神木-雙山氣田山西組2段儲層成巖作用與孔隙演化

仲偉祥 ，陳 龍 ，李旭芳 ，楊 飛 ，趙 茜

（1.西安石油大學石油工程學院，陜西西安 710065；2.中國石油東方地球物理公司，河北涿州 072750；3.中原油田采油三廠，河南濮陽 457001；4.西安石油大學地球科學與工程學院，陜西西安 710065）

神木-雙山氣田位于鄂爾多斯盆地東北部,面積約900 km2,地面海拔高度在950～1 400 m之間。從構造上來講,神木-雙山氣田構造上屬于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡北部和伊盟隆起南部,區域上是一平緩的大單斜，斷裂和局部構造不發育[1]。神木-雙山氣田主力產氣層段山西組2段為辮狀河三角洲相沉積砂巖。山西組砂巖分成分、結構反應出由海相逐步過渡為陸相沉積的特征，從區域范圍看，石英砂巖大大減少，為一套以巖屑石英砂巖為主的沉積。該砂巖具有典型的低孔低滲特點，成巖作用非常復雜，各種成巖作用對砂巖原生孔隙的保存和次生孔隙的發育都有一定的影響，次生孔隙在山2段砂巖中發育十分廣泛，此類次生孔隙達53.1%，成為研究區砂巖最主要的儲集空間之一，后者的發育狀況直接影響了儲集砂巖的孔滲條件，因此研究儲集砂巖的成巖作用對神木-雙山氣田儲層評價和預測具有重要意義。

1 巖石學特征

研究區山2段儲層巖性主要為中-粗粒巖屑砂巖顆粒以次圓為主，少量圓及次棱角狀。粒度相對較細，除底部和局部含有粒狀砂巖或中-粗砂巖外，一般為細-中粒或粉-細粒以及粉砂。巖石薄片鏡下鑒定分析結果表明：碎屑巖成分復雜，以石英和巖屑為主。

巖石薄片鏡下鑒定結果表明：山2段巖石礦物成分陸源碎屑含量介于75%～96.5%，平均為89.785%，其中石英含量介于46%～69%，平均占65.83%；巖屑含量介于14%～40%，平均占34.32%，巖屑成分復雜，主要有火成巖、變質巖（包括變質砂巖、石英巖、片巖、板巖和千枚巖）及少量的沉積巖屑，其中變質巖巖屑平均占10.83%；火成巖巖屑含量平均占2.25%；沉積巖屑平均含量1.875%，還有少部分其它類占5%（主要是燧石）（見圖1a）。

研究區山2段填隙物成分含量可占到34.32%，巖石主要由石英顆粒巖屑顆粒組成。其中泥質平均含量最高10%，其次為伊利石9.41%、方解石8.90%、高嶺石4%、鐵白云巖和自生石英各占1%（見圖1b）。

2 成巖作用特征

依據鑄體薄片鏡下觀察分析，研究區山2段砂巖主要經歷的成巖作用有機械壓實作用、壓溶作用、膠結作用、交代作用和溶蝕作用。

2.1 壓實壓溶作用

壓實壓溶作用是一種物理-化學成巖作用，研究區山2段埋深在2 500～3 000 m井段內，各類壓實作用很明顯，是本區最主要的成巖作用之一。根據鏡下觀察，研究區山西組砂巖經受了中-弱程度的機械壓實作用。顆粒的形狀、圓度、分選性等對壓實作用的效應都有影響。其中，機械壓實作用表現為碎屑顆粒重新排列（見圖2a）。在成巖作用期間，由于機械壓實作用與某些礦物的結晶作用，從而產生收縮和膨脹作用，以及礦物間的重新組合與排列，致使一些微裂縫的生成（見圖2b）。砂巖的機械壓溶作用表現為相鄰石英粒間線接觸、凹凸接觸、縫合線接觸（見圖2c）。由于成巖作用所包括的最重要的變化隨著地層埋藏深度的增加機械壓實作用增加，從而使孔隙縮小[5-6]。同時碎屑顆粒接觸點上所承受的來自上覆地層的壓力或來自構造作用的向應力作用，顆粒接觸處的溶解度增高，從而發生的晶格變形和溶解作用。

2.2 膠結作用

膠結作用是此次研究的巖體中較重要的成巖作用，對次生孔隙的發育于破壞、儲層物性的改善和惡化起到了重要作用。也是是沉積層中孔隙度和滲透率降低的主要原因之一

2.2.1 黏土礦物膠結 根據X衍射實驗結果，研究區主要的滋生粘土礦物有伊利石、高嶺石、綠泥石和伊/蒙混層，其中山西組2段其中為伊利石體積分數7.63%、高嶺石5.1%、綠泥石2.0%、伊/蒙混層1.2%。

高嶺石填充在顆粒之中（見圖2d）。高嶺石的存在雖然可以提供一定量的晶間孔，但是因為高嶺石往往充填孔喉生長，將大的孔隙割裂成為若干個小的部分，增加了微觀孔喉非均質性。

2.2.2 碳酸鹽膠結 碳酸鹽膠結物在研究區砂巖中非常普遍，含量變化也較大，主要呈粒間膠結物或次生孔隙內填充物形式出現（見圖2e）。

2.2.3 硅質膠結 砂巖中的硅質膠結物以非晶質和晶質兩種礦物形態出現于巖屑中。石英是碎屑巖中最常見的膠結無，它可以呈微、細粒狀充填于孔隙中，但更常見的是以碎屑石英吱聲加大邊膠結物出現（見圖2f）。石英次生加大邊一般多與自生高嶺石共生，形成于粒間高嶺石膠結物之后。

石英次生加大邊形成于早成巖期，是壓溶作用的產物，即碎屑壓溶作用提供硅質膠結物的來源可以生成SiO2。SiO2溶解于孔隙水中，達到局部過飽和后即產生沉淀形成自生石英膠結物[6-7]。

2.3 溶蝕作用

溶蝕作用主要是改善深部儲層的儲集性能。砂巖中的任何碎屑顆粒、雜基和自生礦物，包括石英和硅質膠結物，在特定的成巖環境下都有可能發生溶解作用而形成次生孔隙[8-9]。溶蝕過程中形成的次生溶孔主要有巖屑顆粒間雜基溶蝕后形成的微溶孔（見圖3g）。巖屑中的易溶組分在被溶蝕后往往會呈現蜂窩狀孔隙（見圖3h）。儲層與次生溶蝕孔隙發育段往往是相互對應，次生溶蝕孔隙的發育是形成有效儲層的必備條件。溶蝕作用造成的次生孔隙的發育狀況，并在一定程度上改善了儲集層的性能。

3 成巖階段

資料表明：鄂爾多斯盆地鏡質烴源巖反射率以現今的鄂爾多斯盆地為一整體，從外向內逐漸增高，Ro等值線近南北向分布，研究區Ro值由北東方向南西方向逐漸增高，從1.0逐漸增至2.0。屬有機質成熟、過成熟期，對應的成巖階段為晚成巖“A”期和晚成巖“B”期。

巖礦鑒定、掃描電鏡分析表明儲層中主要的自生礦物有硅質類的石英加大邊、自生粒間石英，碳酸鹽類的鐵方解石、方解石和粘土類的高嶺石、伊利石和綠泥石等。研究區目的層目前埋深一般在2 500～3 000 m,鏡質烴源巖反射率值為1.8[10-11]，伊/蒙間層比普遍小于10%,自生石英包裹體的均一溫度在100～170℃。據裘亦楠等的成巖階段劃分方案及其標準[12]，山2段儲集層已處于晚成巖階段B期。

4 孔隙演化模式

沉積物進入埋藏成巖階段，儲集空間主要受各種成巖作用的控制，沉積物本身的內在特征在不同程度上制約著成巖作用的發生和發展，進而影響著孔隙的演化進程[10-11]。砂巖初始孔隙求取通常根據粒度分析求得的分系數，然后采用博里德公式對原始孔隙度進行恢復，之后再由鑄體電鏡薄片統計巖石顆粒粒徑大小，根據碎屑巖原始孔隙度恢復、壓實作用損失的孔隙度、膠結作用損失的孔隙度和溶蝕作用產生的次生孔隙計算公式，實現各成巖階段中孔隙度演化的定量分析[12]。

通過對孔隙度的演化結果分析，研究區山2段的初始孔隙度為35.74%，在早期機械壓實過程中損失了17.67%的孔隙度，壓實后的原生粒間剩余孔隙僅為18.07%，壓溶壓實過程中孔隙度損失達到49.44%。早期、晚期膠結過程中造成14.48%的孔隙度損失，膠結作用孔隙損失率達到40.51%。壓實、膠結后僅剩余3.59%的原生粒間孔隙，后期溶蝕作用貢獻了4.06%的孔隙度。當前平均孔隙度僅為7.65%。

表1 研究區孔隙演化表

5 結論

（1）研究區山2段儲層巖性主要為中-粗粒巖屑砂巖顆粒以次圓為主，少量圓及次棱角狀。粒度相對較細，除底部和局部含有粒狀砂巖或中-粗砂巖外，一般為細-中粒或粉-細粒以及粉砂。膠結類型主要為孔隙-薄膜和再生孔隙型，具有結構成熟度偏低、成分成熟度高的特點。

（2）研究區山2段儲層主要經歷的成巖作用有壓溶壓實作用、膠結作用和溶蝕作用，機械壓實作用遍布整個成巖過程，其中壓溶壓實作用和膠結作用是使儲層孔隙度和滲透性降低的主要原因，而溶蝕作用對于研究區物性改善起到了舉足輕重的作用。經多項指標分析表明，研究區成巖作用己進入晚成巖階段“B”期。

（3）通過對孔隙演化的結果分析表明，研究區山2段初始孔隙度為35.74%，在早期的機械壓實和壓溶作用下孔隙損失率達到49.44%，早期、晚期膠過程中孔隙損失率為40.51%。壓實壓溶和膠結作用后僅剩余3.59%的原生粒間孔隙，后期溶蝕作用貢獻了4.06%的孔隙度。不同的成巖作用對砂巖孔隙的共同影響造成了研究區現在低孔、低滲的特點[12]。

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