魏穎 郝松立 張文婷 張桉

(1.西北大學(xué)大陸動力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安 710069;2.中國石油長慶油田分公司勘探開發(fā)研究院，西安 710021;3.中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心甘肅總隊(duì)，甘肅天水 741000;4.中國石油長慶油田分公司超低滲透油藏第四項(xiàng)目部，甘肅慶陽745000)

子洲氣田位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡(圖1)，其山2期主要發(fā)育三角洲前緣水下分流河道［1-3］，是天然氣勘探的重點(diǎn)目的層位。但由于成巖作用類型復(fù)雜多樣［4-6］，儲層物性影響因素復(fù)雜，成巖相類型及分布尚不明確，很大程度上制約了天然氣勘探開發(fā)的進(jìn)程。因此，開展儲層成巖作用研究，劃分并選擇有利的成巖相帶是指導(dǎo)下一步天然氣勘探工作的關(guān)鍵。

本次研究在描述40余口氣井取心資料的基礎(chǔ)上，通過鑄體薄片、掃描電鏡、物性等多項(xiàng)測試方法，對子洲氣田北部山段儲層的巖石學(xué)特征、物性特征、孔隙結(jié)構(gòu)特征和成巖作用進(jìn)行研究，最終劃分并指出有利的成巖相帶，對指導(dǎo)研究區(qū)的天然氣勘探工作具有重要意義。

1 巖石學(xué)特征

在薄片鑒定的基礎(chǔ)上，采用三角形圖解法，對砂巖進(jìn)行分類，山段砂巖以石英砂巖、巖屑石英砂巖及巖屑砂巖為主(圖2)。碎屑成分以石英為主，平均含量為74.3%;巖屑次之，平均含量為8.4%;長石含量最少，平均含量為0.1%。巖屑以變質(zhì)巖巖屑為主，平均含量為7.1%;其次為火成巖巖屑，平均含量為1.1%;沉積巖巖屑平均含量為0.2%。碎屑顆粒以次棱角 — 次圓狀為主，分選中等 — 好，以孔隙式和加大—孔隙式膠結(jié)為主。

圖1 研究區(qū)位置圖

圖2 子洲氣田北部山段砂巖分類圖

2 物性和孔隙特征

3 主要成巖作用類型

對鑄體薄片和掃描電鏡資料進(jìn)行觀察統(tǒng)計(jì)，認(rèn)為研究區(qū)儲層埋藏過程中主要經(jīng)歷了壓實(shí)作用、膠結(jié)作用、交代作用和溶蝕作用。

3.1 壓實(shí)作用

壓實(shí)作用是砂巖變?yōu)榈涂滋氐蜐B透儲集巖的主要原因之一，研究區(qū)山段主要以石英砂巖、巖屑石英砂巖及巖屑砂巖為主，常見的壓實(shí)現(xiàn)象主要有塑性顆粒擠壓變形、剛性顆粒破裂及縫合線等。子洲氣田北部山段儲層壓實(shí)作用特征見圖3。

3.2 膠結(jié)作用

研究區(qū)膠結(jié)作用強(qiáng)烈，是孔隙損失的主要因素之一，以自生黏土礦物膠結(jié)及碳酸鹽膠結(jié)為主，黏土礦物中伊利石和高嶺石含量最高，碳酸鹽礦物中鐵方解石含量最高，此外還有一定比例的硅質(zhì)膠結(jié)物，子洲氣田北部山段儲層膠結(jié)作用特征見圖4。

圖3 子洲氣田北部山段儲層壓實(shí)作用特征

圖4 子洲氣田北部山段儲層膠結(jié)作用特征

3.3 交代作用

砂巖中的交代作用表現(xiàn)為碎屑顆粒被交代和膠結(jié)物相互交代兩個方面，交代作用是礦物被溶解并被沉淀出來的礦物所置換，新老2種礦物具有不同的化學(xué)組分。子洲氣由北部山段儲層交代作用特征見圖5。山段儲層經(jīng)歷的交代作用類型復(fù)雜多樣，主要有長石高嶺石化、黏土礦物和硅質(zhì)之間的相互轉(zhuǎn)化、高嶺石伊利石化和泥質(zhì)方解石化。

圖5 子洲氣田北部山段儲層交代作用特征

3.4 溶蝕作用

溶蝕作用是形成次生孔隙、改善儲層物性的主要成巖作用［10］，可將其分為碎屑顆粒溶蝕和填隙物溶蝕，在研究區(qū)主要表現(xiàn)為巖屑顆粒、泥質(zhì)填隙物和高嶺石被溶蝕，由此形成的粒內(nèi)溶孔、粒間溶孔構(gòu)成了研究區(qū)主要的次生溶蝕孔隙(圖6)。

圖6 子洲氣田北部山段儲層溶蝕作用特征

4 成巖相劃分與有利成巖相帶

為了在低孔超低滲的背景下尋找相對高孔高滲的有利儲層發(fā)育區(qū)，根據(jù)研究區(qū)沉積相特征、成巖作用特征，參照各項(xiàng)成巖指數(shù)，結(jié)合砂巖孔隙度與滲透率等各項(xiàng)參數(shù)，以“填隙物特征+(孔隙特征)+成巖作用特征”命名成巖相(注:孔隙特征若不明顯則不參與命名)，將研究區(qū)山段儲層劃分出6種成巖相［7-13］。

4.1 粒間孔+石英弱加大膠結(jié)溶蝕相

該巖相分布范圍較小，主要見于水下分流河道的石英砂巖，是優(yōu)質(zhì)儲層發(fā)育的巖相帶。由于石英的抗壓能力強(qiáng)，使壓實(shí)作用的效果相對減弱，有利于原生孔隙的保存。該成巖相含有一定數(shù)量的黏土膜，阻擋了石英加大邊的形成。同時，砂巖中富含石英、火山巖巖屑以及火山灰，易于形成酸性水介質(zhì)環(huán)境，酸性溶液進(jìn)入砂巖對長石碎屑、火山巖巖屑等易溶組分進(jìn)行溶蝕，在形成石英加大邊和次生粒間溶孔的同時，還形成了晶形普遍較好的自生高嶺石及大量高嶺石晶間微孔隙，使砂巖具有良好的儲集性能(圖7(a))。該成巖相帶孔隙度平均為9.4%，滲透率平均為0.91 ×10-3μm2。

圖7 子洲氣田北部山段儲層成巖相特征

4.2 高嶺石+石英加大膠結(jié)弱溶蝕相

該巖相分布范圍很廣，主要見于水下分流河道主河道上的石英砂巖和巖屑石英砂巖，是較有利儲層發(fā)育的巖相帶。由于石英的壓溶作用以及黏土礦物的相互轉(zhuǎn)化釋放出大量SiO2，它們以石英次生加大邊的形式充填于粒間孔隙中，使粒間孔隙明顯減少，這些孔隙被后來的自生高嶺石所充填，發(fā)育少量高嶺石晶間孔隙，它們之間通過粒間縫連通起來，局部發(fā)生輕微溶蝕現(xiàn)象(圖7(b))。該成巖相孔隙度平均為 6.8%，滲透率平均為0.88 ×10-3μm2。

4.3 雜基微孔溶蝕相

該巖相分布范圍較小，常見于水下分流河道或河道側(cè)翼的巖屑砂巖和巖屑石英砂巖中，是較優(yōu)質(zhì)儲層發(fā)育的巖相帶。由于凝灰質(zhì)填隙物脫水和收縮形成收縮縫，在酸性水作用下，火山碎屑、凝灰質(zhì)與黏土雜基發(fā)生溶解，形成不規(guī)則的粒內(nèi)溶孔和雜基溶孔與溶蝕縫，明顯改善了砂巖的儲集性能(圖7(c))。該成巖相孔隙度平均為7.0%，滲透率平均

為0.75 ×10-3μm2。

4.4 水云母膠結(jié)交代微孔相

該巖相分布范圍較大，主要見于水下分流河道側(cè)翼或分流河道側(cè)翼的巖屑砂巖中，是較差的儲集巖相。砂巖中的混層黏土在封閉條件下轉(zhuǎn)化形成大量水云母，水云母呈搭橋狀充填粒間孔隙并交代碎屑顆粒，雖發(fā)育有良好的微孔隙，但孔隙間連通性差，儲集性能較差(圖7(d))。該成巖相孔隙度平均為5.1%，滲透率平均為 0.55 ×10-3μm2。

4.5 鈣質(zhì)膠結(jié)交代致密相

該巖相分布范圍較小，常見于河道側(cè)翼或席狀砂的巖屑砂巖和巖屑石英砂巖中，為非儲集巖相。晚期成巖碳酸鹽膠結(jié)物頻繁沉淀并廣泛分布于該巖相帶砂巖中，形成橫向上的碳酸鹽膠結(jié)致密層。加之這類砂巖中碳酸鹽廣泛交代碎屑長石、石英、巖屑及黏土礦物、雜基、較早時期形成的微裂縫等，使得砂巖更加致密，儲集性能幾乎完全喪失(圖7(e))。該成巖相孔隙度平均為3.2%，滲透率平均為0.15 ×10-3μm2。

4.6 硅質(zhì)膠結(jié)致密相

該巖相分布范圍較小，常見于水下分流河道及其側(cè)翼的石英砂巖和巖屑石英砂巖中。砂巖主要發(fā)生石英的壓溶作用形成石英次生加大邊，鑲嵌緊密使石英顆粒間呈凹凸接觸，原生孔隙大量減少。顆粒表面發(fā)育較薄且不連續(xù)的黏土包膜，增強(qiáng)了粒間對石英顆粒的壓溶作用，使孔隙喉道完全堵塞，砂巖變得更加致密，儲集性能幾乎完全喪失(圖7(f))。該巖相帶砂巖的孔隙度普遍小于5%，平均滲透率為0.36 ×10-3μm2。

通過以上分析可以看出，粒間孔+石英弱加大膠結(jié)溶蝕相、高嶺石+石英加大膠結(jié)溶蝕相和雜基微孔溶蝕相這3種成巖相為有利成巖相;水云母膠結(jié)交代微孔相、鈣質(zhì)膠結(jié)交代致密相與硅質(zhì)膠結(jié)致密相這3種成巖相為不利成巖相。

4.7 成巖相平面展布

對研究區(qū)目的層段成巖相類型加以統(tǒng)計(jì)，繪制出不同成巖相的平面展布范圍，如圖8所示，在3種有利成巖相中，以高嶺石+石英加大膠結(jié)溶蝕相和粒間孔+石英弱加大膠結(jié)溶蝕相在研究區(qū)最為發(fā)育，是下一步天然氣勘探的有利成巖相帶。

圖8 子洲氣田北部山段儲層成巖相平面分布圖

5 結(jié)論

(1)研究區(qū)為典型的低孔超低滲儲層，儲層以巖屑石英砂巖和石英巖屑砂巖為主，巖屑以變質(zhì)巖屑為主;原生粒間孔不發(fā)育，主要發(fā)育次生孔隙，以巖屑溶孔和晶間孔為主。

(2)成巖作用對儲層物性有很大的影響，壓實(shí)作用使儲層的原始孔隙空間大量損失，膠結(jié)作用使部分原生孔隙和次生溶孔遭到破壞，是低孔超低滲儲層的主要成因，溶蝕作用所產(chǎn)生的次生孔隙使儲層物性得到了改善，成為主要的儲集空間。

(3)研究區(qū)共劃分出6種成巖相帶，其中粒間孔+石英弱加大膠結(jié)溶蝕相、高嶺石+石英加大膠結(jié)溶蝕相和雜基微孔溶蝕相為有利成巖相。在有利成巖相中，高嶺石+石英加大膠結(jié)溶蝕相和粒間孔+石英弱加大膠結(jié)溶蝕相在研究區(qū)最為發(fā)育，是下一步天然氣勘探的有利成巖相帶。

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