操應(yīng)長(zhǎng)，楊 田，王 健，遠(yuǎn)光輝，葸克來(lái)，李曉艷

(1.中國(guó)石油大學(xué)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東青島266580)

東營(yíng)凹陷已累積探明灘壩砂巖石油地質(zhì)儲(chǔ)量 0.16×108t，南部緩坡帶作為灘壩砂巖的主要發(fā)育區(qū)，待發(fā)現(xiàn)資源量達(dá)5.44×108t，對(duì)其開(kāi)展系統(tǒng)、精細(xì)研究具有十分重要的意義［1］。但是，受陸相斷陷盆地地質(zhì)特征的復(fù)雜性以及灘壩砂巖自身成因的特殊性控制，灘壩砂巖單層厚度小、橫向變化快、砂體展布連續(xù)性差、分布規(guī)律復(fù)雜，研究難度大［2-7］?？偨Y(jié)現(xiàn)階段針對(duì)東營(yíng)凹陷南部緩坡帶沙四上亞段灘壩砂巖的相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，沉積特征研究相對(duì)成熟，并逐漸取得了統(tǒng)一認(rèn)識(shí)［2-3］;儲(chǔ)層特征研究相對(duì)不足，針對(duì)儲(chǔ)集空間類型及成因、成巖作用特征、有效儲(chǔ)層成因及分布等問(wèn)題仍然存在爭(zhēng)議［4-7］，這也嚴(yán)重制約著灘壩砂巖儲(chǔ)層的有效勘探和開(kāi)發(fā)。因此，筆者在總結(jié)前人研究基礎(chǔ)之上，綜合利用巖心觀察、薄片鑒定、物性測(cè)試等分析測(cè)試方法對(duì)東營(yíng)凹陷南部緩坡帶沙四上亞段灘壩砂巖儲(chǔ)層相關(guān)特征及有效儲(chǔ)層成因進(jìn)行研究。

1 研究區(qū)概況

東營(yíng)凹陷為一典型“北斷南超、北陡南緩”的陸相斷陷盆地，南斜坡西起利津洼陷西坡(濱東)、東至羊角溝油田，勘探面積約2500 km2。沙四段上亞段沉積早期，東營(yíng)凹陷處于斷陷初期，氣候由干旱向潮濕轉(zhuǎn)變，由于南斜坡古地勢(shì)相對(duì)平緩，在廣闊的濱淺湖區(qū)發(fā)育了大量灘壩沉積［3］(圖1);沉積末期，湖盆水體進(jìn)一步加深，廣大地區(qū)進(jìn)入半深湖——深湖環(huán)境，發(fā)育少量濱淺湖灘壩沉積。整體上南斜坡沙四上亞段沉積時(shí)期，多種沉積體并存，以灘壩沉積為主，灘壩砂巖與湖相泥巖互層頻繁，形成良好的油氣生儲(chǔ)地質(zhì)條件。

圖1 東營(yíng)凹陷南坡構(gòu)造位置及沙四上亞段灘壩砂體沉積分布Fig.1 Tectonic setting of the south slope and distribution of beach-bar sands of the upper submember of the fourth member of Shahejie formation in Dongying sag

2 東營(yíng)凹陷南坡沙四上亞段灘壩砂巖儲(chǔ)層特征

2.1 灘壩砂巖儲(chǔ)層巖石學(xué)及物性特征

東營(yíng)凹陷南坡沙四上亞段灘壩砂巖儲(chǔ)層巖石類型主要為巖屑質(zhì)長(zhǎng)石砂巖。石英含量相對(duì)較低，一般小于50%;長(zhǎng)石含量較高，一般為34% ～40%，最大為45%，鉀長(zhǎng)石含量稍高于斜長(zhǎng)石含量;巖屑含量一般大于25%，不同地區(qū)變化較大?？傮w上，研究區(qū)灘壩砂巖巖石礦物成分成熟度中等，物質(zhì)組分粒度中值一般為3～5Φ，多為細(xì)砂—粉砂;沉積物分選好，分選系數(shù)一般小于2。

通過(guò)實(shí)測(cè)物性資料分析，東營(yíng)凹陷南坡沙四上亞段灘壩砂巖儲(chǔ)層孔隙度主要集中在5%～25%，占統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的91.47%;以低中孔儲(chǔ)層為主體，低孔儲(chǔ)層占30.46%，中孔儲(chǔ)層占44.21%。儲(chǔ)層滲透率主要集中在(0.01～100)×10－3μm2，占統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的95.18%;以低滲、特低滲儲(chǔ)層為主體，低滲儲(chǔ)層占21.10%，特低滲儲(chǔ)層占74.08%(圖2)。

2.2 灘壩砂巖儲(chǔ)層成巖作用特征

研究區(qū)儲(chǔ)層成巖作用事件類型主要有壓實(shí)作用、膠結(jié)作用、交代作用和溶解作用(圖3)。壓實(shí)作用主要表現(xiàn)為顆粒之間的點(diǎn)接觸和線接觸，云母等塑性顆粒的壓實(shí)變形及長(zhǎng)石等脆性顆粒的壓實(shí)破裂等。膠結(jié)物類型多樣，常見(jiàn)硅質(zhì)膠結(jié)、硫酸鹽膠結(jié)、黏土礦物膠結(jié)和碳酸鹽膠結(jié)等，以方解石、白云石、鐵方解石、鐵白云石及菱鐵礦等碳酸鹽礦物的膠結(jié)作用為主，膠結(jié)類型以孔隙式膠結(jié)為主，基底式膠結(jié)次之。交代作用普遍發(fā)育，主要為碳酸鹽膠結(jié)物之間的交代和碳酸鹽膠結(jié)物對(duì)碎屑顆粒的交代，其中膠結(jié)物之間的交代常見(jiàn)鐵方解石交代方解石、鐵白云石交代方解石以及鐵白云石交代鐵方解石等。溶解作用主要表現(xiàn)為長(zhǎng)石、巖屑顆粒及少量碳酸鹽膠結(jié)物的溶解，多形成粒內(nèi)溶孔及溶擴(kuò)孔。

圖3 灘壩砂巖儲(chǔ)層成巖作用特征Fig.3 Diagenesis characteristics of beach-bar sands reservoir

由于灘壩砂體發(fā)育在砂泥互層的沉積組構(gòu)中，不同沉積微相其成巖作用特征存在明顯差異。壩主體、灘脊由于單砂層厚度大，在距離砂泥界面較近處儲(chǔ)層以較強(qiáng)碳酸鹽膠結(jié)作用為主;距砂泥界面距離增大，膠結(jié)作用減弱，溶蝕作用增強(qiáng)。壩側(cè)緣、灘席由于單砂層厚度薄，儲(chǔ)層成巖作用受泥巖影響明顯，雜基含量高的單砂體以強(qiáng)壓實(shí)作用為主;雜基含量低的單砂體碳酸鹽膠結(jié)作用強(qiáng)烈。

2.3 灘壩砂巖儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間特征

通過(guò)巖石鑄體薄片分析，東營(yíng)凹陷沙四上亞段灘壩砂巖儲(chǔ)層主要有原生孔隙、混合孔隙、次生孔隙等幾種儲(chǔ)集空間類型，以原生孔隙為主。原生孔隙包括壓實(shí)殘余原生粒間孔隙(圖4(a))和膠結(jié)殘余原生粒間孔隙(圖4(b))?；旌峡紫陡鶕?jù)孔隙形態(tài)分為溶擴(kuò)孔隙和長(zhǎng)條狀溶蝕孔隙，前者指原有單個(gè)孔隙由于其周圍碎屑顆粒部分溶蝕而擴(kuò)大，顆粒邊緣往往形成港灣狀、蠶食邊狀溶蝕邊緣，包括粒間溶擴(kuò)孔隙、超大孔隙等(圖4(c));后者是指相鄰兩個(gè)或兩個(gè)以上的孔隙之間喉道同時(shí)受到溶蝕，使兩個(gè)甚至多個(gè)粒間孔隙連成長(zhǎng)條狀孔隙(圖4(d))。次生孔隙包括次生組分內(nèi)溶孔和其他次生成因孔縫，前者指明顯發(fā)生在顆?；蛘吣z結(jié)物組分內(nèi)部的溶蝕孔隙，包括石英、長(zhǎng)石、巖屑顆粒內(nèi)溶孔和碳酸鹽膠結(jié)物內(nèi)部溶孔(圖4(f))，以長(zhǎng)石粒內(nèi)溶孔(圖4(e))為主;后者包括構(gòu)造微裂縫(圖4(g))、成巖收縮縫、礦物解理縫(圖4(i))以及高嶺石晶間孔(圖4(h))等，以構(gòu)造微裂縫常見(jiàn)。

2.4 灘壩砂巖有效儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間分布組合規(guī)律

在總結(jié)灘壩砂巖儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間特征的基礎(chǔ)上，收集并統(tǒng)計(jì)灘壩砂巖儲(chǔ)層實(shí)測(cè)孔隙度－深度數(shù)據(jù)，結(jié)合東營(yíng)凹陷南坡沙四上亞段灘壩砂巖儲(chǔ)層孔隙度下限(φ下限= －10.837lnH+95.553，R2=0.95115。式中，φ下限為孔隙度下限;H 為深度，km)研究［7］，繪制對(duì)應(yīng)的深度－孔隙度物性剖面(圖5)。結(jié)合鏡下鑄體薄片儲(chǔ)集空間微觀分析，對(duì)有效儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間特征進(jìn)行總結(jié)。研究表明有效儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間分布組合在縱向上具有分段性:在1.0～2.0 km深度內(nèi)，有效儲(chǔ)層以原生孔隙為主，次生孔隙和混合孔隙少見(jiàn)。在2.0～3.1 km深度內(nèi)，有效儲(chǔ)層以原生孔隙、混合孔隙、次生孔隙的組合為典型特征，原生孔隙中膠結(jié)殘余原生粒間孔隙的比例增大，混合孔隙中長(zhǎng)條狀溶蝕孔隙和溶擴(kuò)孔隙均較常見(jiàn)，次生孔隙含量增加。在3.1～3.6 km深度內(nèi)，有效儲(chǔ)層以原生孔隙、次生孔隙的組合為典型特征，原生孔隙多為壓實(shí)殘余原生粒間孔，次生孔隙多為長(zhǎng)石粒內(nèi)溶孔、裂縫等。

圖4 灘壩砂巖儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間特征Fig.4 Reservoir space characteristics of beach-bar sands reservoir

3 東營(yíng)凹陷南坡沙四上亞段灘壩砂巖有效儲(chǔ)層成因

3.1 灘壩砂巖儲(chǔ)層物性控制因素

灘壩砂巖儲(chǔ)層儲(chǔ)集物性是原始沉積作用、后期成巖作用和保存條件綜合作用的結(jié)果。研究表明，有利的沉積條件是儲(chǔ)層良好物性發(fā)育的基礎(chǔ);不同成巖作用類型及強(qiáng)度促使儲(chǔ)層儲(chǔ)集性能發(fā)生變化;油氣充注、地層超壓利于儲(chǔ)層物性保存。

3.1.1 沉積作用

沉積作用是決定儲(chǔ)層物性的最基本因素。不同沉積相帶、沉積物巖性、沉積物分選的儲(chǔ)層其物性存在一定的差異，并且儲(chǔ)層的物性和不同的沉積條件之間具有一定的內(nèi)在聯(lián)系［8］。統(tǒng)計(jì)不同沉積條件下巖心實(shí)測(cè)儲(chǔ)層物性數(shù)據(jù)(表1)，總結(jié)不同沉積條件對(duì)儲(chǔ)層物性控制的特征。

不同沉積微相由于水動(dòng)力條件的差別，其儲(chǔ)層物性之間有一定的差異。壩主體儲(chǔ)層由于水動(dòng)力作用最強(qiáng)，沉積物粒度較粗、分選好，雜基含量低，其物性最好;灘脊、灘席的儲(chǔ)層物性次之;壩側(cè)緣儲(chǔ)層物性最差。細(xì)砂巖和粉砂巖儲(chǔ)層物性較好，平均孔隙度相差不大，其中細(xì)砂巖由于雜基含量低、分選好，其滲透率明顯高于粉砂巖;泥質(zhì)粉砂巖儲(chǔ)層由于雜基含量高，堵塞孔隙喉道，儲(chǔ)層物性較差。沉積物分選為1～1.5的儲(chǔ)層物性最好，分選為1.2～2和2～2.5的儲(chǔ)層物性次之，分選大于2.5儲(chǔ)層物性明顯變差。沉積物分選越好，儲(chǔ)層的物性越好，兩者存在明顯的正相關(guān)性。

圖5 灘壩砂巖有效儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間分布組合特征Fig.5 Distribution and combination of reservoir space characteristics of beach-bar sands effective reservoir

表1 灘壩砂巖儲(chǔ)層沉積作用對(duì)儲(chǔ)層物性控制分析數(shù)據(jù)Table 1 Analysis data about sedimentation control over reservoir physical property of beach-bar sands reservoir

3.1.2 成巖作用

成巖作用是在沉積作用的基礎(chǔ)上對(duì)儲(chǔ)層的物性進(jìn)行改造。影響儲(chǔ)層物性的成巖作用包括建設(shè)性成巖作用(主要是溶蝕作用)和破壞性成巖作用(主要是壓實(shí)作用和膠結(jié)作用)。建設(shè)性成巖作用和破壞性成巖作用的不同影響促使不同儲(chǔ)層的儲(chǔ)集物性差異明顯，相同儲(chǔ)層的儲(chǔ)集物性發(fā)生分異。

壓實(shí)作用伴隨于沉積成巖作用整個(gè)過(guò)程中，對(duì)儲(chǔ)層物性具有十分重要影響;膠結(jié)作用以碳酸鹽膠結(jié)作用為主，它使儲(chǔ)層的孔隙度和滲透率大大降低。根據(jù) D.C.Beard 和 P.K.Weyl［9］(1973)恢復(fù)原始孔隙度的實(shí)驗(yàn)，估算儲(chǔ)層原始孔隙度一般為37% ～40%。通過(guò)鏡下薄片統(tǒng)計(jì)壓實(shí)作用和膠結(jié)作用減少的孔隙度數(shù)據(jù)(圖6)，其中壓實(shí)作用損失的孔隙度占總孔隙度的10%～50%;膠結(jié)作用損失的孔隙度占總孔隙度的15% ～60%，局部可達(dá)70%。表明壓實(shí)作用和膠結(jié)作用均較大程度上降低了儲(chǔ)層的儲(chǔ)集物性，不利于有效儲(chǔ)層的發(fā)育，并且膠結(jié)作用的影響要強(qiáng)于壓實(shí)作用。

圖6 灘壩砂巖儲(chǔ)層壓實(shí)作用和膠結(jié)作用在孔隙度損失中的關(guān)系Fig.6 Relationship between compaction and cementation as factors controlling porosity evolution of beach-bar sands reservoir

溶蝕作用產(chǎn)生的次生孔隙能夠增加儲(chǔ)集空間，改善儲(chǔ)層物性。通過(guò)鑄體薄片分析，統(tǒng)計(jì)溶蝕次生孔隙相對(duì)含量(圖5)，在1.0～2.0 km內(nèi)溶蝕次生孔隙相對(duì)含量基本小于10%;2.0～3.1 km內(nèi)溶蝕次生孔隙相對(duì)含量為5% ～50%，部分大于50%;3.1～3.6 km內(nèi)溶蝕次生孔隙相對(duì)含量為5% ～40%。溶蝕作用對(duì)2.0～3.0 km內(nèi)儲(chǔ)層的影響最顯著，使該段儲(chǔ)層物性明顯變好。

3.1.3 油氣充注與地層超壓

油氣充注和地層超壓是儲(chǔ)層物性良好保存的有利條件。油氣充注一方面可以改變孔隙流體性質(zhì)，增強(qiáng)與儲(chǔ)層礦物反應(yīng)，促進(jìn)儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間增加［10］;另一方面可以對(duì)已形成的儲(chǔ)集空間形成良好保存［11］。地層超壓使得孔隙流體承載一部分的負(fù)載壓力，有效地抑制壓實(shí)作用降低儲(chǔ)層物性的影響。

通過(guò)分析灘壩砂巖儲(chǔ)層不同含油級(jí)別儲(chǔ)層孔隙度滲透率交會(huì)圖(圖7)，可知油浸儲(chǔ)層的物性最好，油斑和油跡儲(chǔ)層物性次之，熒光及以下含油級(jí)別儲(chǔ)層的物性最差。在此基礎(chǔ)上，統(tǒng)計(jì)不同含油級(jí)別儲(chǔ)層中有效儲(chǔ)層所占比例，油浸儲(chǔ)層有效儲(chǔ)層占96.34%，油斑和油跡儲(chǔ)層有效儲(chǔ)層相差不大，分別為77.2%和76.1%，熒光及以下含油級(jí)別的儲(chǔ)層有效儲(chǔ)層的比例為48.3%，可見(jiàn)油氣充注利于儲(chǔ)層物性的有效保存。

地層超壓隨著儲(chǔ)層埋深的增加而逐漸加強(qiáng)，深度大于2.2 km的儲(chǔ)層基本為常壓儲(chǔ)層;2.0～3.1 km常壓儲(chǔ)層、弱超壓儲(chǔ)層、中超壓儲(chǔ)層疊置發(fā)育;埋深大于3.1 km，常壓、弱超壓儲(chǔ)層基本不發(fā)育，中超壓、強(qiáng)超壓儲(chǔ)層疊置發(fā)育。同一深度區(qū)間，不同地層壓力控制的儲(chǔ)層，強(qiáng)超壓儲(chǔ)層的孔隙度最高，中超壓儲(chǔ)層的孔隙度次之，弱超壓儲(chǔ)層的孔隙度再次之，常壓儲(chǔ)層的孔隙度最低，其控制的儲(chǔ)層有效儲(chǔ)層的比例亦依次遞減。隨著儲(chǔ)層埋深的增加，地層超壓越明顯越有利于儲(chǔ)層孔隙度的保存。

3.2 灘壩砂巖有效儲(chǔ)層成因

在討論灘壩砂巖儲(chǔ)層物性控制因素以及有效儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間分布組合規(guī)律的基礎(chǔ)上，探討有效儲(chǔ)層在不同的深度區(qū)間儲(chǔ)集空間分布組合規(guī)律的內(nèi)在緣由，以明確有效儲(chǔ)層的成因機(jī)制(圖9)。

深度在1.0～2.0 km，儲(chǔ)層由于埋深較淺，受成巖作用的影響較小，壓實(shí)和膠結(jié)作用相對(duì)較弱，溶蝕作用不發(fā)育，大氣水淋濾形成的次生孔隙和混合孔隙少見(jiàn);良好原始沉積條件以及油氣充注條件控制的儲(chǔ)層物性較好，形成以原生孔隙為主的有效儲(chǔ)層。

埋深在2.0～3.1 km，結(jié)合研究區(qū)埋藏史分析，此深度范圍內(nèi)沙四上亞段儲(chǔ)層地層溫度為80～120℃［12］，正好與有機(jī)酸活性溫度區(qū)間相匹配［13］。烴源巖有機(jī)質(zhì)熱演化形成的有機(jī)酸通過(guò)層間界面、微層理面及裂縫、斷層很容易進(jìn)入到砂巖儲(chǔ)層［14］，從而為溶蝕作用提供了酸性流體環(huán)境，使得該段儲(chǔ)層溶蝕作用最為發(fā)育，形成較多與溶蝕作用相關(guān)的混合孔隙和次生孔隙。部分儲(chǔ)層由于原始沉積條件好，加之地層超壓和油氣充注的有利保存，使得儲(chǔ)層在膠結(jié)和壓實(shí)作用的影響下仍然保存了部分原生孔隙。形成以原生孔隙、混合孔隙、次生孔隙組合發(fā)育為特征的有效儲(chǔ)層。

當(dāng)埋深為3.0～3.6 km時(shí)，儲(chǔ)層溫度超過(guò)120℃，有機(jī)酸脫羧，酸性減弱;同時(shí)孔店組－沙四下亞段沉積的膏巖層脫水［15］，堿性流體進(jìn)入沙四上亞段灘壩砂巖儲(chǔ)層，地層流體轉(zhuǎn)化為堿性［16］。膠結(jié)和壓實(shí)作用進(jìn)一步增強(qiáng)，常規(guī)儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間進(jìn)一步減小，大量消失殆盡。隨著埋深的增加，地層超壓進(jìn)一步的增強(qiáng)，部分由于地層超壓、油氣充注等條件保存，繼承性發(fā)育的儲(chǔ)層受成巖作用影響較小，原有儲(chǔ)集空間得到良好保存，并且大部分為原生孔隙，從而形成以良好保存的原生孔隙為主、發(fā)育部分次生孔隙的有效儲(chǔ)層。

圖7 灘壩砂巖儲(chǔ)層油氣充注對(duì)儲(chǔ)層物性控制特征Fig.7 Controling feature of hydrocarbon charging for physical property of beach-bar sands reservoir

圖8 灘壩砂巖儲(chǔ)層地層超壓對(duì)儲(chǔ)層物性控制特征Fig.8 Controling feature of overpressure for physical property of beach-bar sands reservoir

圖9 灘壩砂巖有效儲(chǔ)層成因模式Fig.9 Genetic model of beach-bar sands effective reservoir

4 結(jié)論

(1)東營(yíng)凹陷南坡沙四上亞段灘壩砂巖儲(chǔ)層主要為中—低孔，低滲、特低滲儲(chǔ)層;儲(chǔ)層成巖作用復(fù)雜，壓實(shí)、膠結(jié)、交代、溶蝕成巖作用均常見(jiàn);儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間以原生孔隙為主，發(fā)育部分混合孔隙和次生孔隙。

(2)有利沉積條件是儲(chǔ)層良好物性發(fā)育的基礎(chǔ);不同成巖作用類型及強(qiáng)度促使不同儲(chǔ)層的儲(chǔ)集物性差異明顯，相同儲(chǔ)層的儲(chǔ)集物性發(fā)生分異;油氣充注、地層超壓利于儲(chǔ)層物性保存，上述控制因素的耦合關(guān)系控制著有效儲(chǔ)層的發(fā)育及儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間類型、分布組合、演化特征。

(3)東營(yíng)凹陷南坡沙四上亞段灘壩砂巖有效儲(chǔ)層在1.0～2.0 km受成巖作用影響小，原生孔隙的良好保存形成有效儲(chǔ)層;2.0～3.1 km儲(chǔ)層溶蝕作用增加儲(chǔ)集空間，地層超壓、油氣充注保存儲(chǔ)集空間形成有效儲(chǔ)層;3.1～3.6 km儲(chǔ)層油氣充注、地層超壓繼承性發(fā)育，保存原有儲(chǔ)集空間形成有效儲(chǔ)層。

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