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      蘇里格氣田南部盒8段儲(chǔ)層成巖作用及孔隙演化

      2013-05-13 10:01:14何濤,王芳,宋漢華
      石油天然氣學(xué)報(bào) 2013年2期
      關(guān)鍵詞:填隙里格硅質(zhì)

      1 區(qū)域地質(zhì)概況

      鄂爾多斯盆地蘇里格氣田是我國(guó)近期發(fā)現(xiàn)的儲(chǔ)量規(guī)模最大的氣田[1],目前探明和基本探明天然氣儲(chǔ)量累計(jì)達(dá)到2.85×1012m3,天然氣年產(chǎn)量達(dá)到106×108m3。蘇里格氣田南部地區(qū)是蘇里格氣田向南的延伸,地質(zhì)構(gòu)造隸屬于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡西部中段,西起姬塬,東到靖邊,北至定邊,南達(dá)吳起,勘探面積約10000km2(圖1),發(fā)育上古生界碎屑巖系中的大型砂巖巖性圈閉氣藏。上古生界自下而上可劃分為石炭系本溪組、二疊系太原組、山西組、下石盒子組、上石盒子組和石千峰組,其中,上、下石盒子組自上而下可劃分為盒1段至8盒段共8個(gè)含氣層段。其中下石盒子組盒8段是鄂爾多斯盆地上古生界天然氣主要產(chǎn)層之一,分為盒8上、盒8下兩個(gè)亞段,也是蘇里格氣田南部地區(qū)勘探開發(fā)的主要目的層系。盒8段沉積時(shí)期發(fā)育大型河流-三角洲沉積,與蘇里格氣田本部具有相同的沉積體系和沉積背景,儲(chǔ)層物性參數(shù)與氣田本部基本一致,平均孔隙度4.0%~9.0%,滲透率0.10~0.70mD,屬于典型的低孔、低滲儲(chǔ)層。

      圖1 研究區(qū)構(gòu)造位置圖

      目前蘇里格氣田南部勘探程度相對(duì)較低,砂體的展布以及儲(chǔ)層物性控制著氣藏的分布[2],分析該區(qū)儲(chǔ)層的成巖作用及其對(duì)儲(chǔ)層的影響,尋找高滲儲(chǔ)層是蘇里格氣田南部地區(qū)巖性氣藏勘探的關(guān)鍵。

      2 巖石學(xué)特征

      盒8段儲(chǔ)層主要為石英砂巖,其次為巖屑質(zhì)石英砂巖,偶見(jiàn)少量長(zhǎng)石顆粒 (圖2)。根據(jù)276塊鑄體薄片資料統(tǒng)計(jì),盒8段石英體積分?jǐn)?shù)最高,盒8上亞段、盒8下亞段平均石英體積分?jǐn)?shù)φ(Q)分別為77.7%、78.6%,巖屑體積分?jǐn)?shù)φ(R)分別為9.9%、10.1%,主要為變質(zhì)巖巖屑和少量火成巖巖屑,長(zhǎng)石體積分?jǐn)?shù)φ(F)極低,分別為0.01%和0.02%,除在個(gè)別薄片中見(jiàn)到未完全發(fā)生次生溶解的長(zhǎng)石外,多數(shù)已完全次生溶解。砂巖多以中粗粒、粗粒結(jié)構(gòu)為主,平均粒徑0.75mm,分選較好。

      2.1 碎屑組分特征

      圖2 盒8段砂巖類型三角圖

      2.2 填隙物特征

      盒8段儲(chǔ)層填隙物體積分?jǐn)?shù)9.1%~15.4%,平均11.9%,由黏土礦物、硅質(zhì)和碳酸鹽膠結(jié)物等組成。填隙物中硅質(zhì)體積分?jǐn)?shù)最高,平均體積分?jǐn)?shù)達(dá)3.8%,占填隙物總量的32%;其次為黏土礦物,高嶺石和伊利石平均體積分?jǐn)?shù)分別為2.92%和2.85% (表1)。填隙物體積分?jǐn)?shù)較高也是形成該區(qū)低孔、低滲儲(chǔ)層的原因之一。

      表1 蘇南地區(qū)盒8段填隙物體積分?jǐn)?shù)統(tǒng)計(jì)表

      3 主要成巖作用類型

      3.1 壓實(shí)作用

      蘇里格氣田南部盒8段埋深3500~4200m,已達(dá)到深埋藏階段,壓實(shí)作用強(qiáng)烈。壓實(shí)作用是該區(qū)儲(chǔ)層原生孔隙降低的最重要的因素,對(duì)儲(chǔ)集性能起著主要的破壞作用。壓實(shí)作用使得碎屑顆粒緊密接觸,由點(diǎn)接觸到線接觸,直至凹凸接觸 (圖3(a));剛性顆粒發(fā)生破裂,產(chǎn)生微裂縫;塑性顆粒發(fā)生變形,顆粒之間的軟組分 (如云母、泥質(zhì)等)以假雜基的形式賦存 (圖3(b))。

      3.2 膠結(jié)作用

      3.2.1 硅質(zhì)膠結(jié)

      盒8段儲(chǔ)層硅質(zhì)膠結(jié)作用非常普遍,填隙物中硅質(zhì)體積分?jǐn)?shù)最高,占總填隙物的32%,是造成儲(chǔ)層孔隙下降的主要因素之一。掃描電鏡下,硅質(zhì)最主要表現(xiàn)形式是以石英自生加大邊的形式產(chǎn)出于碎屑石英顆粒表面、粒間孔壁和粒內(nèi)溶孔中。石英次生加大現(xiàn)象明顯的顆粒呈縫合線形式接觸,孔隙空間幾乎被占據(jù),僅發(fā)育少量粒內(nèi)溶孔,儲(chǔ)層質(zhì)量較差 (圖4(a))。研究區(qū)的硅質(zhì)來(lái)源比較豐富,上覆、下伏泥巖成巖熱演化過(guò)程中釋放的大量硅質(zhì);噴發(fā)巖屑、凝灰質(zhì)、長(zhǎng)石、角閃石等鋁硅酸鹽溶解、高嶺石化過(guò)程中提供的硅質(zhì)[3];碎屑石英顆粒的壓溶作用產(chǎn)生的硅質(zhì)等。

      圖3 盒8段儲(chǔ)層壓實(shí)作用鏡下特征

      圖4 盒8段儲(chǔ)層膠結(jié)作用的鏡下特征

      3.2.2 黏土膠結(jié)

      通過(guò)砂巖薄片鑒定、掃描電鏡分析表明,該區(qū)自生黏土膠結(jié)物主要有高嶺石和伊利石 (表1),分別占填隙物總量的24.6%和24.0%。巖石薄片中高嶺石多呈蠕蟲狀,掃描電鏡下觀察呈蠕蟲狀或書頁(yè)狀集合體 (圖4(b))。砂巖碎屑顆粒間的溶蝕孔內(nèi)常見(jiàn)到自生高嶺石充填,高嶺石書頁(yè)狀晶形保留了良好的晶間孔,對(duì)提高孔隙度有一定程度的貢獻(xiàn)。

      自生伊利石以片狀為主 (圖4(c)),來(lái)源主要有兩方面:一方面通過(guò)蒙皂石蝕變而成;另一方面隨埋深、溫度、壓力增大,高嶺石可以向伊利石轉(zhuǎn)化,充填粒間孔及粒間溶。

      3.2.3 碳酸鹽膠結(jié)作用

      碳酸鹽膠結(jié)物主要有鐵方解石和鐵白云石,含少量方解石和菱鐵礦。碳酸鹽膠結(jié)物主要以充填粒間孔隙、交代礦物、襯邊狀以及連晶形式出現(xiàn) (圖4(d))。研究區(qū)碳酸鹽膠結(jié)物體積分?jǐn)?shù)占總填隙物的12%,盒8上亞段體積分?jǐn)?shù)高于盒8下亞段,碳酸鹽膠結(jié)是導(dǎo)致盒8段致密的一個(gè)重要原因。

      3.3 溶蝕作用

      溶蝕作用是研究區(qū)砂巖中最重要的建設(shè)性成巖作用,主要是巖屑溶蝕 (圖5(a))和長(zhǎng)石溶蝕 (圖5(b))。石盒子組下伏地層廣泛發(fā)育的沼澤相煤系烴源巖[4~6],生烴過(guò)程中,有機(jī)質(zhì)成熟產(chǎn)生的有機(jī)酸進(jìn)入地層,為不穩(wěn)定礦物的溶解提供了充足的酸性介質(zhì)來(lái)源。巖屑是盒8段最主要的溶解礦物,可形成數(shù)量可觀的溶蝕孔隙,主要是富凝灰質(zhì)的火山巖巖屑,盒8上亞段、盒8下亞段巖屑溶孔分別占總面孔率的61%和63% (圖6)。長(zhǎng)石常沿其解理縫或邊緣溶蝕,形成粒內(nèi)溶孔、鑄模孔,但由于研究區(qū)長(zhǎng)石體積分?jǐn)?shù)很低,且大多數(shù)已高嶺石化,長(zhǎng)石溶孔占總面孔率較低。

      圖5 盒8段儲(chǔ)層溶蝕作用的鏡下特征

      圖6 盒8段儲(chǔ)層孔隙組成圖

      4 孔隙演化

      碎屑巖進(jìn)入埋藏成巖階段后經(jīng)歷了壓實(shí)、膠結(jié)、溶解等成巖作用,儲(chǔ)集空間的再分配受上述成巖作用的控制。定量研究?jī)?chǔ)集砂巖孔隙度降低和增加的成巖過(guò)程,可恢復(fù)砂巖孔隙演化史。

      4.1 砂巖原始孔隙度

      盒8段儲(chǔ)集砂巖原始孔隙度的恢復(fù)是根據(jù)比爾德和韋爾[7]提出的原始孔隙度(1)計(jì)算公式:

      式中:S0為特拉斯克分選系數(shù),S0= (Q1/Q3)1/2;Q1為第1四分位數(shù),即相當(dāng)于25% 處的粒徑大??;Q3為第3四分位數(shù),即相當(dāng)于75%處的粒徑大小。

      通過(guò)計(jì)算,研究區(qū)盒8段平均原始孔隙度為38.7%。

      4.2 壓實(shí)后砂巖孔隙度

      恢復(fù)壓實(shí)后砂巖剩余粒間孔隙度(2)主要用于評(píng)價(jià)壓實(shí)作用對(duì)原生粒間孔的破壞程度。

      壓實(shí)損失孔隙度=1-2

      4.3 膠結(jié)、交代后砂巖孔隙度

      經(jīng)壓實(shí)、膠結(jié)及交代作用后的剩余粒間孔隙度(3)的計(jì)算方法為:

      膠結(jié)交代后損失孔隙度=2-3

      4.4 溶蝕后砂巖孔隙度

      溶蝕作用產(chǎn)生的孔隙度4指總儲(chǔ)集空間中溶蝕孔所占據(jù)的那部分儲(chǔ)集空間。

      4.5 孔隙度演化分析

      研究區(qū)盒8段儲(chǔ)層初始孔隙度為38.7%,經(jīng)壓實(shí)作用改造損失孔隙度18.4%,膠結(jié)作用損失孔隙度16.1%,經(jīng)溶蝕作用改造增加孔隙度4.5%,計(jì)算現(xiàn)今孔隙度為8.7%,與現(xiàn)今盒8段平均孔隙度8.5%相近,符合程度較高。

      強(qiáng)烈的壓實(shí)作用是蘇南地區(qū)盒8儲(chǔ)層儲(chǔ)層致密低滲的最主要原因,其次為膠結(jié)作用,是導(dǎo)致粒間孔隙度降低的主要原因之一,其對(duì)儲(chǔ)層質(zhì)量的影響僅次于壓實(shí)作用。溶蝕作用最有效地改善儲(chǔ)層的儲(chǔ)集性能,使原始孔隙度增加了4.5%。

      5 結(jié) 論

      1)蘇里格氣田南部地區(qū)盒8段儲(chǔ)層屬于低孔、低滲致密砂巖儲(chǔ)層,巖石類型主要為石英砂巖、巖屑質(zhì)石英砂巖,以中-粗粒砂巖為主,分選較好。

      2)砂巖儲(chǔ)集空間以次生溶孔為主,其次為原生孔隙和晶間孔隙。

      3)開展定量成巖作用研究,進(jìn)行了各成因階段儲(chǔ)層孔隙演化影響因素,定量計(jì)算了儲(chǔ)層的孔隙演化史,指出壓實(shí)作用改造是儲(chǔ)層物性變差的最主要原因,長(zhǎng)石等礦物的溶蝕能有效地改善儲(chǔ)層物性。

      [1]楊華,付金華,劉新社,等 .蘇里格大型致密砂巖氣藏形成條件及勘探技術(shù) [J].石油學(xué)報(bào),2012,8(33):27~36.

      [2]盧蜀秀,閻榮輝,袁曉明,等 .蘇里格氣田南部地區(qū)盒8段氣藏儲(chǔ)層特征及主控因素研究 [J].天然氣勘探與開發(fā),2012,3(35):1~5.

      [3]王素榮,李國(guó)華,南珺祥 .蘇里格南部地區(qū)上古生界儲(chǔ)層特征及影響因素分析 [J].石油化工應(yīng)用,2011,4(30):54~58.

      [4]楊華,傅鎖堂,馬振芳,等 .快速高效發(fā)現(xiàn)蘇里格大氣田的成功經(jīng)驗(yàn) [J].中國(guó)石油勘探,2001,6(4):89~94.

      [5]何自新,付金華,席勝利,等 .蘇里格大氣田成藏地質(zhì)特征 [J].石油學(xué)報(bào),2003,24(2):6~12.

      [6]冉新權(quán),何光懷 .關(guān)鍵技術(shù)突破,集成技術(shù)創(chuàng)新,實(shí)現(xiàn)蘇里格氣田規(guī)模有效開發(fā) [J].天然氣工業(yè),2007,27(12):1~5.

      [7]Beard D C,Weyl P K.Inf luence of exture on porosity and permeability of unconsolidated sand [J].AAPG Bullet in,1973,57:349~369.

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