大港探區(qū)上古生界二疊系致密砂巖儲層特征及成因

王 輝，馬文華，張凡磊，崔 宇

（中國石油大港油田公司，天津 300280）

渤海灣盆地黃驊坳陷第三系油氣勘探已經(jīng)進(jìn)入中后期，尋找新的勘探接替戰(zhàn)場迫在眉睫，近年來，圍繞古生界的科研投入越來越大，陸續(xù)在大港探區(qū)港北潛山、王官屯潛山上古生界發(fā)現(xiàn)工業(yè)油氣流，特別是近期在烏馬營潛山二疊系下石盒子組致密砂巖獲得工業(yè)氣流，預(yù)示著二疊系致密砂巖良好的勘探前景，必將成為油田增儲上產(chǎn)的重要接替層系。從目前的油氣發(fā)現(xiàn)井來看，二疊系致密砂層是上古生界最具潛力的含油氣層系，但是，由于致密砂巖儲層的低孔低滲等特征，如何尋找優(yōu)質(zhì)儲層相帶，有效勘探這類氣藏變得尤為重要，本文重點分析了大港探區(qū)二疊系致密砂巖的儲層特征，以及影響儲層物性的主控因素，為如何在大港探區(qū)尋找這類低孔低滲的潛山氣藏提供可靠的地質(zhì)依據(jù)，具有重要的現(xiàn)實指導(dǎo)意義[1-3]。

1 儲層巖石學(xué)特征

大港探區(qū)上古生界二疊系地層由山西組、下石盒子組、上石盒子組和石千峰組構(gòu)成[4]，其中下石盒子組砂巖最厚，上石盒子組次之，下石盒子組累計厚度可達(dá)80 m～184 m，依目前的油氣發(fā)現(xiàn)，本文重點研究了上、下石盒子組的巖石學(xué)特征。

1.1 下石盒子組

近年來，在針對大港探區(qū)二疊系的勘探評價表明：二疊系儲層分布受控于印支期差異剝蝕控制，具有南沉北抬的構(gòu)造格局，坳陷南區(qū)二疊系下石盒子組保存相對完整，而北區(qū)往往缺失二疊系上部石千峰和上石盒子組。南部地區(qū)（如烏馬營潛山）下石盒子組主要發(fā)育石英砂巖，石英含量最高可達(dá)95%，巖屑石英砂巖次之，巖屑以變質(zhì)石英巖和酸性噴出巖為主，顆粒分選好-中、磨圓中，風(fēng)化深，壓實較強(qiáng)烈，多見凹凸接觸，巖屑見酸性噴出巖、變質(zhì)石英巖。中北部（如港北潛山）主要發(fā)育巖屑長石砂巖，巖屑類型主要是酸性噴出巖、硅質(zhì)巖、變質(zhì)石英巖、泥質(zhì)巖等等。碎屑顆粒分選性中等，圓度為次尖-次圓，風(fēng)化中，壓實強(qiáng)烈，膠結(jié)類型主要為孔隙式和壓嵌，顆粒支撐。下石盒子組孔隙中的填隙物含量中等，主要為泥質(zhì)雜基和成巖后期形成的碳酸鹽膠結(jié)物。

1.2 上石盒子組

上石盒子組僅在大港探區(qū)南部發(fā)育，巖石類型整體上以長石巖屑砂巖和巖屑長石砂巖為主，巖屑砂巖次之，上石盒子組的石英含量較下石盒子組低，巖屑見酸性噴出巖、變質(zhì)石英巖、粉砂巖等。本層段內(nèi)泥質(zhì)分布粒間，部分見云母化現(xiàn)象。碎屑顆粒分選性好-中等，圓度為次尖-次圓，孔隙式膠結(jié)，線狀接觸，顆粒支撐，粒度大都處于0.25 mm～1.3 mm?？紫吨械奶钕段锖肯啾认率凶咏M有所降低。泥質(zhì)雜基主要為泥質(zhì)和水云母類，膠結(jié)產(chǎn)物主要是方解石和高嶺石膠結(jié)物[7]。

2 孔隙結(jié)構(gòu)

通過鑄體薄片的觀察與分析，上、下石盒子組原生孔隙基本不發(fā)育，主要是在儲層深埋成巖時期形成的次生成因的溶蝕孔隙，以粒間、粒內(nèi)溶孔為主，占到了總孔隙空間的60%～70%（見圖1），主要由長石顆粒、巖屑及粒間膠結(jié)物的溶蝕改造形成。溶蝕孔隙鏡下常呈現(xiàn)不規(guī)則的形態(tài)，粒間、粒內(nèi)溶孔一定程度上改善了砂巖儲層物性，但是，如長石溶蝕形成的高嶺石、以及后續(xù)反應(yīng)形成的伊蒙混層等自生黏土礦物會堵塞孔隙空間，整體上，溶蝕作用并不能改善儲層物性。

裂縫主要見下石盒子組地層中，對于二疊系這種致密砂巖儲層，裂縫及微裂縫已經(jīng)成為重要的儲集空間。同時，裂縫的發(fā)育又加深了溶蝕作用，使儲層在弱溶蝕條件下形成優(yōu)質(zhì)儲層。如南區(qū)潛山探井gg1601、us1等在埋深達(dá)到4 000 m～5 000 m時，在弱溶蝕條件下，經(jīng)過微裂縫的改造，孔隙度還可以達(dá)到10個左右，充分說明裂縫對儲層的改善至關(guān)重要。

據(jù)查閱相關(guān)文獻(xiàn)得知[5]，下石盒子組，平均孔喉半徑0.54 μm～10.75 μm（均值 7.02 μm），排驅(qū)壓力 0.99 MPa～2.80 MPa（均值1.61 MPa），喉道分選系數(shù) 1.10～38.40（均值14.65）；上石盒子組，平均孔喉半徑0.70 μm～11.59 μm（均值 6.01 μm），排驅(qū)壓力 0.29 MPa～0.95 MPa（均值0.50 MPa），喉道分選系數(shù)0.91～41.09（均值16.88）。整體上表現(xiàn)出，石盒子組的排驅(qū)壓力小-中等，喉道分選系數(shù)普遍偏小，上石盒子組孔喉連通性略好于下石盒子組。

3 儲層物性特征

統(tǒng)計本區(qū)已有樣品的分析結(jié)果，大港探區(qū)上古生界二疊系的孔隙度與滲透率正相關(guān)性明顯。儲層儲集物性在不同層段內(nèi)有明顯差異。下石盒子組物性相比上石盒子組及山西組要好，下石盒子組孔隙度在10%以上的樣本點占到了49.28%，并且下石盒子組上部辮狀河河道沉積砂巖物性最好，孔隙度均值可以達(dá)到15%，滲透率也是所有儲層段最好的（見圖2）。

4 致密砂巖儲層成因

4.1 致密砂巖的空間展布特征

上古生界致密砂巖有利儲集層的空間分布主要受控于原始沉積環(huán)境，中、新生代后期改造作用。其中，中生代印支-燕山期大港探區(qū)中北區(qū)區(qū)域性的構(gòu)造抬升與剝蝕作用對該地區(qū)上古生界儲層發(fā)育影響非常大[6，7]。在強(qiáng)剝蝕區(qū)，上古生界主力儲集層系-二疊系石盒子組儲層已被剝蝕殆盡，失去了主力儲層的作用，而在環(huán)繞二疊系石盒子組剝蝕區(qū)的地帶，儲層物性變化較大，在古地下水活動性強(qiáng)的滲流帶可形成次生溶蝕帶，儲層物性較好（如扣村地區(qū)），但向凹陷一側(cè)一定的距離內(nèi)往往出現(xiàn)次生膠結(jié)帶，導(dǎo)致原始孔隙被膠結(jié)充填，使儲集物性進(jìn)一步變壞。

圖1 上古生界儲層次生粒間孔隙，粒內(nèi)孔隙

圖2 大港探區(qū)上古生界二疊系下石盒子組儲層砂巖孔隙度和滲透率頻率直方圖

大港探區(qū)南區(qū)上古生界層序保存全，南端的王官屯、南皮地區(qū)還殘留了巨厚的下三疊統(tǒng)地層，上古生界儲層發(fā)育特點主要受原始沉積相帶及構(gòu)造裂縫的影響，在晚古生代河流沉積的主河道帶發(fā)育了巨厚的滲透砂巖，是上古生界有利儲集層發(fā)育的主要地區(qū)；而在疊加有中、新生代構(gòu)造活動因素的地段（如中生代逆掩構(gòu)造發(fā)育區(qū)），二疊系砂巖可以有較好的滲透性。

4.2 破壞性成巖作用

4.2.1 壓實-壓溶作用 對于上古生界二疊系儲層來說，儲層的成巖作用經(jīng)歷了多個期次的深埋，機(jī)械壓實作用導(dǎo)致原生孔隙已經(jīng)基本不發(fā)育，顆粒接觸主要是縫合線接觸，見部分凹凸接觸，多期次的深埋壓實導(dǎo)致顆粒變形、破裂、緊密堆積，重排明顯。同時，在壓實過程中也伴隨著碎屑接觸點的溶解作用。下伏沉積物的壓溶作用隨上覆沉積物厚度不斷增大亦隨之增強(qiáng)。使得顆粒間的接觸強(qiáng)度進(jìn)一步加深，孔隙變小，喉道變窄。因此，即由壓實-壓容作用導(dǎo)致儲層的孔隙度的損失量較大。

4.2.2 膠結(jié)作用 鏡下觀察表明，二疊系碎屑巖儲層內(nèi)膠結(jié)作用主要為黏土礦物膠結(jié)、碳酸鹽膠結(jié)，硅質(zhì)膠結(jié)發(fā)育程度一般。研究區(qū)二疊系下石盒子組主要發(fā)育高嶺石膠結(jié)、碳酸鹽巖膠結(jié)，高嶺石作為長石顆粒遭受酸性溶蝕改造的副產(chǎn)物，使得原生孔隙進(jìn)一步破壞；上石盒子組主要發(fā)育伊蒙混層膠結(jié)和碳酸鹽巖膠結(jié)，伊/蒙混層主要以充填孔隙的形式產(chǎn)出。

4.3 破裂作用

破裂形成的裂縫和微裂縫在大港探區(qū)南部二疊系比較發(fā)育，從目前的鉆井來看，裂縫和微裂縫的發(fā)育程度對致密砂巖的儲集性能好壞至關(guān)重要，上古生界二疊系儲層沉積以來，受到了多次構(gòu)造運(yùn)動的影響，在破裂早期，主要是方解石充填于其中，而晚期的充填物為方解石和石英。值得注意的是，在上、下石盒子砂巖儲層中可見比較寬且平直的溶蝕裂縫，主要被方解石礦物充填，此類裂縫是由于溶蝕作用沿著微裂縫發(fā)育比較強(qiáng)烈形成的同時順裂縫可以加深溶蝕作用，又可以溝通儲層基質(zhì)孔隙，如黏土礦物晶間孔，對致密砂巖儲層改造至關(guān)重要。

5 結(jié)論

上古生界二疊系儲層具有低孔低滲的特點，以次生粒間溶孔、粒內(nèi)溶孔及晶間微孔為主，基本不發(fā)育原生孔隙，裂縫分地區(qū)發(fā)育程度不同。筆者認(rèn)為造成儲層致密的主要原因為：在無構(gòu)造因素干擾的地區(qū)，由于機(jī)械壓實和壓溶作用導(dǎo)致原生孔隙大量減少，膠結(jié)作用進(jìn)一步縮小原生粒間孔隙，造成砂巖儲層致密，儲層物性普遍偏差，為致密的低孔低滲型儲層；而在部分強(qiáng)烈構(gòu)造變形區(qū)以及剝蝕區(qū)，由于裂縫及微裂縫的存在在一定程度上改善儲層物性，有較好的滲透性，但儲層非均質(zhì)性強(qiáng)。

參考文獻(xiàn)：

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