鄂爾多斯盆地富縣地區(qū)延長(zhǎng)組長(zhǎng)6儲(chǔ)層特征

張 惠，孟祥振，郭艷琴，張曉泉，楊 華，劉 艷，馮 輝

(1.西北大學(xué) 地質(zhì)學(xué)系，西安 710069； 2.西安石油大學(xué) 油氣資源學(xué)院，西安 710065；3.延長(zhǎng)油田股份有限公司，陜西 延安 717111)

富縣地區(qū)位于鄂爾多斯盆地東南部，構(gòu)造上屬于二級(jí)單元陜北斜坡，該斜坡為由東向西傾斜的大型單斜，近南北向展布，地層平緩，地層傾角一般小于1°，區(qū)內(nèi)構(gòu)造簡(jiǎn)單，無(wú)大的變形與褶皺，因差異壓實(shí)作用在局部地區(qū)形成幅度較小的鼻隆構(gòu)造，對(duì)油氣富集具有一定的控制作用[1]。研究區(qū)位于延安市富縣境內(nèi)，南北約25～37 km，東西長(zhǎng)約105 km，面積3 834.51 km2(圖1)。區(qū)內(nèi)勘探工作始于1995年，至2006年年底累計(jì)完鉆探井76口，其中獲工業(yè)油流井16口。該區(qū)具有多套含油層系，縱向上有下氣上油的分布規(guī)律，其中長(zhǎng)6油層組是主要含油層位之一。

1 沉積特征

研究區(qū)長(zhǎng)6為三角洲沉積[2]，其中主要為三角洲前緣和三角洲平原，主要發(fā)育分流河道、河漫灘、水下分流河道和分流間灣等沉積微相。其巖石學(xué)特征和沉積構(gòu)造特征見(jiàn)表1。

圖1 鄂爾多斯盆地富縣地區(qū)地理位置及長(zhǎng)6頂構(gòu)造

表1 鄂爾多斯盆地富縣地區(qū)長(zhǎng)6油層組三角洲平原、前緣主要微相及其特征

通過(guò)對(duì)眾多鉆井測(cè)井相巖性—電性特征轉(zhuǎn)換模型的分析，證實(shí)自然電位、自然伽馬和電阻率曲線能較好地反映地層泥質(zhì)含量和碎屑顆粒粒度變化特征。以自然電位曲線為代表的測(cè)井相類型有如下幾種;

1)箱形;頂、底部呈略顯正韻律變化或突變特征, 內(nèi)部結(jié)構(gòu)較均勻，反映沉積過(guò)程中能量一致、物源充足的供應(yīng)條件，是河道砂壩、分流河道的曲線特征。

2)鐘形;反映水流能量向上減弱，它代表河道的側(cè)向遷移或逐漸廢棄，是由粗變細(xì)的分流河道和水下分流河道砂體的特征。在縱向上由多個(gè)沖刷疊置的河道砂體與薄泥巖夾層組合在一起,每個(gè)疊置砂體的粒度及含泥量呈韻律性變化,因此鐘形曲線多次疊加最終呈宏觀的圣誕樹(shù)形。

3)漏斗形;幅值向下減小，頂部呈突變而底部呈漸變的關(guān)系，主要為薄層砂巖、粉砂巖、泥巖互層，呈反韻律。反映砂體向上部建造時(shí)水流能量加強(qiáng)，顆粒變粗分選較好，代表砂體上部受波浪改造影響，此外也代表砂體前積的結(jié)果。在決口扇和決口河道中常見(jiàn)，連續(xù)發(fā)育多個(gè)決口扇可形成疊置漏斗狀曲線。砂巖主要發(fā)育在上部，反映突發(fā)性的洪水溢岸沉積。

4)菱形(對(duì)稱齒形);常見(jiàn)的一種曲線形態(tài)，它多以充刷、充填作用為主，具有正粒序。

研究區(qū)長(zhǎng)6油層組測(cè)井曲線主要為齒狀箱型、齒狀鐘形以及二者的組合(圖2)，反映了分流河道、水下分流河道砂體和河漫灘、分流間灣粉砂質(zhì)、泥質(zhì)沉積在縱向上互相疊置以及河道在側(cè)向上遷移的特征。分流河道及水下分流河道是研究區(qū)主要的油氣儲(chǔ)集層。

2 巖石學(xué)特征

2.1 碎屑組成

富縣地區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)集層主要為巖屑長(zhǎng)石砂巖，其次含少量長(zhǎng)石砂巖(圖3)。碎屑總量65%～93.4%，平均85.6%，碎屑組成以長(zhǎng)石為主(39.69%～58.11%，平均47.58%)，次為石英(19.52%～36.2%，平均為26.51%)，巖屑(20%～33.71%，平均25.91%)，主要為碎屑云母(6.43%～19.20%，平均為11.13%)和變質(zhì)巖巖屑(6.11%～14.83%，平均為10.80%)，其次是巖漿巖巖屑(0.44%～5.18%，平均為2.23%)和沉積巖巖屑(0～6.56%，平均為1.07%)，此外還含有少量的碎屑綠泥石(0～1.57%，平均為0.56%)和燧石(0～0.62%，平均為0.13%)。

圖2 鄂爾多斯盆地富縣地區(qū)中富13井水下分流河道、分流間灣巖電特征

圖3 鄂爾多斯盆地富縣地區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層砂巖組分

2.2 填隙物組分及其特征

富縣探區(qū)長(zhǎng)6油層組填隙物含量變化大，最高為35%，最低為6.6%，平均14.43%。填隙物以膠結(jié)物為主，雜基含量極少(0～0.8%，平均為0.05%)，且分布不均勻。膠結(jié)物主要為方解石、自生粘土礦物和硅質(zhì)，此外有少量鐵方解石及鐵白云石等膠結(jié)物。方解石膠結(jié)物含量較高(0～33%，平均含量4.69%)，分布不均勻。自生粘土礦物含量較高(0.6%～13.4%，平均含量為6.45%)，主要有綠泥石、水云母和網(wǎng)狀粘土，其中以綠泥石最高，為0～13.2%，平均5.1%；其次是水云母，含量為0～5%，平均為0.87%，分布不均；網(wǎng)狀粘土含量較少，為0～2.4%，平均為0.48%。硅質(zhì)膠結(jié)物含量為0～11%，平均為2.6%。長(zhǎng)6油層組長(zhǎng)石質(zhì)膠結(jié)物含量也相對(duì)較高，為0～1.8%，平均為0.24%。

2.3 結(jié)構(gòu)特征

富縣探區(qū)長(zhǎng)6砂巖以細(xì)砂為主，砂巖碎屑顆粒最大粒徑為0.50 mm，主要粒徑為0.05～0.25 mm。顆粒磨圓較差，以次棱角—次圓為主，分選中等—好。碎屑顆粒間以線和點(diǎn)—線接觸為主，局部見(jiàn)點(diǎn)接觸和凹凸接觸，膠結(jié)類型主要為孔隙和薄膜式。

3 儲(chǔ)集特征

3.1 儲(chǔ)集空間類型及特征

富縣地區(qū)長(zhǎng)6 儲(chǔ)層砂巖面孔率為2.5%。 孔隙類型主要為粒間孔和長(zhǎng)石溶孔，二者含量為1.55%和0.52%，分別占孔隙總量的62%和20.8%；其次是晶間孔和巖屑溶孔，二者含量為0.31%和0.11%，分別占總孔隙的12.4%和4.4%；此外，還有少量的微裂隙。這些孔隙以不同的形式疊加組合，構(gòu)成多種孔隙組合類型。其中粒間孔—溶孔型是主要的孔隙組合類型，構(gòu)成了研究區(qū)主要的儲(chǔ)集空間。 這些儲(chǔ)集類型受沉積和成巖作用的控制，在長(zhǎng)6 油層組中分布不均。

3.2 儲(chǔ)層物性特征

研究區(qū)內(nèi)延長(zhǎng)組長(zhǎng)6 儲(chǔ)層孔喉結(jié)構(gòu)較差,儲(chǔ)集層的平均中值壓力為30.54 MPa、排驅(qū)壓力5.12 MPa；最大孔喉半徑0.016～1.640 5 μm ，平均為0.49 μm；中值半徑0.006 5～0.270 8 μm，平均為0.06 μm；分選系數(shù)3.04；變異系數(shù)0.4。10 口井36個(gè)樣品的巖心分析資料統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，儲(chǔ)集層孔隙度為0.8%～13.5%，平均8.1% ，集中分布在3%～13%之間，孔隙以小孔和微孔為主。滲透率為(0.01～2.28) ×10-3μm2，平均值0.37 ×10-3μm2， 其中有87.7%的樣品小于1×10-3μm2，按前人對(duì)低滲透儲(chǔ)層的分類標(biāo)準(zhǔn)[3]，研究區(qū)主要為接近致密儲(chǔ)層，其次為特低滲儲(chǔ)層。

4 成巖作用對(duì)儲(chǔ)集巖物性的影響

富縣地區(qū)長(zhǎng)6砂巖已普遍達(dá)到晚成巖A階段，少量甚至進(jìn)入晚成巖B階段的早期[1]。在埋藏過(guò)程中主要經(jīng)歷了壓實(shí)壓溶作用、膠結(jié)交代作用和溶蝕作用等成巖事件，這些成巖作用對(duì)儲(chǔ)集層孔隙發(fā)育具有顯著的影響，其中壓實(shí)作用、膠結(jié)作用和溶蝕作用對(duì)儲(chǔ)層物性和孔隙結(jié)構(gòu)影響最大。

4.1 壓實(shí)作用對(duì)孔隙的影響

壓實(shí)作用是造成研究區(qū)儲(chǔ)層低孔低滲的主要原因之一，也是研究區(qū)最普遍、最重要的一種成巖作用。在綠泥石膜發(fā)育的細(xì)粒巖屑長(zhǎng)石砂巖和長(zhǎng)石砂巖中，碎屑顆粒之間呈點(diǎn)—線接觸，機(jī)械壓實(shí)作用強(qiáng)度較弱，殘余粒間孔隙較發(fā)育(圖4a)。相反，在綠泥石膜不發(fā)育但泥質(zhì)雜基含量較高的砂巖中，機(jī)械壓實(shí)作用強(qiáng)烈，表現(xiàn)為一方面碎屑顆粒間緊密接觸，以線狀接觸為主，局部為凹凸?fàn)罱佑|；另一方面黑云母碎屑和塑性粘土礦物被擠壓變形，發(fā)生強(qiáng)烈的假雜基化，常吸附有機(jī)質(zhì)(圖4b)，從而導(dǎo)致砂巖的原生孔隙大量消失，結(jié)構(gòu)致密。據(jù)比爾德和韋爾[4-5]提出的原始孔隙度計(jì)算式;原始孔隙度=20.91% + 22.9/100S0，式中S0為分選系數(shù)，計(jì)算出研究區(qū)長(zhǎng)6 砂巖原始孔隙度平均值約為35%。大量砂巖粒間孔隙度的埋藏改造作用研究[6-7]表明，壓實(shí)作用使砂巖的原始孔隙度減少近37%～45%。因此，研究區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層經(jīng)過(guò)壓實(shí)作用孔隙度降低到22%～19%左右。

圖4 鄂爾多斯盆地富縣地區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)層主要成巖特征

另外，值得指出的是，在砂巖埋藏過(guò)程中，成巖作用早期綠泥石薄膜的析出和初步固結(jié)，阻止了部分石英和長(zhǎng)石次生加大以及碳酸鹽膠結(jié)物的沉淀，在一定程度上對(duì)部分原生孔隙起到了保護(hù)作用，且為成巖后期溶蝕次生孔隙形成提供了有效的空間和通道[8]。

4.2 膠結(jié)作用對(duì)儲(chǔ)層物性的破壞

膠結(jié)作用也是使儲(chǔ)層物性變差的重要原因之一，也是研究區(qū)長(zhǎng)6儲(chǔ)集層普遍發(fā)生的一種成巖作用。 膠結(jié)物的類型較多，主要有碳酸鹽礦物、自生粘土礦物、長(zhǎng)英質(zhì)等；碳酸鹽膠結(jié)物主要是方解石、鐵方解石(圖4b)和少量白云石、鐵白云石。方解石常呈基底式膠結(jié)；而鐵方解石主要為基底式膠結(jié)和孔隙式膠結(jié)，析出比方解石晚，還有一部分以交代長(zhǎng)石的形式析出；鐵白云石析出時(shí)間最晚，常通過(guò)交代鐵方解石而析出。從碳酸鹽含量與孔隙度和滲透率的關(guān)系圖(圖5) 可看出，當(dāng)碳酸鹽含量小于5%時(shí)，孔隙度和滲透率變化較大，一旦含量大于5%時(shí)，孔隙度和滲透率均隨碳酸鹽含量的增高而明顯降低。這種現(xiàn)象可能反映含鐵碳酸鹽膠結(jié)物晚于粘土膠結(jié)物和硅質(zhì)膠結(jié)物，充填在成巖晚期僅存的殘余粒間孔和溶蝕粒間孔內(nèi)。

長(zhǎng)英質(zhì)膠結(jié)最常見(jiàn)的是石英的次生加大邊、自生石英晶體充填孔隙(圖4c,d)和次生鈉長(zhǎng)石充填孔喉(圖4e)。研究區(qū)長(zhǎng)6石英次生加大為Ⅱ級(jí)，在薄片下觀察，大部分石英具次生加大邊，加大邊與碎屑石英間以很薄的粘土膜分開(kāi)，自形晶面比較發(fā)育，有的見(jiàn)單個(gè)石英小晶體。在掃描電鏡下表現(xiàn)為多數(shù)顆粒表面被較完整的自形晶面所包裹，部分自生晶體向孔隙空間生長(zhǎng)，交錯(cuò)鑲嵌，堵塞孔隙。碳酸鹽膠結(jié)物分布于石英次生加大邊之外，抑制了石英次生加大的進(jìn)一步形成，表明次生加大形成早于碳酸鹽膠結(jié)物的形成。

圖5 鄂爾多斯盆地富縣地區(qū)長(zhǎng)6碳酸鹽含量與物性的關(guān)系

自生粘土礦物膠結(jié)物主要為綠泥石，此外還有少量伊利石、伊蒙混層及網(wǎng)狀粘土。雖然綠泥石膜可以起到抗壓實(shí)作用，一定程度保護(hù)了部分殘余粒間孔，但是充填在孔隙內(nèi)的自生粘土礦物常常擠占有效孔隙空間或者使粒間孔變成晶間孔，降低儲(chǔ)集層的物性。

4.3 溶解作用對(duì)儲(chǔ)層物性的改善

富縣探區(qū)長(zhǎng)6砂巖在晚成巖A期發(fā)生了強(qiáng)烈的溶解作用，形成了大量的溶蝕型次生孔隙，有效的改善了儲(chǔ)層的孔隙度和滲透率。在晚成巖期的A亞期，烴源巖中有機(jī)質(zhì)向烴類轉(zhuǎn)化過(guò)程中釋放出大量CO2，使孔隙流體介質(zhì)呈酸性[9-11]；富含有機(jī)和無(wú)機(jī)酸的酸性孔隙流體是導(dǎo)致儲(chǔ)層碎屑組分發(fā)生溶解的主要介質(zhì)和動(dòng)力。隨著埋藏深度增加，溫度不斷升高，泥巖中的干酪根在80～120 ℃時(shí)含氧官能團(tuán)熱裂解形成羧酸等有機(jī)酸，使鋁硅酸鹽和碳酸鹽礦物發(fā)生溶蝕作用。以上各種途徑形成的酸性孔隙流體造成骨架顆粒(斜長(zhǎng)石為主和少量鉀長(zhǎng)石)和早期成巖膠結(jié)物方解石發(fā)生溶解(圖4c,f)，由溶解作用產(chǎn)生的次生溶孔是研究區(qū)主要的儲(chǔ)集空間之一，溶蝕孔的出現(xiàn)也使孔喉間的連通性得到進(jìn)一步改善。

5 結(jié)論

1)富縣地區(qū)長(zhǎng)6油層組主要發(fā)育三角洲沉積，其中三角洲平原分流河道和三角洲前緣水下分流河道是主要的油氣儲(chǔ)集層。

2) 富縣地區(qū)延長(zhǎng)組長(zhǎng)6 油層組儲(chǔ)集層巖石類型為巖屑長(zhǎng)石細(xì)砂巖和長(zhǎng)石細(xì)砂巖，顆粒間接觸類型以線和點(diǎn)—線為主，填隙物主要以膠結(jié)物為主，雜基含量極少，總體表現(xiàn)為結(jié)構(gòu)成熟度高、成分成熟度低的特征。

3) 長(zhǎng)6 儲(chǔ)層孔隙類型主要為粒間孔和長(zhǎng)石溶孔，其中以小孔和微孔為主，滲透率小于3×10-3μm2，主要為接近致密儲(chǔ)層，其次為特低滲儲(chǔ)層。

4) 成巖作用是影響儲(chǔ)層物性的主要因素，壓實(shí)作用是孔滲降低、儲(chǔ)層物性變差的主要原因之一，長(zhǎng)6 儲(chǔ)集層的原始孔隙度平均值由原來(lái)的35%降低到20%左右。各種膠結(jié)作用使砂巖物性進(jìn)一步變差，尤其碳酸鹽膠結(jié)物是研究區(qū)長(zhǎng)6物性變差的又一主要因素。溶蝕作用是長(zhǎng)6 儲(chǔ)集層最重要的一種使儲(chǔ)層增孔、物性變好的成巖作用。經(jīng)歷各種成巖作用后，研究區(qū)長(zhǎng)6 儲(chǔ)層平均孔隙度最終約為8.1%。

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