01-002-008)

·地球科學(xué)·

不同巖性的成巖演化對致密砂巖儲層儲集性能的影響——以鄂爾多斯盆地東部上古生界盒8段天然氣儲層為例

李杪1,羅靜蘭1，趙會濤2,王少飛2,付曉燕2,康銳2

(1.西北大學(xué) 地質(zhì)學(xué)系/大陸動力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安710069;2.中國石油天然氣股份有限公司長慶油田分公司 勘探開發(fā)研究院，陜西 西安710021)

摘要：通過各類薄片顯微鏡下的定量統(tǒng)計(jì)與研究,利用圖像孔喉、毛細(xì)管壓力、掃描電鏡、陰極發(fā)光、熒光分析等分析測試手段,對鄂爾多斯盆地東部盒8段致密砂巖的類型、巖石學(xué)特征、成巖作用、成巖-烴類充注演化歷史及孔隙結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行深入研究,分析各砂巖的成巖演化過程及其對砂巖孔隙結(jié)構(gòu)與儲集性能的影響。研究表明,盒8段不同砂巖類型的巖石學(xué)特征、孔隙發(fā)育狀況及其成巖演化過程存在一定的差異。石英砂巖與巖屑石英砂巖經(jīng)歷了3期明顯的烴類充注過程和多期復(fù)雜的成巖作用,應(yīng)是邊充注邊致密,二者各類孔隙均較發(fā)育,含氣性和儲集性能均較好。高塑性巖屑砂巖與鈣質(zhì)膠結(jié)砂巖的成巖-烴類充注演化過程相對簡單,前者經(jīng)歷早成巖階段壓實(shí)作用后部分成為致密儲層,含氣性和儲集性能較差;后者在中成巖階段A期后成為致密儲層,各類孔隙均不發(fā)育,基本為非儲層。該研究成果對深入理解砂巖類型，巖石學(xué)組分的成巖-烴類充注演化過程及其對儲層儲集性能的影響,預(yù)測有利儲集地帶均具有重要意義。

關(guān)鍵詞：巖石學(xué)特征；砂巖類型；成巖演化；孔隙結(jié)構(gòu)；儲集性能；盒8段致密砂巖；鄂爾多斯盆地

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(41272138);國家重大科技基金資助項(xiàng)目(2011ZX05008-004-61,2011ZX050

作者簡介：李杪,女,黑龍江密山人,西北大學(xué)博士生,從事沉積學(xué)和石油地質(zhì)學(xué)研究。

通訊作者：羅靜蘭,女,甘肅榆中人,西北大學(xué)教授,從事儲層沉積學(xué)與成巖作用研究。

中圖分類號：P619.130；TE122.2

Impact of the diagenetic evolution of different lithology on tight

sandstone reservoir performance:A case study from He 8

natural gas reservoir of the upper paleozoic in Eastern Ordos Basin

LI Miao1, LUO Jing-lan1, ZHAO Hui-tao2, WANG Shao-fei2,

FU Xiao-yan2, KANG Rui2

(1.Department of Geology/State Key Laboratory of Continental Dynamics, Northwest University, Xi′an 710069, China;

2.Research Institute of Exploration and Development, Changqing Oil Field, PetroChina, Xi′an 710021， China)

Abstract:Sandstone types, petrologic characteristics, diagenesis and diagenetic-hydrocarbon filling evolution, and pore structures of the He 8 tight sandstone reservoir from the Eastern Ordos Basin were carried out thoroughly, the impact of the diagenetic evolution process of different sandstone types on pore structures and reservoir quality was analyzed, based upon the quantitative statistics and research of all kinds of thin sections under microscope, the measurement of porosity and permeability, capillary pressure, pore and pore throat image and scanning electron microscope, cathodoluminescence and fluorescence identification. The result shows that different sandstone types are of differentiation in petrology, pore development and diagenetic evolution process. Quartzarenite and sublitharenite experienced three obvious hydrocarbon filling stages and relatively more complex multi-diagenetic processes, speculating they are filling while densing.With developed pores, quartzarenite and sublitharenite both are good gas reservoir in the area. Diagenetic-hydrocarbon evolution of litharenite with high content of plastic fragments and calcareous cemented sandstones are relatively simple. After compaction of early diagenetic stage, parts of the former have become dense reservoir, with undeveloped pore system and poor reservoir performance. While, after middle diagenetic stage, the latter is overall non-reservoir for natural gas, due to undevelopment pores. The result is important in deep understanding sandstone types, evolution process of diagenetic-hydrocarbon filling of petrological component and its effect on reservoir properties, and may predict favorable reservoir zone in the study area.

Key words: petrological characteristics; sandstone types; diagenetic evolution; pore structure; reservoir performance; tight sandstone of the He 8 Group; Ordos Basin

鄂爾多斯盆地東部上古生界致密砂巖含氣儲層具有多層系含氣、分布復(fù)雜、整體顯示低孔、低滲、儲層非均質(zhì)性強(qiáng)和部分層段氣層產(chǎn)量低的特點(diǎn)[1]。前人研究認(rèn)為,巖性和巖相與砂體展布特征、成巖-烴類充注過程、孔隙演化過程、埋藏-沉降過程是影響其形成致密砂巖相對較好儲層的關(guān)鍵因素[2-10],且這些影響因素之間并不是孤立的,存在一定的相關(guān)性。

成巖作用對砂巖埋藏演化過程的孔隙度和滲透率的產(chǎn)生、破壞以及改造起著關(guān)鍵作用;而沉積物本身的內(nèi)在特征(碎屑組分和結(jié)構(gòu))在一定程度上制約著成巖作用的發(fā)生和發(fā)展,從而引導(dǎo)出不同的成巖作用路徑及成巖演化序列，進(jìn)而影響孔隙的演化進(jìn)程[11-18],后者直接導(dǎo)致致密砂巖物性的不同,并由此影響產(chǎn)能與開發(fā)效果[7,16]。前人研究認(rèn)為，壓實(shí)作用為破壞性成巖作用,降低了儲集層的物性,而膠結(jié)作用對儲層物性的影響具雙重性,溶蝕作用則被認(rèn)定為加強(qiáng)性成巖作用[2-18]。但是，前人的成巖作用研究是把儲層砂巖作為一個(gè)整體進(jìn)行研究的，較少考慮到砂巖類型及其礦物成分等砂巖原始特征對成巖演化路徑及成巖產(chǎn)物、孔隙結(jié)構(gòu)特征的控制,從而掩蓋了儲層儲集性能成巖演化的部分成因信息。

本研究通過大量常規(guī)薄片、鑄體薄片、熒光薄片的顯微鏡下鑒定與定量統(tǒng)計(jì)，并利用圖像孔喉分析、毛細(xì)管壓力、電鏡掃描、陰極發(fā)光、熒光分析等多種分析測試手段,研究了鄂爾多斯盆地東部主力含氣層盒8段致密砂巖儲層的巖石學(xué)特征和孔隙結(jié)構(gòu)特征,分析了不同砂巖類型的成巖演化路徑、成巖產(chǎn)物及其分布特征、孔隙結(jié)構(gòu)變化及其對砂巖儲層儲集性能的影響，并建立了與烴類充注史相應(yīng)的致密砂巖儲層的成巖演化歷史。該研究對探討不同砂巖類型的成巖演化過程與烴類充注之間的關(guān)系及其對儲層儲集性能的影響具有重要的意義,可為研究區(qū)天然氣的勘探指明方向。

1砂巖類型及基本特征

研究區(qū)位于鄂爾多斯盆地陜北斜坡東北部,東起橫山,西至柳林,南抵子長—清澗,北至府谷。研究對象為上古生界二疊系下石盒子組盒8段,為盆地內(nèi)主要產(chǎn)氣層之一,其沉積環(huán)境以緩坡型辮狀河和低彎度曲流河為主,儲集砂體類型主要為高能水道心灘和疊置邊灘砂體[19]。根據(jù)野外鉆井巖心觀察描述及室內(nèi)322個(gè)砂巖薄片的定量統(tǒng)計(jì)結(jié)果,按巖石學(xué)組分及其儲層特征,研究區(qū)盒8段砂巖可分為石英砂巖、巖屑石英砂巖、高塑性巖屑砂巖、鈣質(zhì)膠結(jié)砂巖4類。其中，高塑性巖屑砂巖是指其中的巖屑鏡下百分含量≥20%,塑性巖屑(包括云母類,泥巖類等沉積巖巖屑，板巖千枚巖等變質(zhì)巖巖屑，安山巖、粗面巖、安山巖、玄武巖等火山巖巖屑，以及綠泥石碎屑等)鏡下百分含量≥15%的砂巖。鈣質(zhì)膠結(jié)砂巖指碳酸鹽膠結(jié)物的鏡下百分含量>15%的砂巖。盒8 段砂巖以巖屑石英砂巖為主,其次是石英砂巖和高塑性巖屑砂巖,少量鈣質(zhì)膠結(jié)砂巖(見圖1A)。

圖1　盒8段各砂巖類型巖石學(xué)組分與孔隙含量對比直方圖 Fig.1　Histogram of petrologic components and pores for different sandstone type from the He 8 Group

1.1砂巖的巖石學(xué)特征

研究區(qū)盒8段不同砂巖類型儲層的骨架礦物成分,特別是巖屑的面積百分含量存在較大的差異(見圖1B):石英的面積百分含量在石英砂巖、巖屑石英砂巖、高塑性巖屑砂巖和鈣質(zhì)膠結(jié)砂巖依次降低,長石含量幾乎無差異。巖屑含量以石英砂巖最低(塑性巖屑占2.2%),以高塑性巖屑砂巖最高(塑性巖屑占17.9%)。巖屑石英砂巖和鈣質(zhì)膠結(jié)砂巖中巖屑的面積百分含量介于石英砂巖和高塑性巖屑砂巖之間(塑性巖屑各占7.2%，5.1%)。

膠結(jié)物成分及其含量也存在一定差異(見圖1C): 石英砂巖的膠結(jié)物(15.4%)主要為硅質(zhì)與高嶺石, 其次是伊利石、 蒙脫石、 伊/蒙混層黏土礦物, 少量碳酸鹽與綠泥石(見圖1C); 巖屑石英砂巖的膠結(jié)物(13.3%)主要為伊利石、 蒙脫石、 伊/蒙混層, 其次硅質(zhì)與高嶺石, 少量碳酸鹽及凝灰質(zhì)填隙物與綠泥石(見圖1C); 高塑性巖屑砂巖膠結(jié)物(10.1%)主要為伊利石、 蒙脫石、伊/蒙混層,少量高嶺石、硅質(zhì)與碳酸鹽與綠泥石(見圖1C);鈣質(zhì)膠結(jié)砂巖膠結(jié)物(25.1%)主要為碳酸鹽,少量伊利石、蒙脫石、伊/蒙混層,其他膠結(jié)物很少(見圖1C)。

總體上講，石英砂巖主要為硅質(zhì)和高嶺石膠結(jié);巖屑石英砂巖以伊利石和硅質(zhì)含量較高為特征;高塑性巖屑砂巖中伊利石、蒙脫石和伊/蒙混層黏土礦物含量較高;鈣質(zhì)膠結(jié)砂巖則以高碳酸鹽類膠結(jié)物含量為特征。

1.2砂巖的孔隙發(fā)育與組合特征

研究區(qū)盒8段4類砂巖儲層的孔隙類型包括原生粒間孔隙、次生溶孔、高嶺石晶間微孔隙和微裂隙4種。石英砂巖的面孔率最高,各類孔隙最發(fā)育,以次生溶孔為主,其次是原生粒間孔和晶間微孔(見圖1D);巖屑石英砂巖的面孔率居中,以次生溶孔為主,其次是晶間微孔和原生粒間孔(見圖1D);高塑性巖屑砂巖的面孔率略低,以次生溶孔為主,其次是微裂縫(見圖1D);鈣質(zhì)膠結(jié)砂巖的各類孔隙均不發(fā)育,面孔率幾乎為零(見圖1D)。石英砂巖和巖屑石英砂巖主要發(fā)育溶孔+晶間微孔+原生粒間孔組合，原生粒間孔+溶孔組合，溶孔+晶間微孔+微裂縫組合及溶孔+晶間微孔組合;高塑性巖屑砂巖主要發(fā)育晶間微孔+少量溶孔組合和晶間微孔+少量微溶孔組合。

前人研究認(rèn)為,盒8段不同砂巖類型膠結(jié)物成分和儲層物性的差異性主要是受源區(qū)母巖性質(zhì)所控制[16]。

2砂巖的成巖演化序列

利用常規(guī)、鑄體與熒光薄片進(jìn)行顯微鏡下觀察，結(jié)合掃描電鏡、陰極發(fā)光等研究手段對研究區(qū)盒8段各砂巖類型的成巖作用過程及其成巖演化序列進(jìn)行研究，結(jié)果表明,各砂巖成巖作用類型與成巖演化過程存在一定差別。本研究在此基礎(chǔ)上分別建立了各砂巖的成巖演化序列。

2.1石英砂巖的成巖演化序列

顯微鏡下成巖作用-烴類充注演化序列分析結(jié)果顯示,盒8段石英砂巖的成巖作用過程較復(fù)雜,形成的膠結(jié)物(平均15.4%)類型較豐富(見圖1C)。石英砂巖經(jīng)歷了2期溶蝕作用，3期烴類充注與多期復(fù)雜的成巖作用過程(見圖2A，2B，2C)。石英砂巖的成巖演化序列可總結(jié)為:綠泥石膜Ⅰ→壓實(shí)作用→烴類充注Ⅰ→石英加大Ⅰ→綠泥石膜Ⅱ→石英加大Ⅱ→高嶺石Ⅰ→伊/蒙混層轉(zhuǎn)化→溶蝕Ⅰ→高嶺石Ⅱ→微晶硅質(zhì)→伊利石→烴類充注Ⅱ→構(gòu)造作用→方解石→溶蝕Ⅱ→烴類充注Ⅲ(見圖3)。

2.2巖屑石英砂巖的成巖演化序列

巖屑石英砂巖的成巖演化過程與石英砂巖基本類似,其成巖作用過程較復(fù)雜,膠結(jié)物(平均13.3%)類型也較豐富(見圖1C)。巖屑石英砂巖經(jīng)歷了2期溶蝕作用，3期烴類充注與多期復(fù)雜的成巖作用過程(見圖2D，2E)。巖屑石英砂巖的成巖演化序列可總結(jié)為：綠泥石膜Ⅰ→壓實(shí)作用→烴類充注Ⅰ→石英加大Ⅰ→綠泥石膜Ⅱ→石英加大Ⅱ→高嶺石Ⅰ→ 溶蝕Ⅰ→微晶硅質(zhì)→伊利石→烴類充注Ⅱ→構(gòu)造作用→方解石→溶蝕Ⅱ→烴類充注Ⅲ(見圖3)。

A 綠泥石膜Ⅰ→烴類充注Ⅰ→石英加大Ⅰ→綠泥石膜Ⅱ→石英加大Ⅱ→高嶺石Ⅰ→烴類充注Ⅱ， 石英砂巖，榆14，2 118.42～2 118.47 m；B 高嶺石Ⅰ→伊/蒙混層轉(zhuǎn)化→溶蝕Ⅰ→高嶺石Ⅱ，石英砂巖，榆99，2 420.81～2 421.27 m；C 烴類充注Ⅰ→石英加大→烴類充注Ⅱ→烴類充注Ⅲ(烴類Ⅰ形成于次生加大之前；烴類Ⅱ分布于粒間縫隙；烴類Ⅲ分布于粒間和粒內(nèi)溶孔及高嶺石晶間溶孔中)，石英砂巖，府2井，1 857.79 m；D 綠泥石膜→烴類充注Ⅰ→高嶺石→方解石→溶蝕→烴類充注Ⅱ，巖屑石英砂巖，召73井，2 845.36 m；E 烴類Ⅰ形成于次生加大之前，烴類Ⅱ分布于粒間溶孔及高嶺石晶間溶孔中， 烴類Ⅲ不顯熒光并切穿烴類Ⅱ， 巖屑石英砂巖， 府3井， 2 328.5 m； F 高塑性巖屑砂巖，神3井，1 986.50 m；G 烴類充填壓實(shí)縫與雜基中，高塑性巖屑砂巖，府3井，2 328.5 m；H 烴類Ⅰ形成于次生加大之前，烴類Ⅲ充填于方解石膠結(jié)物的溶蝕孔縫中，鈣質(zhì)膠結(jié)砂巖，府3井，2 328.52 m。 圖2　研究區(qū)盒8段各砂巖類型儲層成巖演化與烴類充注顯微鏡下證據(jù) Fig.2　 Evidence of diagenetic evolution and hydrocarbon filling under microscope from the He 8 sandstones

2.3高塑性巖屑砂巖的成巖演化序列

高塑性巖屑砂巖的成巖事件主要發(fā)生在早期成巖階段。砂巖中的塑性巖屑受強(qiáng)烈的壓實(shí)作用影響普遍發(fā)生扭曲變形、吸水膨脹及假雜基化堵塞孔隙與喉道(見圖2F，2G)。高塑性巖屑砂巖的成巖作用類型相對簡單,其成巖演化序列為:綠泥石膜→壓實(shí)壓溶作用→烴類充注Ⅰ→石英加大/硅質(zhì)→高嶺石→烴類充注Ⅱ→伊利石(見圖3)。

2.4鈣質(zhì)膠結(jié)砂巖的成巖演化序列

鈣質(zhì)膠結(jié)砂巖的成巖作用過程相對簡單,膠結(jié)物(平均25.1%)類型相對較單一(見圖1C),主要為呈基底式或嵌晶式膠結(jié)的碳酸鹽。鈣質(zhì)膠結(jié)砂巖經(jīng)歷了1期烴類充注與多期較簡單的成巖作用過程(見圖2H)。鈣質(zhì)膠結(jié)砂巖的成巖序列可總結(jié)為:綠泥石膜→壓實(shí)作用→烴類Ⅰ→高嶺石→微晶石英→方解石Ⅰ→伊利石→構(gòu)造作用→方解石Ⅱ(見圖3)。

2.5烴類充注期次的熒光證據(jù)

熒光薄片鏡下觀察與分析表明,研究區(qū)盒8段含氣的石英砂巖與巖屑石英砂巖經(jīng)歷了3期明顯的烴類充注(見圖2C，2E)。

1) 第一期烴類充注(烴類Ⅰ):形成于石英加大之前,顯示深藍(lán)色—藍(lán)色熒光,成熟度低—中等，充注規(guī)模有限;

2) 第二期烴類充注(烴類Ⅱ):充填顆粒裂縫、解理縫等原生縫隙以及各類溶孔與裂縫中,分布廣泛。淡藍(lán)色熒光,成熟度高。充注規(guī)模大,為研究區(qū)主要烴類充注期;

3) 第三期烴類充注(烴類Ⅲ):主要沿裂縫及溶蝕縫系統(tǒng)進(jìn)入儲層,分布在原烴類充注Ⅱ分布地帶,交代、溶蝕并部分覆蓋烴類充注Ⅱ。顯示亮藍(lán)色熒光,成熟度很高。本期烴類充注規(guī)模較烴類充注Ⅱ略小。

3成巖演化對孔隙結(jié)構(gòu)與儲集性能的影響

不同砂巖類型儲層的成巖演化路徑，成巖產(chǎn)物的類型、含量，膠結(jié)物成分及產(chǎn)狀存在差異,并導(dǎo)致其孔隙發(fā)育狀況和孔隙結(jié)構(gòu)特征不同,后者直接影響各砂巖類型儲層的儲集物性[6,16]。而作為衡量砂巖儲集性能主要參數(shù)的滲透率主要受孔隙大小、孔喉分布均勻程度等孔隙結(jié)構(gòu)特征的影響。

3.1石英砂巖

盒8段石英砂巖中塑性巖屑的含量較低(平均2.2%)(見圖4),其受壓實(shí)作用造成的孔隙度喪失率較低(平均14.5%,石英砂巖的原始孔隙度平均為34.9%)。

石英砂巖由膠結(jié)作用造成的平均孔隙度喪失率為11.8%。石英砂巖中較發(fā)育的硅質(zhì)膠結(jié)物使部分粒間孔與喉道喪失(見圖2A),導(dǎo)致孔喉連通性變差,其含量與孔滲呈較為明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系(見圖4),從而使砂巖的儲集物性變差;石英砂巖中高嶺石的含量相對較高,由于高嶺石膠結(jié)物中發(fā)育大量晶間微孔與微溶孔(見圖2B),在一定程度上改善了該類型砂巖的儲集物性,其含量與孔滲呈較為明顯的正相關(guān)關(guān)系(見圖4)。石英砂巖中充填于粒間的伊利石+蒙脫石+伊/蒙混層一方面減少了粒間孔隙并堵塞了部分喉道,在一定程度上降低了砂巖的儲集物性,但其中發(fā)育的大量微孔在一定程度上又提高了該類型砂巖的儲集物性。所以，石英砂巖中其的含量與孔滲沒有明顯的相關(guān)關(guān)系(見圖5)。

圖4　各砂巖的巖屑、膠結(jié)物與孔隙度、滲透率關(guān)系圖 Fig.4　Correlation diagram of the detrital fragments and cements to porosity and permeability for the He 8 sandstones

孔隙結(jié)構(gòu)分析結(jié)果顯示,石英砂巖的實(shí)測孔隙度和滲透率相對較高(見圖6)，排驅(qū)壓力和中值壓力均較低,中值半徑相對較大,均質(zhì)系數(shù)相對較小(見圖7)，這表明該類型砂巖儲層中孔喉較大,分選性較好,孔喉間的連通性較好,致使其滲流性能較好，儲層的儲集物性相對較好。55個(gè)試氣層試采結(jié)果顯示,石英砂巖的含氣性最好,工業(yè)氣流層占61.8%,低產(chǎn)層占29.1%,干層占9.1%。

3.2巖屑石英砂巖

巖屑石英砂巖中塑性巖屑的含量較低(平均7.2%)(見圖4),其受壓實(shí)作用造成的孔隙度喪失率較低(平均13.2%,巖屑石英砂巖的原始孔隙度平均為33.2%)。

巖屑石英砂巖由膠結(jié)作用造成的平均孔隙度喪失率為10.6%。巖屑石英砂巖中較高的伊利石、蒙脫石、伊/蒙混層膠結(jié)是該類型砂巖儲集物性降低的主要膠結(jié)物,其含量與孔滲呈較為明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系(見圖5)。特別是，當(dāng)該類型砂巖粒度較細(xì)、塑性巖屑與假雜基含量較高時(shí),其孔隙相對不發(fā)育,連通性較差,巖石較為致密。該類型砂巖的凝灰質(zhì)含量相對其他類型砂巖較高,其含量與孔滲呈弱的負(fù)相關(guān)關(guān)系(見圖5)。凝灰質(zhì)在一定程度上降低了砂巖的儲集物性,但如果其中發(fā)育次生溶孔,則可以稍微改善儲層的儲集性能。

盒8段巖屑石英砂巖的實(shí)測孔隙度和滲透率僅次于石英砂巖(見圖6)。巖屑石英砂巖的排驅(qū)壓力較低,中值壓力中等,中值半徑相對較大,均質(zhì)系數(shù)相對較小(見圖7)，這表明該類型砂巖儲層中孔喉大小分布較均勻,連通性較好,儲層的儲集物性也相對較好。241個(gè)試氣層試采結(jié)果顯示,巖屑石英砂巖的含氣性僅次于石英砂巖,工業(yè)氣流層占44.4%,低產(chǎn)層占32.2%,干層占23.4%。

圖5　各砂巖的巖屑、膠結(jié)物與孔隙度、滲透率關(guān)系圖 Fig.5　Correlation diagram of the detrital fragments and cement to porosity and permeability for the He 8 sandstones

總之,石英次生加大是導(dǎo)致石英砂巖與部分巖屑石英砂巖致密的膠結(jié)物,其主要形成在110～170℃(圖8A)的中成巖階段[20],結(jié)合烴類包裹體均一溫度(80～160℃)(見圖8B)及成巖-烴類充注演化過程研究,石英砂巖與巖屑石英砂巖經(jīng)歷了2期溶蝕作用，3期烴類充注及多期復(fù)雜的成巖作用過程,應(yīng)是邊充注邊致密。

3.3高塑性巖屑砂巖

高塑性巖屑砂巖中塑性巖屑的含量較高(平均17.9%)(見圖4A),其受壓實(shí)作用造成的孔隙度喪失率較高(平均22.4%,巖屑石英砂巖的原始孔隙度平均33.0%)。高含量的塑性巖屑在早成巖階段的壓實(shí)作用下發(fā)生強(qiáng)烈變形、吸水膨脹及假雜基化使砂巖中的原生孔隙快速減小，并堵塞喉道(見圖2F)。經(jīng)過早成巖階段后，其大部分孔隙已喪失或喪失殆盡,成為低孔低滲儲層,部分甚至成為致密儲層。

由于該類型砂巖在壓實(shí)作用過程中孔隙迅速減少,深埋后基本不能為后期流體活動提供有效空間；后期膠結(jié)作用及其產(chǎn)物的量有限,由膠結(jié)作用造成的孔隙喪失率較低(平均僅為5.2%)。因此,塑性巖屑在早成巖階段強(qiáng)烈變形、吸水膨脹及假雜基化并堵塞喉道是高塑性巖屑砂巖儲集物性變差的主要原因。但是，一部分高塑性巖屑砂巖在壓實(shí)過程中往往形成一些壓實(shí)裂縫,早期烴類充注可沿這些壓實(shí)微裂縫分布(見圖2F，2G)。

圖6　各砂巖類型實(shí)測孔隙度、滲透率對比圖 Fig.6　The measured porosity and permeability of He 8 different sandstones

高塑性巖屑砂巖的成巖作用主要發(fā)生在早成巖階段,經(jīng)歷早成巖階段壓實(shí)作用后，基本成為低孔低滲儲層,部分成為致密儲層。盒8段高塑性巖屑砂巖的實(shí)測孔隙度和滲透率較低(見圖6)。砂巖的排驅(qū)壓力較低,但中值壓力較高,中值半徑較小,均質(zhì)系數(shù)(平均11.7)相對較大(見圖7)，這表明該類型砂巖儲層中孔喉較小,分布不均勻,孔喉間的連通性較差,儲層的儲集物性相對較差。36個(gè)試氣層試采結(jié)果顯示,高塑性巖屑砂巖的含氣性較差,工業(yè)氣流層占22.2%,低產(chǎn)層占69.4%,干層占8.4%。

3.4鈣質(zhì)膠結(jié)砂巖

鈣質(zhì)膠結(jié)砂巖中碳酸鹽膠結(jié)物較為發(fā)育(23.5%)(見圖1C),呈基底式或嵌晶式膠結(jié)。鈣質(zhì)膠結(jié)砂巖由膠結(jié)作用造成的孔隙喪失率高達(dá)25.0%,其中,碳酸鹽膠結(jié)物是導(dǎo)致鈣質(zhì)膠結(jié)砂巖儲集性能變差的主要原因。砂巖中方解石膠結(jié)物中包裹體的均一溫度為90～140℃(見圖8C)，這表明鈣質(zhì)膠結(jié)主要形成在中成巖階段A期[20],成巖作用相對簡單。經(jīng)過中成巖階段A期,鈣質(zhì)膠結(jié)砂巖中絕大部分孔隙喪失,成為致密儲層,難為晚期流體活動提供有效空間。但是，早期基底式碳酸鹽膠結(jié)物的形成抵抗了壓實(shí)作用的強(qiáng)度,加之鈣質(zhì)膠結(jié)砂巖中塑性巖屑的含量較低(平均5.1%)(見圖4A),致使由壓實(shí)作用造成的孔隙喪失率很低(平均5.2%,鈣質(zhì)膠結(jié)砂巖的原始孔隙度平均為33.7%)。

成巖演化序列研究表明,盒8砂巖在晚期亮晶方解石膠結(jié)之后發(fā)生過一次溶蝕作用,亮晶方解石膠結(jié)物溶孔中可見烴類充注Ⅲ(見圖2H)。但是，如果砂巖中碳酸鹽膠結(jié)物面積百分含量≥20%時(shí),后期流體難以進(jìn)入對其進(jìn)行溶解,烴類充填無法完成。

盒8段鈣質(zhì)膠結(jié)砂巖的實(shí)測孔隙度和滲透率最低。砂巖的排驅(qū)壓力和中值壓力均較高,中值半徑相對較小,均質(zhì)系數(shù)相對較大(見圖7)，這表明該類型砂巖儲層孔喉偏小,非均質(zhì)性較強(qiáng),連通性較差,儲層的儲集物性相對較差。17個(gè)試氣層試采結(jié)果顯示,鈣質(zhì)膠結(jié)砂巖的含氣性最差,工業(yè)氣流層和低產(chǎn)層均占5.9%,干層占88.2%。

圖7　各砂巖類型孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)對比圖 Fig.7　Correlation histogram of the pore structure parameters of the He 8 sandstones

圖8　研究區(qū)盒8段砂巖主要膠結(jié)物中包裹體與烴類包裹體溫度對比圖 Fig.8　Histogram shows homogenization tempretures of the inclusions and hydrocarbon-bearing inclusions in cements

4結(jié)論

1)盒8段不同砂巖成巖作用類型與成巖演化過程存在一定差別。石英砂巖和巖屑石英砂巖經(jīng)歷了3期明顯的烴類充注與較復(fù)雜的多期成巖作用過程，應(yīng)是邊充注邊致密。高塑性巖屑砂巖和鈣質(zhì)膠結(jié)砂巖的成巖-烴類充注演化過程相對簡單,高塑性巖屑砂巖經(jīng)歷早成巖階段壓實(shí)作用后，部分成為致密儲層,而鈣質(zhì)膠結(jié)砂巖經(jīng)歷中成巖階段A期后基本成為致密儲層。

2) 不同砂巖類型由主要成巖作用造成的孔隙喪失率不同。石英砂巖和巖屑石英砂巖的孔隙喪失率主要由壓實(shí)作用和膠結(jié)作用造成(分別為14.5%和11.8%,13.2%和10.6%);高塑性巖屑砂巖的孔隙喪失率主要由壓實(shí)作用造成(高達(dá)22.4%);鈣質(zhì)膠結(jié)砂巖的孔隙喪失率主要由膠結(jié)作用造成(高達(dá)25.0%)。

3) 差異性成巖演化過程導(dǎo)致了各砂巖儲層孔隙發(fā)育狀況與孔隙結(jié)構(gòu)的不同,直接影響了各砂巖儲層的孔隙結(jié)構(gòu)與儲集性能。以石英砂巖的面孔率最高,各類孔隙最發(fā)育,孔隙結(jié)構(gòu)較好,滲流能力與儲集性能較好;巖屑石英砂巖次之;高塑性巖屑砂巖的孔隙發(fā)育與孔隙結(jié)構(gòu)較差,儲集性能有限;鈣質(zhì)膠結(jié)砂巖孔隙結(jié)構(gòu)特征最差,基本為非儲層。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉新社. 鄂爾多斯盆地東部上古生界巖性氣藏形成機(jī)理[D].西安：西北大學(xué)，2008.

[2]高輝,孫衛(wèi). 鄂爾多斯盆地合水地區(qū)長8儲層成巖作用與有利成巖相帶[J].吉林大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2010,40(3):542-548.

[3]胡海燕. 油氣充注對成巖作用的影響[J].海相油氣地質(zhì),2004,9(1/2):85-89.

[4]何濤,王芳,宋漢華. 蘇里格氣田南部盒8段儲層成巖作用及孔隙演化[J].石油天然氣學(xué)報(bào) (江漢石油學(xué)院學(xué)報(bào)),2013, 35(2): 31-35.

[5]劉小洪,馮明友,羅靜蘭,等. 鄂爾多斯盆地烏審召地區(qū)盒8，山1段儲層流體包裹體特征及其意義[J].石油與天然氣地質(zhì),2010,31(3):360-374.

[6]羅靜蘭,劉小洪,林潼,等. 成巖作用與油氣侵位對鄂爾多斯盆地延長組砂巖儲層物性的影響[J].地質(zhì)學(xué)報(bào),2006,80(5):664-672.

[7]羅靜蘭,魏新善,姚涇利,等. 物源與沉積相對鄂爾多斯盆地北部上古生界天然氣優(yōu)質(zhì)儲層的控制[J].地質(zhì)通報(bào),2010,29(6):811-820.

[8]譚晨曦,李文厚,張慧元,等. 河流相致密砂巖儲層成巖作用及其對儲層的影響——以大牛地氣田下石盒子組砂巖儲層為例[J]. 礦物學(xué)報(bào),2011, 31(2):211-220.

[9]楊仁超,王秀平,樊愛萍,等. 蘇里格氣田東二區(qū)砂巖成巖作用與致密儲層成因[J]. 沉積學(xué)報(bào),2012,30(1):111-119.

[10]張曉峰,侯明才,陳安清.鄂爾多斯盆地東北部下石盒子組致密砂巖儲層特征及主控因素[J].天然氣工業(yè),2010, 30(11):34-38.

[11]BERGER A,GIER S,KROIS P.Porosity-preserving chlorite cements in shallow-marine volcaniclastic sandstones:Evidence from Cretaceous sandstones of the Sawan gas field,Pakistan[J]. AAPG Bulletin,2009,93(5):595-615.

[12]FRENCH M W,WORDEN R H,MARIANI E,et al.Microcrystalline quartz generation and the preservation of porosity in sandstones: evidence from the Upper Cretaceous of the Subhercynian basin,Germany[J].Journal of Sedimentary Research,2012,82(7): 422-434.

[13]賴錦,王貴文,王書南,等. 碎屑巖儲層成巖相研究現(xiàn)狀及進(jìn)展[J]. 地球科學(xué)進(jìn)展,2013,28(1): 39-49.

[14]林春明,張霞,周健,等. 鄂爾多斯盆地大牛地氣田下石盒子組儲層成巖作用特征[J].地球科學(xué)進(jìn)展,2011,26(2):212-223.

[15]劉清俊,于炳松,周芳芳,等. 阿克庫勒凸起東河砂巖成巖作用與成巖相[J].西南石油大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2010,33(5):54-63.

[16]羅靜蘭,劉新社,付曉燕,等. 巖石學(xué)組成及其成巖演化過程對致密砂巖儲集質(zhì)量與產(chǎn)能的影響:以鄂爾多斯盆地上古生界盒8天然氣儲層為例[J].地球科學(xué)(中國地質(zhì)大學(xué)學(xué)報(bào)),2014,39(5)：537-545.

[17]王雅楠,李達(dá),齊銀,等. 蘇里格氣田蘇 14 井區(qū)盒 8 段儲層成巖作用與孔隙演化[J]. 斷塊油氣田,2011,18(3):297-300.

[18]閆建萍,劉池洋,張衛(wèi)剛,等. 鄂爾多斯盆地南部上古生界低孔低滲砂巖儲層成巖作用特征研究[J].地質(zhì)學(xué)報(bào),2010,84(2):272-279.

[19]文華國,鄭榮才,高紅燦,等. 蘇里格氣田蘇6井區(qū)下石盒子組盒8段沉積相特征[J].沉積學(xué)報(bào),2007,25(1):90-97.

[20]石油地質(zhì)勘探專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化委員會.SY/T5477-2003，中華人民共和國石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)——碎消巖成巖階段劃分[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2003.

(編輯雷雁林)