墾利10－1油田沙河街組儲(chǔ)層自生礦物及溶蝕作用對(duì)物性的影響

陳麗娜，袁志剛，王清斌，王月勝，王思惠

（中海油能源發(fā)展股份有限公司鉆采工程研究院，天津塘沽 300452）

墾利10－1油田沙河街組儲(chǔ)層自生礦物及溶蝕作用對(duì)物性的影響

陳麗娜，袁志剛，王清斌，王月勝，王思惠

（中海油能源發(fā)展股份有限公司鉆采工程研究院，天津塘沽 300452）

墾利10－1構(gòu)造沙河街組發(fā)育多套含油砂巖儲(chǔ)集體，這些砂巖儲(chǔ)層內(nèi)的成巖現(xiàn)象十分豐富。應(yīng)用掃描電鏡、巖石薄片、粘土礦物及物性資料，對(duì)該儲(chǔ)層成巖礦物成分、結(jié)構(gòu)和產(chǎn)狀進(jìn)行了分類及特征分析。研究發(fā)現(xiàn)：墾利10－1南區(qū)沙河街組油層中自生粘土礦物含量高，它們以孔隙充填形式或薄膜包裹顆粒形式堵塞粒間孔隙和喉道，使儲(chǔ)層滲透率降低；油層中自生石英加大發(fā)育，顆粒表面及粒間孔隙被較完整的石英自形晶面所充填，使儲(chǔ)層滲透率降低；油層中碳酸鹽膠結(jié)－交代現(xiàn)象明顯，這種礦物以菱面晶體產(chǎn)狀充填粒間孔隙，對(duì)油層物性影響較大。而該儲(chǔ)層中長石的強(qiáng)烈溶蝕又改善了油層的儲(chǔ)集性能，使這一探區(qū)具有上億噸級(jí)的儲(chǔ)量規(guī)模。

沙河街；自生礦物；長石溶蝕

墾利10－1油田位于萊州灣凹陷北部，是這一探區(qū)發(fā)現(xiàn)油層最厚、儲(chǔ)量豐度最高的構(gòu)造之一，是渤南探區(qū)重要的產(chǎn)能接替層位。根據(jù)探井的取心資料證實(shí)，該油田的儲(chǔ)集層主要為一套古近系的辨狀河三角洲沉積體。本文僅就該油田各井儲(chǔ)層砂巖的薄片、掃描電鏡、粘土礦物和物性資料進(jìn)行了系統(tǒng)的觀察和對(duì)比，研究了儲(chǔ)層砂巖自生粘土礦物、自生石英加大的結(jié)構(gòu)和充填方式，分析了碳酸鹽礦物交代和顆粒溶蝕現(xiàn)象及其演化規(guī)律，以及這些成巖演化現(xiàn)象對(duì)儲(chǔ)層物性的影響因素，為進(jìn)一步的油田儲(chǔ)層描述提供研究依據(jù)。

1 儲(chǔ)層的巖石學(xué)特征

1.1 碎屑組分特征

根據(jù)該研究區(qū)100余塊薄片分析結(jié)果所作的砂巖分類三角圖（圖1）表明：該油田沙河街組油層砂巖中的碎屑組分相對(duì)穩(wěn)定，其中長石中鉀長石含量38%～41%，平均為40%，斜長石含量3%～5%，平均為4%；石英含量34%～39%，平均38%；火山巖塊平均含量8%，變質(zhì)巖塊平均含量9%。其儲(chǔ)層巖性以中－細(xì)粒巖屑長石砂巖和長石砂巖為主，含少量長石巖屑砂巖和泥質(zhì)粉砂巖（圖2）。顆粒分選中等～較差，呈次棱角狀～次圓狀；顆粒接觸關(guān)系以線接觸為主，點(diǎn)接觸次之；膠結(jié)程度中等，膠結(jié)類型以接觸式為主，其次為孔隙式。碎屑組分特征表明，該儲(chǔ)集層具有中等－較高成分成熟度、中等－較高結(jié)構(gòu)成熟度的特點(diǎn)。

1.2 填隙物特征

該油田砂巖儲(chǔ)層內(nèi)的填隙物含量8%～17%，平均12%，由自生粘土礦物、次生加大石英和部分碳酸鹽礦物等組成。自生粘土礦物以薄膜襯墊形式和雜亂堆積的產(chǎn)狀包裹粒表或充填粒間孔隙。次生加大石英以加大邊的形式生長在石英顆粒邊緣，堵塞孔隙和喉道。碳酸鹽礦物以嵌晶和亮晶的菱面體形式充填粒間孔隙。

2 儲(chǔ)層的物性特征

通過對(duì)該研究區(qū)沙河街組儲(chǔ)層物性資料的統(tǒng)計(jì)分析（見表1），儲(chǔ)層平均孔隙度為22%，分布范圍7.2%～29%；平均滲透率為 103×10－3μm2，分布范圍 8.5～913×10－3μm2；屬于中孔（15%～25%）、中－低滲（10～500）×10－3μm2—特低滲（＜10×10－3μm2）儲(chǔ)層。毛管壓力最大中值孔喉半徑2.34 μm，最小孔喉半徑0.06 μm，平均值0.72 μm；孔喉半徑平均值最大值5.7 μm，最小值 0.26 μm,平均值 2.75 μm，按喉道分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，屬于細(xì)喉道級(jí)別（0.5～5 μm）。喉道分布范圍較大，均質(zhì)性差。在所分析的3口井31個(gè)毛管壓力資料中，有三分之二的樣品喉道峰值偏向細(xì)喉道，三分之一的樣品峰值偏向微喉道。說明該儲(chǔ)層滲透率主要是由微－細(xì)喉道提供。從薄片和掃描電鏡分析可以看出，該層段砂巖在成巖中、晚期經(jīng)歷了強(qiáng)烈的次生礦物充填和膠結(jié)作用，使砂巖中的原生孔隙遭到破壞，次生孔隙接受充填。孔隙多呈星散狀，喉道發(fā)育較差，孔喉配位數(shù)低，雖然砂巖孔隙度較高且變化范圍不大，但是滲透率卻急劇降低，因此充填和膠結(jié)作用是導(dǎo)致該儲(chǔ)層滲透率較低的主要因素。

表1 墾利10－1地區(qū)沙三段孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)表

3 自生礦物對(duì)儲(chǔ)層物性的影響

3.1 粘土礦物

3.1.1 粘土礦物組成

根據(jù)該油田各探井儲(chǔ)層砂巖的薄片資料分析，顆粒間填隙物主要為水云母泥質(zhì)、高嶺石及碳酸鹽礦物。x衍射分析資料顯示，該儲(chǔ)層砂巖中的粘土含量（圖3）分布在5%～14%，平均值 9%；其粘土礦物中高嶺石含量7%～72%，平均值41%；伊利石含量5%～40%，平均值21%；伊/蒙混層含量2%～55%，平均值21%；綠泥石含量6%～31%，平均值17%；數(shù)據(jù)表明：儲(chǔ)層中的粘土礦物以高嶺石為主，伊利石、伊/蒙混層次之，綠泥石含量較低。薄片和掃描電鏡下很少見到從物源區(qū)搬運(yùn)來的粘土礦物，絕大部分是在成巖期形成的自生粘土。

3.1.2 粘土礦物的分布與產(chǎn)狀

（1）高嶺石 偏光顯微鏡下高嶺石呈米粒狀，掃描電鏡下結(jié)晶好的高嶺石單晶呈假六方晶片體、集合體呈書頁狀和蠕蟲狀或雜亂排列的形式充填粒間孔隙或附著顆粒表面（圖版1），晶體邊緣見溶蝕和擠壓現(xiàn)象，是成巖中期形成的成巖特征之一，從產(chǎn)狀和形態(tài)上判斷，其成因主要是由長石和雜基分解、溶蝕及孔隙水沉淀轉(zhuǎn)化生成的。這一成巖現(xiàn)象在該儲(chǔ)層的中－細(xì)粒長石砂巖中最常見，含量最多，特別是處在河道沉積中更是如此。雖然儲(chǔ)層中的自生高嶺石部分或全部充填粒間孔隙，但是由于高嶺石具有較大的晶間孔隙，可以作為油氣的儲(chǔ)集空間，尤其是天然氣。另外從掃描電鏡下發(fā)現(xiàn)高嶺石晶體邊緣具有溶蝕現(xiàn)象，同樣可以起到擴(kuò)大孔隙的作用。

（2）伊利石，在掃描電鏡下，伊利石的形態(tài)主要以絲絮狀或彎曲片狀包裹粒表并充填粒間孔隙，部分呈搭橋狀分布在顆粒之間（圖版2），其成因一部分是由鉀長石溶解在孔隙水中經(jīng)過沉淀形成，一部分是早成巖期的蒙皂石受成巖作用加強(qiáng)轉(zhuǎn)化而成，是該油田儲(chǔ)層砂巖中分布較多的一種粘土礦物。

（3）伊/蒙混層，也是該油田儲(chǔ)層砂巖中特別是泥質(zhì)含量高的層段中分布較多的一種粘土礦物，是由伊利石層和蒙皂石層混合疊積而成，是伊利石和蒙皂石兩端元礦物之間的過渡礦物。其形態(tài)介于蒙皂石和伊利石之間，部分發(fā)育蜂窩狀結(jié)構(gòu)，部分具有絲片狀結(jié)構(gòu)，有的邊部卷曲向絲縷狀伊利石轉(zhuǎn)化。在該油田儲(chǔ)層砂巖中的產(chǎn)狀以包裹顆粒表面和充填孔隙為主（圖版3）。

（4）綠泥石，在該油田儲(chǔ)層中含量較低，沙三段中底部可以見到，是成巖晚期的產(chǎn)物。掃描電鏡下單晶呈葉片狀、集合體呈絨球狀，與次生石英共生。葉片狀綠泥石多作為孔隙襯墊包裹顆粒表面，而絨球狀綠泥石則充填在粒間孔隙中（圖版4）。

3.1.3 粘土礦物對(duì)油層物性的影響 從以上該儲(chǔ)層中粘土礦物的分布與產(chǎn)狀分析，四種粘土礦物均對(duì)油層物性形成破壞性作用，從物性分析數(shù)據(jù)和粘土礦物含量可以看出：物性好的儲(chǔ)層段，粘土總量低，而粘土中的高嶺石含量高，說明雖然高嶺石充填粒間孔隙和喉道，但是由于它的晶體相對(duì)較粗，晶間微孔隙多，所以孔隙度和滲透率相對(duì)較高，而粘土總量高、粘土中伊利石和伊/蒙混層含量高的層段，孔隙度和滲透率明顯降低（圖4、圖5）。其主要原因是伊利石和伊/蒙混層的晶體極其微小，所形成的晶間孔隙也很小（小于0.1μm），是構(gòu)成砂巖中束縛孔隙滲透性的主要因素之一，同時(shí)還加大了粒間孔隙的彎曲度，使儲(chǔ)層的滲透率降低。

3.2 自生加大石英

該儲(chǔ)層中石英次生加大現(xiàn)象普遍（如果有數(shù)據(jù)就更好），在各井的砂巖儲(chǔ)層段均可見到，對(duì)儲(chǔ)層孔隙影響極大，其成因一是來自碎屑石英顆粒的壓溶作用，二是由于酸性環(huán)境下不穩(wěn)定長石、巖屑普遍發(fā)生溶蝕作用及砂巖孔隙中含硅溶液沉淀而形成。隨著埋深增加，石英次生加大逐漸增強(qiáng)，從而使孔隙縮小，喉道變窄。掃描電鏡下，明顯可見石英晶體向孔隙空間生長，主要是以石英自生加大邊的形式產(chǎn)出于石英顆粒表面、粒間孔壁和粒內(nèi)溶蝕孔隙中，一般為2～3級(jí)。其中大部分自生石英晶體向孔隙的空間連續(xù)生長并交錯(cuò)相接，并且與粘土礦物共生，堵塞孔隙與喉道，使儲(chǔ)層物性變差（圖版 5）。

3.3 碳酸鹽礦物

該研究區(qū)常見的碳酸鹽礦物有方解石、含鐵方解石、鐵白云石和菱鐵礦，其分布與含量在各井有差異，一般含量在3%～10%左右，個(gè)別樣品高達(dá)30%；掃描電鏡下方解石礦物呈菱面體嵌晶狀充填于粒間孔隙，薄片下方解石常呈亮晶、嵌晶狀充填粒間孔隙，并交代部分顆粒邊緣，較深井段見白云石沿顆粒邊緣交代碎屑顆粒及方解石，這種成巖現(xiàn)象形成于溫度較高的中成巖階段（圖版6）。

4 溶蝕作用對(duì)儲(chǔ)層物性的影響

溶蝕作用在該油田沙三段儲(chǔ)層中較普遍，隨著埋深和成巖作用的加強(qiáng)，在酸性水的作用下，對(duì)長石、巖屑和雜基等不穩(wěn)定組分產(chǎn)生溶蝕，形成粒間溶孔和粒內(nèi)溶孔，是形成次生孔隙的重要因素。掃描電鏡下，長石溶蝕最為普遍，多沿解理縫或破裂縫進(jìn)行（圖版7），溶蝕強(qiáng)烈時(shí)，形成粒內(nèi)蜂窩狀溶孔或鑄模孔，部分顆粒呈殘余狀，保持了碎屑顆粒的外形，顆粒之間經(jīng)溶蝕擴(kuò)大的粒間溶孔普遍見到。此外，該儲(chǔ)層中石英顆粒的溶蝕也比較常見，石英顆粒邊緣溶蝕呈鋸齒狀、港灣狀（圖版8）。上述各類溶蝕孔隙互相配置，形成了比較優(yōu)越的孔隙組合，增加了孔隙的連通性，對(duì)改善儲(chǔ)層的孔滲性起到了重要作用。

5 結(jié)論

（1）該油田沙三段儲(chǔ)層砂巖主要以巖屑長石砂巖、長石砂巖構(gòu)成，具有：結(jié)構(gòu)成熟度和成分成熟度較高，粒度分布范圍較大，填隙物含量較高，孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜，孔喉細(xì)且分選差等特點(diǎn)，屬中孔低滲類儲(chǔ)層。

（2）該儲(chǔ)層砂巖中的自生礦物含量高，主要以自生粘土礦物、自生加大石英和碳酸鹽礦物為主，這些自生礦物的膠結(jié)、加大和充填是造成該儲(chǔ)層滲透性較差的另一因素。

（3）高嶺石含量與孔隙度呈正相關(guān)關(guān)系，而伊利石含量與孔隙度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。

（4）儲(chǔ)層中的長石、巖屑等易溶礦物的溶蝕是儲(chǔ)層次生孔隙形成的主要因素，能有效地改善儲(chǔ)層物性，提高儲(chǔ)層的孔隙度和滲透性。

[1] 陳麗華，郭舜玲，王 琦，等.中國油氣儲(chǔ)層研究圖集（卷五）[M] .北京：石油工業(yè)出版社，1994.

[2] 許懷先，陳麗華，萬玉金，王大銳.石油地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試技術(shù)與應(yīng)用[M] .北京：石油工業(yè)出版社，2001.

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[4] 徐同臺(tái)，王行信，張有瑜，等.中國含油氣盆地粘土礦物[M] .北京:石油工業(yè)出版社，2003:64-68.

Kenli 10-1oil field Shahe Street Group reservoir of authigenic minerals and corrosion influence on physical properties

CHEN Lina，YUAN Zhigang，WANG Qingbin，WANG Yuesheng，WANG Sihui
（CNOOC Energy Technology&Services-Oilfield Engineering Research Institute，Tanggu Tianjin 300452，China）

Kenli 10-1 Structure of Shahe Street Group developed several sets of oily sand rock reservoir,the sandstone reservoir diagenesis and the phenomenon is very rich in.Application of scanning electron microscope,the rock thin section,clay mineral and physical properties data,the reservoir diagenetic mineral composition,structure and occurrence of the classification and characteristic analysis.Study finds:Kenli 10-1 South Shahe Street formation of authigenic clay minerals content is high,they with pore filling form or film-coated particles form plug intergranular pore and throat,the reservoir permeability decrease;formation of authigenic quartz grain surface and increase development,intergranular pore is more complete quartz automorphic crystal surface by filling,the reservoir permeability reduction;oil reservoir of carbonate cement in replacement phenomenon is obvious,the mineral with rhombohedron crystals produce filling intergranular pore,reservoir properties influence.The reservoir of feldspar dissolution and improve the strong oil reservoir performance,make this one area has reserves of100 million tons of class.

shahe street；authigenic minerals；feldspar dissolution

P618.13

A

1673-5285（2012）07-0041-05

2012－05-20

陳麗娜，女，1982年畢業(yè)于天津大學(xué)精密儀器工程專業(yè)，現(xiàn)為中海油能源發(fā)展股份有限公司鉆采工程研究院高級(jí)工程師，長期從事油氣勘探開發(fā)實(shí)驗(yàn)研究和管理工作。