板橋合水地區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層成巖作用及其對(duì)物性的影響

屈 濤，蔡進(jìn)添，張 杰

鄂爾多斯盆地中的三疊系延長(zhǎng)組目前是長(zhǎng)慶油田研究的熱點(diǎn)層系以及主要的產(chǎn)油場(chǎng)所之一，其中位于鄂爾多斯盆地西南部的板橋合水地區(qū)已成為近年來(lái)油氣勘探開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)區(qū)域。板橋合水地區(qū)長(zhǎng) 6儲(chǔ)層作為該地區(qū)主力油層組，雖然部分探井有較好的油氣顯示，但整體仍然沒(méi)有取得較大突破。板橋合水地區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層物性差，成巖作用復(fù)雜、非均質(zhì)性強(qiáng)，嚴(yán)重制約了油氣開(kāi)發(fā)[1–4]。

儲(chǔ)層的物性主要通過(guò)巖石儲(chǔ)集空間和滲流能力表征，而儲(chǔ)集空間和滲流能力都與成巖作用緊密相關(guān)，成巖作用是影響儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間以及油氣運(yùn)輸效率的主要因素。本文在前人對(duì)該地區(qū)儲(chǔ)層研究的基礎(chǔ)上，以巖石學(xué)特征為基礎(chǔ)，運(yùn)用鑄體薄片、X–衍射等實(shí)驗(yàn)手段，圍繞成巖作用類型分析其對(duì)物性的影響，為尋找相對(duì)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層提供借鑒。

1 儲(chǔ)層巖石學(xué)特征

板橋合水地區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層砂巖碎屑成分主要是石英和長(zhǎng)石，石英含量15.0%～84.1%、平均含量41.0%，長(zhǎng)石含量8.0%～55.0%、平均含量22.0%，巖屑含量4.1%～36.0%、平均含量為 17.0%。研究區(qū)的巖石類型主要為巖屑質(zhì)長(zhǎng)石砂巖，其次有少量的長(zhǎng)石砂巖[5]（圖 1）。研究區(qū)填隙物種類多但主要以伊利石（7.33%）、綠泥石（0.70%），鐵方解石（2.63%）、鐵白云石（1.97%）以及硅質(zhì)（1.33%）為主（圖2）。砂巖碎屑顆粒粒度主要為細(xì)砂–極細(xì)砂巖，磨圓度以次棱角狀為主，接觸方式以線狀接觸為主，膠結(jié)類型主要為孔隙膠結(jié)、加大–孔隙膠結(jié)，壓實(shí)作用強(qiáng)烈的地方見(jiàn)凹凸接觸，支撐類型以顆粒支撐為主[6]。

圖1 板橋合水地區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層巖石學(xué)類型

圖2 板橋合水長(zhǎng)6儲(chǔ)層填隙物成分及含量分布

2 成巖作用及對(duì)儲(chǔ)層物性的影響

在大的沉積環(huán)境形成以后，儲(chǔ)層的物性受到成巖作用的改變和控制，成巖作用類型的不同對(duì)儲(chǔ)層物性的貢獻(xiàn)也不相同，成巖作用主要影響儲(chǔ)層內(nèi)部的孔隙和喉道半徑及孔喉配位數(shù)。根據(jù)前人的研究成果，板橋合水地區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層喉道半徑和配位數(shù)分別為0.35μm和1.32。研究區(qū)的成巖作用類型雖然較多，但主要包括三種類型[7–8]：壓實(shí)作用、膠結(jié)作用、溶蝕作用。

2.1 壓實(shí)作用

研究區(qū)壓實(shí)作用對(duì)儲(chǔ)層礦物的影響主要表現(xiàn)為以下幾方面[9–10]：①使礦物顆粒緊密堆積并呈定向–半定向排列；②顆粒間由點(diǎn)接觸向點(diǎn)–線接觸或線接觸過(guò)度；③云母等塑性顆粒被壓扁變形堵塞孔隙，石英、長(zhǎng)石等剛性顆粒被壓碎或壓裂。壓實(shí)作用對(duì)儲(chǔ)層具有破壞性作用，通過(guò)負(fù)膠結(jié)物投點(diǎn)法發(fā)現(xiàn)，壓實(shí)作用是該地區(qū)儲(chǔ)層物性變差的主要原因，該地區(qū)的原始孔隙度為 38.5%，壓實(shí)作用使該地區(qū)的孔隙度減少了27.58%。

2.2 膠結(jié)作用

膠結(jié)作用對(duì)儲(chǔ)層的改變具有兩面性[11]，一方面綠泥石膜的形成有效地增加儲(chǔ)層抗壓能力，另一方面黏土礦物自身生長(zhǎng)會(huì)破壞儲(chǔ)層物性。總的來(lái)說(shuō)膠結(jié)作用對(duì)儲(chǔ)層的破壞作用大于建設(shè)作用。膠結(jié)作用對(duì)儲(chǔ)層的破壞作用體現(xiàn)在儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間縮小，膠結(jié)物堵塞孔隙，影響儲(chǔ)層的物性[12]。研究區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層主要發(fā)育碳酸鹽膠結(jié)、硅質(zhì)膠結(jié)、黏土礦物膠結(jié)。

（1）碳酸鹽膠結(jié)。研究區(qū)碳酸鹽膠結(jié)物主要包括方解石、白云石、鐵方解石、鐵白云石，其中鐵方解石和鐵白云石含量最高(共占 4.6%)，在研究區(qū)普遍發(fā)育，這兩種膠結(jié)物對(duì)儲(chǔ)層具有強(qiáng)烈的破壞作用，是導(dǎo)致儲(chǔ)層物性變差的重要原因之一。在成巖作用早期，碳酸鹽呈泥晶–微晶狀，充填堵塞孔隙，使儲(chǔ)層物性變差。隨成巖作用進(jìn)行到中晚期，碳酸鹽膠結(jié)物常呈彎片狀或細(xì)晶狀，膠結(jié)物粒度變粗，使儲(chǔ)層變得更加致密。研究區(qū)碳酸鹽膠結(jié)物與孔隙度的關(guān)系呈負(fù)相關(guān)性（圖2），隨碳酸鹽含量增高，儲(chǔ)層物性變差。

（2）硅質(zhì)膠結(jié)。研究區(qū)硅質(zhì)含量0.1%～4%，平均含量1.33%。據(jù)鏡下鑄體薄片、掃描電鏡等資料分析，板橋–合水地區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層硅質(zhì)膠結(jié)作用強(qiáng)烈，在成巖作用早期主要表現(xiàn)為石英次生加大，多見(jiàn)Ⅱ級(jí)加大，石英形成的加大邊能有效增加儲(chǔ)層的抗壓能力。到中晚期，石英逐漸生長(zhǎng)成錐柱、刺狀充填到儲(chǔ)層孔隙。硅質(zhì)膠結(jié)物對(duì)儲(chǔ)層物性的影響具有兩面性，一方面由于石英本身的次生加大使儲(chǔ)層的孔喉縮小，滲透率降低，使儲(chǔ)層物性變得更差；另一方面一定量的硅質(zhì)膠結(jié)物對(duì)儲(chǔ)層具有建設(shè)性作用，硅質(zhì)的形成增加了儲(chǔ)層抗壓實(shí)能力。總的來(lái)說(shuō)硅質(zhì)含量較低，對(duì)儲(chǔ)層的影響不是太大。

圖3 長(zhǎng)6儲(chǔ)層碳酸鹽礦物與孔隙度關(guān)系

（3）黏土礦物膠結(jié)。黏土礦物分布于所有儲(chǔ)層中，它不僅自身形成膠結(jié)物影響儲(chǔ)層物性，而且在油田注水開(kāi)發(fā)時(shí)能被注水沖掉，堵塞儲(chǔ)層喉道。研究區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層黏土礦物膠結(jié)主要為綠泥石、伊利石膠結(jié)作用，高嶺石在淺部還常見(jiàn)，隨深度增加高嶺石逐漸減少。①綠泥石：綠泥石在研究區(qū)目的層普遍存在，隨著深度增加高嶺石逐漸向綠泥石、伊利石轉(zhuǎn)換，研究區(qū)的綠泥石含量只有0.7%，綠泥石對(duì)儲(chǔ)層的影響也具有雙面性。隨著膠結(jié)作用的進(jìn)行，綠泥石一般以兩種形式存在：一種是在成巖作用早期，綠泥石常沿顆粒表面垂直生長(zhǎng)以孔隙襯墊式存在常呈魚(yú)鱗狀、薄片狀；另一種是成巖晚期形成的呈絨球狀或玫瑰花瓣?duì)钜钥紫冻涮钍椒植荚陬w粒間的形式存在。綠泥石在膠結(jié)過(guò)程中存在形式的不同，對(duì)儲(chǔ)層物性的影響也有所不同，在成巖作用早期，綠泥石膠結(jié)以孔隙襯墊式為主，該膠結(jié)方式的綠泥石沿孔隙壁生長(zhǎng)而充填儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間，使儲(chǔ)層的孔、滲明顯下降，但綠泥石自身形成的綠泥石薄膜增強(qiáng)了儲(chǔ)層自身的抗壓性，在一定程度上又保護(hù)了原始孔隙不被壓實(shí)。②伊利石：研究區(qū)黏土礦物含量最高的是伊利石（7.33%），在成巖早期，伊利石形態(tài)多呈絲狀片狀充填孔隙，隨著成巖作用逐漸進(jìn)行，伊利石沿儲(chǔ)存孔喉壁生長(zhǎng)，當(dāng)伊利石長(zhǎng)到一定程度，孔喉壁內(nèi)的伊利石會(huì)連接起來(lái)形成搭橋狀，這會(huì)導(dǎo)致完整連通的孔喉被分割，降低儲(chǔ)層的儲(chǔ)集能力，使?jié)B流能力明顯變差。

總的來(lái)說(shuō)，板橋合水地區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層的膠結(jié)作用對(duì)儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間的破壞遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如壓實(shí)作用強(qiáng)，經(jīng)計(jì)算板橋合水地區(qū)膠結(jié)作用使儲(chǔ)層喪失的孔隙度約為3.65%。導(dǎo)致該地區(qū)物性差有兩個(gè)重要的原因：伊利 石含量高該類黏土礦物沿孔隙壁生長(zhǎng)形成搭橋狀對(duì)儲(chǔ)層物性破壞極大；長(zhǎng)石溶蝕是形成高嶺石的基礎(chǔ)，研究區(qū)高嶺石含量低，從另一方面反映該地區(qū)的溶蝕作用不發(fā)育。

2.3 溶蝕作用

研究區(qū)儲(chǔ)層的溶蝕作用強(qiáng)烈，提高了儲(chǔ)層的物性，為油氣的充入提供了有利的通道。研究區(qū)長(zhǎng)石溶孔發(fā)育，長(zhǎng)石溶蝕是主要的溶蝕作用，其次有少量的巖屑溶蝕。相對(duì)于巖屑溶蝕，長(zhǎng)石溶蝕主要是沿解理縫開(kāi)始溶蝕的。研究區(qū)發(fā)育的長(zhǎng)石溶孔主要類型為粒間溶孔和粒內(nèi)溶孔。溶蝕作用雖然對(duì)儲(chǔ)層有建設(shè)作用，但對(duì)儲(chǔ)層的改善不是主要的，經(jīng)計(jì)算溶蝕作用使儲(chǔ)層面孔率僅提高了0.45%。

3 成巖階段劃分及成巖演化序列

依據(jù)實(shí)驗(yàn)分析樣品的古地溫、伊/蒙礦物含量、古地溫以及Ro、顆粒接觸關(guān)系來(lái)分析，該地區(qū)成巖作用所處的階段，結(jié)合成巖階段劃分標(biāo)準(zhǔn)對(duì)研究區(qū)儲(chǔ)層成巖階段進(jìn)行了劃分。研究區(qū)樣品鏡質(zhì)體反射率Ro為0.58%～1.12%，平均為0.75；儲(chǔ)層中伊/蒙混層中蒙脫石的含量0～20%，但大部分小于10%；古地溫為 90～130 ℃，主要分布在 100～120 ℃；顆粒以點(diǎn)–線狀、線狀為主、并有凹凸?fàn)罱佑|；孔隙以粒間孔、溶孔為主。板橋—合水長(zhǎng)6儲(chǔ)層處于中成巖A期晚期，部分進(jìn)入中成巖B期的早期。

根據(jù)對(duì)成巖作用類型及其特征的研究，結(jié)合儲(chǔ)層巖石薄片及陰極發(fā)光進(jìn)行成巖序列分析，確定大致序列為：早成巖階段強(qiáng)烈的機(jī)械壓實(shí)作用—綠泥石膜形成—早期硅質(zhì)及長(zhǎng)石加大形成—伊蒙間層綠泥石、伊利石充填孔隙—溶蝕作用開(kāi)始（長(zhǎng)石）—高嶺石充填孔隙—晚期石英沉淀—鐵方解石、鐵白云石出現(xiàn)—膠結(jié)作用發(fā)生。其中機(jī)械壓實(shí)作用對(duì)儲(chǔ)層的物性影響最大，使儲(chǔ)層變得更加致密，黏土礦物對(duì)儲(chǔ)層的影響次之，黏土礦物的出現(xiàn)充填了儲(chǔ)層內(nèi)部的孔隙結(jié)構(gòu)，使油氣在孔喉里運(yùn)移變得更加困難。

4 結(jié)論

（1）板橋合水長(zhǎng)6儲(chǔ)層的巖石類型以巖屑質(zhì)長(zhǎng)石砂巖為主，碎屑成分主要是石英和長(zhǎng)石，顆粒接觸以線狀接觸為主，膠結(jié)類型主要為孔隙膠結(jié)、加大–孔隙膠結(jié)，壓實(shí)作用是使儲(chǔ)層致密的主要原因。

（2）板橋合水長(zhǎng)6儲(chǔ)層成巖作用階段主要為中成巖A期晚期，部分進(jìn)入中成巖B期的早期。成巖序列為：早成巖階段強(qiáng)烈的機(jī)械壓實(shí)作用—綠泥石膜形成—早期硅質(zhì)及長(zhǎng)石加大形成—伊蒙間層綠泥石、伊利石充填孔隙—溶蝕作用開(kāi)始（長(zhǎng)石）—高嶺石充填孔隙—晚期石英沉淀—鐵方解石、鐵白云石出現(xiàn)—膠結(jié)作用發(fā)生。

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