延氣2井區(qū)盒8段儲(chǔ)層成巖作用及對(duì)孔隙演化的影響

康治華

(長(zhǎng)慶油田分公司第三采油廠，寧夏 銀川750000)

延氣2井區(qū)位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡東側(cè)近中部，構(gòu)造背景為平緩的西傾單斜。延氣2井區(qū)盒8段沉積屬湖泊三角洲沉積體系，主要以三角洲前緣以水下分流河道砂巖與分流間灣泥巖沉積為主[1-5]。儲(chǔ)層物性屬于典型的致密巖性氣藏[5]。盒8段儲(chǔ)層受成巖作用改造強(qiáng)烈，對(duì)原生孔隙的破壞和保存，以及次生孔隙的發(fā)育特征都有直接的影響。因此，進(jìn)行研究區(qū)盒8段儲(chǔ)層成巖作用類型及特征研究對(duì)表征儲(chǔ)層致密程度具有重要意義。

1 儲(chǔ)層特征

根據(jù)巖心描述及室內(nèi)近165個(gè)巖石薄片和180個(gè)鑄體薄片統(tǒng)計(jì)分析，延氣2井區(qū)盒8段儲(chǔ)層砂巖類型主要為巖屑石英砂巖、次為巖屑砂巖，石英砂巖含量也較多(圖1)，碎屑成分以石英、巖屑為主，石英含量高，占碎屑總量的59% ～94.5%，平均 78.1%;巖屑含量較高，一般為 3.2% ～41%，平均為21.3%，巖屑類型主要為中低級(jí)變質(zhì)巖屑，并含有大量的火山碎屑物質(zhì);長(zhǎng)石含量很低，一般占碎屑總量的0.1%～ 4.4% ，平均 0.6% 。

圖1 延氣2井區(qū)盒8段砂巖分類圖

研究區(qū)盒 8段填隙物含量為 7.5% ～29.5%，平均14.1%，主要有粘土礦物和硅質(zhì)、鐵方解石等(表1)。其中硅質(zhì)、高嶺石、水云母在研究區(qū)廣泛存在，含量較高;鐵方解石在多數(shù)井中發(fā)育，含量較高，平均值為1.7%;凝灰質(zhì)在部分井存在，含量也較高，平均為2.0%。

表1 YQ2井區(qū)碎屑巖填隙物組分統(tǒng)計(jì)表

研究區(qū)盒8段砂巖儲(chǔ)層以巨-粗粒砂巖為主，次為中-粗粒砂巖，粒徑主要分布在0.4～1.2 mm，分選性好 -中等;磨圓性以次圓和次棱 -次圓狀為主，少量圓狀和次棱狀;膠結(jié)類型以次生加大 -孔隙式為主，具少量孔隙式膠結(jié);顆粒間呈鑲嵌狀接觸。

2 物性特征

依照石油與天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[6][7]劃分孔隙度和滲透率方案(表2)，分析研究致密儲(chǔ)層物性分布特征。

研究區(qū)盒8段孔隙度分析表明(圖2)，盒8段儲(chǔ)層孔隙度分布范圍是1.1% ～16.1%，平均值為6.8%，孔隙度小于5.0%的超低孔樣品占 56.82%，孔隙度在 5.0% ～10.0%范圍內(nèi)的特低孔樣品占37.94%，孔隙度在10.0% ～15.0%范圍內(nèi)的低孔樣品占 4.04%，孔隙度在 15.0% ～25.0%范圍內(nèi)的中孔樣品占1.2%。盒8段孔隙度分布范圍較廣，以超低孔和特低孔儲(chǔ)層為主。

表2 儲(chǔ)層孔隙度與滲透率劃分方案

圖2 盒8段孔隙度頻率分布圖

研究區(qū)盒8段滲透率分析表明(圖3)，盒8段儲(chǔ)層滲透率平均值為0.5×10-3μm2。盒8段儲(chǔ)層滲透率分布范圍是0.01 ×10-3～5.0 ×10-3μm2之間，峰值為 0.1 ×10-3μm2，滲透率小于0.1×10-3μm2的致密樣品占47.1%，滲透率在0.1×10～1.0×10-3μm2范圍內(nèi)的特低滲樣品占 36.85% ，滲透率大于1.0×10-3μm2范圍內(nèi)的低滲樣品占 16.05%。盒8段滲透率以致密和特低滲儲(chǔ)層為主。

圖3 盒8段滲透率頻率分布圖

對(duì)延氣2井區(qū)盒8段儲(chǔ)層的孔隙度、滲透率的相關(guān)性進(jìn)行分析(圖4)，儲(chǔ)層的孔滲相關(guān)性中等偏好，表明儲(chǔ)層沉積相對(duì)穩(wěn)定、沉積粒度分選較好，成巖作用對(duì)儲(chǔ)層的改造相對(duì)均勻。

3 成巖作用特征

3.1 壓實(shí)作用

壓實(shí)作用使碎屑顆粒發(fā)生定向排列，從游離狀接近或達(dá)到最緊密的堆積狀態(tài)，顆粒的接觸方式有線接觸、凹凸?fàn)罱佑|，塑性巖屑擠壓變形，泥頁(yè)巖巖屑、千枚巖巖屑、碳酸鹽巖屑變形，擠入孔隙中形成假雜基，并堵塞孔隙空間，軟礦物顆粒破裂，彎曲進(jìn)而發(fā)生成分變化(圖5-a)。剛性碎屑礦物如石英顆粒受應(yīng)力作用壓碎或壓裂產(chǎn)生脆性裂縫(圖5-b)。

3.2 化學(xué)壓溶作用

壓實(shí)作用的不斷增強(qiáng)使顆粒間呈嵌合接觸，碎屑顆粒發(fā)生化學(xué)壓溶作用。鏡下(圖5-b，c)特征表現(xiàn)為:由于研究區(qū)目的層壓溶作用強(qiáng)烈，大量出溶的SiO2在顆粒邊緣形成次生加大邊;砂巖中也常見(jiàn)夾有黑色碳質(zhì)薄膜的石英壓溶縫合線。

圖4 盒8段儲(chǔ)層孔隙度—滲透率的關(guān)系圖

圖5 儲(chǔ)層鑄體薄片和電鏡掃描照片

3.3 膠結(jié)作用

3.3.1 硅質(zhì)膠結(jié)

盒8段儲(chǔ)集層硅質(zhì)膠結(jié)作用的主要形式呈加大邊、充填于孔隙中的自生石英、裂隙粘補(bǔ)型自生石英等產(chǎn)出形式(圖5-b，d)。加大后的石英顆粒呈鑲嵌狀接觸，加大邊一般達(dá)到Ⅲ期。石英的次生加大使孔隙被充填程度提高，喉道縮小，滲濾能力變差，使儲(chǔ)層變得較為致密。自生石英多呈它形不規(guī)則粒狀，晶粒大小不一，充填于孔隙內(nèi)的自生石英常呈晶芽、晶簇狀。在陰極發(fā)光照片中可見(jiàn)粘補(bǔ)碎裂石英或裂縫石英的自生石英，愈合后仍隱約可見(jiàn)殘余碎裂縫、裂紋、微細(xì)縫的痕跡(圖 5-b，d)。

3.3.2 黏土礦物充填膠結(jié)

依據(jù)鑄體薄片、掃描電鏡、X衍射資料統(tǒng)計(jì)分析，高嶺石是研究目的層的主要黏土礦物，絕對(duì)含量在1.9%，相對(duì)含量在50.8%。高嶺石主要有兩種類型(圖5-e.f)，一種是火山碎屑的蝕變產(chǎn)物，這類高嶺石晶形較差，另一種是孔隙中直接沉淀析出的高嶺石，這類高嶺石晶形較好，呈典型的假六方片狀。在掃描電鏡下，最常見(jiàn)的是充填于孔隙中形態(tài)呈蠕蟲狀和書頁(yè)狀集合體的高嶺石(圖5-e.f)。值得說(shuō)明的是，高嶺石雖然充填孔隙，占據(jù)了孔隙的部分和大部分空間，但由于高嶺石晶形較好，因而保留了良好的晶間孔，所以高嶺石晶間孔也是目的層的儲(chǔ)集空間之一。

依據(jù)鑄體薄片、掃描電鏡、X衍射資料統(tǒng)計(jì)分析，伊利石是含量最高的黏土礦物，伊利石絕對(duì)含量為3.1%，相對(duì)含量為65.3%，大量發(fā)育的伊利石大大降低了滲透率。在掃描電鏡下，伊利石呈毛發(fā)狀、卷曲片狀、搭橋狀(圖5-g)。

依據(jù)鑄體薄片、掃描電鏡、X衍射資料統(tǒng)計(jì)分析，綠泥石在盒8儲(chǔ)層中普遍存在，但含量相對(duì)前兩者較少，絕對(duì)含量平均1.3%，相對(duì)含量一般 1.5% ～42.9%，掃描電鏡下，綠泥石多以薄膜狀、葉片狀充填于粒間或附著在巖石顆粒表面上(圖5-h)。

依據(jù)鑄體薄片、掃描電鏡、X衍射資料統(tǒng)計(jì)分析，伊/蒙混層粘土礦物含量很低，相對(duì)含量占粘土礦物總量的2.3%，并且隨深度的增加含量減少。掃描電鏡下，伊-蒙混層多以孔隙充填和孔隙襯墊的形式出現(xiàn)(圖5-g)。

3.3.3 碳酸鹽膠結(jié)物

據(jù)掃描電鏡、薄片資料分析，碳酸鹽膠結(jié)物在研究區(qū)目的層普遍發(fā)育，碳酸鹽礦物的膠結(jié)有兩種方式(圖5-i)，一種是呈連晶膠結(jié)，形成于成巖早期，此種類型的碳酸鹽礦物含量低;另一種是呈自形、半自形充填于孔隙或交代顆粒，為后期成巖階段的產(chǎn)物。目的層中碳酸鹽膠結(jié)物多以孔隙充填的形式存在，從薄片統(tǒng)計(jì)看，碳酸鹽膠結(jié)物有菱鐵礦、鐵方解石和鐵白云石，其中以鐵方解石和鐵白云石為主(圖5-i)。盒8段儲(chǔ)層中碳酸鹽膠結(jié)物主要是鐵方解石，含量較低平均為1.7%，局部井中含量在10%以上。

3.3.4 蝕變作用

蝕變作用是本區(qū)主要的成巖作用之一。常見(jiàn)黑云母的水云母化和高嶺石化，鉀長(zhǎng)石的高嶺石化，中 ～酸性火山巖屑常硅化形成泥晶、微晶硅質(zhì)或高嶺石;中 ～基性火山巖屑多蝕變?yōu)樗颇?、綠泥石(圖5-e，j)，火山灰塵多呈假雜基填隙于顆粒間，部分酸性火山灰塵蝕變?yōu)闊o(wú)色的泥晶硅質(zhì)，分布于粒間，而中～基性火山灰塵則多蝕變?yōu)榫G泥石及水云母。

3.3.5 溶蝕作用

溶蝕作用在本區(qū)普遍發(fā)育，對(duì)儲(chǔ)層的形成具有重大的建設(shè)意義，溶蝕作用大致可分為早、晚兩期，早期主要受沉積水介質(zhì)和生化甲烷期的酸性介質(zhì)控制，晚期與有機(jī)質(zhì)熱演化有機(jī)酸的大量生成有關(guān)，研究區(qū)溶蝕作用以晚期溶蝕為主。溶蝕作用具有明顯的選擇性，常見(jiàn)長(zhǎng)石、噴發(fā)巖等骨架顆粒的溶蝕以及碳酸鹽膠結(jié)物、凝灰質(zhì)的溶蝕(圖5-k)。對(duì)于不同砂巖類型來(lái)說(shuō)，溶蝕作用較易發(fā)生在石英砂巖或巖屑質(zhì)石英砂巖中，由于這類砂巖剛性顆粒相對(duì)較多，機(jī)械壓實(shí)作用相對(duì)減弱，保留了一些粒間孔隙，利于有機(jī)酸的進(jìn)入，成巖介質(zhì)排替較快。相反在塑性顆粒和雜基含量較高的砂巖中，一經(jīng)強(qiáng)烈的壓實(shí)，孔隙就所剩無(wú)幾，酸性流體難以進(jìn)入，成巖介質(zhì)處于封閉狀態(tài)，成巖作用以蝕變交代為主。盒8段次生溶孔面孔率一般為0～4.4%，平均為0.8%。

3.3.6 微裂隙化作用

微裂隙按成因分為兩種類型:一是與構(gòu)造應(yīng)力有關(guān)的構(gòu)造裂隙;二是與成巖作用有關(guān)的成巖縫。鑄體薄片中最常見(jiàn)的是成巖縫，如受強(qiáng)烈壓實(shí)石英等剛性礦物顆粒的破裂，凝灰質(zhì)失水收縮形成條片狀裂隙等(圖5-b，l)，這些裂隙又進(jìn)一步裂開(kāi)、溶蝕擴(kuò)大，形成粒緣縫。

由成巖作用類型分析，目的層成巖類型很多，對(duì)于天然氣儲(chǔ)層，溶蝕、微裂隙化、高嶺石化、綠泥石膠結(jié)為建設(shè)性成巖作用，而強(qiáng)烈的機(jī)械壓實(shí)作用、硅質(zhì)及鈣質(zhì)的膠結(jié)作用嚴(yán)重的破壞了儲(chǔ)層的儲(chǔ)集性能。

4 成巖演化及孔隙度演化

依據(jù)鑄體薄片、掃描電鏡、X衍射資料統(tǒng)計(jì)分析，研究區(qū)盒8段目前處于中成巖B期[8]，經(jīng)歷的成巖作用主要有壓實(shí)作用、壓溶作用、蝕變作用、膠結(jié)作用、溶蝕作用和微裂隙化作用。成巖演化序列為:早期機(jī)械壓實(shí)-粘土礦物環(huán)邊-火山物質(zhì)蝕變-早期方解石膠結(jié) -壓溶-硅質(zhì)膠結(jié)-早期溶蝕開(kāi)始-大量有機(jī)酸進(jìn)入-溶蝕作用強(qiáng)烈進(jìn)行-自生高嶺石、石英大量沉淀-鐵方解石、鐵白云石膠結(jié)-微裂隙化。

砂巖儲(chǔ)層孔隙的變化與盆地的構(gòu)造演化史、沉積史、埋藏史、熱演化史、地下流體活動(dòng)以及原始沉積物的結(jié)構(gòu)成熟度、成分成熟度有關(guān)[8-12]。

表3所示為延氣2井區(qū)盒8段砂巖儲(chǔ)層孔隙定量演化模式。通過(guò)定量計(jì)算，研究區(qū)所測(cè)樣品未固結(jié)砂巖初始孔隙度為 33.3% ～42.0%，平均初始孔隙度為 37.75%;壓實(shí)作用使原生孔隙度減小為21.32%，壓實(shí)率為56.28%;膠結(jié)作用使孔隙度減小為15.97%，平均膠結(jié)率為42.51%;溶蝕作用使孔隙度增加了2.28%，增孔率為6.02%。由此表明延氣2井區(qū)盒8段儲(chǔ)層原始孔隙受壓實(shí)和膠結(jié)作用破壞嚴(yán)重，溶蝕作用產(chǎn)生的次生孔隙對(duì)儲(chǔ)層孔隙度的增加貢獻(xiàn)不是很大。

5 結(jié)語(yǔ)

(1)延氣2井區(qū)盒8段儲(chǔ)層砂巖類型以中一粗粒巖屑石英砂巖和巖屑砂巖為主，分選性中-好，磨圓度較差，膠結(jié)類型以加大一孔隙式為主。膠結(jié)物以硅質(zhì)、高嶺石、伊利石、碳酸鹽為主。物性以超低孔和特低孔、致密和特低滲儲(chǔ)層為主;

表3 儲(chǔ)層孔隙度演化定量計(jì)算結(jié)果

(2)儲(chǔ)層機(jī)械壓實(shí)作用強(qiáng)烈，是原生孔隙減小的主要控制因素。硅質(zhì)膠結(jié)、伊利石膠結(jié)、高嶺石膠結(jié)、鐵方解石和鐵白云石的膠結(jié)作用發(fā)育，使原來(lái)較小的孔隙空間更加狹小，甚至被完全充填，對(duì)儲(chǔ)層物性破壞更加嚴(yán)重。溶蝕作用有利的改善了儲(chǔ)層物性;

(3)壓實(shí)作用在該區(qū)成巖演化過(guò)程中起主要作用，壓實(shí)作用使原生孔隙度減小為21.32%，壓實(shí)率為56.28%;膠結(jié)作用使孔隙度減小為15.97%，平均膠結(jié)率為42.51%;溶蝕作用使孔隙度增加了2.28%，增孔率為6.02%。

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