致密砂巖儲層成巖作用特征研究及其對儲集性能的影響
——以鄂爾多斯盆地東部上古生界盒8段天然氣儲層為例

李　杪

(西北大學 地質學系/大陸動力學國家重點實驗室，陜西 西安 710069)

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致密砂巖儲層成巖作用特征研究及其對儲集性能的影響
——以鄂爾多斯盆地東部上古生界盒8段天然氣儲層為例

李杪

(西北大學 地質學系/大陸動力學國家重點實驗室，陜西 西安 710069)

[摘要]通過各類薄片顯微鏡下精細研究與定量統(tǒng)計，利用圖像孔喉分析、電鏡掃描、陰極發(fā)光等多種分析測試手段，對鄂爾多斯盆地東部主力含氣層盒8段致密砂巖的巖石學特征、孔隙發(fā)育特征及成巖作用特征進行研究，結合成巖演化分析其對盒8段各砂巖儲層儲集性能的影響。研究表明：盒8段砂巖以巖屑石英砂巖和巖屑砂巖為主，其次是石英砂巖，填隙物以高嶺石、硅質和伊利石為主，孔隙類型以次生溶孔為主。儲層各砂巖的巖石學特征、孔隙發(fā)育狀況及其成巖演化過程存在一定的差異。差異性的成巖演化過程導致盒8段各砂巖膠結物成分及其含量不同，并導致各砂巖孔隙結構的不同，后者直接影響砂巖的儲集性能。該研究對于探討不同砂巖類型成巖演化對砂巖儲層儲集性能的影響具有重要的意義，可為研究區(qū)天然氣的勘探指明方向。

[關鍵詞]巖石學特征；成巖作用；儲集性能；盒8段致密砂巖；鄂爾多斯盆地

致密砂巖氣是指覆壓基質滲透率不大于0.1×10-3μm2的砂巖氣層，單井一般無自然產(chǎn)能或自然產(chǎn)能低于工業(yè)氣流下限，但在一定經(jīng)濟條件和技術措施下可獲得工業(yè)天然氣產(chǎn)量[1]由于其儲量巨大、分布范圍廣，致密砂巖氣已然成為現(xiàn)今非常規(guī)天然氣勘探的的重點領域。前人研究認為，沉積物本身的內在特征( 碎屑組分和結構)在一定程度上制約著成巖作用的發(fā)生和發(fā)展，從而引導出不同的成巖作用過程進而影響孔隙的演化進程[2～6]，后者直接導致致密砂巖物性的不同，并由此影響儲層的儲集性能[7]。壓實作用為破壞性成巖作用，降低了儲集層的物性，而膠結作用對儲層物性的影響具雙重性，溶蝕作用則被認定為加強性成巖作用[8～13]。前人的成巖作用研究是把儲層砂巖作為一個整體研究，較少考慮到砂巖類型及其礦物成分等砂巖原始特征對成巖演化路徑及成巖產(chǎn)物、孔隙結構特征的控制，從而掩蓋了儲層儲集性能成巖演化的部分成因信息。本研究通過各類薄片顯微鏡下精細研究與定量統(tǒng)計，利用圖像孔喉分析、電鏡掃描、陰極發(fā)光等多種分析測試手段，研究了鄂爾多斯盆地東部主力含氣層盒8段致密砂巖儲層的巖石學特征、孔隙發(fā)育特征及成巖作用特征，分析了不同成巖作用產(chǎn)物對砂巖儲層儲集性能的影響，從而為下一步的勘探開發(fā)提供科學依據(jù)。

1致密砂巖儲層基本特征

研究區(qū)位于鄂爾多斯盆地陜北斜坡東北部，東起橫山，西至柳林，南抵子長-清澗，北至府谷。研究對象為上古生界二疊系主要產(chǎn)氣層下石盒子組盒8段砂巖。根據(jù)野外鉆井巖心觀察描述及室內290個砂巖薄片的定量統(tǒng)計結果，研究區(qū)盒8段砂巖的砂巖類型以巖屑石英砂巖和巖屑砂巖為主，其次是石英砂巖(圖1)。從整體上看，碎屑成分以石英類(平均61.7%)為主，其次是巖屑(平均18.7%)，長石含量極少(<1%)。砂巖碎屑顆粒磨圓度主要為次棱狀，其次為次棱-次圓狀，分選較好-中等，主要呈顆粒支撐，顆粒間以線接觸為主，少數(shù)呈點-線接觸或凹凸接觸。

圖1　盒8段砂巖分類圖

研究區(qū)盒8段不同砂巖類型儲層的膠結物成分及其含量存在一定差異(圖2a)：石英砂巖主要為高嶺石(平均4.3%)和硅質(平均3.9%)膠結；巖屑石英砂巖以伊利石(平均5.5%)和硅質(平均3.5%)含量較高為特征，巖屑砂巖則以高伊利石(平均8.2%)含量為特征。差異性的成巖演化過程及產(chǎn)物決定了各類型砂巖孔隙發(fā)育狀況的不同，研究區(qū)盒8段砂巖的面孔率由巖屑石英砂巖→石英砂巖→巖屑砂巖依次降低，孔隙類型均以次生溶孔為主，其次為粘土礦物晶間微孔，巖屑砂巖的微裂縫較其它砂巖略微發(fā)育(圖2b)。

a　盒8段各砂巖膠結物含量圖

b　盒8段各砂巖孔隙類型含量圖

a. 石英顆粒表面的脆性微裂紋，府3井，2328.52m；b. 壓實作用使云母等變形假雜基化，雙36井，2440.64m；c. 孔隙水沉淀高嶺石，晶間孔隙發(fā)育，米27井，2536.67m；d.長石蝕變高嶺石，晶間孔隙不發(fā)育，榆36井，2928.08m；e. 板狀綠泥石充填粒間孔隙，雙11井，2265.4m；f. 綠泥石薄膜包裹碎屑顆粒，發(fā)育剩余粒間孔隙，米20井，2539.93m；g. 纖維狀伊利石膠結，米27井，2311.75m；h. 膠狀伊利石(黃綠色)充填孔隙，被方解石(橙紅色)交代，陜202井，2699.63m；i. 綠泥石薄膜包裹顆粒，粒間充填硅質膠結物，統(tǒng)27井，2849.78m；j. 加大后的石英互相貼合，或鑲嵌緊密使石英顆粒間呈凹凸接觸，府2井，1857.89m；k. 早期微晶方解石圍繞碎屑顆粒呈櫛殼狀生長，并被后期亮晶方解石膠結物所交代，米27，2731.22m；l. 鐵白云石呈菱形粉晶-細晶集合體分布于碎屑顆粒表面及次生溶孔內，統(tǒng)25井，2861.88m。

圖3盒8段顯微鏡下砂巖的成巖作用特征照片

2致密砂巖成巖作用特征

在上述研究基礎上，通過顯微鏡下常規(guī)薄片和鑄體薄片觀察，結合掃描電鏡、陰極發(fā)光等分析測試技術，對研究區(qū)盒8段砂巖的成巖作用類型及其特征進行了系統(tǒng)研究，結果表明，研究區(qū)盒8段砂巖經(jīng)歷的成巖作用類型主要有壓實作用、壓溶作用、膠結作用、交代蝕變作用、重結晶作用和溶解作用，其主要特征見圖3、表1。

表1　研究區(qū)盒8段砂巖成巖作用類型及特征

3成巖過程及其產(chǎn)物對儲層儲集性能的影響

差異性的成巖演化過程導致盒8段各砂巖膠結物成分及其含量不同，并導致各砂巖孔隙結構的不同，后者直接影響了砂巖的儲集性能。

3.1高嶺石膠結物

各砂巖類型(尤其是石英砂巖)中高嶺石含量與孔滲呈較明顯的正相關性。高嶺石膠結物中發(fā)育的大量晶間微孔與微溶孔，在一定程度上提高了砂巖的儲集性能。以高嶺石膠結物為主的砂巖，其次生溶孔與晶間微孔較發(fā)育，這類砂巖主要為中-粗粒石英砂巖和巖屑石英砂巖，物性與滲流能力較好，驅替效率較高。

3.2硅質膠結物

各砂巖類型(尤其是石英砂巖)中硅質含量與孔滲呈較明顯的負相關性。砂巖中的硅質膠結物堵塞部分粒間孔與喉道，導致孔喉連通性變差，束縛水飽和度較高，從而使砂巖的物性變差、滲流能力降低。

3.3伊利石+蒙脫石+伊/蒙混層膠結物

各砂巖類型中伊利石+蒙脫石+伊/蒙混層粘土礦物含量與孔滲呈弱的負相關性。砂巖中充填于粒間的伊利石+伊/蒙混層+蒙脫石減少了粒間孔隙并堵塞了部分喉道，在一定程度上降低了砂巖的孔隙度和滲透率，使儲集性能降低。但伊利石+伊/蒙混層+蒙脫石膠結物中發(fā)育大量微孔隙時，可在一定程度上提高砂巖的孔隙度與滲透率。研究區(qū)以伊利石+蒙脫石+伊/蒙混層粘土礦物為主的砂巖主要為巖屑石英砂巖，少量巖屑砂巖。部分這類砂巖中微裂縫較發(fā)育，其儲集性能與滲流能力較好，但若以伊利石+蒙脫石+伊/蒙混層粘土礦物為的砂巖粒度較細、塑性巖屑與假雜基含量較高時，其孔隙相對不發(fā)育，連通性較差，巖石較為致密，儲集性能與滲流能力較差。

3.4綠泥石膠結物

各砂巖類型中綠泥石膠結物含量與孔隙度呈弱的正相關性，與滲透率呈弱的負相關性。砂巖中綠泥石薄膜的形成保存了部分粒間孔，使砂巖的孔隙度提高，儲集性能增強，但其向孔隙內的繼續(xù)生長使喉道不通暢，致使?jié)B透率降低，影響了儲層的儲集性能。

4結語

(1)研究區(qū)盒8段砂巖的類型以巖屑石英砂巖和巖屑砂巖為主，其次是石英砂巖。砂巖的類型與骨架礦物成分等原始特征的不同，導致了其膠結物類型與孔隙發(fā)育狀況存在一定的差異性。

(2)研究區(qū)盒8段各砂巖均經(jīng)歷了壓實作用、壓溶作用、膠結作用、交代蝕變作用、重結晶作用和溶解作用等成巖作用。

(3)差異性的成巖演化過程及其產(chǎn)物是影響盒8段各砂巖儲集性能的主要因素。晶間微孔隙較發(fā)育的高嶺石、伊利石、蒙脫石、伊/蒙混層等粘土礦物能提高儲層的儲集性能，而占據(jù)大量粒間孔隙空間的硅質和綠泥石膠結物則會降低儲層的儲集性能。

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[收稿日期]2015-09-06

[基金項目]國家重大科技專項(2011ZX05001-002-008)

[作者簡介]李杪(1985-)，女，黑龍江密山人，在讀博士研究生，主攻方向：儲層沉積學、成巖作用、石油地質學。

[中圖分類號]TE122.2+3

[文獻標識碼]B

[文章編號]1004-1184(2016)01-0226-03