鄂尔多斯盆地延长油气区石盒子组盒8段储层成岩作用研究.pdf

天 然 气 勘探 与 开 发 2 0 1 1 年 1 0 月出版 鄂尔 多斯盆地延长油气 区 石盒子组盒 8段储层成岩作用研究 水 于波 ， 1 ． 大陆动力学国家重点实验室 西北大学地质学系2 ． 陕西延长石油集团有限责任公司研究院 摘要根据薄片、 铸体薄片、 扫描电镜、 x一衍射及化验分析等资料， 对延长油气区盒 8段储层的岩石学特 征、 成岩作用类型和阶段划分及其对孔隙的影响进行了研究。研究表明， 该区盒 8段储集岩以岩屑石英砂岩为主， 成分成熟度较高， 结构成熟度较低。成岩作用类型主要包括 压实作用、 胶结作用和溶蚀作用。目前基本处于晚成 岩阶段的B期 ， 部分进入晚成岩 c期。早成岩 A期至晚成岩 B期的压实作用、 晚成岩 A期的交代蚀变作用是使物 性变差的两个重要因素； 晚成岩 B C 期的充填胶结作用是储层质量变差的又一原因， 绿泥石环边胶结和溶蚀作用 则是储层物性变好的重要成岩控制因素。图 3 表 1 参 9 关键词鄂尔多斯盆地延长油气区砂岩成岩作用盒 8 段储层孑 L 隙演化 近年来 ， 鄂尔多斯盆地天然气勘探不断取得突 破， 继下古生界奥陶系靖边气田发现以来 ， 在上古生 界又发现了榆林、 苏里格、 乌审旗和子洲等多个大气 田， 天然气勘探态势 良好。勘探实践和综合研究表 明， 该盆地后备资源充足， 勘探潜力较大。其 中， 盆 地东部为多层系复合含气区、 盆地南部则是煤层气 和生物气勘探的重要领域 。 延长油气 区主要位于陕西省延安市境 内， 部分 位于榆林市境内， 构造上处鄂尔多斯盆地陕北斜坡 东南部 ， 其基底起伏较小， 沉积盖层倾角平缓 ， 无明 显背斜， 以鼻状构造发育为特征 J 。近年来， 随着 南泥湾、 甘谷驿、 七里村和王家川等地一大批井的试 气成功， 展现了良好 的天然气勘探前景 ， 已初具大型 气 田之雏形。作为研究区主力产气层的下石盒子组 盒 8段储集体主要以辫状河三角洲前缘水下分流河 道砂 体 为 主。储 层 物 性 较 差 ， 孔 隙度 平 均 为 8 ． 8 l ％， 渗透率为 0 ． 8 2 m D ， 是典型的低孑 L 低渗储集 岩， 储集空间类型 以次生孔 隙为主 ， 其成岩作用复 杂， 对孔隙度和渗透率的变化起着关键作用。因此 ， 开展延长油气区盒 8段储集砂岩成岩作用研究， 对 油气区储层评价和有利气区预测具有重要意义。 8段储层岩性主要为中粒岩屑石英砂岩， 次为石英 砂岩和岩屑砂岩 图 1 ， 其 中碎屑颗粒含 量平均 8 3 ． 7 ％ ， 成分以石英为主， 其次为岩屑， 石英 占6 8 ％ 5 4 ％ 一7 9 ％ ， 长石平均 为 0 ． 4 ％ ， 岩屑为 1 5 ． 3 ％ 7 ． 5 ％ 一2 7 ％ ， 岩屑中以变质岩屑为主 ， 含量为 1 0 ． 4 ％ 5 ％ 一 2 2 ％ ， 其次为火山岩屑 3 ． 6 ％ 2 ％ ～ 7 ％ ， 含少量云母， 含量平均为 0 ． 1 ％。填隙物含量 较高， 含量为 1 2 ％ ～ 2 0 ％， 平均为 1 6 ． 2 ％， 其中凝灰 长石 岩屑 I ．石英砂岩； U．长石质石英砂岩； l U ．岩屑质石英砂 1 岩石学特征 岩； Ⅳ 长 石 岩 屑 质 石 英砂 岩； V 长 石 砂 岩； Ⅵ 岩 屑 质长 石砂岩 ； V R ． 长石质岩屑砂岩 ； Ⅷ．岩屑砂岩 ． 通过常规薄片、 铸体薄片观察分析认为， 本区盒 图1 盒8 段砂 岩分类图 据F o lk 。1 9 7 4 } ％项目资助 “ 十一五” 国家科技支撑项 目 项目编号 2 0 0 7 B A B 1 7 B 0 0 。 作者简介于波， 男， 1 9 7 9年出生， 博士， 工程师； 从事储层地质学研究。地址 7 1 0 0 6 5 陕西延长石油集团有限责任公司研究院。电话 1 3 5 7 2 0 8 6 9 04 。 Ema i l b y l n fr e e b o y 1 2 6 ． c o m 2 6 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 4卷第 4期 天 然 气勘 探 与 开 发 质和硅质居多 ， 其次为高岭石 图 2 。碎屑颗粒分 选性较好 ， 磨圆度较差， 多为次圆 一次棱角状 ， 颗粒 之间以线接触为主， 胶结类型多 以孔 隙式胶结和次 生加大 一孔隙式胶结类型为主。上述分析表明研究 区盒 8段砂岩成分成熟度较高、 结构成熟度较低。 图2 盒 8段填隙物成分直方图 延长油气区盒 8段储层砂岩储集空问类型主要 有原生粒间孔、 次生粒间溶孔、 粒内溶孔、 铸模孔、 晶 间孔和微裂缝等。其 中以次生孔隙为主， 约 占总孔 隙的 8 0 ％。 2 成岩作用特征 研究 区盒 8段 储 层 ， 现 今 埋 深 在 2 2 0 0 m 一 3 4 0 0 m之间不等， 根据薄片、 扫描 电镜和 x光衍射 和 自生矿物等综合分析 ， 认为在埋藏成岩过程 中主 要经历的成岩作用有 压实和压溶作用、 胶结作用、 溶蚀作用、 重结晶作用和交代作用等。 2 ． 1 机械压实和压溶作用 由于本 区盒 8段储层埋深较深 ， 表现 出强烈的 机械压实和压溶作用 ， 其主要表现形式有 ①脆性变 形 石英、 长石等刚性颗粒受应力作用发生脆性破裂 图3 A ； ②压溶 区内储层碎屑颗粒常见线接触， 并见凹凸或缝合线接触 ， 常见石英、 长石的次生加大 图 3 a ； ③颗粒塑性变形 柔性碎屑颗粒 如云母 、 泥质岩屑 因压实弯 曲、 假杂基化 图 3 B ； ④定 向 排列 当砂岩中黑云母、 软岩屑含量较高时， 颗粒沿 长轴方向排列形成 明显的压实定向组构 图 3 C 这 些现象表明， 本区砂岩经历 了较强的压实作用和压 溶作用。 本区压实、 压溶作用伴随着整个埋藏成岩过程， 其前期较为强烈 ， 后期随着胶结物的形成 ， 胶结作用 不断增强， 压实作用的影响被抑制并逐步减弱- 3 。 2 ． 2 胶结作用 本区除杂基外， 成岩过程中先后出现的自生矿 物， 如自生粘土矿物、 自生硅质和方解石分布广泛， 是区内主要的充填矿物， 构成了本区主要的胶结作 用类型 ， 对储层质量起着明显 的控制作用。 1 粘土矿物的胶结作用 据 x一 衍射分析， 研究区上古生界盒 8 段气层 组砂岩中 自生粘土矿物胶结物常见有高岭石、 绿泥 石、 伊／ 蒙混层及伊利石矿物。 绿泥石 电镜和探针分析表明绿泥石较为富铁 ， 且 自形 程度较低。镜下观察 ， 盒 8段砂岩中绿泥石胶结物 主要的赋存状态是以孔 隙衬边或孔 隙薄膜形式产 出， 部分充填孔隙， 碎屑颗粒包裹的绿泥石薄膜阻止 了石英次生加大 ， 使部分粒 间孔隙得 以保存下 来 图3 0 。但后期的成岩作用过程中部分未完全包 裹颗粒的绿泥石薄膜 ， 则促进了压溶作用的进行以 及粒间硅质胶结物在剩余粒间孔隙中的形成 ， 进而 使孔隙空问大量减少 。 高岭石 高岭石在研究储层 中广泛发育 ， 占总填隙物的 1 5 ． 4 8 ％。根据颗粒形态、 结晶程度等大致可分出二 类高岭石 一种形成于成岩早期， 晶形较差， 呈蠕虫 状或分散片状分布于颗粒表面， 为长石等经酸性水 溶蚀而成， 以充填粒间为主 ， 晶间孔隙不发育 ， 局部 发育不规则溶蚀边缘 图3 E 。另一种形成于晚期 ， 晶形发育较好 ， 单晶呈假六方片状 ， 由孔隙溶液中直 接沉淀或 由早期晶形较小 的高岭石逐渐演化而来 ， 集合体呈书页状松散堆积于粒问孔隙或长石次生溶 孔中， 晶间孔隙发育良好 图 3 r 。 伊／ 蒙混层 伊／ 蒙混层呈微细的鳞片状、 似胶粒状或絮状集 合体分布于粒间孔隙中。扫描电镜下单体呈弯曲片 状 ， 集合体呈蜂窝状 ， 具刺状凸起 图 3 G 。本区砂 岩中的伊／ 蒙混层为蒙脱石 向伊利石转化 的中间产 物， 并以晚期演化阶段的富伊利石层为主。虽然伊／ 蒙混层粘土矿物的出现 ， 对原生粒间孔的损失不大， 但对渗透率的影响却较大 ， 因为卷片状 、 丝缕状晶体 常常呈桥连式产出， 对喉道的堵塞较为明显。 因此 ， 自生粘土矿物对储集层物性的影 响既有 建设性的也有破坏性的。粘土膜可以保护残余粒间 孔 ， 孔隙式充填的自生粘土矿物则常常挤 占有效孔 隙空问， 降低储集层的物性。另外， 研究区还有少量 伊利石和水 白云母等 自生粘土矿物， 其含量少、 影响 小 ， 在此不作讨论。 2 自 生硅质矿物的胶结作用 自 生硅质胶结物在研究区普遍出现， 其中以石 英的 自生加大为主。在铸体薄片和阴极发光片下观 2 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第3 4卷第 4期 天然 气 勘 探 与 开 发 分析 ， 发现溶蚀作用主要发生在长石颗粒表面及内 部 ， 其次为岩屑发生溶蚀。颗粒的溶解有两种情况 一 种是长石、 岩屑等不稳定颗粒直接溶解形成溶蚀 粒 内孔 ； 另一种是长石及岩屑等颗粒先被碳 酸盐矿 物交代 ， 后来交代物发生溶解而使颗粒间接被溶 ， 常 形成溶蚀粒 内孔及溶蚀粒间孔。 2 ． 4 交代蚀变作用 研究区盒 8段砂岩中常见的交代作用包括方解 石交代碎屑颗粒， 方解石交代胶结物， 方解石交代泥 质杂基 ， 水云母交代石英次生加大与粒间微 晶石英 等。另外 ， 蒙脱石经混层向伊利石和绿泥石的转化 ， 长石的高岭石化现象 ， 高岭石与绿泥石、 伊利石的相 互转化也很常见。 3 成岩阶段及成岩演化序 列 在充分研究该地区埋藏史、 地热史、 有机质演化 史、 粘土矿物演化史及砂岩形成作用及成岩共生序 列的基础上， 根据裘怿南等 成岩阶段的划分标志 及方案对研究区成岩阶段进行划分。 研究 区盒 8段地层 目前埋深一般在 2 2 0 0 m ～ 3 4 0 0 m之间， R 。 值介于I ． 0 ～ 2 ． 2之间， 包裹体测温 的均一温度在 1 3 0 ℃ 一1 7 0 ℃之间 ； 盒 8段砂岩中 伊／ 蒙混层、 伊利石、 高岭石和绿泥石等自生矿物比 较常见， 伊／ 蒙混层中蒙脱石的含量小于 2 0 ％， 结合 镜下研究盒 8段普遍经历 了较强的压实作用 ， 砂岩 中原生孔隙大量丧失； 石英多为Ⅱ 级加大， 早期方解 石胶结物多为孔隙式胶结 ， 晚期铁方解石多充填在 次生溶蚀孔 隙中 表 1 。从 上述特征综合分析判 断， 认 为盒 8段砂 岩处于晚成岩阶段 B期 ， 个别进 入晚成岩阶段 C期。 表 1 研究 区盒 8 段砂岩成岩演化序列 成岩阶段 早成岩 晚成岩 压实、 压溶作用 绿泥石 石英加大 自生石英 伊利石 高岭石 泥 晶碳酸盐 含铁碳酸盐 蒙脱石 溶解作用 伊／ 蒙混层中S层 ％ 镜质体反射率 R 。 ％ 古温度 ℃ 孔隙带 70 0 ． 3 5 7 0～5 0 1 6 5 缝发育 少有裂缝 育 ，有裂缝 同 4 成岩作用对储层孔隙的影响 4 ． 1 压实、 压溶作用对储层孔隙的影响 压实作用是导致研究区砂岩孔隙丧失的主要原 因， 特别是在成岩早期， 强烈的压实作用使碎屑沉积 物迅速压实， 使原生孔隙大大降低 。由于研究 区塑 性碎屑含量较高 ， 在成岩过程中发生塑性变形、 扭 曲 及膨胀并挤入粒间孔隙中， 使得原生孔隙大量丧失， 渗透率急剧降低。另外， 高含量的石英容易发生压 溶作用形成次生加大而使一部分粒间孔隙丧失， 在 一 定程度上使储层物性变差。 利用压实率可以定量表征压实作用强度 ， 压实 率 原始孔隙度 一 压实后粒间体积 ／ 原始孔隙度 1 0 0％ “] ，其中原始孔隙度根据 S e h e r e r 提出的 湿砂在地表条件下 的分选与孔隙度的关 系 原始孔 隙度 2 0 ． 9 1 2 2 ． 9 ／ T r a s k分选系数 ， 原始孔隙 2 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 天 然 气 勘 探 与 开 发 2 0 1 1 年 1 O月出版 度在 3 1 ． 2 ％ ～ 3 7 ． 8 ％之 间， 平均 3 4 ． 7 ％ ， 压实后 的 粒间体积 薄片下粒间孔隙体积 胶结物 杂基含 量。经计算 ， 盒 8段储层砂 岩压实率为 1 7 ． 8 ％ ～ 7 4 ． 6 ％ ， 平均 4 9 ． 8 ％。 4 ． 2 胶结作用对储层的影响 粘土矿物胶结、 硅质胶结和碳酸盐胶结是研究 区最主要的胶结作用。其中， 粘土矿物胶结作用对 储层影响较为复杂， 主要为薄膜形式产 出的绿泥石 和粒问充填的 自生高岭石。粘土矿物除部分充填孔 隙， 使储层物性变差外 ， 衬垫式或薄膜式绿泥石阻止 了粒问碳酸盐胶结物的沉淀和次生石英加大边， 使 得部分原生粒间孔得以保存 ； 粒间 自生高岭石一方 面形成大量高岭石晶间微孔隙 ， 另一方 面还增加了 砂岩抗压性能。这两者的共同作用使石英砂岩具有 较高的原生粒问孔和剩余粒问孔。但这种充填式和 衬垫式分布的黏土矿物对石英砂岩渗透率的影响较 小， 不会造成渗透率的明显变化。 碳酸盐矿物和石英 自生加大是造成砂岩物性变 差的主要胶结物。这两者对储集层的影响具有双重 性 ①早期成岩作用阶段所形成的石英加大边和碳酸 盐使得砂岩的抗压实能增强 ， 对部分剩余粒间孔起保 护作用； ②石英、 碳酸盐 自生矿物的形成， 主要是在粒 问孔壁和粒内溶孔中结晶沉淀析出， 以充填孔隙为主 从而使得孑 L 隙度减小 ， 降低储层的储集性能。 通过胶结率计算公式 胶结率 胶结物体 原始粒问孔 隙 1 0 0 ％ 及各种胶结物析出含量分 析 ， 盒 8段砂 岩 的胶 结率 1 5 ． 2 ％ 一8 1 ． 5 ％， 平均 4 6 ． 8 ％ ， 由此造成的孔隙丧失为 6 ． 3 ％。 4 ． 3 溶解和交代蚀变作用对储层物性的影响 交代蚀变作用一般使得孔 隙度降低 ， 渗透率变 差。蒙脱石 向伊／ 蒙混层转化 ， 蚀变为伊利石 ， 呈不 规则斑状充填孔隙， 使得储集物性变差； 方解石交代 长石、 石英、 岩屑及黏土矿物等 ， 从而使砂岩更为致 密 ， 储层物性变的更差 ； 黑云母 向绿泥石或蒙脱石转 化， 使黑云母的抗压能力降低， 通过水化膨胀形成假 杂基在压实作用下挤入粒间孔隙并破坏了储层的储 集性能。 溶蚀作用是储层次生孔隙产生的重要原因， 对 储层物性有重要的改善作用。对该区次生孔隙的研 究表明 溶蚀强度 比较大 ， 一些不易溶蚀的组分如石 英碎屑与石英岩岩屑等也普遍发生了溶蚀； 溶蚀作 用范围比较广， 砂岩中易溶组分均可见到溶蚀现象， 比如易溶碎屑颗粒、 自生胶结物、 凝灰质等杂基等。 储层溶解率平均 8 ． 2 ％， 由溶蚀作用形成 的新孔隙 3 0 约为 2 ． 1 ％。 5 结论 延长油气区盒 8 段砂岩为典型的低孔低渗储集 岩 ， 其岩石类型主要是岩屑石英砂岩， 砂岩成分成熟 度较高、 结构成熟度中等、 孔隙类型以次生孔隙为 主 。 延长油气 区盒 8段砂岩经历 了复杂成岩作用 ， 成岩现象丰富 ， 主要的成岩作用有 压实作用、 胶结 作用和溶蚀作用 。目前基本处于 晚成岩 阶段 的 B 期 ， 部分进入晚成岩 C期 ， 孔隙演化在成岩作用早 期 晚成岩A期 主要受压实作用和交代蚀变作用 的影响， 晚期 晚成岩 Bc期 主要受溶解作用和 胶结作用的影响。 压实作用和随后的自生胶结作用是本区盒 8段 储层物性变坏的主要因素， 盒 8段储层由压实作用 造成的平均孔隙度丧失为 1 5 ． 4 ％ ， 胶结作用使其孔 隙度降低 了 6 ． 3 ％。溶 蚀作用使孔 隙得到一定改 善， 溶蚀作用增加的孔隙度达 0 ． 2 ％ 一 3 ． 9 ％。 参考文献 1 付锁堂， 田景春， 陈洪德， 等 ． 鄂尔多斯盆地晚古生代三 角洲沉积体系平面展布特征[ J ] ．成都理工大学学报 自 然科学版 ， 2 0 0 3 ， 3 0 3 2 3 6 2 4 0 ． 2 李 良， 袁志祥， 惠宽洋， 等 ．鄂尔多斯盆地北部上古生界 天然气聚集规律[ J ] ． 石油与天然气地质， 2 0 0 0， 2 1 3 26 82 71 ． 3 于波， 南郡详， 张患义．鄂尔多斯盆地西峰油田长 8 储层 的砂岩成岩作用 [ J ] ．兰州大学学报 自然科学版 ， 2 0 0 7 ， 4 3 6 1 31 7 ． 4 严云奎 ， 于波， 崔智林， 等 ． 鄂尔多斯盆地甘谷骚油田长 4 5储层砂岩成岩作用[ J ] ．兰州大学学报 自然科学 版 ， 2 0 0 9 ， 4 5 3 81 2 ． 5 裘亦南， 薛叔浩 ． 油气储层评价[ M] ．北京 石油工业出 版社 ， 1 9 9 7 2 0 6 2 0 8 ． 6 刘小洪， 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