杏子川油田周家河地區(qū)長(zhǎng)2儲(chǔ)層成巖作用研究

牛 寧，楊振建

(西北大學(xué) 地質(zhì)學(xué)系/大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安710069)

杏子川油田周家河地區(qū)長(zhǎng)2儲(chǔ)層成巖作用研究

牛 寧，楊振建

(西北大學(xué) 地質(zhì)學(xué)系/大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安710069)

研究杏子川油田周家河地區(qū)長(zhǎng)2儲(chǔ)層成巖作用及其對(duì)儲(chǔ)層物性的影響。通過對(duì)長(zhǎng)2儲(chǔ)層巖石學(xué)特征、成巖作用類型、成巖階段劃分、成巖序列分析、成巖作用對(duì)儲(chǔ)層物性的影響得分析，研究得出:長(zhǎng)2油層組的巖石類型是長(zhǎng)石砂巖;成巖作用類型主要有機(jī)械壓實(shí)作用、膠結(jié)作用、溶解作用等;壓實(shí)作用是儲(chǔ)層最為重要的破壞性成巖作用;膠結(jié)作用是影響儲(chǔ)層物性好壞的另一個(gè)重要因素，受到綠泥石膜的保護(hù)，保存下來的原生粒間孔成為了有利的儲(chǔ)集空間;溶蝕作用對(duì)儲(chǔ)層物性產(chǎn)生建設(shè)性的影響。成巖作用現(xiàn)處于中成巖階段A期，成巖序列為機(jī)械壓實(shí)→早期粘土膜形成→自生石英、長(zhǎng)石形成→孔隙充填綠泥石和伊利石形成→長(zhǎng)石顆粒發(fā)生溶蝕。

杏子川油田;延長(zhǎng)組長(zhǎng);油層租;成巖作用

鄂爾多斯盆地是我國(guó)第二大沉積盆地，面積約25×104km2，位于中國(guó)大陸中西部，是一個(gè)穩(wěn)定沉降、凹陷遷移、扭動(dòng)明顯的多旋回沉積型克拉通類含油氣盆地［1－8］，它具有豐富的油、氣、煤、鈾等多種能源礦產(chǎn)，具有油氣分布廣、含油層位多、油層厚度大、孔隙度和滲透率低等特點(diǎn)，是我國(guó)重要的能源基地［9－10］。石油資源主要分布于鄂爾多斯盆地的中部和南部地區(qū)，含油層位主要為中、下侏羅統(tǒng)的直羅組、延安組和上三疊統(tǒng)的延長(zhǎng)組;其中三疊系儲(chǔ)層是世界著名的低孔低滲甚至超低孔低滲儲(chǔ)層［11］。杏子川油田位于鄂爾多斯盆地陜北斜坡的中東偏南部，三疊系延長(zhǎng)組是其主要的含油層系，油藏類型主要是巖性油藏或構(gòu)造。對(duì)于這種油氣藏的勘探，主要是在低孔低滲背景下尋找有利的儲(chǔ)層砂體即高孔高滲儲(chǔ)層。成巖作用分析在儲(chǔ)層研究中占有很重要的地位。成巖作用不僅影響原生孔隙的存在，還對(duì)次生孔隙的產(chǎn)生和發(fā)育有決定性的影響，從而影響儲(chǔ)層的儲(chǔ)集性能、非均質(zhì)性和油氣的運(yùn)移和聚集。因此，成巖作用研究對(duì)后期儲(chǔ)層的勘探和開發(fā)有一定的指導(dǎo)意義。

1 儲(chǔ)層巖石學(xué)特征

研究成巖作用必然先要分析巖石學(xué)特征，因?yàn)閹r石學(xué)特征在很大程度上影響著儲(chǔ)層成巖作用的發(fā)生與變化，從而影響儲(chǔ)層的發(fā)育，尤其是巖石礦物組分和結(jié)構(gòu)。

1.1 礦物成分

周家河地區(qū)長(zhǎng)2儲(chǔ)層砂巖碎屑顆粒的礦物組分主要是長(zhǎng)石，石英，和巖屑。其中長(zhǎng)石含量占59.8%，石英22.7%，巖屑12%。所謂的填隙物就是由雜基和膠結(jié)物兩部分組成，該地區(qū)長(zhǎng)2儲(chǔ)層儲(chǔ)集巖填隙物含量為5.5%。填隙物主要有綠泥石、伊利石、鐵方解石、方解石、硅質(zhì)和長(zhǎng)石質(zhì)等，其中綠泥石占2.85%，方解石 1%，硅質(zhì) 0.5%，鐵方解石 0.35%，長(zhǎng)石質(zhì)0.23%，伊利石0.15%，其他0.5%。目前，國(guó)內(nèi)外一般都認(rèn)可的砂巖分類方法是根據(jù)砂巖碎屑組分的相對(duì)含量，應(yīng)用數(shù)據(jù)投影成三角圖解的方法。根據(jù)研究區(qū)長(zhǎng)2油層組儲(chǔ)層砂巖的碎屑組分相對(duì)含量，對(duì)其進(jìn)行了三角圖投點(diǎn)分類(據(jù)趙澄林)，得出，該地區(qū)砂巖主要巖石類型是長(zhǎng)石砂巖。

1.2 結(jié)構(gòu)特征

我們主要研究了該區(qū)儲(chǔ)層粒度、磨圓度、分選性、顆粒接觸類型和巖石膠結(jié)類型。該區(qū)粒度以細(xì)砂巖為主，占76.9%，含有部分中砂巖，占23.1%;儲(chǔ)層砂巖顆粒磨圓度較差，為次棱角狀磨圓;砂巖顆粒分選性好;顆粒的接觸關(guān)系在一定程度上與巖石發(fā)生變形的程度大小有很大關(guān)系，根據(jù)偏光顯微鏡觀察，長(zhǎng)2油層組儲(chǔ)集巖為點(diǎn)－線接觸。儲(chǔ)集巖以接觸式膠結(jié)為主。

2 儲(chǔ)層孔隙和物性特征

研究區(qū)長(zhǎng)2油層組儲(chǔ)層孔隙類型可分為原生粒間孔、次生粒間溶蝕孔、粒內(nèi)溶孔、鑄?？缀臀⒘芽p5種?？紫兑栽ｉg孔為主(圖1)，其次是次生粒間溶蝕孔，包括長(zhǎng)石溶孔和巖屑溶孔(圖2)。

圖1 粒間孔(X1083長(zhǎng)221079.76m×250，單偏光)

圖2 長(zhǎng)石溶孔(X1083長(zhǎng)221079.76m×250，單偏光

據(jù)鑄體薄片分析，研究區(qū)長(zhǎng)2油層組儲(chǔ)層砂巖以中孔隙(50～100 μm)為主，占 46.2%，含有部分大孔隙(＞100 μm)占30.8% 和小孔隙(10 ～50 μm)占23.1% ，幾乎沒有細(xì)孔隙(0.5 ～10 μm)和微孔隙(＜0.5 μm)(圖3);據(jù)壓汞分析，喉道以粗喉道(＞3 μm)和微喉道(＜0.2 μm)為主，各占40%，含有部分微細(xì)喉道(0.2～0.5 μm)占 20%，幾乎沒有中喉道(1 ～3 μm)和細(xì)喉道(0.5 ～1 μm)(圖4)。)

研究區(qū)長(zhǎng)2油層組儲(chǔ)層的排驅(qū)壓力平均值是0.064 9 MPa，中值壓力是 1.109 MPa，最大孔喉半徑是 40.568 5 μm，中值孔喉半徑是 3.184 μm，分選系數(shù)是 4.770 3，歪度是1.544 9，均值是 7.052 1 μm，孔隙度 17.16，滲透率 24.443×10－3μm。綜上可知，研究區(qū)儲(chǔ)層性能較好。

圖3 研究區(qū)長(zhǎng)2油層組儲(chǔ)層孔隙大小分布圖

圖4 研究區(qū)長(zhǎng)2油層組儲(chǔ)集巖喉道分布圖

3 儲(chǔ)層成巖作用

成巖作用是指沉積物有效埋藏以后至變質(zhì)作用發(fā)生以前，沉積物中各種流體與巖石礦物發(fā)生廣泛的物理化學(xué)作用過程，由于沉積巖性各異、沉積環(huán)境不同、埋藏條件變化、膠結(jié)作用和交代作用的類型繁多，研究這些不同成巖作用發(fā)生的歷史、相互間的關(guān)系，是油氣儲(chǔ)層地質(zhì)研究的重要內(nèi)容。

3.1 成巖作用類型

成巖作用類型有壓實(shí)及壓溶作用、膠結(jié)作用、溶解作用、交代作用和重結(jié)晶作用(圖5，圖6)。研究區(qū)長(zhǎng)2油層組儲(chǔ)層砂巖中的膠結(jié)物主要為綠泥石、伊利石、鐵方解石、方解石、硅質(zhì)和長(zhǎng)石質(zhì)等，以綠泥石、方解石和硅質(zhì)最為重要。

圖5 云母變形(X1011長(zhǎng)221055.98m×250，正交偏光)

3.2 成巖階段劃分

研究區(qū)長(zhǎng)2油層組儲(chǔ)層鏡質(zhì)體反射率Ro約為0.79%(據(jù)楊俊杰等，1992;梅志超，1994);在薄片下觀察，顆粒以點(diǎn)－線接觸為主，說明研究區(qū)存在較強(qiáng)烈的壓實(shí)作用;自生粘土礦物以綠泥石為主，也含有少量呈針狀的伊利石(圖7、圖10);掃描電鏡下，看到自生石英及自生長(zhǎng)石以及長(zhǎng)石的溶解作用(圖2、圖7、圖8)。

圖6 縫合線接觸(X1083長(zhǎng)221079.76m×200，正交偏光)

3.3 成巖序列劃分

成巖序列是對(duì)成巖反應(yīng)的深刻揭示，也是成巖作用階段性劃分的基礎(chǔ)。根據(jù)顯微鏡和掃描電鏡下的各類成巖現(xiàn)象以及以上成巖作用的分析，結(jié)合各種自生礦物的產(chǎn)出狀況和生成條件，對(duì)長(zhǎng)2油層組儲(chǔ)層的成巖序列進(jìn)行了分析，分析結(jié)果如下:

綠泥石:掃描電鏡下明顯看到，以綠泥石為主的粘土礦物，呈近等厚薄膜狀覆蓋在顆粒表面(圖7)，結(jié)合黃思靜等［12］總結(jié)了鄂爾多斯盆地二疊系延長(zhǎng)組砂巖中以孔隙襯里方式產(chǎn)出的綠泥石的主要特征是綠泥石的沉淀作用是在長(zhǎng)石溶解前的較早的成巖階段發(fā)生的。此外，未發(fā)現(xiàn)綠泥石膜包圍長(zhǎng)石溶蝕孔的現(xiàn)象，因此，判斷綠泥石膜形成于長(zhǎng)石溶蝕之前(圖8)。

圖7 綠泥石薄膜及自生石英

硅質(zhì)膠結(jié):在掃描電鏡下，見綠泥石殘余粒間粒間孔內(nèi)發(fā)育自生石英單體，說明自生石英的形成晚于粘土膜膠結(jié)(圖9)?？紫冻涮罹G泥石常和片狀伊利石伴生，說明其形成時(shí)間基本一致(圖10)。周家河地區(qū)長(zhǎng)2油層組儲(chǔ)層的成巖序列為機(jī)械壓實(shí)→早期粘土膜形成→自生石英、長(zhǎng)石形成→孔隙充填綠泥石和伊利石形成→長(zhǎng)石顆粒發(fā)生溶蝕。

4 成巖作用對(duì)儲(chǔ)集性的影響

成巖作用的過程就是孔隙空間的形成和演化的過程，它直接影響著儲(chǔ)集巖孔隙的形成、保存和破壞，對(duì)儲(chǔ)層物性有著決定性的影響。

圖8 與綠泥石共生的自生長(zhǎng)石

圖9 綠泥石薄膜膠結(jié)

圖10 伊綠共生 搭橋狀

4.1 壓實(shí)作用與儲(chǔ)集性

早期成巖階段發(fā)生的機(jī)械壓實(shí)作用導(dǎo)致砂巖顆粒間的緊密排列、位移或再分配，減少了原生孔隙空間。再加上砂巖碎屑中較多的巖屑、云母等塑性碎屑，在較強(qiáng)的壓實(shí)作用下擠壓變形形成假雜基，擠入粒間孔隙中，造成臨近孔隙喉道的堵塞，從而導(dǎo)致無膠結(jié)物膠結(jié)，儲(chǔ)集性變差。

4.2 膠結(jié)作用與儲(chǔ)集性

膠結(jié)物對(duì)儲(chǔ)層的影響的總趨勢(shì)是使孔隙和吼道變小，使孔隙的形態(tài)復(fù)雜化或直接封堵孔隙，從而降低了儲(chǔ)層的滲透性能。

4.2.1 綠泥石對(duì)儲(chǔ)層物性影響

綠泥石的存在與砂巖儲(chǔ)集空間的保存和演化有著十分重要的關(guān)系。研究區(qū)綠泥石膜主要為孔隙襯墊式膠結(jié)，這種形式的綠泥石的存在總的來說是對(duì)儲(chǔ)層孔隙孔隙發(fā)育有以下幾方面的正面影響［13］。

提高巖石的機(jī)械強(qiáng)度和抗壓實(shí)能力:發(fā)育綠泥石膜的砂巖通常具有較低的顆粒接觸強(qiáng)度，多數(shù)情況下是點(diǎn)接觸與線接觸，研究區(qū)存在這樣的綠泥石及其對(duì)儲(chǔ)集空間的保護(hù)作用。

平衡上覆壓力:在后期埋藏成巖過程中，如果存在綠泥石的繼續(xù)生長(zhǎng)，作為孔襯式的綠泥石的厚度會(huì)逐漸增加，由此所增加的機(jī)械強(qiáng)度會(huì)平衡埋藏成巖過程中不斷增加的上覆載荷，這種機(jī)制不但使砂巖的原生粒間孔隙得以保存，同時(shí)也使由長(zhǎng)石等骨架顆粒溶解形成的次生孔隙得以保存。

對(duì)石英膠結(jié)具有一定的抑制作用:一般來說，作為孔襯式的綠泥石是通過分隔孔隙水與石英顆粒的表面來阻止自生石英膠結(jié)物在碎屑石英表面成核的，從而導(dǎo)致在綠泥石膠結(jié)作用發(fā)生的地方，很少有自生石英的生長(zhǎng)現(xiàn)象。

通過油區(qū)長(zhǎng)2油層組砂巖薄片和掃描電鏡觀察發(fā)現(xiàn)，油區(qū)綠泥石膜的存在，砂巖孔隙度得到有效提高，幾乎所有研究區(qū)的原生殘余孔都是綠泥石膜保護(hù)下保存下來的。

另一方面來說，研究區(qū)少量自生綠泥石以孔隙充填式充填孔隙，占據(jù)孔隙空間，對(duì)儲(chǔ)集性起到破壞性影響。

4.2.2 自生伊利石影響喉道形態(tài)

一方面，自生伊利石充填孔隙空間，使儲(chǔ)層孔隙性能降低。另一方面，橋接形式存在的伊利石，在孔隙中有流體運(yùn)移時(shí)容易受到破壞，從而堵塞孔隙，因此對(duì)滲透率的影響較大。

4.2.3 碳酸鹽膠結(jié)作用降低儲(chǔ)集層物性

在鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組所有膠結(jié)物中，碳酸鹽是造成砂巖孔－滲降低的主要膠結(jié)物［14］。

碳酸鹽膠結(jié)物的存在，對(duì)油區(qū)長(zhǎng)2油層組儲(chǔ)層物性造成嚴(yán)重的負(fù)面影響。長(zhǎng)2儲(chǔ)層方解石多為早期大氣降水成巖碳酸鹽膠結(jié)物，主要是呈連晶式充填于部分或大部分大孔隙空間，容易形成低孔低滲的致密儲(chǔ)集層，使原生孔隙內(nèi)的孔隙度大大降低。

4.2.4 自生石英膠結(jié)影響儲(chǔ)層物性

自生石英膠結(jié)對(duì)儲(chǔ)層物性存在兩方面的影響。一方面，石英發(fā)生自生加大或自生石英顆粒聚合體充填粒間孔隙，占據(jù)原生孔隙，導(dǎo)致孔隙度降低。但是，另一方面，石英自生加大邊的存在一定程度上支撐顆粒間，抑制壓實(shí)作用進(jìn)行，對(duì)部分原生孔隙的保存具有重要意義。

4.3 溶蝕作用與儲(chǔ)集性

溶蝕作用形成的次生孔隙對(duì)儲(chǔ)層物性主要是建設(shè)性的影響。次生孔隙也是研究區(qū)長(zhǎng)2砂巖儲(chǔ)集層主要的孔隙類型之一，它使本來致密的長(zhǎng)2地層的儲(chǔ)集性得到了改善。

5 結(jié)語

通過對(duì)周家河地區(qū)長(zhǎng)2油層組地層、沉積相及成巖作用的整體研究，取得以下認(rèn)識(shí):

1)研究區(qū)長(zhǎng)2油層組巖性為長(zhǎng)石砂巖;粒度以細(xì)粒為主，也含部分中粒;顆粒分選好，圓度以次棱角狀為主;顆粒接觸關(guān)系以點(diǎn)－線接觸為主;膠結(jié)類型主要為接觸式膠結(jié);填隙物中雜基含量不高，膠結(jié)物主要有綠泥石、方解石、硅質(zhì)、鐵方解石、長(zhǎng)石質(zhì)、伊利石等。

2)研究區(qū)主要的成巖作用類型為機(jī)械壓實(shí)作用、膠結(jié)作用和溶蝕作用。砂巖的成巖階段，現(xiàn)處于中成巖A期。初步確定研究區(qū)長(zhǎng)2油層組儲(chǔ)層的成巖序列為:機(jī)械壓實(shí)→早期粘土膜形成→自生石英、長(zhǎng)石形成→孔隙充填綠泥石和伊利石形成→長(zhǎng)石顆粒發(fā)生溶蝕。

3)分析了成巖作用對(duì)儲(chǔ)層物性的影響。其中壓實(shí)作用是影響儲(chǔ)層孔隙度大幅度降低的主要原因。同時(shí)還存在碳酸鹽膠結(jié)物致密膠結(jié)、石英自生加大、自生綠泥石和伊利石膠結(jié)物充填孔隙等成巖作用，以上破壞性的成巖作用直接導(dǎo)致研究區(qū)長(zhǎng)2油層組儲(chǔ)層物性變差。另一方面，綠泥石膜的存在一定程度上保護(hù)了原生孔隙未受到破壞，長(zhǎng)石的溶蝕作用形成的溶蝕粒間孔和粒內(nèi)溶孔，使儲(chǔ)層的物性得到良好改善。

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Study on Diagenesis of Chang 2 Reservoir in Zhoujiahe Xingzichuan Oil Field

NIU Ning，YANG Zhen－jian
(State Key Laboratory of Continental Dynamics/Department of Geology，Northwest University，Xi′an 710069，Shaanxi)

By analyzing diagenesis and its impact on physical properties，the paper identifies the petrologic characteristic，type of diagenetic process，phases of diagenesis and diagenetic sequence of Chang 2 reservoir in Xingzichuan oil field of Zhoujiahe.The results show that arkose is the most common rock in the studied area.Diagenesis of the reservoir mainly act as compaction，cementation and dissolution.Compaction is the most important destructive diagenesis while dissolution affects reservoir physical properties mostly.Cementation，which also affects physical properties，acts under the protection from chlorite film and contributes to the formation of original intergranular pores.Moreover，the reservoirs in the studied area is on Stage A of mesodiagenesis.The diagenetic sequence is as follow sequence.Compaction → formation of early clay file→formation of authigenic quartz and feldspar→formation of pore－filled chlorite and illite→dissolution of feldspar

Xingzichuan oil field;Chang 2 reservoir;formation and diagenesis

TE12

A

1004－1184(2014)02－0179－04

2013－12－13

牛寧(1990－)，女，陜西寶雞人，在讀碩士研究生，主攻方向:石油地質(zhì)。