鄂爾多斯盆地合水地區長8段儲層巖礦特征及成巖作用研究

朱 聰,施 冬,張春生趙恩璋,張富美,王 芳 (油氣資源與勘探技術教育部重點實驗室 (長江大學),湖北荊州434023)

近年來,隨著油氣勘探的深入發展,碎屑巖成巖作用在理論研究及具體實踐中都取得了很大的成就。目前,成巖作用的研究是解決地下巖石孔隙度和滲透率分布方式以及儲層質量預測的重要手段,并將在今后的研究中取得進一步的發展。

碎屑巖的一系列成巖變化,對碎屑儲集巖的孔隙形成、保存及破壞均起著極為重要的作用,對儲層巖石孔隙度和滲透率有著決定性的影響[1]。為此,筆者從鄂爾多斯盆地三疊統長8段儲層的巖礦特征、成巖作用類型、成巖環境和成巖序列的角度來探討該區儲層物性在形成及演化過程中的主控因素,以期為油田的增儲上產提供合理的地質依據。

1 區域地質背景

合水地區位于鄂爾多斯盆地西南部的伊陜斜坡,屬于隴東地區,區域構造背景為一平緩的近南西-北東向展布的西傾單斜。上三疊統延長組發育河流-三角洲-湖泊相沉積,長8段主體為三角洲前緣分流河道微相沉積,砂體顆粒細,沉積成熟度低,成巖成熟度高,均質性強,屬儲層微觀孔隙結構復雜的低滲透致密巖性儲層[2],沉積地層厚約80～120m。長8段湖相砂巖形成的砂體厚度大、延伸較遠,且近鄰長7湖相生油巖之下,為油氣運移的指向和儲集場所,其東北上傾的湖相泥巖形成了區域遮擋蓋層,構成了有利的生儲蓋組合。

長8段為該區主力產油層,在油層組劃分對比的基礎上,以延長組沉積的一級旋回的頂部泥巖段(泥巖隔層)作為砂層組的標志層,將研究區長8段砂層進行細分,自上而下分為長81、長82層,主要含油層為長81層。

2 巖礦特征

合水地區長8段儲層砂巖巖性主要為淺灰色、灰色的長石砂巖、巖屑長石砂巖。巖石薄片鏡下鑒定結果表明,砂巖碎屑顆粒粒度一般介于0.1～0.3mm,以0.15～0.25mm之間最為常見,大多具細粒結構、中細粒結構,粉砂質結構次之;砂巖分選性總體上為中等-較好,以細粒結構為主,夾少量中粒碎屑和粉砂級碎屑;碎屑顆粒以次棱角狀、次圓-次棱角狀為主,磨圓度中等;砂巖碎屑巖成分復雜,以長石和石英為主,成分成熟度低,結構成熟度低到中等[3]。

根據X衍射、掃描電鏡等資料分析,長81與長82層砂巖填隙物組分都為高嶺石、水云母、綠泥石、方解石和鐵方解石、硅質、鐵白云石、長石,填隙物含量統計表如表1。由表1分析可得,填隙物主要以綠泥石和鐵方解石為主,長82層比長81層的綠泥石和鐵方解石含量偏高,長81層較長82層硅質含量較高,說明沉積物沉積時顆粒的粒間孔空間較大,附著顆粒表面的粘土礦物含量相對較少而有利于硅質增生。

表1 填隙物含量統計表

3 成巖作用及對儲層物性的影響

3.1 壓實作用

長8段砂巖在埋藏成巖過程中經歷了不同程度的壓實作用,主要發生在成巖早期,機械壓實作用十分發育,也有壓溶作用,淺埋藏時以機械壓實為主,深埋藏時發生壓溶作用。當陸源雜基含量低時,抗壓性強的剛性顆粒如石英、長石含量較高、顆粒相對較粗、分選性好,少數雜基充填孔隙,壓實后以點-線狀形式的顆粒支撐為主,原生粒間孔隙降低程度相對較低而得到部分保存,使殘余粒間孔隙發育(圖1)。當上覆壓力超過顆粒抗壓強度時,顆粒沿其薄弱面破裂,長石一般沿解理面和雙晶面破裂,產生微細應力紋和裂縫,有時甚至垂直于雙晶面產生斷裂、雙晶錯位,石英產生楔形裂隙等;隨埋藏深度增加,顆粒接觸關系漸趨緊密,軟顆粒壓實變形,碎屑顆粒由彼此分離到相互靠近,泥質類受壓彎曲變形,伸長或被硬碎屑嵌入;在綠泥石膜發育的中-細粒長石砂巖中,碎屑顆粒間呈點-線狀接觸,機械壓實強度較弱。

3.2 膠結作用

1)粘土礦物沉淀及轉化作用 在成巖作用過程中,對巖石儲集性影響較大的是粘土礦物,砂巖中發育粘土礦物的種類取決于砂巖中原有礦物的成分以及孔隙溶液的成分、溫度、H+的濃度,同時粘土礦物從軟泥水或孔隙水中析出,也要求一定的介質條件。在長8段儲層砂巖中,粘土礦物主要為高嶺石、伊利石、綠泥石等。

高嶺石在研究區的砂巖中主要以填隙物方式產出,在電鏡觀察下晶體呈六方板狀,集合體呈片狀、書頁狀 (圖2),這種高嶺石分布于長石顆粒表面,它的形成與長石的分解溶蝕有關,有時與石英共生,有時高嶺石呈蝕變狀充填孔隙生長。砂巖碎屑顆粒間的溶蝕孔內常見到自生高嶺石充填,高嶺石書頁狀晶形保留了良好的晶間孔,是重要的儲集空間組成部分。

綠泥石在長8段砂巖中普遍存在,綠泥石在砂巖中多呈櫛殼式薄膜狀附在成巖礦物碎屑的周圍 (圖3),有的綠泥石成片狀晶體生長進入孔隙空間,封閉了微觀孔隙,起著粒間填隙或交代巖屑的作用,大大降低了儲層的孔滲性。自生石英和綠泥石充填殘余孔喉,充當著粒間填充或交代巖屑的作用。

圖1 莊112井(長82層,1773.42m)點-線狀形式的顆粒支撐

圖2 莊172井(長81層,1837.64m)高嶺石充填砂巖孔隙

圖3 莊116井(長81層,1892.27m)砂巖顆粒表面的綠泥石膜

2)碳酸鹽礦物膠結 根據鑄體薄片分析,研究區長8段砂巖的碳酸鹽礦物以鐵方解石、方解石為主,含少量鐵白云石,膠結物總量一般較低,個別層段可達60%以上。鐵方解石呈斑狀、連晶狀或細晶狀充填孔隙,使粒度較粗、分選較好的砂巖成為了低孔、低滲的砂巖。電鏡掃描中可見到方解石充填孔隙 (圖4),方解石多為細晶粒狀膠結,在部分層位也見形成連片嵌晶式膠結;有時混有粘土在砂粒外圍形成方解石與粘土的環狀薄膜,還有大塊方解石的斑晶膠結。白云石常呈菱形自形晶體,分散充填于孔隙中[4]。

3)長石、石英類礦物 通過掃描電鏡觀察,在長8段砂巖中石英膠結物很普遍,常見石英質加大充填孔隙,自生石英類的次生加大和自形晶顆粒的形式充填孔隙,并且多以自生石英晶體形式充填粒間孔和溶蝕孔隙,長石的膠結作用是以長石次生加大和鈉長石化2種表現形式出現的,掃描電鏡觀察長石溶蝕孔中有鈉長石充填,并見到粒間孔溶蝕孔中自生石榴石充填。

長8段儲層砂巖中蝕變狀粘土、綠泥石、高嶺石多與自生石英一起充填孔隙膠結,自生石英充填孔隙,對砂巖的孔隙損失很大,使原生孔隙減少,而且也不利于次生孔隙的發育,這也是造成砂巖物性較差的重要原因之一[5]。

3.3 交代作用

研究區長8段碎屑巖中的交代作用主要表現為碳酸鹽礦物對不穩定組分的交代,粘土礦物交代石英顆粒和長石的伊利石、高嶺石化等現象 (圖5)。

3.4 溶解、溶蝕作用

在長8段儲層中,隨著埋藏深度增加,地層溫度和壓力增大,孔隙水和地層水的性質發生變化,部分礦物被溶解而形成次生孔隙。在成巖過程中由于泥巖中的有機質脫羧基作用,使粘土礦物發生轉化,大量含有機酸的地層水進入砂巖,使長石等硅酸鹽礦物被溶蝕,產生大量的次生溶蝕孔隙,研究區常見的溶蝕孔有長石溶孔、長石局部沿解理縫溶蝕、巖屑溶孔等 (圖6)。次生孔隙的產生提高了砂巖的孔隙性,增強了滲流能力,使得儲層物性得到一定程度的改善,提高了滲流能力。

圖4 莊112井(長82層,1773.42m)細晶粒狀膠結的方解石充填孔隙

圖5 莊172井(長81層,1837.64m)連晶狀鐵方解石充填孔隙交代碎屑

圖6 莊121井(長81層,1838.7m)長石局部沿解理縫溶蝕,巖屑溶孔

[1]朱國華,裘亦楠.成巖作用對砂巖儲層孔隙結構的影響[J].沉積學報,1984,2(1):2-17.

[2]李鮮蓉,柳益群,高輝,等.鄂爾多斯盆地西峰油田合水地區長8層段儲層特征[J].天然氣勘探與開發,2008,31(4):9-10.

[3]張路崎,陳恭洋.白豹-坪莊地區延長組長6儲層成巖作用研究 [J].巖性油氣藏,2009,21(1):75-82.

[4]史建南,鄭榮才,韓永林,等.鄂爾多斯盆地姬塬地區長8油層組巖性油藏成藏機理研究 [J].巖性油氣藏,2009,21(3):129-133.

[5]史基安,晉慧娟,薛蓮花.長石砂巖中長石溶解作用發育機理及其影響因素分析[J].沉積學報,1994,12(3):67-75.