青平川油田長2儲(chǔ)層成巖作用研究

劉偉才，李艷芳，楊賢軍，楊 波

(1.延長股份有限公司青平川采油廠，陜西 延安 716000；2.陜西恒晟源能源科技有限公司，陜西 西安 710077)

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青平川油田長2儲(chǔ)層成巖作用研究

劉偉才1，李艷芳1，楊賢軍1，楊 波2

(1.延長股份有限公司青平川采油廠，陜西 延安 716000；2.陜西恒晟源能源科技有限公司，陜西 西安 710077)

根據(jù)鑄體薄片、掃描電鏡、陰極發(fā)光等分析測試手段研究了青平川油田長2儲(chǔ)層成巖作用特征及演化。研究表明：長2儲(chǔ)層巖石類型主要為細(xì)粒長石砂巖，碎屑含量高達(dá)90%，填系物含量主要以鐵方解石和綠泥石為主，其次為長英質(zhì)加大；長2儲(chǔ)層主要成巖作用類型有壓實(shí)和膠結(jié)作用，二者聯(lián)合作用使孔隙減少量平均高達(dá)70%，溶解作用對儲(chǔ)層物性起到一定的改善作用；綜合認(rèn)為長2儲(chǔ)層已經(jīng)達(dá)到中成巖A期演化階段。

鄂爾多斯盆地；青平川油田；長2儲(chǔ)層；成巖作用；成巖演化

青平川油田位于鄂爾多斯盆地陜北斜坡東部，地理位置位于延川縣境內(nèi)，開采層位為長2油層組，開發(fā)面積約100 km2。長2油層組沉積時(shí)期研究區(qū)屬于辮狀河沉積，心灘砂體極其發(fā)育，單井累積厚度最大可達(dá)90 m以上，砂/地比值平均高達(dá)0.65。根據(jù)標(biāo)志層和沉積旋回特征長2油層組自上而下細(xì)分為長21、長22和長23三個(gè)油層亞組，研究區(qū)大部分井未鉆穿長23，油層主要分布在長22亞組中。隨著開發(fā)的進(jìn)行，暴漏出的開發(fā)矛盾突出，對影響長2儲(chǔ)層物性的成巖作用認(rèn)識(shí)薄弱，影響了長2油藏開發(fā)進(jìn)程。本研究通過巖石薄片、鑄體薄片、掃描電鏡、陰極發(fā)光等多種分析測試資料重新認(rèn)識(shí)長2儲(chǔ)層成巖作用特征，以期為長2油藏有效開發(fā)提供理論依據(jù)。

1 長2儲(chǔ)層巖石學(xué)特征

根據(jù)青平川油田212塊長2儲(chǔ)層巖石和鑄體薄片鑒定統(tǒng)計(jì)，長2儲(chǔ)層主要為淺灰色—灰色中粒、細(xì)-中粒、中-細(xì)粒、細(xì)粒長石砂巖，少量的細(xì)粒巖屑長石砂巖(圖1)，碎屑顆粒含量為68%～96%，均值為90.4%，以長石為主，其次為石英、巖屑和云母。

圖1 青平川油田長2砂巖分類三角圖

石英含量20%～28%，平均23.5%，石英以單晶石英為主，常見均一消光石英，也見波狀消光石英。長石含量一般為37%～59%，平均52.5%，長石類型主要以鉀長石為主(平均45.2%)，其次為斜長石。巖屑含量一般為6%～14%，平均為11.5%，主要為變質(zhì)巖巖屑，次為巖漿巖巖屑，未見沉積巖巖屑。變質(zhì)巖巖屑含量一般為4%～10%，平均8.0%，主要為石英巖、千枚巖和片巖，其次為板巖和變質(zhì)砂巖；巖漿巖巖屑含量一般為2%～5%，平均3.6%，主要為噴發(fā)巖。砂巖中云母普遍可見，含量為1%～7%，平均含量2.7%，主要為黑云母，少量白云母。

長2油層組填隙物組分最高為32%，最低含量為4%，平均含量9.6%。陸源泥質(zhì)雜基含量極低，膠結(jié)物主要為鐵方解石，其次為綠泥石和硅質(zhì)，還有少量的長石質(zhì)，常見黃鐵礦，偶見銳鈦礦、重晶石、濁沸石。膠結(jié)物中鐵方解石含量高，分布范圍寬，其含量為1～32%，平均含量4.7%；含油巖心中方解石含量為1%～7%，平均為2.4%；綠泥石膠結(jié)物含量為0～7%，平均為2.3%；硅質(zhì)膠結(jié)物含量位于0～5%之間，平均為1.6%，其次為少量的長石次生加大(平均為0.6%)膠結(jié)物(圖2)。

圖2 青平川油田長2儲(chǔ)層填隙物含量分布直方圖

2 長2儲(chǔ)層成巖作用類型及特征

根據(jù)大量的巖石薄片、鑄體薄片、掃描電鏡、圖像分析等觀察發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)長2砂巖儲(chǔ)層經(jīng)歷的成巖作用主要有壓實(shí)作用、膠結(jié)作用、交代作用和溶解作用，這些成巖作用對儲(chǔ)層孔隙發(fā)育情況具有重要的影響。

2.1 壓實(shí)作用

機(jī)械壓實(shí)作用貫穿于埋藏成巖階段的整個(gè)過程，是引起砂巖孔隙度降低的主要原因之一。壓實(shí)作用在青平川油區(qū)長2砂巖中的表現(xiàn)有：塑性顆粒(云母、泥巖、淺變質(zhì)巖、火山巖巖屑)的塑性變形、扭曲及假雜基化；剛性顆粒(石英、長石等)表面的脆性微裂紋及其位移和重新排列；壓實(shí)定向組構(gòu)，長石、云母常沿長軸方向定向排列；碎屑顆粒的緊密填集(圖3)?？傮w來看，長2含油砂巖壓實(shí)程度相對較低，粒間孔發(fā)育。

2.2 膠結(jié)作用

粘土礦物膠結(jié)包括綠泥石、伊利石、伊/蒙混層，其中以綠泥石的膠結(jié)作用最為普遍，占粘土膠結(jié)物總量的58.7%，幾乎所有油層組儲(chǔ)層砂巖中均有發(fā)育。自生綠泥石多呈微細(xì)葉片狀或纖維狀晶體垂直碎屑顆粒表面或孔喉壁生長，常發(fā)育成孔隙內(nèi)襯，在碎屑顆粒接觸處缺失，可見部分綠泥石薄膜包圍整個(gè)碎屑顆粒，說明綠泥石薄膜形成于壓實(shí)作用的同時(shí)或稍后，是成巖作用早期階段的產(chǎn)物。

碳酸鹽膠結(jié)作用在長2儲(chǔ)層砂巖中較為發(fā)育，是影響研究區(qū)儲(chǔ)層物性的主要膠結(jié)物類型之一。砂巖薄片鑒定結(jié)果表明，90%以上的砂巖樣品中含有數(shù)量不等的碳酸鹽膠結(jié)物，成分主要為方解石、鐵方解石。碳酸鹽膠結(jié)物在油層段砂巖中含量較低，一般為0.5%～4%，呈局部孔隙充填或斑塊狀、補(bǔ)丁狀連晶分布，對孔隙度的損失較小。差儲(chǔ)層及致密層砂巖中的碳酸鹽含量較高，其含量可達(dá)10%～20%，甚至更高，呈大片的連晶分布(鈣質(zhì)砂巖)(圖3)。

石英和長石質(zhì)膠結(jié)作用在長2儲(chǔ)層砂巖中也較為常見，自生石英常以次生較大邊(寬度一般為10～50 μm)和石英微晶兩種產(chǎn)出形式，其中石英次生加大一般僅達(dá)II～Ⅲ級，多見于中粒度、分選好、碳酸鹽和粘土膠結(jié)物不發(fā)育及黑云母含量低的砂巖中(圖3)。

C431井，黑云母壓實(shí)變形，長22 C431井，綠泥石膜發(fā)育，長22

C431井，綠泥石膜發(fā)育，長22 C431井，伊利石發(fā)育，長22

C431井，方解石連晶膠結(jié)，長22，干層 C431井，孔隙充填的方解石，長22

C431井，長石石英加大，長22 C431井，長石石英加大，長22

2.3 溶蝕作用

溶蝕作用是形成次生孔隙，改善研究區(qū)長2儲(chǔ)層砂巖儲(chǔ)滲條件的主要成巖方式之一。溶蝕作用主要表現(xiàn)為碎屑顆粒(長石、巖屑)的溶蝕?？傮w來看，長2砂巖儲(chǔ)層長石溶蝕程度較弱，對改善儲(chǔ)層物性具有一定的積極意義(圖3)。

3 長2儲(chǔ)層成巖階段劃分與演化

結(jié)合自生礦物的類型及其生成順序、巖石的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、孔隙類型、有機(jī)質(zhì)的特征及埋藏-演化史，按照石油行業(yè)碎屑巖成巖階段劃分規(guī)范(SY/T 5477-2003)，研究區(qū)長2儲(chǔ)層砂巖普遍達(dá)到中成巖階段A期。在埋藏成巖過程中，經(jīng)歷的成巖序列如下：

3.1 早成巖A期

本區(qū)長2地層早期成巖作用發(fā)生于晚三疊世—晚侏羅世(225～157 Ma)近地表(深度<2 km，溫度<65℃)環(huán)境，砂巖的物性主要受沉積相、砂巖碎屑成分和古氣候控制。早期成巖作用主要為機(jī)械壓實(shí)作用導(dǎo)致顆粒間的緊密排列、云母類及塑性巖屑的假雜基化，以及I型微晶方解石膠結(jié)物和機(jī)械滲濾蒙脫石粘土襯邊的形成。

假定砂巖的原始孔隙度為40%，本區(qū)長2砂巖由壓實(shí)作用造成的平均孔隙度喪失主要集中在28.5%～72.7%之間，平均55.6%。壓實(shí)作用是導(dǎo)致長2砂巖孔隙喪失的主要原因。在鈣質(zhì)砂巖中由壓實(shí)作用造成的平均孔隙度喪失較低15%～40%。

3.2 早成巖B期

本區(qū)沉積間斷之后，早白堊世盆地的沉降速度加快，隨埋藏深度的加大(深度>2 km，溫度>65℃)，長2地層進(jìn)入早成巖B期。其成巖作用包括化學(xué)壓實(shí)作用和由此產(chǎn)生的自生石英的形成和碳酸鹽膠結(jié)物的形成，以及斜長石的鈉長石化、蒙脫石襯邊向綠泥石襯邊和伊利石的轉(zhuǎn)變。

滲濾蒙脫石襯邊在早成巖B期由早成巖A期形成的中間產(chǎn)物蒙脫石/綠泥石混層粘土(S/C)轉(zhuǎn)變?yōu)榫G泥石襯邊。黑云母和火山巖巖屑提供了形成綠泥石所需的Fe和Mg。自生石英形成于一個(gè)寬廣的埋藏深度范圍，但主要發(fā)生于綠泥石化之后。Si主要來自碎屑石英的壓溶作用。本區(qū)大部分長2砂巖中石英碎屑的壓溶作用和由此產(chǎn)生的石英自生加大現(xiàn)象非常明顯。石英的自生加大導(dǎo)致砂巖喪失約0.5%～5%的原生孔隙并由此使?jié)B透率降低。本區(qū)長2砂巖由膠結(jié)作用造成的平均孔隙度喪失集中于6.1%～28.5%，平均13.6%。鈣質(zhì)砂巖由膠結(jié)作用造成的平均孔隙度喪失較高，達(dá)45%～70%。

綠泥石襯邊粒間充填物通過堵塞一部分孔隙喉道及造成粒間微孔隙增加而使砂巖的滲透率稍有降低。但是大量石英顆粒周圍的綠泥石襯邊的存在阻止了次生石英加大的)形成以及一部分粒間碳酸鹽膠結(jié)物的沉淀，從而使相當(dāng)一部分原生剩余粒間孔得以保存。

3.3 中成巖A期

根據(jù)鏡煤反射率和最高熱解峰溫測定結(jié)果，研究區(qū)長2地層的Ro平均為0.8%左右，反映該區(qū)儲(chǔ)層已處于中成巖A期。該階段(65～0 Ma)沉積物被抬升到深度<2 km，在大氣降水的影響下，主要的成巖作用事件是碎屑長石的溶解和次生孔隙的形成，與此同時(shí)，形成次生高嶺石膠結(jié)物充填于長石粒內(nèi)溶孔中及其周圍粒間孔中。此階段由于是本區(qū)生油高峰期大量有機(jī)酸性溶液進(jìn)入儲(chǔ)層對長石及碳酸鹽等易溶膠結(jié)物進(jìn)行溶蝕，形成少量粒間溶孔和長石粒內(nèi)溶孔，從而對儲(chǔ)層物性的改造起到了一定作用。

4 結(jié)語

(1)青平川油田長2儲(chǔ)層巖石類型主要為長石砂巖，碎屑成分含量高，填系物總量較低，主要為鐵方解石和綠泥石膠結(jié)物，其次為硅質(zhì)。

(2)長2儲(chǔ)層經(jīng)歷的成巖作用有壓實(shí)、膠結(jié)和溶解作用，其中壓實(shí)作用是孔隙度減少的主導(dǎo)因素，膠結(jié)作用進(jìn)一步加劇了孔隙減小進(jìn)程，溶解作用在一定程度上增加了孔隙。

(3)根據(jù)自生礦物含量、膠結(jié)物賦存產(chǎn)狀，結(jié)合區(qū)域有機(jī)質(zhì)演化及埋藏歷史，長2儲(chǔ)層總體達(dá)到中成巖A期演化階段。

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TE122.2

A

1004-1184(2016)06-0189-02

2016-04-25

陜西省教育廳專項(xiàng)科研計(jì)劃項(xiàng)目(12JK0491)

劉偉才(1960-)，男，陜西延安人，高級工程師，主要從事油田勘探與開發(fā)工作。