鄂爾多斯盆地華慶地區(qū)長63亞段儲(chǔ)集層與成巖相研究

劉曉英，李廷艷，張居增，尤 源，馬繼業(yè)

（1.低滲透油氣田勘探開發(fā)國家工程實(shí)驗(yàn)室；2.中國石油長慶油田分公司勘探開發(fā)研究院）

華慶地區(qū)位于鄂爾多斯盆地湖盆中部（圖1），上三疊統(tǒng)延長組長63亞段由多期湖底扇砂質(zhì)碎屑流水道沉積形成連續(xù)疊置的厚層砂體［1-4］（圖2），砂體規(guī)模大且分布穩(wěn)定，儲(chǔ)層物性較好，含油飽和度高，是該區(qū)勘探評價(jià)的重點(diǎn)層位。近年來，該區(qū)長63亞段勘探開發(fā)進(jìn)展較快，已成為開發(fā)建產(chǎn)的重點(diǎn)目標(biāo)區(qū)，但儲(chǔ)集層非均質(zhì)性嚴(yán)重、開發(fā)難度較大等問題，嚴(yán)重制約了勘探、開發(fā)進(jìn)程，因而開展儲(chǔ)集層特征及成因研究受到關(guān)注。

研究發(fā)現(xiàn)，多物源是研究區(qū)儲(chǔ)層特征的重要影響因素之一。該區(qū)長63亞段沉積期物源主要來自北東和南西2個(gè)方向［5-7］，在元城、白豹以北地區(qū)以北東方向物源為主，八珠、五蛟、山莊以南至上里塬地區(qū)以南西方向物源為主，而白馬—五蛟一線為混合物源供給區(qū)。筆者通過巖心觀察、鑄體薄片和掃描電鏡等資料分析，按不同方向物源區(qū)對儲(chǔ)層進(jìn)行物質(zhì)組分、成巖作用、成巖相對比研究，分析儲(chǔ)層特征的差異性，揭示影響華慶地區(qū)長63儲(chǔ)層性能差異的內(nèi)在因素，對該區(qū)長63亞段儲(chǔ)層分類和高效開發(fā)評價(jià)具有重要意義。

圖1 研究區(qū)構(gòu)造位置Fig.1 Structural location of the study area

圖2 華慶地區(qū)白115井長63段沉積演化序列Fig.2 The evolutionary series of Chang 63sub-member in Bai 115 well in Huaqing area

1 儲(chǔ)集巖礦物特征

1.1 碎屑組分差異

通過巖心觀察和普通薄片、鑄體薄片的鏡下鑒定，華慶地區(qū)長63亞段巖性主要為極細(xì)—細(xì)粒長石砂巖和極細(xì)—細(xì)粒巖屑長石砂巖，成分成熟度較低。受沉積物源區(qū)影響，儲(chǔ)層礦物組分有明顯的差異性（表1），特點(diǎn)為：來自北東部物源區(qū)的砂巖礦物成熟度極低，碎屑成分表現(xiàn)為低石英（26.68%）、低巖屑（8.25%）、高長石（42.07%）含量的特征，并富含云母和綠泥石［8］；來自南西部物源區(qū)的砂巖礦物成熟度也很低，表現(xiàn)為較高石英（42.17%）、高巖屑（21.54%）、低長石（16.09%）含量的特征；而混合物源供給區(qū)砂巖的碎屑成分特征介于北東部與南西部2個(gè)物源區(qū)之間，石英為28.22%，長石為35.86%，巖屑為9.23%。

表1 華慶地區(qū)長63亞段輕礦物成分對比表Table 1 The light minerals of Chang 63sub-member in Huaqing area

1.2 填隙物差異

華慶地區(qū)長63亞段儲(chǔ)層填隙物類型主要以伊利石、碳酸鹽、綠泥石、硅質(zhì)為主，碳酸鹽以鐵方解石和鐵白云石為主，其中伊利石和碳酸鹽礦物含量較高，綠泥石薄膜膠結(jié)物普遍發(fā)育［8-9］。

分源區(qū)的砂巖巖礦定量分析結(jié)果（表2、圖版Ⅰ）顯示，不同物源區(qū)帶控制的砂巖各類膠結(jié)物含量差別明顯，有2個(gè)顯著特點(diǎn)：①綠泥石薄膜膠結(jié)物含量在北東部物源控制區(qū)帶和混源區(qū)帶較高，平均含量分別為3.91%和3.40%，而在南西部物源控制區(qū)帶很低，平均含量僅為0.04%；②伊利石、碳酸鹽和硅質(zhì)等膠結(jié)物含量由北東部物源控制區(qū)帶向南西部物源控制區(qū)帶依次增高。

表2 華慶地區(qū)長63亞段填隙物含量對比表Table 2 The matrix of Chang 63sub-member in Huaqing area

2 成巖相分析

2.1 成巖作用

通過對研究區(qū)取心井普通薄片的鏡下觀察及掃描電鏡、陰極發(fā)光等資料研究，確定該區(qū)砂巖所經(jīng)歷的成巖作用主要有壓實(shí)作用、膠結(jié)作用、溶解作用和破裂作用［8-10］。

華慶地區(qū)沉積物粒度細(xì)，雜基、云母及塑性巖屑含量高，壓實(shí)作用強(qiáng)，使顆粒排列緊密，導(dǎo)致原生粒間孔大量損失。膠結(jié)作用對儲(chǔ)層的影響既有破壞性的一面，也有建設(shè)性的一面。如華慶地區(qū)長63亞段儲(chǔ)層綠泥石膠結(jié)作用大多發(fā)生在成巖作用早期，形成的綠泥石薄膜以孔隙襯邊和薄膜包殼狀產(chǎn)出（圖版Ⅰ-1），綠泥石的產(chǎn)出雖然占據(jù)并縮減了部分孔隙，但在很大程度上抑制了機(jī)械壓實(shí)作用和其它膠結(jié)物如石英等次生礦物的析出。需要指出的是，早期綠泥石薄膜的包殼狀膠結(jié)作用發(fā)生在相對封閉的半咸水和微咸水沉積-成巖環(huán)境中［11］，此特征與長63亞段沉積期華慶地區(qū)恰恰處于半咸水—微咸水的半深湖環(huán)境相對應(yīng)［12］，因此非常有利于深水扇砂質(zhì)碎屑流水道所沉積砂巖中剩余粒間孔隙的保存。此外，伊利石（水云母）膠結(jié)物、碳酸鹽膠結(jié)物（圖版Ⅰ-2和圖版Ⅰ-3）及少部分發(fā)生在晚成巖階段的綠泥石膠結(jié)物呈孔隙充填狀產(chǎn)出，使儲(chǔ)層原生粒間孔大量喪失，導(dǎo)致儲(chǔ)層物性變差［8，13］。 溶解作用是形成次生孔隙、改善本區(qū)儲(chǔ)層儲(chǔ)滲條件的主要成巖作用之一，通常表現(xiàn)為碎屑顆粒的溶解和填隙物的溶解，特別是長石碎屑的溶解更為常見（圖版Ⅰ-4）。

2.2 孔隙類型及分布特征

成巖作用可使沉積砂體的孔隙發(fā)生改變。華慶地區(qū)長63亞段儲(chǔ)層孔隙類型按成因可分為殘余粒間孔、次生溶孔、晶間孔、微裂隙等4種類型，各類型孔隙的分布統(tǒng)計(jì)結(jié)果（表3）表明，華慶地區(qū)長63亞段儲(chǔ)層的早期成巖作用使儲(chǔ)層保存了大量的粒間孔，同時(shí)長石溶蝕作用普遍，長石溶孔的含量也較高。

表3 華慶地區(qū)長63亞段孔隙類型對比表Table 3 The pore types of Chang 63sub-member in Huaqing area

成巖礦物含量和成巖環(huán)境的差異，使不同沉積區(qū)孔隙類型分布及含量有明顯的差別。北東部物源區(qū)和混源區(qū)綠泥石膜含量高，早期綠泥石膜對孔隙的保護(hù)使該區(qū)域粒間孔大量保存；南西部物源區(qū)伊利石、碳酸鹽含量高，膠結(jié)充填作用使儲(chǔ)層失去大量原始粒間孔，導(dǎo)致粒間孔含量低。

2.3 成巖相分布

“成巖相”系指“在特定沉積和成巖物理化學(xué)環(huán)境中的物質(zhì)表現(xiàn)和成巖作用組合與演化的總體特征”，包括碎屑物沉積時(shí)的物理化學(xué)環(huán)境、固結(jié)時(shí)的成巖作用方式和成巖過程中的演化歷史3個(gè)方面的內(nèi)容，可反映成巖作用與儲(chǔ)層發(fā)育關(guān)系，因此，不同成巖相組合控制了不同的儲(chǔ)層孔隙發(fā)育特征和儲(chǔ)集物性而有助于儲(chǔ)層的區(qū)域評價(jià)和預(yù)測［9］。通過對成巖作用的相對強(qiáng)度、成巖環(huán)境以及成巖產(chǎn)物（圖版Ⅱ）縱向與平面分布特點(diǎn)的分析，可將華慶地區(qū)長63亞段砂巖劃分為如下5種成巖相類型（圖3）：

（1）綠泥石膜膠結(jié)-粒間孔成巖相 該成巖相在區(qū)內(nèi)較為發(fā)育，主要分布于北東部物源區(qū)，砂巖膠結(jié)物以薄膜狀分布的綠泥石為主，殘余粒間孔相對發(fā)育。

（2）綠泥石膜膠結(jié)-粒間孔+長石溶蝕成巖相

該成巖相主要在綠泥石膜膠結(jié)粒間孔發(fā)育的基礎(chǔ)上，發(fā)生了較為強(qiáng)烈的長石溶蝕，主要分布于混源區(qū)西部長石類礦物發(fā)育區(qū)，巖性多為細(xì)砂巖，長石溶蝕作用較強(qiáng)。

（3）水云母膠結(jié)-長石溶蝕成巖相 該成巖相是在水云母膠結(jié)的基礎(chǔ)上發(fā)生長石溶蝕，主要發(fā)育在南西部及東部區(qū)帶。該區(qū)水云母含量較高，長石溶孔發(fā)育。

（4）碳酸鹽膠結(jié)成巖相 該成巖相在區(qū)內(nèi)細(xì)粒砂巖和粉砂巖中均有出現(xiàn)，各種沉積微相中都可見到，東南部和中部較為發(fā)育。表現(xiàn)為碳酸鹽膠結(jié)物含量較高，呈連晶分布，充填部分甚至大部分的粒間孔隙。

（5）水云母膠結(jié)成巖相 該成巖相在區(qū)內(nèi)局部發(fā)育，以西部最為發(fā)育。

在上述成巖相劃分的基礎(chǔ)上，綜合砂體分布規(guī)律與物源區(qū)的關(guān)系，不難確定華慶地區(qū)長63亞段砂巖儲(chǔ)層的成巖相平面分布非常明顯地受物源區(qū)方向和碎屑組分所控制。

圖3 華慶地區(qū)長63儲(chǔ)層平面成巖相與孔隙度（左）、滲透率（右）疊合圖Fig.3 The congruent diagrams of diagenetic facies and porosity（left）,permeability（right） of Chang63sub-member in Huaqing area

3 儲(chǔ)層物性與成巖相帶關(guān)系

儲(chǔ)層原始孔隙的結(jié)構(gòu)特征和分布規(guī)律受沉積因素的控制，但在埋藏成巖過程中儲(chǔ)層的儲(chǔ)集空間會(huì)受到成巖作用改造，從而影響儲(chǔ)層孔隙分布規(guī)律。孔隙度、滲透率與成巖相平面分布特征顯示，綠泥石膜膠結(jié)-粒間孔成巖相和長石溶蝕成巖相是華慶地區(qū)長63亞段儲(chǔ)層最有利的成巖相帶，儲(chǔ)層在有利成巖相帶構(gòu)成平面相對高孔、高滲區(qū)（圖3）。在綠泥石膜膠結(jié)-粒間孔成巖相發(fā)育的白209、白255砂體發(fā)育帶，物性相對較好，但變化較大，孔隙度一般大于10%，滲透率為0.3～0.6 mD；在長石、巖屑溶蝕強(qiáng)烈發(fā)育的西部砂體發(fā)育帶靠南區(qū)域，孔隙度為12%～16%，滲透率一般大于0.5 mD。在碳酸鹽膠結(jié)成巖相和水云母膠結(jié)成巖相帶，砂巖儲(chǔ)集性能相對較差。

4 結(jié)論

（1）物源對儲(chǔ)集層性質(zhì)有控制作用。北東部物源控制區(qū)儲(chǔ)集層石英、巖屑含量較低、長石含量較高，填隙物含量較低，綠泥石膜發(fā)育，剩余原生粒間孔較發(fā)育；南西部物源控制區(qū)儲(chǔ)集層砂體具有石英和巖屑含量較高，長石含量低的特征；混合物源供給區(qū)控制的沉積區(qū)長63亞段砂體各類碎屑組分的含量介于前二者之間，但主體以富長石為特征，溶蝕作用較強(qiáng)。

（2）該區(qū)長63儲(chǔ)層成巖相分為5類：綠泥石膜膠結(jié)-粒間孔成巖相、綠泥石膜膠結(jié)-粒間孔+長石溶蝕成巖相、水云母膠結(jié)-長石溶蝕成巖相、碳酸鹽膠結(jié)成巖相、水云母膠結(jié)成巖相。

（3）在不同物源影響下，受沉積和成巖作用的雙重控制，區(qū)內(nèi)較為發(fā)育的綠泥石膜膠結(jié)-粒間孔成巖相和長石溶蝕成巖相是有利儲(chǔ)集成巖相，儲(chǔ)層在有利成巖相帶構(gòu)成平面相對高滲區(qū)。

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