姬塬地區長9油層組儲層成巖作用特征與孔隙演化定量評價

2016-06-25 07:10:30陳淑娜劉翰林田景春范立勇

石油地質與工程 2016年1期

陳淑娜,劉翰林，田景春,范立勇

(1.成都理工大學沉積地質研究院，四川成都 610059；2.西安石油大學地球科學與工程學院；3.中國石油長慶油田分公司勘探開發研究院)

陳淑娜1,劉翰林2，田景春1,范立勇3

(1.成都理工大學沉積地質研究院，四川成都 610059；2.西安石油大學地球科學與工程學院；3.中國石油長慶油田分公司勘探開發研究院)

摘要：運用鑄體薄片、掃描電鏡、壓汞分析等測試分析方法，對鄂爾多斯盆地姬塬地區三疊系延長組長9油層組儲層成巖作用及孔隙演化進行定量研究。研究表明：姬塬地區長9儲層主要以巖屑長石砂巖、長石巖屑砂巖和長石砂巖為主，殘余粒間孔發育；砂巖儲層經歷了復雜的成巖作用，其中，壓實作用使孔隙度減小10.8% ～ 14%，平均降低13.1%；膠結作用和交代作用使孔隙度損失11.4% ～ 17.2%，平均損失為 12.8%；而溶蝕作用使孔隙度增加1.9% ～7.2%，平均增加 2.87%。現今儲層的孔隙度約為15%，具有良好的孔滲能力。

關鍵詞：鄂爾多斯盆地；姬塬地區；儲層特征；孔隙演化；長9油層組

姬塬地區處于鄂爾多斯盆地西北部，區域上橫跨天環坳陷東部及陜北斜坡西緣兩個構造單元。區內延長組自下而上劃分出10個油層組，長9油層組處于延長組發育早期，經歷了湖泊初始坳陷和穩定沉降的演化過程[1-2]。該時期西北部鹽定三角洲與東北部的安邊三角洲在此交匯，研究區受古水流和物源的影響，砂體延伸方向總體沿北西和北東兩個方向展布[2-3]，發育三角洲平原亞相沉積[4]。近年來，隨著勘探開發的突破，對于該地區的研究，前人的工作主要集中在物源、沉積環境和沉積相以及油氣成藏規律研究方面，對儲層成巖作用的的定量研究還沒有進行細致的分析。本文運用鑄體薄片、掃描電鏡和物性分析等方法，對姬源油田長9油層組儲層砂巖所經歷的成巖作用及孔隙演化特征進行研究，以期為該地區油氣勘探提供有益的借鑒。

1儲層巖石學特征

依據35口鉆井200塊薄片組分統計，采用曾允孚(1986)砂巖分類方案，結果表明，姬塬地區長9儲層巖石類型主要屬于長石巖屑砂巖、巖屑長石砂巖和長石砂巖(圖1)，且長石含量可達35%。

1.1碎屑組分特征

姬塬地區的西北區即靈武-鹽池地區的物源來自阿拉善古陸，東北區即安邊地區的物源來自陰山古陸[5]。受不同物源區的影響，兩地區的巖石類型及其組分表現出一定的差異，如表1所示。

圖1　姬塬地區長9儲層巖石類型三角端元投影圖

西北靈武-鹽池地區的儲集砂巖中石英平均含量約31.4%，巖屑平均含量為22.3%，含少量長石砂巖，巖屑以變質巖屑和火成巖巖屑為主，沉積巖屑少見；而東北安邊地區砂巖中石英平均含量為25.5%，巖屑平均含量為27.2%，含少量巖屑砂巖，巖屑主要是變質巖巖屑和云母碎屑。

1.2填隙物特征

研究區內長9砂巖儲集層填隙物以硅質、綠泥石、水云母、方解石和鐵方解石為主，濁沸石和長石質次之，含少部分的高嶺石、網狀黏土和凝灰質等。

填隙物各組分的含量在西北部和東北部的分布亦表現出一定的分區性，如表2所示。

表1　姬塬地區長9儲層碎屑組分含量統計　　　　　　　　　　　　　　%

表2　姬塬地區長9儲層填隙物組分統計　　　　　　　　　　　　　　%

1.3砂巖結構特征

西北靈武-鹽池地區距物源區近，離阿拉善古陸100～120 km，東北安邊地區距物源區遠，離陰山古陸300～400 km，由于距古陸遠近的不同，西北區比東北區的砂巖結構更粗，砂體更厚、更寬，透鏡狀儲集砂體更大，因此西北區比東北區的長9砂巖儲集層更發育。

通過長9儲層的粒度概率曲線圖(圖2)可以看出，研究區長9砂巖以中-粗粒、中粒砂巖為主，部分夾含礫粗砂巖。砂巖分選中等，多為棱角狀，以點-線及線狀接觸關系為主，以孔隙-薄膜膠結類型為主，還有少量的加大型和壓嵌型。砂巖的結構成熟度中等。

圖2　定38井長9儲層粒度概率累積曲線

2儲層物性特征

2.1孔隙度和滲透率特征

研究區與延長組地層相關的鉆井有45口，對其相應的2227個巖心樣本進行對比分析，同時剔除個別可能因裂縫導致的滲透率極高值，其結果如表3所示，可以看出長9油層組的中上部分即長91段比其下部的長92段物性偏好，這也是目前長91段為主力油層組的原因。

表3　姬塬地區長91、92段砂巖孔滲特征

2.2孔隙度和滲透率相關性

由孔滲關系圖上可見(圖3)，長91、長92孔滲關系良好，滲透率隨孔隙度的增加而增加，這與該區具有利于形成儲層的巖性和利于提高孔滲能力的粗顆粒密切相關。

3儲層成巖作用特征

巖心觀察、鑄體薄片、掃描電鏡等資料的分析結果表明，姬塬地區長9儲集砂體在成巖過程中發生了壓實作用、膠結作用、溶蝕作用和交代重結晶等各種成巖作用。成巖作用對儲層物性的影響既有建設性，又有破壞性雙重性影響[6]。

圖3　姬塬地區長9油層組孔滲關系

壓實作用是研究區長9砂巖原生孔隙度降低、孔隙結構變差的主要因素之一，較強的壓實作用使得區內砂巖顆粒之間以點-線及線狀接觸為主。

膠結作用是研究區長9砂巖孔隙度和滲透率降低的主要原因之一。長9砂巖中的膠結物主要有綠泥石、水云母、濁沸石和硅質膠結物，還有方解石和鐵方解石等碳酸鹽礦物等，另外次生石英加大和粒間硅質充填物較發育，少量高嶺石和長石質膠結物，偶見凝灰質膠結物等。膠結物類型多樣，彼此之間的關系錯綜復雜，體現了復雜的成巖作用過程。

溶蝕作用是長9儲集砂巖次生孔隙形成的主要成巖作用。長9砂巖儲集層被溶解的物質主要是長石和巖屑，濁沸石的溶蝕現象在某些層段較發育。溶蝕作用有效改善了儲集層的孔滲性能，利于有效儲層的形成。

交代作用在研究區內較普遍，如含鐵方解石呈連晶狀充填孔隙并交代碎屑，自生綠泥石沿顆粒表面垂直生長形成顆粒包殼，硅質以長石、石英加大邊為主，部分沿孔隙壁呈自形石英、長石微晶狀生長等。總體來說，交代作用對儲層孔滲性能表現出了破壞性的一面[7]。

4孔隙演化定量評價

4.1孔隙類型及面孔率

對于研究區內長9油層組的砂巖儲集層來說，殘余粒間孔是主要的孔隙類型，溶蝕孔次之。其中溶蝕孔隙類型有長石溶孔、巖屑溶孔、濁沸石溶孔，還有少量晶間孔、微裂縫等(表4)。

長9儲層孔隙類型和面孔率在西北區靈武-鹽池地區和東北安邊地區的分布亦具有不同特征，這主要是由于物源和沉積環境的影響作用不同而導致的。沉積物顆粒的平均粒徑在西北區比東北區偏大，而填隙物的總體含量在西北區又比東北區偏低，這樣以來西北區的殘余粒間孔就比東北區更發育，面孔率也相對更高。雖然長9砂巖儲層整體面孔率較低，但在峰2井、峰6井、元153井、虎1井等井區仍存在面孔率大于10%的局部高孔隙發育區。

表4　姬塬地區延長組長9儲層孔隙類型及面孔率統計　　　　　　　　　　　%

4.2孔隙演化定量評價

在埋藏成巖階段, 各種成巖作用是孔隙演化過程中的主控因素，同時沉積物自身又影響著成巖作用的進展[8]。此次研究中，依據研究區內16塊有對應物性數據的長9砂巖薄片資料，計算出了該區儲集砂巖的孔隙演化結果。

4.2.1 恢復初始孔隙度

依據薄片粒度資料，應用R.Sneider的初始孔隙度圖解法[9]求得的長9砂巖的初始孔隙度φ1為37%～39%，平均為38%(表5)。

4.2.2 壓實作用后的孔隙度

在機械壓實過程中，原有的孔隙率部分被壓實，部分被保存在早期膠結物中，部分保留下至今，即殘余粒間孔。因此壓實后的孔隙度φ2就由殘余粒間孔和早期膠結作用保存的孔隙這兩部分組成[9]，φ2可依據以下公式求得：

表5　姬塬地區長9砂巖初始孔隙度統計

(1)

φcomp=φ1-φ2

(2)

式中，φ2為壓實作用后的孔隙度；φ1為初始孔隙度；P1為殘余粒間孔面孔率；Pcem為膠結物溶孔面孔率；Pt為總面孔率；Pm為巖心分析孔隙度；W為膠結物的質量分數。φcomp為壓實損失孔隙度。計算結果表明，長9沉積期姬塬地區計算求得的因壓實、壓溶作用減少的孔隙度為10.8%～14.0%，平均13.1%。

4.2.3 膠結和交代作用損失的孔隙度

膠結作用過程中，膠結物充填于部分粒間孔和

早期溶孔中。通常情況下，膠結作用損失的孔隙度可認為約等于膠結物的含量，這樣的話，在壓實作用和膠結交代作用之后的砂巖孔隙度φ3即可認為相當于目前剩余粒間孔的孔隙度。

(3)

φcem=φ2-φ3

(4)

式中，φ3為經歷壓實、膠結作用后的孔隙度；φcem為膠結作用后損失的孔隙度。長9期姬塬地區膠結交代作用損失孔隙度(鈣質砂巖除外)在11.4%～17.2%，平均12. 8%。

4.2.4 溶蝕作用增加的孔隙度

研究區儲集砂巖中的次生孔隙在溶蝕過程中大量地形成，進而提高了儲層的孔隙度，使得儲層物性變好。這里所增加的次生孔隙度等于保留到現今的次生孔隙度。增加后的孔隙度φ4即為現存的溶蝕孔孔隙度，計算公式如下：

(5)

式中，φ4為溶蝕作用后增加的孔隙度；P2為粒內溶孔面孔率；P3為粒間溶孔面孔率。經計算，長9期姬塬地區溶蝕作用增加的孔隙度一般在1.9%～7.2%，平均為2.87%。

4.2.5 孔隙演化分析

通過4.2.1～4.2.4所展示的計算過程。計算出了研究區未固結砂巖的初始孔隙度為38.0%，經過壓實作用后減少到24.9%，膠結作用后又減少到12.1%，而后經溶蝕作用增加到現今的孔隙度約為15.0%，最終的結果使得研究區儲層擁有了良好的孔滲能力(表6)。

表6　姬塬地區延長組長9儲層組孔隙演化數據

5結論

長9儲層砂巖類型主要為長石巖屑砂巖、巖屑長石砂巖和長石砂巖；長91段的物性整體上優于長92段，且長91段、長92段的孔滲相關性均好。長9儲層主要經歷了壓實、膠結、溶蝕和交代等成巖作用，區內殘余粒間孔發育，溶蝕孔次之。孔隙度經歷了因壓實和膠結過程而降低、因溶蝕而升高的演化過程，其中，壓實作用使孔隙度平均降低13.1%；膠結作用和交代作用使孔隙度損失平均損失為12.8%；而溶蝕作用使孔隙度平均增加2.87% ，最終使得現今研究區內長9儲層具有較好的孔滲性能。

參考文獻

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編輯：吳官生

文章編號：1673-8217(2016)01-0052-04