孤北低潛山前第三系煤成氣儲(chǔ)集空間成因機(jī)理分析

【摘 要】孤北低潛山煤成氣田的發(fā)現(xiàn)對于煤成氣的勘探具有重要意義。本文從巖心觀察入手，通過薄片鑒定、掃描電鏡等多項(xiàng)室內(nèi)測試分析，結(jié)合測井、錄井等資料，對孤北低潛山二疊系煤成氣儲(chǔ)層的儲(chǔ)集空間類型、次生孔隙成因機(jī)理進(jìn)行了深入研究。

【關(guān)鍵詞】孤北低潛山；煤成氣；有機(jī)酸

煤成氣是渤海灣盆地較大規(guī)模天然氣的主要類型，孤北煤成氣田的發(fā)現(xiàn)標(biāo)志著濟(jì)陽坳陷煤成氣勘探的重大突破。孤北地區(qū)鉆遇上古生界探井14口，其中已有4口探井在上古生界獲工業(yè)氣流，已基本控制上古生界有利含氣面積44km2，煤成氣儲(chǔ)量128×108m3，預(yù)測上古生界有利含氣面積約58km2，煤成氣儲(chǔ)量268×108m3。由于儲(chǔ)集空間類型、儲(chǔ)層形成機(jī)理、發(fā)育狀況及分布規(guī)律等多種地質(zhì)問題還不完全清楚，生產(chǎn)上迫切需要對該區(qū)儲(chǔ)集層的特征及其與油氣分布的關(guān)系等做深入研究。

1.區(qū)域地質(zhì)概況

孤北地區(qū)位于沾化凹陷中部，北以埕南、埕東斷層與埕東凸起相連，南以孤北斷層與孤島凸起相隔，西以孤西斷層與渤南洼陷相連，向東緩坡過渡至孤北洼陷，勘探面積約200km2；孤北低潛山的邊界斷層活動(dòng)時(shí)期長、定型晚，其差異升降程度決定了潛山產(chǎn)狀。除上述邊界斷層外，孤北低潛山還發(fā)育有多條NNW、SN向兩組斷層，受邊界基底斷裂和次級斷層控制，自西向東將孤北低潛山切割成四排山，層面構(gòu)造具有中間高東西兩翼低的鼻狀構(gòu)造特點(diǎn)。總體上孤北低潛山呈現(xiàn)以渤93井區(qū)為最高點(diǎn)的南高北低復(fù)雜斷鼻形態(tài)；孤北低潛山帶的主要目的層段是上古生界的石炭～二疊系地層，該層段自上而下發(fā)育的主要地層有二疊系的石千峰組、上石盒子組、下石盒子組和山西組，石炭系的太原組，本溪組。主要儲(chǔ)層集中在二疊系的上、下石盒子組，山西組及太原組為主要含煤層系。

2.儲(chǔ)集空間類型

孤北低潛山煤成氣主要儲(chǔ)集在二疊系的上、下石盒子組中。根據(jù)巖心以及鑄體薄片的觀察鑒定、結(jié)合掃描電鏡等發(fā)現(xiàn)：由于該層段埋深大、埋藏時(shí)間長、成巖作用強(qiáng)烈，原生孔隙在強(qiáng)烈的壓實(shí)和膠結(jié)作用下已喪失殆盡，全區(qū)的儲(chǔ)集空間類型以次生溶蝕孔隙為主，構(gòu)造裂縫和成巖裂縫次之。次生溶蝕孔隙根據(jù)溶蝕的成分和部位不同，可分為溶蝕格架顆粒的粒內(nèi)溶孔和溶蝕雜基的粒間溶孔。構(gòu)造裂縫和成巖裂縫在有些儲(chǔ)氣層段也是重要的儲(chǔ)集空間類型。但大部分情況下是以次生溶蝕孔隙為主。通過巖心觀察發(fā)現(xiàn)大部分為完全充填，不具有儲(chǔ)集能力，但對于滲透率提高是不容忽視的。

3.儲(chǔ)層物性特征分析

儲(chǔ)層的物性特征是決定儲(chǔ)層儲(chǔ)集性能的關(guān)鍵，直觀表征是孔隙度和滲透率大小。通過對孤北低潛山孝婦河段、奎山段、下石盒子組和山西組儲(chǔ)層物性樣品統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)：總體上砂巖孔隙度為1.5%～18.1%，平均孔隙度為8%；滲透率分布在(0.003～69.73)×10-3μm2之間，平均滲透率為0.865×10-3μm2。按儲(chǔ)層劃分標(biāo)準(zhǔn)，主要為致密儲(chǔ)層Ⅲ、致密儲(chǔ)層Ⅰ，低滲透層次之，再次為致密儲(chǔ)層Ⅱ，高滲透率層很少，總體上為低孔低滲致密砂巖儲(chǔ)層。該區(qū)儲(chǔ)層孔隙度與滲透率呈正相關(guān)，孔隙度低而滲透率中等。該特征說明區(qū)內(nèi)儲(chǔ)集空間以孔隙為主，但裂縫有可能提高了滲透率，總體上為孔隙性儲(chǔ)層。

4.次生孔隙成因

對本區(qū)的儲(chǔ)層次生孔隙成因，利用顯微鏡、掃描電鏡、流體包裹體實(shí)驗(yàn)等手段觀察分析次生孔隙的形成和控制因素，研究區(qū)內(nèi)次生孔隙類型巖屑、膠結(jié)物和粘土礦物的溶蝕形成的次生孔隙，其中長石溶蝕是次生孔隙形成的主要原因之一。根據(jù)對薄片及相關(guān)資料的分析，認(rèn)為大氣淡水淋濾作用和煤系地層中有機(jī)質(zhì)演化形成的有機(jī)酸和CO2酸性水有關(guān)。

4.1大氣淡水淋濾作用

從大構(gòu)造背景上看，孤北低潛山地區(qū)經(jīng)歷了兩次大的構(gòu)造抬升作用，一次是印支運(yùn)動(dòng)時(shí)期，濟(jì)陽坳陷全面抬升，大區(qū)域的缺失中生代三疊紀(jì)沉積，石炭－二疊系地層遭受了較長時(shí)間的風(fēng)化剝蝕作用；在燕山運(yùn)動(dòng)末期又經(jīng)歷了一次構(gòu)造抬升作用，使中生界地層及局部的上古生界地層暴露地表，再一次經(jīng)受了風(fēng)化剝蝕作用。其次，大氣淡水淋濾作用在研究區(qū)內(nèi)的物性及微觀特征也比較明顯。主要有：a)在孤北古1、2、3三口井中，同一口井距不整合面的距離越近，孔隙度越高，結(jié)合薄片觀察，不整合面附近的溶蝕孔隙明顯比埋藏較深的孔隙發(fā)育要好。b)通過薄片觀察發(fā)現(xiàn)，在距離不整合面較近的深度中有明顯的褐鐵礦。c)通過X射線衍射粘土礦物含量分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，同一口井在不整合面附近次生孔隙發(fā)育的地區(qū)，高嶺石的含量普遍增高。d)通過對上下石盒子組的巖石類型對比可以發(fā)現(xiàn)，上石盒子組的長石含量比下石盒子組要低的多。

4.2有機(jī)酸及CO2酸性水

煤系地層有機(jī)質(zhì)演化過程中生成的有機(jī)酸和CO2酸性水的溶解作用也是次生孔隙的一個(gè)重要成因。其表現(xiàn)主要有：從大的沉積背景上，山西組和太原組是煤成氣的主要的烴源巖。根據(jù)前人的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在煤中的有機(jī)酸濃度比同重量的泥巖有機(jī)酸的濃度高的多；根據(jù)部分油田水干酪根中有機(jī)酸的研究結(jié)果，煤系地層在80-120℃有機(jī)酸濃度最大。在有機(jī)質(zhì)演化過程中經(jīng)歷了這個(gè)溫度范圍，因此斷定有機(jī)質(zhì)演化中的酸性水在該地區(qū)是大量存在過的。

在儲(chǔ)層物性及微觀特征等主要包括：a)石英自生加大邊的形成與地下流體的性質(zhì)密不可分。研究區(qū)內(nèi)石英次生加大邊中包裹體均一溫度分為兩期，其中一期在110℃左右。在此階段油氣充注過程中，有機(jī)酸的出現(xiàn)使長石等組分溶解，形成了二氧化硅，同時(shí)有機(jī)酸也使二氧化硅溶解度增大，當(dāng)有機(jī)酸濃度降低時(shí)又發(fā)生了二氧化硅沉淀，形成了石英的次生加大。b)本區(qū)上古生界在縱向上煤系、砂泥巖交互，隨著地層埋深不斷加大，溫度升高，產(chǎn)生大量有機(jī)酸，為長石的溶蝕提供了條件，同時(shí)蒙脫石脫水反應(yīng)釋放的水成為運(yùn)載有機(jī)酸的有效載體。含有機(jī)酸的流體的存在可造成儲(chǔ)集層的異常高壓，抑制壓實(shí)作用。伴隨微斜長石的溶蝕作用，雖有二氧化硅充填、石英的次生加大、自生高嶺石形成，但溶蝕產(chǎn)生的次生孔隙仍有利于改善儲(chǔ)集層物性。根據(jù)薄片觀察，在儲(chǔ)氣層段的碳酸鹽巖的含量普遍少，且不整合面以下幾百米也存在孔隙度升高現(xiàn)象，從薄片觀察中可看出主要還是以次生溶蝕孔隙為主。在義155井中的4670～4750m段內(nèi)，孔隙度增大，在4696.3～4706.7m處日產(chǎn)氣量為1.426×104m3/d，距離山西組煤層為23.3m，距離不整合面為480m左右，大于大氣淡水淋濾作用所影響的范圍。可確定與煤系地層形成的酸性水有關(guān)系。c)通過對鑄體薄片觀察，在孤北古1井4402.5m處溶蝕作用強(qiáng)烈。該段距離不整合面為350m左右，受大氣淡水淋濾作用較小；同樣也為砂巖與煤層互層，根據(jù)熱演化史分析，在該深度經(jīng)歷過有機(jī)質(zhì)演化并生成酸性水階段，因此判定為酸性水的溶蝕作用。

5.結(jié)論

（1）研究區(qū)內(nèi)的儲(chǔ)集空間類型主要是次生溶蝕孔隙，并伴有少量的構(gòu)造微裂縫和溶蝕縫。其中粒間溶孔占儲(chǔ)集空間的48.55%，粒內(nèi)溶孔占儲(chǔ)集空間的31.48%，構(gòu)造裂縫和成巖縫共占15.62%。

（2）孤北低潛山砂巖孔隙度為1.5%～18.1%，平均孔隙度為8%；滲透率分布在(0.003～69.73)×10-3μm2之間，平均滲透率為0.865×10-3μm2，屬于低孔低滲致密砂巖儲(chǔ)層。不同層段其孔滲特點(diǎn)也不相同，奎山段物性最好，下石盒子組和孝婦河段的物性次之，山西組物性條件最差。

（3）大氣淡水淋濾作用和有機(jī)質(zhì)演化形成的有機(jī)酸和二氧化碳酸性水的溶解作用是研究區(qū)內(nèi)次生孔隙生成成因。構(gòu)造作用為儲(chǔ)層內(nèi)酸性流體的滲入和流動(dòng)提供了通道，形成的裂縫對提高儲(chǔ)層的滲透率也起了極大作用。 [科]

【參考文獻(xiàn)】

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