鄂爾多斯盆地張家山地區(qū)長(zhǎng)8相對(duì)高滲儲(chǔ)層控制因素分析

張海斌，柳益群，米董哲，張雪婷，楊 琪

(1.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.陜西地礦局區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)研究院，陜西 咸陽(yáng)712000;3.長(zhǎng)慶油田第八采油廠(chǎng)吳定采油作業(yè)區(qū)，陜西 延安 717600)

張家山地區(qū)位于鄂爾多斯盆地天環(huán)坳陷中部，伊陜斜坡西緣中段。該區(qū)長(zhǎng)8儲(chǔ)層是近年來(lái)鄂爾多斯盆地勘探開(kāi)發(fā)的重要含油層系，而且是下一步儲(chǔ)量增長(zhǎng)的重要的勘探及評(píng)價(jià)層系。目前對(duì)該地區(qū)的長(zhǎng)8研究程度相對(duì)較低，前人對(duì)沉積相及砂體展布做過(guò)一些研究，但對(duì)致密儲(chǔ)層相對(duì)高滲的控制因素研究仍然不足。因此對(duì)張家山地區(qū)相對(duì)高滲儲(chǔ)層控制因素研究是油藏評(píng)價(jià)和提高油氣產(chǎn)能的當(dāng)務(wù)之急。

利用偏光顯微鏡及掃描電鏡觀(guān)察表明，張家山地區(qū)長(zhǎng)8儲(chǔ)層砂巖的巖性主要為細(xì)粒巖屑質(zhì)長(zhǎng)石砂巖，其次為長(zhǎng)石質(zhì)巖屑砂巖。物性數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表明長(zhǎng)8儲(chǔ)層孔隙度主要分布在6%～10%之間，占樣品總量的 48.55%，平均孔隙度為7.74%。滲透率主要分布在 0.05 ×10-3μm2～0.2 ×10-3μm2之間，占樣品量的49.94%。屬于典型的致密型儲(chǔ)層。

1 沉積微相對(duì)相對(duì)高滲儲(chǔ)層的控制

研究區(qū)長(zhǎng)8油層組屬于陸相淺水型三角洲沉積體系，為三角洲前緣亞相，發(fā)育水下分流河道、分流間灣、水下天然堤等微相。水下分流河道為陸上分流河道的水下延伸部分，在向水下延伸過(guò)程中，河道加寬，深度減小，分叉增多，流速減緩，堆積速度增大。沉積物以淺灰色、灰色的細(xì)砂巖和粉細(xì)砂巖為主，泥質(zhì)較少。滲透率大于0.5×10-3μm2的區(qū)域基本分布于分流河道中砂體厚度大的區(qū)域，其展布方向完全與分流河道展布的方向一致。

水下天然堤是陸上天然堤的水下延伸部分，分布于水下分支河道兩側(cè)。沉積物為極細(xì)的砂和粉砂，以(泥質(zhì))粉砂巖、(泥質(zhì))細(xì)砂巖為主，可見(jiàn)泥巖薄層。雜基含量較高(9.1% ～10.8%)，骨架礦物含量降低(89.2% ～ 90.9%)，粒徑變小(0.05～0.2 mm)。由于顆粒較細(xì)，雜基含量增多，抗壓實(shí)能力差，成巖過(guò)程中受壓實(shí)作用強(qiáng)烈，因此在天然堤微相往往形成黑云母—陸源雜基強(qiáng)壓實(shí)相，物性整體較差;同時(shí)有些位置由于離河道中心遠(yuǎn)，水流相對(duì)較緩，往往形成碳酸鹽強(qiáng)烈膠結(jié)的鈣質(zhì)砂巖層，砂巖的物性亦很差，一般不超過(guò) 0.3 × 10-3μm2。

2 成巖作用對(duì)高滲儲(chǔ)層的控制

儲(chǔ)層砂巖在成巖過(guò)程中，經(jīng)歷了壓實(shí)作用、膠結(jié)作用、交代作用、溶解作用等成巖作用，不同的成巖作用對(duì)儲(chǔ)集層物性好壞有重要的控制作用。

2.1 壓實(shí)作用

研究區(qū)不穩(wěn)定的長(zhǎng)石和巖屑含量相對(duì)較高，巖石成分成熟度低，抗壓實(shí)能力相對(duì)較弱。砂巖顆粒間呈縫合線(xiàn)接觸，點(diǎn)接觸較少;石英、長(zhǎng)石等剛性碎屑表面的脆性微裂紋;塑性顆粒發(fā)生變形，云母、巖屑等柔性碎屑扭曲以及假雜基化現(xiàn)象明顯;片狀顆粒沿長(zhǎng)軸方向定向排列形成明顯的壓實(shí)定向組構(gòu)。這些現(xiàn)象表明，本區(qū)砂巖經(jīng)歷了較強(qiáng)的壓實(shí)作用。

強(qiáng)壓實(shí)作用使本區(qū)物性整體變差。使相當(dāng)一部分原生孔隙喪失，滲透率急劇降低。通過(guò)公式:

式中:Q1和Q3相當(dāng)于粒度累積曲線(xiàn)25%和75%處的粒徑大小。

恢復(fù)初始孔隙度為 φ1=36.51%，然后根據(jù)公式:

計(jì)算出研究區(qū)壓實(shí)后砂巖孔隙度為18.28%。于是，壓實(shí)作用減孔率 =φ1-φ2，計(jì)算結(jié)果為18.23%。

2.2 膠結(jié)作用

膠結(jié)作用是從孔隙溶液中沉淀出的礦物質(zhì)將松散的沉積物固結(jié)起來(lái)的作用，是沉積物轉(zhuǎn)變成沉積巖的重要作用，也是使沉積層中孔隙度和滲透率降低的主要原因之一[1]。研究區(qū)主要發(fā)育碳酸鹽膠結(jié)、硅質(zhì)膠結(jié)和粘土礦物膠結(jié)。

碳酸鹽膠結(jié)物在成巖的不同階段均有產(chǎn)出，受控于不同成巖階段中流體與巖石相互作用的效應(yīng)和成巖流體的酸堿度、氧化-還原電位等成巖環(huán)境，在晶體大小和成分上存在一定的差異性。在成巖階段的早期，易于形成方解石膠結(jié)物，早期的方解石對(duì)儲(chǔ)層具有正負(fù)兩方面的作用，一方面強(qiáng)烈的方解石膠結(jié)占據(jù)了大量孔隙，使一大部分原始孔隙損失掉，在鏡下常見(jiàn)到充填于孔隙中的方解石連晶，極大地降低了儲(chǔ)層物性。另一方面，方解石的存在有效地增強(qiáng)了巖石的抗壓實(shí)能力，使壓實(shí)作用對(duì)巖石的影響大為減弱，并為后期大規(guī)模的次生溶蝕作用提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。當(dāng)進(jìn)入烴源巖中的有機(jī)質(zhì)開(kāi)始生成有機(jī)酸和CO2酸性流體階段，酸性流體作用于方解石膠結(jié)物后，可形成次生溶孔為油氣聚集提供儲(chǔ)集空間。成巖階段中晚期多形成鐵方解石和白云石，交代骨架顆粒和填隙物時(shí)也不可避免地充填了早期形成的部分粒內(nèi)、粒間溶孔和原生殘留孔隙，從而降低了砂巖的孔隙度和滲透率，使儲(chǔ)層物性變差。研究區(qū)延長(zhǎng)組長(zhǎng)8砂巖碳酸鹽含量與砂巖孔隙度、滲透率呈現(xiàn)明顯的負(fù)相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)分別為-0.47和 -0.49(圖1)，碳酸鹽膠結(jié)是造成本區(qū)長(zhǎng)8砂巖儲(chǔ)集物性降低的重要原因之一。

圖 1長(zhǎng)8砂巖碳酸鹽總含量與孔隙度、滲透率關(guān)系圖

在研究區(qū)硅質(zhì)膠結(jié)物十分常見(jiàn)，分布廣泛。在成巖早期形成大量石英的次生加大，加大程度可達(dá)3級(jí)。含量一般在8%以上，最高可達(dá)15%以上，其形成早于所有自生礦物，這在含油氣盆地的儲(chǔ)集層中很少見(jiàn)，也表明該區(qū)儲(chǔ)層原始孔隙度較高，形成于較強(qiáng)的動(dòng)力學(xué)背景下。由于本研究區(qū)石英的次生加大分布廣泛且多形成于成巖早期，在偏光顯微鏡下與原顆粒難以區(qū)別，已經(jīng)成為石英顆粒的組成部分。鄂爾多斯盆地上古生界不同地層碎屑巖中均發(fā)育硅質(zhì)膠結(jié)物，其形成貫穿于整個(gè)成巖期，其產(chǎn)狀有次生石英加大型、微粒櫛殼型、孔隙充填型、自生石英微粒以及隱晶孔隙型等[2]。硅質(zhì)和高嶺石是在相對(duì)酸性條件下沉淀下來(lái)的，其形成時(shí)的硅來(lái)源主要有長(zhǎng)石溶蝕和火山物質(zhì)。由于研究區(qū)所見(jiàn)石英次生加大大多形成于成巖早期，因此推斷與同期火山活動(dòng)有密切關(guān)系。三疊系延長(zhǎng)組沉積期，鄂爾多斯盆地周?chē)鹕交顒?dòng)十分頻繁，由火山活動(dòng)帶來(lái)的火山灰在全盆地分布廣泛且連續(xù)，火山物質(zhì)的脫?；饔每梢蕴峁┬纬晒栀|(zhì)膠結(jié)物的硅質(zhì)來(lái)源，已經(jīng)成為該地區(qū)地層劃分的重要證據(jù)，這與全區(qū)發(fā)育早期石英加大相吻合。在鏡下亦可以觀(guān)察到充填于孔隙中的自生石英晶體，這些石英的形成多與長(zhǎng)石溶蝕提供的硅相關(guān)。成巖過(guò)程中，有機(jī)酸的注入使得長(zhǎng)石溶蝕，并形成硅質(zhì)和高嶺石。早期的石英加大使大量原生孔隙損失，降低了儲(chǔ)層的滲透率，硅質(zhì)膠結(jié)也是造成本區(qū)儲(chǔ)層整體較差一個(gè)重要原因。

綠泥石在孔隙中的發(fā)育方式分為兩種，一種為薄膜式膠結(jié)，生長(zhǎng)在石英、長(zhǎng)石等顆粒的表面，這種類(lèi)型的綠泥石在成巖過(guò)程中起到了阻止顆粒與孔隙水接觸進(jìn)一步反應(yīng)，使石英和長(zhǎng)石的次生加大無(wú)法繼續(xù)進(jìn)行，同時(shí)由于這種薄膜的存在，顆粒之間呈點(diǎn)接觸，綠泥石薄膜形成穩(wěn)定的三角型剩余孔隙，起到了一定的抗壓實(shí)作用;另外一種為充填式膠結(jié)，這種綠泥石生充填于孔隙之中，降低了儲(chǔ)層的孔隙度，使喉道變得更細(xì)，降低了儲(chǔ)層的滲流能力。

高嶺石膠結(jié)儲(chǔ)層由于高嶺石的發(fā)育占據(jù)了一部分原生孔隙，使得物性變差，但由于高嶺石自身具有非常多的晶間孔隙，又對(duì)儲(chǔ)層具有一定的改善作用。長(zhǎng)石的溶蝕一般由于酸性有機(jī)質(zhì)物質(zhì)的注入，腐蝕長(zhǎng)石的表面并形成次生孔隙，同時(shí)長(zhǎng)石的溶蝕又給高嶺石的形成提供了必要的物質(zhì)來(lái)源，因此，可看到高嶺石膠結(jié)常常與長(zhǎng)石溶蝕相伴而生。

綠泥石薄膜和高嶺石的發(fā)育對(duì)保護(hù)或者改善儲(chǔ)層的孔隙度可起到一定的積極作用，但是這類(lèi)孔隙往往形成于單個(gè)孔隙之中，孔隙在顆粒內(nèi)部或者孔隙內(nèi)聯(lián)通較好，而與其它顆粒之間聯(lián)通較差，無(wú)法形成連續(xù)而有效的滲透通道。因此，這類(lèi)儲(chǔ)層表現(xiàn)出孔隙度中等—較好，但滲流能力較差的特點(diǎn)。

2.3 溶解作用

砂巖中的碎屑顆粒、雜基、膠結(jié)物和交代礦物，在一定的成巖環(huán)境中都可以不同程度地發(fā)生溶解作用，其結(jié)果是形成砂巖中的次生孔隙。酸性水的存在是產(chǎn)生次生孔隙的重要因素[3，4]。碳酸、有機(jī)酸(有機(jī)質(zhì)達(dá)到成熟階段形成的酸性溶液[5，6]及酚類(lèi)以及高嶺石和蒙脫石向伊利石轉(zhuǎn)變過(guò)程中釋放出來(lái)的酸對(duì)碳酸鹽和長(zhǎng)石的溶解有重要的作用[7]。

根據(jù)鑄體薄片、掃描電鏡觀(guān)察表明，長(zhǎng)8段儲(chǔ)層中長(zhǎng)石溶蝕現(xiàn)象普遍存在，形成了大量次生孔隙，為后期油氣的充注提供了大量的儲(chǔ)集空間。研究區(qū)碳酸鹽多呈孔隙式充填，有些地方呈連晶區(qū)充填，基本無(wú)溶蝕，對(duì)次生孔隙的形成基本無(wú)貢獻(xiàn)。長(zhǎng)石溶蝕作用形成長(zhǎng)石溶蝕粒內(nèi)孔，有的碎屑顆粒全部溶蝕形成鑄模孔隙，是研究區(qū)主要的次生孔隙類(lèi)型之一。研究區(qū)長(zhǎng)8儲(chǔ)層長(zhǎng)石溶孔面孔率約為0.78%。

2.4 交代作用

交代作用是指一種礦物代替另一種礦物的現(xiàn)象。交代礦物可以交代礦物顆粒邊緣，使顆粒溶蝕成鋸齒狀或雞冠狀的不規(guī)則邊緣，也可以完全交代碎屑顆粒而成為它的假象。

研究區(qū)長(zhǎng)8砂巖中常見(jiàn)的交代作用包括高嶺石、方解石、鐵方解石、鐵白云石交代碎屑顆粒(如長(zhǎng)石、黑云母、巖屑等)，鐵方解石、鐵白云石交代膠結(jié)物(如高嶺石、粒間硅質(zhì)膠結(jié))，鐵白云石交代鐵方解石等。蒙脫石經(jīng)伊蒙混層和綠蒙混層向伊利石和綠泥石的轉(zhuǎn)化及高嶺石向伊利石、綠泥石的轉(zhuǎn)化等屬于粘土礦物之間的交代作用。

交代過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)小晶格的礦物交代大晶格的礦物，從而使孔隙度有輕微的增加，但交代過(guò)程要服從體積及質(zhì)量守恒，通過(guò)這種情況使孔隙度的增加作用很小。但是交代作用為后期溶解作用提供了更多的易溶物質(zhì)，有利于溶解作用的進(jìn)行，因此交代作用對(duì)儲(chǔ)層物性具有改善作用。

3 孔隙組合對(duì)相對(duì)高滲儲(chǔ)層的影響

孔隙組合是控制砂巖儲(chǔ)集性能的最重要因素。對(duì)于鄂爾多斯盆地上三疊統(tǒng)延長(zhǎng)組整體為低孔低滲儲(chǔ)層的情況下，要尋找相對(duì)高滲儲(chǔ)層，關(guān)鍵要在水下分流河道砂體中尋找孔隙結(jié)構(gòu)較好的儲(chǔ)層。本次研究通過(guò)對(duì)巖石薄片、鑄體薄片、壓汞分析、熒光分析、水驅(qū)油試驗(yàn)以及成巖作用的詳細(xì)分析，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致研究區(qū)相對(duì)高滲儲(chǔ)層的主要原因是微裂縫—組合孔隙的存在。

3.1 致密孔隙組合型

致密孔隙組合型在研究區(qū)分布廣泛。強(qiáng)機(jī)械壓實(shí)作用以及碳酸鹽膠結(jié)和硅質(zhì)膠結(jié)是導(dǎo)致致密孔隙組合形成的主要因素。在致密孔隙組合型儲(chǔ)層中，原生孔隙被擠壓消失或者被碳酸鹽及硅質(zhì)等完全充填，致使后期流體幾乎無(wú)法進(jìn)入儲(chǔ)層，限制了溶蝕孔隙的發(fā)育。鏡下觀(guān)察表明，這種孔隙組合類(lèi)型薄片中，只有極少量剩余粒間孔存在，面孔率低于1%，而且孔隙之間沒(méi)有喉道連接，導(dǎo)致儲(chǔ)層物性極差。

3.2 綠泥石薄膜膠結(jié)剩余粒間孔型

綠泥石薄膜膠結(jié)剩余粒間孔型在研究區(qū)發(fā)育較廣。綠泥石薄膜一方面隔開(kāi)了碎屑顆粒與孔隙，從而阻礙了其它膠結(jié)物的沉淀，使得原生粒間孔得以保存。另一方面綠泥石包繞碎屑顆粒，使孔隙度降低，喉道堵塞，從而降低了巖石的滲透率[8，9，10]。在偏光顯微鏡下觀(guān)察發(fā)現(xiàn)綠泥石薄膜膠結(jié)剩余粒間孔面孔率大，但是喉道較小，連通差。因此盡管剩余粒間孔發(fā)育，但最終驅(qū)油效率差。

3.3 粒間孔—溶蝕孔混合型

鑄體薄片觀(guān)察發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)石顆粒發(fā)生溶蝕，形成次生孔隙，與綠泥石薄膜保存的剩余粒間孔同時(shí)發(fā)育，物性特征明顯優(yōu)于綠泥石薄膜膠結(jié)相，不但部分原生孔隙被保留下來(lái)，而且次生孔隙也比較發(fā)育，溶蝕作用擴(kuò)大了原生剩余粒間孔隙及吼道，改善了孔隙之間的連通性，提高了儲(chǔ)層的滲透率，形成研究區(qū)最好的儲(chǔ)層。該孔隙組合類(lèi)型占樣品總數(shù)的23%，平均孔 徑 126.2 μm，平 均 面 孔 率 為 6.7%，平 均 孔 隙 度14.1% ，平均滲透率為 1.7 × 10-3μm2。砂巖平均粒度 0.33 mm，主要為中粒砂巖，砂巖分選好，磨圓度主要為次棱角狀，顆粒之間以點(diǎn)接觸為主，膠結(jié)類(lèi)型主要為孔隙式、孔隙 -薄膜式。

3.4 縫狀微裂縫—組合孔隙型

在研究區(qū)主要發(fā)育構(gòu)造作用形成的構(gòu)造微裂縫與成巖過(guò)程中形成的成巖微裂縫。延長(zhǎng)組在早白堊世晚期達(dá)到最大埋深，儲(chǔ)層經(jīng)歷了壓實(shí)和膠結(jié)作用改造后孔隙度大為降低，形成低滲透致密儲(chǔ)層;但由于生烴和構(gòu)造運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的超壓，使延長(zhǎng)組發(fā)生多期次破裂而形成眾多的裂縫，加上成巖過(guò)程中的溶解作用，最終形成區(qū)域上有效的網(wǎng)狀裂縫系統(tǒng)。雖然延長(zhǎng)組中廣泛發(fā)育的天然裂縫對(duì)儲(chǔ)集空間的貢獻(xiàn)很有限，僅占儲(chǔ)集空間的0.5%，但對(duì)于連通基質(zhì)孔隙、改善儲(chǔ)層滲透率具有極其重要的意義，它為儲(chǔ)層提供了有效滲濾通道、儲(chǔ)集空間和控制了次生孔隙空間的形成與分布，是在超低滲致密儲(chǔ)層中低孔卻發(fā)育有相對(duì)高滲帶的主要原因。

微裂縫在儲(chǔ)層中與綠泥石剩余粒間孔、長(zhǎng)石溶蝕孔及高嶺石晶間孔組合形成縫狀孔隙—組合孔隙型，這是研究區(qū)最重要的孔隙組合類(lèi)型?？p狀微裂縫作為聯(lián)通孔隙和提供有效滲流通道的介質(zhì)起到了很大的作用。從薄片分析顯示，在微裂縫發(fā)育的地區(qū)均是相對(duì)高滲儲(chǔ)層發(fā)育的地區(qū)，也是重點(diǎn)的含油富集區(qū)。因此，微裂縫對(duì)研究區(qū)相對(duì)高滲儲(chǔ)層具有非常重要的控制作用，微裂縫發(fā)育帶應(yīng)為以后勘探的重要目標(biāo)。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)以上研究表明，鄂爾多斯盆地張家山地區(qū)長(zhǎng)8儲(chǔ)層為典型的致密型儲(chǔ)層。沉積微相，成巖作用以及孔隙組合類(lèi)型是研究區(qū)致密儲(chǔ)層中相對(duì)高滲區(qū)塊發(fā)育的主要影響因素。研究區(qū)長(zhǎng)8儲(chǔ)層主要發(fā)育水下分流河道、分流間灣、水下天然堤等沉積微相，水下分流河道是相對(duì)高滲儲(chǔ)層發(fā)育的主要區(qū)域;溶蝕作用是改善張家山地區(qū)長(zhǎng)8儲(chǔ)層物性的主要成巖作用，交代作用有一定的改善作用，而壓實(shí)作用和膠結(jié)作用是儲(chǔ)層物性變差的主要因素;微裂縫—組合孔隙發(fā)育地區(qū)是研究區(qū)最有利的相對(duì)高滲儲(chǔ)層分布區(qū)域。

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