卡塔尔上古生界低渗透砂岩储层特征及物性控制因素*

黄兴文，陈全红，李海滨

(中海油研究总院，北京100028)

卡塔尔上古生界低渗透砂岩储层特征及物性控制因素*

黄兴文，陈全红，李海滨

(中海油研究总院，北京100028)

∶波斯湾盆地古生界砂岩储层发育，是中东油气勘探的一个新层系、新领域，但由于埋深大，资料少，储层研究程度较低。以岩心、薄片、测井等资料为基础，从沉积相、岩石学特征、成岩作用及孔隙特征等方面刻画了卡塔尔中泥盆统Jauf组和下二叠统Unayzah组砂岩的储层特征。在此基础上，结合沉积、成岩特征分别分析Jauf组和Unayzah组储层物性控制因素，探讨了低渗透砂岩背景下优质储层形成条件。结果表明，Jauf组主要为滨岸相，Unayzah组主要为河流-三角洲相，储集空间主要为残余粒间孔，孔喉为微细喉、微喉，储层以“低填隙物含量、高成分成熟度和中-高结构成熟度”为特征，孔隙度一般小于12%，渗透率多小于10 mD，为低孔低渗储层。沉积作用是储层物性的主控影响因素，它决定了成岩作用的类型和强度。Jauf组和Unayzah组强烈的压实作用和胶结作用对形成低渗透储层起了决定性作用，溶蚀作用较微弱，改善了储层物性。

∶卡塔尔;上古生界;Unayzah组;Jauf组;低渗透储层

0 引言

中东油气资源非常丰富，但现今发现的油气的主要分布在上二叠统、中、新生界、上侏罗统、下白垩统及第三系的碳酸盐岩中［1］。经过多年开发，一些老油气田出现了含水率上升和产量下降的问题，为了稳定和提高产量，中东各国不断寻求新的油气接替领域。随着沙特和阿曼在古生界砂岩储层中不断获得多个大发现，卡塔尔等其它国家也不断将勘探领域向下延伸到古生界碎屑岩［2］。但是直到目前，卡塔尔古生界的油气勘探仍没有取得大的突破。卡塔尔古生界砂岩储层经历了长期的埋藏和成岩作用，储层影响因素多，而且后期的断裂活动及盖层条件也可造成油气的逸散，究其主要原因还是没有找到物性较好的优质储层，即对低渗储层发育的控制因素及成因机理认识还不清，加之储层埋深大，资料较少，研究难度大，一直影响着该区的古生界油气勘探进程［3-5］。

目前还未见关于卡塔尔古生界砂岩储层特征、物性控制因素等方面公开发表的文献，为此，笔者在卡塔尔周缘地区古生界储层研究认识的基础上，利用岩心、薄片分析、钻井、测井等手段，从岩石学、孔隙结构、物性特征和成岩作用等方面描绘了卡塔尔上古生界砂岩储层特征，探讨储层的主控因素，总结有利储层形成的条件，以期为深化卡塔尔古生界低渗储层地质理论和指导阿拉伯板块低渗油气勘探提供依据。

1 地质背景

1.1 古地质背景及沉积地层

卡塔尔主体位于鲁卜哈利盆地东部(图1)，鲁卜哈利盆地是一个多旋回的克拉通边缘叠合盆地，经历了前寒武纪裂谷盆地、早古生代古特提斯被动陆缘、晚古生代活动大陆边缘、中生代新特提斯被动陆缘和新生代活动大陆边缘阶段，沉积了巨厚的古生界和中新生界，其中古生界以陆相-海陆过渡相-浅海相碎屑岩沉积为主，中新生界发育大套的碳酸盐和膏盐沉积［6-8］。

图1 卡塔尔构造位置、钻井分布及沉积地层特征Fig.1 Tectonic location，well distribution and stratigraphic column of Qatar

卡塔尔古生界砂岩储层主要为中泥盆统Jauf组和下二叠统Unayzah组，其中Jauf组主要由大套砂岩夹薄层泥岩组成，Unayzah组是沉积在海西期不整合面上的一套碎屑岩沉积，岩性主要为中细砂岩和泥岩，局部含砾，根据岩性特征自上而下可分为3段，分别是S1，S2和S3，其中S1段主要由粉砂岩和泥岩组成，S2段发育大套砂岩，S3段以砂泥岩互层为主，局部发育大套砂岩和泥岩。

1.2 沉积相及砂体展布特征

通过对岩心、薄片、测井等资料的分析，Unayzah组的S2段下部和S3段主要以辫状河沉积为主(图2)，砂体整体呈西南-北东向展布，厚度可80～120 m，可以划分出心滩、河床、河漫滩3个亚相，其中心滩和河床主要为砾岩、含砾砂岩及砂岩，粉砂岩少见，成分复杂，成熟度低，粒度较粗，向上粒度变细;沉积构造包括大型槽状、板状交错层理、小型交错层理、波状层理、水平层理，向上沉积构造规模变小。河漫滩亚相主要为细砂岩和泥质粉砂岩，发育波状层理、平行层理、流水沙纹层理。

图2 卡塔尔上古生界主要沉积相类型及特征Fig.2 Main sedimentary facies types and characteristics of Upper-Paleozoic in Qatar

Unayzah组S1段和S2段上部主要发育三角洲相沉积(图2)，其主要由黑色页岩、粉砂岩、紫色泥岩、灰色粉细砂岩和灰白色含砾中砂岩组成，沉积构造常见小型槽状交错层理、水平层理、生物扰动、波状层理、斜层理、平行层理，总体沉积特征表现为三角洲平原亚相的特征。

Jauf组主要发育滨岸相(图2)，砂体沿岸线方向呈北西-南东向分布，厚度可达50～90 m，岩性主要为浅灰白色中细砂岩、粉砂岩，整体呈现出下粗上细的正旋回特征，自下而上依次出现后滨沉积—前滨沉积—临滨沉积，沉积构造常见冲洗交错层理、波状复合层理等潮汐层理。

2 储层基本特征

2.1 岩石学特征

对多口井岩心及岩石薄片分析表明，Jauf组和Unayzah组储层整体上呈“低填隙物含量、高成分成熟度和中-高结构成熟度”特征。颗粒以点-线接触为主，分选中等-较好，磨圆次棱角-次圆状。胶结类型以孔隙式胶结为主，其次为环边式胶结和基底式胶结。

泥盆系Jauf组储层主要以中-细粒石英砂岩和岩屑砂岩为主，石英含量为62%～94%(图3)，填隙物组分总体含量较低，多为7%～18%，平均为12.3%，杂基一般不足0.5%，胶结物主要是泥质(伊利石和少量高岭石)、铁白云石，其次是铁白云石、自生石英及硬石膏等，个别还有少量菱铁矿及黄铁矿。

图3 卡塔尔Jauf组和Unayzah组砂岩储层岩石成分三角图Fig.3 Composition triangle diagram of Jauf and Unayzah reservoir in Qatar

二叠系Unayzah组储层主要为石英砂岩及岩屑石英砂岩，石英含量为65%～95%(图3)，岩屑主要为变质岩岩屑，少量的火成岩岩屑和云母，填隙物组分以胶结物为主，杂基含量很少，总体含量较低，多为1%～13%，平均为6.1%.胶结物主要是泥质(伊利石和极少量的绿泥石及伊蒙混层)、铁白云石，其次是自生石英和黄铁矿。

图4 Jauf组和Unayzah组主要的孔隙类型Fig.4 Main intergranular porosity types of Jauf and Unayzah reservoir

2.2 孔隙结构特征

根据铸体薄片和扫描电镜资料分析，研究区砂岩储层发育的孔隙类型包括残余粒间孔、次生溶孔和构造缝。残余粒间孔是被伊利石、自生石英部分充填之后余下的粒间孔隙或由环边粘土胶结物形成之后余下的粒间孔隙，其分布很不均一，具有强烈的非均质性，其分别占Jauf组和Unayzah组总孔隙的70%和60%(图4)。次生溶孔也是上古生界砂岩重要的储集空间类型，Unayzah组多见长石、石英和一些岩屑颗粒溶蚀产生的次生孔隙，其占总孔隙的30%，相比而言，Jauf组由于埋深更大，次生孔隙不发育，其占总孔隙的15%.卡塔尔地区在石炭纪和新生代经历多期构造挤压，构造缝在古生界砂岩中时有发育，如卡塔尔东部海域I井在Unayzah组取心段可见到高角度的垂直构造缝，长度为20～30 cm左右。

压汞曲线表明，卡塔尔Jauf组和Unayzah组储层的毛管压力曲线主要以高门槛-微细喉型和中门槛-中喉型为主(图5)，前者排驱压力＞2 MPa，喉道中值＜0.04μm，后者排驱压力为1～2 MPa，喉道中值为0.04～0.1μm.铸体也薄片显示这2套储层的喉道多为缩颈型或片状，喉道半径多小于1μm，多为为微细喉。

图5 Jauf组和Unayzah组压汞曲线特征Fig.5 Mercury injection curve characteristics of Jauf and Unayzah reservoir

2.3 物性特征

图6 Jauf组和Unayzah组孔渗关系散点图Fig.6 Reservoir properties of Jauf and Unayzah formation

Jauf组砂岩孔隙度多为0.5%～24%，主体分布在6%～20%，平均为10.5%，渗透率为0.001～1 158.5 mD，主体分布在0.1～500 mD.储层整体具有低孔低渗储层的特征，中等孔渗储层含量较少。统计数据显示，孔隙度和渗透率具有较好的正相关性(图6(a))，说明渗透率的变化主要受孔隙发育程度控制，为典型的孔隙型储层。

Unayzah组砂岩孔隙度多为0.3%～21.1%，主体分布在6%～20%，平均为9.9%;渗透率为0.001～3 603.8.0 mD，主体分布在0.1～100 mD，同样以低孔低渗储层为主，孔隙度和渗透率同样具有较好的正相关性(图6(b))。综合利用钻井岩心、铸体薄片、储层物性、压汞测试及扫描电镜资料等，选取与储层渗透率相关性较高的参数，将卡塔尔古生界砂岩储层按气储层标准分为4类∶Ⅰ类好储层为高孔、粗喉及高渗型储层;Ⅱ类较好储层为中孔、中-细喉、中渗型储层;Ⅲ类中等储层为低孔、细喉及低渗型储层，为研究区的主要储层类型;Ⅳ类差储层为特低孔、细短喉、特低渗储层，胶结含量高，物性较差，多不能形成储集层(图7)。

图7 Jauf组和Unayzah组砂岩气储层分类Fig.7 Jauf and Unayzah sandstone reservoir classification(gas reservoir)

2.4 成岩作用特征

Jauf组和Unayzah组砂岩的成岩作用类型有压实作用、胶结作用、溶蚀作用和交代作用。由于Jauf组和Unayzah组埋深相差不大，二者具有类似的温压条件，这就造成它们的成岩作用相差不大，但在局部也有明显的差异。Jauf组和Unayzah组砂岩储层埋深普遍大于3 300 m，结合砂岩X-衍射分析发现，多数样品内伊/蒙混层矿物消失，伊利石含量在96%以上，砂岩普遍进入中成岩B期-晚成岩期阶段。铸体薄片显示压实作用较强，颗粒多数紧密接触，以点-线接触和凹凸接触为主，部分地区可见刚性颗粒被压碎的现象(图8 (a))。

除了压实作用，胶结作用也是Jauf组和Unayzah组的主要成岩作用。Jauf组主要的胶结作用为呈丝发状、片状的伊利石胶结，其次为石英次生加大和硬石膏胶结;Unayzah组胶结作用主要为石英次生加大和伊利石充填胶结(图8(b))，局部可见碳酸钙和硬石膏胶结。镜下观察发现，压实和胶结作用损失的原生孔隙可占总孔隙度70%～80%，局部可达90%以上，甚至更高。这表明早期强烈的压实和胶结作用对形成卡塔尔古生界低渗储层起了决定性作用。

Jauf组和Unayzah组砂岩均发生了不同程度的溶蚀，其中Unayzah组S2段溶蚀作用强，被溶组分主要包括长石、岩屑和石英等，常见长石颗粒内部沿解理溶解，扫描电镜下常见长石被溶解呈筛状，局部见长石颗粒完全溶解。石英溶蚀作用相对较弱，但溶蚀普遍，一般多见石英颗粒边缘被溶解成不规则状(图8(c))。

Jauf组和Unayzah组砂岩的交代作用及程度较弱，主要见到碎屑颗粒被菱铁矿、铁白云石和粘土矿物交代，镜下可看到矿物边缘被交代而不规则，以及交叉切割现象。

3 储层物性主控因素及成岩机制

低渗透储层的形成主要受沉积作用和成岩作用的影响［9-11］，卡塔尔上古生界低渗透储层具有沉积作用主控储层物性、压实作用和胶结作用强化储层低渗、溶蚀作用微弱改善储层物性的特点。

3.1 沉积作用控制原生孔隙的发育

沉积相带是控制储层原始孔隙及优质储层发育的基本因素［12］。对不同沉积微相砂岩储层物性数据统计发现，J井的Unayzah组储层中，心滩和河床相砂岩物性最好，决口扇、天然堤及河漫滩相砂岩物性最差(图9)。这是由于在Unayzah组的辫状河道砂体多形成于高能环境中，沉积时由于水动力较强，碎屑颗粒的分选性和磨圆度较好，粒度较粗，粘土杂基含量低，原始粒间孔隙发育，有利于保存原生孔隙，同时这些原生孔隙也为后期溶蚀作用的发生提供了通道和空间，所以储层物性相对较好。Jauf组以潮上带的海岸沙丘或滩砂相砂岩的物性为最好，其孔隙多大于10%，渗透率多大于10 MD，而在潮下带的下临滨相储层中，实测孔隙度仅为4.4%，渗透率不足0.7 mD，在其远滨相沉积泥质粉砂岩储层中，实测孔隙度仅为5.0%，渗透率仅为0.02 mD，都是较差的储层。

图8 Jauf组和Unayzah组储集空间类型及主要成岩作用特征照片Fig.8 Intergranular porosity and diagenetic characteristics of Jauf and Unayzah reservoir

3.2 压实与胶结是原生孔隙减小的主控因素

随埋藏深度不断增加，压实强度也随之增大，导致储层孔隙度、渗透率迅速降低，储层物性由此变差。岩心薄片的镜下观察，Unayzah组砂岩碎屑颗粒多呈缝合接触，而泥盆系的Jauf组由于埋深更大，加之长石含量略高于Unayzah组，岩石抗压能力弱，受压实作用的影响更大，砂岩碎屑颗粒多呈线接触，原生孔隙保存更少，并且连通性差。从薄片下观察可知，Unayzah组和Jauf组压实、压溶作用分别损失的孔隙度可占总孔隙度的40%～70%，45%～80%，局部可达90%以上，这表明压实作用是形成卡塔尔古生界低孔低渗储层的主要成岩作用。

另一种造成Unayzah组和Jauf组孔隙减小、物性变差的是胶结作用。石英次生加大和粘土矿物胶结在储层砂岩中普遍发育，充填孔隙，造成孔隙多为孤立的粒间孔，使岩石物性极大降低。此外，储层中硬石膏胶结物以Jauf组较为严重，Jauf组硬石膏常呈连晶状充填于孔隙中，而Unayzah组硬石膏常呈片状或条带状产出于孔隙空间。再者，储层普遍进入中晚成岩阶段，碳酸盐胶结物以铁白云石为主，有少量方解石胶结物，主要呈嵌晶状或薄膜状产出，这些碳酸盐胶结物也减小了孔隙体积。总之，Unayzah组和Jauf组胶结作用分别损失的孔隙度可占总孔隙度的20%～40%，25%～50%，局部可达80%以上，这也是造成卡塔尔古生界致密化的另一主要成岩作用。

3.3 溶蚀作用是次生孔隙形成的主控因素

溶蚀作用产生的次生孔隙是卡塔尔古生界砂岩储层的重要孔隙类型之一，对改善Unayzah组和Jauf组储层物性起到重要作用。最常见的是长石颗粒酸性溶蚀，包括沿解理的溶蚀，以及粒内、表面的溶蚀，其次是石英颗粒的碱性溶蚀，包括石英颗粒边缘蚕食状、锯齿状或港湾状溶蚀，以及石英加大边的溶蚀。Unayzah组S2段在剩余原生粒间孔隙的基础上发生溶蚀作用，大致提高了4%的孔隙度，且储层连通性明显改善。而Jauf组溶蚀作用较弱，储层中多形成孤立的粒间孔隙，连通性较差。这是因为Unayzah组紧邻海西运动不整合面，成岩过程中成岩流体运移到中粗粒砂岩中，砂岩中的易溶组分特别是长石、岩屑在酸性介质条件下发生溶蚀蚀变。

图9 J井Unayzah组S2段储层物性与沉积相关系Fig.9 Reservoir quality-sedimentary facies relationship of Unayzah S2mbr，Jwell

4 优质储层形成条件

通过上述分析，对于Unayzah和Jauf组，孔渗性较好-好的储层主要为残余粒间孔、溶蚀孔、裂缝及其它们良好的配置的粗孔或中孔中细喉组合所形成的储层。

1)辫状河心滩和河床、滨海相前滨、中上临滨是有利相砂体;

2)压实和胶结作用较弱，有适度的绿泥石薄膜包壳胶结和轻度的石英次生石英加大，晚期碳酸盐、硬石膏胶结不发育;

3)不稳定的碎屑组分和部分易溶胶结物被强烈溶蚀;

4)有裂缝的叠加作用，储层的孔渗性则更好，特别是渗透率可以成倍增大。

5 结论

1)卡塔尔中泥盆统Jauf组储层为滨岸相砂岩，中二叠统Unayzah组的S1段和S2段上部为三角洲平原亚相沉积，S2段下部和S3段发育辫状河沉积，可以划分出心滩、河床、河漫滩3个亚相。二者均以石英砂岩及岩屑石英砂岩为主，填隙物含量较低;

2)中泥盆统Jauf组和中二叠统Unayzah组砂岩储层空间以原生粒间孔隙为主，占总孔隙的60%～70%，Unayzah组次生孔隙较发育，占孔隙的30%，Jauf由于埋深大，次生孔隙仅占15%.二者喉道多为缩颈型或片状，总体为微细喉、微喉，均表现为低孔低渗的特征;

3)中泥盆统Jauf组和中二叠统Unayzah组砂岩埋深超过3 300m，均经历了强烈的成岩作用，目前已达到中深成岩阶段，主要成岩作用包括压实、胶结和溶蚀作用，其中压实和泥质胶结及石英次生加大作用是原生孔隙减少的主控因素，后期溶蚀作用是次生孔隙发育的主控因素。

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Characteristics and controlling factors on physical properties of Upper-paleozoic low-permeability sandstones in Qatar

HUANG Xing-wen，CHEN Quan-hong，LIHai-bin

(China National Offshore Oil Corporation Research Center，Beijing 100027，China)

∶Paleozoic sandstone reservoir is a frontier and new play for Persian Gulf Basin.The sandstone reservoirs are buried deep and less explored with few research data.Sedimentary，petrology，diagenesis and pore character of Devonian Jauf and Permian Unayzah Fm sandstone reservoir in Qatar were analyzed based on core，thin section and logging data in the paper.Controlling factors over Jauf and Unayzah reservoir quality were discussed，and further discussed in what conditions the low-permeability sandstoneswould have higher reservoir quality.It was indicated that∶Jauf and Unayzah are dominated by shore and fluvial-delta environment，respectively.Pore space aremainly residual intergranular pores，micro tomicro-fine pore throat，and reservoirs are characterized by low filler content，high componentmaturity and mid-high texturalmaturity，which aremainly low-porosity and low-permeability reservoirs，and porosity and permeability are mainly less than 12%and 10md，respectively.Sedimentation is the key controlling factor over reservoir quality，control of type and intensity of diagenesis.Strong compaction and cementation are key factors over the formation of Jauf and Unayzah low-permeability reservoirs，whiledissolution slightly improved the reservoir quality.

∶Qatar;Upper paleozoic;Unayzah;Jauf;low-permeability reservoirs

∶TE 112

∶A

00/j.cnki.xakjdxxb.2015.0311

∶1672-9315(2015)03-0336-08

∶2015-03-20责任编辑∶李克永

∶国家科技重大专项(2011ZX5030-003)

∶黄兴文(1979-)，男，四川成都人，博士，E-mail∶huangxw2@cnooc.com.cn