鄂南鎮(zhèn)涇地區(qū)長(zhǎng)8油層組沉積格架與儲(chǔ)層質(zhì)量的關(guān)系研究

鄒 敏,夏東領(lǐng),龐 雯, 吳勝和，錢玉嬋

(1.中國(guó)石化石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083；2.中國(guó)石化海相油氣開發(fā)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083;3.中國(guó)石油大學(xué)(北京)，北京 102249;4.中國(guó)石油國(guó)際勘探開發(fā)有限公司，北京 100034)

0 引 言

陸相碎屑巖儲(chǔ)層質(zhì)量的影響因素較多，前人從不同角度對(duì)其影響因素開展了大量研究工作。微觀上的研究主要集中于成巖礦物對(duì)儲(chǔ)層質(zhì)量的影響，如鄂爾多斯盆地隴東地區(qū)綠泥石包殼對(duì)儲(chǔ)層孔隙具有保護(hù)作用，從而改善儲(chǔ)層質(zhì)量[1-8]；鄂爾多斯盆地隴東地區(qū)方解石膠結(jié)對(duì)儲(chǔ)層的孔隙具有破壞作用，大大降低了儲(chǔ)層質(zhì)量[9-11]。有學(xué)者開展了巖石學(xué)特征、定量成巖相與儲(chǔ)層質(zhì)量的關(guān)系研究，指出巖石組構(gòu)和巖石組分共同控制了儲(chǔ)層質(zhì)量的差異分布，進(jìn)而研究了層序地層格架對(duì)儲(chǔ)層質(zhì)量的控制作用[12-13]；近年來(lái)，學(xué)界逐漸關(guān)注從微觀孔隙結(jié)構(gòu)上論證儲(chǔ)層質(zhì)量的差異[12-17]，采用核磁、高壓壓汞、恒速壓汞、數(shù)字巖心技術(shù)等開展了大量研究[18]，極大地推動(dòng)了業(yè)界對(duì)儲(chǔ)層質(zhì)量影響控制因素的認(rèn)識(shí)，也為更進(jìn)一步深化認(rèn)識(shí)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。此項(xiàng)研究在前人儲(chǔ)層質(zhì)量研究成果的基礎(chǔ)上，結(jié)合鄂爾多斯盆地鎮(zhèn)涇地區(qū)的研究實(shí)例，從宏觀與微觀相結(jié)合的角度出發(fā)，研究在主力油層組中不同的沉積格架對(duì)儲(chǔ)層質(zhì)量的影響與控制作用。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

鄂爾多斯盆地是中國(guó)中部穩(wěn)定克拉通背景下形成的大型富油氣盆地，地層發(fā)育較全，構(gòu)造活動(dòng)相對(duì)較弱，斷裂、褶皺等構(gòu)造規(guī)模較小。根據(jù)現(xiàn)今構(gòu)造格局，將盆地劃分為6個(gè)二級(jí)構(gòu)造單元(圖1a)。紅河地區(qū)位于二級(jí)構(gòu)造單元天環(huán)坳陷南與伊陜斜坡結(jié)合部。延長(zhǎng)組自下而上分為10個(gè)油層組，主要為形成于湖相背景下的河流、河流三角洲沉積相。紅河地區(qū)的主力油層主要發(fā)育在長(zhǎng)8段，前人研究認(rèn)為長(zhǎng)8段是一套辮狀河三角洲平原亞相沉積[12, 21]。長(zhǎng)8段緊鄰盆地主力烴源巖長(zhǎng)73張家灘頁(yè)巖，具有良好的勘探開發(fā)潛力。

圖1 鎮(zhèn)涇地區(qū)主力段長(zhǎng)81和長(zhǎng)82小層砂體厚度

長(zhǎng)8段分為長(zhǎng)81和長(zhǎng)82上下2個(gè)小層，埋深為2 100～2 400 m，區(qū)域分布較為穩(wěn)定，是一套夾于上下厚層泥巖中的厚層砂體，砂體平均厚度為12～14 m(圖1b)。長(zhǎng)81和長(zhǎng)82小層主要為長(zhǎng)石巖屑砂巖和巖屑長(zhǎng)石砂巖，2種類型占全部巖石類型的95%以上，此外還有少量長(zhǎng)石砂巖。通過(guò)對(duì)全區(qū)薄片資料統(tǒng)計(jì)，石英平均含量為35.2%，長(zhǎng)石含量為32.6%，巖屑含量為26.8%，石英占碎屑礦物的比例為0.51，巖石成分成熟度較低。粒度以中細(xì)?！?xì)粒為主，平均粒徑為0.2 mm，碎屑顆粒分選系數(shù)高，結(jié)構(gòu)成熟度相對(duì)較好。顆粒以次圓—次棱角狀為主，壓實(shí)程度較強(qiáng)，顆粒之間主要為線接觸和縫合接觸。儲(chǔ)層質(zhì)量較差，平均孔隙度為8.17%，平均滲透率為0.31 mD，屬于典型的致密砂巖儲(chǔ)層。

2 主力油層組沉積格架特征

對(duì)于陸相地層，沉積格架主要是由砂泥巖的不同疊置形式而形成?？v向上，砂泥巖厚度的變化形成了不同的沉積格架特征。為了分析沉積格架對(duì)儲(chǔ)層質(zhì)量的影響，從縱向上對(duì)砂泥巖厚度的變化特征加以研究。研究對(duì)象主要為厚度大于0.5 m的泥巖(定義為有效泥巖隔夾層)，其對(duì)沉積格架的類型有重大的影響，進(jìn)而對(duì)儲(chǔ)層質(zhì)量產(chǎn)生較大影響。當(dāng)泥巖隔夾層厚度小于0.5 m時(shí)，受測(cè)井曲線縱向分辨率的影響，難以利用測(cè)井曲線進(jìn)行識(shí)別，且較薄的泥巖隔夾層對(duì)儲(chǔ)層質(zhì)量的影響減弱。根據(jù)有效泥巖隔夾層的定義，引入了單套砂體的概念，其定義為在沉積格架內(nèi)被有效泥巖隔夾層分割的砂體。

泥巖隔夾層發(fā)育差異主要是發(fā)育頻率的差異。根據(jù)單套砂體與有效泥巖隔夾層發(fā)育情況，可進(jìn)一步將長(zhǎng)81和長(zhǎng)82小層沉積格架劃分為3類，即單層式、夾層式和互層式。單層式為單套砂體上下均被厚層泥巖包裹，內(nèi)部無(wú)有效泥巖隔夾層；夾層式為2層較厚的單套砂體夾1層有效泥巖隔夾層；互層式為較薄的單套砂體夾2層或2層以上的有效泥巖隔夾層(圖2)。研究表明，鎮(zhèn)涇地區(qū)長(zhǎng)81和長(zhǎng)82小層格架類型主要為單層式，其次為夾層式，互層式發(fā)育較少。單層式主要分布在河道中部，夾層式主要分布在河道下游；互層式主要分布在河道邊部，且河道下游更加發(fā)育。

圖2 3類沉積格架概念模式

3 主力油層組儲(chǔ)層質(zhì)量特征

3.1 儲(chǔ)層質(zhì)量層段劃分

在傳統(tǒng)研究?jī)?chǔ)層質(zhì)量的劃分過(guò)程中，一般用平均孔隙度或者平均滲透率代表儲(chǔ)層質(zhì)量，該方法的的優(yōu)點(diǎn)是便于不同的井、不同地區(qū)進(jìn)行絕對(duì)的比較，從而明確相對(duì)的大小關(guān)系，缺點(diǎn)是因?yàn)橐豢诰挥幸粋€(gè)點(diǎn)，難以分析儲(chǔ)層質(zhì)量的縱向變化。為了分析砂體結(jié)構(gòu)對(duì)儲(chǔ)層質(zhì)量的影響，在繼續(xù)利用平均孔隙度、平均滲透率等參數(shù)反映儲(chǔ)層質(zhì)量的基礎(chǔ)上，引入儲(chǔ)層質(zhì)量相對(duì)較好段和較差段來(lái)分析單井或者剖面上砂體結(jié)構(gòu)對(duì)儲(chǔ)層質(zhì)量的影響。

3.2 不同沉積格架下儲(chǔ)層質(zhì)量特征

單層式是指發(fā)育在上下厚層泥巖中的砂體，且砂體內(nèi)部無(wú)有效泥巖隔夾層(圖3a、b)。單層式砂體結(jié)構(gòu)主要是由河道砂體連續(xù)穩(wěn)定沉積形成的，砂體厚度的變化主要是由于河道邊部和中心位置厚度差異較大引起的。儲(chǔ)層質(zhì)量較好段一般位于砂體中部，上下部?jī)?chǔ)層物性較差。對(duì)于紅河地區(qū)的鄂爾多斯盆地來(lái)說(shuō)，延長(zhǎng)組長(zhǎng)8段在沉積后即經(jīng)歷了快速的深埋階段[22-23]，由于長(zhǎng)8段尚未在近地表固結(jié)成巖，壓實(shí)作用對(duì)長(zhǎng)8段孔隙度的減小有明顯的作用。單層式砂體的厚度差異較大，最厚為26 m，最薄為2～3 m，平均為14～15 m。儲(chǔ)層質(zhì)量相對(duì)較好段的發(fā)育規(guī)模與單套砂體的厚度呈現(xiàn)一定的正相關(guān)關(guān)系。隨著單套砂體厚度的增大，儲(chǔ)層質(zhì)量相對(duì)較好段的厚度也相應(yīng)增大，且儲(chǔ)層物性也逐漸變好；儲(chǔ)層質(zhì)量相對(duì)較好段的滲透率也顯著增加，當(dāng)單套砂體的厚度大于7 m時(shí)，儲(chǔ)層質(zhì)量相對(duì)較好段的滲透率大于0.10 mD。

圖3 長(zhǎng)8主力油層沉積格架與儲(chǔ)層質(zhì)量關(guān)系

從單井的縱向剖面上看，儲(chǔ)層質(zhì)量相對(duì)較好段的發(fā)育規(guī)模與單套砂體的厚度呈現(xiàn)一定的正相關(guān)關(guān)系。隨著單套砂體厚度的增大，儲(chǔ)層質(zhì)量相對(duì)較好段發(fā)育的厚度也相應(yīng)增大，且儲(chǔ)層物性也逐漸變好。圖4為長(zhǎng)81小層內(nèi)單套砂體厚度與儲(chǔ)層質(zhì)量相對(duì)較好段滲透率的交會(huì)。由圖4可知，當(dāng)單套砂體的厚度大于7 m時(shí)，滲透率大于0.10 mD。因此，可以進(jìn)一步以7 m為界，將單層式分為厚層式和薄層式2種沉積格架，前者主要發(fā)育在河道中部，而后者主要在河道邊部。

圖4 單套砂體厚度和儲(chǔ)層質(zhì)量較好段平均滲透率的關(guān)系

夾層式是指發(fā)育1至2層有效泥巖隔夾層的砂體結(jié)構(gòu)，單套砂體厚度中等偏大，累計(jì)砂巖厚度一般大于10 m(圖3c)。儲(chǔ)層質(zhì)量相對(duì)較好的段分布于單套厚層砂體的中部。在夾層式儲(chǔ)層結(jié)構(gòu)中，一般只有厚度較大的單套砂體中部發(fā)育一段儲(chǔ)層質(zhì)量相對(duì)較好的段。當(dāng)厚度較小時(shí)，由于受鈣質(zhì)膠結(jié)的影響，雖然單套砂體中部的物性仍然相對(duì)較大，但該物性可能小于某一臨界值，如長(zhǎng)81和長(zhǎng)82小層的孔隙度均小于5%，已不具有開發(fā)意義。

互層式是由多套有效泥巖隔夾層與多套砂體形成的互層狀砂體結(jié)構(gòu)(圖3d)，砂體結(jié)構(gòu)的總厚度差異較大，從5 m至13 m不等，單套砂體厚度較小。在互層式格架中，儲(chǔ)層質(zhì)量較好段在縱向上雜亂分布。總體上，主要發(fā)育在河道帶的邊部。

4 成巖作用對(duì)儲(chǔ)層質(zhì)量的影響

4.1 壓實(shí)作用

壓實(shí)作用是鎮(zhèn)涇地區(qū)長(zhǎng)8主力油層組儲(chǔ)層致密的主要原因之一，壓實(shí)作用主要受控于沉積碎屑的礦物巖石學(xué)特征和區(qū)域埋藏史[22-24]。長(zhǎng)81和長(zhǎng)82小層砂體粒度較細(xì)，主要以細(xì)砂巖為主，成分成熟度低，巖屑、長(zhǎng)石等碎屑含量較高，其中，巖屑以變質(zhì)巖巖屑和沉積巖巖屑為主。整體上塑性礦物占比較高，云母含量較大。塑性礦物的大量發(fā)育，使沉積格架砂體在壓實(shí)作用下很容易發(fā)生減孔作用，進(jìn)而向致密化儲(chǔ)層方向發(fā)展。鏡下觀察表明，細(xì)粒碎屑顆粒具有定向排列，顆粒間呈線接觸—凹凸接觸；云母、沉積巖巖屑、變質(zhì)巖巖屑等塑性顆粒受壓彎曲、變形，呈假雜基狀發(fā)育在剛性顆粒之間(圖5a—f)。

此外，區(qū)域的埋藏史特征也對(duì)儲(chǔ)層壓實(shí)作用具有較強(qiáng)的影響。姚烴利、賀艷祥等研究表明，在長(zhǎng)8油層組形成且未固結(jié)成巖之前，鄂爾多斯盆地進(jìn)入深湖盆發(fā)育期，盆地基地下陷，上覆形成了較厚的長(zhǎng)7高位沉積體系域[22-23]。上覆沉積體對(duì)下伏長(zhǎng)8油層組砂體產(chǎn)生較強(qiáng)的壓實(shí)作用，由于此時(shí)長(zhǎng)8油層組砂體尚未固結(jié)成巖，受壓后砂體容易發(fā)生劇烈的減孔作用，使儲(chǔ)層快速致密化。總體上，壓實(shí)作用是引起研究區(qū)長(zhǎng)8主力油層組沉積格架砂體儲(chǔ)集空間減少的最主要原因。通過(guò)對(duì)比砂巖沉積時(shí)原始儲(chǔ)集空間體積與壓實(shí)后的顆粒粒間孔隙體積，包含鎮(zhèn)涇地區(qū)的盆地西南部長(zhǎng)8主力油層組沉積格架砂體的視壓實(shí)率為70%～90%，為強(qiáng)、中壓實(shí)強(qiáng)度[12]。

4.2 方解石膠結(jié)作用

方解石膠結(jié)作用是夾層式沉積格架中砂體頂?shù)撞俊扳}尖”形成的主要原因。長(zhǎng)81和長(zhǎng)82小層發(fā)育兩期方解石膠結(jié)，成分略有差別，分別是早期鐵方解石和晚期方解石。早期鐵方解石晶粒粗大，光潔，呈團(tuán)塊狀或連晶狀充填于孔隙空間(圖5g—k)。根據(jù)計(jì)算，早期鐵方解石使原生孔隙損失率為20%～50%。與早期方解石不同的是，晚期方解石主要呈交代狀分布于長(zhǎng)石巖屑溶蝕形成的孔隙內(nèi)，陰極發(fā)光下顯示亮黃色，這類方解石對(duì)儲(chǔ)層孔隙影響較小，一般小于5%～10%(圖5l)。

通過(guò)對(duì)相鄰的有效泥巖隔夾層與“鈣尖”砂巖進(jìn)行碳氧同位素分析表明，“鈣尖”砂巖中的碳氧同位素與泥巖中的碳氧同位素具有相似的地球化學(xué)特征(圖6)，說(shuō)明泥巖為相鄰“鈣尖”砂巖提供的基本的碳酸根離子，促進(jìn)了方解石膠結(jié)的形成。進(jìn)一步統(tǒng)計(jì)“鈣尖”砂體的厚度與有效泥巖隔夾層的厚度表明(圖7)，二者具有良好的相關(guān)性，隨著有效泥巖隔夾層厚度的增加，“鈣尖”砂巖厚度快速增大，最大為4m。這進(jìn)一步說(shuō)明了泥巖為“鈣尖”砂巖提供了充足的物質(zhì)基礎(chǔ)。結(jié)合早期方解石的發(fā)育特征表明，來(lái)自泥巖隔夾層中的早期壓實(shí)排水作用，為相鄰砂體中早期方解石膠結(jié)物的形成提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。

圖5 在不同沉積格架中壓實(shí)與膠結(jié)作用對(duì)儲(chǔ)備層質(zhì)量的影響

5 結(jié) 論

(1) 根據(jù)單套砂體與有效泥巖隔夾層發(fā)育特征，鎮(zhèn)涇地區(qū)長(zhǎng)8主力油層組沉積格架可劃分為單層式、夾層式和互層式3種。

(2) 單套砂體是儲(chǔ)層沉積格架分析的核心，儲(chǔ)層質(zhì)量較好段多位于單套砂體中部。

(3) 對(duì)于不同的沉積格架類型，壓實(shí)作用和鈣質(zhì)膠結(jié)作用是導(dǎo)致儲(chǔ)層質(zhì)量較好段規(guī)律分布的主要原因。

圖6 鈣質(zhì)膠結(jié)砂巖與鄰近泥巖C/O同位素特征

圖7 泥巖隔夾層厚度與鈣質(zhì)膠結(jié)段砂巖厚度