鄂爾多斯盆地馬嶺地區(qū)長(zhǎng)8油層組儲(chǔ)層成巖作用及其對(duì)物性的影響

李衛(wèi)成，牛小兵，梁曉偉，張艷梅 （中石油長(zhǎng)慶油田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院 ）

尤源，張居增，甄靜 低滲透油氣田勘探開(kāi)發(fā)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安710018

鄂爾多斯盆地是一個(gè)整體沉降、拗陷遷移的大型多旋回克拉通盆地，中生代晚三疊世延長(zhǎng)組沉積時(shí)期為盆地主要的沉積期，按沉積旋回可將延長(zhǎng)組沉積時(shí)期地層從上到下劃分為10個(gè)油層組 （長(zhǎng)1～長(zhǎng)10）［1］。馬嶺地區(qū)位于盆地西南部（圖1），區(qū)域位置屬伊陜斜坡，長(zhǎng)8油層組沉積期主要發(fā)育西南物源控制下的辮狀河三角洲沉積體系，主體為三角洲前緣亞相，水下分流河道砂體發(fā)育。隨著淺層侏羅系油藏的開(kāi)發(fā)步入中后期，馬嶺地區(qū)下部延長(zhǎng)組油藏的勘探、評(píng)價(jià)力度逐步加大，先后落實(shí)了近1000km2的含油有利區(qū)，成為盆地西南部最重要的開(kāi)發(fā)后備區(qū)塊。該區(qū)長(zhǎng)8油層組儲(chǔ)層總體物性較差，直井試采產(chǎn)量較低，開(kāi)發(fā)難度較大。筆者在系統(tǒng)整理近300塊樣品分析化驗(yàn)資料的基礎(chǔ)上，對(duì)馬嶺地區(qū)長(zhǎng)8油層組儲(chǔ)層的成巖作用進(jìn)行了深入研究，探討了不同類型成巖作用及其對(duì)儲(chǔ)層物性的影響，并提出了相應(yīng)的改善措施，對(duì)后續(xù)開(kāi)發(fā)具有一定的指導(dǎo)意義。

圖1 鄂爾多斯盆地馬嶺地區(qū)位置圖

1 儲(chǔ)層特征

鑄體薄片資料表明，馬嶺地區(qū)長(zhǎng)8油層組儲(chǔ)層以巖屑長(zhǎng)石砂巖和長(zhǎng)石巖屑砂巖為主。碎屑顆粒中石英、長(zhǎng)石平均體積分?jǐn)?shù)基本相當(dāng)，均在30%左右；巖屑體積分?jǐn)?shù)接近20%，其中變質(zhì)巖屑體積分?jǐn)?shù)為11．4%，火成巖屑體積分?jǐn)?shù)為7．6%，基本不含沉積巖屑。陸源碎屑礦物中云母體積分?jǐn)?shù)達(dá)5．2%。填隙物平均體積分?jǐn)?shù)為11．1%，其中伊利石最高，為3．9%，綠泥石、鐵方解石及硅質(zhì)平均為2．0%左右，高嶺石最低，僅有0．4%。該區(qū)長(zhǎng)8油層組整體面孔率較低，平均為3．4%。儲(chǔ)集空間中粒間孔最為發(fā)育，長(zhǎng)石溶孔次之，巖屑溶孔、晶間孔少見(jiàn)。壓汞及圖像孔隙資料顯示，研究區(qū)長(zhǎng)8油層組平均喉道中值半徑不到0．30μm，孔隙半徑平均為55μm。依據(jù)李道品［2］的孔喉分類標(biāo)準(zhǔn)，研究區(qū)孔隙結(jié)構(gòu)類型主要為中孔－微喉型，局部高滲區(qū)發(fā)育大孔－微細(xì)喉型。實(shí)測(cè)物性數(shù)據(jù)表明，研究區(qū)長(zhǎng)8油層組孔隙度介于6．6%～15．0%之間，平均為9．8%，滲透率介于0．07～5．7mD，平均為0．58mD，整體呈現(xiàn)低孔、超低滲的特征，局部發(fā)育相對(duì)高孔、高滲含油富集區(qū)。

2 成巖作用及其對(duì)物性的影響

根據(jù)成巖作用對(duì)儲(chǔ)層物性的影響，總體上可以劃分為建設(shè)性成巖作用和破壞性成巖作用。鑄體薄片、掃描電鏡、X－衍射等分析資料表明，研究區(qū)長(zhǎng)8油層組主要發(fā)育壓實(shí)作用、膠結(jié)作用及溶蝕作用，各種成巖作用對(duì)儲(chǔ)層物性影響的差異較大。

2．1 壓實(shí)作用

壓實(shí)作用是使顆粒排列致密、原生孔隙減少的主要原因之一，其對(duì)儲(chǔ)層物性的影響與碎屑巖的結(jié)構(gòu)及礦物成分有關(guān)［3］。一般而言，儲(chǔ)集巖粒度細(xì)，分選差，且抗壓性弱的塑性礦物顆粒 （云母、泥質(zhì)巖類等）含量較高時(shí)，經(jīng)壓實(shí)作用后，塑性顆粒會(huì)變形堵塞孔隙和喉道，導(dǎo)致原生粒間孔銳減，儲(chǔ)層物性變差。巖礦分析資料表明，馬嶺地區(qū)長(zhǎng)8油層組儲(chǔ)集巖中含有5．2%的陸源碎屑云母，粉砂級(jí)以下的細(xì)粒沉積物超過(guò)10%，具備發(fā)育壓實(shí)作用的先決條件。鏡下觀察發(fā)現(xiàn)，馬嶺地區(qū)長(zhǎng)8油層組儲(chǔ)層已經(jīng)受了較為強(qiáng)烈的壓實(shí)作用，主要表現(xiàn)為砂巖中泥質(zhì)巖屑和云母碎片等塑性顆粒普遍發(fā)生了較為強(qiáng)烈的變形，局部呈現(xiàn)定向排列的趨勢(shì) （圖2（a）），碎屑顆粒間以線接觸為主 （圖2（b））。根據(jù)Houseknecht于1987年提出的視壓實(shí)率計(jì)算公式［4］得出，該區(qū)視壓實(shí)率為63．8%。

圖2 馬嶺地區(qū)長(zhǎng)8油層組巖石薄片鏡下照片

2．2 膠結(jié)作用

2．2．1 黏土礦物膠結(jié)作用

分析化驗(yàn)資料表明，研究區(qū)長(zhǎng)8油層組儲(chǔ)層黏土礦物中伊利石含量最高。其主要原因?yàn)椋簠^(qū)內(nèi)砂巖富含鉀長(zhǎng)石，生烴過(guò)程中產(chǎn)生的酸性介質(zhì)致其不斷溶解，形成了富鉀的堿性環(huán)境，為蒙脫石、高嶺石等礦物轉(zhuǎn)化為伊利石提供了物質(zhì)基礎(chǔ)［5］；同時(shí)，鄂爾多斯盆地的熱液活動(dòng)也為高嶺石轉(zhuǎn)化為伊利石提供了必要的溫度條件［6，7］。結(jié)合掃描電鏡觀察發(fā)現(xiàn)：馬嶺地區(qū)長(zhǎng)8油層組伊利石主要以彎曲片狀充填于粒間孔或溶孔中 （圖3（a）），將大孔分割為多個(gè)小孔，增加了流體流動(dòng)的阻力，對(duì)物性有一定的影響；約有20%左右的樣品中伊利石呈發(fā)絲狀充填于粒間孔 （圖3（b）），增加了喉道的彎曲度，從而大幅降低了砂巖的滲透率［8］；僅少數(shù)樣品中有垂直于顆粒表面分布的包膜狀伊利石。隨著伊利石含量升高，滲透率有明顯降低趨勢(shì) （圖4）。

圖3 馬嶺地區(qū)長(zhǎng)8油層組伊利石掃描電鏡照片

綠泥石的沉淀始于早成巖階段［9］。鏡下觀察可見(jiàn)，區(qū)內(nèi)儲(chǔ)集巖中近80%的綠泥石為孔隙襯里，以垂直于顆粒表面的葉片狀集合體向孔隙中心生長(zhǎng) （圖5（a））；其余為充填孔隙狀產(chǎn)出，一般呈葉片狀 （圖5（b）），少數(shù)呈絨球狀。綠泥石襯里發(fā)育的孔喉內(nèi)，除少量石英雛晶外，很少有其他膠結(jié)物形成，表明其對(duì)石英的沉淀有較好的抑制作用，一定程度上保護(hù)了孔隙和喉道［10～12］。但綠泥石襯里也會(huì)占據(jù)部分孔隙、喉道空間，尤其是喉道，進(jìn)而影響滲透率。葉片狀、絨球狀綠泥石多與伊利石一起占據(jù)粒間孔、溶孔。統(tǒng)計(jì)資料表明，儲(chǔ)集巖中綠泥石的含量不同，對(duì)儲(chǔ)層滲透率的影響也有所不同。當(dāng)體積分?jǐn)?shù)低于1．5%時(shí)，雖綠泥石襯里占據(jù)了緊靠顆粒壁的部分喉道空間，但保護(hù)了絕大部分空間不被其他礦物沉淀所占據(jù)，其體積分?jǐn)?shù)與滲透率呈正相關(guān)關(guān)系 （圖6（a））；當(dāng)體積分?jǐn)?shù)高于4．0%時(shí)，喉道周圍葉片狀綠泥石便會(huì)橋接在一起，堵塞孔喉，其體積分?jǐn)?shù)與滲透率呈明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系 （圖6（b））；當(dāng)體積分?jǐn)?shù)在1．5%～4．0%之間時(shí)，綠泥石與滲透率的相關(guān)性并不明顯。

研究區(qū)長(zhǎng)8油層組高嶺石含量較低，絕對(duì)體積分?jǐn)?shù)僅有0．4%，主要為自生高嶺石。單個(gè)高嶺石晶體呈六方板狀，集合體呈書頁(yè)狀或蠕蟲狀，主要以孔隙式充填，多為單獨(dú)產(chǎn)出。高嶺石個(gè)體之間結(jié)合相對(duì)松散，發(fā)育一定數(shù)量的晶間孔，可見(jiàn)烴類侵染現(xiàn)象。在儲(chǔ)層相對(duì)致密、喉道相對(duì)細(xì)小的條件下，一定數(shù)量的高嶺石晶間孔對(duì)儲(chǔ)層物性影響較大。研究區(qū)長(zhǎng)8油層組高嶺石主要來(lái)源于鉀長(zhǎng)石的溶解，而其多為單獨(dú)產(chǎn)出則表明鉀長(zhǎng)石溶解后產(chǎn)生的硅離子大多被流體帶走，由此反映出高嶺石發(fā)育的區(qū)帶介質(zhì)流動(dòng)通暢，儲(chǔ)層物性較好。

圖4 馬嶺地區(qū)長(zhǎng)8油層組伊利石體積分?jǐn)?shù)與滲透率的相關(guān)關(guān)系圖

圖5 馬嶺地區(qū)長(zhǎng)8油層組綠泥石掃描電鏡照片

圖6 馬嶺地區(qū)長(zhǎng)8油層組綠泥石體積分?jǐn)?shù)與滲透率相關(guān)關(guān)系圖

2．2．2 鐵方解石膠結(jié)作用

鐵方解石膠結(jié)是碎屑巖成巖過(guò)程中一種導(dǎo)致孔隙減少的作用。根據(jù)鑄體薄片和掃描電鏡觀察，研究區(qū)鐵方解石多呈顆粒狀分布于碎屑顆粒之間，以嵌晶式、連晶式膠結(jié)儲(chǔ)層孔喉。鐵方解石主要形成于晚成巖期，盡管其為易溶礦物，但溶蝕作用并不發(fā)育，致使其成為成巖后期巖石致密的主要因素。鐵方解石含量越高，儲(chǔ)層物性則越差 （圖7）。

2．2．3 硅質(zhì)膠結(jié)作用

硅質(zhì)膠結(jié)物在研究區(qū)含量較低，但在砂巖中普遍發(fā)育。硅質(zhì)膠結(jié)物主要以石英顆粒次生加大的形式產(chǎn)出，其他則以石英雛晶的形式生長(zhǎng)于孔隙壁或溶孔的內(nèi)部。分析資料表明，區(qū)內(nèi)鉀長(zhǎng)石普遍發(fā)生過(guò)溶蝕作用，而溶蝕過(guò)程中產(chǎn)生的大量硅質(zhì)恰好為硅質(zhì)膠結(jié)物的形成提供了物質(zhì)來(lái)源。在成巖過(guò)程中，硅質(zhì)膠結(jié)物擠占孔隙、喉道，導(dǎo)致儲(chǔ)層物性變差。

圖7 馬嶺地區(qū)長(zhǎng)8油層組鐵方解石體積分?jǐn)?shù)與滲透率相關(guān)關(guān)系圖

2．3 溶蝕作用

溶蝕作用是一種建設(shè)性的成巖作用，所形成的次生孔隙在區(qū)內(nèi)是極為重要的儲(chǔ)集空間和滲流通道。研究區(qū)長(zhǎng)8油層組的溶蝕作用較為發(fā)育，溶蝕孔占總面孔率的近40．0%。溶蝕作用主要發(fā)育于鉀長(zhǎng)石顆粒中［13，14］，多沿解理縫，殘余物呈條帶狀存留 （圖8（a））。部分溶蝕孔為伊利石、綠泥石或高嶺石所充填，少量未被充填的形成了鑄?？?，僅殘存外部的綠泥石襯里 （圖8（b））。

圖8 馬嶺地區(qū)長(zhǎng)8油層組溶蝕孔隙掃描電鏡照片

3 成巖序列及成巖階段的確定

3．1 成巖序列分析

通過(guò)鏡下觀察成巖礦物間的接觸關(guān)系，綜合成巖作用類型及其特征，對(duì)研究區(qū)長(zhǎng)8油層組進(jìn)行了成巖序列的分析。結(jié)果表明：①綠泥石襯里發(fā)育的粒間孔內(nèi)石英次生加大現(xiàn)象不明顯，而在襯里不發(fā)育的孔隙中石英次生加大現(xiàn)象卻普遍發(fā)育，說(shuō)明綠泥石襯里的形成時(shí)間早于石英，是成巖早期的產(chǎn)物；②自生高嶺石主要分布于長(zhǎng)石溶孔中，且可見(jiàn)烴類侵染現(xiàn)象，說(shuō)明其形成時(shí)間應(yīng)在長(zhǎng)石溶蝕之后，烴類充注之前；③伊利石、綠泥石同時(shí)分布于粒間孔、溶孔內(nèi)，說(shuō)明孔隙流體呈堿性，伊利石的形成應(yīng)早于長(zhǎng)石溶蝕；④未見(jiàn)鐵方解石溶解，其周邊賦存的綠泥石吸附有烴類物質(zhì)，說(shuō)明鐵方解石形成于烴類充注之后，而綠泥石形成于烴類充注之前。根據(jù)上述認(rèn)識(shí)，推測(cè)馬嶺地區(qū)長(zhǎng)8油層組儲(chǔ)層的成巖序列為：機(jī)械壓實(shí)→綠泥石襯里形成→石英次生加大→長(zhǎng)石顆粒溶解→自生高嶺石形成→石英雛晶沉淀→自生伊利石形成＋玫瑰花狀、片狀綠泥石→ （石油充注）→晚期鐵方解石充填。

3．2 成巖階段的確定

根據(jù)鏡質(zhì)體反射率 （Ro）、古溫度、自生礦物的特征、巖石顆粒接觸關(guān)系及孔隙組合類型等資料來(lái)確定研究區(qū)的成巖階段［15］。馬嶺地區(qū)長(zhǎng)8油層組Ro通常為0．72%～1．17%，平均為0．94%。流體包裹體均一溫度分布范圍為70～170℃，有2個(gè)明顯的峰值區(qū)，分別為80～100℃和120～130℃［16］。砂巖普遍經(jīng)受了較強(qiáng)的壓實(shí)作用，碎屑顆粒多以線接觸為主。石英顆粒加大多為Ⅱ級(jí)，少數(shù)已達(dá)到Ⅲ級(jí)，掃描電鏡下可見(jiàn)石英雛晶在粒間孔中沉淀，晶面自形程度較高。黏土礦物含量較高，部分伊利石呈發(fā)絲狀，綠泥石以葉片狀、絨球狀充填孔隙，書頁(yè)狀高嶺石分布較為局限。溶蝕現(xiàn)象普遍發(fā)育，鐵方解石未見(jiàn)溶蝕。依據(jù)碎屑巖成巖作用階段劃分標(biāo)準(zhǔn)［17］，結(jié)合上述特征可得，馬嶺地區(qū)長(zhǎng)8油層組儲(chǔ)層砂巖的成巖階段主要處于中成巖A期 （圖9）。

4 結(jié)論

1）長(zhǎng)8油層組孔隙度平均為9．8%，滲透率平均為0．58mD，整體呈現(xiàn)低孔、超低滲的特征，局部發(fā)育相對(duì)高孔、高滲含油富集區(qū)。

2）壓實(shí)作用、膠結(jié)作用、溶蝕作用為研究區(qū)主要成巖作用。壓實(shí)作用導(dǎo)致儲(chǔ)層物性急劇變差。伊利石和鐵方解石膠結(jié)作用是儲(chǔ)層物性變差的主要因素，其含量與物性呈負(fù)相關(guān)關(guān)系；高嶺石含量與物性呈正相關(guān)關(guān)系；綠泥石的體積分?jǐn)?shù)低于1．5%時(shí)，與滲透率呈正相關(guān)，當(dāng)高于4．0%時(shí)，與滲透率呈明顯的負(fù)相關(guān)。溶蝕作用所形成的次生孔隙在區(qū)內(nèi)是極為重要的儲(chǔ)集空間和滲流通道。

圖9 馬嶺地區(qū)長(zhǎng)8油層組成巖階段及共生序列

3）根據(jù)自生礦物特征、顆粒接觸關(guān)系、鏡質(zhì)體反射率、古溫度等指標(biāo)推測(cè)馬嶺地區(qū)長(zhǎng)8油層組儲(chǔ)層砂巖的成巖階段主要處于中成巖A期，其成巖序列為：機(jī)械壓實(shí)→綠泥石襯里形成→石英次生加大→長(zhǎng)石顆粒溶解→自生高嶺石形成→石英雛晶沉淀→自生伊利石形成＋玫瑰花狀、片狀綠泥石→ （石油充注）→晚期鐵方解石充填。

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