長(zhǎng)嶺氣田登婁庫(kù)組致密砂巖儲(chǔ)層特征及孔隙演化

代金友，李建霆，趙晨暉，楊大有

(1.中國(guó)石油大學(xué)(北京) 石油工程學(xué)院，北京 102249；2. 中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田公司第二采油廠)

長(zhǎng)嶺氣田區(qū)域構(gòu)造上處于松遼盆地南部長(zhǎng)嶺斷陷中部隆起帶東南部,被南北斷洼所夾,為油氣運(yùn)移聚集的有利區(qū)帶 (圖1)。中生界白堊系下統(tǒng)登婁庫(kù)組河流三角洲沉積砂巖儲(chǔ)層是其主要的產(chǎn)氣層之一,埋深3 300～3 700 m，平均孔隙度4.6%、平均滲透率0.15×10-3μm2，為典型的致密砂巖儲(chǔ)層。

圖1 長(zhǎng)嶺氣田構(gòu)造位置示意

長(zhǎng)嶺氣田尚處于開(kāi)發(fā)前期，儲(chǔ)層特征及孔隙演化規(guī)律認(rèn)識(shí)不清[1]。為此，結(jié)合巖心觀察、薄片鑒定及多種測(cè)試資料進(jìn)行了儲(chǔ)層巖石學(xué)特征、孔隙結(jié)構(gòu)特征、成巖作用特征及孔隙演化規(guī)律的系統(tǒng)研究，對(duì)指導(dǎo)后續(xù)氣田儲(chǔ)層評(píng)價(jià)和開(kāi)發(fā)選區(qū)具有實(shí)際意義。

1 儲(chǔ)層巖石學(xué)特征

對(duì)9個(gè)樣品的薄片鑒定及碎屑組分資料統(tǒng)計(jì)表明(表1)，登婁庫(kù)組儲(chǔ)集砂巖中碎屑顆粒含量平均為91.8%，填隙物平均為6.9%，面孔率平均為1.3%。碎屑顆粒包括礦物碎屑和巖石碎屑兩類：礦物碎屑以石英、長(zhǎng)石為主，其它礦物少見(jiàn)。石英為單晶石英，燧石含量較少，石英顆粒表面干凈明亮，次生加大較為普遍；長(zhǎng)石主要為斜長(zhǎng)石和鉀長(zhǎng)石，其中以斜長(zhǎng)石為主，次生加大較普遍；而巖石碎屑含量較高，主要為火成巖巖屑，變質(zhì)巖巖屑次之，并且火成巖巖屑含量遠(yuǎn)大于變質(zhì)巖巖屑含量。填隙物中膠結(jié)物以方解石、鐵方解石和石英次生加大為主，占5.4%；基質(zhì)則以泥質(zhì)為主，含量小于3%，平均1.5%。

巖石組分統(tǒng)計(jì)和三端元圖(圖2)表明，長(zhǎng)嶺氣田登婁庫(kù)組儲(chǔ)集砂巖組分特征表現(xiàn)為石英含量低、巖屑含量高、長(zhǎng)石含量較高。其中，石英組分在29%～40%，平均34.6%；巖屑含量在29%～45%，平均38.9%；長(zhǎng)石含量在23%～31%，平均為26.5%。儲(chǔ)層巖性以長(zhǎng)石巖屑砂巖為主，成分成熟度較低。

表1 長(zhǎng)嶺氣田登婁庫(kù)組砂巖顆粒組分特征統(tǒng)計(jì)

圖2 登婁庫(kù)組巖石組分三角圖

2 儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)特征

登婁庫(kù)組儲(chǔ)層埋藏深度大、巖石成分成熟度低，不穩(wěn)定組分(長(zhǎng)石和巖屑)含量高達(dá)到65.4%，儲(chǔ)層沉積后經(jīng)過(guò)深度成巖作用，導(dǎo)致大部分原生孔隙損失，僅保留部分次生溶蝕孔隙，孔隙度一般小于5%。9個(gè)樣品的鑄體薄片鑒定表明，登婁庫(kù)組儲(chǔ)集砂巖主要存在粒間溶孔(57%)、粒內(nèi)溶孔(33.1%)、泥質(zhì)微孔(6.6%)3種孔隙，個(gè)別樣品存在原生粒間孔和溶蝕縫，但比例較小。而孔隙半徑分布在10～70 μm之間，最大為180 μm，孔喉配位數(shù)0～1，說(shuō)明儲(chǔ)層以細(xì)孔為主、孔隙連通性差。

對(duì)7個(gè)樣品的壓汞資料統(tǒng)計(jì)表明，登婁庫(kù)組砂巖排驅(qū)壓力高，平均為2.63 MPa；最大進(jìn)汞飽和度低，平均44.8%；喉道均值半徑小，平均0.064 μm；分選系數(shù)低。說(shuō)明本區(qū)登婁庫(kù)組儲(chǔ)層最大連通孔隙喉道半徑小、最小非飽和孔隙體積大、喉道以小～微喉為主且孔喉分布不均勻、非均質(zhì)性強(qiáng)，表明儲(chǔ)層整體儲(chǔ)集物性較差。

因此，登婁庫(kù)組儲(chǔ)層孔隙以細(xì)孔為主，喉道以小～微喉為主，主要的孔喉組合類型為細(xì)孔-小微喉型，儲(chǔ)層質(zhì)量較差。

3 儲(chǔ)層成巖作用

登婁庫(kù)組致密砂巖成巖作用復(fù)雜,在埋藏成巖過(guò)程中各種成巖作用對(duì)砂巖原生孔隙的保存和次生孔隙的發(fā)育都有一定的影響[2-5]。薄片資料表明，登婁庫(kù)組砂巖埋藏后經(jīng)歷的成巖作用主要有壓實(shí)壓溶作用、膠結(jié)作用、交代作用和溶解作用。

3.1 壓實(shí)和壓溶作用

壓實(shí)作用是沉積期后漸進(jìn)式埋藏增壓，沉積物固結(jié)成巖最主要的成巖作用，是儲(chǔ)層物性變差的重要因素之一。登婁庫(kù)組砂巖埋藏深度較大，機(jī)械壓實(shí)作用明顯，加上長(zhǎng)石、巖屑等柔性組分較多，在壓實(shí)作用下長(zhǎng)條狀顆粒發(fā)生彎曲，巖石顆粒重新排列和結(jié)構(gòu)變形比較顯著。在強(qiáng)大壓力作用下，剛性顆粒被壓碎，甚至顆粒接觸點(diǎn)部位發(fā)生溶解，形成縫合線接觸或以線-凹凸接觸，對(duì)儲(chǔ)集層原生孔隙破壞性較大。

3.2 膠結(jié)作用

膠結(jié)充填作用也是儲(chǔ)層孔隙度大幅度下降的重要原因，長(zhǎng)嶺氣田登婁庫(kù)組砂巖膠結(jié)類型包括碳酸鹽礦物膠結(jié)、自生黏土礦物膠結(jié)、石英次生加大膠結(jié)、長(zhǎng)石次生加大膠結(jié)和硫酸鹽膠結(jié)等5種，其中碳酸鹽礦物膠結(jié)、自生黏土礦物膠結(jié)、石英次生加大膠結(jié)為主，占膠結(jié)物的90%以上。

(1)碳酸鹽礦物膠結(jié)：碳酸鹽膠結(jié)是本區(qū)最重要的膠結(jié)類型，占總量50%以上，主要有方解石、鐵方解石和少量鐵白云石。碳酸鹽膠結(jié)物在登婁庫(kù)組地層中含量在2%～12%之間。其中，含方解石較高的砂巖主要在砂泥巖接觸帶附近，可成為鈣質(zhì)膠結(jié)砂巖，形成鈣質(zhì)夾層并使儲(chǔ)層物性變差。

(2)自生黏土礦物膠結(jié)：黏土礦物膠結(jié)對(duì)儲(chǔ)集層的原生孔隙和喉道起著阻礙和充填，進(jìn)而縮小砂巖孔隙空間和破壞滲流通道的作用。膠結(jié)物主要為綠泥石，多呈孔隙襯邊的形式產(chǎn)出，占總量20%以上。黏土礦物主要存在兩種沉淀方式，其一是分由于周圍環(huán)境溫度、壓力、pH值等的變化，早期原始泥質(zhì)組分轉(zhuǎn)化成其它種類的黏土礦物;其二是由長(zhǎng)石、巖屑溶蝕或相鄰泥巖壓實(shí)脫水而帶入溶液的AI3+、K+、Na+、SiO2、Mg2+、Fe2+等在環(huán)境條件變化后，以各種形式從孔隙水中直接沉淀出來(lái)。前者多呈顆粒包膜或襯邊形式產(chǎn)出，后者多表現(xiàn)為孔隙充填、搭橋等產(chǎn)狀形式。

(3)石英次生加大膠結(jié)：登婁庫(kù)組儲(chǔ)層石英次生加大現(xiàn)象比較普遍，石英次生加大膠結(jié)物占總量20%，主要沿石英顆粒構(gòu)成的孔隙壁向孔隙內(nèi)生長(zhǎng)。因?yàn)榇紊哟笫⒌男纬尚枰凶銐虻淖杂煽臻g，并能從孔隙溶液中獲得生長(zhǎng)發(fā)育的物質(zhì)來(lái)源。石英次生加大對(duì)原生孔隙具很大破壞作用，是砂巖儲(chǔ)集性變差的重要因素。

3.3 交代作用

(1)方解石、鐵方解石交代長(zhǎng)石巖屑顆粒：當(dāng)溶液的pH值大于7時(shí)，將發(fā)生方解石礦物的沉淀和長(zhǎng)石巖屑顆粒的溶解，此時(shí)方解石呈不規(guī)則形狀交代長(zhǎng)石巖屑。

(2)黏土礦物交代長(zhǎng)石：由于長(zhǎng)石的不穩(wěn)定性，在埋藏環(huán)境的變化下，長(zhǎng)石易高嶺石化。工區(qū)內(nèi)長(zhǎng)石被埋藏到3 500 m甚至更深，當(dāng)溫度達(dá)到90 ℃左右時(shí)，與富含有機(jī)質(zhì)的泥質(zhì)層產(chǎn)出的孔隙水接觸，進(jìn)而發(fā)生高嶺石化現(xiàn)象。

3.4 溶解作用

登婁庫(kù)組儲(chǔ)層含有較多不穩(wěn)定礦物長(zhǎng)石和火山巖屑，在一定的成巖環(huán)境中都可不同程度地發(fā)生溶解。溶解作用使砂巖儲(chǔ)層形成了一定數(shù)量的次生孔隙，較大程度上改善了儲(chǔ)集物性。登婁庫(kù)組溶解作用主要發(fā)生在粒間、巖屑內(nèi)部及邊緣、長(zhǎng)石的解理面附近，形成粒間溶孔和長(zhǎng)石巖屑內(nèi)溶孔較普遍。

4 儲(chǔ)層孔隙演化

盡管前人針對(duì)不同地區(qū)對(duì)成巖作用和孔隙演化進(jìn)行過(guò)很多研究[6-9]，但對(duì)孔隙演化多只是定性分析或推論，而缺乏明確的定量計(jì)算依據(jù)和方法。為此，本次研究通過(guò)對(duì)登婁庫(kù)組儲(chǔ)層不同類型孔隙、膠結(jié)物定量統(tǒng)計(jì)，結(jié)合在壓實(shí)作用、膠結(jié)交代作用、溶解作用等成巖演化過(guò)程中原生、次生孔隙的系統(tǒng)研究，提出了基于巖心物性和薄片資料的儲(chǔ)層孔隙演化定量表征方法，其基本描述公式為：

φ剩余= φ初始-φ壓實(shí)損失-φ非壓實(shí)損失+φ溶解增加

(1)

即砂巖目前孔隙度是初始孔隙度經(jīng)過(guò)各種成巖作用(壓實(shí)損失孔隙度、膠結(jié)交代損失孔隙度和溶解作用增加孔隙度)后的綜合結(jié)果。

4.1 初始孔隙度

近幾年來(lái)，國(guó)外開(kāi)展了大量砂巖初始孔隙度的實(shí)驗(yàn)?zāi)M，總結(jié)出了許多預(yù)測(cè)初始孔隙度的數(shù)學(xué)模型，其中利用 Trask(S0-特拉斯克分選系數(shù))分選系數(shù)求取初始孔隙度應(yīng)用較為普遍，它與儲(chǔ)層的初始孔隙度關(guān)系密切，兩者的關(guān)系式為：

φ初始= 20.91 + 22.90/S0

(2)

根據(jù)式(2)計(jì)算了研究區(qū)內(nèi)8個(gè)砂巖樣品的初始孔隙度(表2)，結(jié)果表明砂巖初始孔隙度在32.8%～35.0%，平均為34.1%，初始孔隙度變化不大。

4.2 溶解增加孔隙度

根據(jù)巖心分析、薄片鑒定的6個(gè)樣品對(duì)溶解增加孔隙度(即目前溶孔孔隙度)計(jì)算表明(見(jiàn)表3)，儲(chǔ)層溶解增加孔隙度平均為4.2%。

4.3 膠結(jié)交代損失孔隙度

根據(jù)巖心物性和薄片鑒定的6個(gè)樣品，計(jì)算膠結(jié)交代作用(即非壓實(shí)破壞性成巖作用)損失孔隙度(見(jiàn)表3)，登婁庫(kù)組膠結(jié)交代損失孔隙度平均為6%。

4.4 壓實(shí)損失孔隙度

根據(jù)式(1)，目前剩余孔隙度(即巖心分析孔隙度)、非壓實(shí)損失孔隙度、溶解增加孔隙度、初始孔隙度均已知，因此可以計(jì)算出壓實(shí)損失孔隙度(見(jiàn)表3)，登婁庫(kù)組壓實(shí)損失孔隙度平均為27.7%。

4.5 儲(chǔ)層孔隙演化

依據(jù)配套的巖心分析、薄片鑒定資料(見(jiàn)表3)，通過(guò)上述分析確定登婁庫(kù)組儲(chǔ)層孔隙演化特征：即砂巖埋藏初始孔隙度平均為34.1%；后期壓實(shí)作用導(dǎo)致砂巖孔隙損失平均為27.7%，亦即砂巖壓后剩余孔隙度平均為6.4%；在非壓實(shí)成巖作用下，砂巖孔隙損失平均為6%，亦即砂巖在所有破壞性成巖作用下僅保留了0.4%的原生孔隙；同時(shí)在溶解作用下砂巖孔隙度有所增加，增加了約4.2%的孔隙體積，目前儲(chǔ)層孔隙度大約在4.6%左右。

表2 長(zhǎng)嶺氣田登婁庫(kù)組砂巖初始孔隙度

表3 長(zhǎng)嶺氣田登婁庫(kù)組砂巖孔隙演化特征計(jì)算

5 結(jié)論

(1)長(zhǎng)嶺氣田登婁庫(kù)組儲(chǔ)集砂巖整體巖屑和長(zhǎng)石含量較高(65.4%),巖性主要為長(zhǎng)石巖屑砂巖，表明儲(chǔ)層成分成熟度較低，反映儲(chǔ)層近物源沉積特點(diǎn)。

(2)長(zhǎng)嶺氣田登婁庫(kù)組砂巖填隙物平均含量為6.9%：膠結(jié)物主要為硅質(zhì)和鈣鐵質(zhì)膠結(jié)，雜基以泥質(zhì)為主。儲(chǔ)集空間為粒間溶孔～粒內(nèi)溶孔～泥質(zhì)微孔組合，以溶孔為主，孔喉配位數(shù)低，孔喉組合為細(xì)孔-小微喉型，說(shuō)明儲(chǔ)層儲(chǔ)層沉積后經(jīng)過(guò)強(qiáng)烈的后生成巖改造。

(3)儲(chǔ)層成巖作用主要包括壓實(shí)壓溶作用、膠結(jié)作用、交代作用、溶解作用等4種。計(jì)算砂巖初始孔隙度為34.1%，壓實(shí)作用孔隙損失27.7%，膠結(jié)交代作用孔隙損失6.0%，溶解作用增加孔隙4.2%，目前儲(chǔ)層孔隙度大約在4.6%。

(4)巖石成分成熟度低、填隙物含量高、膠結(jié)物類型致密以及強(qiáng)烈的后生成巖改造作用是導(dǎo)致本區(qū)儲(chǔ)層致密的主要原因。

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