1. 引言
致密砂岩气作为重要的非常规天然气资源，在我国主要以大面积的形式且连续分布在鄂尔多斯盆地、四川盆地等地[1]-[4]。川中地区储层圈闭条件优越，含气性好，具备形成规模岩性气藏群的条件。近些年来，随着油气勘探技术的不断进步，四川盆地须家河组致密砂岩储层连续获得高产工业气流，展现出了须家河组良好的勘探前景，有效助推下一步勘探新发现和规模增储上产[5]。
目前，学者们针对须家河组须一段至须六段开展了一定的研究，在传统认识中，须五段通常作为烃源岩而忽略了其成藏潜力[6] [7]。近年来的研究表明，须五段发育较大规模砂体，煤–页–砂岩互层交替发育，同时具备良好的生烃潜力和成藏条件[8]。大面积分布的储集砂体提供了良好的天然气储集空间。尤其是裂缝作为油气的运移通道，其发育程度和分布特征对气井的产能有显著影响[9]。同时，不同岩性以互层的形式在垂向上可相互组合构成多种组合类型。针对储集空间特征及储层的研究，主要通过岩心薄片、扫描电镜、物性分析等方法开展[10]。基于储层、裂缝特征，结合产能主要控制因素分析，能够确定致密砂岩气藏勘探潜力及特征[11] [12]。这些方法能够详细揭示储层的孔隙结构、孔隙类型和物性特征，能够确定致密砂岩气藏的基本特征，为储层评价提供基础数据。
针对须家河组须五段互层储层特征及其裂缝发育情况，本文基于岩心观察、岩心实验、铸体薄片、扫描电镜、常规测井等资料，开展了须五段储层特征及裂缝测井评价研究。分析了岩性特征、储集空间特征；明确了须五段储层孔隙、裂缝特征和储层物性特征；采用交会图法对储层不同岩性进行有效识别；基于常规测井资料和电成像资料开展储层测井识别并建立储层分类标准；在垂向上划分了三种岩性组合模式并分析了须五段基质孔隙、裂缝及岩性组合模式对产能的影响。
2. 研究区地质概况
四川盆地是我国重要的含油气盆地之一，位于扬子地块西北部，盆内构造以龙泉山和华蓥山断裂为界限，该地区共经历了扬子、加里东、海西、印支、燕山及喜马拉雅等6个主要构造旋回，为典型的多旋回性克拉通盆地，可以划分为川西坳陷低陡构造带、川中古隆中斜平缓构造带、川东南斜坡高陡构造带三大构造区。研究区位于四川盆地简阳区块，主要研究的目的层为三叠系须家河组须五段。川中地区的沉积盖层相对较薄，褶皱形态平缓，构造受力较弱，整体构造形态呈现低缓的特征，区域内构造轴主要呈近东西向展布，而东北部的断裂相对较为发育。在志留纪末期，加里东运动对川中地区的构造格局产生了深远影响，这次运动导致了北东向的乐山–龙女寺古隆起的形成，研究区位于川中古隆中斜平缓构造带以西，总体为向西北下倾的单斜，并且局部发育有小型构造和地堑[13] (图1)。
简阳区块须家河组须五段具有典型的湖泊–三角洲相沉积特征，处于多物源交汇区域，须五段的浅水三角洲沉积可以细分为上三角洲平原、下三角洲平原、三角洲前缘及前三角洲四种亚相，这种沉积环境有利于砂体的发育。川中地区须家河组大型坡折控制满凹富砂，坡折之下多期河口坝砂体为有利储集相带，致密气勘探有利区面积超5000 km2。研究区地层岩性主要以厚层泥页岩构成，夹中–薄层砂岩、薄煤层或煤线，多形成煤–页–砂岩互层结构，须五段的泥页岩富含有机质，是重要的烃源岩，具有较高的生烃潜力并具备良好的成藏条件。
Figure 1. Geological survey of the study area
图1. 研究区地质概况图
3. 储层基本特征
3.1. 岩性特征
简阳区块须家河组须五段岩性以煤–页–砂岩薄互层、页岩、砂岩为主，发育少部分较厚砂岩与较厚页岩，但大部分为砂–页–煤薄互层。煤岩主要发育在须五段中、下段，煤层单层厚度较薄且与砂岩、页岩呈互层状分布，碳质页岩主要发育在须五段中、下段。页岩在须五段全段发育，单层厚度较低。砂岩主要分布在须五段上半段，砂岩段钙质含量较高。通过对已有岩心样品进行X衍射全岩分析以及对部分页岩和砂岩样品进行粘土矿物含量X衍射分析可知，须五段矿物组分主要为粘土矿物、石英、长石、方解石以及白云石。其中，砂岩具有较高的方解石和白云石含量，砂岩中粘土矿物含量普遍低于20%，伊利石含量最高，高于页岩。页岩几乎不含方解石与白云石，页岩中粘土矿物含量在30%~50%之间，以伊利石为主，其次为高岭石，含有少量绿泥石。
基于岩心观察、铸体薄片、扫描电镜等分析资料(图2)，须五段砂岩孔隙较少，基质孔隙连通性差，孔隙大部分被泥质充填，有效孔隙度较低，但局部有微裂缝发育，有机质与粘土矿物伴生；页岩整体基质孔隙连通性差，有效孔隙度较低，粘土矿物主要成离散型和孔隙桥接分布，基质渗透性较差，粘土矿物晶间孔发育，有机质孔较发育。
a. 2411.14 m，深灰色粉砂岩，岩心照片；b. 2434 m，灰黑色页岩，岩心照片；c. 2420.84 m，砂页岩互层，岩心照片；d. 2417.59 m，灰色粉砂岩，基质孔泥质充填，薄片照片；e. 2434.60 m，砂页岩互层，微裂缝发育，薄片照片；f. 2434.6 m，砂页岩互层，微裂缝发育，薄片照片；g. 2483.34 m，粉砂质泥岩，见有机质孔，电镜照片；h. 2501.12 m，黑色页岩，粒缘缝，电镜照片；i. 2488 m，含粉砂质泥岩，见微裂隙，晶间孔，电镜照片。
Figure 2. Core samples, cast thin sections and SEM of Xu 5th Member of Xujiahe Formation
图2. 须家河组须五段岩心、铸体薄片、电镜扫描图
3.2. 物性特征
研究区须家河组须五段取心井深2416~2501 m，测得页岩、砂岩物性数据共90组。根据岩心数据，绘制孔隙度、渗透率频率分布直方图(图3)。由统计数据可知，须家河组须五段孔隙度分布范围在0.62%~6.68%之间，孔隙度平均值为2.08%。孔隙度绝大部分小于3%，占所有样品的85%。渗透率分布范围在0.881~1.62 × 10−4 mD，渗透率平均值为0.027 mD。渗透率集中分布在1 × 10−4 − 0.01 mD之间，占所有样品的80%。须五段储层孔隙度和渗透率普遍较低。综上，须家河组须五段非常规储层属于特低孔特低渗致密砂岩储层。这种储层的低孔隙度和低渗透率对天然气的储存和流动产生了显著影响，增加了勘探开发的难度。
(a) 孔隙度频率分布直方图 (b) 渗透率频率分布直方图
Figure 3. Physical property of Xu 5th Member of Xujiahe Formation
图3. 须家河组须五段物性特征
3.3. 裂缝特征
裂缝特征是指储集层中裂隙的发育程度、分布、形态等特性。裂缝是储集层中重要的储集空间和渗流通道，尤其在低孔低渗储集层中，裂缝的作用更为显著。基于岩心观察、铸体薄片、扫描电镜等分析资料(图2)，须五段页岩发育顺层微裂隙，有机质孔较发育，发育有粒间缝以及粒缘缝；煤–页–砂岩交替发育，煤–页–砂岩交替带也发现有明显层间裂缝，为天然气富集有利空间。
4. 储层测井识别与分类
4.1. 岩性测井识别
(a) DEN-RT交会图 (b) AC-RT交会图
Figure 4. Crossplot of logging responses of different lithologies
图4. 不同岩性测井响应交会图
简阳区块须家河组须五段主要发育砂岩、页岩、碳质页岩以及薄层煤岩，且常以煤–页–砂岩互层的形式发育。煤岩和页岩具有典型的测井响应特征，易于区分，因此利用测井资料进行岩性识别，根据不同岩性在测井曲线数值上的差别，建立不同岩性的测井响应识别标准。如图4所示，为须五段四种岩性的测井响应交会图，分别为补偿密度DEN与电阻率RT交会图和声波时差AC与电阻率RT交会图，建立须五段岩性识别图版。表1给出了不同岩性的识别标准，通过测井曲线可以有效地区分须五段各类岩性。
Table 1. Different lithology identification standard table
表1. 不同岩性识别标准表
岩性 |
AC (μs/ft) |
DEN (g/cm³) |
RT (Ω·m) |
砂岩 |
≤75 |
>2.4 |
>40 |
页岩 |
≤80 |
>2.45 |
≤40 |
碳质页岩 |
>80 |
≤2.45 |
≤40 |
煤岩 |
>75 |
≤2.4 |
>40 |
4.2. 裂缝测井识别
须家河组裂缝主要发育于致密砂岩中，主要发育高角度裂缝和低角度裂缝，而煤层和碳质页岩割理及微裂缝发育。如图5所示，高角度裂缝测井响应特征为声波时差值增大，自然伽马、中子、密度无明显变化，双侧向电阻率呈正差异；低角度裂缝发育会导致声波值增大、双侧向电阻率呈低电阻尖峰。
Figure 5. Fracture logging response characteristics of Xu 5th Member
图5. 须五段裂缝测井响应特征图
4.3. 储层测井识别与分类
在综合前人研究的基础上，研究区低孔低渗的情况，本研究从微观和宏观两个角度出发，对储层进行综合评价。从微观层面，依据储层的微观孔隙结构和渗流特征等评价方法，分析孔隙类型、孔径分布、孔喉连通性等参数，明确微观结构对储层质量的影响。从宏观层面，选取储层的砂体结构进行地质评价，分析砂体的形态、规模、展布方向等特征。通过将微观与宏观评价方法有机结合，综合考虑成岩作用、孔隙组合类型、微观孔喉结构等参数，针对研究区储层建立出一套储层级别分类评价的标准。根据岩性和测井曲线特征可将须五段储层划分为煤–页–砂岩互层型储层、页岩储层、砂岩储层三类。互层中由于煤岩的存在，其密度和自然伽马值较低，声波时差较大，电阻率表现为高值；页岩和砂岩储层中密度较大，声波时差相对较小，页岩的电阻率表现为低值。基于已有测井资料，针对须五段三类典型储层类型，利用孔隙度、TOC含量、含气量和裂缝发育程度建立须五段储层分类标准，为储层的精细评价和有效开发提供依据(表2)。
Table 2. Reservoir classification standard table of Xu 5th Member
表2. 须五段储层分类标准表
储层类型 |
分类级别 |
孔隙度(%) |
TOC (%) |
含气量(m3/t) |
裂缝发育程度 |
煤–页–砂互层 |
I类 |
≥4 |
>2 |
>1.5 |
- |
II类 |
≥2 |
1~2 |
1~1.5 |
III类 |
<2 |
<1 |
<1 |
砂岩层 |
I类 |
≥4 |
- |
- |
构造裂缝发育 (密度 ≥ 1条/m) |
II类 |
≥2 |
III类 |
<2 |
不发育 |
页岩层 |
I类 |
≥4 |
>2 |
>1.5 |
- |
II类 |
≥2 |
1~2 |
1~1.5 |
III类 |
<2 |
<1 |
<1 |
5. 储层有效性评价
5.1. 基质孔隙对产能的影响
基质孔隙的发育程度对油气藏的产能有着显著的影响。须五段储层孔隙度、渗透率较低，基质孔隙连通性差，孔隙普遍被泥质充填，从而限制了天然气的产量，导致产能低下。通过录井资料显示(图6)，须五段产能较差，产能受基质孔隙影响严重。
5.2. 裂缝对产能的影响
由于须五段基质孔隙发育较差，裂缝成为了天然气的主要渗流通道。裂缝的存在可以显著提升储层的渗透率，进而增强其产能。依据双侧向电阻率曲线和录井资料显示(图7)，须五段裂缝多发育在砂岩储层，且这些裂缝发育段的储层展现出了较为出色的产能表现。
5.3. 岩性组合模式对产能的影响
川中地区须家河组须五段的地层在纵向和横向上非均质性强、渗流机理复杂。这种非均质性不仅体现在岩性本身的多样性上，还反映在单岩层厚度的显著变化上。岩性变化进一步加剧了岩石本身岩石力学性质的差异，使得岩石的强度、弹性模量、渗透性等特性在空间上呈现出不均匀分布。须家河组须五段发育煤–页–砂岩互层，这种互层结构有利于烃源岩与储集层的直接接触，根据储层厚度和测井响应特征将须五段岩性组合模式分为三类：1) 厚层砂岩(厚度 ≥ 5米)；2) 厚层砂岩夹薄层页岩；3) 煤–页–砂岩互层。将这三种岩性组合模式应用于须五段，并参考全烃资料(图8)，须家河组须五段的岩性组合模式对产能有显著影响。砂体的厚度对产能有重要影响，厚砂体的储层显示出了一定的全烃响应；根据已试气井对比，煤–页–砂岩互层段与气测响应段对应较好，全烃响应高，含气量高，页岩和钙质砂岩作为盖层，具有极低的孔隙度和渗透率，盖层封盖性好，有利于天然气聚集在煤–页–砂岩互层段。在对产能进行预测时，需要考虑须五段的岩性组合模式类型对产能的影响。
Figure 6. The influence of matrix pore on productivity
图6. 基质孔隙对产能的影响
Figure 7. The influence of fracture on productivity
图7. 裂缝对产能的影响
Figure 8. The influence of lithological combination pattern on productivity
图8. 岩性组合模式对产能的影响
6. 结论
1) 结合研究区岩心、铸体薄片、扫描电镜、常规测井资料，须家河组须五段储层发育典型煤–页–砂岩互层，属于特低孔特低渗致密砂岩储层。基质孔隙连通性差，有效孔隙度较低，但局部有微裂缝发育，煤–页–砂岩交替带也发现有明显层间裂缝，为天然气有利储集空间。
2) 基于测井曲线可以有效识别须五段不同岩性和高角度、低角度裂缝，根据测井资料及裂缝发育程度建立了储层分类标准，将储层划分为煤–页–砂岩互层型储层、页岩储层、砂岩储层。
3) 须五段基质孔隙发育较差，但砂岩段裂缝发育，具有较高的产能。对于不同的岩性组合模式，煤–页–砂岩互层具有较高的产能，厚层砂岩次之，厚层砂岩夹薄层页岩产能最差。