孤南-富林洼陷沙河街組碎屑巖儲(chǔ)層特征及物性影響因素分析

周維博（中石化勝利油田分公司地質(zhì)科學(xué)研究院，山東 東營(yíng)257015）

孤南-富林洼陷沙河街組碎屑巖儲(chǔ)層特征及物性影響因素分析

周維博（中石化勝利油田分公司地質(zhì)科學(xué)研究院，山東 東營(yíng)257015）

通過(guò)巖心觀察、薄片鑒定、物性分析、掃描電鏡觀察等技術(shù)手段，研究了孤南－富林洼陷沙河街組碎屑巖儲(chǔ)層的巖石類(lèi)型、孔隙類(lèi)型、物性特征及影響因素。結(jié)果表明，碎屑巖儲(chǔ)層巖石學(xué)特征具有結(jié)構(gòu)成熟度中等，成份成熟度較低的特點(diǎn)；孔隙類(lèi)型為原生孔隙、次生溶蝕孔隙及構(gòu)造裂隙；儲(chǔ)層物性隨埋深逐漸變差，具有次生孔隙發(fā)育帶；影響儲(chǔ)層物性的因素包括物源體系、沉積相帶及成巖作用，沉積相帶是影響儲(chǔ)層物性的根本因素。

孤南－富林洼陷；沙河街組；碎屑巖；物性特征；影響因素

孤南－富林洼陷位于渤海灣盆地濟(jì)陽(yáng)坳陷沾化凹陷東南端［1～6］，由孤南和墾東兩條斷裂帶控制形成北斷南超、東斷西超北東走向的洼陷，勘探面積550km2。受北東走向的墾利斷層分割形成孤南洼陷和富林洼陷（圖1）。前人研究［1～6］主要集中于層序地層、構(gòu)造演化及油氣成藏特征，筆者對(duì)孤南－富林洼陷沙河街組碎屑巖儲(chǔ)層特征進(jìn)行研究，并分析儲(chǔ)層物性影響因素，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

孤南－富林洼陷沙河街組地層發(fā)育全，儲(chǔ)集層以碎屑巖儲(chǔ)層為主，只在沙一段（生物灰?guī)r為主）及富林洼陷沙四段（白云巖為主）發(fā)育碳酸鹽巖儲(chǔ)層。碎屑巖儲(chǔ)層類(lèi)型包括礫巖、含礫砂巖、細(xì)砂巖、粉砂巖和泥質(zhì)粉砂巖等，砂體類(lèi)型主要有三角洲、扇三角洲、湖底扇砂體以及灘壩砂體［2，3］。

圖1 孤南-富林洼陷及周邊構(gòu)造綱要圖

1 儲(chǔ)層特征研究

1.1 巖石學(xué)特征

根據(jù)薄片觀察，研究區(qū)碎屑巖的結(jié)構(gòu)成熟度中等，成份成熟度較低，多為長(zhǎng)石砂巖和巖屑長(zhǎng)石砂巖［7］（圖2）。碎屑成分中，石英含量一般為33%～46%，多在40%左右，少量樣品在52%以上；長(zhǎng)石含量在25%～38%之間，一般在34%左右；巖屑含量為20%～30%，局部發(fā)育以石英顆粒為核心的鮞粒。石英多為次棱角狀，少量次圓狀，有多旋回沉積的特征。長(zhǎng)石成分中鉀長(zhǎng)石多于斜長(zhǎng)石，巖屑主要有石英巖，長(zhǎng)英質(zhì)變質(zhì)巖及中酸性噴出巖，也可見(jiàn)少量粉砂巖和泥巖巖屑。

圖2 孤南富-林洼陷沙河街組碎屑巖成分三角圖

1.2 儲(chǔ)層孔隙類(lèi)型

根據(jù)普通薄片、鑄體薄片等分析，孤南－富林洼陷沙河街組碎屑巖儲(chǔ)層孔隙既有原生孔隙，又有次生溶蝕孔隙以及構(gòu)造裂隙（圖3）。

原生孔隙主要分布在填隙物含量較少的層段，發(fā)育程度較小，且由于大部分沉積物距物源較近，顆粒分選性較差，孔隙連通性不好。研究區(qū)次生孔隙發(fā)育，主要由碎屑顆粒（主要是長(zhǎng)石、碳酸鹽膠結(jié)物或黏土雜基）溶蝕而成，具有孔隙大小不一、分布不均的特點(diǎn)。常見(jiàn)有粒間擴(kuò)大溶孔、印模溶孔、顆粒內(nèi)溶孔、膠結(jié)物內(nèi)溶孔等類(lèi)型。粒間擴(kuò)大溶孔是由于顆粒邊緣的溶蝕作用，使原有粒間孔隙加大而形成的次生孔隙，這類(lèi)次生孔隙不受顆粒邊界的限制，邊緣常呈港灣狀，形狀不規(guī)則；印模溶孔是由于巖石顆?；蛄ｉg交代物被完全溶蝕而形成的次生孔隙，該類(lèi)孔隙顯示溶蝕前碎屑顆粒的外形，或者是膠結(jié)物印模和交代物印模；粒內(nèi)溶孔指的是長(zhǎng)石、巖屑等不穩(wěn)定的碎屑顆粒內(nèi)部被溶蝕所產(chǎn)生的孔隙，有時(shí)呈網(wǎng)眼狀，如進(jìn)一步發(fā)展將變成印?？紫?；膠結(jié)物內(nèi)溶孔是由于自生膠結(jié)物（方解石、高嶺石）被溶蝕形成次生孔隙。除上述孔隙類(lèi)型之外，碎屑巖儲(chǔ)層中還存在微孔隙、裂隙等孔隙類(lèi)型。微孔隙是指小于0.5μm的孔隙，這類(lèi)孔隙在碎屑巖中數(shù)量可觀，但對(duì)滲透率的貢獻(xiàn)很小，主要是儲(chǔ)集巖充填物之間的小孔隙，既包括雜基內(nèi)微孔隙，也包括自生礦物的細(xì)小晶間孔，如自生高嶺石的晶間或晶內(nèi)孔隙。裂隙是成巖過(guò)程中由巖石組分收縮作用或構(gòu)造應(yīng)力作用形成的裂隙，常呈細(xì)微片狀，一般寬度為幾微米到幾十微米。裂隙所提供的孔隙空間很少，通常小于巖石總體積的1%，但極大地改善了儲(chǔ)層滲透能力，裂隙只在局部發(fā)育，多為礦物顆粒破裂而產(chǎn)生。

1.3 孔隙結(jié)構(gòu)特征

孔隙結(jié)構(gòu)主要取決于巖石顆粒的接觸類(lèi)型、膠結(jié)類(lèi)型、顆粒的大小和形狀。研究區(qū)儲(chǔ)層以點(diǎn)狀和點(diǎn)－線狀接觸為主，接觸－孔隙式膠結(jié)，顆粒輪廓不清晰，大小不等的顆?；祀s堆積，根據(jù)孤南181井和墾84井等井鑄體薄片、壓汞數(shù)據(jù)（圖4），研究區(qū)儲(chǔ)層孔喉發(fā)育不均勻，孔隙結(jié)構(gòu)主要表現(xiàn)為中孔中細(xì)喉和細(xì)孔細(xì)喉型，略粗歪度，飽和度中值壓力約為0.82MPa，喉道半徑中值平均9.45μm。

1.4 儲(chǔ)層物性特征

孔隙度和滲透率是最常用的儲(chǔ)層物性評(píng)價(jià)參數(shù)［8］，分析研究區(qū)儲(chǔ)層物性及其在縱、橫向上的變化特征，是揭示儲(chǔ)層物性控制因素的基礎(chǔ)。

圖3 孤南-富林洼陷沙河街組碎屑巖儲(chǔ)層孔隙類(lèi)型

圖4 孤南181井毛細(xì)管壓力曲線特征

利用孤南－富林洼陷20多口井的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，做出了孔隙度、滲透率隨深度變化圖（圖5）。從圖5上可以看出，兩者均隨埋深而下降，2400～2750m段兩者均有所增加，但是增加幅度不大。同時(shí)可以看出，孔隙度、滲透率的變化趨勢(shì)相似，反映了兩者良好的相關(guān)性，表明儲(chǔ)層物性主要受壓實(shí)作用的控制，孔隙類(lèi)型應(yīng)以原生孔隙為主。

圖5 孤南-富林洼陷沙河街組碎屑巖孔隙度、滲透率縱向變化特征

2 儲(chǔ)層物性影響因素分析

孤南－富林洼陷沙河街組沉積具有多物源、多沉積類(lèi)型的特點(diǎn)，因而決定了內(nèi)部豐富的砂體類(lèi)型，而儲(chǔ)集體物性的好壞決定了油氣的富集程度，因此對(duì)儲(chǔ)層物性影響因素的分析，對(duì)評(píng)價(jià)儲(chǔ)層至關(guān)重要。影響儲(chǔ)層發(fā)育的因素有很多［9～11］，如沉積相、成巖作用、有機(jī)質(zhì)演化及烴類(lèi)早期充注、異常壓力、構(gòu)造活動(dòng)、埋藏深度等。通過(guò)對(duì)孤南－富林洼陷沙河街組碎屑巖儲(chǔ)層進(jìn)行細(xì)致研究后認(rèn)為，物源體系、沉積相帶及成巖作用是影響該區(qū)儲(chǔ)層物性的3個(gè)主要因素。

2.1 物源體系影響儲(chǔ)層物性

孤南－富林洼陷周緣存在墾東凸起、孤島凸起、陳家莊凸起及墾利凸起（短時(shí)局部）等不同的物源區(qū)，沙河街組沉積時(shí)期，各物源區(qū)剝蝕程度不同，向洼陷提供沉積的母巖性質(zhì)、動(dòng)力條件等不同，使得不同物源體系下儲(chǔ)層孔滲的演化特征不同，表現(xiàn)為儲(chǔ)層物性間物源體系的差異。通過(guò)不同物源體系之間儲(chǔ)層物性的差異對(duì)比，能夠揭示研究區(qū)物源體系對(duì)儲(chǔ)層物性的控制作用。

首先根據(jù)樣品點(diǎn)位置，區(qū)分出不同的物源體系；然后對(duì)各物源沉積體系中部位置的物性做分布直方圖，最后通過(guò)對(duì)比各物源體系儲(chǔ)層物性分布范圍，確定物源對(duì)儲(chǔ)層物性的控制。墾東、孤島、陳家莊物源儲(chǔ)層物性分布如圖6所示（圖中，N為樣品數(shù)），3物源孔隙度主頻率范圍分別為15%～20%、10%～20%、5%～15%，滲透率范圍分別為（1～10）×10－3μm2、（10～100）×10－3μm2、（0.1～10）×10－3μm2，綜合分析認(rèn)為墾東、孤島、陳家莊物源體系儲(chǔ)層物性依次變差。

2.2 沉積相帶控制儲(chǔ)層物性

由于不同沉積相帶物源供給的能量不同，其沉積物巖性配置（砂泥巖比率）、分選、磨圓以及成巖作用程度不同，造成儲(chǔ)集層物性的差別。按照砂巖百分含量由洼陷邊緣到中心的變化，將各沉積相劃分為根部、中部、端部。結(jié)果表明（圖7），根部孔隙度主要分布在15%～20%，滲透率在（1～10）×10－3μm2，分布較為集中；中部61%的孔隙度值分布在20%～25%之間，滲透率分布范圍較寬，66%分布在（1～100）×10－3μm2，大于100×10－3μm2的樣品約占26%；端部與根部物性分布比較相似，但是較小的孔隙度、滲透率值所占比例稍有增加。由此可見(jiàn)，孤南－富林洼陷各沉積相帶中部物性最好、根部次之、端部稍差。

圖6 孤南-富林洼陷物源體系之間儲(chǔ)層物性分布對(duì)比圖

2.3 成巖作用對(duì)儲(chǔ)層物性的影響

良好的物源體系和有利的沉積相帶為儲(chǔ)層物性提供良好的先天條件，成巖作用［10］對(duì)儲(chǔ)集性能的改造則是影響儲(chǔ)集物性的后天因素［11］。孤南－富林洼陷碎屑巖經(jīng)歷的成巖作用包括壓實(shí)作用、膠結(jié)作用、交代充填作用、溶蝕作用和破裂作用。壓實(shí)作用是研究區(qū)最常見(jiàn)的一種成巖作用，表現(xiàn)為顆粒的破裂、塑性顆粒擠壓變形、剛性顆粒嵌入塑性顆粒中、片云母壓彎折斷等，壓實(shí)作用的結(jié)果是使巖石中顆粒排列更加緊密，物性變差。

膠結(jié)作用主要為泥質(zhì)膠結(jié)和鈣質(zhì)膠結(jié)，局部可見(jiàn)石英次生加大和鐵質(zhì)膠結(jié)現(xiàn)象。泥質(zhì)膠結(jié)主要是一些同沉積和自生的黏土礦物的膠結(jié)作用。鈣質(zhì)膠結(jié)物的含量變化很大，一般隨巖石中泥質(zhì)填隙物含量的增加而降低，而與深度的關(guān)系不明顯；鈣質(zhì)膠結(jié)物對(duì)儲(chǔ)層具有雙重作用：一方面，它填塞了孔隙空間，使孔隙度減小，可以使孔隙發(fā)育的砂巖滲透層變?yōu)榉菨B透層或致密層；另一方面，它阻礙了壓實(shí)作用的進(jìn)行，為后期的溶蝕作用提供了物質(zhì)基礎(chǔ)，為儲(chǔ)集層保留了一些潛在的儲(chǔ)集空間。研究區(qū)石英次生加大現(xiàn)象普遍，一般石英次生加大邊的含量占3%～5%，石英次生加大堵塞石英碎屑之間的孔隙喉道，形成鑲嵌狀結(jié)構(gòu)，降低砂巖的孔隙度和滲透性。

圖7 孤南-富林洼陷不同沉積相帶儲(chǔ)層物性分布對(duì)比圖

交代充填作用主要有3種類(lèi)型［7］。第1種是黏土礦物交代長(zhǎng)石；第2種是碳酸鹽礦物對(duì)黏土礦物、長(zhǎng)石、石英、云母等的交代作用；第3種是碳酸鹽礦物之間的交代。交代充填作用使孔隙空間減小，物性變差。

溶蝕作用主要為長(zhǎng)石和碳酸鹽礦物及巖屑的溶蝕，可以產(chǎn)生各種次生孔隙，如膠結(jié)物溶孔、交代物溶孔及顆粒溶孔，使深埋的砂巖有很好或較好的儲(chǔ)集空間。

構(gòu)造運(yùn)動(dòng)可以使巖石產(chǎn)生破裂，形成裂縫。破裂作用形成的裂縫一般比較平直，對(duì)改善儲(chǔ)層物性很有利，但多數(shù)情況下這些裂縫被方解石部分充填。

壓實(shí)作用、膠結(jié)作用、交代充填作用使顆粒間接觸更緊密，儲(chǔ)層物性變差；而溶蝕作用和破裂作用能夠產(chǎn)生次生孔隙和裂縫，改善了儲(chǔ)層儲(chǔ)集性能。

3 結(jié) 論

1）孤南－富林洼陷沙河街組發(fā)育多種沉積相類(lèi)型的碎屑巖儲(chǔ)層，具有結(jié)構(gòu)成熟度中等，成份成熟度較低的特點(diǎn)。

2）碎屑巖儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間類(lèi)型包括原生孔隙、次生溶蝕孔隙及構(gòu)造裂隙。

3）孔隙度、滲透率隨埋深增加逐漸下降，且變化趨勢(shì)相似，2400～2750m為次生孔隙發(fā)育帶。

4）影響孤南－富林洼陷沙河街組碎屑巖儲(chǔ)層物性的因素包括物源體系、沉積相帶及成巖作用，其中沉積相帶是影響儲(chǔ)層物性的根本因素。

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The Characters of Clastic Reservoirs and the Influential Factors of Physical Property of Shahejie Formation in Gunan－Fulin Depression

ZHOU Wei－bo（Author's Address：Research Institute of Geosciences，Shengli Oilfield Company，SINOPEC，Dongying257015，Shandong，China）

The rock types，porosity types，characters of physical property and the influential factors of clastic reservoirs in Shahejie Formation of Gunan－Fulin Depression were studied by means of core observation，thin－section identification，physical property analysis and scanning electronic microscope.Study results show that the clastic reservoirs have the characteristics of medium textural maturity and lower compositional maturity；the porosity types are primary pores，secondary dissolution pores and structural fractures，reservoirs physical properties have a descent trend with depth increase and have secondary pore development－belt；the influential factors on reservoirs physical properties include provenance system，sedimentary facies and diagenesis，and the sedimentary facies are the essential factors.

Gunan－Fulin Depression；Shahejie Formation；clastic；characters of physical property；influential factors

TE122.2

A

1000－9752（2012）08－0027－07

2012－02－13

國(guó)家油氣重大專(zhuān)項(xiàng)（2011ZX05006）。

周維博（1979－），男，2001年大學(xué)畢業(yè)，碩士，工程師，現(xiàn)從事油氣勘探及石油地質(zhì)綜合研究工作。

［編輯］ 宋換新