富縣——黃陵地區(qū)長(zhǎng)6油層組儲(chǔ)層特征及儲(chǔ)集性能主控因素的分析

張 慶，段昕婷，張 章，周紹凱

(1.西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系/西北大學(xué)大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安710069;2.延長(zhǎng)石油研究院，陜西 西安710075;3.延長(zhǎng)油田股份有限公司，陜西 延安 717600;4.中海石油(中國(guó))有限天津分公司，天津 塘沽 300452)

富縣—黃陵地區(qū)位于鄂爾多斯盆地東南部，北鄰富縣探區(qū)，區(qū)內(nèi)整體構(gòu)造平緩(傾角 ＜0.5°)，在西傾單斜背景上局部發(fā)育低幅度鼻狀隆起。三疊系延長(zhǎng)組長(zhǎng)6油層組是本區(qū)的主力產(chǎn)油層之一，具有豐富的油氣資源，屬于低孔低滲含油區(qū)。2004年以來，陜西延長(zhǎng)石油集團(tuán)在本區(qū)完鉆探井70余口，在延長(zhǎng)組長(zhǎng)6段均見到不同級(jí)別的油氣顯示，完成試油40口，其中獲工業(yè)油流井18口，獲低產(chǎn)油流井16口，長(zhǎng)6油藏顯示出較好的勘探潛力。

研究區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層縱橫向變化頻繁、儲(chǔ)層非均質(zhì)強(qiáng)、物性差、成藏條件復(fù)雜，制約了該區(qū)長(zhǎng)6油藏勘探效果。在前人研究的基礎(chǔ)上，通過巖心、薄片等多種實(shí)驗(yàn)分析手段，結(jié)合測(cè)井、試油、巖心等資料，從沉積、構(gòu)造和儲(chǔ)集層物性角度，分析長(zhǎng)6油藏主控因素，為該區(qū)以后長(zhǎng)6油藏勘探開發(fā)工作提供理論依據(jù)。

1 儲(chǔ)層特征

1.1 儲(chǔ)層沉積特征

富縣—黃陵地區(qū)長(zhǎng)6為三角洲前緣沉積，發(fā)育水下分流河道、河口壩、前緣席狀砂和分流間灣微相［1］。表現(xiàn)為北東、南西雙物源特征，自下而上，北東向物源逐漸加強(qiáng)。從河道發(fā)育變遷的歷史來看，河道的繼承性較好，主河道的位置也大體相同，左右遷移擺動(dòng)幅度不大，在水下分流河道處最為發(fā)育，沉積的砂體較厚。

1.2 巖石學(xué)特征

富縣—黃陵地區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層主要為灰色、灰白色及灰褐色長(zhǎng)石細(xì)砂巖，碎屑組成主要為石英、長(zhǎng)石、巖屑，石英含量15.6% ～40.2% ，平均為 33.1%;長(zhǎng)石含量 32.8% ～ 70.3% ，平均為 58%，巖屑含量8.2% ～9.8%，平均為8.9%，填隙物中雜基含量較高，為6.69%，說明本區(qū)長(zhǎng)6成分成熟度較低;膠結(jié)物主要有方解石、綠泥石、自生高嶺石和白云石、鐵白云石等，綠泥石呈膜狀包繞在碎屑顆粒周圍，一定程度上降低了儲(chǔ)集空間(圖1、圖2)。

圖1 顆粒線接觸(樣品 A17－1，90－)

富縣—黃陵地區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層孔隙發(fā)育四種類型:粒間孔、溶蝕孔、微孔隙和裂隙。粒間孔主要是巖石碎屑經(jīng)過沉積成巖作用后，殘余的孔隙，是本區(qū)主要的孔隙類型，平均占2.26%。溶蝕孔隙是可溶性巖石組分(主要是長(zhǎng)石)在地層條件下經(jīng)過溶蝕作用形成的孔隙，主要是長(zhǎng)石溶蝕形成的長(zhǎng)石溶孔。從掃描電鏡上可以觀察到粒間孔隙被粘土礦物、碳酸鹽礦物充填，部

1.3 孔隙結(jié)構(gòu)特征

分石英顆粒在成巖作用下形成的石英次生加大，這些對(duì)原生粒間孔的保存起到破壞性作用［2，3］。另外長(zhǎng)石顆粒的部分溶蝕，形成的溶蝕孔(圖3)，又起到積極作用。

1.4 儲(chǔ)層物性及含油性特征

一般用孔隙度、滲透率等定量參數(shù)來表征儲(chǔ)層物性，通過對(duì)富縣—黃陵地區(qū)長(zhǎng)6巖心物性分析實(shí)驗(yàn)，長(zhǎng)6段共統(tǒng)計(jì)樣品484個(gè);平均孔隙度 7.49%;平均滲透率 0.23×10－3μm2，屬于超低孔、滲儲(chǔ)層。

圖2 綠泥石附著顆粒表面(樣品 A23－3，2.5kX)

圖3 碎屑顆粒部分溶蝕(樣品A14－1，996X)

儲(chǔ)層物性與含油性有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，物性相對(duì)較好的細(xì)砂巖，其含油顯示在油跡級(jí)以上，大部分在油斑級(jí)以上，物性控制含油性，但在平面上，位于水下分流河道的主河道部位，由于孔滲條件最好，側(cè)向缺少遮擋條件，含油性較差(圖4)。

2 儲(chǔ)層成巖作用

根據(jù)巖石學(xué)、古溫度和有機(jī)質(zhì)成熟度特征，我國(guó)石油行業(yè)將碎屑巖的成巖階段劃分為同生成巖階段、早成巖階段、晚成巖階段和表生成巖階段，其中早成巖階段劃分為早成巖A期和B期，晚成巖階段劃分為晚成巖 A期、晚成巖B期和晚成巖C期。

根據(jù)薄片、鑄體薄片鑒定，碎屑顆粒大都以線接觸為主，砂巖中原生孔隙己大量喪失，砂巖普遍經(jīng)受了較強(qiáng)的壓實(shí)作用改造，次生孔隙普遍發(fā)育，鐵方解石、鐵白云石等晚期碳酸鹽膠結(jié)物大量出現(xiàn)，長(zhǎng)石、巖屑以及碳酸鹽碎屑等常發(fā)生明顯的溶蝕作用，高嶺石、伊利石、綠泥石等自生粘土礦物比較常見。鏡煤反射率在0.71% ～0.75%之間，石英可以內(nèi)部流體包裹體的均一溫度為100℃ ～120℃之間，這些特征充分說明本區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層處于晚成巖A期，這一時(shí)期儲(chǔ)集層非常容易形成較發(fā)育的溶蝕次生孔隙［3，4，5］。

圖4 物性與含油性關(guān)系

2.1 壓實(shí) －壓溶作用

壓實(shí)作用主要表現(xiàn)為碎屑顆粒間的接觸關(guān)系以線接觸、點(diǎn)～線接觸和點(diǎn)接觸為主［6］，分別占統(tǒng)計(jì)樣品的50%、46%和2%，壓實(shí)作用是導(dǎo)致原始孔隙度降低的主要因素，壓溶作用和壓實(shí)作用是統(tǒng)一物理—化學(xué)作用的兩個(gè)階段，該區(qū)壓溶作用較明顯。

2.2 碳酸鹽膠結(jié)作用

碳酸鹽礦物膠結(jié)作用(主要是方解石)在儲(chǔ)集巖中十分普遍，強(qiáng)度變化較大，膠結(jié)物含量一般為0.5℃ ～2.5%，但局部分布相對(duì)集中，含量最高可達(dá)40%，對(duì)儲(chǔ)層物性影響較為明顯，碳酸鹽膠結(jié)物含量越高，儲(chǔ)層越致密。膠結(jié)形式主要表現(xiàn)為充填孔隙和充填裂縫兩種形式，粒間膠結(jié)物多呈顯晶質(zhì)，表明膠結(jié)程度高，常見膠結(jié)物交代碎屑(如長(zhǎng)石、石英)等現(xiàn)象，而裂縫中方解石膠結(jié)物呈充填脈狀，為早成巖晚期初期產(chǎn)物［7］。

2.3 交代作用

本區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層交代作用主要包括方解石交代石英、長(zhǎng)石等碎屑顆粒及碎屑的蝕變作用。一般表現(xiàn)為方解石沿碎屑顆粒邊緣或解理縫交代。交代作用對(duì)孔隙演化的影響十分復(fù)雜，但總的說來對(duì)孔隙影響不大。

2.4 溶解作用

溶蝕作用是改善該區(qū)砂巖孔滲性最重要的成巖作用之一［8］。溶蝕作用主要表現(xiàn)為碎屑顆粒(長(zhǎng)石、巖屑)和填隙物(雜基、膠結(jié)物和原生礦物)的溶蝕。其中，長(zhǎng)石顆粒是最主要的被溶蝕組分，而且溶蝕具有強(qiáng)烈的選擇性，它們多沿解理、破裂縫發(fā)生溶解，從而形成蜂窩狀粒內(nèi)溶孔，而有的幾乎完全被溶蝕形成鑄?？?。對(duì)儲(chǔ)集性能改造起到了非常重要的作用。

長(zhǎng)石是對(duì)成巖作用最為敏感的骨架組分之一，因而其分布特征對(duì)研究區(qū)的成巖過程和次生孔隙的形成與分布具有極其重要的意義。本區(qū)長(zhǎng)石以鈉長(zhǎng)石為主，另外還見少量鉀長(zhǎng)石(圖5)。含量總體上具有沿北東 －南西走向的分布變化特征，以該走向?yàn)檩S線，兩側(cè)地區(qū)長(zhǎng)石含量略有減少的趨勢(shì)，可以推測(cè)，與長(zhǎng)石含量有關(guān)的各種成巖作用應(yīng)是以北東－南西走向線向兩側(cè)地區(qū)逐漸變化。

圖5 長(zhǎng)石顆粒部分發(fā)生溶解作用(樣品 B17－2，1063X)

3 裂縫特征

富縣－黃陵地區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層普遍發(fā)育高角度－垂直裂縫，在靠近層理附近發(fā)育水平裂縫，裂縫基本為充填－半充填。根據(jù)平面上裂縫井出現(xiàn)的位置不同，巖心觀察可見到的油氣顯示，大體有以下規(guī)律:水下分流河道主河道上可以觀察到裂縫表面含油、巖心部分含油，油氣顯示為油跡 －油斑;河道側(cè)翼處巖心整體含油，油氣顯示為油斑 －油浸，其他部位油氣顯示級(jí)別稍差一些;而在層理交界處由于巖性變化，只在裂縫表面有油氣顯示。因此，認(rèn)為本區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層裂縫既可以作為油氣儲(chǔ)集空間，也可作為運(yùn)移通道。

4 儲(chǔ)集性能主控因素

研究區(qū)延長(zhǎng)組儲(chǔ)層的低孔、低滲特征主要受沉積作用、構(gòu)造作用和成巖作用三大因素的影響。沉積環(huán)境是影響儲(chǔ)層儲(chǔ)集性能的地質(zhì)基礎(chǔ)，沉積微相、粒級(jí)大小、填隙物成分等決定了巖石的微觀結(jié)構(gòu);鄂爾多斯盆地是一個(gè)穩(wěn)定的克拉通沉積盆地，地質(zhì)運(yùn)動(dòng)較弱，決定了延長(zhǎng)組儲(chǔ)層經(jīng)過了較長(zhǎng)時(shí)間和較高強(qiáng)度的壓實(shí)、膠結(jié)作用與較晚的有機(jī)質(zhì)成熟時(shí)間，這必然造成儲(chǔ)層的低孔、低滲性。

4.1 沉積環(huán)境是影響儲(chǔ)層儲(chǔ)集性能的地質(zhì)基礎(chǔ)

油氣的聚集與砂體有著密切的關(guān)系，砂體的主體部位成藏條件優(yōu)越［2］。三角洲前緣相是本區(qū)的主要沉積環(huán)境，水下分流河道河道砂體是主要的儲(chǔ)集體，位于主砂體帶的儲(chǔ)層，其儲(chǔ)集性能相對(duì)較好;河道間邊緣砂體的儲(chǔ)集性能相對(duì)較差，未形成工業(yè)油流井。也就是說，儲(chǔ)集性能好的砂體形成于高能環(huán)境中，由于水動(dòng)力較強(qiáng)，碎屑顆粒的分選性和磨圓度較好，粒度相對(duì)較粗，粘土礦物含量低，原始粒間孔隙發(fā)育，流體的滲流性較好。在后期成巖作用中，一些酸性流體容易在大孔隙中流動(dòng)，溶蝕作用相對(duì)發(fā)育，尤其是長(zhǎng)石的溶蝕程度較高，形成較多的長(zhǎng)石溶孔，物性相對(duì)較好。但有些層段由于礦物成分和活躍的孔隙流體發(fā)生反應(yīng)，會(huì)使方解石含量增加，物性有所變差。

但是，儲(chǔ)集性能好并不代表有比較好的烴類聚集，根據(jù)區(qū)內(nèi)長(zhǎng)6油層組試油統(tǒng)計(jì)，結(jié)果顯示:取得較好試油效果的井并不在分流河道的主河道上，而在物性相對(duì)較差的河道側(cè)翼上。分析認(rèn)為:水下分流河道的主河道砂體，由于粒度粗，物性好，為油氣提供了較好的運(yùn)移空間，但是由于缺少必要的巖性遮擋，往往不能形成有效的油氣富集帶(圖6)。

圖6 富縣黃陵地區(qū)長(zhǎng)6沉積相與試油效果疊合圖

4.2 成巖作用對(duì)儲(chǔ)層物性的影響

通過對(duì)影響研究區(qū)延長(zhǎng)組砂巖儲(chǔ)層物性各種成巖作用的分析，認(rèn)為成巖作用對(duì)砂巖儲(chǔ)集層物性的影響既有建設(shè)性也有破壞性。壓實(shí)作用、碳酸鹽、自生石英長(zhǎng)石、粘土礦物的膠結(jié)作用是破壞儲(chǔ)集層孔隙度、降低滲透率的主要因素;而粘土薄膜形成作用和溶蝕作用的發(fā)育則保存了原生粒間孔隙并且產(chǎn)生次生溶蝕孔隙，改善了儲(chǔ)集層的物性。

4.3 穩(wěn)定的構(gòu)造背景也是導(dǎo)致研究區(qū)低孔、低滲儲(chǔ)層的原因之一

謝淵等人(2001)認(rèn)為，鄂爾多斯盆地的低孔、低滲儲(chǔ)層的特征也受穩(wěn)定的克拉通沉積盆地背景的影響。在原始沉積條件一定，不考慮構(gòu)造作用產(chǎn)生的裂縫影響的前提下，壓實(shí)－膠結(jié)、酸性水溶液(不包括淋濾作用)及含油后保護(hù)是儲(chǔ)油巖石物性發(fā)展的“三部曲”。這三個(gè)階段的不同組合則決定了不同的物性結(jié)果，而這種組合最終是由沉積盆地的大地構(gòu)造性質(zhì)決定的。第一，由于盆地的克拉通背景，構(gòu)造活動(dòng)弱，熱流值低，有機(jī)質(zhì)脫羧產(chǎn)生酸性介質(zhì)時(shí)間較晚;第二，沉積速度慢，壓實(shí)作用充分，膠結(jié)作用時(shí)間較長(zhǎng)，在酸性介質(zhì)形成之前巖石已相當(dāng)致密，溶蝕作用弱;第三，構(gòu)造平緩，含油飽和度低，在砂巖含油后，膠結(jié)作用還在局部進(jìn)行著，因而導(dǎo)致了其較差的儲(chǔ)層物性。研究區(qū)延長(zhǎng)組受物源、地勢(shì)和氣候的影響，礦物成熟度與結(jié)構(gòu)成熟度均較低，最終導(dǎo)致了低孔、低滲儲(chǔ)層的發(fā)育。

4.4 裂縫發(fā)育特征對(duì)儲(chǔ)集層性能影響

鄂爾多斯盆地中部地區(qū)延長(zhǎng)組儲(chǔ)層特征研究表明，中部地區(qū)延長(zhǎng)組儲(chǔ)層孔隙度、滲透率極低，屬于低孔、低滲儲(chǔ)層。然而，延長(zhǎng)組地層中裂縫十分發(fā)育。無論是盆地周邊露頭，還是在盆內(nèi)腹地的巖心錄井中，均發(fā)現(xiàn)天然裂縫的存在［9］。研究區(qū)長(zhǎng)6等油層組砂巖均不同程度的發(fā)育裂縫。裂縫在改善儲(chǔ)層儲(chǔ)集性能方面有著重要的作用。

5 結(jié)語

(1)富縣—黃陵地區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層水下分流河道的主河道砂體，由于粒度粗，物性好，是流體主要的儲(chǔ)集空間，但由于缺乏有效的側(cè)向遮擋條件，含油性較差，試油效果也不好;

(2)構(gòu)造的鼻狀隆起與砂體的有效配置，往往是本區(qū)長(zhǎng)6油藏取得突破的關(guān)鍵;

(3)富縣—黃陵地區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層巖性在平面上的變化，易形成有效隔阻層，使油氣在分流河道側(cè)翼聚集，另外不同沉積相上長(zhǎng)石含量的差異，與成巖作用形成的次生溶孔平面上的發(fā)育，影響本區(qū)長(zhǎng)6油藏的儲(chǔ)集性能;

(4)富縣—黃陵地區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)處于晚成巖 A期，主要的成巖作用有:壓實(shí)和壓溶作用、碳酸鹽膠結(jié)作用、交代作用和溶解作用，對(duì)儲(chǔ)集物性改善的成巖作用主要為溶解作用。

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