致密砂岩气藏储层研究的进展及趋势

勘探前景越来越为人们所重视。我国自 197后，也开始进行致密砂岩含气领 砂岩储层分为 4 类。我国于 1998 年开始实行的石
域的研究[4]，并先后发现了苏里格、新场等一批致密 油天然气行业标准[9]中规定，含气砂岩低渗储层的
砂岩气田。近年来，针对致密砂岩储层的研究呈现 物性上限是 10×10-3μm2。而美国致密砂岩气藏研
双重介质型储层是指储层中同时发育孔隙与裂 缝，且孔隙作为主要储集空间，而裂缝则作为提高 储层渗透率的主要因素。前文提到的孔隙型储层 虽具有相对较高的孔隙度，但仍属于低孔低渗的致 密储层，另外，孔隙型储层因孔隙结构复杂，且无裂 缝改善渗透性，故自然产能较低，需经人工造缝提 高产量。裂缝型储层初期为裂缝产气阶段，虽能获 得短期高产，但后期则转为基质产气，往往难以稳 产。而储层中叠加了孔隙和裂缝双重介质，一方面 提高了储集空间绝对量的大小；另一方面裂缝将各 种类型的孔隙裂缝联系起来，将不同类型的储集空 间相互沟通，形成统一的孔渗体系。
2012 年 10 月 ·综合研究与应用·
油气地球物理
PETROLEUM GEOPHYSICS
第 10 卷 第 4 期
致密砂岩气藏储层研究的进展及趋势*
王伟东 1），彭 军 1），段冠一 2），刘 腾 1），孙恩慧 3）
1）西南石油大学资源与环境学院；2）大庆钻探工程公司； 3）西南石油大学石油工程学院油气藏地质及开发工程国家重点实验室
2 致密砂岩储层岩石学及储集特征
征。致密砂岩气藏最早发现于美国的圣胡安盆地
（1927），20 世纪 80 年代，Walls 等提出“致密砂岩气
储层孔隙度和渗透率是衡量油气储量和产能
藏”概念[2]，之后又提出过“盆地中心气藏”、“连续型 的重要参数。致密砂岩储层在国内也称低渗储层，
气藏”的概念。从 20 世纪 70 年代，致密砂岩气藏的 具有孔隙度小、渗透率低的特点。张金川等对北美
孔隙型储层是指以次生孔隙和残余原生粒间孔 作为主要储集空间，而裂缝相对不发育或发育的裂 缝不足以明显改善储集物性。岩性致密、低孔低渗 是致密砂岩气藏的主要特征，然而，致密砂岩气藏储 层也并非全部为致密储层。在大面积致密的环境下 储层也存在一定的非均质性。致密储层由于差异成 岩作用，局部的强溶蚀作用仍有可能具有相对较高 的孔隙度和渗透率，形成孔渗性相对较好的天然气 富集区带，即所谓的甜点。
1995），占美国当年非常规天然气总量的 70%，约占 较小，平均喉道半径小于 1μm2。国内外学者对致
美国当年天然气产量的 14%[3]。在能源需求日益高 密储层持有不同的概念和划分标准。罗蛰潭、王允
涨的今天，致密砂岩气藏以其巨大的资源量，广阔的 诚[8]提出将渗透率小于 100×10-3μm2 的储层作为低
出持续快速发展的态势，发表了许多这方面的研究 究则统一以 0.1×10-3μm2的地下渗透率作为划定界
成果。目前，国内的致密砂岩气藏研究主要集中在 限。按常规储层分类评价标准致密储层对应于差
鄂尔多斯盆地上古生界及四川盆地川西坳陷三叠系 至很差的储层类型，进一步致密时则作为无价值的
须家河组两大致密含气区[5，6]。在储层研究方面，开 非 储 层 类 型 。 目 前 ，对 致 密 储 层 的 划 分 一 般 以
1 勘探简史及研究近况
演 化 等 多 方 面 的 研 究 工 作 ，并 且 取 得 了 不 少 新 认 识[6，7]。但遗憾的是，在成岩作用机理特别是相对优
质储层形成机制、预测模式等方面的研究还较为薄
致密砂岩气藏又称深盆气[1]或盆地中心气，是 弱，今后有待加强。
发育于盆地中构造深坳陷带的一类非常规天然气 藏，具有“气水倒置”、地层压力异常和储层致密等特
3 致密储层成因分析
针对致密储层成因，学者们纷纷提出了各自的 见解。Soeder 和 Randolph（1987）从岩石学角度出发 将致密砂岩储层划分出 3 种类型，即：由自生粘土矿 物沉淀造成的岩石孔隙堵塞的致密砂岩储层，由于 自生胶结物的堵塞而改变原生孔隙的致密砂岩储层 和由于沉积时杂基充填原生孔隙的泥质砂岩 。 [16] Shanley 等（2004）[17]认为，成分成熟度较高的砂岩也 可成为致密储层。张哨楠（2008）根据致密储层的致 密成因将致密砂岩储层划分成 4 种类型：①自生粘 土矿物的大量沉淀所形成的致密砂岩储层，该类储 层可具有较高的成分成熟度和结构成熟度，主要由 于粘土矿物堵塞喉道致使渗透率降低；②胶结物的 晶出改变原生孔隙形成的致密砂岩储层，该类储层
沉积作用不论是在常规储层还是在致密砂岩储 层研究中都是一项十分重要的内容。调研中发现， 我国几个主要的致密砂岩分布区均广泛发育大型辫 状河三角洲或扇三角洲沉积体系。其中，鄂尔多斯 盆地二叠系山西组为一套煤系地层，总体上属于三 角洲平原沉积 ，四 [18] 川盆地川西坳陷须家河组主力 储层须二段沉积期广泛发育辫状河三角洲沉积体 系，须四段为冲积扇—辫状河三角洲沉积体系。这 些大型陆相河流—三角洲沉积体系发育的各种亚相 类型复杂，砂体形态各异且非均质性强，增加了勘探 的难度，也为岩性圈闭的形成提供了条件。致密砂 岩储层发育的沉积环境水体能量低，沉积物分选性 差，泥质含量较高，致使原始孔隙度低。值得注意的 是，我国致密砂岩储层特别是在中西部地区主要发 育在煤系地层中，而陆相及海陆过渡相环境下沉积 的煤系地层也恰恰具备形成致密储层和次生孔隙的 地质条件。郑俊茂、应凤祥研究发现，煤系地层成岩 早期缺乏方解石等胶结物充填，颗粒易受压实，一般 孔隙度小于 10%，渗透率小于 1.0×10-3μm2，形成低 渗透率储层[19]。储层致密化的另一个重要因素就是 成岩作用。其中，对储层物性影响最大的 3 种成岩 作用为压实、胶结和溶蚀作用。致密砂岩一般都经 历了长期深埋的过程。沉积期的大量原生粒间孔隙 在成岩早期因压实作用发生颗粒重排而丧失殆尽， 仅有少量的残余粒间孔得以保存，这时部分粘土矿 物也开始沉淀。而在随后的深埋过程中又经历了压 溶作用，表现为石英、长石等矿物的次生加大，并开 始出现粘土矿物的转化。早期胶结物的存在一方面 抵抗压实作用，另一方面也占据了一定的孔隙空间，
致密砂岩储层分类的目的在于针对不同类型储 层特点，建立不同评价标准，采取不同勘探对策，并 指导随后的开发工作。通过对国内外致密砂岩储层 储集空间的研究发现，与常规储层大量发育原生粒 间孔不同，致密砂岩的孔隙类型主要为次生溶蚀孔 隙和残余原生粒间孔隙，其中，次生孔隙占有很大比 例。储集空间的组合多为原生粒间孔隙和溶蚀孔隙 组合，以及原生粒间孔隙，溶孔和裂缝的组合[12]。因 此，可根据主要储集空间的组合将致密砂岩储层储 集类型划分为孔隙型、裂缝型以及孔隙与裂缝叠加 的双重介质型。
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油气地球物理
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效 物 性 范 围 为 3%-12% 的 孔 隙 度 和 1.0 × 10-3μm2-0.0001×10-3μm2 的渗透率[10]。 2.1 储层岩石学特征
从颗粒粒度上看，致密砂岩储层岩石类型可为 粗砂岩、中砂岩、细砂岩、粉砂岩、泥质粉砂岩及粉 砂质泥岩。颗粒成分上则以富含长石和岩屑为主 要特征。储层多为近源沉积，填隙物中杂基和泥质 含量高，自生粘土矿物发育，胶结物类型多样。沉 积物分选差，成分成熟度较低。因此，可从岩石学 角度解释储层致密成因。从岩石的力学性质上看， 由 于 致 密 储 层 岩 石 脆 性 相 对 较 大 ，具 有 较 强 的 应 力敏感性，故天然微裂缝相对发育。研究表明，在 同 等 压 应 力 作 用 下 ，细 砂 岩 是 最 易 破 裂 的 储 集 岩 石类型。另外，细粒砂岩有较高的抗张强度，中粒 及以上的砂岩抗张强度较低。在张性力作用下，中 粗粒砂岩更易产生裂缝，细砂岩更易发生剪切破裂 更难发生张性破裂[11]。 2.2 储集类型
致密砂岩裂缝型储层是以裂缝系统作为控制储 集性能的主导因素。储层中发育的裂缝既可储集油 气又可作为油气渗流通道。在致密砂岩中裂缝的存 在可大幅提高储层渗透率，形成高产气田。如四川 盆地川西坳陷须家河组二段发育裂缝，使其平均渗
透率为 0.135×10-3μm2，而裂缝相对不发育的须四 段仅为 0.111×10-3μm2 。 [13] 更有学者认为，川西地 区的致密砂岩气层只有叠加裂缝网络系统才能得 到高产，提出“无缝不成藏”的认识。然而，裂缝对 储集性能的改善也有其局限性：一方面，如果裂缝 以“单一裂缝”的形式出现，则难以规模成藏 ，单 [14] 一裂缝形成的气藏规模小，产量递减快；另一方面， 显裂缝与微裂缝对提高储层渗透率的贡献有很大 差距，储层微裂缝的发育程度与天然气产能没有直 接的关系。须家河组储层普遍发育微裂缝，其所在 部位渗透性能有较大的改善，但由于微裂缝延伸距 离小，分布相对孤立，相互连通性差，且分布极不均 匀，不能形成有效的裂缝网络，其本身对产能的贡 献较小。但当其与显裂缝叠加时，就可明显改善储 层的渗透性[15]。
展了沉积相分析、成岩作用类型、成岩相划分、成岩 9%-12%的孔隙度和 1.0×10-3μm2的渗透率为界，有
收稿日期：2012-07-06；改回日期：2012-08-13 作者简介：王伟东，男，矿物学、岩石学、矿床学专业在读硕士研究生，现主要从事沉积与储层地质、开发地质方面研究。 *基金项目：中国石油科技创新基金“川西前陆盆地中段须家河组优质储层形成的成岩机制研究”（2010D-5006-0103）。
而储层经酸性介质溶蚀作用改造后又增加了一部分 的孔隙度，溶蚀流体中包含的不同溶质在一定温压 条件下又重新沉淀造成储层非均质性，继而形成成 岩 圈 闭 。 因 此 ，现 今 孔 隙 度 可 表 示 为 φ现今 = φ原始 - φ压实损失 - φ胶结损失 + φ溶蚀增加 ，即 ：现 今 孔隙度等于原始孔隙度减去压实作用损失量和胶 结物胶结量加上溶蚀作用增加量，每个阶段的损失 量和增加量需根据镜下观察来确定。这些改造过 程是在深层、超深层的环境下完成的，温压及地下 流体条件与中浅层有很大差异。因此，致密储层可 能经历了比常规储层更为强烈的成岩改造，地下储 层孔渗分布具有更大的未知性。不同地区储层致 密成因虽不尽相同，但都与成岩作用的过程、强度、 类型密切相关，同时，也取决于自身岩石学特征、埋 藏 史 、区 域 构 造 发 展 史 、有 机 质 热 演 化 史 和 热 史 。 因此，致密储层的形成是复杂背景下多种地质因素 共同作用的结果。