川西梓潼凹陷侏羅系沙溪廟組致密儲層特征及影響因素分析

南紅麗，蔡李梅，閻麗妮，杜亞軍

梓潼凹陷西北為龍門山?jīng)_斷帶北部、南部為北東向孝–新–合–豐隆起帶構(gòu)造，整體屬于一個負向構(gòu)造單元，局部發(fā)育坳中?。▓D1）。該區(qū)WX2井JS22砂組經(jīng)射孔測試獲2.927 7×104m3/d天然氣的工業(yè)產(chǎn)能，取得了重大勘探突破，證實了該區(qū)是油氣的有利聚集區(qū)。由于研究區(qū)勘探程度較低，對沙溪廟組儲層的研究一直缺乏系統(tǒng)而深入的研究。本文利用該區(qū)已鉆井的測井曲線、巖屑錄井和巖心資料以及200余塊巖石普通薄片、鑄體薄片、孔滲等巖礦測試資料，研究了該區(qū)沙溪廟組儲層巖石學(xué)特征、成巖作用特征、儲集空間類型、物性特征等基本特征，系統(tǒng)地進行了砂巖儲層形成主控因素的分析研究，進一步認識和預(yù)測同類砂巖儲層的區(qū)域發(fā)育規(guī)律，為油氣勘探提供了部署依據(jù)。

1 儲層巖石學(xué)及成巖作用特征

1.1 巖石學(xué)特征

梓潼凹陷沙溪廟組巖石類型以淺綠灰色、綠灰色中細粒巖屑長石砂巖為主，長石砂巖次之（圖2），夾有薄層棕褐色泥巖與淺綠灰、淺灰色粉砂巖；膠結(jié)類型以孔隙式為主，少量為基底孔隙式或基底式；分選好，磨圓度以次棱角狀為主。砂巖碎屑組分中石英含量為30%～79%，平均為40%；長石含量為5%～58%，平均為44%；巖屑含量10%～33%，平均為16%；成分成熟度極低，Q/(F+R)值為0.67。砂巖巖屑以沉積巖巖屑為主，主要為泥巖、碳酸鹽巖、粉砂巖等。

圖1 川西地區(qū)構(gòu)造分區(qū)（據(jù)楊長清等，2013修改）

圖2 梓潼凹陷沙溪廟組砂巖儲層碎屑成分

薄片觀察和統(tǒng)計結(jié)果表明，研究區(qū)填隙物以碳酸鹽膠結(jié)物為主，其次有少量黏土礦物、硅質(zhì)膠結(jié)物以及泥質(zhì)雜基。碳酸鹽膠結(jié)物以細–中晶方解石為主，少量白云石，部分含鐵–低含鐵，平均含量為7.6%，局部層段發(fā)育，高達35%。黏土礦物含量較低，主要為環(huán)繞碎屑顆粒的綠泥石薄膜；硅質(zhì)膠結(jié)物亦少，普遍少于2.0%，主要為自生石英以及石英次生加大；泥質(zhì)雜基平均含量為3.0%，主要為水云母、綠泥石等，水云母部分被鐵質(zhì)浸染。

1.2 物性特征及儲層類型

由研究區(qū)沙溪廟組600余塊巖心物性分析資料可知（圖3、圖4），沙溪廟組儲層物性中等，低孔低滲，屬于致密砂巖儲層?？紫抖?.07%～14.83%，平均值為8.33%，中值為8.65%，主要分布在7%～11%，占樣品數(shù)的60.9%；滲透率平均值為0.152×10–3μm2，中值為0.098 9×10–3μm2，主要分布在（0.04～0.16）×10–3μm2，占樣品數(shù)的71.2%。

圖3 梓潼凹陷沙溪廟組儲層孔隙度頻率分布

圖4 梓潼凹陷沙溪廟組儲層滲透率頻率分布

從儲層孔–滲關(guān)系可以看出（圖5），沙溪廟組除了少數(shù)裂縫樣品的影響外，大部分樣品孔滲相關(guān)性較好，儲層類型以孔隙型為主，隨著孔隙度的增大，滲透率有明顯變好的趨勢，說明儲層滲透率變化主要受孔隙發(fā)育程度控制，儲層的儲集和滲透能力主要依賴于基質(zhì)孔隙與喉道，不均勻分布的層理縫、層間縫及微裂縫對改善孔隙性和滲透性的影響有限。

圖5 梓潼凹陷沙溪廟組儲層孔–滲關(guān)系

1.3 儲集空間類型

1.3.1 孔隙發(fā)育特征

研究區(qū)沙溪廟組有三套砂體較發(fā)育，這三套砂體在成巖過程中形成了多種孔隙類型。根據(jù)鑄體薄片觀察結(jié)果，砂巖孔隙類型主要為剩余粒間孔，并見少量粒內(nèi)溶孔、粒間溶孔、鑄?？?、晶間微孔、層間微縫等。剩余粒間孔呈不規(guī)則多邊形，大小0.03～0.15 mm，由綠泥石薄膜不完全充填形成，偶見充填自生石英，孔隙分布不均，連通性中等–較好；粒內(nèi)溶孔大小0.05～0.10 mm，主要發(fā)育在長石和巖屑顆粒中，溶蝕程度淺–中，常見自生石英不完全充填。

1.3.2 裂縫特征

通過取心井巖心觀察，發(fā)現(xiàn)研究區(qū)已鉆井均不同程度發(fā)育有低角度裂縫，裂縫傾角一般小于15°，常繞巖心一周發(fā)育，多數(shù)見有次生方解石、有機質(zhì)全充填及半充填，縫面常見有擦痕，是典型的剪切破裂縫。巖石薄片觀察顯示研究區(qū)鏡下微裂縫較發(fā)育，該類裂縫是由機械破裂作用產(chǎn)生的裂縫孔隙空間，裂縫顯定向性，多切割顆粒或繞過顆粒延伸，呈分支狀或繼續(xù)延伸，延伸長度大，大部分未充填。微裂縫往往是孔隙之間的溝通通道，充當了喉道的作用，對改善儲層儲集性能意義重大?？傮w上，研究區(qū)沙溪廟組儲集空間以孔隙為主，相應(yīng)的儲集類型為孔隙型。

1.4 主要成巖作用類型及特征

研究區(qū)沙溪廟組致密砂巖儲層所經(jīng)歷的成巖作用主要包括壓實作用、膠結(jié)作用和溶蝕作用等，其中，前兩者主要起破壞作用，后者主要起建設(shè)性作用[1]。

1.4.1 壓實作用

研究區(qū)沙溪廟組砂巖壓實作用中等，主要表現(xiàn)為：①黑云母沿長軸方向定向排列形成明顯的壓實定向組構(gòu)，且部分發(fā)生扭曲、膨脹及塑性變形并擠入粒間孔隙中，使一部分原生孔隙喪失；②石英、長石等剛性碎屑顆粒表面見脆性微裂紋，部分石英呈波狀消光；③砂巖中碎屑顆粒接觸方式主要以線接觸為主，表明該區(qū)壓實作用中等，局部地段表現(xiàn)為凹凸接觸，表明砂巖經(jīng)受了較強的壓實作用；④石英顆粒間壓溶形成線–凹凸接觸，表現(xiàn)為化學(xué)壓實。

1.4.2 膠結(jié)作用

研究區(qū)砂巖中常見的膠結(jié)物有黏土礦物、碳酸鹽膠結(jié)物和硅質(zhì)膠結(jié)物。綠泥石是本區(qū)儲層中普遍存在的黏土礦物，多呈薄膜狀或櫛殼狀包圍碎屑顆粒。它形成于沉積后不久的早期膠結(jié)作用，以針葉狀集合體的形式垂直生長在碎屑顆粒的表面，薄膜環(huán)邊的厚度3～8μm，含量2%～4%。綠泥石薄膜的出現(xiàn)會堵塞一部分孔隙喉道，造成粒間微孔隙增加而使砂巖的滲透率稍有降低。石英顆粒周圍綠泥石薄膜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[2–3]，從而使相當一部分原生剩余粒間孔得以保存。

碳酸鹽膠結(jié)物以方解石為主，部分含鐵–低含鐵，其含量變化較大，局部高達35%，儲層由于鈣質(zhì)膠結(jié)而變得非常致密。在多數(shù)儲層樣品中，方解石含量為2%～8%，多呈微晶、細晶或連晶充填于孔隙中，并局部或全部交代碎屑顆粒，還可見方解石充填在長石或石英的次生孔隙中，表明其形成晚于石英和長石的溶蝕。本區(qū)方解石為晚期埋藏成巖作用中形成，其含量的多少對儲層性質(zhì)影響較大。

硅質(zhì)膠結(jié)物多以兩種方式產(chǎn)出，一種是石英次生加大，另一種是以自生石英晶體充填于顆粒之間的孔隙中。研究區(qū)由于黏土環(huán)邊的存在，石英加大受到了很大的限制，綠泥石薄膜含量與自生石英膠結(jié)物含量存在消長關(guān)系。自生石英現(xiàn)象普遍可見，其晶形通常完好。在高倍顯微鏡下，常見石英次生加大和自生石英晶體在黏土環(huán)邊上的外延增生充填粒間孔隙的特征，在一定程度上降低了砂巖的孔隙度和滲透率。

1.4.3 溶蝕作用

研究區(qū)長石的溶蝕現(xiàn)象較普遍，主要形成粒間及粒內(nèi)溶孔，長石粒內(nèi)溶孔往往沿解理進行。偶見石英的溶蝕現(xiàn)象,邊緣呈不規(guī)則狀、港灣狀。薄片內(nèi)還可見部分云母及火山巖碎屑發(fā)生溶蝕。

2 儲層物性主控因素分析

研究區(qū)儲層性質(zhì)明顯地受到沉積因素和成巖作用的影響，水動力條件和成巖作用的差異造就了不同的儲集性能。

2.1 沉積因素

2.1.1 沉積環(huán)境

沉積環(huán)境和沉積相是控制儲集體的形成與分布、影響儲層儲集性能的首要因素[4]。沉積環(huán)境和沉積相帶的不同造成儲集巖類型不同，不同類型的儲集體在巖石的礦物成分、粒度及填隙物方面存在差異，這些差異直接影響到砂巖儲層物性的好壞。梓潼凹陷沙溪廟組主要為三角洲平原–三角洲前緣沉積，發(fā)育有三角洲平原分流河道、三角洲前緣水下分流河道、河口壩、席狀砂和遠砂壩等儲集體。粒度較粗、厚度較大的分流河道砂體的孔隙度為6%～14%，滲透率為(0.08～0.20)×10–3μm2；粒度較細、厚度較薄的分流間席狀砂、遠砂壩的孔隙度為2%～7%，滲透率為(0.03～0.09)×10–3μm2。

2.1.2 巖石成分和結(jié)構(gòu)

研究區(qū)沙溪廟組砂巖碎屑組分與孔隙度關(guān)系較密切?？紫抖扰c長石含量呈正相關(guān)，與石英含量呈負相關(guān)，與巖屑含量略呈負相關(guān)（圖6）；儲層“富長石貧巖屑”，長石含量平均為44%；作為剛性顆粒，長石具有較高抗壓實能力，有利于原生粒間孔隙的保存；此外長石相對不穩(wěn)定，易發(fā)生溶蝕而產(chǎn)生次生孔隙，這也使孔隙度與其關(guān)系密切。巖屑抗壓實能力差，不利于原生孔隙的保存。本區(qū)巖屑含量平均較低，從而使巖屑含量與孔隙度相關(guān)不大。

從理論上講，等大球體堆積的砂巖儲層，其孔隙度與粒徑的大小無關(guān)[5]。實際上，碎屑顆粒不均一。因此，儲層性質(zhì)與粒徑和分選性的關(guān)系較為密切。從研究區(qū)不同粒級儲層的孔隙度與滲透率的相關(guān)分析表明，儲層粒徑與孔隙度及滲透率之間具有很好的正相關(guān)關(guān)系（圖6），隨著砂巖粒徑變粗，物性變好。細粒級的儲層在埋藏成巖過程中易于被壓實，相同的壓實條件下，細粒級儲層的孔隙和喉道也往往要小于粗粒級儲層，因而細粒級的儲層性質(zhì)（尤其是滲透率）往往差于粗粒級儲層。

圖6 碎屑含量與孔隙度關(guān)系（左）和不同粒級儲層孔滲性關(guān)系（右）

2.2 成巖作用對儲層的影響

2.2.1 破壞性成巖作用（壓實作用和膠結(jié)作用）

研究區(qū)沙溪廟組砂體發(fā)育段埋深大于2 500 m，壓實作用對儲層孔隙度的破壞較大。為了反映機械壓實作用對原始孔隙空間體積的影響程度，采用Houseknecht D W[6]的視壓實率來表征：

視壓實率α= (原始孔隙體積 – 粒間體積)／原始孔隙體積×100%

當α值大于70%為強壓實，α值介于70%～30%為中等壓實，α值小于30%為弱壓實。假定研究區(qū)沉積物的原始粒間孔隙度為40%，粒間孔體積為巖石鑄體薄片下粒間孔隙度體積（8.1%）與膠結(jié)物體積（5.6%）之和，計算出視壓實率為65.8%，屬中等壓實。根據(jù)Lundegard公式[4]計算壓實作用造成的孔隙度損失可達30%，占原始孔隙度的75%。因此，壓實作用是造成梓潼凹陷沙溪廟組砂巖孔隙度降低的最主要因素。

膠結(jié)作用對研究區(qū)儲層孔滲性產(chǎn)生影響的主要是綠泥石薄膜和方解石膠結(jié)物，前者有利于原生粒間孔的保存，其含量較低，影響較小。后者在儲層中普遍發(fā)育，含量分布不均，局部甚高，對儲層性質(zhì)影響較大。研究表明，少量方解石膠結(jié)在一定程度上抑制了后期壓實壓溶作用，為形成次生孔隙提供了易溶物質(zhì)；如含量很高，則堵死了孔隙喉道[7–9]，不利于后期酸性孔隙水對儲層的改造，形成低孔低滲型儲層。隨著儲層中方解石含量的增加，儲層孔隙度和滲透率明顯下降。當方解石含量超過15%時，砂巖孔隙度小于8%（圖7）。

圖7 梓潼凹陷方解石膠結(jié)物含量與儲層孔滲性

2.2.2 建設(shè)性成巖作用（溶蝕作用）

研究區(qū)儲層中溶蝕現(xiàn)象普遍發(fā)育，長石和巖屑是該區(qū)骨架顆粒次生溶蝕的主要組分，溶蝕作用包括顆粒的部分溶蝕和全部溶蝕。砂巖中長石巖屑等不穩(wěn)定組分含量高（成份成熟度僅為0.67），為酸性地層水條件下形成次生溶解產(chǎn)生溶蝕孔隙奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。溶蝕作用在很大程度上改善了儲層物性[10]。

3 結(jié)論

（1）研究區(qū)沙溪廟組巖石類型以中、細粒巖屑長石砂巖為主，長石砂巖次之；結(jié)構(gòu)成熟度中等，成分成熟度極低；填隙物以碳酸鹽膠結(jié)物為主，膠結(jié)類型以孔隙式為主。

（2）儲層物性較差，為致密砂巖儲層，具有低孔低滲的特點，且孔滲關(guān)系較好，儲層的儲集和滲透能力主要依賴于基質(zhì)孔隙與喉道。

（3）儲層性質(zhì)明顯地受到沉積因素和成巖作用的影響，沉積環(huán)境是控制儲集體的形成與分布、影響儲層儲集性能的首要因素。

（4）砂巖碎屑組分和結(jié)構(gòu)與孔隙度關(guān)系密切?？紫抖扰c長石含量呈正相關(guān)，與石英含量呈負相關(guān)，與巖屑含量略呈負相關(guān)。

（5）主要成巖作用類型有壓實作用、膠結(jié)作用和溶蝕作用。壓實作用是造成沙溪廟組砂巖孔隙度降低的最主要因素。

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