遼河斷陷高升油田L(fēng)5～L6儲(chǔ)層成巖作用研究

朱昭昭

(長(zhǎng)江大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，湖北 荊州 434021)

1 區(qū)域地質(zhì)概況

高升油田的構(gòu)造位置處于遼河裂谷西部凹陷西斜坡北端斷鼻構(gòu)造帶(見(jiàn)圖 1)，是在斜坡上由古隆起發(fā)育起來(lái)的由北西方向向東南方向傾沒(méi)的單斜構(gòu)造帶[1]。主要含油層系為高升油層，油氣資源豐富，2013年對(duì)高二、三區(qū)進(jìn)行了儲(chǔ)量復(fù)算，復(fù)算含油面積大約為15.26 km2，石油地質(zhì)儲(chǔ)量約為 8 314.4×104t。研究區(qū)高3-6-18井發(fā)育扇三角洲沉積，目的層為沙河街組L5～L6油層[2]，主要的含油巖性為含礫不等粒砂巖和砂礫巖，分選磨圓差，砂體厚度大，為厚層塊狀稠油油藏。

圖1 高升油田平面位置

2 儲(chǔ)集層物性特征

2.1 巖性特征

遼河西部凹陷沙沙河街組L5～L6儲(chǔ)層以含礫不等粒砂巖和不等粒砂巖為主。通過(guò)對(duì)高3-6-18井砂巖薄片鏡下碎屑組分的含量進(jìn)行估算(見(jiàn)圖2)，碎屑總量平均含量為94.8%，填隙物平均含量為5.2%，鑒于填隙物含量小于10%，認(rèn)為均為純凈砂巖。碎屑成分主要為石英、長(zhǎng)石以及變質(zhì)巖屑，中、酸性噴出巖屑次之，沉積巖屑、云母片最少。其中石英平均含量為30.45%，鉀長(zhǎng)石平均含量16.85%；斜長(zhǎng)石平均含量為13.35%，變質(zhì)巖屑平均含量為27.0%。鉀長(zhǎng)石以正長(zhǎng)石、微斜長(zhǎng)石為主，蝕變程度輕—中等；斜長(zhǎng)石雙晶發(fā)育，蝕變程度深，個(gè)別斜長(zhǎng)石已泥化，長(zhǎng)石普遍具裂紋和顆粒裂縫。反應(yīng)處巖石成分成熟度較低，搬運(yùn)距離較短，近物源分布。

圖2 高3-6-18井5、6砂體薄片鑒定成分含量

2.2 物性特征

根據(jù)高3-6-18井取心井段L5～L6儲(chǔ)層的孔隙度和滲透率統(tǒng)計(jì)分析(見(jiàn)圖3)，孔隙度主要分布在15%～25%，平均為21.2%；滲透率主要分布在500×10-3～2 000×10-3μm2，次要分布區(qū)間為2 000×10-3μm2以上，其中小于100×10-3μm2的樣品僅占總樣品數(shù)的2%，大于5 000×10-3μm2的樣品占總樣品數(shù)的4%，滲透率平均值為1 376×10-3μm2。依據(jù)油田物性的劃分標(biāo)準(zhǔn)將儲(chǔ)層物性劃分為中—高孔，特高滲、高滲及中滲的范疇。而孔隙度與滲透率無(wú)明顯的相關(guān)性，僅少數(shù)滲透率小于1 000×10-3μm2的樣品與孔隙度有較好的相關(guān)性。

圖3 高3-6-18井5、6砂體孔隙度與滲透率關(guān)系

3 成巖礦物種類

3.1 黏土礦物

高3-6-18井取心井段中常見(jiàn)的黏土礦物有蒙脫石、伊利石和高嶺石等。主要特點(diǎn)如下。

鈣-蒙脫石和鈉-蒙脫石的礦物形態(tài)多為蜂窩狀和網(wǎng)狀，以孔隙襯墊式和充填式產(chǎn)出；伊利石的黏土礦物形態(tài)呈絲縷狀或者鱗片狀，以襯墊式產(chǎn)出；高嶺石的主要單晶形態(tài)為假六方片狀，而其集合體呈團(tuán)塊狀或者書(shū)冊(cè)狀，包括孔隙式和襯墊式2種產(chǎn)出方式。通過(guò)X衍射測(cè)得蓮5～6儲(chǔ)層的黏土礦物的主要類型有3種(見(jiàn)表1)，其中蒙脫石為主要成分，伊利石和高嶺石的含量較少。蒙脫石的相對(duì)含量在82.1%～96.2%之間，平均相對(duì)含量為90.2%；伊利石相對(duì)含量在2.4%～9.1%之間，平均相對(duì)含量為4.4%；高嶺石的相對(duì)含量在1.1%～12.1%間，平均相對(duì)含量是5.35%。

表1 X-衍射黏土礦物相對(duì)含量

黏土礦物中蒙脫石具有較強(qiáng)的水敏性，吸水后體積變大，巖石孔隙被堵塞，對(duì)儲(chǔ)層的破壞性非常大。而鈣-蒙脫石和鈉-蒙脫石是按照層間可交換的陽(yáng)離子類型進(jìn)行劃分的，其中鈉-蒙脫石對(duì)儲(chǔ)層的影響尤其大，富鈉的蒙脫石在遇到水后，體積可增大到原來(lái)的6～10倍，孔隙喉道被嚴(yán)重堵塞，滲透率降低，甚至可能伴隨微粒遷移，進(jìn)一步損害儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)。其中6砂體的黏土礦物以鈉蒙皂石為主，論蒙脫石對(duì)儲(chǔ)層的破壞程度6砂體比5砂體強(qiáng)。

3.2 碳酸鹽礦物

在研究區(qū)可觀察到各種由于成巖作用所生成的膠結(jié)物，分布較多且具有代表性的是碳酸鹽膠結(jié)物，比如方解石、鐵白云石和菱錳礦等。薄片和掃描電鏡下常見(jiàn)方解石、鐵白云石。其中方解石、鐵白云石多為粉—隱晶，星散分布，掃描電鏡下呈菱面體堆積在碎屑表面；僅部分薄片中見(jiàn)到方解石。在不同的成巖階段，膠結(jié)物有著不同的形態(tài)和特征，膠結(jié)物的大量富集，會(huì)使孔喉堵塞，孔隙體積縮小，對(duì)儲(chǔ)集層起破壞性作用。

4 成巖作用類型及特點(diǎn)

松散的沉積物轉(zhuǎn)化為固結(jié)巖石必須經(jīng)過(guò)成巖作用過(guò)程。沉積物經(jīng)過(guò)成巖作用改造后其體積變小，孔隙度下降。依照作用方式和機(jī)理的不同將成巖作用分為機(jī)械壓實(shí)作用、化學(xué)壓實(shí)作用、溶解作用和構(gòu)造作用4種類型。

4.1 機(jī)械壓實(shí)作用

機(jī)械壓實(shí)作用是以沉積物負(fù)荷壓力為主導(dǎo)的一種物理作用，其作用結(jié)果主要有2種表現(xiàn)形式：①由沉積物脫水以及脫氣引起的巖石致密性增強(qiáng)、孔隙度變?。虎谑撬樾碱w粒的重新排列分布。顆粒間的接觸關(guān)系也會(huì)隨著機(jī)械壓實(shí)作用的不斷增強(qiáng)發(fā)生變化，其中點(diǎn)接觸呈減少趨勢(shì)，反之，線接觸和凹凸接觸呈增加趨勢(shì)，常有顆粒變形同時(shí)發(fā)生，塑性顆粒和剛性顆粒的變形方式表現(xiàn)不一，諸如火山巖屑類的塑性顆粒發(fā)生壓扁、彎曲甚至變成不規(guī)則形狀等，而諸如石英、長(zhǎng)石類的剛性顆粒會(huì)發(fā)生碎裂以及位移等變形。所以認(rèn)為碎屑巖的結(jié)構(gòu)組成對(duì)巖石的抗壓能力起決定性作用，通常認(rèn)為，在相同的外界條件下，塑性顆粒含量越高、基質(zhì)越發(fā)育、分選差的砂巖，其成巖作用過(guò)程中機(jī)械壓實(shí)作用較強(qiáng)。取心井段壓實(shí)后孔隙損失最大量為25.9%，最小量為18.1%，損失量平均20.61%，其中6砂體的損失量高于5砂體，對(duì)應(yīng)壓實(shí)強(qiáng)度為中等壓實(shí)，對(duì)儲(chǔ)集層物性起破壞作用。高3-6-18井5、6砂體孔隙演化數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2 高3-6-18井5、6砂體孔隙演化數(shù)據(jù)

4.2 化學(xué)壓實(shí)作用

化學(xué)壓實(shí)作用包括化學(xué)沉淀作用和交代重結(jié)晶作用，化學(xué)壓實(shí)作用的本質(zhì)是在巖石中形成新的礦物，其中巖石密度由于化學(xué)反應(yīng)的存在呈減小趨勢(shì)，新礦物多以襯墊式、加大式或充填式等方式占據(jù)原來(lái)的砂巖孔隙，其結(jié)果為巖石體積不變，但孔隙度下降、成巖強(qiáng)度增大。取心井段膠結(jié)物以黏土礦物為主，并含有少量碳酸鹽，孔隙損失最大量為8.4%，最小量為3.8%，平均損失量為5.82%，其中6砂體的損失量高于5砂體。化學(xué)壓實(shí)作用對(duì)于儲(chǔ)集層結(jié)構(gòu)起破壞作用，孔喉被堵塞，不利于原生孔隙的保存。

4.3 溶解作用

孔隙流體與巖石中某些組分發(fā)生反應(yīng)，使原有礦物變?yōu)榭扇茈x子，并隨孔隙流體一起遷移的過(guò)程稱為溶解作用。在成巖過(guò)程中，溶解作用對(duì)次生孔隙的生成有著一定的貢獻(xiàn)作用[3]。巖石中的許多組分，例如長(zhǎng)石、巖屑或者一些重礦物碎屑物，甚至巖性比較穩(wěn)定的石英，在成巖演化階段都可能被溶解生成次生孔隙，研究區(qū)高3-6-18井長(zhǎng)石含量較高，經(jīng)溶解作用后增加的孔隙量最大為1.9%，最小為0.4%，平均為1.15%，其中6砂體的增加量低于5砂體。研究區(qū)溶解作用對(duì)于儲(chǔ)層物性起著一定的改善作用。

4.4 構(gòu)造作用

構(gòu)造作用是巖石受外力影響進(jìn)而產(chǎn)生裂縫的過(guò)程。研究區(qū)儲(chǔ)層多為未固結(jié)—半固結(jié)狀態(tài)，埋深較淺，巖石的塑性比較強(qiáng)，構(gòu)造作用不易產(chǎn)生裂縫。因此，構(gòu)造作用對(duì)研究區(qū)儲(chǔ)層改造的影響并不明顯。

5 成巖作用階段

5.1 自生礦物演化序列

在成巖作用期間，巖石組分與孔隙流體之間會(huì)發(fā)生反應(yīng)生成自生礦物，在不同的成巖演化階段有著不同的孔隙流體，因而成巖作用期間生成的自生礦物及其礦物組合存在著差異性，可以通過(guò)觀察這些礦物的特征來(lái)判斷當(dāng)時(shí)沉積的物理化學(xué)條件[4]，所以自生礦物可以作為成巖演化階段的“化石”。前人根據(jù)遼河油田下第三系儲(chǔ)層現(xiàn)存的成巖跡象和成巖礦物之間的關(guān)系，將儲(chǔ)層劃分為4個(gè)主要的成巖演化階段。高3-6-18井取心井段僅對(duì)應(yīng)第一階段和第二階段。

第一階段，該時(shí)期形成的礦物均為成巖早期礦物，其特征為孔隙流體為堿性且埋藏較淺，常在碎屑顆粒表面形成綠泥石、黃鐵礦等，同時(shí)火山玻璃和火山灰等轉(zhuǎn)化為蒙脫石，相當(dāng)于早成巖A期。

第二階段，該時(shí)期長(zhǎng)石和巖屑等組分出現(xiàn)十分明顯的溶蝕現(xiàn)象，孔隙流體為酸性，石英在孔隙襯墊式外部次生加大生長(zhǎng)，逐漸向混層轉(zhuǎn)化，伴有蒙脫石脫水以及大量高嶺石晶體的生成，相當(dāng)于早成巖B至晚成巖A期。

5.2 成巖相帶

成巖相帶指在特定的成巖環(huán)境中，一種及以上的成巖礦物在碎屑巖儲(chǔ)層中的縱向富集范圍。遼河盆地下第三系持續(xù)埋藏體系由淺至深可劃分為6個(gè)成巖相帶[5]：①弱膠結(jié)帶；②早期綠泥石—晶粒狀碳酸鹽成巖相帶；③自生石英—高嶺石成巖相帶；④自生石英—晚期碳酸鹽成巖相帶；⑤自生石英—自生長(zhǎng)石—高嶺石成巖相帶；⑥自生石英—伊利石成巖相帶。該井取心井段處于自生石英—高嶺石成巖相帶。

自生石英—高嶺石成巖相帶，與第一次孔隙發(fā)育帶相對(duì)應(yīng)，埋深范圍1 600～2 700 m，成巖自生礦物包括呈孔隙充填式和加大式產(chǎn)出的早期綠泥石、晶粒狀碳酸鹽、黃鐵礦、高嶺石和自生石英等。該成巖相帶極具代表性的成巖礦物組合為自生石英和高嶺石，巖石多為半固結(jié)狀態(tài)。

5.3 成巖階段劃分

確定成巖階段的主要依據(jù)有：該井取心井段在1 597.0～1 725.6 m間，對(duì)應(yīng)的古地溫在60～85 ℃間，有機(jī)質(zhì)熱演化未成熟。黏土礦物以鈣-蒙脫石和鈉-蒙脫石為主，伊利石、高嶺石含量低。自生礦物演化序列研究結(jié)果表明，成巖礦物均為成巖早期礦物。成巖相帶為自生石英—高嶺石成巖相帶。機(jī)械壓實(shí)作用中等，膠結(jié)作用弱，溶解作用弱。上述特點(diǎn)表明高3-6-18井取心井段2個(gè)砂巖組成巖階段都相當(dāng)于早成巖A～B期。

6 結(jié) 論

1)高3-6-18井主要的含油層系為蓮花油層，L5～L6儲(chǔ)層為中—高孔，特高滲、高滲及中滲的范疇，成巖礦物中黏土礦物以蒙脫石為主要成分，蒙脫石對(duì)L6儲(chǔ)層的改造力度較大。

2)研究區(qū)屬于早成巖A～B期，處于自生石英—高嶺石成巖相帶，成巖作用較弱，6砂體成巖作用略強(qiáng)于5砂體。

3)L5～L6儲(chǔ)層成巖作用類型有機(jī)械壓實(shí)作用、化學(xué)壓實(shí)作用、溶解作用和構(gòu)造作用，其中機(jī)械壓實(shí)作用中等，屬于破壞性成巖作用，孔隙損失量為20.61%；化學(xué)壓實(shí)作用弱，屬于破壞性成巖作用，孔隙損失量為5.82%；溶解作用弱，屬于建設(shè)性成巖作用，孔隙增加量為1.15%。