蘇里格氣田南部盒8段儲(chǔ)層成巖作用及孔隙演化

1 區(qū)域地質(zhì)概況

鄂爾多斯盆地蘇里格氣田是我國(guó)近期發(fā)現(xiàn)的儲(chǔ)量規(guī)模最大的氣田［1］，目前探明和基本探明天然氣儲(chǔ)量累計(jì)達(dá)到2．85×1012m3，天然氣年產(chǎn)量達(dá)到106×108m3。蘇里格氣田南部地區(qū)是蘇里格氣田向南的延伸，地質(zhì)構(gòu)造隸屬于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡西部中段，西起姬塬，東到靖邊，北至定邊，南達(dá)吳起，勘探面積約10000km2（圖1），發(fā)育上古生界碎屑巖系中的大型砂巖巖性圈閉氣藏。上古生界自下而上可劃分為石炭系本溪組、二疊系太原組、山西組、下石盒子組、上石盒子組和石千峰組，其中，上、下石盒子組自上而下可劃分為盒1段至8盒段共8個(gè)含氣層段。其中下石盒子組盒8段是鄂爾多斯盆地上古生界天然氣主要產(chǎn)層之一，分為盒8上、盒8下兩個(gè)亞段，也是蘇里格氣田南部地區(qū)勘探開發(fā)的主要目的層系。盒8段沉積時(shí)期發(fā)育大型河流－三角洲沉積，與蘇里格氣田本部具有相同的沉積體系和沉積背景，儲(chǔ)層物性參數(shù)與氣田本部基本一致，平均孔隙度4．0%～9．0%，滲透率0．10～0．70mD，屬于典型的低孔、低滲儲(chǔ)層。

圖1 研究區(qū)構(gòu)造位置圖

目前蘇里格氣田南部勘探程度相對(duì)較低，砂體的展布以及儲(chǔ)層物性控制著氣藏的分布［2］，分析該區(qū)儲(chǔ)層的成巖作用及其對(duì)儲(chǔ)層的影響，尋找高滲儲(chǔ)層是蘇里格氣田南部地區(qū)巖性氣藏勘探的關(guān)鍵。

2 巖石學(xué)特征

盒8段儲(chǔ)層主要為石英砂巖，其次為巖屑質(zhì)石英砂巖，偶見(jiàn)少量長(zhǎng)石顆粒 （圖2）。根據(jù)276塊鑄體薄片資料統(tǒng)計(jì)，盒8段石英體積分?jǐn)?shù)最高，盒8上亞段、盒8下亞段平均石英體積分?jǐn)?shù)φ（Q）分別為77．7%、78．6%，巖屑體積分?jǐn)?shù)φ（R）分別為9．9%、10．1%，主要為變質(zhì)巖巖屑和少量火成巖巖屑，長(zhǎng)石體積分?jǐn)?shù)φ（F）極低，分別為0．01%和0．02%，除在個(gè)別薄片中見(jiàn)到未完全發(fā)生次生溶解的長(zhǎng)石外，多數(shù)已完全次生溶解。砂巖多以中粗粒、粗粒結(jié)構(gòu)為主，平均粒徑0．75mm，分選較好。

2．1 碎屑組分特征

圖2 盒8段砂巖類型三角圖

2．2 填隙物特征

盒8段儲(chǔ)層填隙物體積分?jǐn)?shù)9．1%～15．4%，平均11．9%，由黏土礦物、硅質(zhì)和碳酸鹽膠結(jié)物等組成。填隙物中硅質(zhì)體積分?jǐn)?shù)最高，平均體積分?jǐn)?shù)達(dá)3．8%，占填隙物總量的32%；其次為黏土礦物，高嶺石和伊利石平均體積分?jǐn)?shù)分別為2．92%和2．85% （表1）。填隙物體積分?jǐn)?shù)較高也是形成該區(qū)低孔、低滲儲(chǔ)層的原因之一。

表1 蘇南地區(qū)盒8段填隙物體積分?jǐn)?shù)統(tǒng)計(jì)表

3 主要成巖作用類型

3．1 壓實(shí)作用

蘇里格氣田南部盒8段埋深3500～4200m，已達(dá)到深埋藏階段，壓實(shí)作用強(qiáng)烈。壓實(shí)作用是該區(qū)儲(chǔ)層原生孔隙降低的最重要的因素，對(duì)儲(chǔ)集性能起著主要的破壞作用。壓實(shí)作用使得碎屑顆粒緊密接觸，由點(diǎn)接觸到線接觸，直至凹凸接觸 （圖3（a））；剛性顆粒發(fā)生破裂，產(chǎn)生微裂縫；塑性顆粒發(fā)生變形，顆粒之間的軟組分 （如云母、泥質(zhì)等）以假雜基的形式賦存 （圖3（b））。

3．2 膠結(jié)作用

3．2．1 硅質(zhì)膠結(jié)

盒8段儲(chǔ)層硅質(zhì)膠結(jié)作用非常普遍，填隙物中硅質(zhì)體積分?jǐn)?shù)最高，占總填隙物的32%，是造成儲(chǔ)層孔隙下降的主要因素之一。掃描電鏡下，硅質(zhì)最主要表現(xiàn)形式是以石英自生加大邊的形式產(chǎn)出于碎屑石英顆粒表面、粒間孔壁和粒內(nèi)溶孔中。石英次生加大現(xiàn)象明顯的顆粒呈縫合線形式接觸，孔隙空間幾乎被占據(jù)，僅發(fā)育少量粒內(nèi)溶孔，儲(chǔ)層質(zhì)量較差 （圖4（a））。研究區(qū)的硅質(zhì)來(lái)源比較豐富，上覆、下伏泥巖成巖熱演化過(guò)程中釋放的大量硅質(zhì)；噴發(fā)巖屑、凝灰質(zhì)、長(zhǎng)石、角閃石等鋁硅酸鹽溶解、高嶺石化過(guò)程中提供的硅質(zhì)［3］；碎屑石英顆粒的壓溶作用產(chǎn)生的硅質(zhì)等。

圖3 盒8段儲(chǔ)層壓實(shí)作用鏡下特征

圖4 盒8段儲(chǔ)層膠結(jié)作用的鏡下特征

3．2．2 黏土膠結(jié)

通過(guò)砂巖薄片鑒定、掃描電鏡分析表明，該區(qū)自生黏土膠結(jié)物主要有高嶺石和伊利石 （表1），分別占填隙物總量的24．6%和24．0%。巖石薄片中高嶺石多呈蠕蟲狀，掃描電鏡下觀察呈蠕蟲狀或書頁(yè)狀集合體 （圖4（b））。砂巖碎屑顆粒間的溶蝕孔內(nèi)常見(jiàn)到自生高嶺石充填，高嶺石書頁(yè)狀晶形保留了良好的晶間孔，對(duì)提高孔隙度有一定程度的貢獻(xiàn)。

自生伊利石以片狀為主 （圖4（c）），來(lái)源主要有兩方面：一方面通過(guò)蒙皂石蝕變而成；另一方面隨埋深、溫度、壓力增大，高嶺石可以向伊利石轉(zhuǎn)化，充填粒間孔及粒間溶。

3．2．3 碳酸鹽膠結(jié)作用

碳酸鹽膠結(jié)物主要有鐵方解石和鐵白云石，含少量方解石和菱鐵礦。碳酸鹽膠結(jié)物主要以充填粒間孔隙、交代礦物、襯邊狀以及連晶形式出現(xiàn) （圖4（d））。研究區(qū)碳酸鹽膠結(jié)物體積分?jǐn)?shù)占總填隙物的12%，盒8上亞段體積分?jǐn)?shù)高于盒8下亞段，碳酸鹽膠結(jié)是導(dǎo)致盒8段致密的一個(gè)重要原因。

3．3 溶蝕作用

溶蝕作用是研究區(qū)砂巖中最重要的建設(shè)性成巖作用，主要是巖屑溶蝕 （圖5（a））和長(zhǎng)石溶蝕 （圖5（b））。石盒子組下伏地層廣泛發(fā)育的沼澤相煤系烴源巖［4～6］，生烴過(guò)程中，有機(jī)質(zhì)成熟產(chǎn)生的有機(jī)酸進(jìn)入地層，為不穩(wěn)定礦物的溶解提供了充足的酸性介質(zhì)來(lái)源。巖屑是盒8段最主要的溶解礦物，可形成數(shù)量可觀的溶蝕孔隙，主要是富凝灰質(zhì)的火山巖巖屑，盒8上亞段、盒8下亞段巖屑溶孔分別占總面孔率的61%和63% （圖6）。長(zhǎng)石常沿其解理縫或邊緣溶蝕，形成粒內(nèi)溶孔、鑄模孔，但由于研究區(qū)長(zhǎng)石體積分?jǐn)?shù)很低，且大多數(shù)已高嶺石化，長(zhǎng)石溶孔占總面孔率較低。

圖5 盒8段儲(chǔ)層溶蝕作用的鏡下特征

圖6 盒8段儲(chǔ)層孔隙組成圖

4 孔隙演化

碎屑巖進(jìn)入埋藏成巖階段后經(jīng)歷了壓實(shí)、膠結(jié)、溶解等成巖作用，儲(chǔ)集空間的再分配受上述成巖作用的控制。定量研究?jī)?chǔ)集砂巖孔隙度降低和增加的成巖過(guò)程，可恢復(fù)砂巖孔隙演化史。

4．1 砂巖原始孔隙度

盒8段儲(chǔ)集砂巖原始孔隙度的恢復(fù)是根據(jù)比爾德和韋爾［7］提出的原始孔隙度（1）計(jì)算公式：

式中：S0為特拉斯克分選系數(shù)，S0＝ （Q1／Q3）1／2；Q1為第1四分位數(shù)，即相當(dāng)于25% 處的粒徑大??；Q3為第3四分位數(shù)，即相當(dāng)于75%處的粒徑大小。

通過(guò)計(jì)算，研究區(qū)盒8段平均原始孔隙度為38．7%。

4．2 壓實(shí)后砂巖孔隙度

恢復(fù)壓實(shí)后砂巖剩余粒間孔隙度（2）主要用于評(píng)價(jià)壓實(shí)作用對(duì)原生粒間孔的破壞程度。

壓實(shí)損失孔隙度＝1－2

4．3 膠結(jié)、交代后砂巖孔隙度

經(jīng)壓實(shí)、膠結(jié)及交代作用后的剩余粒間孔隙度（3）的計(jì)算方法為：

膠結(jié)交代后損失孔隙度＝2－3

4．4 溶蝕后砂巖孔隙度

溶蝕作用產(chǎn)生的孔隙度4指總儲(chǔ)集空間中溶蝕孔所占據(jù)的那部分儲(chǔ)集空間。

4．5 孔隙度演化分析

研究區(qū)盒8段儲(chǔ)層初始孔隙度為38．7%，經(jīng)壓實(shí)作用改造損失孔隙度18．4%，膠結(jié)作用損失孔隙度16．1%，經(jīng)溶蝕作用改造增加孔隙度4．5%，計(jì)算現(xiàn)今孔隙度為8．7%，與現(xiàn)今盒8段平均孔隙度8．5%相近，符合程度較高。

強(qiáng)烈的壓實(shí)作用是蘇南地區(qū)盒8儲(chǔ)層儲(chǔ)層致密低滲的最主要原因，其次為膠結(jié)作用，是導(dǎo)致粒間孔隙度降低的主要原因之一，其對(duì)儲(chǔ)層質(zhì)量的影響僅次于壓實(shí)作用。溶蝕作用最有效地改善儲(chǔ)層的儲(chǔ)集性能，使原始孔隙度增加了4．5%。

5 結(jié) 論

1）蘇里格氣田南部地區(qū)盒8段儲(chǔ)層屬于低孔、低滲致密砂巖儲(chǔ)層，巖石類型主要為石英砂巖、巖屑質(zhì)石英砂巖，以中－粗粒砂巖為主，分選較好。

2）砂巖儲(chǔ)集空間以次生溶孔為主，其次為原生孔隙和晶間孔隙。

3）開展定量成巖作用研究，進(jìn)行了各成因階段儲(chǔ)層孔隙演化影響因素，定量計(jì)算了儲(chǔ)層的孔隙演化史，指出壓實(shí)作用改造是儲(chǔ)層物性變差的最主要原因，長(zhǎng)石等礦物的溶蝕能有效地改善儲(chǔ)層物性。

［1］楊華，付金華，劉新社，等 ．蘇里格大型致密砂巖氣藏形成條件及勘探技術(shù) ［J］．石油學(xué)報(bào)，2012，8（33）：27～36．

［2］盧蜀秀，閻榮輝，袁曉明，等 ．蘇里格氣田南部地區(qū)盒8段氣藏儲(chǔ)層特征及主控因素研究 ［J］．天然氣勘探與開發(fā)，2012，3（35）：1～5．

［3］王素榮，李國(guó)華，南珺祥 ．蘇里格南部地區(qū)上古生界儲(chǔ)層特征及影響因素分析 ［J］．石油化工應(yīng)用，2011，4（30）：54～58．

［4］楊華，傅鎖堂，馬振芳，等 ．快速高效發(fā)現(xiàn)蘇里格大氣田的成功經(jīng)驗(yàn) ［J］．中國(guó)石油勘探，2001，6（4）：89～94．

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［6］冉新權(quán)，何光懷 ．關(guān)鍵技術(shù)突破，集成技術(shù)創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)蘇里格氣田規(guī)模有效開發(fā) ［J］．天然氣工業(yè)，2007，27（12）：1～5．

［7］Beard D C，Weyl P K．Inf luence of exture on porosity and permeability of unconsolidated sand ［J］．AAPG Bullet in，1973，57：349～369．