鄂尔多斯盆地X区铝土岩储层分析

刘可可，付 鑫，荣 伟，万吉庆，蔺 佳，蒋云鹏

(中国石油集团测井有限公司 辽河分公司，辽宁 盘锦 124010)

引 言

随着油气田勘探的不断深入，非常规储层的勘探开发已成为国内外学者研究的热点。学者[1-7]对鄂尔多斯盆地广泛发育的本溪组铝土岩作过研究，主要是针对其对下伏下古生界碳酸盐岩风化壳的封盖能力和成藏关系，将铝土岩作为储层的研究成果却鲜有报道[8]。而在铝土矿的研究领域，针对铝土岩的研究大都以其成因和矿床品质为主[9-20]，同样未见针对铝土岩储集油气能力的研究报道。2020年，针对鄂尔多斯盆地西南部铝土岩储层进行测试，获得高产工业气流，展现了铝土岩作为优质储层的巨大勘探潜力。鉴于此，笔者以测井资料为基础，结合录井和X衍射资料，从地质成因和储层品质两个角度对铝土岩进行评价，为国内外类似储层的勘探开发提供参考。

1 地质概况

X区位于鄂尔多斯盆地伊陕斜坡西南部，整体呈东高西低平缓分布样式，区域内发育多个以北东—南西走向为主的小规模正断层。本溪组铝土岩地层海拔深度在-2 200～-2 620 m，与下伏马家沟组碳酸盐岩风化壳夹薄层泥岩为不整合接触关系，铝土岩地层之上的山西组灰黑色泥岩是马家沟组风化壳储层和铝土岩储层的主要气源[2,8]，与之为不整合接触关系。目前在研究区马家沟组共完钻6口井，均钻遇铝土岩，其厚度在7.4～25.5 m。

2 岩性与储层沉积环境

2.1 铝土岩岩性

铝土岩是由氢氧化物和氧化物组成，常见有三水铝石、一水软铝石和一水硬铝石(硬水铝石)。我国铝土岩的成因可以分为4种：沉积型、堆积型、红土型、岩浆型。研究区的铝土岩属于古风化壳沉积型[20]。此类铝土岩的下伏基岩为碳酸盐岩，其成因与碳酸盐岩的岩溶红土化古风化壳相关，铝土岩厚度变化大，分布广泛。该类铝土岩发育在相对封闭的滨浅海环境，成分以硬水铝石为主，中低铝硅比，是硅铝酸矿物在低洼区沉积，铝凝胶老化结晶为硬水铝石或地层中的高岭石在还原性的弱碱性海水中脱硅为硬水铝石，整个脱硅过程可贯穿整个同生作用时期和后期成岩作用时期，向下可过渡为高硅铝比矿物。

为了研究X区铝土岩矿物成分及含量，选取该区铝土岩段10个岩屑样品进行X射线衍射全岩定量分析(表1)。结果显示，铝土岩段的硬水铝石质量占比非常稳定，平均质量分数高达85.98%，其次为石英和黏土。与硬水铝石伴生的矿物中以锐钛矿最为稳定，平均质量分数为1.65%；也可见少量菱铁矿和黄铁矿，平均质量分数在0.4%以下。

表1 铝土岩岩屑X衍射全岩定量分析统计

2.2 储层沉积环境

沉积环境决定着铝土岩的结构，从而决定了其储集空间的发育情况。根据水动力条件的不同，将研究区的铝土岩划分为4种沉积环境(图1)：过渡期、静水期、强动荡期、弱动荡期。过渡期发育铝土质泥岩，是半封闭滨浅海向封闭滨浅海环境过渡期，高硅铝比，孔隙不发育，难以形成储层。静水期发育致密铝土岩，硅铝酸矿物在安静的水体环境下缓慢脱硅结晶为硬水铝石，且未经搬运原地凝结沉积为铝土岩。该类铝土岩具有硬水铝石含量高、岩性纯且致密的特点，孔隙不发育，难以形成储层。强动荡期发育含砾铝土岩与含泥砾铝土岩。在强水动力条件下，半凝结或已凝结的铝土岩经过水流、潮汐或风暴作用，发生破碎、磨蚀、搬运并堆积，形成含砾铝土岩与含泥砾铝土岩。该类铝土岩具有碎屑结构，其砾石成分为硬水铝石含量高的铝土岩砾石或外部搬运而来的泥砾，粒间孔隙发育，具备成为良好储层的条件。弱动荡期发育铝土岩，其成因是在弱水动力条件下铝土岩颗粒发生磨蚀、搬运并堆积，与强动荡期的含砾铝土岩互层出现。该类铝土岩与砂岩相似，具有碎屑结构，砾石不发育，粒间孔隙发育，具备成为良好储层的条件。

图1 铝土岩沉积环境

由此可见，动荡的水体环境下发育的具有碎屑结构的铝土岩发育良好的粒间孔隙，具备成为储层的条件，是铝土岩储层评价的重点。因此，下文以V3井为例，重点论述动荡水体环境下发育的铝土岩的特征。

3 测井响应特征

V3井-2 370.5～-2 396 m发育铝土岩(图2)，该段使用的钻头直径为24.13 cm，井径曲线反映井眼直径在24.80 cm左右，曲线上下数值变化不大，井眼规则。从图2可以看出，铝土岩呈现高伽马、高密度、高中子、低电阻和低时差的三高两低特征。自然伽马异常高值分布在420～580 API，最高可达630 API。岩性密度与上部泥岩相比呈高值特征，密度集中在2.6～2.85 g·cm-3。补偿中子异常高值，中子值主要集中在45%～70%。双侧向电阻率值较低，一般在20～40 Ω·m，表现为正差异，且差异值较大。声波时差值相对于上部泥岩较低，在210 μs·m-1左右。此外，铝土岩的自然电位异常幅度大，放射性能谱曲线呈现高铀、高钍和低钾的特征，铀、钍、钾的测井特征值分别在20×10-6、100×10-6和2×10-2左右。

图2 V3井铝土岩常规测井曲线

硬水铝石矿物自身放射性很低，一般自然伽马小于5API，而该井的铝土岩极高的自然伽马值主要源于放射性元素U、Th在铝土岩的强吸附作用下聚集[4,8,15]，且放射性元素U和Th的变化规律一致(图2)，这也是造成铝土岩高铀、高钍、低钾特征的主要原因。铝土岩良好的渗透能力造成了双侧向大幅正差异和自然电位正异常。本区铝土岩储层发育豆状结构、鲕粒结构和碎屑结构[4,9]，这为铝土岩提供了渗透性基础。此外，与本区铝土岩中硬水铝石相伴生的矿物有锐钛矿、黄铁矿和菱铁矿，其中的黄铁矿和菱铁矿在一定程度上影响铝土岩的电阻率值。硬水铝石矿物的密度在3.2～3.5 g·cm-3，这决定了铝土岩的高密度特征，而该井密度约为2.65 g·cm-3的铝土岩是由其良好的储集空间造成的。导致铝土岩高中子值特征的原因有多方面：一是硬水铝石矿物HAlO2中所含的H元素使铝土岩补偿中子值升高；二是铝土岩的孔隙流体中的H原子造成补偿中子值升高；三是该铝土岩形成于浅海环境。已有研究表明[12]，形成于海相咸水环境的铝土岩中硼(B)元素质量分数大于100×10-6，而B元素的微观俘获截面高达7 10b，约为H元素的2 130倍，因此，海相咸水环境的铝土岩即使含有微量的B元素，也会使铝土岩宏观俘获截面显著增大，从而影响补偿中子值的大小。

值得注意的是铝土岩储层并非均质，在-2 370.5、-2 374、-2 376.8、-2 380.4和-2 382.4 m处岩性均有变化，其特征表现为较高电阻、较高密度、较低声波时差的特征。在铝土岩发育井段-2 392.5～-2 396 m岩性为铝土质泥岩，测井响应特征为电性和密度有所增高、补偿中子减小，铀和钍含量减小，钾含量增加。其原因是该段铝土岩的硬水铝石含量急剧降低，硅酸盐矿物含量增加，这是由于铝土岩在形成过程中经历脱硅阶段，脱硅过程是硅酸盐矿物随海水向下淋虑进行的，铝土岩底部为泥岩与泥质白云岩薄互层，渗透性差，造成含硅酸盐矿物高的海水在此聚集，使其脱硅不充分而形成的。

4 储层评价

4.1 成像测井评价

由于井况的原因，核磁共振测量的铝土岩井段为-2 370～-2 383 m(图3)，未能将铝土岩井段测全。本次测井的极化时间为10 s，从短回波间隔T2谱上可以看T2谱以单峰为主，T2时间谱在10～350 ms，谱峰在100 ms左右，表明铝土岩发育稳定的粒间孔或溶孔，平均有效孔隙度0.17，与常规求取的孔隙度大小和形态基本一致，具备成为良好储层的条件。为了求取铝土岩的渗透率，分别采用核磁共振测井资料和阵列声波测井资料计算铝土岩渗透率。利用斯通利波反演的渗透率在(30～300)×10-3μm2，平均值接近100×10-3μm2，比核磁共振测井求取的渗透率略低，但在同一数量级。由此可见，铝土岩具有良好的孔渗能力。

图3 铝土岩核磁共振与阵列声波测井评价

电成像测量井段覆盖了整个铝土岩发育段，从电成像图(图4)中可以看出，铝土岩井段不发育裂缝。从电成像求取的孔隙度谱可以看出，总孔隙度均值在0.17附近，大部分井段的孔隙度谱表现为单峰特征，双峰谱特征不明显，证实铝土岩以原生粒间孔隙为主，次生溶蚀孔隙不发育。

图4 V3井铝土岩电成像测井孔隙度谱图

从电成像图中还可看出，-2 370～-2 392.5 m段的铝土岩中发育砾石，是铝土岩碎屑结构的表现，以-2 374 m为界限，下部发育高阻砾石，上部发育低阻泥砾，高阻砾石含量较少。在上文提到的铝土岩内部-2 370.5、-2 374、-2 376.8、-2 380.4和-2 382.4 m的位置发育均质铝土岩，未见砾石。含(泥)砾铝土岩与薄层均质铝土岩多期互层发育，表明其沉积环境为强动荡期水体环境背景下的多次短期弱动荡期水体环境。在-2 392.5 m之下的铝土质泥岩为高阻致密层，砾石不发育，其沉积环境为过渡期。

4.2 含气性评价

研究区本溪组铝土岩之上发育的山西组深灰色泥岩夹煤层为储层的主要烃源岩，厚度在55～95 m，有机碳质量分数为0.60%～6.05%，母质类型以腐殖型为主，Ro>2.0%，已达过成熟演化阶段，早白垩世进入生排气高峰期。录井气测资料显示，铝土岩段储层全烃和轻烃组分C1的平均体积分数分别高达65%和63%，重烃组分中除C2体积分数在1%～2%外，其余组分体积分数均在0.3%以下(图5)，含气特征明显。铝土岩储层岩性及物性特征证明了对铝土岩储层求产的可能性。因此，选取-2 370～-2 392 m井段储层进行普通射孔试气作业，结果显示产气20×104m3/d。由此可见，铝土岩作为特殊的非常规储层，具备工业开采的条件。而铝土岩的沉积环境决定了其区域发育的稳定性，研究区内6口井均钻遇一定厚度的铝土岩，可以判断铝土岩具有全区连续稳定发育的特征，具备作为良好储层长期开发的条件。

图5 V3井铝土岩录井气测统计结果

5 结 论

(1)X区发育本溪组铝土岩，硬水铝石矿物质量分数在80%以上，发育在封闭的滨浅海环境，可分为过渡期、静水期、强动荡期和弱动荡期4种不同的沉积期次。其中强动荡期和弱动荡期发育的铝土岩可以作为储层。

(2)铝土岩储层具有三高两低测井响应特征，即高伽马、高密度、高中子、低电阻和低时差，具有碎屑结构，发育良好的原生粒间孔隙网络。

(3)本区铝土岩储层具有良好的含气性，可作为特殊储层，具备工业开采价值。