元壩須二段致密砂巖儲(chǔ)層特征及影響因素

姚 勇，謝潤(rùn)成,2，徐 浩，張 沖，吳一凡

(1.成都理工大學(xué)能源學(xué)院，四川成都 610059；2.油氣藏地質(zhì)及開(kāi)發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；3.成都理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院)

元壩須二段致密砂巖儲(chǔ)層特征及影響因素

姚 勇1，謝潤(rùn)成1,2，徐 浩1，張 沖1，吳一凡3

(1.成都理工大學(xué)能源學(xué)院，四川成都 610059；2.油氣藏地質(zhì)及開(kāi)發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；3.成都理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院)

元壩地區(qū)須二段致密砂巖是該區(qū)最主要的產(chǎn)氣層，通過(guò)巖心、薄片、壓汞等資料對(duì)其巖性、物性、儲(chǔ)集空間類(lèi)型及儲(chǔ)層發(fā)育的影響因素進(jìn)行了分析，研究表明須二段儲(chǔ)層致密，整體物性差，儲(chǔ)層主要受到構(gòu)造作用、沉積作用、成巖作用和溶蝕作用的影響，構(gòu)造作用強(qiáng)烈的地方儲(chǔ)層更為發(fā)育、產(chǎn)氣潛力大，陸上沉積部分比水下沉積部分更易形成優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層，成巖作用主要為破壞作用、導(dǎo)致物性變差，溶蝕作用主要產(chǎn)生次生孔隙、改善儲(chǔ)滲性能。

元壩氣田；須二段；儲(chǔ)層特征；致密砂巖；影響因素

元壩氣田位于四川省東北部，構(gòu)造位置在川中平緩構(gòu)造帶、通南巴構(gòu)造帶以及九龍山構(gòu)造帶的相交地帶(圖1)，在燕山期-喜馬拉雅期受到由北向南的擠壓作用，最終在喜馬拉雅晚期形成現(xiàn)今構(gòu)造雛形。須家河組砂巖儲(chǔ)層主要發(fā)育在須二段和須三段中，相對(duì)于須家河組其他層段，須二段物性較好，主要發(fā)育三角洲前緣沉積和濱淺湖沉積，有少量三角洲平原沉積。整個(gè)須二段分為上中下三個(gè)亞段，以砂巖為主，含有少量泥巖，局部可見(jiàn)煤線[1-2]。該區(qū)勘探工作開(kāi)始于20世紀(jì)中期，主要針對(duì)長(zhǎng)興組地層鉆井，對(duì)須家河組地層的研究工作比較少、認(rèn)識(shí)程度還不夠高[3]，當(dāng)前已有研究多在沉積相、儲(chǔ)層特征以及成巖演變過(guò)程方面，對(duì)儲(chǔ)層發(fā)育的影響因素研究還較少。因此，對(duì)儲(chǔ)層特征及發(fā)育影響因素進(jìn)行深入研究將為該區(qū)的油氣開(kāi)發(fā)提供重要依據(jù)。

圖1 元壩地區(qū)構(gòu)造地質(zhì)圖

1 儲(chǔ)層特征

1.1 巖石學(xué)特征

根據(jù)1807個(gè)井下薄片鑒定結(jié)果，須二段巖石類(lèi)型主要為巖屑砂巖和巖屑石英砂巖，其次為長(zhǎng)石巖屑砂巖，含有少量泥巖。碎屑物成分主要為石英、長(zhǎng)石和巖屑。其中，石英含量多為35%～70%，最高92%，最低為5%；長(zhǎng)石含量多為0～8%，最高26%，主要為鉀長(zhǎng)石，其次為斜長(zhǎng)石；巖屑含量多為50%～80%，最高90%，最低6%，主要為碳酸鹽巖和粉砂巖，其次為黏土巖、灰屑、石英砂、千枚巖，偶見(jiàn)噴出巖。砂巖顆粒大小均勻，粒度多為細(xì)-中粒，分選性中等偏好，磨圓度以次棱角狀為主，膠結(jié)類(lèi)型多為孔隙-接觸式膠結(jié)，部分為孔隙式膠結(jié)，接觸關(guān)系主要為點(diǎn)-線式接觸，部分為點(diǎn)式接觸；膠結(jié)物多為方解石，含少量白云石。

1.2 儲(chǔ)集空間類(lèi)型

儲(chǔ)集空間是指儲(chǔ)層中未被固體物質(zhì)所占據(jù)的空間，按孔隙成因和產(chǎn)出狀態(tài)將須二段儲(chǔ)集空間分為原生粒間孔、雜基晶間孔、雜基微孔、粒間溶孔、粒內(nèi)溶孔和裂縫等六大類(lèi)[7]。原生粒間孔孔徑0.03～0.15 mm，平均0.088 mm，孔壁干凈，呈未充填狀，在地層中均勻分布，但分布量較少；雜基晶間孔孔徑0.01～0.02 mm，平均0.014 mm，主要集中在上亞段，溶蝕雜基多為長(zhǎng)石和碎屑物；雜基微孔孔徑0.01～0.05 mm，平均0.018 mm，在上亞段分布均勻，中亞段和下亞段分布不均；粒間溶孔孔徑0.02～0.8 mm，平均0.109 mm，孔隙呈未充填或半充填狀，在地層中均勻分布，填屑物多為黏土礦物；粒內(nèi)溶孔孔徑0.01～0.15 mm，平均0.049 mm，孔隙呈未充填狀，孔壁干凈，在上亞段分布不均，中亞段和下亞段均勻分布；裂縫寬度為0.01～0.05 mm，主要集中在0.01～0.02 mm，多呈未充填或半充填狀。

根據(jù)薄片鑒定資料的統(tǒng)計(jì)和分析，元壩地區(qū)須二段主要為孔隙型儲(chǔ)集層，含部分微裂縫儲(chǔ)集層。孔隙主要為次生孔隙，以粒內(nèi)溶孔為主，占總孔隙類(lèi)型的42.43%，其次為雜基微孔和粒間溶孔，分別占總孔隙類(lèi)型的18.47%和16.37%。微裂縫型儲(chǔ)層主要是未充填縫，對(duì)油氣運(yùn)移提供有效的運(yùn)移通道，但由于受超深、超壓的影響，裂縫寬度較窄，對(duì)油氣的流通性相對(duì)有限。

1.3 物性特征

須二段井下樣品物性統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明：須二段孔隙度最大為15.6%，最小為0.76%，平均4.30%，主要分布在小于5%的區(qū)間內(nèi)；滲透率最大為1.407 7×10-3μm2，最小為0.001 5×10-3μm2，平均0.081 7×10-3μm2主要分布在(0.01～0.1)×10-3μm2區(qū)間內(nèi)，孔滲性質(zhì)差，呈明顯的致密特征(圖2)。

1.4 孔隙結(jié)構(gòu)特征

根據(jù)壓汞數(shù)據(jù)分析[8-10]，須二段樣品Pc10分布范圍0.98～87.90 MPa，平均10.76 MPa；Pc50分布范圍9.60～186.83 MPa，平均57.85 MPa；Rc10分布范圍0.009～0.767 μm，平均0.201 μm；Rc50分布范圍0.004～0.078 μm，平均0.022 μm；分選系數(shù)分布范圍0.36～2.71，平均為1.76；變異系數(shù)分布范圍0.022～0.304，平均0.122；毛細(xì)管壓力曲線形態(tài)偏向右上方，略顯平臺(tái)或無(wú)平臺(tái)，分選差，呈略細(xì)-細(xì)歪度，孔喉大小非均質(zhì)性較強(qiáng)(圖3)。

圖2 須二段孔滲關(guān)系

圖3 須二段毛細(xì)管壓力曲線

2 儲(chǔ)層影響因素分析

2.1 構(gòu)造作用

構(gòu)造作用總體上控制盆地的沉降和隆升，對(duì)沉積也會(huì)造成一定影響。須二段有不同程度的斷層和裂縫發(fā)育，說(shuō)明構(gòu)造作用對(duì)該地區(qū)影響較大。斷層的存在既為油氣聚集成藏的必要通道，也可作為后期油氣滲濾的良好通道；須二段基質(zhì)孔隙度和滲透率雖然很低，但是裂縫的存在使得須二段具有一定的儲(chǔ)滲性。目前測(cè)試見(jiàn)產(chǎn)井主要分布于九龍山南鼻狀構(gòu)造帶、中部向斜帶、東部斷褶帶等三個(gè)區(qū)域(表1)，因?yàn)檫@些區(qū)域構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，產(chǎn)生了大量裂縫，使得油氣能夠更好地運(yùn)移聚集。

2.2 沉積作用

沉積相是沉積環(huán)境的直觀反應(yīng)，控制了砂體的類(lèi)型、厚度、規(guī)模、幾何形態(tài)以及砂體平面和縱向展布的非均質(zhì)性，同時(shí)，還影響了沉積顆粒的粗細(xì)、分選的好壞[11-12]。

表1 不同構(gòu)造部位測(cè)試無(wú)阻流量分布

2.2.1 沉積微相

須二段沉積期主要發(fā)育辮狀河三角洲前緣、濱淺湖沉積以及部分辮狀河三角洲平原沉積，按不同沉積相統(tǒng)計(jì)各井測(cè)井解釋結(jié)果(圖4)，須二段沉積相測(cè)井物性相對(duì)最好的是三角洲平原分流河道，其次是三角洲前緣水下分流河道及殘余河口壩砂體，測(cè)井物性相對(duì)最差的是分流間灣及濱淺湖。

圖4 不同沉積微相物性分布直方圖

2.2.2 砂巖粒度

砂巖的粒度和分選性主要與沉積時(shí)所處沉積環(huán)境和當(dāng)時(shí)的水動(dòng)力條件有關(guān)。水動(dòng)力強(qiáng)則砂巖粒度較粗，分選性也相應(yīng)較好，在沒(méi)有后期改造的情況下，孔隙度和滲透率都應(yīng)較好。不同粒度砂巖物性統(tǒng)計(jì)結(jié)果(表2)表明，須二段儲(chǔ)層中粗砂巖和中砂巖的物性最好，細(xì)砂巖次之，粉砂巖物性相對(duì)最差。因?yàn)榱６容^粗的砂巖相對(duì)于粒度較細(xì)的砂巖來(lái)說(shuō)具有更好的抗壓能力，在壓實(shí)的過(guò)程中能夠比粒度細(xì)的砂巖保存更多的原生孔隙，為后期儲(chǔ)集空間的改造提供了前提條件。

表2 不同粒度物性統(tǒng)計(jì)結(jié)果

2.2.3 碎屑物組分

須二段碎屑物成分主要是石英、長(zhǎng)石和巖屑。在前期壓實(shí)過(guò)程中，長(zhǎng)石和石英由于硬度大，能夠起到支撐巖石骨架的作用，具有較強(qiáng)的抗壓實(shí)能力，其含量越高，在壓實(shí)過(guò)程中就能夠存更多的原生孔隙。但是，這二者對(duì)于后期次生孔隙的形成有不同的作用。在后期溶蝕過(guò)程中，石英較難被溶蝕，若是其含量太高，則不利于次生孔隙的形成。研究層段石英含量小于75%時(shí)，孔隙度是隨石英含量增加而增大的，石英含量大于75%時(shí)，孔隙度的增加幅度相對(duì)減小；而長(zhǎng)石由于相對(duì)不穩(wěn)定，在后期溶蝕過(guò)程中易被溶蝕而形成次生孔隙。研究表明須二段的粒內(nèi)溶孔主要是長(zhǎng)石被溶蝕而產(chǎn)生的。巖屑對(duì)儲(chǔ)層的影響取決于巖屑類(lèi)型，研究層段孔隙度隨巖屑含量增加而減小，這是因?yàn)閹r屑中占了相當(dāng)分量的黏土巖、千枚巖等塑性巖屑容易變形，在壓實(shí)過(guò)程中被擠入孔隙中，從而降低孔隙度，并減少成巖流體運(yùn)移，阻礙次生孔隙的形成。

2.3 成巖作用

2.3.1 壓實(shí)作用

沉積物在沉積以后，隨著地層的下降和上覆地層的增厚，會(huì)經(jīng)歷壓實(shí)作用。在長(zhǎng)期的壓實(shí)過(guò)程中，原生孔隙乃至次生孔隙都將會(huì)遭到嚴(yán)重破壞。經(jīng)過(guò)壓實(shí)，砂巖顆粒間接觸趨于緊密，沉積物中的水分也隨之排出，部分塑性碎屑組分?jǐn)D壓變形填入孔隙，使得原生粒間孔隙體積越來(lái)越小，甚至消失，導(dǎo)致砂巖的儲(chǔ)集性及連通性均變差。

通過(guò)薄片觀察，須二段經(jīng)受中-強(qiáng)壓實(shí)。儲(chǔ)層主要的壓實(shí)現(xiàn)象有：顆粒趨于緊密堆積，具定向性；在砂巖中出現(xiàn)碎屑顆粒點(diǎn)-線接觸，甚至凹凸接觸；片狀黑云母礦物定向排列并且發(fā)生彎曲變形；泥頁(yè)巖屑、變質(zhì)巖屑?jí)簩?shí)變形擠入孔隙，形成假雜基,堵塞孔隙、吼道；多見(jiàn)剛性顆粒破裂，主要為石英、長(zhǎng)石中壓實(shí)微裂紋，而須二段整體上孔隙隨深度的增加而變小，說(shuō)明該區(qū)經(jīng)歷過(guò)較強(qiáng)的壓實(shí)作用。

2.3.2 膠結(jié)作用

碳酸鹽膠結(jié)物在研究層段最常見(jiàn)，對(duì)物性影響較大。通常情況下少量的碳酸鹽膠結(jié)物能抑制壓實(shí)作用，并使得后期溶蝕作用能有更多的作用空間；但碳酸鹽含量過(guò)高，則會(huì)堵塞孔隙和喉道，不利于后期酸性孔隙水對(duì)儲(chǔ)層的改造。本區(qū)碳酸鹽膠結(jié)物含量較高，表現(xiàn)為隨碳酸鹽膠結(jié)物含量增加，儲(chǔ)層物性變差，為晚期碳酸鹽膠結(jié)，主要是充填粒間孔隙和交代其他礦物，使物性變差。硅質(zhì)膠結(jié)主要表現(xiàn)為石英次生加大，加大級(jí)別與深度呈正相關(guān)。本區(qū)的硅質(zhì)膠結(jié)物含量與儲(chǔ)層物性之間的關(guān)系較為復(fù)雜，但主要表現(xiàn)為破壞作用。研究層段黏土礦物主要為伊利石和綠泥石，常見(jiàn)伊利石呈片狀、卷片狀等形態(tài)充填于粒間孔隙中分割儲(chǔ)集空間，使得流體的流動(dòng)通道變得更加迂回曲折，大大降低了巖石的滲透性。此外，薄膜綠泥石對(duì)儲(chǔ)層物性起到雙重作用：成巖早期薄膜綠泥石可以增強(qiáng)砂巖顆粒的抗壓實(shí)性，有利于粒間孔的保存[13-14]，但是，由于其沿顆粒表面生長(zhǎng)，占據(jù)石英次生加大基底，從而抑制石英次生加大，在一定程度上影響了次生孔隙的形成。

2.4 溶蝕作用

成巖晚期的溶蝕作用對(duì)次生孔隙的形成起著至關(guān)重要的作用，往往能決定儲(chǔ)層的發(fā)育。研究區(qū)須二段中長(zhǎng)石和巖屑分別占碎屑總量的0～8%和50%～80%，二者都易被有機(jī)質(zhì)演化過(guò)程中產(chǎn)生的有機(jī)酸和二氧化碳等酸性水溶液溶蝕，并產(chǎn)生次生孔隙，增加儲(chǔ)集空間，不同程度地改變儲(chǔ)層的孔喉結(jié)構(gòu)。須二段作為以次生孔隙為主要孔隙類(lèi)型的儲(chǔ)層，次生孔隙占所有儲(chǔ)集空間的80.69%，因此，溶蝕作用就成為了控制其儲(chǔ)層發(fā)育的最關(guān)鍵因素。

3 結(jié)論

(1)元壩地區(qū)須二段儲(chǔ)層以巖屑砂巖、巖屑石英砂巖為主，長(zhǎng)石巖屑砂巖次之，整體物性差，主要為一套低孔低滲致密砂巖孔隙型儲(chǔ)層，儲(chǔ)集空間主要為次生孔隙。

(2)儲(chǔ)層發(fā)育主要受構(gòu)造作用、沉積作用、成巖作用和溶蝕作用的影響，構(gòu)造作用強(qiáng)烈的地方儲(chǔ)層更為發(fā)育，測(cè)試產(chǎn)量大。沉積作用控制儲(chǔ)層的空間分布，在陸上部分儲(chǔ)層的物性好于水下部分，更易形成優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層；成巖作用總體上破壞物性，導(dǎo)致物性變差； 溶蝕作用產(chǎn)生大量次生孔隙，是該區(qū)形成儲(chǔ)層最為重要的正面影響因素。

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編輯：吳官生

1673-8217(2015)03-0031-04

2015-01-17

姚勇，1989年生，2013年畢業(yè)于成都理工大學(xué)石油工程專業(yè)，在讀碩士研究生，研究方向：油氣田開(kāi)發(fā)。

國(guó)家自然科學(xué)基金(41202096)資助。

TE112.23

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