胶结物主要有黏土矿物、碳酸盐及硅质胶结物, 不同类型的胶结物对储层影响各有差异。在研究区域内, 砂岩储层的胶结物以黏土矿物为主, 其中高岭石和绿泥石是最常见的类型。高岭石在扫描电子显微镜下通常呈现出假六边形的晶片形态, 其集合体则表现为书页状或蠕虫状结构, 这些结构松散地堆积在次生溶孔和粒间孔隙中, 从而保持了良好的晶间孔隙率。相比之下, 绿泥石主要存在于孔隙的薄膜或衬边中, 有时会充填孔隙, 阻塞孔隙和喉道, 导致储集能力显著下降。此外, 碳酸盐胶结物也是该区域砂岩储层胶结物的一个重要组成部分, 以方解石、白云石和铁白云石为主。这些碳酸盐胶结物多以粒间胶结物、交代物或次生孔隙内充填物的形式出现, 它们的存在往往会堵塞砂岩的孔隙, 从而降低储层的物性。硅质胶结物在该区域内也相对常见, 但其含量不高, 通常以石英的次生加大边和硅质充填粒间孔隙的形式存在, 表现为环边状包裹或半包裹碎屑石英颗粒。这种次生加大石英的充填会导致粒间孔隙的减少, 进而影响储层的整体物性。然而, 值得注意的是, 硅质胶结物常常与次生溶孔伴生, 这表明在一定程度上它们可能对储层的渗透性有所贡献。

3.1.3 溶蚀作用

溶蚀作用是砂岩储层形成次生孔隙的主要原因, 是苏里格气田致密砂岩气藏有效储层的重要特征[7]。致密砂岩中的次生孔隙有效改善了储层物性, 大幅增强了储层的质量。在影响溶蚀作用的众多因素中, 不稳定矿物成分、成岩过程中的流体以及流体流动的路径是3个核心要素。由于地质历史时期溶蚀流体和流动路径的特性多变且难以直接观察, 而不稳定矿物成分作为储层的内在属性, 在较小的研究区域内流体的性质变化相对较小, 因此岩石中不稳定矿物成分的分布对溶蚀过程有着决定性的影响[9, 10]。在研究区盒8段的砂岩储层中, 长石和岩屑是主要的被溶蚀物质, 由于长石几乎完全被溶解, 留下了大量的由高岭石填充的溶蚀孔隙, 这导致了高岭石晶间孔的广泛存在。此外, 岩屑的溶解也形成了粒间和粒内的溶孔。因此, 溶蚀作用对于改善该地区砂岩的孔隙结构起到了关键作用。

3.2 构造作用

通过研究与分析发现, 断裂对本区天然气运聚成藏具有显著影响：其垂向上沟通烃源岩与砂岩储层, 可为天然气运移提供通道; 同时断裂及其伴生节理可形成微裂缝, 对致密砂岩储层具有明显的改善作用。统计表明, 研究区高产井主要集中在区块中部及东部构造高部位, 尤其是区块中部, 高产井多位于苏176三维区中部破碎带两侧的局部隆起内[11, 12]。

综上所述, 苏49区块盒8段储层的平面差异性和单井高产是由多种地质、工程因素共同作用的结果。优质的储层物性、有利的构造位置、有效的烃源岩沟通、适当的完井工艺、合理的改造措施等是单井高产不可或缺的必要因素, 理解这些因素对于指导油气田的效益开发具有重要意义。

4 结论

（1）苏49区块上古生界盒8段岩石类型以岩屑石英砂岩、石英砂岩为主, 岩屑砂岩少量, 主要储层砂岩中几乎缺乏长石这一不稳定组分; 砂岩粒度中-细颗粒较多, 分选磨圆度中等-好。以上均说明砂岩成熟度较高, 研究区远离物源, 水动力条件相对较差的沉积特征。

（2）研究区孔隙类型以次生孔隙为主, 原生粒间孔隙次之, 且次生孔隙以晶间孔和粒间孔为主。通过发育的次生孔隙, 致密砂岩中的储层物性得到有效改善, 从而提高了储层的质量。

（3）各段物性对比显示盒8下亚段物性较好, 平均孔隙度和渗透率分别为8.15%和0.58 mD, 盒8上亚段次之, 说明研究区盒8段储层属于致密特低渗砂岩储层。

（4）研究区盒8段储层成岩作用主要包括压实、胶结和溶蚀3种类型。压实与胶结作用会降低储层的物性, 而溶蚀作用则有助于改善储层物性。溶蚀作用是砂岩储层中形成次生孔隙的主要原因之一, 也是致密砂岩气藏中有效储层的重要特征。同时, 微裂缝对区块中、东部储层物性有较大的改善。

（5）通过对岩石类型的详细分类和物性参数的系统分析, 能够更好地理解储层的地质特性和潜在的开发难点。研究结果对于提高该区域天然气开采效率和产能建设具有现实意义, 同时对提升类似致密气藏开发效果也具有指导意义。

（编辑 郑春生）

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