延安南部曹凡峪油區(qū)長6 油層組成巖作用研究*

劉秀嬋，陳西泮，張?zhí)礤\，羅江云

(1.延安大學(xué) 能源與環(huán)境工程學(xué)院，陜西 延安716000;2.延長油田股份有限公司，陜西 延安716000)

0 引 言

曹凡峪油區(qū)位于陜西省延安市甘泉縣勞山鄉(xiāng)西北側(cè)，是勞山油田主要開發(fā)區(qū)塊之一，構(gòu)造位置為鄂爾多斯盆地陜北斜坡南部，為一平緩的西傾單斜，主要開發(fā)層位為三疊系延長組長6 油層組，勘探區(qū)面積約21.37 km2，油藏埋深890 ～1 040 m.在開發(fā)區(qū)內(nèi)，截至2011 年，開發(fā)區(qū)共有油井150 口，含水率為58.8%，油井含水率上升較快，產(chǎn)油量遞減快。

成巖作用研究已經(jīng)走向成巖環(huán)境、成巖模擬實(shí)驗(yàn)、成巖相以及成巖作用與沉積相、層序地層學(xué)、地球化學(xué)等多學(xué)科交叉的發(fā)展趨勢(shì)［1］。同時(shí)，對(duì)碎屑巖儲(chǔ)層內(nèi)部成巖作用的研究都是結(jié)合孔隙結(jié)構(gòu)及特征一起進(jìn)行的，進(jìn)而研究孔隙變化對(duì)儲(chǔ)層物性的影響。隨著研究的逐漸深入，成巖作用與孔隙演化成為了不可分割的2 部分，尤其是儲(chǔ)層中次生孔隙的發(fā)現(xiàn)，為成巖作用研究更上一個(gè)臺(tái)階做出了巨大的貢獻(xiàn)。

鄂爾多斯盆地三疊系延長組長6 油層組成巖作用普遍強(qiáng)烈、類型復(fù)雜，沉積作用、成巖作用共同控制了儲(chǔ)層物性的縱橫向變化，同時(shí)，在埋藏成巖過程中各種成巖作用對(duì)砂巖的原生孔隙的保存和次生孔隙的發(fā)育起到了至關(guān)重要的作用［2］。隨著新的研究方法的快速進(jìn)步，以及各個(gè)地區(qū)勘探力度的加大，長6 油層組成巖作用研究深入到成巖相的系統(tǒng)研究，并從成巖相帶出發(fā)，分析油水分布規(guī)律，優(yōu)選有利儲(chǔ)層發(fā)育區(qū)，并且可以指導(dǎo)研究區(qū)塊下一步勘探部署［3］。

1 儲(chǔ)層巖石學(xué)與成巖作用特征

1.1 儲(chǔ)層巖石學(xué)特征

研究區(qū)位于鄂爾多斯盆地陜北斜坡中南部、延安市西南方向，比鄰下寺灣采油廠。從長6 油層組15 個(gè)薄片樣品投點(diǎn)得出，砂巖以淺灰色細(xì)粒長石砂巖、巖屑長石砂巖為主(圖1)?？紫抖戎饕植紖^(qū)間7.8% ～8.6%，滲透率主要分布區(qū)間為0.32 ～1.58 ×10-3μm2.砂巖的主要礦物成分為長石，占38.0% ～66.0%，平均55.4%(其中鉀長石31.0% ～52.0%，平均42.9%;斜長石5.0% ～27.0%，平均12.6%);次為石英，占18.0% ～26.0%，平均22.6%;巖屑含量3.0% ～9.0%，平均4.8%.云母含量變化較大，4.0% ～16.0%，平均7.0%.

圖1 曹凡峪油區(qū)長6 油層組砂巖組分三角圖Fig.1 Triangular diagram showing classification of Chang 6 sandstone in Caofanyu well field

1.2 成巖作用類型及特征

利用偏光顯微鏡對(duì)研究區(qū)巖石薄片、巖石鑄體薄片中各組分、孔隙類型和自生礦物組合等特征進(jìn)行觀察、分析，研究區(qū)長6 儲(chǔ)層砂巖主要經(jīng)歷了壓實(shí)壓溶作用、自生粘土礦物的膠結(jié)作用、碳酸鹽礦物膠結(jié)作用、硅質(zhì)膠結(jié)作用以及少量的溶解作用。其中以壓實(shí)作用和膠結(jié)作用為主，少見溶解作用。各成巖作用類型的主要特征見表1.

1.3 主要儲(chǔ)集空間類型

研究區(qū)長6 發(fā)育三角洲水下分流河道、水下河口壩細(xì)砂巖，又因?yàn)閮?chǔ)層形成時(shí)代老、成巖作用很強(qiáng)［5］，孔隙類型較豐富，對(duì)于研究區(qū)儲(chǔ)層來講，殘余粒間孔隙為主要的儲(chǔ)集空間，長6 油層組面孔率為0.5% ～5.5%，平均為2.8%。通過鑄體薄片和掃面電鏡照片觀察發(fā)現(xiàn)，主要有以下幾種孔隙類型(表2)。

綜合研究區(qū)的成巖作用和孔隙分布來看，孔隙類型完全受到成巖作用的影響，即成巖作用決定了研究區(qū)儲(chǔ)層的儲(chǔ)集能力。有效的孔隙類型(如殘余粒間孔)，是由于儲(chǔ)層范圍內(nèi)，成巖作用不強(qiáng)可以保留部分孔隙，但是同時(shí)在這些區(qū)域內(nèi)，也普遍存在膠結(jié)作用，使得有效的原生孔隙降低了很多。另外，研究區(qū)儲(chǔ)層中發(fā)育次生孔隙，次生孔隙是以粒內(nèi)溶孔為主的，數(shù)量上可觀，但是連通性差，有效性一般。

表1 曹凡峪油區(qū)長6 儲(chǔ)層砂巖成巖作用類型及對(duì)孔隙的影響Tab.1 Chang 6 reservoir sandstone diagenesis and porosity effects in Caofanyu Oil Region

表2 曹凡峪油區(qū)長6 油層組主要儲(chǔ)集空間類型及特征Tab.2 Chang 6 reservoir sandstone main reservoir space types and characteristics in Caofanyu Oil Region

2 成巖階段及成巖序列

2.1 成巖階段的確定

本次成巖階段的研究主要依據(jù)碎屑巖成巖階段劃分標(biāo)準(zhǔn)［6］，本區(qū)延長組長6 埋深大多在730 ～1 050 m，鏡質(zhì)體反射率大多在0.81% ～1.05%，地溫在100 ℃～120 ℃［7］，結(jié)合鑄體薄片、掃面電鏡、陰極發(fā)光等鏡下觀察發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)原生的孔隙相對(duì)多于次生孔隙的數(shù)量，次生孔隙存在，但不很發(fā)育;碎屑顆粒以線狀接觸占到大部分;石英和長石出現(xiàn)次生加大;砂巖中自生粘土礦物以綠泥石為主，呈葉片狀，占到粘土礦物總量的70%以上，不含高嶺石;碎屑巖中方解石的交代現(xiàn)象較明顯;長石和巖屑發(fā)生溶蝕現(xiàn)象，溶蝕粒間孔不太發(fā)育。綜合以上成巖作用現(xiàn)象和孔隙存在狀態(tài)，分析認(rèn)為研究區(qū)長6 儲(chǔ)層成巖作用處于晚成巖階段A 期早期。

2.2 成巖序列

根據(jù)前述對(duì)成巖作用類型、特征分析，結(jié)合各類鏡下觀察，分析各類成巖現(xiàn)象，參考碎屑巖儲(chǔ)層的成巖序列［8］，將研究區(qū)成巖序列歸納總結(jié)為:早期環(huán)邊狀綠泥石形成(保護(hù)原生孔隙)-機(jī)械壓實(shí)(孔隙度降低)-壓溶發(fā)生-石英、長石次生加大(降低孔隙度)-方解石交代(降低孔隙度)-長石、巖屑發(fā)生溶蝕(提高孔隙度、滲透率提高不明顯)。

3 孔隙演化的影響因素

研究儲(chǔ)層的孔隙演化，對(duì)于石油和天然氣的勘探和開發(fā)是十分有幫助的。儲(chǔ)層孔隙演化主要受控于沉積史、成巖史和構(gòu)造演化史以及成巖地球化學(xué)環(huán)境的變化［9］。同時(shí)還受到儲(chǔ)層地溫場和埋藏史的影響［10-14］。

從研究區(qū)沉積環(huán)境、構(gòu)造和成巖相的疊合圖可看出(圖2)，孔隙演化主要受到沉積環(huán)境和成巖作用的影響，構(gòu)造因素影響較弱。

3.1 沉積環(huán)境對(duì)儲(chǔ)層孔隙演化的影響

沉積環(huán)境首先和直接的影響到巖石類型，巖石的類型和儲(chǔ)層孔隙度直接相關(guān)，是影響儲(chǔ)層孔隙演化的最基本因素，位于不同沉積環(huán)境的沉積物的類型、結(jié)構(gòu)都不同，所以相對(duì)應(yīng)的孔隙也不同。

圖2 曹凡峪地區(qū)長6 砂巖鑄體薄片、掃描電鏡、陰極發(fā)光照片F(xiàn)ig.2 Cast body sheet，scanning electron and cathodoluminescence micrographs of Chang 6 sandstone in Caofanyu area

研究區(qū)主力層位長6 油層組處于三角洲前緣亞相上，由北向南依次發(fā)育水下分流河道和水下分流間灣，不同的沉積微相孔隙類型和物性分布也不近相同。其中，水下分流河道砂體厚度較大(＞4 m)，沉積物以淺灰色厚層狀細(xì)砂巖，細(xì)-粉砂巖組成，孔隙度平均為7.8% ～8.6%，滲透率平均為0.32 ～1.58 ×10-3μm2，孔隙類型以大量的殘余粒間孔為主，存在部分溶蝕孔。相比來說，水下分流間灣砂體厚度變薄，顆粒粒度變細(xì)，泥質(zhì)成分增加，物性變差，孔隙度平均為5.4% ～7.2%，滲透率平均為0.16 ～1.12 ×10-3μm2，孔隙類型中殘余粒間孔數(shù)量變少，溶蝕孔部分存在。

3.2 成巖作用儲(chǔ)層孔隙演化的影響

由于壓實(shí)作用的存在，研究區(qū)又以細(xì)砂巖為主，粒度小，嚴(yán)重影響了研究區(qū)的孔隙類型，是大量的原生孔隙喪失，顆粒以線狀接觸，整體結(jié)構(gòu)致密，鑄體薄片樣品分析結(jié)果表明，孔隙度降低約25%.

膠結(jié)作用中，主要粘土礦物綠泥石存在，對(duì)研究區(qū)孔隙的保存起到了最大建設(shè)性作用，即大量的膠結(jié)后的原生殘余粒間孔保存下來，作為本區(qū)最有利和最主要的儲(chǔ)層孔隙類型，占總孔隙的60%以上。硅質(zhì)膠結(jié)和方解石膠結(jié)也在一定程度上破壞了原生孔隙，占據(jù)了一定空間。

圖3 曹凡峪油區(qū)長6 儲(chǔ)層沉積相、成巖相、孔隙類型、產(chǎn)量疊合圖Fig.3 Sedimentary facies，diagenetic phase congruency map of Chang 6 sandstone in Caofanyu area

長石和巖屑的溶解作用導(dǎo)致研究區(qū)產(chǎn)生次生孔隙，普通薄片、鑄體薄片以及物性資料分析，造成孔隙度增加了6%，但是由于研究區(qū)主要發(fā)育溶蝕粒內(nèi)孔，粒間連通性較差，溶蝕孔并沒有很大程度上提高研究區(qū)的物性，并且后期又出現(xiàn)碎屑顆粒充填溶蝕孔的現(xiàn)象。

從產(chǎn)量數(shù)據(jù)上可以看出，成巖作用和孔隙度的相關(guān)度較高，直接影響各井的產(chǎn)油量，其中以綠泥石膜+殘余粒間孔和綠泥石膜+溶蝕粒間孔效果最為突出，產(chǎn)油量較高。

4 結(jié) 論

1)延安南部曹凡峪油區(qū)長6 油層組沉積物以細(xì)粒長石砂巖、巖屑長石砂巖為主，膠結(jié)物多。

2)發(fā)育機(jī)械壓實(shí)作用、碳酸鹽巖膠結(jié)作用、硅質(zhì)膠結(jié)作用和部分溶解作用，處于晚成巖A 期早期?？紫额愋鸵栽鷼堄嗔ｉg孔和溶蝕孔為主，有利儲(chǔ)層孔隙類型中多見殘余粒間孔。

3)壓實(shí)作用導(dǎo)致儲(chǔ)層致密，原生孔隙度降低，破壞性的成巖作用還有碳酸鹽巖膠結(jié)和硅質(zhì)膠結(jié)。但綠泥石粘土礦物的存在在很大程度上保存了原生殘余粒間孔，為研究區(qū)主要儲(chǔ)集空間。

4)單井產(chǎn)量數(shù)據(jù)表明，有利儲(chǔ)層的形成主要受到沉積環(huán)境和成巖作用的影響，水下分流河道綠泥石膜膠結(jié)殘余粒間孔、綠泥石膜膠結(jié)溶蝕粒間孔形成的儲(chǔ)集層產(chǎn)油量相對(duì)較高。

References

［1］ 樊愛萍，楊仁超，李義軍.成巖作用研究進(jìn)展與發(fā)展方向［J］.特種油氣藏.2009，16(2):1 -5.FAN Ai-ping，YANG Ren-chao，LI Yi-jun. Research progress and development tendency of diagenesis study［J］.Special Oil and Gas Reservoirs.2009，16(2):1 -5.

［2］ 付國民，李 鑫，梁志錄，等.油層砂巖成巖作用及其對(duì)儲(chǔ)層性質(zhì)的影響［J］.西安科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，27(3):377 -381.FU Guo-min，LI Xin，LIANG Zhi-lu，et al.Diagenesis of Chang 6 formation sandstones and its effect on reservoir property in sanyan regions in Ordos Basin［J］.Journal of Xi’an University of Science and Technology，2007，27(3):377 -381.

［3］ 葉 博，梁曉偉，牛小兵，等.鄂爾多斯盆地華慶地區(qū)三疊系長9 砂巖成巖相研究［J］. 西安科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2013，33(3):298 -306.YE Bo，LIANG Xiao-wei，NIU Xiao-bing，et al. Diagenetic facies of Chang 9 sandstone of Triassic in Huaqing area of Ordos Basin［J］.Journal of Xi’an University of Science and Technology，2013，33(3):298 -306.

［4］ 胡宗全，朱筱敏.準(zhǔn)噶爾盆地西北緣侏羅系儲(chǔ)層成巖作用及孔隙演化［J］.石油大學(xué)學(xué)報(bào)，2002，26(3):16-19.HU Zong-quan，ZHU Xiao-min. Diageneses and pore evolution of Jurassic reservoir in northwestern edge of Junggar Basin［J］. Journal of the University of Petroleum，2002，26(3):16 -19.

［5］ 龐 林，萬 梨，陳洪德，等.靖邊氣田北部下奧陶統(tǒng)馬五14層孔隙特征［J］. 天然氣工業(yè):地質(zhì)與勘探，2008，28(6):73 -77.PANG Lin，WAN Li，CHEN Hong-de，et al.Pore characteristics of the reservoir O1m541(lower Ordovician Majiagou formation)in northern Jingbian gas field，the Ordos Basin［J］.Natural Gas Industry:Exploration and Development，2008，28(6):73 -77.

［6］ 趙澄林，朱筱敏.沉積巖石學(xué)(第4 版)［M］.北京:石油工業(yè)出版社，2009.ZHAO Chen-lin，ZHI Xiao-min. Sedimentary petrology(Fourth Edition)［M］. Beijing:Petroleum Industry Press，2009.

［7］ 曹曉琴.鄂爾多斯盆地下寺灣地區(qū)長6 砂巖儲(chǔ)層成巖作用研究［J］. 西安石油大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2013，28(1):18 -23.CAO Xiao-qin.Diagenesis of Chang 6 reservoir of Xiasiwan area in Ordos Basin［J］.Journal of Xi’an Shiyou University:Natural Science Edition，2013，28(1):18 -23.

［8］ 鄭浚茂，趙省民，陳純芳. 碎屑巖儲(chǔ)層的兩種不同成巖序列［J］.地質(zhì)評(píng)論，1998，44(2):207 -212.ZHEN Jun-mao，ZHAO Xing-min，CHEN Chun-fang.Two different diagenetie succssions of clastic roek reservoirs［J］.Geological review，1998，44(2):207 -212.

［9］ 劉成林，朱筱敏，曾慶猛. 蘇里格氣田儲(chǔ)層成巖序列與孔隙演化［J］.天然氣工業(yè)，2005，25(11):1 -3.LIU Cheng-lin，ZHU Xiao-min，ZENG Qing-meng. Reservoir diagenetic sequence and Pore evolution of sulige gas field in e’erduosi basin［J］. Natural Gas Industry(Exploration and Development)，2005，25(11):1 -3.

［10］朱國華，王少依，姚根順. 地溫場和埋藏史對(duì)碎屑巖儲(chǔ)層成巖變化和孔隙演化的影響［J］. 南方油氣地質(zhì)，1994(創(chuàng)刊):41 -45.ZHU Guo-hua，WANG Shao-yi，YAO Gen-shun.Effect of different geothermal field and burial history on diagenetic changes and pore evolution of detrital reservoir rocks［J］.Southern Petroleum Geology，1994(First Issue):41-45.

［11］趙 敏，李克永，楊 劍，等.黃陵地區(qū)隔夾層發(fā)育特征及對(duì)儲(chǔ)層影響［J］. 西安科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2014，35(1):20 -25.ZHAO Min，LI Ke-yong，YANG Jian，et al.Interlayer development characteristics and impact on reservoir of Huangling area［J］. Journal of Xi’an University of Science and Technology，2014，35(1):20 -25.

［12］于 珺，付明義，吳海燕，等.富縣北部地區(qū)侏羅系延9 砂巖儲(chǔ)層特征［J］. 西安科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2014，35(1):11 -15.YU Jun，F(xiàn)U Ming-yi，WU Hai-yan，et al. Characteristics of Yan 9 sandstone reservoir in northern Fuxian aera［J］.Journal of Xi’an University of Science and Technology，2014，35(1):11 -15.

［13］馬 強(qiáng)，黃衛(wèi)東，白國娟，等.致密儲(chǔ)層分析實(shí)驗(yàn)方法探討［J］.西安科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2014，35(1):6 -10.MA Qiang，HUANG Wei-dong，BAI Guo-juan，et al. Experiment method of tight reservoir［J］.Journal of Xi’an University of Science and Technology，2014，35(1):6 -10.

［14］郭艷琴，邱雅潔，李百強(qiáng)，等.鄂爾多斯盆地富縣地區(qū)長8 成巖相及其對(duì)儲(chǔ)層類別的控制［J］.西安科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2013，34(6):690 -697.GUO Yan-qin，QIU Ya-jie，LI Bai-qiang，et al.Diagenetic facies and its control over reservoir types of Chang 8 in Fuxian Area of Ordos Basin［J］.Journal of Xi’an University of Science and Technology，2013，34(6):690 -697.