川南須家河組儲層成巖作用及其對儲層物性的影響

肖 玲 （西安石油大學(xué)油氣資源學(xué)院，陜西 西安710065）

嚴(yán)小鳙 （中國石油大學(xué) （北京）地球科學(xué)學(xué)院，北京102249）

魏欽廉 （西安石油大學(xué)油氣資源學(xué)院，陜西 西安710065）

研究區(qū)地理位置處于四川宜賓市、自貢市境內(nèi)，區(qū)域構(gòu)造為川西南低緩構(gòu)造區(qū)[1]（圖1）。該地區(qū)上三疊統(tǒng)須家河組（T3x）儲集砂體廣布，是四川盆地勘探的主要層位之一，縱向上根據(jù)其巖性特征可以劃分為8個巖性段，其中須家河組六段2小層 （T3）、須家河組五亞段 （T3x5）、須家河組三亞段 （T3x3）及須家河組一亞段 （T3x1）以泥頁巖為主，夾砂巖，含煤層，是主要的成烴、成煤地 層；而 T3、T3、T3x4及T3x2以砂巖為主，夾薄層泥頁巖，為T3x主要儲層。該套儲層屬于典型的低孔、低滲型儲層，研究表明成巖作用對儲層的孔隙結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了強烈的影響，決定了儲層孔滲條件，造成了儲層的非均質(zhì)性，嚴(yán)重制約研究區(qū)油氣的進(jìn)一步勘探與開發(fā)。因此研究成巖作用可以對研究區(qū)儲層評價及預(yù)測提供依據(jù)。

圖1 研究區(qū)構(gòu)造位置圖

根據(jù)研究區(qū)內(nèi)取心井的鑄體薄片、掃描電鏡 （SEM）、X衍射等測試分析資料結(jié)果，筆者重點研究川南T3x儲層的巖石學(xué)特征、成巖作用主要類型，在此基礎(chǔ)上對川南T3x儲層進(jìn)行了成巖作用階段劃分，進(jìn)而探討了成巖作用對儲層的影響。

1 儲層巖石學(xué)特征

研究區(qū)內(nèi)儲層為高結(jié)構(gòu)成熟度和高成分成熟度的湖相陸源碎屑巖，據(jù)薄片觀察結(jié)果表明，研究區(qū)內(nèi)T3x主要的巖石類型為巖屑長石砂巖、長石巖屑砂巖 （圖2）。石英體積分?jǐn)?shù)φ（Q）相對較高，一般在65%～75%之間；長石體積分?jǐn)?shù)φ（F）相對較低，為5%～25%；巖屑體積分?jǐn)?shù)φ（R）為10%～30%。儲層巖性特征縱向上變化較明顯，T3x4長石和石英體積分?jǐn)?shù)高于T3x6，而雜基和巖屑體積分?jǐn)?shù)明顯低于T3x6。

圖2 川南T3x巖石類型三角圖

2 主要成巖作用類型

在大量巖心觀察基礎(chǔ)上，運用X衍射分析、薄片鑒定及SEM等手段，對川南T3x成巖作用進(jìn)行系統(tǒng)研究，研究認(rèn)為，壓實、壓溶作用、溶蝕作用、膠結(jié)作用和交代作用是對研究區(qū)儲層物性影響較明顯的主要成巖作用類型。

2.1 壓實、壓溶作用

壓實作用是造成儲層原生孔隙大量喪失的重要原因，顆粒以點－線、線接觸為主，壓實作用較為強烈，使剛性石英顆粒產(chǎn)生脆性裂縫，塑性云母礦物發(fā)生彎曲變形 （圖3（a））。隨著膠結(jié)作用的不斷增強，至早成巖晚期，壓實作用被抑制并逐漸減弱?？傮w來看，研究區(qū)內(nèi)壓實作用較為強烈，而壓溶作用相對較弱。壓實、壓溶作用使得儲集層原生孔隙急劇減少，同時壓溶過程中產(chǎn)生的溶解物質(zhì)為硅質(zhì)膠結(jié)物生成的物質(zhì)來源。

2.2 膠結(jié)作用

研究區(qū)內(nèi)主要膠結(jié)物類型為黏土礦物膠結(jié)物、硅質(zhì)膠結(jié)物及鈣質(zhì)膠結(jié)物。據(jù)X衍射分析，高嶺石、伊利石、綠泥石和伊－蒙混層為研究區(qū)主要的黏土礦物。自生高嶺石礦物晶體相對較為粗大、干凈，常充填在長石溶孔、次生粒間孔中，SEM下呈六邊形晶片，集合體則呈蠕蟲狀或書頁狀 （圖3（b））。綠泥石礦物呈葉片狀充填于粒間孔或附著于顆粒表面 （圖3（c））。自生礦物伊利石其片狀晶體發(fā)育相對較好，呈絲狀產(chǎn)出 （圖3（d））。

石英次生加大為硅質(zhì)膠結(jié)物表現(xiàn)形式，其發(fā)育程度與巖石粒度、組分及雜基含量有關(guān)。在石英含量高、粒度粗而黏土雜基少的砂巖中，石英次生加大相對較為發(fā)育 （圖3（e）），其物質(zhì)來源主要為層外泥巖SiO2的釋放和火山物質(zhì)蝕變，其次，層內(nèi)壓溶物質(zhì)也可析出部分SiO2。

骨架顆粒之間充填早期方解石膠結(jié)物，并交代其他碎屑顆粒，此階段發(fā)生次生加大的石英碎屑顆粒極少；而經(jīng)過壓實和早期膠結(jié)后，有機質(zhì)降解形成大量CO2，使方解石發(fā)生沉淀，晚期方解石膠結(jié)物開始形成，使顆粒接觸更為緊密 （圖3（f））。這種鈣質(zhì)膠結(jié)物在緊密壓實的碎屑顆粒之間以孔隙充填的方式存在，此時石英顆粒發(fā)生較為明顯次生加大。

一般而言，膠結(jié)物含量越多，儲層物性越差。但各類膠結(jié)物對物性影響也有相同，硅質(zhì)、鈣質(zhì)膠結(jié)物對儲層物性起破壞作用。而綠泥石膠結(jié)物雖然占據(jù)孔隙空間，但它附著于顆粒表面抑制石英再生長，從而有效地保護(hù)原生粒間孔 （圖3（g）），屬于建設(shè)性成巖作用。高嶺石礦物占據(jù)了孔隙空間，但其是表生期大氣淡水淋濾作用的產(chǎn)物，高嶺石本身體積要小于淋濾作用產(chǎn)生的孔隙空間 （圖3（h））。

圖3 川南地區(qū)T3x儲層主要成巖作用類型

2.3 交代作用

交代作用是指一種礦物被另一種礦物所替換。其對孔隙度影響相對較小，研究區(qū)儲層中常見交代作用有方解石的交代作用、菱鐵礦的交代作用及黃鐵礦的交代作用。交代作用從顆粒的邊緣開始，使其成港灣狀、鋸齒狀等不規(guī)則形態(tài)。研究區(qū)廣泛發(fā)育菱鐵礦結(jié)核，其成因就是菱鐵礦對泥礫交代作用不徹底，使得菱鐵礦皮殼形成。

2.4 溶蝕作用

近地表溶蝕作用和埋藏溶蝕作用為研究區(qū)內(nèi)主要的溶蝕作用類型，以后者為主，其對孔隙改善的貢獻(xiàn)最大。喜山期構(gòu)造運動使研究區(qū)內(nèi)地層局部抬升，從而發(fā)生近地表大氣淡水溶蝕作用，其能產(chǎn)生一些淋濾溶蝕孔，但同時生成的高嶺石礦物占據(jù)一定的孔隙空間。致密砂巖中，高嶺石體積大致等于大氣淡水淋濾形成的孔隙體積，在孔隙度相對較高的砂巖中，高嶺石體積比大氣淡水溶蝕形成孔隙度要小0.7%左右，即大氣淡水淋濾能使孔隙度提高0.7%。因此大氣淡水淋濾作用對儲層孔隙的貢獻(xiàn)相對較低。此階段，構(gòu)造運動可形成少量構(gòu)造裂縫，從而改善了儲層的滲透性 （圖3（h）），但研究區(qū)仍屬低孔、低滲儲層。

有機質(zhì)成熟過程中產(chǎn)生的有機酸或酸性水是影響埋藏溶蝕作用重要因素，川南地區(qū)T3x烴源巖鏡質(zhì)體反射率Ro一般在1.0%～2.0%之間，目前有機質(zhì)正處于成熟－高成熟階段。有機質(zhì)成熟過程中，產(chǎn)生了大量的CO2，使地層水成為酸性水，或形成有機酸。酸性水和有機酸伴隨泥巖的壓實進(jìn)入到附近砂巖體中，溶蝕砂巖中易溶組分，形成鑄模孔和粒內(nèi)溶孔 （見圖3（i）、（d）），并對粒間孔進(jìn)一步改造。

3 成巖階段劃分

依據(jù)巖石鏡下各類成巖作用發(fā)生的先后順序 （見圖3 （b）），結(jié)合研究區(qū)有機物質(zhì)演化史、埋藏史、地?zé)崾贰⑸皫r形成作用、黏土礦物演化史及成巖共生序列，以石油天然氣碎屑巖成巖階段劃分行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[2]為基礎(chǔ)，對工區(qū)儲層進(jìn)行成巖作用階段的劃分。工區(qū)內(nèi)儲層成巖作用強度大，目前正主要處于中成巖A期階段 （圖4）。

圖4 川南T3x成巖作用階段劃分與成巖演化順序

4 成巖作用對儲層的影響

研究區(qū)為低孔低滲儲層，孔隙度在0.8%～18%之間，平均6.4%。研究區(qū)內(nèi)主要包括次生孔隙和原生孔隙兩大類孔隙類型，溶蝕作用形成的粒間孔、鑄?？?、粒內(nèi)溶孔及構(gòu)造縫為次生孔隙，剩余粒間孔為原生孔隙。

4.1 破壞性成巖作用－壓實作用和膠結(jié)作用

研究區(qū)內(nèi)儲層大部分樣品都落在膠結(jié)物體積分?jǐn)?shù)與負(fù)膠結(jié)物孔隙度交會圖的左下區(qū)域 （圖5），與膠結(jié)作用相比，壓實作用是造成孔隙度降低的最重要因素。主要的負(fù)膠結(jié)物孔隙度小于18%，而壓實所造成的孔隙度損失22%以上，占損失儲集空間56%以上，因此工區(qū)內(nèi)壓實作用是造成孔隙度降低的最重要因素。

4.2 建設(shè)性成巖作用－溶蝕作用

各種類型的干酪根都能產(chǎn)生有機酸，形成羧酸的最有利的為Ⅲ型干酪根，其轉(zhuǎn)化率較Ⅰ型、Ⅱ型高，它產(chǎn)生的一元酸含量比二元酸要少，而一元酸的溶解能力也不及二元酸，湖相煤系地層中干酪根多為Ⅲ型，因此其儲層的溶蝕作用十分發(fā)育[3～5]。川南地區(qū)T3x為典型的陸相煤系地層，據(jù)巖石薄片鑒定成果，經(jīng)過成巖作用改造的粒間孔為研究區(qū)內(nèi)儲層的主要孔隙類型，由溶蝕作用改造形成的晶間微孔、粒內(nèi)溶孔和少量的鑄?？资箖淤|(zhì)量得到改善。其中，最為普遍和強烈的次生孔隙類型為長石溶蝕孔隙（見圖3（d）、（i））。一般而言，隨著深度增加，壓實作用加強，在不受其他成巖作用影響時，隨著深度的增加聲波速度越來越快，相應(yīng)所需要的時間就越短。在1900～2000m附近2100、2200m附近有3個聲波時差異常帶，其對應(yīng)的孔隙度急劇增大，這就是由溶蝕作用產(chǎn)生的3個次生孔隙發(fā)育帶 （圖6）。

圖5 砂巖膠結(jié)物體積分?jǐn)?shù)與負(fù)膠結(jié)物孔隙度投點圖

圖6 T18井孔隙度隨深度變化圖

5 結(jié) 論

1）川南T3x儲層為一套高結(jié)構(gòu)成熟度、高成分成熟度的湖相陸源碎屑巖。據(jù)薄片鑒定結(jié)果，其主要的巖石類型為長石巖屑砂巖和巖屑長石砂巖。

2）壓實壓溶作用、膠結(jié)作用、交代作用、儲層溶蝕作用為T3x儲層主要成巖作用類型，成巖演化階段為中成巖A期。原生孔隙降低的首要因素為壓實作用，形成次生孔隙的關(guān)鍵因素是溶蝕作用。

3）川南T3x為低孔低滲儲層，破壞性成巖作用包括壓實和膠結(jié)作用，溶蝕作用改善儲層物性，使深部儲層出現(xiàn)高孔隙度異常發(fā)育帶。

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