渤南油田四區沙三段低滲透儲層成巖作用及演化序列*

李丹

(延長油田股份有限公司甘谷驛采油廠，陜西延安716005)

渤南油田四區沙三段低滲透儲層成巖作用及演化序列*

李丹

(延長油田股份有限公司甘谷驛采油廠，陜西延安716005)

∶利用鑄體薄片、掃描電鏡、巖心分析化驗等資料對渤南油田四區沙三段儲層成巖作用類型、成巖演化序列、成巖階段劃分等進行了系統研究。結果表明，沙三段儲層處于中成巖階段A期，主要成巖作用類型有壓實作用、膠結作用、溶蝕作用和交代作用等。壓實作用是導致儲層物性變差的最主要原因，膠結作用次之;溶蝕作用多形成孤立的溶蝕孔隙，一定程度上增加了儲層孔隙度，但對儲層滲透率的改善不大。沙三段儲層經歷了機械壓實作用、塑性顆粒變形→泥質雜基及方解石(包括部分泥晶包殼)、鋁硅酸鹽的早期溶解、石英次生加大→早期碳酸鹽膠結并交代石英、長石→油氣大量充注→不穩定組分溶蝕形成次生孔隙、高嶺石充填→晚期含鐵碳酸鹽礦物膠結成巖演化序列。

∶成巖作用;成巖階段;演化序列;沙三段

0 引言

儲層發育特征受多種因素的影響，包括沉積條件、成巖作用、構造運動、油氣充注、異常高壓等，其中沉積條件和成巖作用是最主要的影響因素［1-2］，沉積條件控制儲層發育，成巖作用則改造儲層質量［3-5］。成巖相作為反映特定成巖環境或過程的成巖產物的綜合表現，尤其對儲層的物性特征具有明顯的控制作用，成巖相分析就是在成巖作用與儲層物性演化特征之間建立成因聯系，弄清成巖相的組合類型、分布特征及其對儲層物性的影響關系，從而為儲層縱向上以及平面上發育特征規律總結提供理論依據［6-8］。

渤南油田構造上位于渤南洼陷南部緩坡帶的中部凹陷處，為一由東南向西北傾斜的單斜構造。該油田整體上屬于低滲透油藏，孔隙度15%，滲透率11.5×10-3μm2，地下原油粘度為0.54 MPa·s.截止到2014年底，平均單井日產油1 t/d，含水高達95%，停產井比例為70%，注不進采不出，矛盾突出。因此，研究儲層成巖作用類型、成巖階段及成巖演化序列，對于明確平面物性差異的影響因素為后期油田高效合理開發具有現實意義。

1 儲層特征

1.1 儲集層巖礦特征

依據巖芯及巖石鑄體薄片資料分析，研究區儲層的成分成熟度和結構成熟度較低，主要顆粒組分包括石英、長石和巖屑等，巖性以巖屑質長石細-中砂巖為主，巖屑質長石粗-粉砂巖次之(圖1)。石英含量相對較高，約35%～45%;長石含量約占30%～40%，以斜長石為主;巖屑含量占15%～40%，以沉積巖為主，其次為變質巖及少量火山巖。膠結物的類型較多，多為鐵方解石和鐵白云石，見白云石和菱鐵礦。雜基類型主要為泥質雜基，含量變化較大，在1.8%～8.5%之間，平均值為5.8%.巖石顆粒磨圓度中等，次棱角狀為主，次圓狀為輔，分選中等-差，以中砂、細砂為主，其次為粗砂、粉砂，平均粒度中值大多在0.2 mm左右。膠結類型以孔隙式膠結、接觸-孔隙式膠結為主。結構類型為顆粒支撐，顆粒接觸方式以線性接觸、凹凸接觸為主。

圖1 渤南油田四區沙三段儲層砂巖成分三角圖Fig.1 Reservoir sandstone composition triangle of Es3in Area 4，Bonan Oilfeild

1.2 儲集層物性及孔隙結構特征

儲層物性好壞表征最常用、最基本的2個參數是孔隙度和滲透率。在埋藏成巖過程中，成巖作用對沉積巖的物性、結構甚至成分都產生了深刻的影響，其中最突出的表現之一，就是使巖石的孔隙度、滲透率及孔隙結構發生顯著的變化［9-11］。

在研究過程中，分析了519塊樣品的巖心物性資料。研究區沙三段儲層孔隙度以12%～19%為主，平均值為15.72%;滲透率以7×10-3～20× 10-3μm2為主，多數小于50×10-3μm2，平均滲透率為14.7×10-3μm2，主要為中孔-低滲特低滲儲層。可以看出，孔隙度和滲透率具有較好的正相關性(圖2)。

圖2 沙三段儲層物性分析孔-滲交會圖Fig.2 Porosity-permeability cross-plot of Es3in Area 4

通過對研究區沙三段儲層壓汞資料進行分析，結合巖心觀察、鑄體薄片、掃描電鏡等資料，將沙三段儲層的孔隙結構分為4類(表1)。Ⅰ類中高孔-中喉型，主要對應中高孔中滲儲層;Ⅱ類中孔-細喉型，主要對應中孔低滲儲層;Ⅲ類中小孔-細微喉型，主要對應中低孔特低滲儲層;Ⅳ類小孔-微喉型，主要對應低孔超低滲儲層。研究區沙三段主要以Ⅱ類儲層為主，Ⅲ類次之。

表1 沙三段儲層孔隙結構分類Tab.1 Reservoir pore structure classification of Es3

2 成巖作用特征

2.1 機械壓實作用

壓實作用是導致孔滲性變差的主要因素之一，經機械壓實后，沉積物會發生許多微觀變化［12］，巖石的抗壓性主要取決于其組成顆粒的成分及其埋藏深度［13］。研究區儲層以巖屑質長石砂巖為主，巖屑、雜基等塑性顆粒含量較高，導致儲層本身的抗壓能力較差，容易被壓實而喪失孔隙;其次，研究區儲層埋深大，上覆地層壓力大，持續的埋藏最終形成強烈的機械壓實作用，導致儲層孔隙度大大減少，滲透率變差。常見的壓實現象(圖4(a)，圖4(b))有∶碎屑顆粒呈線性-凹凸接觸;泥巖、頁巖巖屑、泥質雜基、云母等塑性顆粒的擠壓變形、扭曲、假雜基化;石英、長石等剛性顆粒波狀消光甚至被壓碎、壓裂。機械壓實作用從沉積初期到至今持續存在，根據薄片觀察礦物顆粒的接觸關系可以定性判定巖石壓實程度，沙三段儲層的顆粒接觸關系以線性-凹凸接觸為主。根據R.Sneider圖版估算原始孔隙體積為35.05%，計算得到沙三段儲層壓實率基本大于70%，根據壓實強度劃分標準，可以判斷儲層壓實作用已達到強壓實級別。

2.2 膠結作用

膠結作用是指在溫度和壓力升高的條件下，孔隙水中過飽和成分發生沉淀，使沉積物固結起來的作用。膠結作用進一步縮小碎屑巖儲層的原生孔隙，隨著膠結作用的增強，膠結物不斷充填原始孔隙，使得原始孔隙空間減小甚至消失。但膠結作用對儲層物性的影響是可逆的，在特定的成巖環境中易溶膠結物會被溶蝕，從而為后期溶蝕作用提供了物質基礎，有利于次生溶蝕孔隙的發育。早期的膠結作用在一定程度上可以抑制機械壓實作用，對儲層原始孔隙的保存起到建設性作用。研究區主要發育碳酸鹽膠結、硅質膠結和粘土礦物膠結3種，不同類型的膠結作用對儲層發育特征的影響不同。

2.2.1 碳酸鹽膠結

研究區沙三段儲層碳酸鹽膠結物含量豐富，類型多樣，具有明顯的多期次特征。根據膠結物中自生礦物形成世代及膠結穿插關系，可將膠結類型劃分為方解石、白云石等早期膠結和鐵方解石、鐵白云石等晚期膠結，早、晚期膠結物特征各異，對儲層物性影響也不同。早期碳酸鹽膠結物以連晶結構鑲嵌式膠結的方解石最為常見，含量1%～10%，個別高達25%以上，鏡下見方解石等礦物的溶蝕現象，可產生少量次生孔隙。含鐵方解石和含鐵白云石等晚期碳酸鹽膠結物多呈半晶狀或充填式膠結，也有大量晚期膠結物交代各種組分(圖4(b)，圖4(h))，其堵塞孔隙作用明顯，反映了由于成巖作用過程中酸性流體的不斷消耗，成巖環境逐步向堿性演化，形成的大量鐵方解石、鐵白云石等含鐵碳酸鹽降低了儲層儲集性能［14］(圖3(a)，圖3(b))。

2.2.2 硅質膠結

沙三段儲層硅質膠結較為普遍，但含量比較低，硅質膠結物的平均含量為2%左右，最常見的硅質膠結為石英的次生加大邊和充填孔隙的自生石英晶粒。石英次生加大邊的形成減小了原始孔隙空間(圖4(c))，石英次生加大多發育在雜基含量少、分選較好的碎屑巖儲層中，在有粘土包殼的儲層中石英次生加大現象少見。

圖3 碳酸鹽含量與儲層物性關系Fig.3 Correlation of carbonate content and porosity

2.2.3 粘土礦物膠結

粘土礦物膠結在研究區沙三段儲層發育比較普通，主要以高嶺石為主，綠泥石次之，伊利石和伊蒙混層比較少見。沙三段儲層主要以巖屑長石砂巖為主，成分成熟度低，長石含量比較高，長石在酸性水介質中容易發生溶解，生成自生高嶺石，所以沙三段儲層粘土礦物膠結以高嶺石為主。高嶺石多呈書頁狀、蠕蟲狀集合體賦存在孔隙中，造成孔隙堵塞(圖4(d))。綠泥石的膠結形式主要為綠泥石薄膜和充填于孔隙中的自生綠泥石。多以孔隙襯里方式產出的粘土膜的形式存在(圖4 (e))，綠泥石膠結作用對儲層孔隙是一種建設性成巖作用，雖然它占據了一定的孔隙空間，但能有效地阻止石英自生增生，綠泥石膜還能增加巖石抗壓強度，從而使原生粒間孔隙得以大量保存［15］。

2.3 溶蝕作用

薄片觀察發現長石、巖屑顆粒、碳酸鹽膠結物及粘土雜基為研究區儲層溶蝕作用的主要對象(圖4(e)～圖4(g))。溶蝕作用產生孔隙類型包括∶研究區成巖作用早期在礦物顆粒邊緣形成的粘土包殼發生溶蝕產生的一定數量的貼粒溶孔;地下流體沿長石解理面等破裂面滲入溶蝕產生了大量蜂窩狀或不規則狀的粒內溶孔;顆粒邊緣溶蝕形成的邊緣齒狀化的粒間溶孔。相對而言，石英顆粒溶蝕少見，主要為顆粒內部形成的孤立溶蝕孔隙。研究區溶蝕作用雖然較為普遍，但多是顆粒(長石及巖屑)的溶蝕，早期形成的碳酸鹽膠結物溶解后的殘余多呈渾圓狀、孤立、零星狀分布于粒間溶孔中。但隨著成巖環境的改變，后期形成的含鐵碳酸鹽膠結物基本不發育溶蝕作用，從而導致溶蝕作用雖一定程度上增加了儲層儲集空間，但對儲層滲透率的改善作用不大。

圖4 渤南油田四區沙三段儲層主要成巖現象Fig.4 Main diagenetic phenomenon of Es3in Area 4，Bonan Oilfeild

2.4 交代作用

交代作用過程實質是物質的交換，通過離子間的置換從而使得儲層物質成分發生改變，原礦物被溶解的同時通過化學沉淀作用各種離子重新組合形成了新的礦物。沙三段儲層中主要為石英、長石等碎屑顆粒被方解石、鐵方解石、白云石等交代(圖4(b)，圖4(h))。交代作用對儲層孔隙具有一定的改善作用，但效果極其有限［16-17］。

3 成巖階段劃分及演化序列

綜合分析研究區自生礦物間的相互交代關系、顆粒溶蝕關系、次生孔隙類型、成巖環境的演化特征，認為研究區成巖演化經歷了4個階段，分別為同生期、早成巖A期、B期及中成巖A期(圖5)，沙三段儲層經歷的完整的成巖演化序列為∶機械壓實作用、塑性顆粒變形→泥質雜基及方解石(包括部分泥晶包殼)、鋁硅酸鹽的早期溶解、石英次生加大→早期碳酸鹽膠結并交代石英、長石等→油氣大量充注→不穩定組分溶蝕溶蝕形成次生孔隙、高嶺石充填→晚期含鐵碳酸鹽礦物膠結。

圖5 渤南油田四區成巖作用階段與埋藏史關系圖Fig.5 Diagenetic stage and burial history in Area 4，Bonan Oilfeild

4 結論

1)渤南油田四區沙三段儲層砂巖主要為巖屑質長石砂巖。儲層孔隙類型以粒間溶孔和粒內溶孔等次生孔隙為主，含少量鑄模孔、晶間微孔及微裂縫。儲層孔隙結構類型以中孔細喉型為主，中小孔細微喉型次之;

2)渤南油田四區沙三段儲層主要發育的成巖作用有壓實作用、膠結作用、溶蝕作用和交代作用。壓實作用和膠結作用導致儲層孔隙減小、喉道堵塞，為破壞性成巖作用，溶蝕作用形成次生孔隙，改善儲層物性，為建設性成巖作用;

3)根據各成巖階段劃分標志認為沙三段儲層屬于中成巖階段A期，成巖演化序列為∶機械壓實作用、塑性顆粒變形→泥質雜基及方解石(包括部分泥晶包殼)、鋁硅酸鹽的早期溶解、石英次生加大→早期碳酸鹽膠結并交代石英、長石等→油氣大量充注→不穩定組分溶蝕溶蝕形成次生孔隙、高嶺石充填→晚期含鐵碳酸鹽礦物膠結。

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Diagenesis and evolution sequence on low-permeability reservior of Es3in area 4 of Bonan Oilfeild

LIDan

(Ganguyi Oil Production Plant，Yanchang Oilfield Co.，Ltd.，Yan’an 716005，China)

∶The diagentic facies characteristics of Es3low-permeability reservoir in Area 4，Bonan Oilfeild，such as diagenesis types，diagenetic evolution sequence，diagenetic stage division were studied synthetically using data of core observation and description，scanning electronmicroscope and core analysis in laboratory.The analysis results showed that the reservoir mainly developed secondary erosion pore，pore structure types aremainly belong to themedium hole-micro-fine throat.Reservoir get strong digenesis，and themain reasons leading to the poor reservoir property are compaction and cementation.Dissolution ismore common，butmost of dissolution pores were isolated，the configuration relationship of pore and throatwas poor，increased reservoir storage space to some extent，rarely improved the reservoir seepage ability.The reservoir experienced diagenesis evolution sequence from compaction，plastic particles deformation to early dissolution of argillaceousmatrix，calcite(including partofmicritic cladding)，aluminum silicate，quartz overgrowth to early carbonate cementation and replacement of quartz，feldspar and so on to oil and gas filling to volatile component dissolution，kaolinite filling to irony carbonatemineral cementation.

∶diagenesis;diagenetic stage;diagenesis evolution sequence;Es3

∶TE 122.2

∶A

00/j.cnki.xakjdxxb.2015.0313

∶1672-9315(2015)03-0350-06

∶2015-01-20責任編輯∶李克永

∶國家科技重大專項(2011ZX05006-002)

∶李丹(1981-)，女，陜西禮泉人，工程師，E-mail∶12494232@qq.com