渭北油田長(zhǎng)3儲(chǔ)層成巖作用及孔隙演化

百宗虎

摘要：本文通過薄片觀察、掃描電鏡及陰極發(fā)光等實(shí)驗(yàn)技術(shù)對(duì)渭北油田長(zhǎng)3儲(chǔ)層砂巖的巖石特征、成巖作用及孔隙演化進(jìn)行了研究。結(jié)果表明：長(zhǎng)3致密砂巖儲(chǔ)層成分成熟度較低，結(jié)構(gòu)成熟度中等-較高，主要發(fā)育巖屑長(zhǎng)石砂巖，主要的成巖作用有壓實(shí)作用、膠結(jié)作用和溶蝕作用。通過孔隙度的定量演化，結(jié)果表明壓實(shí)作用是造成儲(chǔ)集層致密化的最主要因素，使儲(chǔ)集層孔隙度減少了23.6%，膠結(jié)作用對(duì)儲(chǔ)集層物性的破壞次之，孔隙度損失約11.1%;后期的溶蝕作用對(duì)改善儲(chǔ)層孔隙度具有一定的建設(shè)性作用，溶蝕作用增加的孔隙度平均為6.4%，壓實(shí)作用和膠結(jié)作用對(duì)儲(chǔ)集空間的破壞是導(dǎo)致儲(chǔ)集層致密化的重要原因。

關(guān)鍵詞：鄂爾多斯盆地;渭北油田;長(zhǎng)3儲(chǔ)層;成巖作用;孔隙演化

0概況

渭北油田行政上隸屬于旬邑、宜君、黃陵縣管轄;沉積構(gòu)造位于鄂爾多斯盆地南緣，地處陜西省中部的黃土塬區(qū)，區(qū)域構(gòu)造上位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡東南部，橫跨伊陜斜坡和渭北隆起兩個(gè)一級(jí)構(gòu)造單元，區(qū)內(nèi)構(gòu)造表現(xiàn)為極平緩單斜，東高西低，傾向角在30°左右，斷層不發(fā)育，無斷塊構(gòu)造圈閉。

長(zhǎng)3儲(chǔ)層是渭北油田的主要產(chǎn)油層位，平均埋藏深度為550m，屬于辮狀河三角洲沉積體系，以巖屑長(zhǎng)石砂巖、長(zhǎng)石砂巖為主，油藏類型為巖性油藏。本文利用鑄體薄片、掃描電鏡、粒度分析、壓汞實(shí)驗(yàn)等技術(shù)，對(duì)渭北油田長(zhǎng)3儲(chǔ)層砂巖的巖石特征、成巖作用及孔隙演化進(jìn)行了研究，目的在于揭示儲(chǔ)層的微觀特征，為儲(chǔ)層評(píng)價(jià)提供理論依據(jù)。

1儲(chǔ)層基本特征

1.1巖石學(xué)特征

渭北油田長(zhǎng)3儲(chǔ)層致密砂巖儲(chǔ)層成分成熟度較低，結(jié)構(gòu)成熟度中等-較高，主要發(fā)育巖屑長(zhǎng)石砂巖（61.82%），其次是長(zhǎng)石砂巖（30.91%）、長(zhǎng)石巖屑砂巖（7.27%）（圖1）。碎屑組分中石英含量較高，一般為35%～55%，平均為45.49%;長(zhǎng)石和巖屑含量相對(duì)較低，其中長(zhǎng)石含量一般為22%～42%，平均為31.31%，巖屑含量一般為6%～29%，平均為17.75%。研究區(qū)巖屑成分較為復(fù)雜，變質(zhì)巖巖屑（千枚巖、石英巖）、巖漿巖巖屑（電氣石）和沉積巖巖屑（粉砂巖、粘土巖、云巖）均有出現(xiàn)，且變質(zhì)巖巖屑含量相對(duì)較高。

1.2孔隙類型及結(jié)構(gòu)

通過薄片鑒定結(jié)合掃描電鏡、陰極發(fā)光資料可知，渭北油田長(zhǎng)3儲(chǔ)層孔隙類型為粒間溶孔和粒內(nèi)溶孔及原生粒間孔，其中粒間溶孔占主要地位，含量為75.34%，殘余粒間孔為21.12%，粒內(nèi)溶孔為3.54%，平均面孔率為5.77%（圖2）。而其中的原生粒間孔與溶蝕粒內(nèi)孔，是決定砂巖儲(chǔ)集性能的重要因素之一。毛細(xì)管壓力曲線和孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)特征顯示，研究區(qū)砂巖喉道以細(xì)喉道和微細(xì)喉道為主，局部發(fā)育微喉道。

1.3物性特征

通過對(duì)33口取心井長(zhǎng)3儲(chǔ)層1770塊樣品的常規(guī)物性統(tǒng)計(jì)，孔隙度呈正態(tài)分布，主要分布于8-16%區(qū)間，平均12.2%;滲透率呈多峰狀，一般小于1.0mD，平均0.76mD，屬中-低孔致密儲(chǔ)層。

2儲(chǔ)層成巖作用

研究區(qū)長(zhǎng)3儲(chǔ)層雖然埋藏較淺，但是在其地質(zhì)歷史時(shí)期達(dá)到了較深的埋藏，經(jīng)歷的成巖作用較為復(fù)雜。本文以取心段巖心樣品常規(guī)薄片和鑄體薄片等微觀特征觀察為主，結(jié)合掃描電鏡、全巖和粘土礦物X-衍射等分析資料，揭示長(zhǎng)3儲(chǔ)層主要處于中成巖階段B期，在埋藏成巖過程中各種成巖作用對(duì)砂巖原生孔隙的保存和次生孔隙的發(fā)育都有一段的影響[2-4]，研究區(qū)主要的成巖作用有壓實(shí)作用、膠結(jié)作用和溶蝕作用。

2.1壓實(shí)作用

壓實(shí)作用是使顆粒被壓致密、原生孔隙度降低的重要原因之一，壓實(shí)作用對(duì)儲(chǔ)層物性的影響，與碎屑巖儲(chǔ)集層的礦物成分和結(jié)構(gòu)有關(guān)。壓實(shí)作用一方面是使云母、泥質(zhì)巖屑等軟顆粒在上覆地層壓力下變形、膨脹、彎曲，充填孔隙，降低儲(chǔ)層的孔隙度和滲透率;另一方面是當(dāng)上覆壓力超過顆?？箟簭?qiáng)度時(shí)，使石英、長(zhǎng)石等剛性礦物被壓裂。

渭北油田長(zhǎng)3儲(chǔ)層主要表現(xiàn)為部分云母等塑性碎屑顆粒沿長(zhǎng)軸定向分布且受擠壓彎曲變形，經(jīng)壓實(shí)后，塑性巖屑如泥巖、石英巖、千枚巖等變形顆粒擠入孔隙，甚至造成假雜基產(chǎn)狀，小顆粒嵌入大孔隙內(nèi)，原生粒間孔隙快速降低以至消失。少見石英和長(zhǎng)石等剛性顆粒的裂紋和破碎，壓實(shí)后以顆粒支撐為主，原生粒間孔降低程度相對(duì)較少。

2.2膠結(jié)作用

膠結(jié)作用過程是沉積物轉(zhuǎn)變?yōu)槌练e巖的重要作用，也是使沉積層中孔隙度和滲透率降低的主要原因之一;渭北油田長(zhǎng)3儲(chǔ)層砂巖碳酸鹽膠結(jié)和粘土礦物膠結(jié)最常見，硅質(zhì)膠結(jié)以石英次生加大和自生石英晶粒充填孔隙的方式出現(xiàn)。

（1）碳酸鹽膠結(jié)：包括早期方解石膠結(jié)和晚期鐵方解石膠結(jié)，白云石和鐵白云石膠結(jié)以及菱鐵礦碳，酸鹽膠結(jié)物廣泛分布于渭北油田長(zhǎng)3儲(chǔ)層砂巖中，含量變化也較大0%-25%，平均為6.92%。成巖早期的碳酸鹽膠結(jié)物晶粒一般較小，結(jié)晶程度較差，晚期碳酸鹽膠結(jié)物一般含鐵且晶粒相對(duì)較大。早期方解石相對(duì)平均含量約53.69%，為長(zhǎng)3主要的碳酸鹽膠結(jié)物，多為細(xì)晶結(jié)構(gòu)，少為粉晶結(jié)構(gòu)主要以孔隙式膠結(jié)充填于粒間孔隙中，常呈連晶形式產(chǎn)出，交代長(zhǎng)石等碎屑顆粒邊緣，偶見白云石膠結(jié)和交代;局部可見鐵方解石零星充填粒間孔隙和交代碎屑顆粒邊緣，相對(duì)平均含量15.69%，鐵白云石膠結(jié)極少。

（2）粘土礦物膠結(jié)：研究區(qū)發(fā)育綠泥石、伊利石、高嶺石、伊蒙混層等膠結(jié)，但以綠泥石為主（相對(duì)平均含量35.30%），其次是高嶺石（相對(duì)平均含量32.96%）和伊利石（相對(duì)平均含量13.74%）膠結(jié)。綠泥石膠結(jié)主要以薄膜結(jié)構(gòu)附于顆粒表面和以集合體充填于粒間孔隙等兩種形式出現(xiàn)。其中綠泥石薄膜因吸附烴質(zhì)組分成為瀝青質(zhì)，鏡下觀察為黑色。毛發(fā)狀、絲狀伊利石和書頁狀高嶺石充填于粒間孔隙中，以及少量伊利石薄膜與綠泥石薄膜一同附著于碎屑顆粒表面。

（3）硅質(zhì)膠結(jié)：在研究區(qū)發(fā)育較少，主要以自生石英產(chǎn)出的形式出現(xiàn)，其形成主要來源于酸性環(huán)境下鉀長(zhǎng)石溶蝕作用產(chǎn)生的SiO2。自生石英產(chǎn)出的形式較多，在研究區(qū)長(zhǎng)3砂巖中主要以石英次生加大和自生石英充填于粒間孔隙兩種形式為主，后者在綠泥石薄膜發(fā)育的粒間孔隙中較多見，當(dāng)自生石英晶體較多時(shí)可將粒間孔隙改造成晶間孔。

2.3溶蝕作用

溶蝕作用是引起次生溶蝕孔隙發(fā)育的主要成巖作用，對(duì)改善巖石的儲(chǔ)滲性及其有利，可將差儲(chǔ)層改造成好儲(chǔ)層。在同生、埋藏及表生成巖環(huán)境中均可發(fā)生溶蝕作用，埋藏成巖環(huán)境的溶蝕作用常常是產(chǎn)生儲(chǔ)層溶蝕孔隙的主要環(huán)境。

研究區(qū)長(zhǎng)3儲(chǔ)層的膠結(jié)物、碎屑顆粒等均有程度不同的溶蝕作用，掃描電鏡和薄片觀察中常見溶蝕微孔隙，多見于長(zhǎng)石顆粒的表面及內(nèi)部的溶蝕，其次為巖屑的溶蝕，碳酸鹽膠結(jié)物的溶蝕極少。長(zhǎng)石及早期鈣質(zhì)膠結(jié)物被溶蝕，形成粒內(nèi)溶孔、粒間碳酸鹽巖膠結(jié)物溶孔，改善了儲(chǔ)層物性;溶蝕作用在顆粒分選較好、存在一定殘余粒間孔的水下分流河道砂巖中較發(fā)育。

3儲(chǔ)層孔隙演化

前人針對(duì)渭北地區(qū)成巖作用和孔隙演化進(jìn)行過研究，但是對(duì)孔隙演化多只是定性分析或推論，缺乏定量的計(jì)算依據(jù)和方法。為此，本文在統(tǒng)計(jì)長(zhǎng)3儲(chǔ)層不同孔隙類型、膠結(jié)物含量的基礎(chǔ)上，通過恢復(fù)砂巖儲(chǔ)層的初始孔隙度（φ初始）[5-8]，按照成巖序列演化的先后順序及成巖作用類型，依次計(jì)算出砂體經(jīng)過壓實(shí)作用、膠結(jié)作用及溶蝕作用之后孔隙度的損失情況，來定量描述現(xiàn)今孔隙度的大小，其基本公式為：

φ剩余=φ初始-φ壓實(shí)損失-φ膠結(jié)損失+φ溶解增加 （1）

3.1初始孔隙度

目前，預(yù)測(cè)初始孔隙度的數(shù)學(xué)模型中，最為普遍的計(jì)算方法為利用Trask分選系數(shù)求取初始孔隙度，即砂體沉積后的原始孔隙度，可以根據(jù)公式（2）計(jì)算出：

φ初始=20.91+22.9/S0 ? ? ?（2）

式中S0——Trask分選系數(shù)，為粒度累計(jì)頻率曲線上25%（R1）和75%（R2）處粒徑之比的平方根。

根據(jù)公式（2）計(jì)算了渭北油田內(nèi)10個(gè)砂巖樣品的初始孔隙度（表1），從計(jì)算結(jié)果來看，砂巖初始孔隙度在36.3%-39.9%，平均為39.1%，初始孔隙度變化不大。

3.2溶解增加孔隙度

根據(jù)巖心分析、薄片分析的10個(gè)樣品對(duì)溶解增加的孔隙度（即目前溶孔孔隙度）計(jì)算得到儲(chǔ)層溶解增加的孔隙度平均為6.4%。

3.3膠結(jié)損失孔隙度

膠結(jié)作用減孔量可以約等于砂巖中膠結(jié)物的含量，這些膠結(jié)物占據(jù)一定的空間，這些空間為砂巖沉積時(shí)的孔隙或者后期溶蝕作用改造形成的孔隙被沉淀下來的膠結(jié)物所占據(jù)，造成砂巖中孔隙減少，孔隙度降低。根據(jù)10個(gè)樣品的物性和薄片鑒定數(shù)據(jù)，膠結(jié)物含量為6%～26%，平均含量為11.1%，因此膠結(jié)損失孔隙度平均為11.1%。

3.4壓實(shí)損失孔隙度

在考慮膠結(jié)作用與溶蝕作用的基礎(chǔ)上，可以估算出壓實(shí)作用減孔量，根據(jù)式（1），目前剩余孔隙度（即巖心分析孔隙度）等參數(shù)均已知，因此可以計(jì)算出壓實(shí)損失孔隙度平均為23.6%。

3.5儲(chǔ)層孔隙演化

依據(jù)研究區(qū)成巖階段劃分結(jié)果，研究區(qū)砂巖儲(chǔ)層歸入中成巖階段B期。結(jié)合配套的巖心分析、薄片鑒定資料，確定渭北油田長(zhǎng)3儲(chǔ)層孔隙演化特征：即砂巖埋藏初始孔隙度平均為39.1%，顆粒呈點(diǎn)狀接觸，粒間孔隙為原生孔隙且部分開始被壓實(shí)，壓實(shí)作用導(dǎo)致砂巖孔隙損失平均為23.6%;接著膠結(jié)作用開始發(fā)育，出現(xiàn)石英的次生加大，方解石膠結(jié)物、碳酸鹽礦物等充填孔隙，造成孔隙減少，長(zhǎng)石、巖屑和碳酸鹽等被大量溶蝕。在膠結(jié)作用下，砂巖孔隙損失平均為11.1%，即砂巖在所有破壞性作用下僅保留了4.4%的原生孔隙;同時(shí)，在溶解作用下砂巖孔隙度有所增加，增加了約6.4%的孔隙體積;目前儲(chǔ)層孔隙度在10.8%左右。上述成巖演化過程最終形成了現(xiàn)今的儲(chǔ)層孔隙特征。

4結(jié)論

（1）長(zhǎng)3儲(chǔ)層致密砂巖儲(chǔ)層成分成熟度較低，結(jié)構(gòu)成熟度中等-較高，主要發(fā)育巖屑長(zhǎng)石砂巖。儲(chǔ)層平均孔隙度為12.2%，平均滲透率為0.76mD，屬中-低孔致密儲(chǔ)層。

（2）研究區(qū)孔隙類型為粒間溶孔和粒內(nèi)溶孔及原生粒間孔，其中粒間溶孔占主要地位，喉道總體以微細(xì)喉道為主，孔喉分選差。

（3）研究區(qū)主要的成巖作用有壓實(shí)作用和膠結(jié)作用，是主要的破壞性成巖作用;溶蝕作用主要的建設(shè)性成巖作用。

（4）孔隙演化結(jié)果研究表明，儲(chǔ)集層平均初始孔隙度為39.1%，壓實(shí)作用造成的平均孔隙度損失為23.6%，膠結(jié)作用減少的平均孔隙度為11.1%，溶蝕作用增加的平均孔隙度為6.4%。

（5）壓實(shí)作用和膠結(jié)作用對(duì)儲(chǔ)集空間的破壞是導(dǎo)致儲(chǔ)集層致密化的重要原因。

參考文獻(xiàn)

[1]李顯超，劉波，李朋濤，等.渭北油田渭北2井區(qū)長(zhǎng)3油藏儲(chǔ)層特征研究[J].山東化工，2014，43（2）：22-23，27.

[2] 吳元燕，徐龍，張昌民.油氣儲(chǔ)層地質(zhì)[M].北京：石油工業(yè)出版社，1996.

[3] 戴啟德，黃玉杰.油田開發(fā)地質(zhì)學(xué)[M].東營(yíng)：石油大學(xué)出版社，2002.

[4]門吉華.長(zhǎng)嶺斷陷登婁庫組成巖作用及儲(chǔ)層評(píng)價(jià)[J].特種油氣藏，2011，18（3）：24-26.

[5]王斌，孫衛(wèi)，白云云，等.鄂爾多斯盆地姬塬地區(qū)長(zhǎng)61段致密砂巖儲(chǔ)集層成巖作用與孔隙演化[J].新疆石油地質(zhì)，2018，39（4）：430-438.

[6]朱國(guó)華.成巖作用對(duì)砂巖儲(chǔ)層孔隙的影響[J].沉積學(xué)報(bào)，1984，（2）：85-90.

[7]姜向強(qiáng)，鐘大康，張瓊.遼東灣地區(qū)古近系砂巖成巖作用與孔隙演化[J].西安石油大學(xué)報(bào)，2007，22（6）：14-19.