鄧 杰,劉 璐

(中國(guó)石化華北分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，河南鄭州，450006)

鄂爾多斯盆地鎮(zhèn)涇地區(qū)長(zhǎng)8低滲透儲(chǔ)層成因

鄧 杰,劉 璐

(中國(guó)石化華北分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，河南鄭州，450006)

鄂爾多斯盆地鎮(zhèn)涇地區(qū)長(zhǎng)8儲(chǔ)層主要為長(zhǎng)石巖屑砂巖，孔隙度平均值11.7%，滲透率平均值0.56×10-3μm2，屬于典型的低孔低滲儲(chǔ)層。通過(guò)對(duì)長(zhǎng)8儲(chǔ)層鑄體薄片的觀察：明確了該區(qū)儲(chǔ)層的成巖作用特征，通過(guò)定量分析各種成巖作用對(duì)儲(chǔ)層造成的影響，探討了該區(qū)低滲透儲(chǔ)層形成的原因：低滲透儲(chǔ)層形成的主要原因是壓實(shí)作用，但晚期膠結(jié)作用，尤其是方解石的大量充填是導(dǎo)致儲(chǔ)層低孔滲的直接原因。研究結(jié)果表明，在大規(guī)模生烴之前儲(chǔ)層孔隙度應(yīng)為15%～25%，屬于中高孔儲(chǔ)層；而隨后大規(guī)模的膠結(jié)作用導(dǎo)致儲(chǔ)層孔隙度迅速下降至現(xiàn)今的8%～18%，形成了低孔低滲儲(chǔ)層。

延長(zhǎng)組；成巖作用；鎮(zhèn)涇地區(qū)；鄂爾多斯盆地

低滲透油氣藏在全世界分布廣泛，資源量豐富[1]。我國(guó)每年發(fā)現(xiàn)的石油儲(chǔ)量一半以上都屬于低滲透油層，在新增儲(chǔ)量中占有十分重要的地位[2-4]，也是目前我國(guó)石油勘探的最重要領(lǐng)域之一，因此對(duì)低滲透儲(chǔ)層的研究具有十分的重要意義[4-5]。鄂爾多斯盆地礦產(chǎn)資源十分富集，盆地內(nèi)儲(chǔ)層分布廣泛，屬于典型的低孔低滲儲(chǔ)層[6]。鎮(zhèn)涇地區(qū)位于鄂爾多斯盆地天環(huán)坳陷南部，地層北西向傾斜，面積2 515 km2，經(jīng)過(guò)多年勘探，已發(fā)現(xiàn)延安組、延長(zhǎng)組長(zhǎng)6、長(zhǎng)8、長(zhǎng)9等多個(gè)含油層系，總資源量約6.3億噸，勘探潛力巨大[3]。本文以鄂爾多斯盆地鎮(zhèn)涇地區(qū)延長(zhǎng)組長(zhǎng)8油層組為例，通過(guò)研究不同成巖作用及其在儲(chǔ)層演化過(guò)程中的影響，探討該地區(qū)低滲透儲(chǔ)層的成因與機(jī)理。

1 儲(chǔ)層特征

鎮(zhèn)涇地區(qū)長(zhǎng)8儲(chǔ)層主要為長(zhǎng)石巖屑砂巖，其次為少量巖屑砂巖。碎屑顆粒以細(xì)粒為主，少量為極細(xì)粒，中等-輕風(fēng)化程度，分選中等-好，磨圓以次棱角-棱角狀為主，呈點(diǎn)-線接觸，孔隙式-薄膜式膠結(jié)。

長(zhǎng)8儲(chǔ)層孔隙度一般為7%～18.7%，平均值為11.70%，滲透率主要分布范圍為(0.08～6.15)×10-3μm2，平均值為0.56×10-3μm2。按照國(guó)家地質(zhì)礦產(chǎn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，長(zhǎng)8儲(chǔ)層孔隙度主要為低孔 (10%～15%)、特低孔(小于10%)，滲透率主要屬于特低滲 (小于5×10-3μm2)以及低滲(5×10-3μm2～50×10-3μm2)。綜合樣品主要分布區(qū)間判斷，該儲(chǔ)層主要屬于低孔-特低孔、特低滲儲(chǔ)層。

2 成巖作用對(duì)儲(chǔ)層孔隙度的影響

成巖作用研究是深化碎屑巖儲(chǔ)層地質(zhì)理論、合理解釋油氣儲(chǔ)集空間形成機(jī)理和有利孔隙發(fā)育帶的基礎(chǔ)，也是儲(chǔ)層演化研究的重要依據(jù)。

2.1 壓實(shí)作用

鎮(zhèn)涇地區(qū)壓實(shí)作用強(qiáng)烈，主要有機(jī)械壓實(shí)作用和壓溶作用。通過(guò)鑄體薄片下可發(fā)現(xiàn)巖石顆粒發(fā)生定向排列現(xiàn)象普遍，接觸趨于緊密，接觸方式以點(diǎn)-線狀或線-線狀接觸為主，石英、長(zhǎng)石的剛性組分經(jīng)常發(fā)生破裂，云母等塑性組分發(fā)生彎曲以及定向排列現(xiàn)象普遍。同時(shí)由于壓溶作用導(dǎo)致顆粒之間表現(xiàn)為凹凸?fàn)罴翱p合線接觸以及游離出的二氧化硅在鄰近部位以石英加大或自生石英等形式析出現(xiàn)象。因此強(qiáng)烈的壓實(shí)作用可能是造成原始空隙大量喪失的主要原因。

2.2 膠結(jié)作用

鎮(zhèn)涇地區(qū)膠結(jié)作用強(qiáng)烈，進(jìn)一步可分為早期膠結(jié)作用和晚期膠結(jié)作用。早期膠結(jié)物主要包括各類黏土礦物以及少量硅質(zhì)。其中黏土類膠結(jié)物主要有綠泥石、伊利石、高嶺石、伊蒙混層等。晚期膠結(jié)物主要為碳酸鹽膠結(jié)物。

綠泥石主要為成巖早期的產(chǎn)物，主要以葉片狀垂直于顆粒表面分布，為櫛殼狀結(jié)構(gòu)，常以綠泥石膜的出現(xiàn)包裹碎屑顆粒。鏡下觀察發(fā)現(xiàn)，一般綠泥石膜發(fā)育位置不僅顆粒接觸較其他位置疏松，而且充填孔隙的碳酸鹽膠結(jié)物和石英加大邊現(xiàn)象也較少，原生粒間孔隙保存相對(duì)較好。通過(guò)孔隙度與綠泥石含量關(guān)系分析可以發(fā)現(xiàn)，隨著綠泥石含量的增加，孔隙度逐漸增大，兩者呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系(圖1)。這主要是由于綠泥石膜在壓實(shí)過(guò)程中能夠起到支撐作用，從而減小了壓實(shí)作用對(duì)粒間孔隙的破壞，同時(shí)對(duì)石英顆粒的包裹又抑制了石英加大邊的形成，進(jìn)一步保護(hù)了原生粒間孔隙。

圖1 綠泥石含量對(duì)孔隙度影響

伊利石主要以絲狀或針狀垂直顆粒表面生長(zhǎng)，包裹顆粒，局部喉道部位可形成搭橋狀，含量較少，對(duì)孔隙度的影響不大，但是細(xì)小喉道處的伊利石導(dǎo)致喉道更加狹窄，尤其是搭橋產(chǎn)狀的伊利石更容易堵塞孔隙，極大地降低儲(chǔ)層滲透率。

高嶺石集合體主要以書(shū)頁(yè)狀、蠕蟲(chóng)狀分布于碎屑顆粒表面。在顯微鏡下可以觀察到以書(shū)頁(yè)狀、蠕蟲(chóng)狀集合體松散堆積或充填粒間孔隙自生高嶺石，其粒間微孔較為發(fā)育，在一定程度上減小壓實(shí)作用影響，同時(shí)保存了一定的粒間孔隙。

通過(guò)在鏡下觀察大量鑄體薄片發(fā)現(xiàn)，方解石充填孔隙嚴(yán)重，主要以孔隙式、局部以基底式膠結(jié)顆粒，一般為連晶式膠結(jié)，面孔率最大可達(dá)到35%，但一般不超過(guò)30%，平均值為7.13%，占據(jù)了大量原生孔隙空間。由圖2可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)方解石含量剛開(kāi)始增加時(shí)，孔隙度急劇下降，導(dǎo)致儲(chǔ)層喪失大量?jī)?chǔ)集空間。

2.3 壓實(shí)作用與膠結(jié)作用影響定量分析

由于原始孔隙度與顆粒大小無(wú)關(guān)，僅與分選系數(shù)有關(guān)系，因此可以根據(jù)beard經(jīng)驗(yàn)公式(1973)[7]計(jì)算出儲(chǔ)層原始孔隙度為37.5%～38.94%，平均值在38.11%左右。根據(jù)Lundegard(1992)提出的計(jì)算砂巖壓實(shí)和膠結(jié)作用引起的孔隙度損失量公式，可以分別計(jì)算儲(chǔ)層的壓實(shí)減孔量和膠結(jié)減孔量。

(1)

(2)

式中：COPL：壓實(shí)減孔量，%；CEPL：膠結(jié)減孔量，%；Pi：砂巖原始孔隙度，%；C：膠結(jié)物體積比例，%；Pmc：負(fù)膠結(jié)物孔隙度(膠結(jié)物總量+現(xiàn)今孔隙度)，%

計(jì)算結(jié)果表明，鎮(zhèn)涇地區(qū)壓實(shí)減孔量最大可達(dá)36.5%，最小減孔量1.6%，平均值為26.25%，反映了不均衡壓實(shí)的特點(diǎn)；膠結(jié)減孔量一般不超過(guò)15%，平均值僅為8.5%。在膠結(jié)減孔量-壓實(shí)減孔量關(guān)系圖上(圖3)可以清楚的看出，壓實(shí)減孔量明顯大于膠結(jié)減孔量，表明壓實(shí)作用是造成儲(chǔ)層孔隙度下降的最主要原因。

圖3 長(zhǎng)8膠結(jié)減孔量與壓實(shí)減孔量關(guān)系

2.4 溶蝕作用

鎮(zhèn)涇地區(qū)溶蝕作用主要表現(xiàn)為對(duì)長(zhǎng)石及巖屑顆粒的溶蝕，形成了大量溶蝕粒間孔隙、溶蝕粒內(nèi)孔隙及鑄?？紫叮渲虚L(zhǎng)石及巖屑顆粒的溶蝕孔隙是僅次于原生粒間孔隙的該地區(qū)最重要的孔隙類型，導(dǎo)致孔隙度增加了約8%。但是鑄體薄片中方解石溶蝕孔隙較為少見(jiàn)，表明成巖晚期溶蝕作用不發(fā)育。

前人認(rèn)為地層中有機(jī)酸主要來(lái)源于有機(jī)質(zhì)在低成熟條件下的脫羧基作用，進(jìn)而導(dǎo)致次生孔隙形成。但是當(dāng)?shù)貙訙囟瘸^(guò)90℃時(shí)(鏡質(zhì)組反射率為2%～13%)，有機(jī)質(zhì)熱演化達(dá)到成熟階段，大量油氣形成，抑制了有機(jī)質(zhì)的脫羧基作用，導(dǎo)致孔隙水介質(zhì)條件由酸性向堿性轉(zhuǎn)化，砂巖也由酸性成巖環(huán)境進(jìn)入堿性成巖環(huán)境[8-9]，進(jìn)而抑制了溶蝕作用的進(jìn)行。結(jié)合鄂爾多斯盆地構(gòu)造演化歷史和前人研究成果，確定溶蝕作用主要發(fā)生在中晚侏羅世第一次小規(guī)模排烴(即早期膠結(jié)作用)之后、早白堊世末第二次大規(guī)模排烴(即晚期膠結(jié)作用)之前。因此大規(guī)模的溶解作用主要發(fā)生在中晚侏羅世，此后溶蝕作用逐步減弱。在早白堊世末延長(zhǎng)組達(dá)到最大埋深[10]，烴源巖進(jìn)入大規(guī)模排烴階段，形成了堿性成巖環(huán)境，此時(shí)溶蝕作用基本停止，大量碳酸鹽膠結(jié)物開(kāi)始形成，不僅占據(jù)了剩余的原始粒間孔隙空間，還進(jìn)一步將前一段產(chǎn)生溶蝕孔隙充填。

3 低滲透儲(chǔ)層成因分析

根據(jù)鎮(zhèn)涇探區(qū)成巖特征，確定該探區(qū)成巖作用序列為壓實(shí)作用-早期膠結(jié)作用-溶蝕作用-晚期膠結(jié)作用，其中早期膠結(jié)作用主要包括伊蒙間層、綠泥石膜、高嶺石的形成，石英的自生加大，裂隙的形成；晚期成巖作用主要包括石英自生加大，方解石、伊利石和白云石的形成。鎮(zhèn)涇地區(qū)儲(chǔ)層原始孔隙度在38%左右，壓實(shí)作用使儲(chǔ)層孔隙度降低20%～30%，早期膠結(jié)作用占據(jù)了約1.2%的孔隙空間，而中晚侏羅世的溶蝕作用使孔隙度增加了約8%，此時(shí)儲(chǔ)層孔隙度應(yīng)為15%～25%，屬于中高孔儲(chǔ)層，油氣在其中運(yùn)移阻力不大。而隨后晚期膠結(jié)作用使孔隙度降低了7%左右，導(dǎo)致孔隙度降低到現(xiàn)今的8%～18%，尤其是伊利石膠結(jié)物的形成更進(jìn)一步降低了儲(chǔ)層滲透率，形成了低孔低滲儲(chǔ)層。因此，鎮(zhèn)涇地區(qū)低滲透儲(chǔ)層形成的最主要原因是強(qiáng)壓實(shí)作用，但是晚期膠結(jié)作用尤其是方解石的大量充填是導(dǎo)致儲(chǔ)層低孔低滲的最直接原因。

4 結(jié)論

(1)鎮(zhèn)涇地區(qū)長(zhǎng)8儲(chǔ)層主要為長(zhǎng)石巖屑砂巖，孔隙度平均值為11.7%，滲透率平均值為0.56×10-3μm2，屬于典型的低孔低滲儲(chǔ)層，依次經(jīng)歷了壓實(shí)作用-早期膠結(jié)作用、溶蝕作用、晚期膠結(jié)作用等成巖作用。

(2)各類成巖作用對(duì)儲(chǔ)層物性影響具有一定差異性。早期膠結(jié)作用中綠泥石膜的形成以及隨后溶蝕作用屬于建設(shè)性成巖作用；壓實(shí)作用和晚期膠結(jié)作用則導(dǎo)致了儲(chǔ)層的致密化；伊利石含量較低對(duì)孔隙度影響不大，但是對(duì)儲(chǔ)層滲透率起到了負(fù)面影響。

(3)壓實(shí)作用和膠結(jié)作用造成孔隙度分別損失26.25%和8.5%左右。中、晚侏羅世第一次小規(guī)模排烴的同時(shí)排出大量有機(jī)酸，形成大量溶蝕孔隙，孔隙度增加了8%左右；早白堊世末大規(guī)模排烴時(shí)，有機(jī)質(zhì)熱演化達(dá)到成熟階段，抑制了有機(jī)酸形成，形成大量碳酸鹽膠結(jié)物，形成了低孔低滲儲(chǔ)層。

[1] 徐運(yùn)亭，徐啟，郭永貴，等.低滲透油藏滲流機(jī)理研究及應(yīng)用[M].北京:石油工業(yè)出版社，2006：120-130.

[2] 汪中浩，章成廣．低滲透砂巖儲(chǔ)層測(cè)井評(píng)價(jià)方法[M]．北京:石油工業(yè)出版社，2004: 32-58.

[3] 王學(xué)軍，王志欣，陳杰，等.鄂爾多斯盆地鎮(zhèn)北油田延長(zhǎng)組低滲透儲(chǔ)層成因[J].油氣地質(zhì)與采收率，2010，17 (1):15-19.

[4] 蔣凌志，顧家裕，郭彬程.中國(guó)含油氣盆地碎屑巖低滲透儲(chǔ)層的特征及形成機(jī)理[J].沉積學(xué)報(bào)，2004，22(1):13-18.

[5] 曾大乾， 李淑貞.中國(guó)低滲透砂巖儲(chǔ)層類型及地質(zhì)特征[J].石油學(xué)報(bào)，1994，15(1):38-46.

[6] 李德生.重新認(rèn)識(shí)鄂爾多斯盆地油氣地質(zhì)學(xué)[J].石油勘探與開(kāi)發(fā)，2004，15(1):38-46.

[7] Beard D C, Weyl P K.Influence of texture on porosity and permeability of unconsolidated sand[J].AAPG Bulletin,1973,57:349-369.

[8] Sullivan K B,Mcbride E F.Diagenesis of sandstones at shale contacts and diagenetic heterogeneity, Frio Formation , Texas[J].AAPG Bulletin,1991,75(1):121-138．

[9] 邱隆偉，姜在興，操應(yīng)長(zhǎng),等．泌陽(yáng)凹陷堿性成巖作用及其對(duì)儲(chǔ)層的影響[J].中國(guó)科學(xué)(D輯)，2001,31(9)：752-759．

[10] 任戰(zhàn)利，張盛，高勝利，等.鄂爾多斯盆地構(gòu)造熱演化史及其成藏成礦意義[J].中國(guó)科學(xué)(D輯)，2007，37 (增刊Ⅰ):23-32.

編輯：李金華

1673-8217(2015)02-0053-03

2014-10-15

鄧杰，1986年生，2011年畢業(yè)于西北大學(xué)礦產(chǎn)與普查專業(yè)，現(xiàn)從事石油勘探研究工作。

TE348

A