大情字井油田黑46區(qū)塊青一段儲層成巖作用及其對物性的影響

王安輝 （中石油吉林油田分公司乾安采油廠，吉林 松原138003）

大情字井地區(qū)位于松遼盆地中央坳陷區(qū)長嶺凹陷的中部，東部和西部分別為華字井階地和大安－紅崗兩階地。長嶺凹陷的北部為乾安次凹陷，其南部為黑帝廟次凹，大情字井構(gòu)造位于2個次凹中部相對隆起區(qū)。研究區(qū)鉆遇地層自下而上為泉頭組 （K1q）、青山口組 （K1qn）、姚家組 （K1y）、嫩江組（K1n）地層。其中青一段 （K1qn1）又劃分成了4個砂層組、13個小層和7個單層。K1qn1主要為三角洲前緣、前三角洲及湖相沉積，主要發(fā)育水下分支河道、河口壩、遠(yuǎn)砂壩、重力流與分支間灣等沉積微相。研究儲層成巖作用特點及其對物性控制作用對該套儲層綜合評價與預(yù)測具有重要意義[1～4]。

1 儲層巖石學(xué)特征

研究區(qū)K1qn1儲層的碎屑成分主要由石英、長石、巖屑，含少量的云母、重礦物。石英體積分?jǐn)?shù)主要集中在27%～33%之間，平均值為28.7%；長石體積分?jǐn)?shù)主要集在30%～40%之間，平均值為34.5%；巖屑體積分?jǐn)?shù)主要為25%～30%，平均值26.8%；巖屑為火山巖巖屑及變質(zhì)巖巖屑，其中火山巖巖屑相對較多，沉積巖巖屑相對較少 （表1）。對碎屑組成進行了分析，得出研究區(qū)K1qn1砂巖其成分成熟度中等偏低。研究區(qū)砂巖以巖屑質(zhì)長石砂巖為主，但同時也發(fā)育少量的巖屑砂巖。

表1 黑46區(qū)情3－3井K1qn1砂巖成分、結(jié)構(gòu)、填隙物統(tǒng)計表

2 成巖作用特征

2.1 成巖階段劃分

大情字地區(qū)K1qn1儲層砂巖機械壓實程度為中－強壓實，顆粒以點—線—縫合接觸；以方解石膠結(jié)為主；見Ⅱ級石英加大邊，見一定程度溶解作用；黏土礦物中，伊－蒙間層占17%～80%，高嶺石、伊利石、綠泥石體積分?jǐn)?shù)分別為7%～37%、10%～30%和4%～32%；古地溫為100～120℃，鏡質(zhì)體反射率為0.67%～13%。綜合以上指標(biāo)，根據(jù)我國石油行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[5]，并結(jié)合研究區(qū)儲層沉積、構(gòu)造演化史等信息，總結(jié)出大情字地區(qū)K1q1儲層整體處于晚成巖A階段。

2.2 成巖作用類型

研究區(qū)儲層經(jīng)歷了強烈的多種成巖作用，包括壓實、溶解溶蝕、膠結(jié)、交代和自生礦物沉淀作用等。

2.2.1 壓實作用

一般說來，壓實作用強度與埋藏深度呈正相關(guān)，即隨埋藏深度增加，壓實作用增強。根據(jù)薄片觀察，研究區(qū)大致在2000m以上，砂巖以點接觸弱壓實為主，孔隙度隨深度增加而明顯減少（圖1）。在此深度以下，以線接觸中等壓實為主，孔隙度不再隨深度變化而變化。鏡下觀察結(jié)果表明，埋藏較淺的儲集體其壓實率小，反之則壓實率大。由此可知，黑46區(qū)儲層所經(jīng)歷的壓實作用強度較輕，顆粒間以點接觸為主，仍存在較多的粒間原生孔隙 （圖1（a）），埋藏較深的儲集體則經(jīng)歷了強壓實作用，顆粒以線接觸和凹凸接觸為主 （圖1（b）），原生孔隙所剩不多。

2.2.2 膠結(jié)作用

黑46區(qū)K1qn1儲集層主要的膠結(jié)作用有：黏土礦物膠結(jié)作用；碳酸鹽膠結(jié)作用；硅質(zhì)膠結(jié)作用。

2.2.2.1 黏土礦物膠結(jié)作用

圖1 情3－3井顆粒間點 （a）、線 （b）接觸

黏土礦物膠結(jié)幾乎存在于所有的砂巖當(dāng)中。研究區(qū)黏土礦物以伊利石較發(fā)育，其次為綠泥石，再次為伊－蒙混層。

1）伊利石 自生伊利石易形成于富K＋的堿性環(huán)境。伊利石的含量在儲層填隙物中較高，據(jù)統(tǒng)計，研究區(qū)K1qn1伊利石平均相對體積分?jǐn)?shù)為48%～71%。伊利石可由黏土基質(zhì)的重結(jié)晶作用或由鉀長石蝕變而形成，一般以絲狀或片狀披覆于顆粒表面或充填于孔隙之中 （圖2）。據(jù)研究，由長石蝕變而形成的伊利石可使巖石體積減少15%。

圖2 粒間分布伊利石

2）綠泥石 綠泥石是研究區(qū)儲層中含量較高的黏土礦物，也是最有特征的自生礦物，其有多種產(chǎn)狀，以孔隙襯墊為主，另有孔隙充填綠泥石。由于大多數(shù)黑云母發(fā)生了綠泥石化，因而綠泥石總含量較高。該區(qū)綠泥石的出現(xiàn)為早期成巖事件。在砂巖沉積后不久，大量綠泥石析出并以薄膜形式生長在碎屑顆粒的表面，這些綠泥石襯墊體可使顆粒表面性質(zhì)變差，使?jié)B透率大大降低。在掃描電鏡下，孔隙充填綠泥石表現(xiàn)為較好的葉片狀晶體，綠泥石襯套則呈針葉狀集合體，向孔隙中心生長 （圖3）。

圖3 粒間分布綠泥石、自生石英、伊利石

2.2.2.2 碳酸鹽膠結(jié)物

方解石、白云石膠結(jié)物一般形成于成巖早期階段，在深埋藏階段和晚成巖階段所形成的碳酸巖，主要鐵方解石、鐵白云石，往往晶粒較大，多為微－粗晶。碳酸巖膠結(jié)物對孔隙起堵塞作用，使顆粒粒度變粗，使分選良好的砂巖成為低孔低滲砂巖 （圖4）。

據(jù)相鄰的黑46區(qū)油田相應(yīng)儲層鑄體薄片中方解石的特征，其含量變化較大?？傮w來看，形成時間分為早期和晚期。由于埋深較淺，早期的方解石膠結(jié)多為孔隙式膠結(jié)，少量的為基底式膠結(jié)；晚期方解石形成時間較晚，多為交代其他碎屑顆粒和充填次生溶蝕孔隙，分布較零星，晚期的方解石多為鐵方解石。

2.2.2.3 硅質(zhì)膠結(jié)作用

圖4 情3－3井儲層中白云石膠結(jié)物

黑46區(qū)儲層由于綠泥石薄膜發(fā)育，對石英加大起阻礙和抑制作用，因而在埋深較淺儲層中石英加大和自生作用較弱，僅在少數(shù)樣品中可觀察到石英加大和孔隙充填的石英微晶。隨著埋深的增加，石英加大現(xiàn)象明顯增多，但總體來說含量較低（圖5）。石英加大的結(jié)果是充填孔隙，降低了儲層孔隙度，并使?jié)B透率變差。在某種程度上影響了儲層物性。

圖5 情3－3井儲層中石英加大和自生

2.2.3 交代作用

在研究區(qū)內(nèi)可見交代作用，早成巖階段形成的方解石交代碎屑長石、石英和巖屑及泥質(zhì)雜基。中晚期成巖階段形成的方解石交代石英自生加大邊、自生黏土礦物伊利石和綠泥石襯邊以及碎屑長石等顆粒

2.2.4 溶蝕作用

在研究區(qū)石英的溶蝕呈現(xiàn)為邊緣不規(guī)則狀、港灣狀。長石和巖屑的溶蝕現(xiàn)象十分普遍，粒間和粒內(nèi)溶孔為其主要的表現(xiàn)形式，長石粒內(nèi)溶孔多沿解理發(fā)育 （圖6）。砂巖中顆粒緊密接觸處，由于碎屑顆粒與膠結(jié)物被一起溶解，部分顆粒間可見伸長狀孔隙和特大孔隙。研究區(qū)儲層中見少量石英全部被溶蝕，形成鑄?？椎默F(xiàn)象。

圖6 黑46區(qū)井油田油藏儲層溶蝕作用 （單偏光10×10）

3 成巖作用對物性的影響

成巖作用是造成低孔、低滲儲層的又一主要原因，通過對研究區(qū)相關(guān)資料的研究，目的層段的成巖作用經(jīng)歷了壓實、膠結(jié)、溶解和交代作用等過程。研究區(qū)的面積雖小，但目的層段的埋深最大相差400多米，因此它們所經(jīng)歷的成巖作用也不相同。研究區(qū)目的層段有的區(qū)塊只經(jīng)歷了晚成巖A期成巖階段，其作用方式使研究區(qū)儲層發(fā)生了巨大的變化。

3.1 壓實作用使儲層原生孔隙大幅減小

該作用發(fā)生于沉積物埋藏后直至膠結(jié)作用終止，它是砂巖固結(jié)成巖的主要成巖作用類型。這種差異壓實效應(yīng)有：①使砂巖中的柔性組分與穩(wěn)定結(jié)構(gòu)相間分布，構(gòu)成了嵌合結(jié)構(gòu)；②細(xì)砂巖、粉砂巖與云母層呈層狀分布，差異壓實作用層內(nèi)使致密層與疏松層相間分布，降低了砂巖的垂向滲透率；③云母、雜基與細(xì)粒沉積物混積在一起，使得原生孔隙很少保存。

3.2 膠結(jié)作用降低了原生孔隙

研究區(qū)砂巖中主要膠結(jié)礦物類型有硅質(zhì)、碳酸鹽類、黏土礦物等。

1）硅質(zhì)膠結(jié)物 多為隱晶質(zhì)玉髓及石英，另有少量充填于孔隙之中的自生石英晶粒，硅質(zhì)膠結(jié)物的平均含量為5%～10%。石英次生加大可表現(xiàn)為強、弱兩種，前者僅在埋深大于2600m的砂巖中可見到，薄片中表現(xiàn)為多個石英顆粒具有次生加大邊且邊較寬；后者在在埋深較淺的儲層常見，薄片觀察僅個別石英顆粒具有次生加大邊且邊較窄。石英加大的結(jié)果是儲層孔隙度降低，孔隙間的喉道變窄，使儲層物性變差。

2）碳酸鹽膠結(jié)物 分布范圍較廣，體積分?jǐn)?shù)為1%～30%。碳酸鹽染色及掃描電鏡資料表明，碳酸鹽有多種膠結(jié)物類型，主要有白云石、鐵白云石、方解石、鐵方解石，在砂巖中呈晶粒狀或嵌晶狀充填，方解石、白云石的形成時期比鐵白云母、鐵方解石早，鐵白云石多呈自形晶粒出現(xiàn)在砂巖中。從圖7中可以看出，碳酸鹽含量與儲層孔隙度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，所以碳酸鹽膠結(jié)物對研究區(qū)儲層影響是使物性變差。

3）泥質(zhì)膠結(jié)物 黑46區(qū)儲層泥質(zhì)膠結(jié)物含量較高，X衍射、掃描電鏡等資料表明，砂巖儲層中黏土礦物主要為綠泥石、高嶺石和伊利石。綠泥石呈葉片狀，與自生石英共生。自生高嶺石呈假六方板狀集合體，伊利石呈球狀式彎曲薄片狀、絲縷狀。這些自生礦物或是雜亂堆積在粒間孔隙之中，或是附著在顆粒表面。結(jié)果使喉道變窄甚至阻塞，致使儲層物性變差。

圖7 黑46區(qū)K1qn1碳酸鹽體積分?jǐn)?shù)與孔隙度相關(guān)關(guān)系圖

3.3 溶解作用有利于次生孔隙形成

研究區(qū)砂巖的溶解作用主要表現(xiàn)為長石等不穩(wěn)定礦物顆粒的溶解和碳酸鹽膠結(jié)物的溶解。溶解作用可分為2期：第1期溶解作用主要是早期形成的碳酸鹽膠結(jié)物的溶解，發(fā)生在晚期碳酸鹽膠結(jié)物形成之前。表現(xiàn)為因溶解而表現(xiàn)出的砂巖差異壓實現(xiàn)象，同一樣品中部分顆粒呈點接觸，部分顆粒排列緊密，形成不均勻的次生孔隙。第2期溶解作用主要表現(xiàn)為對晚期碳酸鹽膠結(jié)物的選擇性溶解，形成港灣狀的溶蝕孔隙。該期溶解作用發(fā)生在晚期碳酸鹽膠結(jié)物形成之后，因此，溶解作用可形成大量的次生孔隙。研究區(qū)目的層在2300～2800m深度之間地層發(fā)生較強的溶蝕作用，形成一定量的次生孔隙。從圖8中可以看出，在大約2380m以下的地層中其滲透率值急劇降低，孔隙度在此深度以下也逐漸降低。所以黑46區(qū)在地下2380m，確實是一個明顯的物性突變深度 （圖8）。

3.4 交代作用對原生孔隙起破壞性作用

研究區(qū)儲層的交代作用主要表現(xiàn)為碳酸鹽礦物對碎屑礦物顆粒的交代及晚期碳酸鹽礦物對早期碳酸鹽膠結(jié)物的交代。鐵方解石交代長石、石英顆粒并使其邊緣呈港灣狀，也見整個顆粒被交代后依然保留了顆粒的原來形狀，同時見碳酸鹽交代石英顆粒的次生加大邊，表明碳酸鹽交代作用發(fā)生較晚。交代作用對原生孔隙起破壞性作用。

圖8 黑46井區(qū)K1qn1次生孔隙發(fā)育帶

3.5 不穩(wěn)定組分成巖蝕變作用使孔隙度有所改善

1）黑云母非晶質(zhì)化、泥化在早期成巖階段黑云母被很快分解泥化，泥化后的黑云母抗壓效應(yīng)變差，隨著孔隙的塑性變形，泥化后的黑云母形成假雜基擠入孔喉之中，降低了砂巖的孔隙度。

2）蒙脫石轉(zhuǎn)化為伊－蒙混層黏土礦物 蒙脫石轉(zhuǎn)化為伊－蒙混層黏土礦物，進而蝕變成伊利石的現(xiàn)象在研究區(qū)非常普遍，且蝕變形成的伊利石呈不規(guī)則斑狀充填于孔隙中。經(jīng)鏡下觀察表明，由伊－蒙混層黏土伊利石重結(jié)晶成網(wǎng)狀而形成的晶間小孔，提高砂巖的孔隙度，但對于儲層滲透率沒有多大影響。

3）蝕變高嶺石 在薄片中見到的高嶺石，一部分是蝕變的產(chǎn)物，結(jié)晶程度差，呈斑狀充填孔隙，其中見微細(xì)晶間孔，因而可提高孔隙度，對滲透率的提高意義不大。

總之，在成巖過程中，由于早期的機械壓實作用而使得泥質(zhì)含量高的砂巖因缺少抗壓基質(zhì)，孔隙度損失較大。對于泥質(zhì)含量少、碳酸鹽膠結(jié)的砂巖，因其格架可起支撐作用，壓實作用損失原生孔隙較少。因此，由于早期碳酸鹽膠結(jié)，機械壓實使孔隙減少較少，使得儲層以原生孔隙為主，由于大量膠結(jié)物沉淀及次生孔隙的形成而使得中期成巖作用的孔隙演化比較復(fù)雜。對于溶解作用發(fā)育的層段、沉淀損失孔隙與溶解形成的孔隙基本相等，表現(xiàn)為膠結(jié)似乎對孔隙度影響不大，而溶解作用不發(fā)育的層段，則表現(xiàn)為孔隙度明顯下降。

4 結(jié) 論

1）大情字井油田黑46區(qū)塊K1qn1儲層成分成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度均中等偏低，成巖類型豐富，現(xiàn)今主要處于晚成巖A期。

2）成巖作用是造成研究區(qū)儲層低孔低滲的一個重要原因之一，壓實作用使原生孔隙大幅度減小，膠結(jié)作用使原生孔隙降低，溶解作用有利于次生孔隙的形成，交代作用對原生孔隙起破壞性作用，不穩(wěn)定組分的成巖蝕變作用使孔隙度有所改善。

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