富縣槐農(nóng)地區(qū)長(zhǎng)6油層組碎屑巖成巖作用特征

王 全，張 慶，段昕婷，鄧南濤，李曉路，陳西泮

（1．延長(zhǎng)油田股份有限公司富縣采油廠，陜西延安 757500；2．延長(zhǎng)石油集團(tuán)研究院）

富縣槐農(nóng)地區(qū)位于陜西富縣西部，構(gòu)造上位于鄂爾多斯盆地東南部。其三疊系長(zhǎng)6儲(chǔ)層主要為巖性控制的特低孔特低滲油藏，為三角洲前緣相沉積，水下分流河道砂體是油氣主要儲(chǔ)層。儲(chǔ)層成分及結(jié)構(gòu)成熟度低、非均質(zhì)性強(qiáng)，成藏控制因素復(fù)雜[1]。本區(qū)錄井、試油數(shù)據(jù)表明：長(zhǎng)6油層組錄井顯示級(jí)別主要為油跡、油斑，試油日產(chǎn)油量均超過1 t，顯示出較好的勘探潛力。由于勘探前期探井密度低、分析測(cè)試樣品少，對(duì)儲(chǔ)層物性的控制因素研究較少，認(rèn)識(shí)較局限。在前人研究的基礎(chǔ)上，筆者收集了近幾年新完鉆井資料，以系統(tǒng)的沉積地質(zhì)理論為指導(dǎo)，進(jìn)行大量?jī)?chǔ)層樣品測(cè)試，對(duì)長(zhǎng)6儲(chǔ)層成巖作用特征進(jìn)行了研究，探討了控制儲(chǔ)層物性的成巖因素，預(yù)測(cè)了油氣富集區(qū)域，為增產(chǎn)措施提供科學(xué)依據(jù)。

1 巖石學(xué)特征

富縣槐農(nóng)地區(qū)長(zhǎng)6油層組巖性為灰白色、灰褐色長(zhǎng)石細(xì)砂巖及少量巖屑質(zhì)長(zhǎng)石細(xì)砂巖，以長(zhǎng)石和巖屑為主，長(zhǎng)石含量大于50%，石英含量小于60%（圖1）；雜基含量大于4.76%，膠結(jié)物含量較高，平均為9.0%～11.6%。碎屑顆粒粒徑0.250 0～0.062 5 mm，占統(tǒng)計(jì)巖石的 82.31%。砂巖的成分成熟度為 0.52，結(jié)構(gòu)成熟度較低；分選性較好；磨圓以次棱角狀及次棱角–棱狀為主，占91.03%；顆粒間呈線狀接觸，膠結(jié)類型主要為孔隙式膠結(jié)，占83.33%。儲(chǔ)層發(fā)育四種孔隙類型：粒間孔（1.83%）、溶蝕孔（1.58%）、微孔隙和裂隙（0.05%），總體以殘余粒間孔為主。

圖1 富縣槐農(nóng)地區(qū)長(zhǎng)6油層組砂巖組分

2 成巖作用類型及對(duì)儲(chǔ)層的影響

溫度、壓力、流體性質(zhì)及礦物成分決定礦物所經(jīng)歷的成巖作用的類型及強(qiáng)弱，對(duì)原始孔隙的保存或次生孔隙的形成起到關(guān)鍵作用[2–4]。黏土礦物的類型及含量、與碎屑顆粒的附著狀態(tài)是研究成巖作用的手段之一。本區(qū)主要的成巖作用類型有：壓實(shí)作用、膠結(jié)作用、溶解作用和礦物交代作用。

2.1 成巖作用類型

2.1.1 壓實(shí)作用

壓實(shí)作用對(duì)砂巖孔隙度的影響很大[5]，其影響深度可達(dá)幾千米。許多學(xué)者都曾經(jīng)用實(shí)驗(yàn)的方法將石英壓實(shí)，由于顆粒重新排列和調(diào)整，聚集物的厚度減少10%～15%[6–7]，說明壓實(shí)作用減小孔隙體積較明顯。鏡下觀察可見長(zhǎng)6油層組中均存在一定數(shù)量的泥質(zhì)碎屑、云母等可塑性顆粒碎屑定向排列、軟顆粒塑性變形、泥巖巖屑變形后假雜基化，故存在一定程度的內(nèi)壓實(shí)現(xiàn)象。計(jì)算結(jié)果表明，富縣槐農(nóng)地區(qū)壓實(shí)率為 61.8%，壓實(shí)作用是造成孔隙度下降最直接、最重要的因素。

2.1.2 膠結(jié)作用

膠結(jié)作用堵塞孔隙，但不減小粒間體積，與壓實(shí)作用的成巖效應(yīng)有所差別[8]。研究區(qū)常見的膠結(jié)方式有三種：孔隙式膠結(jié)、壓嵌膠結(jié)和基底式膠結(jié)。根據(jù)膠結(jié)物的類型來看，本區(qū)主要有黏土礦物膠結(jié)、碳酸鹽膠結(jié)以及硅質(zhì)三種。其中膠結(jié)物中，碳酸鹽含量對(duì)儲(chǔ)層孔滲影響較明顯，兩者呈負(fù)相關(guān)關(guān)系（圖2），對(duì)孔隙度影響稍大；而黏土礦物含量和硅質(zhì)含量對(duì)孔滲的影響相對(duì)較小。計(jì)算結(jié)果表明，富縣槐農(nóng)地區(qū)膠結(jié)率為 26.2%，說明膠結(jié)作用是該區(qū)孔隙度下降的重要因素。

圖2 鄂爾多斯盆地富縣槐農(nóng)地區(qū)長(zhǎng)6油層組碳酸鹽含量與孔隙度和滲透率關(guān)系

2.1.3 溶解作用

溶解作用主要表現(xiàn)為各種砂巖組分發(fā)生部分溶解，甚至全部溶解，并形成多種類型的次生孔隙。

長(zhǎng)石溶蝕：富縣槐農(nóng)地區(qū)長(zhǎng)6油層組砂巖中長(zhǎng)石含量較高，隨著孔隙水中有機(jī)酸含量的增加及地溫升高，長(zhǎng)石發(fā)生溶蝕，產(chǎn)生次生孔隙。這類孔隙的存在，在一定程度上改善了儲(chǔ)層物性。鉀長(zhǎng)石與斜長(zhǎng)石的溶解，往往形成粒內(nèi)溶孔、粒緣溶孔，導(dǎo)致長(zhǎng)石呈網(wǎng)狀、島弧狀。據(jù)觀察長(zhǎng)石溶蝕作用形成的溶蝕面孔率為0.07%～5.00%（表1）。

表1 富縣槐農(nóng)地區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層長(zhǎng)石溶孔面孔率統(tǒng)計(jì)

雜基溶蝕：鏡下可見到雜基溶蝕，這種無選擇溶蝕作用形成的溶孔與烴類的成熟及運(yùn)移有關(guān)聯(lián)，雜基溶孔的形成可能與干酪根熱降解形成的酸性流體有關(guān)。

2.1.4 交代作用

交代作用是由于被交代礦物的溶解和交代礦物的沉淀同時(shí)進(jìn)行而導(dǎo)致的礦物替代現(xiàn)象[9]。研究區(qū)主要的交代作用是方解石交代長(zhǎng)石。交代過程服從體積保持不變定律和質(zhì)量守恒定律，對(duì)儲(chǔ)層影響不大。

2.2 成巖作用對(duì)儲(chǔ)層的影響

儲(chǔ)層在形成后，經(jīng)過一系列不同類型、不同強(qiáng)度的成巖演化，導(dǎo)致儲(chǔ)層的儲(chǔ)集性能發(fā)生改變，具體可以歸為兩類：破壞性成巖作用和建設(shè)性成巖作用，其中壓實(shí)作用和膠結(jié)作用造成原生孔隙損失，屬破壞性成巖作用；溶解作用屬建設(shè)性成巖作用；交代作用基本不改變顆粒體積，其影響可以忽略。

3 成巖階段研究

根據(jù)巖石學(xué)、古地溫和有機(jī)質(zhì)成熟度特征，我國石油行業(yè)將碎屑巖的成巖階段劃分為同生成巖階段、早成巖階段、晚成巖階段和表生成巖階段，其中早成巖階段劃分為早成巖（A、B）期，晚成巖階段劃分為晚成巖（A、B、C）期[10–12]。

成巖序列是對(duì)成巖場(chǎng)中成巖反應(yīng)同步性的深刻揭示，也是成巖作用階段性劃分的基礎(chǔ)[13]。通過對(duì)顯微鏡和掃描電鏡下的各類成巖現(xiàn)象及成巖作用的分析，結(jié)合各種自生礦物的產(chǎn)出狀況和生成條件，得出以下結(jié)論：研究區(qū)長(zhǎng)6砂巖儲(chǔ)層成巖作用具有良好的期次性和世代性。壓實(shí)作用最先發(fā)生，在壓實(shí)作用形成的碎屑堆積格架孔隙中，依次發(fā)生黏土膜覆蓋、方解石沉淀、長(zhǎng)石顆粒溶解、石英次生加大、鐵方解石充填、白云石充填或交代碎屑顆粒。歸納出富縣槐農(nóng)地區(qū)長(zhǎng)6油層組成巖序列為：機(jī)械壓實(shí)→早期黏土膜（綠泥石膜或蒙脫石膜）形成→少量方解石沉淀→（含有機(jī)酸流體注入）長(zhǎng)石顆粒溶解→石英次生加大→石油侵位→晚期鐵方解石充填→晚期白云石充填或交代碎屑顆粒。由于自生礦物的形成需要一定時(shí)間，所以上述各成巖作用會(huì)出現(xiàn)重疊的情況。

鄂爾多斯盆地長(zhǎng)6碎屑巖的鏡煤反射率通常為0.7%～0.9%[14–15]，砂巖普遍經(jīng)受了較強(qiáng)的壓實(shí)改造，碎屑顆粒均以線接觸為主，砂巖中原生孔隙己大量消失，次生孔隙普遍發(fā)育，鐵方解石、鐵白云石等晚期碳酸鹽膠結(jié)物大量出現(xiàn)，長(zhǎng)石、巖屑以及碳酸鹽碎屑等常發(fā)生明顯的溶蝕作用，高嶺石、伊利石、綠泥石等自生黏土礦物比較常見。綜合研究表明：富縣槐農(nóng)地區(qū)延長(zhǎng)組長(zhǎng)6油層組砂巖成巖階段主要處于晚成巖階段的A期。

4 成巖相類型

成巖相是不同成因的碎屑沉積物，在不同成巖環(huán)境下，經(jīng)受各種物理、化學(xué)、生物作用（包括溫度、壓力、水與巖石以及有機(jī)和無機(jī)酸之間綜合反應(yīng)）而形成的，具有一定共生成巖礦物和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的巖石類型組合[16–17]。不同成巖相控制著不同儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)育特征和儲(chǔ)層物性。長(zhǎng)6油層組砂巖的成巖相可歸納為以下4類。

緊密壓實(shí)成巖相：該成巖相在三角洲前緣水下分流河道間沉積相控制下，黏土、雜基含量較高，機(jī)械壓實(shí)作用強(qiáng)，原生孔隙大大降低，形成微孔-細(xì)喉的特征，滲透率低，多屬于較致密層。

方解石膠結(jié)成巖相：平面上常見于主砂體的側(cè)翼，以方解石膠結(jié)為主，綠泥石膜很少或不發(fā)育。碳酸鹽往往呈基底式、孔隙式致密膠結(jié)，有效孔隙消失，形成致密型孔隙組合關(guān)系。此類儲(chǔ)層雖在巖心上可見一定級(jí)別的油氣顯示，但一般不具有產(chǎn)能。

長(zhǎng)石溶蝕相：主要發(fā)育于膠結(jié)物和雜基含量相對(duì)較低的水下分流河道砂體中。綠泥石膜剩余粒間孔較少，長(zhǎng)石、巖屑溶蝕所形成的次生孔隙也比綠泥石膜剩余孔發(fā)育砂巖中的溶蝕孔隙少得多。此類儲(chǔ)層物性一般，含油較少。

早期綠泥石薄膜成巖相：早期綠泥石沿顆粒表面生長(zhǎng)，呈環(huán)邊或薄膜狀，有利于儲(chǔ)層原生粒間孔保存。該成巖相常形成于三角洲水下分流河道和河口壩等高能量砂體中，砂體原始孔滲性很好，有利于地下流體的流動(dòng)，為好的油氣儲(chǔ)層。

5 不同成巖相帶儲(chǔ)層特征的差異

富縣槐農(nóng)地區(qū)長(zhǎng)6油層組成巖相平面特征表現(xiàn)為：長(zhǎng)石溶蝕相（III類）較為發(fā)育，主要位于水下分流河道的主砂體區(qū)（圖 3），次生孔隙發(fā)育良好，具有較好的儲(chǔ)集性能；河道側(cè)翼的道間碳酸鹽膠結(jié)相（IV類）和分流間灣的緊密壓實(shí)相（I類）由于碳酸鹽膠結(jié)嚴(yán)重和抗壓實(shí)效果差，儲(chǔ)集性能較差，粒間孔隙大量喪失，儲(chǔ)層的儲(chǔ)集性能大規(guī)模下降，是非常不利的成巖相；綠泥石薄膜相是本區(qū)比較有利的成巖相，它的分布區(qū)域與碳酸鹽膠結(jié)成巖相有一定的重合，不同的是，綠泥石薄膜相（II類）常見于兩個(gè)砂嘴的“間灣”處，說明此處成巖環(huán)境較穩(wěn)定；綠泥石膜的出現(xiàn)有效地抑制了膠結(jié)和壓實(shí)作用的進(jìn)行，使原生粒間孔隙得以保存，因此儲(chǔ)集性能相對(duì)較好。

圖3 富縣槐農(nóng)地區(qū)長(zhǎng)6沉積–成巖相

6 結(jié)論

（1）富縣槐農(nóng)地區(qū)長(zhǎng)6油層組成巖作用主要有壓實(shí)、膠結(jié)、溶解、交代四類，壓實(shí)和膠結(jié)作用是降低儲(chǔ)層孔滲性的破壞性成巖作用，壓實(shí)率和膠結(jié)率分別為61.8%和26.2%；溶解作用產(chǎn)生次生孔隙，屬建設(shè)性成巖作用，孔隙度增加約3.3%。

（2）富縣槐農(nóng)地區(qū)長(zhǎng)6油層組成巖序列大致為：壓實(shí)作用最先發(fā)生，在壓實(shí)作用形成的碎屑堆積格架孔隙中，膠結(jié)作用、溶解作用、交代作用依次或交替發(fā)生，最終進(jìn)入晚成巖A期。

（3）長(zhǎng)6油層組成巖相類型主要有：長(zhǎng)石溶蝕相、方解石膠結(jié)相、早期綠泥石薄膜相、緊密壓實(shí)相等4類。其中綠泥石薄膜相沉積、成巖環(huán)境相對(duì)穩(wěn)定，綠泥石膜在一定程度上抑制了膠結(jié)和壓實(shí)作用的進(jìn)行，儲(chǔ)集層原生粒間孔隙得以保存，因此綠泥石薄膜相儲(chǔ)集性能相對(duì)較好，是下步勘探的重點(diǎn)。

[1] 柳益群，李文厚．陜甘寧盆地東部上三疊統(tǒng)含油長(zhǎng)石砂巖的成巖特點(diǎn)及孔隙演化[J]．沉積學(xué)報(bào)，1996，14（3）：87–95．

[2] 程新虎，柳益群，陳魏巍，等．鄂爾多斯盆地張家山區(qū)長(zhǎng)8儲(chǔ)集層成巖作用及有利相帶[J]．新疆石油地質(zhì)，2012，33（3）：316–320．

[3] 史基安，王金鵬，毛明陸，等．鄂爾多斯盆地西峰油田三疊系延長(zhǎng)組長(zhǎng) 6–8段儲(chǔ)層砂巖成巖作用研究[J]．沉積學(xué)報(bào)，2003，21（3）：373–380．

[4] 黃思靜，謝連文，張萌，等．中國三疊系陸相砂巖中自生綠泥石的形成機(jī)制及其與儲(chǔ)層孔隙保存的關(guān)系[J]．成都理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2004，31（3）：273–282．

[5] 王昌勇，鄭榮才，李忠權(quán)，等．鄂爾多斯盆地姬塬油田長(zhǎng)8油層組巖性油藏特征[J]．地質(zhì)科技情報(bào)，2010，29（3），69–74．

[6] 李忠，壽建峰，王生朗．東濮凹陷砂巖儲(chǔ)層成巖作用及其對(duì)高壓致密氣藏的制約[J]．地質(zhì)科學(xué)， 2000，35（1）：96–104．

[7] 尚婷，陳剛，李文厚，等．鄂爾多斯盆地東南部富黃探區(qū)延長(zhǎng)組長(zhǎng)6段物源分析[J]．地質(zhì)科技情報(bào)，2012，31（1）：33–40．

[8] 竇偉坦，田景春，王峰，等．鄂爾多斯盆地長(zhǎng)6油層組儲(chǔ)集砂巖成巖作用及其對(duì)儲(chǔ)層性質(zhì)的影響[J]．成都理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2009，36（2）：153–158．

[9] BERGER A，GIER S，KROIS P．Porosity–preserving chlorite cements in shallow–marine volcaniclastic sandstones：Evidence from Cretaceous sandstones of the Sawan gas field，Pakistan[J]．AAPG Bulletin，2009，93：595–615．

[10] 裘亦楠， 薛叔浩．油氣儲(chǔ)層評(píng)價(jià)技術(shù)[M]．北京：石油工業(yè)出版社，1994：23–40．

[11] 張兵，鄭榮才，張春生，等．鄂爾多斯盆地靖安油田長(zhǎng)6油藏儲(chǔ)集因素分析及有利圈閉預(yù)測(cè)[J]．新疆地質(zhì)，2011，29（1）：75–79．

[12] 蘭葉芳，黃思靜，呂杰．儲(chǔ)層砂巖中自生綠泥石對(duì)孔隙結(jié)構(gòu)的影響——來自鄂爾多斯盆地上三疊統(tǒng)延長(zhǎng)組的研究結(jié)果[J]．地質(zhì)通報(bào)，2011，30（1）：134–140．

[13] 王嵐，李文厚，林潼，等．鄂爾多斯盆地上三疊統(tǒng)延長(zhǎng)組長(zhǎng)6油層組儲(chǔ)集層成巖作用及其影響因素[J]．古地理學(xué)報(bào)，2012，14（3）：311–320．

[14] 王全，郭煜，牛哲．鄂爾多斯盆地直羅油田延長(zhǎng)組原油地化特征[J]．石油地質(zhì)與工程，2017，31（1）：57–61．

[15] 張鳴，王全．直羅油田埝溝區(qū)長(zhǎng)2油層組儲(chǔ)層特征研究[J]．長(zhǎng)江大學(xué)學(xué)報(bào)（自科版），2013，10（32）：10–12．

[16] 竇偉坦，田景春，徐曉蓉，等．隴東地區(qū)延長(zhǎng)組長(zhǎng)6–長(zhǎng)8油層組成巖相研究[J]．成都理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2005，32（2）：129–132．

[17] 王全，章成廣，劉興禮．塔中4油田CⅢ油組含礫砂巖段儲(chǔ)層四性關(guān)系研究[J]．石油天然氣學(xué)報(bào)，2009，31（5）：86–89．