歧口凹陷沙三段成巖作用對(duì)儲(chǔ)層物性貢獻(xiàn)率研究

張自力，李 勇，張 威，王 偉，張 晶，肖敦清，蒲秀剛，袁淑琴，劉 剛

(1．成都理工大學(xué)油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610059;2．中國石油大港油田公司勘探開發(fā)研究院，天津 300280;3．中國石油大港油田公司采油二廠，天津 300280)

歧口凹陷沙三段成巖作用對(duì)儲(chǔ)層物性貢獻(xiàn)率研究

張自力1，李 勇1，張 威1，王 偉1，張 晶1，肖敦清2，蒲秀剛2，袁淑琴2，劉 剛3

(1．成都理工大學(xué)油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610059;2．中國石油大港油田公司勘探開發(fā)研究院，天津 300280;3．中國石油大港油田公司采油二廠，天津 300280)

為定量描述各種成巖作用對(duì)儲(chǔ)層物性變化的影響，提出成巖綜合系數(shù)(C)，該系數(shù)由壓實(shí)作用(α)、膠結(jié)作用(β)、溶蝕作用(γ)等3個(gè)成巖要素貢獻(xiàn)率之和構(gòu)成。通過對(duì)研究區(qū)大量巖芯薄片分析統(tǒng)計(jì)，經(jīng)多元回歸，建立各種成巖作用與孔隙度之間的關(guān)系式，得出它們對(duì)儲(chǔ)層物性的貢獻(xiàn)率，認(rèn)為膠結(jié)作用是儲(chǔ)層物性的主控因素。

成巖作用;儲(chǔ)層物性;貢獻(xiàn)率;成巖綜合系數(shù);歧口凹陷;河北

0 引言

優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層控制了油氣的空間分布，研究其發(fā)育特征及控制因素對(duì)油氣勘探具有重要的指導(dǎo)意義(代金友等，2003)。優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的發(fā)育不僅受構(gòu)造、沉積相等先天因素的控制，同時(shí)成巖作用對(duì)其也有重要的后天影響。歧口凹陷沙三段是黃驊坳陷重要油氣勘探層系，通過大量薄片觀察與描述，將各種成巖作用分別定量標(biāo)定，建立它們與儲(chǔ)層物性之間的關(guān)系(李曉清等，2001)，從而突出它們對(duì)儲(chǔ)層質(zhì)量的影響，明確不同部位儲(chǔ)層發(fā)育的主控因素和控制程度。

1 成巖參數(shù)建立與定量化描述

1．1 原始孔隙度

在假定天然砂層砂巖碎屑顆粒的堆積方式是隨機(jī)的基礎(chǔ)上，M Scherer(1987)推算出潮濕地表環(huán)境中砂體粒度分選系數(shù)(S0)與原始孔隙度(Ф0)存在著下列以下關(guān)系式：

式(1)中，Ф0為工區(qū)沉積物的原始粒間孔隙度;S0為特拉斯克分選系數(shù)，由累積曲線上25%處的顆粒粒徑(R1)和75%處顆粒粒徑(R3)之比的平方根求得，即

通過計(jì)算，歧口凹陷沙三段碎屑巖儲(chǔ)層平均原始孔隙度(Ф0)為38．14%。

1．2 視壓實(shí)率

隨埋藏深度增加和壓實(shí)強(qiáng)度增大，碎屑巖孔隙度一般呈持續(xù)減小的趨勢。利用鑄體薄片下粒間孔隙體積的減少量來反映視壓實(shí)強(qiáng)度，結(jié)合前人研究從而提出視壓實(shí)率(α)(于興河，2002;姜在興，2003;王允誠，2008)：

視壓實(shí)率(α)=(Ф0－粒間孔體積)/Ф0×100%(2)式(2)中，粒間孔體積=粒間孔隙體積(鑄體體積)+膠結(jié)物體積。

1．3 視膠結(jié)率

視膠結(jié)率(β)反映儲(chǔ)層巖石經(jīng)歷壓實(shí)作用后，巖石粒間孔隙中填隙物體積所占的百分比，是膠結(jié)、礦物充填、交代等成巖作用綜合控制的結(jié)果。統(tǒng)一用膠結(jié)物體積代替，視膠結(jié)率(β)計(jì)算如式(3)所示(于興河，2002;王允誠，2008)：

視膠結(jié)率(β)=膠結(jié)物體積/粒間孔體積 ×100% (3)

1．4 溶蝕率

溶蝕率(γ)指經(jīng)歷一系列成巖作用后，巖石粒間孔隙中由溶蝕作用產(chǎn)生的孔隙體積的大小。由于歧口凹陷沙三段儲(chǔ)層埋深較大，原始粒間孔隙破壞殆盡，所觀察到的孔隙主要為溶蝕成因。溶蝕率(γ)反映溶蝕強(qiáng)度，計(jì)算公式如下：

溶蝕率(γ)=溶蝕孔隙/原始孔隙度×100% (4)

2 成巖綜合系數(shù)與儲(chǔ)層物性間關(guān)系

為定量描述成巖作用對(duì)儲(chǔ)集性能的綜合影響，即成巖作用綜合效應(yīng)以及在成巖過程中各種成巖作用對(duì)儲(chǔ)層孔隙空間的影響程度的刻畫，采用“成巖綜合系數(shù)(C)”這一參數(shù)，其表達(dá)式為：

式 中 λ123分別為機(jī)械壓實(shí)作用 膠結(jié)作用、溶蝕作用對(duì)原始孔隙空間體積的影響程度的貢獻(xiàn)率。

砂巖儲(chǔ)層孔隙度(Ф)與機(jī)械壓實(shí)作用、膠結(jié)作用、溶蝕作用存在線性關(guān)系，Ф =F+X1α +X2β +X3γ，式中，Ф為歧口凹陷沙三段儲(chǔ)層現(xiàn)今孔隙度;α、β、γ分別視壓實(shí)率、視膠結(jié)率、溶蝕率，其中，0≤α、β、γ≤1;F、X1、X2、X3回歸常數(shù)。通過歧口凹陷沙三段儲(chǔ)層物性測定以及薄片觀察。在此基礎(chǔ)進(jìn)行多元線性回歸，得到以下公式：

據(jù)式(6)，可看出現(xiàn)今孔隙度與壓實(shí)作用、膠結(jié)作用成反比，與溶蝕作用成正比，這與實(shí)際情況相吻合。

定義視壓實(shí)強(qiáng)度對(duì)儲(chǔ)層貢獻(xiàn)為X1α;膠結(jié)作用對(duì)儲(chǔ)層貢獻(xiàn)為X2β;溶蝕作用對(duì)儲(chǔ)層貢獻(xiàn)為X3γ。推知其貢獻(xiàn)率分別為：

式(7)中，可以用 λ1、λ2、λ3之間的比值，反映各成巖作用間的相對(duì)發(fā)育程度，比值大于1，則表明相對(duì)于分母所代表的成巖作用，分子所代表的成巖作用較為發(fā)育。比值小于1，其代表的意義則相反;利用λ1、λ2之和與λ3的比值，反映對(duì)儲(chǔ)層物性起到消極貢獻(xiàn)與積極貢獻(xiàn)間相互發(fā)育的程度;比值大于0.5，表明對(duì)儲(chǔ)層物性貢獻(xiàn)的消極因素(壓實(shí)作用、膠結(jié)作用)占主導(dǎo)地位;比值小于0．5則表明對(duì)儲(chǔ)層物性貢獻(xiàn)的積極因素(溶蝕作用)占主導(dǎo)地位。成巖綜合系數(shù)(C)為各成巖作用貢獻(xiàn)率(λ1、λ2、λ3)之和，數(shù)值的大小代表成巖作用對(duì)儲(chǔ)層的綜合改造程度，數(shù)值越大，儲(chǔ)層越好，表明儲(chǔ)層越疏松，溶蝕作用貢獻(xiàn)較多。數(shù)值越小則表明儲(chǔ)層越致密，壓實(shí)作用與膠結(jié)作用的貢獻(xiàn)較多。

3 沙三段儲(chǔ)層定量化綜合分析

歧口凹陷沙三段儲(chǔ)層以巖屑長石砂巖和長石巖屑砂巖為主，儲(chǔ)層孔隙度 10% ～25%(平均17.82%)，滲透率普遍小于 50 ×103μm2(平均29.33×103μm2)。儲(chǔ)層埋深大于2 000m，主要成巖作用有：機(jī)械壓實(shí)作用、膠結(jié)作用、溶蝕作用和交代作用。根據(jù)歧口凹陷沙三段砂巖測試分析等資料，結(jié)合成巖參數(shù)計(jì)算方法，定量化計(jì)算出各成巖參數(shù)(圖1)，砂巖的平均原始孔隙度(Ф)為38．14%，視壓實(shí)率(α)3．9% ～94．8%，平均 50．9%;視膠結(jié)率(β)3.8% ～ 95．4%，平均 57．8%;溶蝕率(γ)65.5% ～2．7%，平均18．1%。其中，壓實(shí)作用貢獻(xiàn)率(λ1) －0．01 ～ －0．27，平均 －0．077，膠結(jié)作用貢獻(xiàn)率(λ2) －0．02 ～ －1．08，平均 －0．267，溶蝕作用貢獻(xiàn)率(λ3)0．43 ～0．01，平均 0．057，成巖綜合系數(shù)(C) －1．3 ～0．2，平均 －0．284。

成巖綜合系數(shù)(C)是成巖過程中各種成巖作用對(duì)儲(chǔ)層物性控制程度的量化結(jié)果，其數(shù)值大小反應(yīng)儲(chǔ)層優(yōu)劣程度。C值越小，反映對(duì)儲(chǔ)層物性起破壞性的成巖作用(壓實(shí)、膠結(jié))越發(fā)育，表明儲(chǔ)層性質(zhì)越差;C值越大，反應(yīng)對(duì)儲(chǔ)層物性起建設(shè)性的成巖作用(溶蝕)越發(fā)育，表明儲(chǔ)層性質(zhì)越好。結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)資料對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)(表1)：成巖綜合系數(shù)(C)大于－0．2的井段油氣顯示均較好;相反，C值小于－0．2的井段油氣顯示則較差，且數(shù)值越小，儲(chǔ)層性質(zhì)就越差，而其含油氣性也越差。

細(xì)究工區(qū)內(nèi)目的層段儲(chǔ)層成巖綜合系數(shù)(C)的主控因素，通過各成巖要素間的比率關(guān)系進(jìn)而反映出壓實(shí)作用(λ1)、膠結(jié)作用(λ2)、溶蝕作用(λ3)的平均貢獻(xiàn)率分別為：－0．076、－0．266、0．057，不計(jì)負(fù)號(hào)，以溶蝕貢獻(xiàn)率為 1，λ1∶λ2∶λ3為 1．3∶4．7∶1。說明歧口凹陷沙三段儲(chǔ)層膠結(jié)作用造成的孔隙減少量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于壓實(shí)作用的減少量。如圖2所示，成巖綜合系數(shù)(C)與視膠結(jié)率(β)呈明顯線性負(fù)相關(guān)，與溶蝕率(γ)呈線性正相關(guān)關(guān)系，但與視壓實(shí)率(α)關(guān)系不明顯。盡管溶蝕作用平均貢獻(xiàn)率相對(duì)較小，但仍對(duì)于歧口凹陷沙三段這樣埋深大、膠結(jié)程度高、原始孔隙被破壞殆盡的儲(chǔ)層勘探帶來希望。

圖1 歧口凹陷沙三段成巖參數(shù)頻數(shù)直方圖

圖2 歧口凹陷沙三段成巖參數(shù)散點(diǎn)圖

4 結(jié)語

在前人對(duì)儲(chǔ)層壓實(shí)作用、膠結(jié)作用定量化研究的基礎(chǔ)上，通過對(duì)歧口凹陷沙三段成巖作用定量化表征，探究各成巖作用對(duì)儲(chǔ)層物性變化的貢獻(xiàn)，建立壓實(shí)作用、膠結(jié)作用、溶蝕作用與孔隙度之間的回歸經(jīng)驗(yàn)公式：Ф=17．668 0－1.727 2α －5.366 7β+4.294 5γ，根據(jù)各成巖參數(shù)定量化結(jié)果，表明歧口凹陷沙三段物性主控因素為膠結(jié)作用，但部分地區(qū)溶蝕作用相對(duì)發(fā)育，所以，尋找深部溶蝕發(fā)育區(qū)成為深部沙三段勘探的方向。

表1 歧口凹陷沙三段典型井段成巖作用數(shù)據(jù)表

大港油田石油地質(zhì)志編輯委員會(huì)．1991．中國石油地質(zhì)志：卷四［M］．北京：石油工業(yè)出版社．

大港油田科技叢書編委會(huì)．1999．第三系石油地質(zhì)基礎(chǔ)［M］．北京：石油工業(yè)出版社．

代金友，張一偉，熊琦華，等．2003．成巖作用對(duì)儲(chǔ)集層物性貢獻(xiàn)比率研究［J］．石油勘探與開發(fā)，30(4)：54－55．

姜在興．2003．沉積學(xué)［M］．北京：石油工業(yè)出版社．

李曉清，郭勤濤，丘東洲．2001．濰北油田儲(chǔ)層的成巖作用及成巖相劃分［J］．沉積與特提斯地質(zhì)，21(4)：28 －33．

王允誠．2008．油氣儲(chǔ)層地質(zhì)學(xué)［M］．北京：地質(zhì)出版社．

于興河．2002．碎屑巖系油氣儲(chǔ)層沉積學(xué)［M］．北京：石油工業(yè)出版社．

Study on contribution rate on reservoir property at Es3in Qikou Sag

ZHANG Zi-li1，LI Yong1，ZHANG Wei1，WANG Wei1，ZHANG Jing1，XIAO Dun-qing2，PU Xiu-gang2，YUAN Shu-qin2，LIU Gang3

(1．State Key Lab of Oil and Gas Reservoir Geology and Exploitation，Chengdu University of Technology，Chengdu 610059，China;2．Dagang Oilfield Exploration and Development Institute，PetroChina，Tianjin 300280，China;3．Second Factory of Dagang Oilfield Company，PetroChina，Tianjin 300280，China)

In order to describe the effects of various diagenesis on reservoir properties quantitatively，the authors put forward the diagenetic comprehensive coefficient(C)，this coefficient was consisted of contribution rates of three diagenetic factors：compaction(α)，cementation(β)and dissolution(γ))．Through statistical analysis of a large number of core sections of Es3in Qikou depression，the authors established a relationship type between diagenesis and porosity with multiple regressions，obtaining their contribution rates on reservoir properties．It was concluded that the cementation was the main controlling factor for reservoir properties．

Diagenesis;Reservoir property;Contribution rate;Diagenetic comprehensive coefficient;Qikou Sag;Hebei

P618．130．21

A

1674－3636(2011)04－0354－04

10．3969/j．issn．1674-3636．2011．04．354

2011－09－13;編輯：陸李萍

中國石油大港油田分公司科技項(xiàng)目“歧口凹陷沙三段成巖演化動(dòng)力機(jī)制與儲(chǔ)層時(shí)空分布研究”;國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(40972083、49803013、40372084、40841010)、中國地質(zhì)調(diào)查局應(yīng)急項(xiàng)目和中石化前瞻性項(xiàng)目資助

張自力(1986—)，男，碩士研究生，研究方向?yàn)槌练e盆地分析，E-mail：zhangzl727@126．com