1、第 卷 第 期 年 月西安科技大学学报 .黄道军，李新虎，刘燕，等 鄂尔多斯盆地中东部本溪组致密砂岩储层特征及有利层段优选 西安科技大学学报，（）：，（）：收稿日期：基金项目：国家自然科学基金项目（）；陕西省自然科学基础研究项目（）第一作者：黄道军，男，湖北监利人，高级工程师，：通信作者：李新虎，男，陕西西安人，博士，教授，：鄂尔多斯盆地中东部本溪组致密砂岩储层特征及有利层段优选黄道军，李新虎，刘 燕，张 辉（中国石油长庆油田分公司 勘探开发研究院，陕西 西安；西安科技大学 地质与环境学院，陕西 西安）摘 要：鄂尔多斯盆地中东部本溪组发育厚层含气的致密砂岩储层，开展其储层特征及有利层段研究，对
2、于深化鄂尔多斯盆地中东部本溪组储层地质认识和有利勘探层段选择具有重要的理论和指导意义。基于岩石薄片、射线衍射、扫描电镜等分析测试以及常规压汞、常规物性、核磁共振等多种岩石物理分析，综合开展了储层岩石学、孔隙结构、物性、含气性特征研究；结合烃源岩品质以及储层可压性、气测曲线特征开展有利层段优选。结果表明：鄂尔多斯盆地中东部本溪组砂岩以石英砂岩和岩屑石英砂岩为主，储集空间以原生粒间孔和次生溶孔为主；砂岩具有低孔、低渗、颗粒偏细等特点，属高排驱压力微喉道型和物性较差的致密砂岩储层。储层具有高杨氏模量、低泊松比、石英等脆性矿物含量较高的特点，使储层易压裂改造；下伏于 号煤层且发育良好的致密砂岩储层为本
3、溪组重要的气层，邻近灰岩的上覆致密砂岩储层含水性增强。研究成果为鄂尔多斯盆地中东部本溪组致密砂岩气的规模勘探与效益开发提供地质依据。关键词：致密砂岩；储层特征；有利层段；本溪组；鄂尔多斯盆地中图分类号：文献标志码：文章编号：（）：开放科学（资源服务）标识码（）：，（，；，）：，：；引 言鄂尔多斯盆地中东部上古生界发育多套海陆过渡相煤系气，纵向上包括石炭二叠纪的本溪组、太原组和山西组，具有良好的煤系气勘探潜力（图）。太原组和山西组以三角洲沉积为主，砂岩以岩屑石英砂岩和岩屑砂岩为主，山 段为主要开发层位，在其致密砂岩储层特征分析及成岩作用、有利区评价方面取得丰富的研究成果。这些研究成果为本溪组致密
4、砂岩储层特征及有利层段优选提供了很好的借鉴。鄂尔多斯盆地中东部本溪组以三角洲沉积和障壁瀉湖沉积为主，致密气富集主控因素明显与太原组和山西组有一定差异，。本溪组致密砂岩普遍粒度较细，物性较差，储层层内非均质程度相对较强，储层岩石学、微观结构、物性等特征等方面与太原组和山西组致密砂岩储层有异同，如何从储层特征研究出发，从烃源岩，储层垂向接触关系、储层可压性等方面分析，综合开展本溪组致密砂岩储层有利层段优选，对本溪组致密砂岩气的勘探和开发有着重要的理论意义和应用价值。储层特征研究包含岩石学、物性、孔隙类型、成岩等方面内容。本文综合运用多种岩石物理手段及其结果，对鄂尔多斯盆地中东部本溪组致密砂岩储层的
5、岩石学、孔隙结构以及物性、含气性等储层特征进行分析，结合烃源岩特征以及气测数据，对储层垂向发育特征及组合规律进行分析，开展本溪组致密砂岩储层有利层段优选。图 研究区构造位置 地质概况在鄂尔多斯盆地中东部上古生界发育的海陆过渡相本溪组地层中，砂岩、泥岩、煤层、碳酸盐岩等均有发育。本溪组顶部煤层与太原组砂岩或泥岩整合接触，本溪组底部与奥陶系马家沟组灰岩 西 安科技大学学报 年第 卷第 期黄道军，等：鄂尔多斯盆地中东部本溪组致密砂岩储层特征及有利层段优选不整合接触，地层厚 .，平均 ，碎屑岩和碳酸盐岩混合发育，中部发育 层石灰岩。号煤层分布在本溪组顶部，厚度 .，平均 ，煤层厚度大且分布连续，镜质组
6、反射率（）在 .，平均 ，属中变质程度烟煤，煤层含气量高，是本溪组主要的烃源岩及优质煤层气储层。本溪组主要发育三角洲前缘亚相的分支河道和分流间湾 种微相，砂体平面上主要分布在三角洲前缘分支河道相带，砂体垂向上主要分布在本溪组上段，。储层岩石学特征基于薄片鉴定和全岩 射线衍射，本溪组致密砂岩储层包含石英砂岩、岩屑石英砂岩和岩屑砂岩 类（图），石英砂岩、岩屑石英砂岩和岩屑砂岩分别占总样品的 ，和.，本溪组以石英砂岩和岩屑石英砂岩为主。本溪组砂岩碎屑颗粒成分以石英为主，岩屑平均含量不高，长石的平均含量很少（表）。斜长石、钾长石含量通常小于，岩屑种类较多，最主要的为燧石岩屑（图（），其次为变质岩岩屑（
7、包括千枚岩、板岩、变砂岩和变质石英岩岩屑），偶尔可见泥岩、喷出岩、粉砂岩岩屑等。本溪组碎屑颗粒成分中含有一定数量的黄铁矿，黏土矿物含量整体较高。表 本溪组储层砂岩成分组成 岩石类型石英长石岩屑黄铁矿 黏土矿物其他石英砂岩 岩屑石英砂岩 岩屑砂岩 石英砂岩；长石石英砂岩；岩屑石英砂岩；长石砂岩；岩屑长石砂岩；长石岩屑砂岩；岩屑砂岩图 本溪组砂岩成分三角图 图 本溪组砂岩储层岩石学显微特征 本溪组砂岩中胶结物以黏土矿物为主，其次是碳酸盐和硅质胶结物。黏土矿物中伊利石和伊蒙混层平均含量最高，分别为 和 ，其次为高岭石，占，绿泥石含量很少，为 。通过显微镜下观察和扫描电镜分析，发现高岭石和伊利石自形晶
8、充填孔隙，特别是高岭石结晶粗大（图（）。碳酸盐胶结物以方解石为主，可见铁方解石交代碎屑（图（），铁白云石呈他形粉细晶状充填孔隙；当方解石含量高时呈连晶式胶结（图（）。杂基主要是铁泥质杂基，含量较低，黄铁矿分布很不均匀（图（）。在 衍射全岩检测中，偶见菱铁矿和锐钛矿；同时，在一些砂岩中还发现含有 的地开石，晶体为片状（图（），地开石是一种含羟基的铝硅酸盐矿物，与岩浆热液蚀变有关，反映本溪组砂岩可能经过热液蚀变作用。本溪组砂岩平均粒径 ，总体以中细砂岩为主，细砂岩和中砂岩占砂岩总数的，粗砂岩占 ，粉砂岩仅占 ，分选以中等好为主，磨圆度以次圆次棱为主，颗粒支撑，线接触，胶结类型以孔隙式胶结为主，砂岩
9、成分成熟度和结构成熟度较高。储层孔隙结构特征 储层孔隙类型本溪组砂岩储层面孔率在 ，平均为 。砂岩孔隙类型包括原生孔隙（粒间孔、残余粒间孔隙）、次生孔隙（粒间溶孔、长石溶孔、岩屑溶孔）、其它孔（晶间孔、微裂隙）种。原生孔隙一般分布在 ，平均为 ；次生孔隙分布在在 ，平均为 ，以粒间溶孔为主；其它孔一般分布在 ，平均为 。残余粒间孔和粒间溶孔为本溪组致密砂岩储层主要的储集空间。压实作用和压溶作用使储层原生孔隙大大减少，高含量的胶结物进一步减少孔隙空间。砂岩中未被充填的原生粒间孔（图（）较小，一般在 ，多呈不规则状。经过绿泥石薄膜式胶结作用及石英、长石次生加大后，形成残余粒间孔（图（），多呈三角形
10、和不规则多边形，孔径一般在 。石英加大边常见，颗粒凹凸接触，部分薄片中加大边可达 级（图（），反映压溶作用较强烈。溶蚀作用形成的次生孔隙主要为粒间溶孔。由于长石和易发生溶蚀的岩屑含量很低，粒内溶孔不发育。可见部分碳酸盐胶结物主要是方解石发生溶蚀，一些绿泥石黏土衬边也部分溶蚀，使孔隙间连通性增强，改善了储层的物性（图（）。图 本溪组砂岩储层孔隙结构显微特征 储层微观孔隙结构特征根据 块岩芯压汞数据，并结合扫描电镜综合分析，本溪组岩屑石英砂岩孔隙结构相对较好，其次为石英砂岩和岩屑砂岩（图）。储层毛管压力曲线形态类似，曲线为具有一定斜率的平台型。储层排驱压力 ，平均为 ；中值压力 ，平均为 ；最大孔
11、喉半径 ，平均为 ；中值半径 ，平均为 ；最大进汞饱和度 ，平均为 ；退汞效率 ，平均为 。孔隙直径分布大小不均，以 孔隙直径偏多，储层总体呈现排驱压力高、中值压力高、喉道半径小、进汞饱和度高的特征，孔隙与喉道间的连通性相对较差，渗透性不好，属高排驱压力微喉道型储层。储层物性及含气性特征 储层物性特征 口井 个砂岩样品氦气孔隙度和渗透率测试数据表明，孔隙度在 ，平均为，渗透率在 ，平均为 西 安科技大学学报 年第 卷第 期黄道军，等：鄂尔多斯盆地中东部本溪组致密砂岩储层特征及有利层段优选 。本溪组砂岩具有低孔、低渗特征，渗透率随着孔隙度的增大而增大，但总体相关性较差，说明本溪组砂岩渗透率是受多
12、种因素的综合影响结果。图 本溪组致密砂岩样品毛管压力曲线 从本溪组砂岩层内非均质性参数来看，反映各点渗透率均方根的变异系数为 ，反映最大值与平均值比值的突进系数为 ，反映最大值与最小值比值的极差为 ，本溪组致密砂岩具有强层内非均质性特征。口井 个样品的核磁共振测试结果表明，核磁共振样品中大孔、中孔、微孔孔隙分别占总孔隙的 ，中孔和微孔相对发育，粗粒砂岩样品中大孔所占比例较高，而细砂岩样品中微孔所占比例较高。储层含气性特征 口井 个本溪组致密砂岩储层段解释结果表明（图（），从致密层、水层、含气水层、气水同层、差气层到气层，储层含气饱和度从 ，变化到 ，表现为含气饱和度明显增大趋势。致密层是基于储
13、层孔隙度和渗透率低于气藏 和 的区域下限值而确定。从 口井 个砂岩测试含气饱和度数据来看（图（），气层、差气层、气水同层和含气水层样品占比较多，反映本溪组储层普遍含气，整体含气性较好，但储层含气解释成果类型多样。砂岩核磁共振束缚水饱和度在 .，平均 ，其中 的样品数占比，反映本溪组砂岩束缚水饱和度整体很高（图（）。图 本溪组储层含气性参数分布 有利层段优选 烃源岩品质本溪组煤岩 在 ，平均，以 居多；泥岩 在 ，平均 ，以 居多。本溪组煤岩 含量远远高于泥岩，反映出煤层的生烃能力远远大于泥岩，煤是本溪组致密砂岩储层主要的烃源岩。储层可压性特征本溪组储层中石英等脆性矿物的含量普遍在以上，脆性矿物
14、在储层中占比高，反映储层脆 性指数高，储层可压裂性强；从 口井 个砂岩干燥样样品的岩石三轴应力测试结果来看，砂岩峰值压力在 ，泊松比在 .，杨氏模量在 ，体积模量在 ，切变模量在 ；从 口井 个砂岩干燥样样品的岩石单轴应力测试结果来看，砂岩泊松比在 ，杨氏模量在 ，砂岩储层整体表现为杨氏模量和体积模量大、泊松比小的特征，同样显示出储层可压性强的特征。有利储层段优选开展有利储层段优选时，对于缺少岩芯以及孔隙度、渗透率、饱和度等实验室测试值的致密砂岩层段，其岩性及参数数据由地球物理测井综合解释获取。本溪组砂岩脆性大且易压裂改造，发育在本溪组顶部的具有较大厚度的 号煤层是最主要的烃源岩，其生烃能力强
15、含气量高，故有利储层段优选时可不考虑储层可压性以及烃源岩的、气含量等指标因素。本溪组储层厚度在 ，平均 ，储层段厚度较大。以储层垂向接触组合关系为依据，在充分考虑储层物性和含气性的基础上，参考气测曲线，对四口典型井开展有利储层段分析和优选（图（）图（）。）“号煤层 储层砂岩 灰岩”组合类型，井中本溪组内部发育灰岩，井中与本溪组下部接触的奥陶系马家沟组发育灰岩。）“号煤层 储层砂岩 泥岩”组合类型，井上部，号层段储层下部为大段泥岩，灰岩不发育。）“号煤层 泥岩 储层砂岩 灰岩”组合类型，井上部，号 个层段即属于此类型。）“泥岩 储层砂岩 灰岩”组合类型，井本溪组底部的 号层段，以及 井本溪组底部
16、发育的，号 个层段薄层致密砂岩发育在本溪组底部，灰岩为与本溪组下部接触的奥陶系马家沟组灰岩。本溪组储层段气测曲线可分为 种。）饱满型。井的，号层段气测曲线为饱满型，气测平均值分别为 和 。）倒三角型。井和 井从最下层段砂岩向上到 号煤层，气测曲线呈现倒三角形态，井，号层段含气性从下到上依次变好。）正三角型。井 号层段含气性从下到上依次变差。）欠饱满型。除 井的，号层段，井 号层段下部、号层段上部外，其余层段气测曲线均呈现欠饱满，气测平均值小于。综合本溪组储层物性和含气性特征，将储层划分为 种。）优质高饱和度储层。储层品质好，孔隙度在 以上，渗透率在 以上，含气饱和度在 以上。井的，号层段，井的 号层段均属于优质高饱和度储层，解释结论以气层为主。）优质低饱和度储层。储层品质好，孔隙度在 以上，渗透率在 以上，但含气饱和度在 以下。井，号层段，井的，号层段，井，号层段为优质低饱和度，解释结论以气水同层、含气水层、水层为主。本溪组储层以该类型为主。）中差储层。储层品质差，其孔隙度在 以下，渗透率在 以下，含气饱和度在以下，其解释结论以致密层为主，如 井 号层段，井 号层段，井 号层段。有利砂