鄂爾多斯盆地晚三疊世湖盆中部延長組長7儲層致密化因素分析

時保宏，黃　靜，陳　柳，楊　帆，呂劍文

(1.西安石油大學(xué) 地球科學(xué)與工程學(xué)院，西安　710065； 2.陜西省油氣成藏地質(zhì)學(xué)重點實驗室，西安　710065；3.長慶油田分公司 勘探開發(fā)研究院，西安　710018； 4.塔里木油田公司 塔中油氣開發(fā)部，新疆 庫爾勒　841000)

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鄂爾多斯盆地晚三疊世湖盆中部延長組長7儲層致密化因素分析

時保宏1,2，黃靜3，陳柳4，楊帆3，呂劍文3

(1.西安石油大學(xué) 地球科學(xué)與工程學(xué)院，西安710065； 2.陜西省油氣成藏地質(zhì)學(xué)重點實驗室，西安710065；3.長慶油田分公司 勘探開發(fā)研究院，西安710018； 4.塔里木油田公司 塔中油氣開發(fā)部，新疆 庫爾勒841000)

摘要：鄂爾多斯盆地晚三疊世湖盆中部長7油層組砂巖孔隙度平均為9%，滲透率為0.1×10-3μm2，屬致密儲層范疇。儲集體主要為半深湖—深湖相重力流環(huán)境下砂質(zhì)碎屑流砂巖及濁積砂巖，具有粒度細(xì)、填隙物含量高、孔喉形態(tài)彎曲復(fù)雜，分布集中以及次生長石溶孔發(fā)育、原生粒間孔較少等特征。運用鑄體薄片、X-衍射、包裹體及電子探針等微觀測試分析資料，對儲層物性影響因素進(jìn)行分析。分析認(rèn)為，沉積、成巖及烴類充注是影響儲層物性的三大因素，三者相互作用，相互影響。半深湖—深湖相砂巖特有的沉積特征導(dǎo)致儲層壓實作用強烈，使孔隙減少22%，是儲層物性變差的關(guān)鍵因素；長7烴源巖生、排烴過程中生成的有機酸溶蝕長石等易溶物質(zhì)，產(chǎn)生次生溶孔，對致密儲層物性改造有益；烴類大量生成后的偏堿性環(huán)境利于晚期含鐵碳酸鹽等膠結(jié)作用進(jìn)行，是生排烴高峰期后儲層變致密的決定性因素。

關(guān)鍵詞：成巖作用；烴類充注；致密儲層；延長組；鄂爾多斯盆地

我國低滲透油氣資源分布廣、儲量大，在油氣資源中占有重要地位。鄂爾多斯盆地晚三疊世湖盆中部長6—長7重力流砂巖油藏群[1-3]是最具代表性的低滲透油藏。其中，湖盆中部長7油層組的物性普遍較差，滲透率平均0.1×10-3μm2，孔隙度平均9%[4]。按照《中華人民共和國石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 6832-2011致密砂巖油氣評價方法》，覆壓基質(zhì)滲透率小于或等于0.1×10-3μm2，或空氣滲透率小于或等于1.0×10-3μm2的砂巖儲層為致密儲層的定義來劃分，湖盆中部地區(qū)長7砂巖儲層屬于致密儲層范疇。對于長7油層組的研究，以往多側(cè)重于地層、沉積體系、成藏機理等方面[5-9]，涉及致密儲層物性影響因素的較少。本文擬對湖盆中部廣泛分布、沉積特征明顯的長7致密儲集體物性變化影響因素進(jìn)行研究，以期為今后低滲透油氣勘探提供技術(shù)支撐。

1區(qū)域地質(zhì)概況

晚三疊世延長期是鄂爾多斯湖盆形成和發(fā)育最完整時期，沉積了一套以河湖相為主的陸源碎屑巖系。長7油層組沉積期湖盆范圍最大，沉積水體最深，湖盆中心位于姬塬—華池—正寧—黃陵一帶，沉積了一套厚度大、分布面積廣的暗色泥巖及優(yōu)質(zhì)烴源巖(圖1)，為盆地中生界油藏的形成提供了物質(zhì)基礎(chǔ)[10]。正是由于這一特殊的沉積環(huán)境，傳統(tǒng)油氣地質(zhì)理論認(rèn)為長7期湖盆中部不發(fā)育有利砂巖儲集體。受這種理論束縛，以長7油層組砂巖為勘探、研究目的層而開展的研究性工作非常少。近年來隨著勘探、研究工作的逐漸深入，對長7油層組的認(rèn)識取得了很大的突破，長7期湖盆中部不僅發(fā)育暗色泥質(zhì)烴源巖，還發(fā)育深湖—半深湖相復(fù)合重力流砂巖，與烴源巖構(gòu)成了自生自儲油藏。

2致密儲層特征

大量薄片、圖像粒度及物性等資料統(tǒng)計結(jié)果表明，長7砂巖中極細(xì)—細(xì)粒占絕對優(yōu)勢，顆粒間多呈點—線、線狀接觸，分選中等；孔隙類型以次生溶孔為主，見少量殘余粒間孔，面孔率平均為1.7%。喉道細(xì)小，平均中值半徑0.13 μm；物性普遍較差，孔隙度平均9.0%，滲透率平均0.10×10-3μm2，小于0.1×10-3μm2樣品占總樣品數(shù)的57%，為致密儲層。

據(jù)常規(guī)毛管壓力、恒速壓汞及掃描電鏡測試分析數(shù)據(jù)統(tǒng)計，湖盆中部長7砂巖喉道半徑、孔隙大小分布較集中，以微喉道為主，形態(tài)較彎曲復(fù)雜，主要為片狀、彎曲片狀和管束狀，對巖石的滲透性起著負(fù)面影響，曲線呈負(fù)偏態(tài)，說明砂巖分選較好(圖2)。

毛管中值壓力反映孔隙中同時存在油水兩相時原油的產(chǎn)能大小以及巖石滲濾性能的好壞，其值越小，巖石滲濾性能越好，原油產(chǎn)能越大[11]。長7儲層的中值壓力平均7.6 MPa，相比長8儲層(中值壓力平均2.74 MPa)而言，排驅(qū)壓力和中值壓力均較大，反映其滲濾性能比長8差很多。激光共聚焦二、三維圖像反映長7致密儲層微觀孔隙結(jié)構(gòu)雖較復(fù)雜，但孔隙連通性相對較好(圖3)。

圖1　鄂爾多斯盆地延長組沉積綜合柱狀圖Fig.1　Sedimentary section of the Yanchang Formation in the Ordos Basin

圖2　鄂爾多斯盆地湖盆中部長7儲層毛管壓力曲線特征Fig.2　Capillary pressure curves of Chang7 reservoir, central Ordos Basin

圖3　鄂爾多斯盆地湖盆中部長7砂巖激光共聚焦圖像特征Fig.3　Confocal laser images of Chang7 sandstones, central Ordos Basin

綜上所述，湖盆中部長7致密儲層物性差，孔喉結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但其具有孔喉分布集中、分選好、孔隙連通性較好等特征。

3物性影響因素

勘探實踐資料證明，湖盆中部地區(qū)長7致密儲層物性主要受沉積、成巖及烴類充注三大因素控制，三者相互聯(lián)系，相互作用，綜合影響控制儲層物性。

3.1沉積因素與壓實作用

長7油層組沉積時，湖盆中部主體處于半深湖—深湖沉積環(huán)境，沉積了一套厚層重力流砂體。砂體主要為厚層塊狀細(xì)砂巖，發(fā)育豐富的槽模、滑塌變形等沉積構(gòu)造，常見不規(guī)則分布的泥巖撕裂屑；其東北部發(fā)育三角洲前緣水下分流河道砂體，儲層具有下粗上細(xì)正旋回特點。砂巖粒度較粗，為中—細(xì)砂巖，常見板狀交錯、塊狀、平行等層理。不同沉積環(huán)境下形成的沉積物在粒度、雜基含量、巖石組分及分選等方面都存在較大的差異[12-14]，從而表現(xiàn)為儲層物性方面差別也較大。統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，大面積分布的深水重力流砂體填隙物含量高，尤以水云母(泥質(zhì))等塑性巖屑含量偏高最突出，其物性明顯較前緣水下分流河道差(表1)。

沉積環(huán)境對砂巖類型、結(jié)構(gòu)、組分等產(chǎn)生影響的同時，儲層的這些特征又將影響到成巖作用的進(jìn)行，而成巖作用又可改變沉積物內(nèi)部成分及組構(gòu)，進(jìn)而對儲層物性產(chǎn)生影響[15]。半深湖—深湖沉積環(huán)境下沉積的砂體，由于其粒度細(xì)，填隙物含量高等特征，使其抗壓實能力弱，壓實作用較為強烈。鏡下見云母、塑性巖屑等顆粒發(fā)生較強烈的揉皺變形，顆粒定向分布，呈線狀—凹凸?fàn)罱佑|。在埋藏過程中因壓實作用使填隙物、云母等塑性巖屑蝕變膨脹變形后呈假雜基占據(jù)充填周邊更多粒間孔隙(圖4)。顆粒間的大孔隙被小顆粒所充填，使得孔隙體積、孔隙直徑變小，從而導(dǎo)致巖石的孔隙性和滲透性都降低。根據(jù)Beard和Weyl等所建立的原始孔隙度與分選系數(shù)(S)之間的線性關(guān)系式[16]：碎屑巖原始孔隙度=20.91+22.9/S，計算得到研究區(qū)長7儲層原始孔隙度為37%。據(jù)砂巖物性資料求得，砂巖現(xiàn)今平均孔隙度為9.0%，另據(jù)鑄體薄片資料統(tǒng)計膠結(jié)物的平均含量及溶孔平均含量，計算經(jīng)壓實作用使原生孔隙損失了22%。

砂巖壓實后剩余孔隙部分被膠結(jié)物充填，充填后殘余孔隙為現(xiàn)今孔隙減去因溶蝕作用所增加的孔隙。因此，砂巖壓實后剩余孔隙可利用孔隙中膠結(jié)物、現(xiàn)今孔隙及溶蝕孔隙這3個參數(shù)來確定。本次研究對資料較全的20口井約130塊巖心樣品的分析資料利用上述三者關(guān)系式進(jìn)行壓實剩余孔隙統(tǒng)計分析。結(jié)果表明，湖盆中部長7砂巖經(jīng)壓實作用損失的孔隙度在13%～30%間，壓實后剩余孔隙度在14%～32%間(表2)。從計算結(jié)果可見，壓實作用雖是研究區(qū)長7儲層孔隙度損失的最大因素，但壓實后剩余孔隙度仍較高，未達(dá)到致密程度。由于長7烴源巖大量生、排烴階段處于早白堊世晚期[17-19]，而此時也是延長組最大埋深期，因而在烴源巖生排烴期，長7儲層壓實作用已定型，此時儲層尚未致密。

表1　鄂爾多斯盆地湖盆中部長7砂巖不同沉積微相物性統(tǒng)計Table 1　Physical properties of different sedimentary microfacies of Chang7 sandstone, central Ordos Basin

圖4　鄂爾多斯盆地湖盆中部長7砂巖塑性巖屑強烈變形導(dǎo)致巖石致密Fig.4　Reservoir tightening caused by plastic debris deformation in Chang7 sandstones, central Ordos Basin

3.2烴類充注及溶解作用

通過大量的砂巖顯微薄片和熒光薄片觀察，湖盆中部長7儲層瀝青分布普遍。其產(chǎn)狀主要充填儲層粒間孔。單偏光下，瀝青呈褐黃色、深褐色，熒光下顯現(xiàn)為強的黃色、黃褐色，在瀝青充填的剩余孔隙內(nèi)見到發(fā)藍(lán)白色熒光的晚期、成熟度較高的烴類包裹體(圖5a-c)。 前人[20]通過實驗得出，瀝青對儲層物性起負(fù)面影響，特別是對細(xì)粒、填隙物含量高的儲層影響尤為顯著，可使儲層非均質(zhì)性增強，孔隙度大幅降低，儲層變的致密。受印支運動影響，區(qū)內(nèi)延長組上部長1—長3地層遭受剝蝕，中下部地層保存較好。且包裹體資料表明[21]，長7儲層在晚侏羅世—早白堊世晚期發(fā)生過2期油氣運移、充注和成藏過程，因而不具備氧化、揮發(fā)形成瀝青的條件，分析判斷研究區(qū)長7儲層瀝青為早期低成熟階段的產(chǎn)物。

表2　鄂爾多斯盆地長7儲層砂巖壓實損失孔隙度與剩余孔隙度對比Table 2　Comparison between lost porosity and residual porosity after compaction in Chang7 reservoir, central Ordos Basin

圖5　鄂爾多斯盆地長7儲層長石溶孔及粒間孔隙充填瀝青Fig.5　Feldspar dissolved pores and asphalt in intergranular pores in Chang7 reservoir, Ordos Basin

通過掃描電鏡、鑄體薄片觀察發(fā)現(xiàn)，近70%的薄片樣品中發(fā)育以顆粒內(nèi)溶孔為主的次生孔隙，溶孔含量占可見孔的50%，主要為長石溶蝕。長石溶孔形成的次生孔隙對改善強壓實作用條件下儲層的物性具有重要意義。針對鄂爾多斯盆地延長組長石溶蝕因素，前人做了大量研究[22-25]，認(rèn)為延長組頂部的不整合面處的溶蝕作用受大氣淡水影響，而延長組中下部溶蝕則主要由有機酸液體引起。湖盆中部長7油層組被溶蝕的長石具鋸齒狀、港灣狀邊緣(圖5d-f)。從長石溶孔與粒度關(guān)系圖來看，長石溶蝕受砂巖巖性控制明顯，分選好、細(xì)、細(xì)—中粒砂巖長石溶蝕作用進(jìn)行的強烈(圖6)。這是由于這類砂巖物性相對較好，顆粒間原生孔隙利于酸性液體在儲層中的流動，從而增強了溶蝕作用。

包裹體鏡下特征、顯微紅外光譜參數(shù)結(jié)果表明(表3)，長石溶孔中烴類包裹體的成熟度與環(huán)石英加大邊內(nèi)側(cè)、切穿石英顆?；蚣哟筮吜严吨械脑缤?期烴類包裹體成熟度相同(期次劃分見參考文獻(xiàn)[21])，另瀝青基本分布在粒間孔隙內(nèi)而不占據(jù)長石溶孔。分析認(rèn)為，造成這種現(xiàn)象的原因是在晚侏羅世，鄂爾多斯盆地長7油層組沉積的厚層優(yōu)質(zhì)烴源巖熱演化達(dá)到生烴階段，干酪根開始釋放有機酸并生成低熟油氣。低熟油氣進(jìn)入儲層堵塞部分原生粒間孔，伴隨流體進(jìn)入儲層的有機酸使儲層孔隙流體呈酸性，對長石等易溶碎屑顆粒進(jìn)行溶蝕，形成溶蝕孔隙并釋放出K+等[26]。至早白堊世晚期，油氣開始大量生成，產(chǎn)生的有機酸值達(dá)到最大。之后，由于生成的油氣驅(qū)替儲層中原始地層水，使得酸性儲層流體性質(zhì)慢慢發(fā)生變化，逐漸變?yōu)椴焕陂L石溶蝕作用進(jìn)行的偏堿性環(huán)境。而這種富K+堿性環(huán)境又為后期含鐵碳酸鹽膠結(jié)物的形成創(chuàng)造了條件[27]。

圖6　鄂爾多斯盆地長7儲層砂巖 不同粒度與長石溶孔的關(guān)系Fig.6　Relationship between different granularities and feldspar dissolved pore contents in Chang7 reservoir, Ordos Basin

3.3膠結(jié)作用

研究區(qū)長7儲層膠結(jié)作用非常強烈，尤以泥質(zhì)膠結(jié)、碳酸鹽膠結(jié)為甚，且上述膠結(jié)物的溶蝕不明顯。上述剩余孔隙計算結(jié)果(表2)表明，膠結(jié)作用后儲層剩余孔隙為2%～6%，儲層變得致密。

千余塊樣品薄片資料中近96%的砂巖樣品含以水云母雜基為主的泥質(zhì)膠結(jié)物，平均含量10%，約50%的砂巖泥質(zhì)含量大于10%，有近30%的砂巖泥質(zhì)含量約占5%～10%，僅有20%的砂巖泥質(zhì)含量小于5%。另黏土礦物X衍射分析資料表明(表4)，黏土礦物成分以伊利石為主，平均含量52.7%。其主要以3種產(chǎn)出狀態(tài)充填孔隙和喉道：為標(biāo)準(zhǔn)有機質(zhì)烷基碳原子數(shù)。

表3　鄂爾多斯湖盆中部地區(qū)長7儲層烴類包裹體顯微紅外光譜定量計算結(jié)果Table 3　Quantitative calculation results by microscopic FTIR of hydrocarbon inclusions in Chang7 sandstones, Ordos Basin

注：Xinc=(∑CH2/∑CH3-0.8)/0.09，為包裹體有機質(zhì)烷基碳原子數(shù);Xstd=(∑CH2/∑CH3+0.1)/0.27。

表4　鄂爾多斯盆地湖盆中部長7黏土礦物X衍射分析Table 4　X-ray diffraction analysis of clay mineral in Chang7 reservoir, Ordos Basi

(1)呈薄膜狀分布于顆粒之間(圖7a)；(2)呈蜂巢狀分布于粒間孔隙間(圖7b)；(3)粒間孔隙及長石溶蝕顆粒內(nèi)見絲縷狀的伊利石(圖7c)。伊利石的這種產(chǎn)出形式，一則可以加劇壓溶作用的進(jìn)行，二來易于堵塞孔隙喉道，使大孔隙變成滲濾性能差的小孔或微孔，對砂巖的滲透率有顯著的破壞作用[28]。

據(jù)薄片、掃描電鏡觀察，研究區(qū)長7儲層碳酸鹽膠結(jié)作用發(fā)育，多呈斑狀、連晶狀充填粒間孔隙及長石溶孔。鏡下觀察發(fā)現(xiàn)，石英加大邊外側(cè)、長石溶孔中充填碳酸鹽膠結(jié)物(圖7d-f)，表明石英次生加大、長石溶蝕的形成早于碳酸鹽膠結(jié)物的形成。

為了進(jìn)一步分析碳酸鹽膠結(jié)物形成的成巖階段，對長7碳酸鹽膠結(jié)物進(jìn)行電子探針分析，其成分主要為氧化鈣并含少量氧化鐵(表5)，說明碳酸鹽膠結(jié)物主要為晚成巖階段形成的含鐵方解石和含鐵白云石。

鐵方解石膠結(jié)物碳氧同位素分析結(jié)果表明，兩者都相對較輕，δ13CPDB在-3‰～-1.2‰之間，δ18OPDB在-16‰～-18.4‰間，說明研究區(qū)長7碳酸鹽膠結(jié)物的形成與有機酸的參與有關(guān)[29]。根據(jù)上述含鐵碳酸鹽、石英次生加大邊及烴類充注三者間的賦存關(guān)系，判斷含鐵碳酸鹽膠結(jié)物生成發(fā)生在大規(guī)模油氣生成運移之后。這種認(rèn)識很好地解釋了為什么碳酸鹽膠結(jié)物中較少見烴類包裹體[21]的地質(zhì)現(xiàn)象。因此，上述孔隙計算結(jié)果及對膠結(jié)作用的分析說明，膠結(jié)作用是造成儲層致密的決定性因素。對湖盆中部長7儲層來說，其經(jīng)歷了先充注后致密的過程。

圖7　鄂爾多斯盆地長7儲層砂巖強的黏土礦物及方解石膠結(jié)作用Fig.7　Clay mineral and calcite cementation in Chang7 reservoir, Ordos Basin表5　鄂爾多斯盆地湖盆中部長7儲層碳酸鹽膠結(jié)物電子探針分析測試結(jié)果Table 5　Electron probe analysis of carbonate cementation in Chang7 reservoir, Ordos Basin

井號元素含量/%SiO2SO3TiO2Na2OK2OBaOMgOCaOMnOAl2O3FeON330.0220.0010.0300.0210.21664.250.1160.0361.940L800.0410.27764.330.4492.030B2705.8700.2630.0231.4400.0520.31653.940.1850.856N420.0270.0790.0270.0270.0120.14665.550.0050.064L808.2100.0610.4670.1210.0180.21353.020.2272.4801.036

4結(jié)論

(1)湖盆中部長7油層組發(fā)育半深湖—深湖相沉積，巖性主要為灰黑色泥巖、頁巖及油頁巖夾重力流環(huán)境下的砂質(zhì)碎屑流砂巖及濁積巖組成，砂質(zhì)碎屑流砂巖及濁積巖為主要儲集體，具有粒度普遍偏細(xì)、填隙物和塑性組分含量高等特征。

(2)長7油層組儲集砂巖顆粒間多呈點—線、線狀接觸，分選中等。排驅(qū)壓力及中值壓力均較大，巖石滲濾性能差。孔隙類型多以次生孔隙為主，見較少的殘余粒間原生孔隙，孔喉分選集中，連通性較好。儲層物性普遍較差，滲透率平均0.13×10-3μm2，孔隙度平均9%左右，為典型致密儲層。

(3)長7油層組所處深水沉積環(huán)境，使得沉積物顆粒細(xì)，填隙物含量高，造成儲集層抗壓實能力較差，孔隙減少22%，是研究區(qū)長7孔隙損失的最大因素；長7層的優(yōu)質(zhì)烴源巖的生排烴過程產(chǎn)生的有機酸對長石顆粒進(jìn)行溶蝕，形成溶蝕孔，對儲層物性起到積極作用；大量的泥質(zhì)膠結(jié)及含鐵碳酸鹽膠結(jié)使油氣充注后儲層變致密，是儲層致密的決定性因素。

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(編輯黃娟)

文章編號：1001-6112(2016)04-0528-08

doi：10.11781/sysydz201604528

收稿日期：2015-08-17；

修訂日期：2016-06-01。

作者簡介：時保宏(1970—)，男，教授，從事油氣成藏地質(zhì)學(xué)及天然氣地球化學(xué)的研究工作。E-mail: bh.sh@163.com。

基金項目：陜西省自然科學(xué)基金(2012JM5010)資助。

中圖分類號：TE 122. 2

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

Compaction factors of tight reservoirs in the seventh member of Yanchang Formation in the central Ordos Basin during the Late Triassic

Shi Baohong1,2, Huang Jing3, Chen Liu4, Yang Fan3, Lü Jianwen3

(1. School of Earth Sciences and Engineering, Xi’an Shiyou University, Xi’an, Shaanxi 710065, China; 2. Key LaboratoryofShaanxiProvinceforOilandGasAccumulationGeology,Xi’an,Shaanxi710065,China; 3.PetroleumExplorationandDevelopmentResearchInstituteofPetroChinaChangqingOilfieldCompany,Xi’an,Shaanxi710021,China; 4.OilandGasDevelopmentDepartmentofPetroChinaTarimOilfieldCompany,Korla,Xinjiang841000,China)

Abstract:The Chang7 reservoir (the seventh member of Yanchang Formation) in the Ordos Basin, with an average porosity of 9% and permeability of 0.1× 10-3μm2, is a tight reservoir. Reservoirs are mainly sandy debris flows and turbidite sandstones in a semi-deep and deep lacustrine gravity flow environment, featured by fine granularity, high filler content, complicated pore and throat shape, enriched secondary dissolved feldspar pores, and poor primary intergranular porosity. The influencing factors for reservoir physical properties were analyzed according to micro test data such as cast thin section, X-ray diffraction, fluid inclusion and electron probe microscopy. Sedimentation, diagenesis and hydrocarbon charging are the three major factors affecting reservoir physical properties. The sedimentary characteristics of semi-deep and deep lacustrine sandstones were key factors that caused intense compaction and cementation in reservoirs. As a result, sandstone porosity may decrease by 22%. On the other hand, feldspars were dissolved by organic acid liquids produced by the reaction of hydrocarbon emplacement, which in turn improved physical property. Alkaline reservoir fluid after hydrocarbon charging was beneficial to the cementation of ferrous calcites, which was critical to reservoir tightening.

Key words:lithogenesis; hydrocarbon charging; tight reservoir; Yanchang Formation; Ordos Basin