板橋合水地區(qū)長6儲層成巖作用及其對物性的影響

屈 濤，蔡進(jìn)添，張 杰

鄂爾多斯盆地中的三疊系延長組目前是長慶油田研究的熱點(diǎn)層系以及主要的產(chǎn)油場所之一，其中位于鄂爾多斯盆地西南部的板橋合水地區(qū)已成為近年來油氣勘探開發(fā)的重點(diǎn)區(qū)域。板橋合水地區(qū)長 6儲層作為該地區(qū)主力油層組，雖然部分探井有較好的油氣顯示，但整體仍然沒有取得較大突破。板橋合水地區(qū)長6儲層物性差，成巖作用復(fù)雜、非均質(zhì)性強(qiáng)，嚴(yán)重制約了油氣開發(fā)[1–4]。

儲層的物性主要通過巖石儲集空間和滲流能力表征，而儲集空間和滲流能力都與成巖作用緊密相關(guān)，成巖作用是影響儲層儲集空間以及油氣運(yùn)輸效率的主要因素。本文在前人對該地區(qū)儲層研究的基礎(chǔ)上，以巖石學(xué)特征為基礎(chǔ)，運(yùn)用鑄體薄片、X–衍射等實(shí)驗(yàn)手段，圍繞成巖作用類型分析其對物性的影響，為尋找相對優(yōu)質(zhì)儲層提供借鑒。

1 儲層巖石學(xué)特征

板橋合水地區(qū)長6儲層砂巖碎屑成分主要是石英和長石，石英含量15.0%～84.1%、平均含量41.0%，長石含量8.0%～55.0%、平均含量22.0%，巖屑含量4.1%～36.0%、平均含量為 17.0%。研究區(qū)的巖石類型主要為巖屑質(zhì)長石砂巖，其次有少量的長石砂巖[5]（圖 1）。研究區(qū)填隙物種類多但主要以伊利石（7.33%）、綠泥石（0.70%），鐵方解石（2.63%）、鐵白云石（1.97%）以及硅質(zhì)（1.33%）為主（圖2）。砂巖碎屑顆粒粒度主要為細(xì)砂–極細(xì)砂巖，磨圓度以次棱角狀為主，接觸方式以線狀接觸為主，膠結(jié)類型主要為孔隙膠結(jié)、加大–孔隙膠結(jié)，壓實(shí)作用強(qiáng)烈的地方見凹凸接觸，支撐類型以顆粒支撐為主[6]。

圖1 板橋合水地區(qū)長6儲層巖石學(xué)類型

圖2 板橋合水長6儲層填隙物成分及含量分布

2 成巖作用及對儲層物性的影響

在大的沉積環(huán)境形成以后，儲層的物性受到成巖作用的改變和控制，成巖作用類型的不同對儲層物性的貢獻(xiàn)也不相同，成巖作用主要影響儲層內(nèi)部的孔隙和喉道半徑及孔喉配位數(shù)。根據(jù)前人的研究成果，板橋合水地區(qū)長6儲層喉道半徑和配位數(shù)分別為0.35μm和1.32。研究區(qū)的成巖作用類型雖然較多，但主要包括三種類型[7–8]：壓實(shí)作用、膠結(jié)作用、溶蝕作用。

2.1 壓實(shí)作用

研究區(qū)壓實(shí)作用對儲層礦物的影響主要表現(xiàn)為以下幾方面[9–10]：①使礦物顆粒緊密堆積并呈定向–半定向排列；②顆粒間由點(diǎn)接觸向點(diǎn)–線接觸或線接觸過度；③云母等塑性顆粒被壓扁變形堵塞孔隙，石英、長石等剛性顆粒被壓碎或壓裂。壓實(shí)作用對儲層具有破壞性作用，通過負(fù)膠結(jié)物投點(diǎn)法發(fā)現(xiàn)，壓實(shí)作用是該地區(qū)儲層物性變差的主要原因，該地區(qū)的原始孔隙度為 38.5%，壓實(shí)作用使該地區(qū)的孔隙度減少了27.58%。

2.2 膠結(jié)作用

膠結(jié)作用對儲層的改變具有兩面性[11]，一方面綠泥石膜的形成有效地增加儲層抗壓能力，另一方面黏土礦物自身生長會破壞儲層物性?？偟膩碚f膠結(jié)作用對儲層的破壞作用大于建設(shè)作用。膠結(jié)作用對儲層的破壞作用體現(xiàn)在儲層儲集空間縮小，膠結(jié)物堵塞孔隙，影響儲層的物性[12]。研究區(qū)長6儲層主要發(fā)育碳酸鹽膠結(jié)、硅質(zhì)膠結(jié)、黏土礦物膠結(jié)。

（1）碳酸鹽膠結(jié)。研究區(qū)碳酸鹽膠結(jié)物主要包括方解石、白云石、鐵方解石、鐵白云石，其中鐵方解石和鐵白云石含量最高(共占 4.6%)，在研究區(qū)普遍發(fā)育，這兩種膠結(jié)物對儲層具有強(qiáng)烈的破壞作用，是導(dǎo)致儲層物性變差的重要原因之一。在成巖作用早期，碳酸鹽呈泥晶–微晶狀，充填堵塞孔隙，使儲層物性變差。隨成巖作用進(jìn)行到中晚期，碳酸鹽膠結(jié)物常呈彎片狀或細(xì)晶狀，膠結(jié)物粒度變粗，使儲層變得更加致密。研究區(qū)碳酸鹽膠結(jié)物與孔隙度的關(guān)系呈負(fù)相關(guān)性（圖2），隨碳酸鹽含量增高，儲層物性變差。

（2）硅質(zhì)膠結(jié)。研究區(qū)硅質(zhì)含量0.1%～4%，平均含量1.33%。據(jù)鏡下鑄體薄片、掃描電鏡等資料分析，板橋–合水地區(qū)長6儲層硅質(zhì)膠結(jié)作用強(qiáng)烈，在成巖作用早期主要表現(xiàn)為石英次生加大，多見Ⅱ級加大，石英形成的加大邊能有效增加儲層的抗壓能力。到中晚期，石英逐漸生長成錐柱、刺狀充填到儲層孔隙。硅質(zhì)膠結(jié)物對儲層物性的影響具有兩面性，一方面由于石英本身的次生加大使儲層的孔喉縮小，滲透率降低，使儲層物性變得更差；另一方面一定量的硅質(zhì)膠結(jié)物對儲層具有建設(shè)性作用，硅質(zhì)的形成增加了儲層抗壓實(shí)能力?？偟膩碚f硅質(zhì)含量較低，對儲層的影響不是太大。

圖3 長6儲層碳酸鹽礦物與孔隙度關(guān)系

（3）黏土礦物膠結(jié)。黏土礦物分布于所有儲層中，它不僅自身形成膠結(jié)物影響儲層物性，而且在油田注水開發(fā)時能被注水沖掉，堵塞儲層喉道。研究區(qū)長6儲層黏土礦物膠結(jié)主要為綠泥石、伊利石膠結(jié)作用，高嶺石在淺部還常見，隨深度增加高嶺石逐漸減少。①綠泥石：綠泥石在研究區(qū)目的層普遍存在，隨著深度增加高嶺石逐漸向綠泥石、伊利石轉(zhuǎn)換，研究區(qū)的綠泥石含量只有0.7%，綠泥石對儲層的影響也具有雙面性。隨著膠結(jié)作用的進(jìn)行，綠泥石一般以兩種形式存在：一種是在成巖作用早期，綠泥石常沿顆粒表面垂直生長以孔隙襯墊式存在常呈魚鱗狀、薄片狀；另一種是成巖晚期形成的呈絨球狀或玫瑰花瓣?duì)钜钥紫冻涮钍椒植荚陬w粒間的形式存在。綠泥石在膠結(jié)過程中存在形式的不同，對儲層物性的影響也有所不同，在成巖作用早期，綠泥石膠結(jié)以孔隙襯墊式為主，該膠結(jié)方式的綠泥石沿孔隙壁生長而充填儲層儲集空間，使儲層的孔、滲明顯下降，但綠泥石自身形成的綠泥石薄膜增強(qiáng)了儲層自身的抗壓性，在一定程度上又保護(hù)了原始孔隙不被壓實(shí)。②伊利石：研究區(qū)黏土礦物含量最高的是伊利石（7.33%），在成巖早期，伊利石形態(tài)多呈絲狀片狀充填孔隙，隨著成巖作用逐漸進(jìn)行，伊利石沿儲存孔喉壁生長，當(dāng)伊利石長到一定程度，孔喉壁內(nèi)的伊利石會連接起來形成搭橋狀，這會導(dǎo)致完整連通的孔喉被分割，降低儲層的儲集能力，使?jié)B流能力明顯變差。

總的來說，板橋合水地區(qū)長6儲層的膠結(jié)作用對儲層儲集空間的破壞遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如壓實(shí)作用強(qiáng)，經(jīng)計(jì)算板橋合水地區(qū)膠結(jié)作用使儲層喪失的孔隙度約為3.65%。導(dǎo)致該地區(qū)物性差有兩個重要的原因：伊利 石含量高該類黏土礦物沿孔隙壁生長形成搭橋狀對儲層物性破壞極大；長石溶蝕是形成高嶺石的基礎(chǔ)，研究區(qū)高嶺石含量低，從另一方面反映該地區(qū)的溶蝕作用不發(fā)育。

2.3 溶蝕作用

研究區(qū)儲層的溶蝕作用強(qiáng)烈，提高了儲層的物性，為油氣的充入提供了有利的通道。研究區(qū)長石溶孔發(fā)育，長石溶蝕是主要的溶蝕作用，其次有少量的巖屑溶蝕。相對于巖屑溶蝕，長石溶蝕主要是沿解理縫開始溶蝕的。研究區(qū)發(fā)育的長石溶孔主要類型為粒間溶孔和粒內(nèi)溶孔。溶蝕作用雖然對儲層有建設(shè)作用，但對儲層的改善不是主要的，經(jīng)計(jì)算溶蝕作用使儲層面孔率僅提高了0.45%。

3 成巖階段劃分及成巖演化序列

依據(jù)實(shí)驗(yàn)分析樣品的古地溫、伊/蒙礦物含量、古地溫以及Ro、顆粒接觸關(guān)系來分析，該地區(qū)成巖作用所處的階段，結(jié)合成巖階段劃分標(biāo)準(zhǔn)對研究區(qū)儲層成巖階段進(jìn)行了劃分。研究區(qū)樣品鏡質(zhì)體反射率Ro為0.58%～1.12%，平均為0.75；儲層中伊/蒙混層中蒙脫石的含量0～20%，但大部分小于10%；古地溫為 90～130 ℃，主要分布在 100～120 ℃；顆粒以點(diǎn)–線狀、線狀為主、并有凹凸?fàn)罱佑|；孔隙以粒間孔、溶孔為主。板橋—合水長6儲層處于中成巖A期晚期，部分進(jìn)入中成巖B期的早期。

根據(jù)對成巖作用類型及其特征的研究，結(jié)合儲層巖石薄片及陰極發(fā)光進(jìn)行成巖序列分析，確定大致序列為：早成巖階段強(qiáng)烈的機(jī)械壓實(shí)作用—綠泥石膜形成—早期硅質(zhì)及長石加大形成—伊蒙間層綠泥石、伊利石充填孔隙—溶蝕作用開始（長石）—高嶺石充填孔隙—晚期石英沉淀—鐵方解石、鐵白云石出現(xiàn)—膠結(jié)作用發(fā)生。其中機(jī)械壓實(shí)作用對儲層的物性影響最大，使儲層變得更加致密，黏土礦物對儲層的影響次之，黏土礦物的出現(xiàn)充填了儲層內(nèi)部的孔隙結(jié)構(gòu)，使油氣在孔喉里運(yùn)移變得更加困難。

4 結(jié)論

（1）板橋合水長6儲層的巖石類型以巖屑質(zhì)長石砂巖為主，碎屑成分主要是石英和長石，顆粒接觸以線狀接觸為主，膠結(jié)類型主要為孔隙膠結(jié)、加大–孔隙膠結(jié)，壓實(shí)作用是使儲層致密的主要原因。

（2）板橋合水長6儲層成巖作用階段主要為中成巖A期晚期，部分進(jìn)入中成巖B期的早期。成巖序列為：早成巖階段強(qiáng)烈的機(jī)械壓實(shí)作用—綠泥石膜形成—早期硅質(zhì)及長石加大形成—伊蒙間層綠泥石、伊利石充填孔隙—溶蝕作用開始（長石）—高嶺石充填孔隙—晚期石英沉淀—鐵方解石、鐵白云石出現(xiàn)—膠結(jié)作用發(fā)生。

參考文獻(xiàn)

[1] 李榮西，段立志，張少妮，等. 鄂爾多斯盆地低滲透油氣藏形成研究現(xiàn)狀與展望[J]. 地球科學(xué)與環(huán)境學(xué)報，2011，33（4）：364–372.

[2] 鄭榮才，牛小兵，梁曉偉，等. 鄂爾多斯盆地姬塬油田延長組原油性質(zhì)與來源分析[J]. 地球科學(xué)與環(huán)境學(xué)報，2011，33（2）:142–145，206.

[3] 王道富. 鄂爾多斯盆地特低滲透油田開發(fā)[M]. 北京：石油工業(yè)出版社，2007：76–90

[4] 鄧秀芹. 鄂爾多斯盆地三疊系延長組超低滲透大型巖性油藏成藏機(jī)理研究[D]. 陜西西安：西北大學(xué)，2011.

[5] FOLK R L. petrology of sedimentary rocks [M]. Austin, Texas:Hemphill Publishing Company， 1974：184–189.

[6] 李衛(wèi)成，牛小兵，梁曉偉，等. 鄂爾多斯盆地馬嶺地區(qū)長8油層組儲層成巖作用及其對物性的影響[J]. 石油天然氣學(xué)報，2014，12（8）：6–11.

[7] 侯雪櫻. 西峰油田合水區(qū)長8油藏儲層非均質(zhì)性研究[D].陜西西安：西北大學(xué)，2008.

[8] 高輝，孫衛(wèi)，宋廣壽，等. 鄂爾多斯盆地合水地區(qū)長8儲層特低滲透成因分析與評價[J]. 地質(zhì)科技情報，2008，27（5）：71–76

[9] 蘇中堂，陳洪德，米平，等. 鄂爾多斯盆地南部馬家溝組孔隙類型及其演化[J]. 海相油氣地質(zhì)，2010，15（4）：6–13.

[10] 王金鵬，彭仕宓，趙艷杰，等. 鄂爾多斯盆地合水地區(qū)長6–8段儲層成巖作用及孔隙演化[J]. 石油天然氣學(xué)報，2008，6（2）：170–174.

[11] 郭偉，史丹妮，何順利. 鄂爾多斯盆地白豹地區(qū)長6砂巖成巖作用及其對儲層物性的影響[J]. 石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì)，2010，32（3）：227–232.

[12] 劉斌，黃鄭，龍國清，等. 低滲透儲層成巖作用及其對物性的影響[J]. 特種油氣藏，2005，25（3）：18–21，107.