塔中地區(qū)柯坪塔格組儲(chǔ)層致密化成因

謝佳彤，李 斌，3，4，彭 軍，韓梅健子，劉弈伶

(1. 西南石油大學(xué)，四川 成都 610500；2. 油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610500；3.構(gòu)造與油氣資源教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430074；4.中國地質(zhì)大學(xué)，湖北 武漢 430074)

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塔中地區(qū)柯坪塔格組儲(chǔ)層致密化成因

謝佳彤1，2，李 斌1，2，3，4，彭 軍1，2，韓梅健子1，劉弈伶1

(1. 西南石油大學(xué)，四川 成都 610500；2. 油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610500；3.構(gòu)造與油氣資源教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430074；4.中國地質(zhì)大學(xué)，湖北 武漢 430074)

針對(duì)塔中地區(qū)柯坪塔格組儲(chǔ)層致密、非均質(zhì)性強(qiáng)的特點(diǎn)，利用儲(chǔ)層微觀觀察和測(cè)試分析手段，研究了儲(chǔ)層成巖作用及其對(duì)儲(chǔ)集空間的影響，結(jié)合孔隙定量化計(jì)算建立儲(chǔ)層成巖—成孔演化模型。研究認(rèn)為，該區(qū)儲(chǔ)層存在二次致密化作用，其中中成巖B階段晚期的碳酸鹽巖膠結(jié)作用是儲(chǔ)層剩余原生孔和次生孔損失的重要原因。發(fā)生在中成巖B期酸性和堿性疊加溶蝕作用促進(jìn)了次生孔隙形成，是該區(qū)有效儲(chǔ)層形成的重要原因。研究結(jié)果為該區(qū)柯坪塔格組儲(chǔ)層致密化及非均質(zhì)成因研究提供依據(jù)。

儲(chǔ)層致密化；成巖作用；孔隙演化；溶蝕作用；柯坪塔格組；塔中地區(qū)

0 引 言

塔中地區(qū)位于塔里木盆地中央隆起帶中段，西接巴楚斷隆，東連塔東低隆，呈北西向走勢(shì)，北部與順托果勒低隆起相鄰，南鄰塘古巴斯坳陷，面積約為6.5×104km2，是一個(gè)長(zhǎng)期發(fā)育的繼承性隆起[1-2]。目前，該區(qū)有完鉆井98口，正鉆井5口，提交預(yù)測(cè)石油地質(zhì)儲(chǔ)量為12 139.31×104t，具有良好的勘探前景。但該區(qū)存在儲(chǔ)層埋深大、非均質(zhì)性強(qiáng)、成巖環(huán)境復(fù)雜、儲(chǔ)層致密化嚴(yán)重等問題[3-6]。通過儲(chǔ)層微觀觀察和測(cè)試分析方法，對(duì)深部?jī)?chǔ)層基本特征、成巖作用及儲(chǔ)集空間變化進(jìn)行分析，為該區(qū)柯坪塔格組儲(chǔ)層致密化及非均質(zhì)成因研究提供依據(jù)。

1 儲(chǔ)層特征

1.1 巖石學(xué)特征

通過對(duì)該區(qū)順9、順西2、中15、中16井等20余口井的138個(gè)儲(chǔ)層樣本點(diǎn)的統(tǒng)計(jì)，顯示柯坪塔格組砂巖石英平均含量為60%，巖屑含量為29%，長(zhǎng)石含量較少。柯坪塔格組儲(chǔ)層以巖屑砂巖、巖屑石英砂巖為主(圖1)，少量長(zhǎng)石巖屑砂巖，總體成分成熟度較低。

1.2 儲(chǔ)集空間類型

1.2.1 孔隙類型

由于該區(qū)柯坪塔格組儲(chǔ)層埋深較大(平均埋深為4 000～5 000 m)，鏡下觀察原生孔隙保存較差，多數(shù)為三角形，少量為多邊形，孔隙之間喉道多為片狀，局部發(fā)育縮頸狀喉道。次生孔隙相對(duì)較發(fā)育，存在粒間溶孔、粒內(nèi)溶孔和鑄?？?。粒間溶孔多為巖屑顆粒和長(zhǎng)石顆粒邊緣溶孔，鏡下可見港灣狀和圓滑的溶蝕線。粒內(nèi)溶孔由不穩(wěn)定的長(zhǎng)石及巖屑顆粒粒內(nèi)不完全溶蝕組成，形成于構(gòu)造擠壓作用之后，是埋藏期溶蝕的產(chǎn)物。鑄?？资怯捎谡麄€(gè)長(zhǎng)石顆粒被完全溶蝕所形成(圖1a)。該區(qū)儲(chǔ)層微裂縫較發(fā)育(圖1b)，微裂縫貫穿了整個(gè)薄片，間距為0.5～2.0 mm，表明該區(qū)微裂縫連通性較好。

1.2.2 喉道類型

在儲(chǔ)集巖復(fù)雜的立體孔隙系統(tǒng)中，控制其滲流能力的主要是喉道，包括喉道的形狀、喉道的大小和與孔隙連通的喉道數(shù)目[7]。顯微觀察發(fā)現(xiàn)研究區(qū)儲(chǔ)層的喉道類型有縮頸型喉道、片狀喉道以及管束狀喉道，其中管束狀喉道較為多見(圖1c)，這種喉道連通性很差，巖石結(jié)構(gòu)具有填隙物支撐特性。

圖1 塔中地區(qū)柯坪塔格組儲(chǔ)集類型及成巖作用

1.3 儲(chǔ)層物性

通過對(duì)301個(gè)樣品點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果表明，儲(chǔ)層孔隙度最大為18.60%，最小為0.10%，平均為5.96%；滲透率最大為0.46×10-3μm2，最小為0.01×10-3μm2，平均為0.24×10-3μm2，屬低孔、特低滲儲(chǔ)層。

2 成巖作用對(duì)儲(chǔ)層影響

2.1 機(jī)械壓實(shí)作用

該區(qū)壓實(shí)作用較為強(qiáng)烈，顆粒間總體表現(xiàn)為點(diǎn)—線接觸，少數(shù)呈凹凸接觸(圖1d)，局部石英受應(yīng)力作用發(fā)生顆粒破碎。強(qiáng)烈的壓實(shí)使儲(chǔ)層原生孔隙不可逆地消失，同時(shí)壓溶過程產(chǎn)生的Si2+為后期的硅質(zhì)膠結(jié)提供物質(zhì)來源，對(duì)儲(chǔ)層發(fā)育極為不利[8-11]。

2.2 膠結(jié)作用

研究區(qū)可識(shí)別出硅質(zhì)膠結(jié)、鈣質(zhì)膠結(jié)、黏土膠結(jié)等類型，其中鈣質(zhì)和硅質(zhì)膠結(jié)作用較強(qiáng)。鏡下觀察發(fā)現(xiàn)儲(chǔ)層石英主要表現(xiàn)為Ⅰ級(jí)次生加大，少見Ⅱ級(jí)石英次生加大。鈣質(zhì)膠結(jié)作用主要為方解石膠結(jié)物，局部有白云石膠結(jié)物(圖1e)，儲(chǔ)層中斜長(zhǎng)石發(fā)生鈉長(zhǎng)石化作用產(chǎn)生的鈣離子會(huì)增加儲(chǔ)層的鈣質(zhì)膠結(jié)，影響儲(chǔ)層的物性，多發(fā)育在中成巖B期。掃描電鏡發(fā)現(xiàn)儲(chǔ)層中黏土礦物主要有高嶺石、綠泥石及伊蒙混層，以高嶺石膠結(jié)為主，綠泥石膠結(jié)物局部發(fā)育(圖1f)。

2.3 交代作用

該區(qū)交代作用較少，但各層位均有出現(xiàn)，主要發(fā)育方解石交代巖屑、長(zhǎng)石以及黃鐵礦交代巖屑或長(zhǎng)石顆粒(圖1g)。交代作用使巖石成分變差，儲(chǔ)層物性變差。

2.4 溶蝕作用

鏡下觀察發(fā)現(xiàn)研究區(qū)溶蝕作用較強(qiáng)，主要為粒間和粒內(nèi)溶蝕(圖1h)。該區(qū)存在2種溶蝕現(xiàn)象：一種是長(zhǎng)石顆粒和碳酸鹽巖膠結(jié)物被溶蝕，鉀長(zhǎng)石會(huì)隨著深度的加深而減少，陰極發(fā)光以及構(gòu)造演化認(rèn)為溶蝕和該區(qū)油氣充注有關(guān)(圖1i)；另一種是石英顆粒和硅質(zhì)巖屑被堿性流體溶蝕的現(xiàn)象。

3 儲(chǔ)層致密化成因分析

由于深部?jī)?chǔ)層成巖作用復(fù)雜，成巖過程漫長(zhǎng)，為深入評(píng)價(jià)儲(chǔ)集空間致密化成因，開展了儲(chǔ)層孔隙演化的定量分析。利用Trask公式和Folk and Ward公式，參考相關(guān)研究可得出塔中地區(qū)柯坪塔格組初始孔隙度φ1為34.52%，通過微觀分析確定不同成巖作用對(duì)儲(chǔ)集空間影響的程度，定量確定孔隙演化的軌跡(圖2、表1)。

圖2 塔中地區(qū)砂巖儲(chǔ)層孔隙演化模式

通過對(duì)儲(chǔ)層孔隙演化定量計(jì)算結(jié)果的分析發(fā)現(xiàn)，壓實(shí)作用后孔隙度φ2降低到16.04%，減孔率為53.97%，是儲(chǔ)層發(fā)生致密化的主要成因；膠結(jié)作用后孔隙度φ3降低到最低為2.19%，減孔率為38.84%，是儲(chǔ)層致密化的又一主要因素；最后溶蝕作用使孔隙度φ4增加了5.21%，增孔率為14.99%，是使研究區(qū)儲(chǔ)層孔滲得到改善的主要因素。

該區(qū)儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間演化可以劃分為3個(gè)階段。早成巖期和中成巖A段早期，隨著埋深的增加，溫度升高，早成巖期強(qiáng)烈的壓實(shí)作用使原生孔隙大量損失。該時(shí)期以原生孔隙損失為主要特征，是儲(chǔ)層第1次致密化時(shí)期。中成巖A段晚期，壓實(shí)作用減弱，油氣開始第2次充注，長(zhǎng)石以及可溶巖屑被大量溶蝕，可見溶解殘余，次生孔隙發(fā)育，此階段以次生孔隙增加為主要特征，是相對(duì)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層主要發(fā)育期。隨著埋深的增加，地溫進(jìn)一步升高，膠結(jié)作用發(fā)育，見石英次生加大以及方解石膠結(jié)，是儲(chǔ)層第2次致密化時(shí)期。

表1 柯坪塔格組儲(chǔ)層孔隙演化定量計(jì)算結(jié)果

通過該成巖演化模式發(fā)現(xiàn)，柯坪塔格組儲(chǔ)層在埋藏階段經(jīng)歷了2期致密化作用，分別在中成巖A期與中成巖B期，儲(chǔ)集空間損失主要受成巖早期的壓實(shí)作用影響，孔隙損失率為19.90%；膠結(jié)作用造成的孔隙損失率為7.72%，是儲(chǔ)層致密化的次要原因，其中碳酸鹽巖膠結(jié)作用和石英次生加大作用是儲(chǔ)層致密的重要原因。研究對(duì)柯坪塔格組孔隙度大于5%的樣品點(diǎn)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)該區(qū)相對(duì)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層形成主要受中成巖A期溶蝕作用影響，孔隙增加率為2.54%，其中巖屑和長(zhǎng)石顆粒溶蝕是次生孔隙增加的主要原因，其增孔率分別為2.16%和0.38%。表明該時(shí)期酸性和堿性疊加溶蝕作用對(duì)儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間影響較大，是形成優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的主要原因。

4 結(jié) 論

(1) 研究區(qū)柯坪塔格組儲(chǔ)層以巖屑砂巖，巖屑石英砂巖為主，成分成熟度低。儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間多為殘余原生孔隙和粒內(nèi)溶孔，局部地區(qū)裂縫較發(fā)育，屬裂縫—孔隙型儲(chǔ)層，平均孔隙度為5.96%，平均滲透率為0.24×10-3μm2，為低孔、特低滲儲(chǔ)層。

(2) 成巖成孔演化揭示柯坪塔格組儲(chǔ)層存在二次致密化作用，分別出現(xiàn)在中成巖A階段早期和中成巖B階段晚期。壓實(shí)作用是儲(chǔ)層原生孔隙損失的主要原因，減孔率達(dá)19.90%。膠結(jié)作用是儲(chǔ)層致密化的次因，其中，中成巖B階段晚期的碳酸鹽巖膠結(jié)作用是儲(chǔ)層剩余原生孔和次生孔損失的重要原因。

(3) 溶蝕作用是研究區(qū)柯坪塔格組相對(duì)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層形成的主要原因，增孔率達(dá)2.54%。酸性和堿性疊加溶蝕作用促進(jìn)了次生孔隙形成，巖屑顆粒和長(zhǎng)石的溶蝕是次生孔增加的主要原因。

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編輯 朱雅楠

20150901；改回日期：20160116

四川省教育廳重點(diǎn)研究課題“深層頁巖儲(chǔ)集物性研究——以川東下志留統(tǒng)龍馬溪組頁巖為例”(15ZA0047)

謝佳彤(1992-)，女，2014年畢業(yè)于西南石油大學(xué)資源勘查工程專業(yè)，現(xiàn)為該校構(gòu)造地質(zhì)專業(yè)在讀碩士研究生，主要從事地質(zhì)勘探工作。

10.3969/j.issn.1006-6535.2016.02.014

TE122.2

A

1006-6535(2016)02-0059-04