陳淑娜,劉翰林，田景春,范立勇

(1.成都理工大學(xué)沉積地質(zhì)研究院，四川成都 610059；2.西安石油大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院；3.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院)

姬塬地區(qū)長(zhǎng)9油層組儲(chǔ)層成巖作用特征與孔隙演化定量評(píng)價(jià)

陳淑娜1,劉翰林2，田景春1,范立勇3

(1.成都理工大學(xué)沉積地質(zhì)研究院，四川成都 610059；2.西安石油大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院；3.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院)

摘要：運(yùn)用鑄體薄片、掃描電鏡、壓汞分析等測(cè)試分析方法，對(duì)鄂爾多斯盆地姬塬地區(qū)三疊系延長(zhǎng)組長(zhǎng)9油層組儲(chǔ)層成巖作用及孔隙演化進(jìn)行定量研究。研究表明：姬塬地區(qū)長(zhǎng)9儲(chǔ)層主要以巖屑長(zhǎng)石砂巖、長(zhǎng)石巖屑砂巖和長(zhǎng)石砂巖為主，殘余粒間孔發(fā)育；砂巖儲(chǔ)層經(jīng)歷了復(fù)雜的成巖作用，其中，壓實(shí)作用使孔隙度減小10.8% ～ 14%，平均降低13.1%；膠結(jié)作用和交代作用使孔隙度損失11.4% ～ 17.2%，平均損失為 12.8%；而溶蝕作用使孔隙度增加1.9% ～7.2%，平均增加 2.87%。現(xiàn)今儲(chǔ)層的孔隙度約為15%，具有良好的孔滲能力。

關(guān)鍵詞：鄂爾多斯盆地；姬塬地區(qū)；儲(chǔ)層特征；孔隙演化；長(zhǎng)9油層組

姬塬地區(qū)處于鄂爾多斯盆地西北部，區(qū)域上橫跨天環(huán)坳陷東部及陜北斜坡西緣兩個(gè)構(gòu)造單元。區(qū)內(nèi)延長(zhǎng)組自下而上劃分出10個(gè)油層組，長(zhǎng)9油層組處于延長(zhǎng)組發(fā)育早期，經(jīng)歷了湖泊初始坳陷和穩(wěn)定沉降的演化過(guò)程[1-2]。該時(shí)期西北部鹽定三角洲與東北部的安邊三角洲在此交匯，研究區(qū)受古水流和物源的影響，砂體延伸方向總體沿北西和北東兩個(gè)方向展布[2-3]，發(fā)育三角洲平原亞相沉積[4]。近年來(lái)，隨著勘探開(kāi)發(fā)的突破，對(duì)于該地區(qū)的研究，前人的工作主要集中在物源、沉積環(huán)境和沉積相以及油氣成藏規(guī)律研究方面，對(duì)儲(chǔ)層成巖作用的的定量研究還沒(méi)有進(jìn)行細(xì)致的分析。本文運(yùn)用鑄體薄片、掃描電鏡和物性分析等方法，對(duì)姬源油田長(zhǎng)9油層組儲(chǔ)層砂巖所經(jīng)歷的成巖作用及孔隙演化特征進(jìn)行研究，以期為該地區(qū)油氣勘探提供有益的借鑒。

1儲(chǔ)層巖石學(xué)特征

依據(jù)35口鉆井200塊薄片組分統(tǒng)計(jì)，采用曾允孚(1986)砂巖分類方案，結(jié)果表明，姬塬地區(qū)長(zhǎng)9儲(chǔ)層巖石類型主要屬于長(zhǎng)石巖屑砂巖、巖屑長(zhǎng)石砂巖和長(zhǎng)石砂巖(圖1)，且長(zhǎng)石含量可達(dá)35%。

1.1碎屑組分特征

姬塬地區(qū)的西北區(qū)即靈武-鹽池地區(qū)的物源來(lái)自阿拉善古陸，東北區(qū)即安邊地區(qū)的物源來(lái)自陰山古陸[5]。受不同物源區(qū)的影響，兩地區(qū)的巖石類型及其組分表現(xiàn)出一定的差異，如表1所示。

圖1　姬塬地區(qū)長(zhǎng)9儲(chǔ)層巖石類型三角端元投影圖

西北靈武-鹽池地區(qū)的儲(chǔ)集砂巖中石英平均含量約31.4%，巖屑平均含量為22.3%，含少量長(zhǎng)石砂巖，巖屑以變質(zhì)巖屑和火成巖巖屑為主，沉積巖屑少見(jiàn)；而東北安邊地區(qū)砂巖中石英平均含量為25.5%，巖屑平均含量為27.2%，含少量巖屑砂巖，巖屑主要是變質(zhì)巖巖屑和云母碎屑。

1.2填隙物特征

研究區(qū)內(nèi)長(zhǎng)9砂巖儲(chǔ)集層填隙物以硅質(zhì)、綠泥石、水云母、方解石和鐵方解石為主，濁沸石和長(zhǎng)石質(zhì)次之，含少部分的高嶺石、網(wǎng)狀黏土和凝灰質(zhì)等。

填隙物各組分的含量在西北部和東北部的分布亦表現(xiàn)出一定的分區(qū)性，如表2所示。

表1　姬塬地區(qū)長(zhǎng)9儲(chǔ)層碎屑組分含量統(tǒng)計(jì)　　　　　　　　　　　　　　%

表2　姬塬地區(qū)長(zhǎng)9儲(chǔ)層填隙物組分統(tǒng)計(jì)　　　　　　　　　　　　　　%

1.3砂巖結(jié)構(gòu)特征

西北靈武-鹽池地區(qū)距物源區(qū)近，離阿拉善古陸100～120 km，東北安邊地區(qū)距物源區(qū)遠(yuǎn)，離陰山古陸300～400 km，由于距古陸遠(yuǎn)近的不同，西北區(qū)比東北區(qū)的砂巖結(jié)構(gòu)更粗，砂體更厚、更寬，透鏡狀儲(chǔ)集砂體更大，因此西北區(qū)比東北區(qū)的長(zhǎng)9砂巖儲(chǔ)集層更發(fā)育。

通過(guò)長(zhǎng)9儲(chǔ)層的粒度概率曲線圖(圖2)可以看出，研究區(qū)長(zhǎng)9砂巖以中-粗粒、中粒砂巖為主，部分夾含礫粗砂巖。砂巖分選中等，多為棱角狀，以點(diǎn)-線及線狀接觸關(guān)系為主，以孔隙-薄膜膠結(jié)類型為主，還有少量的加大型和壓嵌型。砂巖的結(jié)構(gòu)成熟度中等。

圖2　定38井長(zhǎng)9儲(chǔ)層粒度概率累積曲線

2儲(chǔ)層物性特征

2.1孔隙度和滲透率特征

研究區(qū)與延長(zhǎng)組地層相關(guān)的鉆井有45口，對(duì)其相應(yīng)的2227個(gè)巖心樣本進(jìn)行對(duì)比分析，同時(shí)剔除個(gè)別可能因裂縫導(dǎo)致的滲透率極高值，其結(jié)果如表3所示，可以看出長(zhǎng)9油層組的中上部分即長(zhǎng)91段比其下部的長(zhǎng)92段物性偏好，這也是目前長(zhǎng)91段為主力油層組的原因。

表3　姬塬地區(qū)長(zhǎng)91、92段砂巖孔滲特征

2.2孔隙度和滲透率相關(guān)性

由孔滲關(guān)系圖上可見(jiàn)(圖3)，長(zhǎng)91、長(zhǎng)92孔滲關(guān)系良好，滲透率隨孔隙度的增加而增加，這與該區(qū)具有利于形成儲(chǔ)層的巖性和利于提高孔滲能力的粗顆粒密切相關(guān)。

3儲(chǔ)層成巖作用特征

巖心觀察、鑄體薄片、掃描電鏡等資料的分析結(jié)果表明，姬塬地區(qū)長(zhǎng)9儲(chǔ)集砂體在成巖過(guò)程中發(fā)生了壓實(shí)作用、膠結(jié)作用、溶蝕作用和交代重結(jié)晶等各種成巖作用。成巖作用對(duì)儲(chǔ)層物性的影響既有建設(shè)性，又有破壞性雙重性影響[6]。

圖3　姬塬地區(qū)長(zhǎng)9油層組孔滲關(guān)系

壓實(shí)作用是研究區(qū)長(zhǎng)9砂巖原生孔隙度降低、孔隙結(jié)構(gòu)變差的主要因素之一，較強(qiáng)的壓實(shí)作用使得區(qū)內(nèi)砂巖顆粒之間以點(diǎn)-線及線狀接觸為主。

膠結(jié)作用是研究區(qū)長(zhǎng)9砂巖孔隙度和滲透率降低的主要原因之一。長(zhǎng)9砂巖中的膠結(jié)物主要有綠泥石、水云母、濁沸石和硅質(zhì)膠結(jié)物，還有方解石和鐵方解石等碳酸鹽礦物等，另外次生石英加大和粒間硅質(zhì)充填物較發(fā)育，少量高嶺石和長(zhǎng)石質(zhì)膠結(jié)物，偶見(jiàn)凝灰質(zhì)膠結(jié)物等。膠結(jié)物類型多樣，彼此之間的關(guān)系錯(cuò)綜復(fù)雜，體現(xiàn)了復(fù)雜的成巖作用過(guò)程。

溶蝕作用是長(zhǎng)9儲(chǔ)集砂巖次生孔隙形成的主要成巖作用。長(zhǎng)9砂巖儲(chǔ)集層被溶解的物質(zhì)主要是長(zhǎng)石和巖屑，濁沸石的溶蝕現(xiàn)象在某些層段較發(fā)育。溶蝕作用有效改善了儲(chǔ)集層的孔滲性能，利于有效儲(chǔ)層的形成。

交代作用在研究區(qū)內(nèi)較普遍，如含鐵方解石呈連晶狀充填孔隙并交代碎屑，自生綠泥石沿顆粒表面垂直生長(zhǎng)形成顆粒包殼，硅質(zhì)以長(zhǎng)石、石英加大邊為主，部分沿孔隙壁呈自形石英、長(zhǎng)石微晶狀生長(zhǎng)等。總體來(lái)說(shuō)，交代作用對(duì)儲(chǔ)層孔滲性能表現(xiàn)出了破壞性的一面[7]。

4孔隙演化定量評(píng)價(jià)

4.1孔隙類型及面孔率

對(duì)于研究區(qū)內(nèi)長(zhǎng)9油層組的砂巖儲(chǔ)集層來(lái)說(shuō)，殘余粒間孔是主要的孔隙類型，溶蝕孔次之。其中溶蝕孔隙類型有長(zhǎng)石溶孔、巖屑溶孔、濁沸石溶孔，還有少量晶間孔、微裂縫等(表4)。

長(zhǎng)9儲(chǔ)層孔隙類型和面孔率在西北區(qū)靈武-鹽池地區(qū)和東北安邊地區(qū)的分布亦具有不同特征，這主要是由于物源和沉積環(huán)境的影響作用不同而導(dǎo)致的。沉積物顆粒的平均粒徑在西北區(qū)比東北區(qū)偏大，而填隙物的總體含量在西北區(qū)又比東北區(qū)偏低，這樣以來(lái)西北區(qū)的殘余粒間孔就比東北區(qū)更發(fā)育，面孔率也相對(duì)更高。雖然長(zhǎng)9砂巖儲(chǔ)層整體面孔率較低，但在峰2井、峰6井、元153井、虎1井等井區(qū)仍存在面孔率大于10%的局部高孔隙發(fā)育區(qū)。

表4　姬塬地區(qū)延長(zhǎng)組長(zhǎng)9儲(chǔ)層孔隙類型及面孔率統(tǒng)計(jì)　　　　　　　　　　　%

4.2孔隙演化定量評(píng)價(jià)

在埋藏成巖階段, 各種成巖作用是孔隙演化過(guò)程中的主控因素，同時(shí)沉積物自身又影響著成巖作用的進(jìn)展[8]。此次研究中，依據(jù)研究區(qū)內(nèi)16塊有對(duì)應(yīng)物性數(shù)據(jù)的長(zhǎng)9砂巖薄片資料，計(jì)算出了該區(qū)儲(chǔ)集砂巖的孔隙演化結(jié)果。

4.2.1 恢復(fù)初始孔隙度

依據(jù)薄片粒度資料，應(yīng)用R.Sneider的初始孔隙度圖解法[9]求得的長(zhǎng)9砂巖的初始孔隙度φ1為37%～39%，平均為38%(表5)。

4.2.2 壓實(shí)作用后的孔隙度

在機(jī)械壓實(shí)過(guò)程中，原有的孔隙率部分被壓實(shí)，部分被保存在早期膠結(jié)物中，部分保留下至今，即殘余粒間孔。因此壓實(shí)后的孔隙度φ2就由殘余粒間孔和早期膠結(jié)作用保存的孔隙這兩部分組成[9]，φ2可依據(jù)以下公式求得：

表5　姬塬地區(qū)長(zhǎng)9砂巖初始孔隙度統(tǒng)計(jì)

(1)

φcomp=φ1-φ2

(2)

式中，φ2為壓實(shí)作用后的孔隙度；φ1為初始孔隙度；P1為殘余粒間孔面孔率；Pcem為膠結(jié)物溶孔面孔率；Pt為總面孔率；Pm為巖心分析孔隙度；W為膠結(jié)物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。φcomp為壓實(shí)損失孔隙度。計(jì)算結(jié)果表明，長(zhǎng)9沉積期姬塬地區(qū)計(jì)算求得的因壓實(shí)、壓溶作用減少的孔隙度為10.8%～14.0%，平均13.1%。

4.2.3 膠結(jié)和交代作用損失的孔隙度

膠結(jié)作用過(guò)程中，膠結(jié)物充填于部分粒間孔和

早期溶孔中。通常情況下，膠結(jié)作用損失的孔隙度可認(rèn)為約等于膠結(jié)物的含量，這樣的話，在壓實(shí)作用和膠結(jié)交代作用之后的砂巖孔隙度φ3即可認(rèn)為相當(dāng)于目前剩余粒間孔的孔隙度。

(3)

φcem=φ2-φ3

(4)

式中，φ3為經(jīng)歷壓實(shí)、膠結(jié)作用后的孔隙度；φcem為膠結(jié)作用后損失的孔隙度。長(zhǎng)9期姬塬地區(qū)膠結(jié)交代作用損失孔隙度(鈣質(zhì)砂巖除外)在11.4%～17.2%，平均12. 8%。

4.2.4 溶蝕作用增加的孔隙度

研究區(qū)儲(chǔ)集砂巖中的次生孔隙在溶蝕過(guò)程中大量地形成，進(jìn)而提高了儲(chǔ)層的孔隙度，使得儲(chǔ)層物性變好。這里所增加的次生孔隙度等于保留到現(xiàn)今的次生孔隙度。增加后的孔隙度φ4即為現(xiàn)存的溶蝕孔孔隙度，計(jì)算公式如下：

(5)

式中，φ4為溶蝕作用后增加的孔隙度；P2為粒內(nèi)溶孔面孔率；P3為粒間溶孔面孔率。經(jīng)計(jì)算，長(zhǎng)9期姬塬地區(qū)溶蝕作用增加的孔隙度一般在1.9%～7.2%，平均為2.87%。

4.2.5 孔隙演化分析

通過(guò)4.2.1～4.2.4所展示的計(jì)算過(guò)程。計(jì)算出了研究區(qū)未固結(jié)砂巖的初始孔隙度為38.0%，經(jīng)過(guò)壓實(shí)作用后減少到24.9%，膠結(jié)作用后又減少到12.1%，而后經(jīng)溶蝕作用增加到現(xiàn)今的孔隙度約為15.0%，最終的結(jié)果使得研究區(qū)儲(chǔ)層擁有了良好的孔滲能力(表6)。

表6　姬塬地區(qū)延長(zhǎng)組長(zhǎng)9儲(chǔ)層組孔隙演化數(shù)據(jù)

5結(jié)論

長(zhǎng)9儲(chǔ)層砂巖類型主要為長(zhǎng)石巖屑砂巖、巖屑長(zhǎng)石砂巖和長(zhǎng)石砂巖；長(zhǎng)91段的物性整體上優(yōu)于長(zhǎng)92段，且長(zhǎng)91段、長(zhǎng)92段的孔滲相關(guān)性均好。長(zhǎng)9儲(chǔ)層主要經(jīng)歷了壓實(shí)、膠結(jié)、溶蝕和交代等成巖作用，區(qū)內(nèi)殘余粒間孔發(fā)育，溶蝕孔次之?？紫抖冉?jīng)歷了因壓實(shí)和膠結(jié)過(guò)程而降低、因溶蝕而升高的演化過(guò)程，其中，壓實(shí)作用使孔隙度平均降低13.1%；膠結(jié)作用和交代作用使孔隙度損失平均損失為12.8%；而溶蝕作用使孔隙度平均增加2.87% ，最終使得現(xiàn)今研究區(qū)內(nèi)長(zhǎng)9儲(chǔ)層具有較好的孔滲性能。

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編輯：吳官生

文章編號(hào)：1673-8217(2016)01-0052-04

收稿日期：2015-11-30

作者簡(jiǎn)介：陳淑娜,1986年生，2008年畢業(yè)于成都理工大學(xué)勘查技術(shù)與工程專業(yè)，在讀碩士研究生，主要從事儲(chǔ)層沉積學(xué)研究。

基金項(xiàng)目：國(guó)家重大專項(xiàng)“大型油氣田及煤層氣開(kāi)發(fā)”(2011ZX05007-004)資助。

中圖分類號(hào)：TE112.23

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A