付曉燕,王少飛,馮永玖,孫素芳,張海波
(1.中國石油長慶油田分公司勘探開發(fā)研究院,陜西西安 710021;2.低滲透油氣田勘探開發(fā)國家工程實(shí)驗(yàn)室,陜西西安 710021)
神木氣田位于鄂爾多斯盆地一級(jí)構(gòu)造單元伊陜斜坡東北部(見圖1),西側(cè)與榆林氣田相鄰,北部與大牛地氣田相接,勘探面積約2.0×104km2。目前提交探明地質(zhì)儲(chǔ)量近1 000×108m3,2012 年投入開發(fā),實(shí)施效果較好。氣田內(nèi)上古生界二疊系發(fā)育齊全,從下向上發(fā)育地層依次為太原組、山西組及石盒子組。太原組主要為陸表海環(huán)境下的潮控淺水三角洲前緣沉積與碳酸鹽潮坪相沉積,山西組主要發(fā)育準(zhǔn)平原環(huán)境下的河控淺水三角洲平原沉積,太原-山西期氣候濕潤,陸源碎屑巖、灰?guī)r、泥巖、煤系地層發(fā)育,石盒子組則為河流-湖泊三角洲沉積,砂泥巖互層沉積,氣候炎熱干燥,尤其在上石盒子組,雜色泥巖沉積發(fā)育[1-4]。本文針對(duì)研究區(qū)主力含氣層段太原組和山西組進(jìn)行儲(chǔ)層特征以及主控因素分析,為該區(qū)后續(xù)規(guī)模有效開發(fā)提供依據(jù)。
砂巖的礦物成分和結(jié)構(gòu)特征是儲(chǔ)層發(fā)育的基礎(chǔ),其控制著砂巖的成巖變化和孔隙演化[5]。巖心及薄片鏡下觀察認(rèn)為:神木氣田太原組砂巖顆粒主要為石英和巖屑,幾乎不含長石(見表1),巖屑以變質(zhì)巖和巖漿巖為主,少量沉積巖,巖性以巖屑石英砂巖和石英砂巖為主,少量巖屑砂巖。從太2 到太1,巖屑砂巖比例降低,砂巖成熟度升高,總之,太原組砂巖成分成熟度好-中等。山西組的砂體巖性主要為巖屑石英砂巖、巖屑砂巖和石英砂巖,從山23段到山1 段,總體石英含量減少,巖屑含量增多,成熟度逐漸降低(見表1)。
表1 神木氣田山西組和太原組碎屑組分統(tǒng)計(jì)表
太原、山西組砂巖粒度較粗,以含礫粗粒、粗粒、中粒為主,粒徑多在0.3 mm~1.2 mm,粗粒砂巖沉積序列底部普遍含陸源礫石,反映沉積水體能量較強(qiáng)。其中太原組粒度累積概率曲線表現(xiàn)為以滾動(dòng)+跳躍組分為主的兩段式和三段式為主(見圖1),部分樣品具有典型雙跳躍特征,反映受潮汐或波浪與河流共同作用的特點(diǎn)。太原、山西組砂巖薄片鏡下觀察分選中等-好,磨圓為次棱-次圓,膠結(jié)方式以孔隙式為主,太原組砂巖顆粒接觸方式以點(diǎn)、點(diǎn)-線接觸為主,山西組以點(diǎn)接觸為主,支撐方式為顆粒支撐。填隙物總體含量高,其中山21和太2 較高,平均分別22.0 %和20.7 %,以水云母為主(見表2),其次是硅質(zhì)、綠泥石、鐵白云石、高嶺石和鐵方解石等,對(duì)孔隙保存不利。
圖1 神木氣田太原組砂巖粒度概率曲線圖
表2 神木氣田太原組、山西組填隙物組分統(tǒng)計(jì)表
巖心物性資料統(tǒng)計(jì)(見圖2)分析表明,太原組儲(chǔ)層孔隙度主要分布于4 %~12 %,平均7.8 %;滲透率主要分布于0.01 mD~1.0 mD,平均0.643 mD。山西組儲(chǔ)層孔隙度主要分布于2 %~10 %,平均6.2 %;滲透率主要分布于0.01 mD~1.0 mD,平均0.851 mD。相對(duì)比來看,孔隙度高值區(qū)分布頻率太原組高于山西組,而滲透率恰恰相反,可能是由于山西組裂縫較為發(fā)育的原因所致。依據(jù)砂巖儲(chǔ)層劃分標(biāo)準(zhǔn)(見表3),神木氣田太原、山西組基本上都屬于低-特低孔、低-特低滲砂巖儲(chǔ)集層。整體來看,雖然儲(chǔ)層物性較差,但低孔、低滲的背景上仍然存在相對(duì)較高孔滲的儲(chǔ)層。
表3 砂巖儲(chǔ)層級(jí)別劃分(據(jù)SY/T 5601-93)
圖2 神木氣田太原組、山西組儲(chǔ)層孔隙度(左)、滲透率(右)分布直方圖
神木氣田太原組砂巖儲(chǔ)集空間主要為各種溶孔(見圖3),包括巖屑溶孔、雜基溶孔、粒間溶孔等,另外還有少量晶間孔及粒間孔;山西組主要為各種溶孔及晶間孔,還有少量粒間孔及微孔。
圖3 神木氣田太原組、山西組孔隙類型對(duì)比柱狀圖
儲(chǔ)層的孔隙結(jié)構(gòu)是指巖石所具有的孔隙和喉道的幾何形態(tài)、大小、分布及其相互連通關(guān)系[6]??紫督Y(jié)構(gòu)直接決定儲(chǔ)層的儲(chǔ)集性能??紫督Y(jié)構(gòu)主要根據(jù)壓汞曲線的形態(tài)和定量特征參數(shù)來評(píng)價(jià),研究表明石英砂巖和巖屑砂巖的孔隙結(jié)構(gòu)存在明顯的差異。神木氣田太原組、山西組發(fā)育不同孔隙類型的石英砂巖、巖屑石英砂巖和巖屑砂巖,其壓汞曲線形態(tài)有著顯著的差別(見圖4)。石英砂巖發(fā)育粒間孔、粒間溶孔,喉道發(fā)育,滲透性好,壓汞曲線斜度小,孔隙平臺(tái)發(fā)育,歪度以粗歪度、偏粗歪度為主,排驅(qū)壓力大部分小于0.5 MPa;巖屑石英砂巖以巖屑溶孔為主,喉道發(fā)育程度較石英砂巖差,壓汞曲線斜度增大,排驅(qū)壓力1 MPa 左右;巖屑砂巖以巖屑溶孔為主,壓汞曲線斜度大,無明顯的平臺(tái)。
太原、山西組砂巖孔隙結(jié)構(gòu)定量特征參數(shù)對(duì)比結(jié)果表明(見表4),太原組砂巖中值半徑大,排驅(qū)壓力低,最大進(jìn)汞飽合度高,儲(chǔ)層物性較好,孔隙結(jié)構(gòu)總體上優(yōu)于山西組。
圖4 神木氣田不同巖石類型儲(chǔ)層典型壓汞曲線特征
表4 神木氣田太原組、山西組砂巖孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)表
儲(chǔ)層是否發(fā)育取決于其孔隙的保存程度,而儲(chǔ)層的質(zhì)量則與孔隙類型直接相關(guān),它們最終都由沉積和成巖作用所控制。
沉積微相對(duì)儲(chǔ)層的控制作用主要表現(xiàn)為砂巖顆粒的粒度、結(jié)構(gòu)成熟度和成分成熟度。不同的微相具有不同的粒度分布,不同的顆粒成分(巖屑、長石或石英),從而決定了它們具有不同的孔隙保存基礎(chǔ)和成巖演化基礎(chǔ)[7]。
4.1.1 粒度 對(duì)于神木氣田鉆井?dāng)?shù)較多的北部區(qū)塊而言,三角洲平原分流河道水動(dòng)力最強(qiáng),因此保存了最抗搬運(yùn)的粗碎屑顆粒。山西組和太原組薄片統(tǒng)計(jì)證實(shí),碎屑顆粒越粗,即粒度中值越大,儲(chǔ)層滲透率也越高(見圖5)。顯然,分流河道微相是有利的沉積微相,分流河道控制下的粗粒顆粒分布對(duì)儲(chǔ)層物性具有較強(qiáng)的控制作用。
圖5 神木氣田太原組(左)、山西組(右)粒度中值與滲透率相關(guān)圖
4.1.2 顆粒成分及其含量 石英含量、巖屑含量與滲透率相關(guān)性分析結(jié)果表明,二者與滲透率關(guān)系均不明顯??梢?,石英及巖屑含量對(duì)儲(chǔ)層物性沒有絕對(duì)的控制作用。但是為了確定哪類巖屑對(duì)物性貢獻(xiàn)較大,本次統(tǒng)計(jì)了太原組巖漿巖、變質(zhì)巖和沉積巖巖屑與滲透率相關(guān)關(guān)系,發(fā)現(xiàn)隨巖漿巖巖屑含量升高,滲透率呈現(xiàn)降低趨勢(shì);變質(zhì)巖和沉積巖巖屑與滲透率相關(guān)性差,因此推測(cè)溶蝕作用可能選擇性溶蝕某類礦物而不是溶蝕某類巖屑(見圖6)。
圖6 神木氣田太原組三類巖屑含量與滲透率相關(guān)圖
成巖作用控制了儲(chǔ)層孔隙演化過程,主要成巖作用類型包括壓實(shí)壓溶、膠結(jié)和溶蝕作用。其中,壓實(shí)壓溶和膠結(jié)是導(dǎo)致孔隙損失的不利因素,二者共同作用使得儲(chǔ)層的粒間孔隙幾乎完全喪失,尤其是各類膠結(jié)物(如粘土類、碳酸鹽巖和硅質(zhì))的膠結(jié)嚴(yán)重降低了儲(chǔ)層滲透率。因此,對(duì)儲(chǔ)層有建設(shè)性控制作用的主要是溶蝕作用。
圖7 神木氣田成巖作用特征
4.2.1 壓實(shí)壓溶作用 壓實(shí)作用表現(xiàn)在碎屑顆粒緊密排列使孔隙體積縮小、孔滲變差,顆粒之間緊密接觸(見圖7a),石英顆粒受擠壓破裂產(chǎn)生裂縫;壓溶作用主要表現(xiàn)在石英顆粒次生加大及縫合線接觸等。壓實(shí)壓溶作用使得巖石原生孔隙減少、滲透率變差,砂巖結(jié)構(gòu)非常致密(見圖7b)。
4.2.2 自生礦物膠結(jié)作用 膠結(jié)作用是導(dǎo)致儲(chǔ)層物性變差的另一個(gè)主要原因。太原、山西組砂巖膠結(jié)作用強(qiáng)烈,致使原生孔隙大量喪失。按照膠結(jié)物成分來劃分,盒8 段砂巖膠結(jié)方式主要為:粘土礦物膠結(jié)、硅質(zhì)膠結(jié)、鈣質(zhì)膠結(jié)等(見圖7c、d)。
4.2.3 溶蝕作用 鄂爾多斯盆地二疊系太原組-山西組是典型的海陸交互相沉積,煤系地層極其發(fā)育。從菱鐵礦等成巖礦物的產(chǎn)狀來看,同沉積期形成的顯示強(qiáng)還原環(huán)境的大量菱鐵礦等均表明,沉積期后該套地層就處于非常明顯的有機(jī)酸成巖環(huán)境[8],經(jīng)過長期的酸性流體的溶蝕作用,長石、巖屑等顆粒受到強(qiáng)烈溶蝕,產(chǎn)生次生溶孔(見圖7e、f),是改善砂巖儲(chǔ)滲條件的主要方式。
本文分析研究了神木氣田太原、山西組砂巖儲(chǔ)層巖石學(xué)、物性、儲(chǔ)集空間、孔喉結(jié)構(gòu)特征及主控因素。太原組巖性以巖屑石英砂巖和石英砂巖為主,山西組巖性以巖屑石英砂巖和巖屑砂巖為主,太原組石英含量總體高于山西組。研究層段填隙物總體含量高,以水云母為主,其次是硅質(zhì)、綠泥石、鐵白云石、高嶺石和鐵方解石等,對(duì)孔隙保存不利。太原組儲(chǔ)層孔隙度平均7.8 %;滲透率平均0.643 mD;山西組儲(chǔ)層孔隙度平均6.2 %;滲透率平均0.851 mD,都表現(xiàn)出低-特低孔、低-特低滲的特征,但低孔、低滲的背景上仍然存在相對(duì)較高孔滲的儲(chǔ)層。太原組砂巖儲(chǔ)集空間以各種溶孔為主,而山西組是各種溶孔和晶間孔為主,不同孔隙類型的石英砂巖、巖屑石英砂巖和巖屑砂巖的壓汞曲線形態(tài)有著顯著的差別。太原組砂巖中值半徑大,排驅(qū)壓力低,最大進(jìn)汞飽合度高,儲(chǔ)層物性較好,孔隙結(jié)構(gòu)總體上優(yōu)于山西組。儲(chǔ)層發(fā)育的主控因素體現(xiàn)在沉積相和成巖作用兩大方面:分流河道微相是有利的沉積微相,分流河道控制下的粗粒顆粒分布對(duì)儲(chǔ)層物性具有較強(qiáng)的控制作用;溶蝕作用對(duì)改善儲(chǔ)層物性起到了很大的建設(shè)性作用,而壓實(shí)壓溶作用及膠結(jié)作用則對(duì)儲(chǔ)層的發(fā)育起到了一定的破壞性作用。
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