鄂爾多斯盆地R地區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層成巖演化與孔隙特征研究

趙 棟，魏小龍，李耀龍，袁義東

(1.西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系·大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西西安 710069；2.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司長(zhǎng)慶實(shí)業(yè)集團(tuán)有限公司)

鄂爾多斯盆地R地區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層成巖演化與孔隙特征研究

趙 棟1，魏小龍1，李耀龍2，袁義東1

(1.西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系·大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西西安 710069；2.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司長(zhǎng)慶實(shí)業(yè)集團(tuán)有限公司)

借助陰極發(fā)光、SEM、X衍射、鑄體薄片、壓汞等測(cè)試分析技術(shù)，探討了鄂爾多斯盆地R地區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層砂巖成巖演化序列、成巖相、微觀孔隙特征，結(jié)果表明：發(fā)育于三角洲平原的長(zhǎng)6儲(chǔ)層，巖性以細(xì)粒長(zhǎng)石砂巖為主，先后經(jīng)歷了壓實(shí)、膠結(jié)、溶蝕等成巖作用，處于中成巖晚期階段，其中膠結(jié)作用對(duì)儲(chǔ)層物性破壞顯著，是儲(chǔ)層致密的主要原因；結(jié)合沉積環(huán)境及孔隙特征將成巖作用劃分為5種成巖相，長(zhǎng)6儲(chǔ)層原生殘余粒間孔與次生溶蝕孔混合發(fā)育，平均孔隙度6.71%，平均滲透率0.46×10-3μm2，儲(chǔ)層均質(zhì)性較強(qiáng)，屬特低孔特低滲儲(chǔ)層；在孔隙演化過程中，機(jī)械壓實(shí)、膠結(jié)作用對(duì)儲(chǔ)層物性起破壞作用，溶蝕作用則對(duì)儲(chǔ)層物性起改善作用。

鄂爾多斯盆地；長(zhǎng)6儲(chǔ)層；成巖演化；成巖相；孔隙特征

鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組儲(chǔ)集層成巖演化和物性分析是當(dāng)前油氣地質(zhì)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)[1]。R地區(qū)地處陜北子長(zhǎng)縣境內(nèi)，構(gòu)造上處于伊陜斜坡東區(qū)中段，地層連續(xù)沉積且未見斷層發(fā)育[2]；發(fā)育于三角洲平原的長(zhǎng)6油層組是該區(qū)主力開發(fā)層系之一，但孔滲參數(shù)、含油飽和度均較低，是典型的非常規(guī)巖性油藏(圖1)。

前人已對(duì)該區(qū)長(zhǎng)2儲(chǔ)層成巖演化以及孔隙特征進(jìn)行了一定研究，認(rèn)為壓實(shí)作用是造成原始孔隙損失的主要因素[3]，但并未對(duì)該區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層進(jìn)行系統(tǒng)研究，從而制約了對(duì)R區(qū)油藏的整體認(rèn)知與評(píng)價(jià)。本文通過陰極發(fā)光、SEM、X衍射、鑄體、壓汞等技術(shù)手段對(duì)長(zhǎng)6儲(chǔ)層砂巖成巖階段、微觀孔喉特征進(jìn)行探討，以期對(duì)油田下一步精細(xì)開發(fā)部署及挖潛提供一定的參考作用。

1 成巖作用

1.1 長(zhǎng)6儲(chǔ)層巖石學(xué)特征

受控于三角洲沉積和北方陰山古陸物源的共同作用，長(zhǎng)6儲(chǔ)層巖性以中砂質(zhì)細(xì)粒長(zhǎng)石砂巖為主，長(zhǎng)石平均含量接近60%；石英平均含量接近25%；巖屑平均含量占4.78%(圖2)。巖石結(jié)構(gòu)偏細(xì)粒，粒徑0.18～0.46 mm，分選性中等-好；點(diǎn)-線接觸，次棱狀磨圓，礦物成熟度低，在顆粒之間可見孔隙式、加大式膠結(jié)[3-4]。

1.2 主要成巖作用

1.2.1 壓實(shí)作用

早期機(jī)械壓實(shí)可以導(dǎo)致巖石原生粒間孔急劇減少，有效儲(chǔ)集空間大范圍喪失[5]。本套砂巖經(jīng)歷了中等強(qiáng)度的機(jī)械壓實(shí)，在薄片中可見柔性礦物受壓產(chǎn)生明顯形變，雜亂分布；長(zhǎng)石、石英等硅質(zhì)剛性礦物顆粒發(fā)生定向排列甚至產(chǎn)生機(jī)械斷裂。鏡下進(jìn)一步計(jì)算表明，95%以上的碎屑顆粒呈點(diǎn)-線接觸，而凹凸接觸和縫合線接觸則很少發(fā)育，這就說明機(jī)械壓實(shí)并不充分，遠(yuǎn)未進(jìn)入壓溶作用階段，骨架礦物之間仍保留有一定量的原生粒間孔隙；而從成巖階段考量，該套砂巖未進(jìn)入晚成巖階段。

1.2.2 膠結(jié)作用

膠結(jié)作用是R區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層孔滲降低、物性變差的直接原因，其中碳酸鹽膠結(jié)最為顯著，對(duì)儲(chǔ)集空間的破壞也最為嚴(yán)重，隨后是黏土膠結(jié)，而硅質(zhì)膠結(jié)在該區(qū)較為少見。

(1)碳酸鹽膠結(jié)作用。陰極發(fā)光證實(shí)方解石是是本區(qū)最發(fā)育的碳酸鹽膠結(jié)物(圖3)，白云石膠結(jié)次之。膠結(jié)方式多為孔隙式充填，其次為薄膜-孔隙式，根據(jù)自生礦物晶體大小，前者又以嵌晶式和微晶式充填為主[6-8]。

圖1 研究區(qū)長(zhǎng)6地層綜合柱狀圖

圖2 R區(qū)長(zhǎng)6巖石類型三角圖

圖3 方解石膠結(jié)

區(qū)內(nèi)碳酸鹽膠結(jié)物形成于晚成巖階段，并未發(fā)生有效的溶蝕作用，使得膠結(jié)物占據(jù)了大量?jī)?chǔ)集空間，砂巖儲(chǔ)層有效孔隙度進(jìn)一步降低，滲透層逐漸演變?yōu)橹旅軐樱瑑?chǔ)層性能被極大破壞，這正是本區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層有效孔隙損失的主要原因。

(2)黏土礦物膠結(jié)作用。X射線全巖衍射結(jié)果表明，伊利石、伊/蒙(I/S)混層、綠泥石、高嶺石為該區(qū)常見的黏土礦物(表1)，膠結(jié)方式以孔隙式膠結(jié)和薄膜式膠結(jié)為主。

表1 R區(qū)長(zhǎng)6油層組主要黏土礦物含量統(tǒng)計(jì)

受物源與河道變遷演化影響，本套砂巖中黏土礦物的一般都具有較好的晶形，掃描電鏡下可見附著于骨架礦物表面呈針狀、花瓣?duì)畹淖陨G泥石薄膜，厚度3 μm左右(圖4)；另一種主要黏土礦物伊利石則呈發(fā)散狀或絲發(fā)狀充填于孔隙之中。這兩種黏土礦物在孔隙中呈樹枝狀交錯(cuò)分布，不斷分割大孔隙形成小孔隙，加劇孔隙結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度，降低有效孔隙度，同時(shí)造成儲(chǔ)層出現(xiàn)水敏與速敏現(xiàn)象，嚴(yán)重制約后期注水開發(fā)。此外，固結(jié)的伊蒙混層可在孔隙喉道處形成黏土橋，直接造成孔隙堵塞，或者充填孔隙，導(dǎo)致孔隙度再一次降低[9-10]。

黏土膠結(jié)對(duì)于儲(chǔ)層物性而言，也并非只有一無是處的負(fù)面影響，黏土膜可以在長(zhǎng)英質(zhì)顆粒表面形成薄層保護(hù)膜，有效阻止硅質(zhì)膠結(jié)的發(fā)生[11]。與此同時(shí)，黏土膜在一定程度上增強(qiáng)了砂巖的抗壓實(shí)能力，能夠保護(hù)原生孔隙不被破壞殆盡，從而形成殘余粒間孔，為隨后有機(jī)酸流體注入和流動(dòng)創(chuàng)造有利條件。

圖4 長(zhǎng)石溶孔膠結(jié)綠泥石

1.2.3 溶蝕作用

砂巖中的礦物顆粒、雜基、膠結(jié)物在正常沉積埋深后都會(huì)發(fā)生溶蝕作用，甚至全部溶解，并形成多種類型的次生溶蝕孔隙，從而增大有效儲(chǔ)集空間，改善儲(chǔ)層物性[12-14]。

在成巖作用中后期，隨有機(jī)質(zhì)埋深與熱演化程度不斷提高，脫羚基作用產(chǎn)生的有機(jī)酸逐漸開始溶蝕硅質(zhì)礦物顆粒表面，進(jìn)而形成粒內(nèi)溶孔與粒緣溶孔，這些溶蝕孔不僅顯著增加了長(zhǎng)石溶孔的面孔率，也可以使儲(chǔ)層物性得到積極有效的改善。然而本區(qū)儲(chǔ)層砂巖埋深較淺，早期壓溶作用并未發(fā)生，膠結(jié)作用已到成巖作用晚期，溶蝕作用也不甚強(qiáng)烈，因而對(duì)儲(chǔ)層物性的改善極為有限，僅在部分長(zhǎng)石表面觀察到溶蝕孔(圖5)。

圖5 長(zhǎng)石溶孔

1.3 成巖序列與成巖階段

1.3.1 成巖序列

綜合分析鏡下各類成巖現(xiàn)象及次生溶蝕孔隙發(fā)育程度，初步推斷R區(qū)長(zhǎng)6砂巖的成巖序列如下：早期埋深發(fā)生簡(jiǎn)單機(jī)械壓實(shí)→原生孔隙水在排出的過程中形成黏土膠結(jié)附著于骨架礦物表面→原生孔隙水中的Ca2+逐漸析出結(jié)晶形成方解石膠結(jié)→有機(jī)質(zhì)熱演化形成的有機(jī)酸注入剩余粒間孔→硅質(zhì)(長(zhǎng)石)顆粒被有機(jī)酸溶蝕出現(xiàn)溶蝕孔→少量硅質(zhì)(石英)表面形成次生加大→石油侵位→鐵方解石沉淀析出充填長(zhǎng)石溶孔→Ca2+、Mg2+進(jìn)一步析出沉淀形成白云石→晚期白云石交代方解石。

1.3.2 成巖階段

根據(jù)自生礦物、黏土礦物、Ro等指標(biāo)，把碎屑巖的成巖階段劃分為同生，早、中、晚成巖及表生五大成巖階段[15-16]。R區(qū)長(zhǎng)6砂巖儲(chǔ)層的成巖階段處于中成巖階段晚期，理由如下：①長(zhǎng)6碎屑巖的Ro0.7%～0.9%，Tmax在450 ℃左右，屬于成熟階段；②I/S混層中的S含量小于15%，是固結(jié)狀的有序混帶；③砂巖遭受了較強(qiáng)的機(jī)械壓實(shí)改造，但未進(jìn)入壓溶階段；④砂巖膠結(jié)作用顯著，以碳酸鹽膠結(jié)為主；⑤溶蝕作用不顯著，僅在少量長(zhǎng)石表面見溶蝕孔。

1.4 成巖相劃分

(1)機(jī)械壓實(shí)成巖相。在分流河道、間灣等水體較深的環(huán)境中，還未固結(jié)的河道砂體隨埋深極易發(fā)生機(jī)械壓實(shí)，壓縮儲(chǔ)集空間，破壞儲(chǔ)層物性。

(2)高嶺石、伊利石膠結(jié)成巖相。R區(qū)高嶺石、伊利石通常賦存于骨架礦物之間的孔隙中，進(jìn)而形成孔隙式膠結(jié)、網(wǎng)格化孔隙，對(duì)儲(chǔ)層物性起破壞作用。這種成巖相多發(fā)育在水動(dòng)力較弱、泥質(zhì)含量較高的三角洲平原分流間灣相帶。

(3)綠泥石膠結(jié)成巖相。綠泥石一般以薄膜的形式膠結(jié)于礦物顆粒表面，綠泥石薄膜的存在一定程度上抑制了硅酸鹽礦物的自生加大，使原生粒間孔得以保存。這種成巖相通常發(fā)育在分流河道下部的儲(chǔ)集層中。

(4)碳酸鹽膠結(jié)成巖相。碳酸鹽膠結(jié)物通常充填與于孔隙之間，形成孔隙式膠結(jié)，至成巖階段中后期，大范圍分布的碳酸鹽膠結(jié)物嚴(yán)重堵塞有效孔隙，對(duì)R區(qū)儲(chǔ)層影響十分顯著。這種成巖相一般發(fā)育在水動(dòng)力較強(qiáng)的三角洲平原分流河道砂體中。

(5)長(zhǎng)石溶蝕成巖相。長(zhǎng)石作為R區(qū)的主要造巖礦物廣泛發(fā)育于長(zhǎng)6砂巖中，在成巖階段后期與有機(jī)酸發(fā)生溶蝕作用，形成溶蝕孔，對(duì)儲(chǔ)層物性有一定改善作用，但不甚明顯。這類成巖相一般發(fā)育在砂體較厚的分流河道砂體中。

綜上所述，水動(dòng)力較弱、泥質(zhì)含量較高的三角洲平原分流間灣主要發(fā)育高嶺石、伊利石膠結(jié)成巖相；水動(dòng)力較強(qiáng)，厚層砂體發(fā)育的三角洲平原分流河道主要發(fā)育綠泥石膠結(jié)成巖相、碳酸鹽膠結(jié)成巖相以及長(zhǎng)石溶蝕相；機(jī)械壓實(shí)相則在三角洲分流河道、間灣均有發(fā)育。

2 孔隙特征

2.1 孔隙構(gòu)成特征

不同的信用評(píng)價(jià)模型在制定模型參數(shù)時(shí)，參考的數(shù)據(jù)、計(jì)算的方法都有不同，得出的客戶信用評(píng)分存在差異。不同的信用評(píng)分對(duì)應(yīng)不同的信用評(píng)級(jí)，企業(yè)可以對(duì)多個(gè)評(píng)分結(jié)果對(duì)客戶信用進(jìn)行綜合分析，結(jié)合客戶實(shí)際情況，得出與客戶信用相吻合的信用評(píng)級(jí)。根據(jù)信用等級(jí)判斷客戶的還款能力，對(duì)他的賒銷額度進(jìn)行劃定。

根據(jù)壓汞、鑄體、SEM等技術(shù)資料分析認(rèn)為，長(zhǎng)6砂巖儲(chǔ)層為顆粒支撐、孔隙式膠結(jié)，有效儲(chǔ)集空間為殘余的原生粒間孔和次生溶蝕孔，未見裂縫發(fā)育(圖6)。其中粒間孔占總面孔率的40%～57%，平均為50%，平均孔徑0.2 mm。溶蝕溶孔以長(zhǎng)石溶孔為主，平均占面孔率的23%，巖屑溶孔平均占面孔率的15%。

圖6 碎屑顆粒殘余粒間孔與長(zhǎng)石溶孔

2.2 孔隙物性特征

收集了40余塊巖樣進(jìn)行壓汞實(shí)驗(yàn)，分別測(cè)定了巖石的排驅(qū)壓力、歪度等6項(xiàng)孔滲參數(shù)(表2)。

表2 R區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層壓汞數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

綜合分析壓汞數(shù)據(jù)認(rèn)為，該套儲(chǔ)層排驅(qū)壓力較高，最大孔喉半徑較小，各項(xiàng)參數(shù)整體上變化不大，孔隙結(jié)構(gòu)均質(zhì)性較強(qiáng)，毛管壓力曲線呈粗歪型，分選較好-中等。

另外，區(qū)內(nèi)400余塊樣品資料統(tǒng)計(jì)計(jì)算結(jié)果表明，長(zhǎng)6儲(chǔ)層孔隙度下限為0.69%，平均為6.71%；滲透率為(0.06～0.50)×10-3μm2，平均0.46×10-3μm2，范圍變化較大。參照石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)儲(chǔ)集層的分類，認(rèn)為R區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層屬于特低孔特低滲儲(chǔ)層。

2.3 成巖作用對(duì)孔隙特征的影響

在初始埋深與機(jī)械壓實(shí)共同作用下，骨架礦物顆粒受壓定向排列，巖石原生粒間孔隙開始減少并排出孔隙流體，而后Mg2+、Fe2+、Ca2+等離子相繼析出沉淀，逐漸形成黏土膠結(jié)與碳酸鹽膠結(jié)堵塞孔隙，致使原生粒間孔幾近殆盡，孔隙度也隨之急劇降低，直至有機(jī)質(zhì)演化形成的有機(jī)酸注入殘余粒間孔溶蝕礦物顆粒，形成次生長(zhǎng)石溶孔，物性才得以改善；然而“好景不長(zhǎng)”，伴隨著有機(jī)酸對(duì)鋁硅酸鹽礦物的持續(xù)溶蝕，pH值逐漸升高，加之黏土礦物轉(zhuǎn)化作用生成的Fe3+、Ca2+持續(xù)析出，新沉淀的鐵方解石膠結(jié)物充填于長(zhǎng)石溶孔之中，導(dǎo)致有效孔隙二次損失，物性變差，直至致密。

另一方面，擬合結(jié)果表明長(zhǎng)6儲(chǔ)層孔滲相關(guān)性較差，數(shù)據(jù)點(diǎn)群帶較寬(圖7)，這就說明儲(chǔ)層孔隙具有次生成因的特點(diǎn)，即原生孔與次生孔混合發(fā)育。

圖7 R區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層孔隙度-滲透率相關(guān)關(guān)系

總的來說，高孔滲區(qū)砂巖主要發(fā)育在主河道中，初始原生孔隙度較高，但因受到機(jī)械壓實(shí)和強(qiáng)烈膠結(jié)的共同影響，巖石孔、滲參數(shù)大大降低(表3)；加之成巖后期的溶蝕作用總體相對(duì)較弱，對(duì)儲(chǔ)層的改造不明顯，致使本區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層成為低滲、特低滲的差儲(chǔ)層[17-20]。

表3 R區(qū)長(zhǎng)61～長(zhǎng)64儲(chǔ)層孔隙度、滲透率演化

3 結(jié)論

(1)R地區(qū)儲(chǔ)層巖性以細(xì)粒長(zhǎng)石砂巖為主，分選好磨圓差，結(jié)構(gòu)成熟度高，礦物成熟度低。

(2)儲(chǔ)層砂巖先后經(jīng)歷了簡(jiǎn)單機(jī)械壓實(shí)、強(qiáng)烈膠結(jié)作用和有限的溶蝕作用；其中膠結(jié)作用對(duì)儲(chǔ)層物性破壞極為顯著；成巖階段處于中成巖晚期。

(3)結(jié)合沉積環(huán)境及孔隙特征將成巖作用劃分為5種成巖相：其中機(jī)械壓實(shí)、綠泥石膠結(jié)、碳酸鹽膠結(jié)、長(zhǎng)石溶蝕成巖相發(fā)育在分流河道微相中；機(jī)械壓實(shí)成巖相與高嶺石、伊利石膠結(jié)成巖相則發(fā)育于分流間灣微相中。

(4)儲(chǔ)集層殘余原生粒間孔與次生溶蝕孔混合發(fā)育，結(jié)構(gòu)均質(zhì)性好，平均孔隙度為6.71%，平均滲透率為0.46×10-3μm2，屬特低孔特低滲儲(chǔ)層；在孔隙演化過程中，機(jī)械壓實(shí)、膠結(jié)作用對(duì)儲(chǔ)層物性起破壞作用，溶蝕作用則對(duì)儲(chǔ)層物性起改善作用。

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[20] 王瑞飛,陳明強(qiáng),孫衛(wèi).鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組超低滲透砂巖儲(chǔ)層微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征研究[J].地質(zhì)論評(píng),2008,54(2):270-277.

編輯：韓玉戟

1673-8217(2017)01-0034-05

2016-08-23

趙棟，在讀碩士研究生，1991年生，2014年畢業(yè)于西安石油大學(xué)資源勘查工程專業(yè)，主要從事油氣成藏研究。

國(guó)家自然科學(xué)基金(41372129)；中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局“非常規(guī)能源礦產(chǎn)調(diào)查評(píng)價(jià)”項(xiàng)目(12120113040700)。

TE112.23

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