成巖相在低滲透砂巖儲(chǔ)層評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

李丙喜，王秀娟，馬俊勝，郭 冰，葉 博

(1.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)，北京 100083;2.中油長(zhǎng)慶油田分公司，陜西 西安 710021)

引 言

中國(guó)第三次資源評(píng)價(jià)結(jié)果顯示低滲透油藏資源量占總資源量49%[1]。成巖作用是儲(chǔ)集層發(fā)育和形成的必經(jīng)過(guò)程，最終決定儲(chǔ)集層性能的優(yōu)劣。致密厚層砂巖建設(shè)性成巖作用是決定長(zhǎng)81儲(chǔ)集層有效性的關(guān)鍵[2]。成巖作用研究可以進(jìn)一步確定有利儲(chǔ)層，對(duì)油氣勘探工作具有重要指導(dǎo)意義[2－3]。鄂爾多斯盆地環(huán)江地區(qū)長(zhǎng)81油藏滲透率為0.1×10－3～2.0 ×10－3μm2，為典型低滲透油藏[4]，在此地區(qū)開展成巖作用研究，探索成巖作用研究的技術(shù)方法，對(duì)指導(dǎo)低滲透油藏的研究具有重要意義。

目前對(duì)成巖相的劃分和命名尚無(wú)統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)，國(guó)內(nèi)外關(guān)于成巖相的劃分依據(jù)和側(cè)重點(diǎn)各有不同。國(guó)內(nèi)主要從沉積相背景、巖石組成礦物、孔隙類型以及物性條件進(jìn)行成巖相劃分[5－7]。國(guó)外研究人員對(duì)成巖作用類型進(jìn)行了歸整，劃分類型較少[8－9]。目前對(duì)測(cè)井與地震資料應(yīng)用于成巖相的研究仍處于探索階段，對(duì)成巖相的劃分主要依據(jù)鏡下鑒定資料，在成巖相變較快的區(qū)域受鉆井及取心資料等的限制不能很好的將成巖相研究成果應(yīng)用于生產(chǎn)。因此基于對(duì)鄂爾多斯盆地環(huán)江地區(qū)長(zhǎng)81油藏成巖礦物及微觀孔隙與物性關(guān)系的分析，嘗試結(jié)合成巖效應(yīng)所造成的物性變化與主要成巖礦物及孔隙類型進(jìn)行成巖作用的劃分，利用成巖相研究成果預(yù)測(cè)有利儲(chǔ)層分布。

1 成巖相劃分

基于成巖效應(yīng)劃分成巖相的思路是分析主要成巖礦物及孔隙類型與物性的關(guān)系，找出控制儲(chǔ)層物性的主要成巖礦物作為劃分成巖相的標(biāo)準(zhǔn)。砂巖的礦物組成和填隙物的含量直接影響著儲(chǔ)層原始的儲(chǔ)集性能和滲流性能，并且是儲(chǔ)層成巖改造的物質(zhì)基礎(chǔ)[10]，因同一油藏儲(chǔ)層主要碎屑成分(石英、長(zhǎng)石和巖屑)含量差異較小，影響儲(chǔ)層性質(zhì)的礦物主要為填隙物成分及孔隙類型。因此，本文基于主要填隙物特征、孔隙特征及物性資料進(jìn)行成巖相研究。

1.1 主要填隙物

鄂爾多斯盆地環(huán)江地區(qū)長(zhǎng)81頂面構(gòu)造為單斜構(gòu)造，呈東高西低趨勢(shì)，西南部位最低。儲(chǔ)層填隙物平均含量為13.44%，以鐵方解石和水云母含量最高，其次為綠泥石薄膜、硅質(zhì)和高嶺石及其他一些填隙物。鐵方解石為主要的碳酸鹽巖膠結(jié)物，隨著鐵方解石含量的增高，儲(chǔ)層的孔隙度及滲透率都呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)(圖1a)，表明鐵方解石膠結(jié)主要使得儲(chǔ)層物性下降，為一類破壞性成巖作用。從綠泥石薄膜含量與儲(chǔ)層物性的關(guān)系(圖1b)來(lái)看，綠泥石薄膜的存在對(duì)儲(chǔ)層物性有2個(gè)方面的作用，在其含量低于5.5%時(shí)，綠泥石薄膜的存在使物性變好，當(dāng)綠泥石薄膜含量超過(guò)5.5%時(shí)，隨綠泥石薄膜含量增加，物性變差，其對(duì)儲(chǔ)層物性的破壞性作用超過(guò)了建設(shè)性作用。從高嶺石含量與儲(chǔ)層物性的交會(huì)圖(圖1b)來(lái)看，高嶺石的含量大致與物性呈正相關(guān)的關(guān)系，從鏡下鑒定來(lái)看，在高嶺石含量較高時(shí)，同時(shí)粒間孔也比較發(fā)育。水云母的含量與滲透率略呈正相關(guān)關(guān)系，與孔隙度的關(guān)系不明顯(圖1b)。其原因是由于研究區(qū)水云母主要呈絲狀分布于孔隙中，盡管降低了孔隙度，但孔隙連通性較好，同時(shí)水云母發(fā)育時(shí)伴隨有較高的粒間孔含量。

圖1 主要膠結(jié)物與物性關(guān)系

1.2 孔隙特征

環(huán)江地區(qū)長(zhǎng)81油藏巖石面孔率平均為2.8%，孔隙主要為粒間孔、長(zhǎng)石溶孔、巖屑溶孔、晶間孔及微裂縫等5種類型。其中以粒間孔與長(zhǎng)石溶孔為主，其含量為總孔隙的98%。因此主要針對(duì)巖石面孔率、粒間孔及長(zhǎng)石溶孔開展研究。

從物性與面孔率的關(guān)系來(lái)看，孔隙度與面孔率為正相關(guān)關(guān)系，隨面孔率的增加樣品孔隙度增加。滲透率與面孔率也為正相關(guān)，但隨面孔率增加滲透率增加速度較慢。從粒間孔、長(zhǎng)石溶孔與滲透率的關(guān)系來(lái)看，隨長(zhǎng)石溶孔含量增加，滲透率正相關(guān)增加，而粒間孔在一定范圍內(nèi)含量增加滲透率變化不大。將面孔率對(duì)滲透率的貢獻(xiàn)分解來(lái)看，長(zhǎng)石溶孔具有較好的連通性，對(duì)滲透率的增加貢獻(xiàn)更大。而粒間孔受連通性影響對(duì)滲透率的貢獻(xiàn)弱于長(zhǎng)石溶孔。

1.3 成巖相劃分

基于以上分析，根據(jù)鏡下鑒定礦物及孔隙類型組合關(guān)系，將工區(qū)成巖作用類型主要?jiǎng)澐譃殍F方解石膠結(jié)相、高嶺石膠結(jié)相、水云母膠結(jié)相、水云母膠結(jié)+粒間孔相+長(zhǎng)石溶孔相、高嶺石膠結(jié)+粒間孔+長(zhǎng)石溶孔相及綠泥石薄膜膠結(jié)+粒間孔+長(zhǎng)石溶孔相。從不同成巖作用類型與物性的關(guān)系(圖2、表1)來(lái)看，鐵方解石膠結(jié)樣品物性最差;高嶺石膠結(jié)與水云母膠結(jié)樣品具有相近的物性區(qū)間，其物性較鐵方解石膠結(jié)樣品好;水云母膠結(jié)+粒間孔+長(zhǎng)石溶孔相與高嶺石膠結(jié)+粒間孔、長(zhǎng)石溶孔相樣品具有相近的物性區(qū)間，物性最好;而綠泥石薄膜膠結(jié)+粒間孔、長(zhǎng)石溶孔的樣品物性分布范圍很大。成巖作用的最終效應(yīng)直接表現(xiàn)為物性好壞，因此結(jié)合工區(qū)的成巖作用類型及其物性分布特征，將研究區(qū)成巖相劃分為鐵方解石膠結(jié)相、水云母/高嶺石膠結(jié)相、綠泥石薄膜膠結(jié)相和長(zhǎng)石溶蝕相4種成巖相。鐵方解石膠結(jié)相、水云母/高嶺石膠結(jié)相為破壞性成巖相，長(zhǎng)石溶蝕相為建設(shè)性成巖相，綠泥石薄膜膠結(jié)相為過(guò)渡性成巖相。

圖2 不同成巖相類型與物性關(guān)系

表1 環(huán)江地區(qū)長(zhǎng)81不同成巖相類型物性特征

2 環(huán)江地區(qū)長(zhǎng)81成巖相特征

2.1 成巖階段

環(huán)江地區(qū)長(zhǎng)81黏土礦物的X射線衍射分析表明:該區(qū)自生黏土礦物中，蒙脫石基本消失，伊/蒙混層含量在研究區(qū)較低，同時(shí)有大量的伊利石、綠泥石和高嶺石出現(xiàn)，伊蒙混層比在20%以下。從巖石結(jié)構(gòu)特征來(lái)看，砂巖中泥質(zhì)巖屑和云母碎片等塑性碎屑普遍發(fā)生了比較強(qiáng)烈的塑性變形，部分泥質(zhì)碎屑受壓變形形成假雜基，還可見到個(gè)別剛性顆粒受壓破碎，碎屑顆粒緊密排列的現(xiàn)象比較普遍，以線接觸為主，其次為點(diǎn)—線接觸，表明研究區(qū)儲(chǔ)集砂巖經(jīng)受了比較強(qiáng)的壓實(shí)作用改造。長(zhǎng)81的鏡質(zhì)體反射率Ro為1.2% ～2.0%，表明環(huán)江地區(qū)長(zhǎng)81成巖作用已達(dá)到中成巖階段的B階段。

2.2 長(zhǎng)81成巖相平面展布特征

根據(jù)基于成巖效應(yīng)分析的成巖相劃分方案，利用實(shí)測(cè)樣品薄片鑒定分析資料，結(jié)合儲(chǔ)層物性特征對(duì)環(huán)江地區(qū)長(zhǎng)81成巖相進(jìn)行了研究(圖3)。長(zhǎng)81成巖相明顯呈現(xiàn)帶狀分布，對(duì)儲(chǔ)層物性最有利的長(zhǎng)石溶蝕相主要發(fā)育在工區(qū)北部，呈北西—南東向條帶分布，分別為羅60—羅33井條帶、耿79—耿193井條帶和樊學(xué)—張腰峴條帶，其間為鐵方解石膠結(jié)相和水云母/高嶺石膠結(jié)相分隔。綠泥石薄膜膠結(jié)相主要呈南西—北東向條帶分布在工區(qū)的南部，分別為環(huán)90—環(huán)89井條帶、木23—環(huán)23井條帶和環(huán)69—里69井條帶。其間主要為鐵方解石成巖相帶間隔。另外在工區(qū)的中部羅221—白31井區(qū)發(fā)育一條北西—南東向的綠泥石薄膜膠結(jié)相條帶，為鐵方解石膠結(jié)相和水云母/高嶺石膠結(jié)相夾持。從成巖相分布來(lái)看，環(huán)江地區(qū)長(zhǎng)81儲(chǔ)層較為有利區(qū)域占據(jù)研究區(qū)大部分區(qū)域。

圖3 環(huán)江地區(qū)長(zhǎng)81成巖相平面分布

2.3 成巖相與儲(chǔ)層分布

低滲透油藏的主控因素為儲(chǔ)層。從部分層成巖相與試油關(guān)系來(lái)看(表2)，研究區(qū)長(zhǎng)石溶蝕相與綠泥石薄膜膠結(jié)相試油結(jié)果主要為工業(yè)油層與水層，產(chǎn)液量比較好;水云母/高嶺石膠結(jié)相儲(chǔ)層主要為干層與低產(chǎn)層;鐵方解石膠結(jié)相主要發(fā)育干層。表明長(zhǎng)石溶蝕相與綠泥石薄膜膠結(jié)相的儲(chǔ)層物性較好，水云母/高嶺石膠結(jié)相物性略差，鐵方解石膠結(jié)相物性最差，認(rèn)為研究區(qū)長(zhǎng)石溶蝕相與綠泥石薄膜膠結(jié)相為研究區(qū)儲(chǔ)層最有利成巖相。從工區(qū)主要油層分布來(lái)看，剖面上，構(gòu)造低部位主要發(fā)育水層，油層在構(gòu)造相對(duì)較高部位發(fā)育，呈透鏡狀分布，在側(cè)向上受巖性遮擋或致密層遮擋成藏(圖4)。平面上油層在構(gòu)造高部位呈條帶狀分布，含油區(qū)域主要發(fā)育在長(zhǎng)石溶蝕相與綠泥石薄膜膠結(jié)相區(qū)域，上傾方向發(fā)育鐵方解石膠結(jié)相及水云母高嶺石膠結(jié)相。長(zhǎng)石溶蝕相與綠泥石薄膜膠結(jié)相控制了有利的儲(chǔ)層分布，上傾方向相鄰的鐵方解石膠結(jié)相與水云母高嶺石膠結(jié)相形成良好的封堵條件。表明研究區(qū)油層分布與成巖相分布是相關(guān)的?；诔蓭r效應(yīng)可以預(yù)測(cè)有利儲(chǔ)層，指示有利成藏區(qū)域。

表2 成巖相劃分與部分試油層段關(guān)系

圖4 環(huán)78—里96井油藏剖面

3 結(jié)論

(1)通過(guò)建立鏡下鑒定資料與樣品物性之間的關(guān)系，分析主要孔隙類型及成巖礦物組合關(guān)系的成巖效應(yīng)，將環(huán)江地區(qū)長(zhǎng)81油藏成巖相劃分為4種類型，以長(zhǎng)石溶蝕相與綠泥石薄膜膠結(jié)相為最有利成巖相。

(2)儲(chǔ)層發(fā)育有利的長(zhǎng)石溶蝕相與綠泥石薄膜膠結(jié)相呈條帶狀展布，占據(jù)研究區(qū)大部分區(qū)域。從研究區(qū)看，試油產(chǎn)液較高的砂層主要分布于長(zhǎng)石溶蝕相與綠泥石薄膜膠結(jié)相帶。

(3)研究區(qū)油層分布與成巖相分布相關(guān)?；诔蓭r效應(yīng)分析的成巖相研究可以很好地預(yù)測(cè)有利儲(chǔ)層，指示有利成藏區(qū)域。

[1]張志強(qiáng)，鄭軍衛(wèi).低滲透油氣資源勘探開發(fā)技術(shù)進(jìn)展[J]. 地球科學(xué)進(jìn)展，2009，24(8):854－864.

[2]鄒才能，陶士振，周慧，等.“成巖相”的形成、分類與評(píng)價(jià)方法[J].石油勘探與開發(fā)，2008，35(5):526－540.

[3]李建交，曹自成，岳勇.塔里木盆地巴楚隆起泥盆系東河砂巖成巖作用研究[J].石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì)，2012，34(2):125－128.

[4]楊希濮，孫衛(wèi).鄂爾多斯盆地低滲透油藏孔隙結(jié)構(gòu)特征及影響因素分析[J].特種油氣藏，2011，18(6):44－48.

[5]熊琦華，彭仕宓，黃述旺，等.巖石物理相研究方法初探——以遼河凹陷冷東—雷家地區(qū)為例[J].石油學(xué)報(bào)，1994，15(增刊):68 －75.

[6]趙澄林，劉夢(mèng)慧.碎屑巖儲(chǔ)層砂體微相和成巖作用研究[J].石油大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，1993，17(增刊):1－7.

[7]鐘廣法.成巖相分析及其在泌陽(yáng)凹陷核三下亞段砂巖儲(chǔ)層中的初步應(yīng)用[J].江漢石油學(xué)院學(xué)報(bào)，1995，17(1):37－40.

[8]Grigsby J D，Langsford R P.Effects of diagenesis on enhanced－resolution bulk density logs in Tertiary Gulf Coast sandstones:an example from the Lower Vicksburg Formation，McAllen Ranch field，south Texas[J].AAPG Bulletin，1996，80(11):1801 －1819.

[9]Mathisen M E.Controls of quartzarenite diagenesis，Simpson Group，Oklahoma:implications for reservoir quality prediction[C]∥Johnson K S.Simpson and Viola Groups in the Southern Midcontinent.Oklahoma Geological Survey Circular，1997:242 － 246.

[10]趙欣，陳強(qiáng)路，孫淵，等.塔里木盆地東北部中上奧陶統(tǒng)致密砂巖儲(chǔ)集性能與成因[J].石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì)，2012，34(5):466 －473.