濟(jì)陽(yáng)坳陷東部中生界二次埋藏型儲(chǔ)層成巖作用

孟 濤，郭 峰，穆 星，邱隆偉，李 博

(1.中國(guó)石油大學(xué)(華東)，山東 青島 266580；2.中國(guó)石化勝利油田分公司，山東 東營(yíng) 257015)

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濟(jì)陽(yáng)坳陷東部中生界二次埋藏型儲(chǔ)層成巖作用

孟 濤1，2，郭 峰2，穆 星2，邱隆偉1，李 博2

(1.中國(guó)石油大學(xué)(華東)，山東 青島 266580；2.中國(guó)石化勝利油田分公司，山東 東營(yíng) 257015)

針對(duì)濟(jì)陽(yáng)坳陷中生界碎屑巖儲(chǔ)層成巖相研究不透徹的問(wèn)題，通過(guò)大量鏡下薄片、巖心觀察，認(rèn)為儲(chǔ)層以巖屑長(zhǎng)石質(zhì)或長(zhǎng)石巖屑質(zhì)砂巖為主，總體上屬于中低孔、中低滲儲(chǔ)層，其成巖階段處于中成巖A期。首次利用雜基充填率(雜基與粒間體積之比)、不含鐵碳酸鹽膠結(jié)率(不含鐵碳酸鹽與粒間體積之比)和含鐵碳酸鹽膠結(jié)率(含鐵碳酸鹽與粒間體積之比)3個(gè)參數(shù)建立了適合研究區(qū)地質(zhì)條件的成巖相定量劃分標(biāo)準(zhǔn)；把點(diǎn)上成巖相的定量研究成果擴(kuò)展到平面上，并將其與產(chǎn)油井耦合，明確了好儲(chǔ)層基本發(fā)育在中等壓實(shí)、強(qiáng)—中有機(jī)酸溶蝕區(qū)，且靠近大斷層附近，揭示了二次埋藏型碎屑巖儲(chǔ)層成巖演化過(guò)程和有利儲(chǔ)層分布規(guī)律，為研究區(qū)中生界儲(chǔ)層的下一步勘探指明了方向。

成巖作用；成巖相；定量評(píng)價(jià)；中生界；二次埋藏；碎屑巖；濟(jì)陽(yáng)坳陷

0 引 言

隨著勝利油田勘探步伐的不斷邁進(jìn)，曾經(jīng)的主力產(chǎn)油層系綜合含水率越來(lái)越高[1]，向新區(qū)塊、新層系、新類(lèi)型領(lǐng)域進(jìn)軍已迫在眉睫[2]。50多年勘探歷程表明，濟(jì)陽(yáng)坳陷中生界蘊(yùn)藏著豐富的油氣資源。目前，已發(fā)現(xiàn)的中生界儲(chǔ)層可分為碎屑巖和火山巖兩大類(lèi)，其中，碎屑巖儲(chǔ)層在各組段均有分布，主要為砂巖類(lèi)儲(chǔ)層[3]。已發(fā)現(xiàn)的油氣，除富林地區(qū)外，主要集中在灘海地區(qū)的碎屑巖儲(chǔ)層中。但中生界潛山經(jīng)歷了二次埋藏，儲(chǔ)層致密化嚴(yán)重，期間又經(jīng)歷了抬升剝蝕及晚期的有機(jī)酸溶蝕，使原本致密的儲(chǔ)層儲(chǔ)集性能變好。因此，深化儲(chǔ)層發(fā)育規(guī)律研究，尤其是成巖相研究，是明確中生界好儲(chǔ)層分布規(guī)律、解決目前油氣供給矛盾的關(guān)鍵，更是勝利油田勘探向“三新”領(lǐng)域發(fā)展的必經(jīng)之路。

1 儲(chǔ)層特征

1.1 巖性特征

濟(jì)陽(yáng)坳陷中生界由下至上可劃分為侏羅系坊子組、三臺(tái)組，白堊系蒙陰組、西洼組4套地層[4]。其中，碎屑巖儲(chǔ)層巖性以巖屑長(zhǎng)石質(zhì)或長(zhǎng)石巖屑質(zhì)砂巖為主，其次為含礫砂巖或砂礫巖(圖1)。主要分布于樁海、埕島、義北、孤北和富林等地區(qū)。

圖1 濟(jì)陽(yáng)坳陷沾化及灘海地區(qū)中生界碎屑巖儲(chǔ)層巖性鏡下特征

1.2 儲(chǔ)層物性特征

通過(guò)實(shí)測(cè)物性數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，研究區(qū)孔隙度主要為5.0%～15.0%，平均為10.9%；滲透率主要為0.1×10-3～10×10-3μm2，整體屬于中低孔、低滲儲(chǔ)層，局部井段為中低孔、中滲儲(chǔ)層。從區(qū)域縱向上看，西洼組儲(chǔ)層物性最好，其次為坊子組，蒙陰組和三臺(tái)組最差。

2 儲(chǔ)層成巖作用及成巖階段劃分

2.1 成巖作用類(lèi)型

濟(jì)陽(yáng)坳陷沾化及灘海地區(qū)中生界儲(chǔ)層成巖作用類(lèi)型主要有機(jī)械壓實(shí)作用、膠結(jié)作用、交代作用、溶蝕作用、裂縫作用等[5](圖2)。

圖2 濟(jì)陽(yáng)坳陷沾化及灘海地區(qū)常見(jiàn)的成巖作用類(lèi)型

(1) 機(jī)械壓實(shí)作用。研究區(qū)碎屑巖儲(chǔ)層壓實(shí)作用較強(qiáng)，碎屑顆粒接觸關(guān)系主要為線接觸，見(jiàn)少部凹凸式接觸和點(diǎn)接觸。機(jī)械壓實(shí)作用是儲(chǔ)層物性降低的主要原因[6]，致使平均孔隙度損失為16.6%，約占原始孔隙度的51.5%。

(2) 膠結(jié)作用。泥質(zhì)膠結(jié)普遍分布于各組段，伊利石等黏土礦物充填粒間使巖石大孔隙變?yōu)槲⒖紫?，?chǔ)層孔隙度和滲透率降低。研究區(qū)中生界儲(chǔ)層大部分處于中等—弱膠結(jié)狀態(tài)，膠結(jié)損失孔隙度約為10.6%，占原始孔隙度的32.8%；但自生黏土礦物的蝕變使得儲(chǔ)層孔隙度增加。

碳酸鹽礦物是研究區(qū)儲(chǔ)層最為普遍的膠結(jié)物，膠結(jié)期次特征明顯，是儲(chǔ)層物性降低的主要原因，但溶解作用可以在一定程度上改善儲(chǔ)層物性。早期方解石膠結(jié)常形成孔隙式膠結(jié)；中、晚期鐵方解石晶粒變粗，見(jiàn)交代碎屑，常含鐵。碳酸鹽礦物還可發(fā)生溶解作用，形成次生孔隙，改善儲(chǔ)層物性。

(3) 交代作用。該成巖作用雖然對(duì)研究區(qū)儲(chǔ)層物性的影響不明顯，但常常能夠指示流體活躍程度[7-8]。

(4) 溶蝕作用。研究區(qū)中生界經(jīng)歷了二次埋藏作用，抬升期的淡水淋濾(無(wú)機(jī)酸)與埋藏期的有機(jī)酸流體都將引起儲(chǔ)層中某些組分的溶解，從而形成次生孔隙[9]。巖心觀察發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)部分井段發(fā)育溶蝕孔洞和裂縫。深度為2 700～3 100 m時(shí)，鏡下可觀察到黏土礦物，含量可達(dá)60%～70%；超過(guò)3 100 m以后，黏土礦物含量下降，平均含量約為20%，說(shuō)明在2 700～3 100 m的深度范圍內(nèi)，有相當(dāng)一部分的長(zhǎng)石發(fā)生了溶蝕作用。

(5) 裂縫作用。該成巖作用能提高儲(chǔ)層儲(chǔ)集性能。巖心觀察發(fā)現(xiàn)，各組段普遍發(fā)育裂縫，以高角度裂縫最為普遍，且多為方解石、粉砂、泥質(zhì)等充填。

2.2 成巖階段劃分

研究區(qū)顆粒間接觸關(guān)系以點(diǎn)線接觸為主，長(zhǎng)石、巖屑等顆粒及碳酸鹽膠結(jié)物常被溶蝕形成粒間溶孔及粒內(nèi)溶孔，并以次生粒間溶蝕孔隙為主，成巖作用較強(qiáng)；伊蒙間層比一般為0.25～0.45，反映成巖演化已經(jīng)達(dá)到中成巖階段；砂巖中可見(jiàn)晚期的鐵方解石與鐵白云石膠結(jié)，石英次生加大屬于Ⅰ—Ⅱ級(jí)，鈉長(zhǎng)石晶體比較常見(jiàn)。綜合分析認(rèn)為，研究區(qū)中生界儲(chǔ)層主要處于中成巖A期，部分達(dá)B期(表1、2)。

表1 濟(jì)陽(yáng)坳陷沾化及灘海地區(qū)中生界碎屑巖成巖階段劃分及劃分標(biāo)志

表2 濟(jì)陽(yáng)坳陷沾化及灘海地區(qū)中生界碎屑巖成巖階段劃分及劃分標(biāo)志

3 成巖相劃分及其石油地質(zhì)意義

3.1 成巖相劃分

成巖相的劃分目前沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)[10-11]。根據(jù)對(duì)儲(chǔ)層儲(chǔ)集性影響最主要的因素(壓實(shí)作用、雜基充填作用、膠結(jié)作用和溶蝕作用)，結(jié)合油氣充注期進(jìn)行成巖相命名，如中等壓實(shí)早期膠結(jié)相、弱壓實(shí)早期充填相、中等壓實(shí)后期膠結(jié)相。儲(chǔ)層原始粒間體積、充填率、視膠結(jié)率、視溶蝕率、成巖綜合系數(shù)等參數(shù)反映了各種成巖作用對(duì)原始空間體積的影響程度[12-13]，因此，可以采用各種成巖作用及成巖參數(shù)之間的數(shù)學(xué)關(guān)系定量地描述有效儲(chǔ)層的成巖作用。

研究區(qū)中生界碎屑巖經(jīng)歷了2期埋藏成巖作用，局部還經(jīng)歷了抬升剝蝕及風(fēng)化淋濾作用，成巖相形成過(guò)程非常復(fù)雜。針對(duì)中生界復(fù)雜成巖歷史，以油氣充注為界線，劃分為早期和晚期2個(gè)成巖序列。2期成巖序列均包括機(jī)械壓實(shí)成巖作用，可以用粒間體積代表壓實(shí)作用的強(qiáng)度；早期成巖序列的膠結(jié)作用主要為雜基充填和不含鐵碳酸鹽膠結(jié)作用，可以用雜基充填率和不含鐵碳酸鹽膠結(jié)率表征儲(chǔ)層原始物性；晚期成巖序列主要表現(xiàn)為含鐵碳酸鹽的膠結(jié)作用和溶蝕作用，其中，含鐵碳酸鹽膠結(jié)率可以表征油氣充注前儲(chǔ)層物性，含鐵碳酸鹽膠結(jié)率與雜基充填率之比可以表征晚期膠結(jié)作用強(qiáng)度。

按照機(jī)械壓實(shí)強(qiáng)度，將其劃分為強(qiáng)、中、弱三大類(lèi)；對(duì)于現(xiàn)今的好儲(chǔ)層來(lái)說(shuō)，經(jīng)歷了強(qiáng)壓實(shí)作用，必定經(jīng)歷了后期強(qiáng)溶蝕作用改造才會(huì)使其儲(chǔ)集性能變好，故該大類(lèi)中，沒(méi)有按照有機(jī)酸溶蝕程度進(jìn)一步細(xì)分；對(duì)于中等壓實(shí)程度的儲(chǔ)層來(lái)說(shuō)，其經(jīng)歷的膠結(jié)減孔作用與溶蝕增孔作用，二者難分伯仲，故將其進(jìn)一步細(xì)分；而對(duì)于弱壓實(shí)作用，由于研究區(qū)內(nèi)不存在原生孔隙型儲(chǔ)層，故在成巖相分類(lèi)中未將其列出。最終依據(jù)壓實(shí)作用強(qiáng)度、有機(jī)酸溶蝕作用強(qiáng)度等指標(biāo)將研究區(qū)碎屑巖儲(chǔ)層成巖相劃分為3組、9類(lèi)(表3)。

表3 濟(jì)陽(yáng)坳陷沾化及灘海地區(qū)中生界碎屑巖儲(chǔ)層成巖相劃分

通過(guò)成巖相和含油性相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)，強(qiáng)壓實(shí)有機(jī)酸溶蝕型、中等壓實(shí)強(qiáng)有機(jī)酸溶蝕型、中等壓實(shí)早期膠結(jié)型、中等壓實(shí)弱有機(jī)酸溶蝕型、弱壓實(shí)—有機(jī)酸溶蝕型儲(chǔ)層含油性好(圖3)。

由此可知，該劃分方案既能表征儲(chǔ)層原始面貌，與儲(chǔ)層含油性具有很好的相關(guān)性，也可以直接用于有利儲(chǔ)層預(yù)測(cè)。

圖3 不同類(lèi)型成巖相巖心含油級(jí)別統(tǒng)計(jì)

3.2 石油地質(zhì)意義

成巖相是儲(chǔ)層沉積—成巖綜合演化的產(chǎn)物，直接反映現(xiàn)今儲(chǔ)層面貌，更能反映儲(chǔ)層質(zhì)量。通過(guò)將研究區(qū)中生界碎屑巖出油井與成巖相圖耦合發(fā)現(xiàn)(圖4)，好儲(chǔ)層基本發(fā)育于中等壓實(shí)、強(qiáng)—中有機(jī)酸溶蝕區(qū)，如義136井，構(gòu)造上位于孤西斷裂帶的上升盤(pán)，屬于中等壓實(shí)有機(jī)酸溶蝕區(qū)。試油結(jié)果表明：3 236.0～3 278.0 m，11.4 m/層，日產(chǎn)油為18.60 t/d，累計(jì)產(chǎn)油為467.00 t；3 317.0～3 360.0 m，14.0 m/層，日產(chǎn)油為0.10 t/d，日產(chǎn)水為0.03 t/d；3 450.0～3 462.0 m，12 m/層，壓裂酸化后日產(chǎn)油為19.20 t/d，日產(chǎn)氣為284 m3/d，日產(chǎn)水為0.45 t/d。研究區(qū)經(jīng)歷了多期的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，尤其是晚期的二次深埋，在此過(guò)程中，隨著埋深不斷增加，溫壓也逐漸變大，干酪根進(jìn)入成熟階段，釋放了大量的有機(jī)酸和CO2氣體，使早期成巖過(guò)程中的長(zhǎng)石、碳酸鹽膠結(jié)物溶蝕，形成了大量的次生孔隙，極大地改善了原本致密或較為致密的中生界碎屑巖儲(chǔ)層的儲(chǔ)集性能，由早期的差儲(chǔ)層變?yōu)楝F(xiàn)今的有利儲(chǔ)層。另外，還偶有有利儲(chǔ)層分布在中強(qiáng)溶蝕區(qū)，但緊靠中強(qiáng)溶蝕區(qū)，且靠近大斷層附近，說(shuō)明有機(jī)酸沿大斷裂伴生的小斷層注入，溶蝕了原本致密的儲(chǔ)層，使其儲(chǔ)集性能變好。由此可知，原先的好儲(chǔ)層(一次淺埋時(shí)形成的孔隙)，現(xiàn)今不一定是好儲(chǔ)層，因?yàn)楹笃谟纸?jīng)歷了二次深埋；現(xiàn)今深埋的儲(chǔ)層經(jīng)過(guò)溶蝕改造，同樣可以形成好儲(chǔ)層。而這一切都是由濟(jì)陽(yáng)坳陷中生界獨(dú)特的構(gòu)造演化史決定的。

圖4 濟(jì)陽(yáng)坳陷沾化及灘海地區(qū)中生界成巖相分布與出油井耦合

4 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

(1) 中生界碎屑巖儲(chǔ)層巖性以巖屑長(zhǎng)石質(zhì)或長(zhǎng)石巖屑質(zhì)砂巖為主，其次為含礫砂巖或砂礫巖，其儲(chǔ)集空間分為原生孔隙和次生孔隙，以次生溶孔為主，整體上為中低孔、中低滲儲(chǔ)層。

(2) 中生界儲(chǔ)層成巖階段大部分處于中成巖A期，部分達(dá)中成巖B期。綜合應(yīng)用壓實(shí)作用強(qiáng)度、

有機(jī)酸溶蝕作用強(qiáng)度等指標(biāo)將研究區(qū)碎屑巖儲(chǔ)層成巖相劃分為3組、9類(lèi)。

(3) 通過(guò)巖心含油性分析，并將實(shí)鉆井與成巖相圖耦合，揭示了研究區(qū)中生界碎屑巖有利儲(chǔ)層主要分布于中等壓實(shí)、強(qiáng)—中有機(jī)酸溶蝕區(qū)及其附近的斷層伴生帶，為下一步勘探部署指明了方向。

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編輯 黃華彪

20160506；改回日期：20160909

國(guó)家科技重大專(zhuān)項(xiàng)“渤海灣盆地精細(xì)勘探關(guān)鍵技術(shù)”(2011ZX05006)；中國(guó)石油化工股份有限公司研究項(xiàng)目“濟(jì)陽(yáng)坳陷東部中生界油氣成藏規(guī)律與預(yù)測(cè)科技”(P13134)

孟濤(1979-)，男，高級(jí)工程師，2002年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院石油工程專(zhuān)業(yè)，現(xiàn)為中國(guó)石油大學(xué)(華東)地質(zhì)學(xué)專(zhuān)業(yè)在讀博士研究生，主要從事油氣地質(zhì)綜合研究工作。

郭峰(1985-)，男，2008年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)(華東)勘查技術(shù)與工程專(zhuān)業(yè)，2013年畢業(yè)于中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所構(gòu)造地質(zhì)學(xué)專(zhuān)業(yè)，獲博士學(xué)位，現(xiàn)主要從事含油氣盆地分析工作。

10.3969/j.issn.1006-6535.2016.06.004

TE122

A

1006-6535(2016)06-0016-05