王國(guó)壯 陳 紅 鐘建華

摘要:高臺(tái)子油層為龍虎泡地區(qū)主要含油層,儲(chǔ)層巖性以含泥粉砂巖為主。通過巖心觀察和化驗(yàn)分析對(duì)其成巖作用研究表明:壓實(shí)作用使原始孔隙減少,不利于儲(chǔ)集空間的保存;膠結(jié)作用和溶蝕作用同步進(jìn)行,早期膠結(jié)作用抑制壓實(shí)作用強(qiáng)度,膠結(jié)物后期溶解可有效改善儲(chǔ)層物性。根據(jù)蒙脫石、高嶺石、伊利石等黏土礦物特征及演化階段推斷儲(chǔ)集巖成巖作用已達(dá)到晚成巖階段中期。另外,研究區(qū)高臺(tái)子油層主要為三角洲前緣相沉積,巖石碎屑顆粒間孔隙被泥質(zhì)充填,加之后期大量自生黏土礦物生成,使巖石碎屑顆粒間孔隙以小孔為主,孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜,沉積作用與成巖作用共同決定了高臺(tái)子油層中孔、低滲特征。

關(guān)鍵詞:高臺(tái)子油層;成巖作用;儲(chǔ)集物性;中孔低滲;龍虎泡地區(qū)

中圖分類號(hào):TE122.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

前 言

成巖作用包括沉積物在沉積后到變質(zhì)作用前所發(fā)生的各種物理、化學(xué)作用及生物化學(xué)作用,而不僅僅是狹義的沉積物的石化和固結(jié)作用。成巖作用對(duì)碎屑巖儲(chǔ)層物性有著非常重要的影響,是儲(chǔ)層性質(zhì)研究的重要依據(jù)。高臺(tái)子油層是龍虎泡地區(qū)主要含油目的層,儲(chǔ)層孔隙度中等,但滲透率較低,開發(fā)難度較大。為了改善其開發(fā)效果,提高油藏采收率,必須對(duì)其中孔、低滲的成因進(jìn)行分析,才能有針對(duì)性地開展儲(chǔ)層改造,改善儲(chǔ)層物性,增加產(chǎn)能。

1 地質(zhì)概況

1.1 區(qū)域背景

龍虎泡地區(qū)位于松遼盆地北部,包括龍虎泡階地及齊家—古龍凹陷的北半部,東與大慶長(zhǎng)垣相連,西以西部斜坡與中央凹陷的一級(jí)構(gòu)造邊界為界,南至他拉哈油田,北至齊家油田,總面積2 500 km²。龍虎泡地區(qū)是目前大慶外圍第一個(gè)以高臺(tái)子油層為主要目的層的大型含油區(qū),為軸向近南北的背斜構(gòu)造,構(gòu)造兩翼傾角略大于1°,位于松遼盆地中央坳陷區(qū)齊家—古龍凹陷西側(cè),泰康隆起向東傾沒的斜坡上(圖1)。龍虎泡油田高臺(tái)子油層為中生界白堊系下統(tǒng)青山口組二、三段地層,主要發(fā)育三角洲前緣亞相和前三角洲亞相,儲(chǔ)集巖體主要為沉積于河口砂壩和三角洲前緣的席狀砂[1-3]。

1.2 儲(chǔ)層巖石學(xué)特征

儲(chǔ)集層巖石孔隙結(jié)構(gòu)是影響油藏流體(油、氣、水)儲(chǔ)集能力和開采油、氣的主要因素[4]。高臺(tái)子油層平均滲透率為0.51×10^-3μm²,平均孔隙度為15.3%,泥質(zhì)含量高達(dá)23.0%,儲(chǔ)層物性較差。巖心觀察和分析結(jié)果表明,巖石裂縫與微裂縫不發(fā)育,油井普遍無自然產(chǎn)能,需經(jīng)壓裂改造后才能獲得工業(yè)油流[5]。

高臺(tái)子儲(chǔ)層屬低滲透、中等致密—致密砂巖油層,巖性以含泥粉砂巖為主,其次為含介形蟲粉砂巖和含鈣粉砂巖,石英含量較低,長(zhǎng)石和巖屑含量較高。儲(chǔ)集巖以巖屑質(zhì)長(zhǎng)石粉砂巖為主,少部分為長(zhǎng)石質(zhì)巖屑粉砂巖。碎屑顆粒占巖石體積的80%～90%,石英占碎屑顆粒的20%～37%,以單晶石英為主;長(zhǎng)石占碎屑顆粒的23%～41%;巖屑占碎屑顆粒的14%～35%,以火山巖巖屑和沉積巖巖屑常見。儲(chǔ)集巖中還含有一定量的碳酸鹽顆粒,一般不超過5%,主要為介形蟲骨粒,大部分介形蟲骨粒為碎片,少數(shù)為完整個(gè)體。雜基總量一般為4.33%～19.76%,平均為8.96%。儲(chǔ)集巖一般具顆粒支撐結(jié)構(gòu),碎屑顆粒直徑小于0.5 mm,分選差,成分成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度均低,具有典型陸相沉積特征。

2 成巖作用類型及其對(duì)儲(chǔ)層物性的影響

2.1 壓實(shí)作用

壓實(shí)作用主要受巖石結(jié)構(gòu)成熟度及成分成熟度(塑性巖屑含量)、煤層、砂體厚度及埋藏深度等控制[6]。在埋藏深度相同的情況下,沉積物顆粒越細(xì)、分選越差、塑性越高、雜基含量越高,壓實(shí)作用對(duì)其儲(chǔ)集物性影響越大。

高臺(tái)子油層儲(chǔ)集巖中石英、長(zhǎng)石和巖屑碎屑顆粒多成線接觸和凹凸接觸,點(diǎn)接觸和縫合接觸基本未見,原始粒間孔隙的縮小十分明顯;云母和介形蟲碎屑的塑性形變也常見。儲(chǔ)集巖埋藏深度中等,但由于沉積物顆粒細(xì)、分選差,加之含有一定量的雜基和塑性較強(qiáng)的碳酸鹽顆粒,因此,壓實(shí)作用對(duì)沉積物的影響已達(dá)到中—深的程度。

2.2 膠結(jié)作用

2.2.1 膠結(jié)作用類型

(1) 碳酸鹽膠結(jié)。高臺(tái)子油層膠結(jié)作用以方解石膠結(jié)為主,方解石膠結(jié)物體積分?jǐn)?shù)一般為0～40%。方解石呈嵌晶狀,硅質(zhì)碎屑?！捌　庇谄渲?碎屑顆粒周圍無其他類型膠結(jié)物,反映方解石膠結(jié)物形成于沉積物輕微壓實(shí)階段,其他膠結(jié)物尚未析出。

(2) 硅質(zhì)膠結(jié)。高臺(tái)子油層硅質(zhì)膠結(jié)作用少見,硅質(zhì)膠結(jié)物體積分?jǐn)?shù)一般小于1%,膠結(jié)形態(tài)以石英為主,偶見玉髓。自生石英多呈加大邊形式出現(xiàn),加大邊很窄,一般為不完全加大,且加大邊寬度小于0.005 mm。石英加大僅為1～2級(jí),且只見于局部區(qū)域少數(shù)樣品。極少數(shù)樣品見充填于粒間孔隙的自生石英,掃描電鏡下可見具有良好晶形的自生石英由孔壁向中心生長(zhǎng)。

(3) 長(zhǎng)石膠結(jié)。長(zhǎng)石的膠結(jié)作用強(qiáng)度則遠(yuǎn)低于硅質(zhì)膠結(jié)作用,僅在少量樣品出現(xiàn)。長(zhǎng)石膠結(jié)常呈碎屑長(zhǎng)石加大邊或微小自形晶體出現(xiàn),偶見自生長(zhǎng)石晶體。

(4) 黏土礦物膠結(jié)。自生黏土礦物包括伊利石、蒙皂石、高嶺石、綠泥石、伊蒙混層和綠蒙混層等,較自生石英常見,體積分?jǐn)?shù)一般為1%～2%。自生黏土礦物往往在碎屑顆粒表面形成薄膜,在孔隙中由孔壁向中心生長(zhǎng),晶形好,黏土顆粒較粘土雜基粗。偏光顯微鏡與掃描電鏡結(jié)合可以很好地對(duì)自生粘土和粘土雜基進(jìn)行區(qū)別。

2.2.2 膠結(jié)作用的影響

膠結(jié)作用對(duì)儲(chǔ)層物性的影響較為復(fù)雜,通常膠結(jié)物充填孔隙將使儲(chǔ)層物性變差,但早期膠結(jié)作用能抑制壓實(shí)作用強(qiáng)度,膠結(jié)物后期溶解也能有效改善儲(chǔ)層物性[6]。高臺(tái)子油層膠結(jié)作用以方解石膠結(jié)為主,隨著方解石含量的增加,巖石的孔隙度減少,但兩者并不呈嚴(yán)格的線性關(guān)系。自生黏土、石英、長(zhǎng)石等由于含量較低,對(duì)儲(chǔ)層孔隙演化影響較小。

2.3 溶蝕作用

溶蝕作用可以開始于碎屑顆粒進(jìn)入沉積盆地之前,最常見的溶蝕作用是長(zhǎng)石和中基性火山巖巖屑的溶蝕作用,幾乎所有的長(zhǎng)石和中基性火山巖巖屑顆粒都會(huì)有不同程度的溶蝕。成巖作用初期,方解石主要沉淀于粒間孔隙中,對(duì)長(zhǎng)石的粒內(nèi)溶蝕孔沒有破壞,長(zhǎng)石碎屑顆粒骨架抵抗了壓實(shí)作用的影響,原來存在的粒內(nèi)溶蝕孔得以保存;壓實(shí)作用初期,具有大氣淡水性質(zhì)的酸性孔隙水,由下向上運(yùn)動(dòng),過程中可能進(jìn)入已存在的孔隙進(jìn)一步對(duì)長(zhǎng)石和中基性火山巖巖屑進(jìn)行溶蝕;隨著埋藏深度的增加,干酪根成熟及蒙皂石、高嶺石向伊利石轉(zhuǎn)化產(chǎn)生的CO₂將對(duì)長(zhǎng)石和中基性火山巖巖屑進(jìn)一步溶解。各種溶蝕作用對(duì)長(zhǎng)石和中基性火山巖巖屑的溶蝕,使巖石形成粒內(nèi)或粒間溶蝕孔,或使原有孔隙進(jìn)一步改造、擴(kuò)大。溶蝕作用甚至可以將整個(gè)長(zhǎng)石和中基性火山巖巖屑顆?；净蛲耆芪g,形成殘余鑄?？谆蜩T?？住?/p>

石英的溶蝕程度很弱,僅發(fā)生在石英碎屑顆粒的邊緣,使其呈鋸齒狀或港灣狀。

方解石的溶蝕作用也很弱,僅介形蟲體腔中的膠結(jié)物有溶蝕現(xiàn)象,介形蟲碎片和硅質(zhì)碎屑顆粒間的方解石膠結(jié)物很少被溶蝕。

高臺(tái)子油層溶蝕孔隙占孔隙總量的1/3左右。壓實(shí)作用使巖石粒間孔隙大大縮小,喉道變窄,小孔喉阻礙了酸性孔隙溶液的流動(dòng),未形成次生孔隙帶,方解石膠結(jié)物也因此很少被溶蝕;但長(zhǎng)石和中基性火山巖巖屑骨架抵抗了壓實(shí)作用,使粒內(nèi)溶蝕孔不被壓實(shí)作用破壞,因此,溶蝕孔主要為長(zhǎng)石和中基性火山巖巖屑溶蝕孔,其他碎屑溶蝕的意義不大。長(zhǎng)石、中基性火山巖巖屑和石英等碎屑顆粒被溶蝕使壓實(shí)作用下已縮小的粒間孔得以擴(kuò)大,但其恢復(fù)程度遠(yuǎn)不如壓實(shí)作用造成的縮小的程度。

3 成巖作用序列及成巖階段確定

成巖階段劃分主要依據(jù)包括鏡質(zhì)體反射率、孢粉顏色、古地溫、次生石英加大級(jí)別和自生粘土礦物組合等[7]。高臺(tái)子儲(chǔ)集巖粘土礦物以伊利石為主,少量綠泥石,高嶺石基本消失,蒙皂石已基本轉(zhuǎn)化為伊蒙混層(少數(shù)轉(zhuǎn)化為綠蒙混層)。鏡質(zhì)體反射率能夠很好地反映有機(jī)質(zhì)成熟度,龍虎泡地區(qū)高臺(tái)子油層埋藏深度為1 537～2 402 m,選取深度為1 798.0～1 821.5 m的6口井11個(gè)樣品,測(cè)得鏡質(zhì)體反射率為0.61%～1.39%,反映有機(jī)質(zhì)已成熟。

第1期王國(guó)壯等:松遼盆地龍虎泡地區(qū)高臺(tái)子油層成巖作用研究

根據(jù)前人總結(jié)的中國(guó)陸相碎屑巖中蒙皂石經(jīng)伊蒙混層演變?yōu)橐晾囊?guī)律[8],高臺(tái)子油層碎屑巖中的粘土轉(zhuǎn)化已進(jìn)入第4階段。由有機(jī)質(zhì)成熟度判斷儲(chǔ)集巖也處于第4階段,相當(dāng)于儲(chǔ)集巖成巖作用已進(jìn)入晚成巖階段中期。進(jìn)一步綜合儲(chǔ)集巖結(jié)構(gòu)、膠結(jié)物性質(zhì)、黏土礦物轉(zhuǎn)變狀況、鏡質(zhì)體反射率和古地溫等特征,可以確定高臺(tái)子儲(chǔ)集巖成巖作用已進(jìn)入晚成巖階段中期。成巖作用序列如圖所示:壓實(shí)作用、方解石膠結(jié)作用、自生石英、球狀黃鐵礦集合體在早成巖作用階段較為發(fā)育,反映未到達(dá)晚成巖階段;蒙脫石、高嶺石、伊利石等黏土礦物及長(zhǎng)石和中基性火山巖巖屑的溶蝕等類型在成巖作用的各個(gè)階段均有發(fā)育,并已進(jìn)入晚成巖階段的中期(圖2)。

4 儲(chǔ)層物性影響因素

4.1 沉積作用

龍虎泡地區(qū)高臺(tái)子油層為三角洲前緣相沉積,儲(chǔ)層巖性以粉砂巖為主,泥質(zhì)含量較高,儲(chǔ)層物性較差與以細(xì)粒沉積為主的三角洲前緣亞相砂體的存在密切相關(guān)。同時(shí),巖石碎屑顆粒間孔隙被泥質(zhì)充填也造成孔隙縮小,加之后期大量自生粘土礦物的生成,使巖石碎屑顆粒間孔隙以小孔為主,且孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜。根據(jù)2口評(píng)價(jià)井鑄體薄片資料,高臺(tái)子油層砂巖平均孔隙直徑為23.44 μm,其中,孔隙直徑小于25 μm的占70%,小于50 μm的占90.56%,儲(chǔ)層孔隙以小孔為主,滲透能力較低。

4.2 成巖作用

成巖作用是造成龍虎泡地區(qū)高臺(tái)子油層儲(chǔ)層中孔、低滲的根本原因。砂巖成巖作用主要包括機(jī)械壓實(shí)作用、化學(xué)固結(jié)作用及溶解作用等[9]。成巖作用對(duì)砂巖儲(chǔ)層儲(chǔ)集物性和產(chǎn)能影響明顯,是決定儲(chǔ)層性質(zhì)和產(chǎn)能的重要因素。

(1) 相對(duì)較弱的機(jī)械壓實(shí)作用是龍虎泡地區(qū)高臺(tái)子油層形成中等孔隙度儲(chǔ)層的關(guān)鍵。高臺(tái)子油層儲(chǔ)層砂巖中碎屑顆粒均為點(diǎn)狀、點(diǎn)-線狀、線狀接觸;巖石膠結(jié)類型以再生-孔隙式、孔隙-再生式、薄膜-孔隙式、再生-薄膜式等為主;孔隙中存在較發(fā)育的自生石英、自生黏土礦物晶體和莓狀黃鐵礦;碳酸巖含量較高,以方解石膠結(jié)物的形式存在于儲(chǔ)層中,薄片鑒定方解石膠結(jié)物含量為1.0%～25.7%,平均為9.5%。以上特征反映龍虎泡地區(qū)高臺(tái)子油層成巖初期埋藏深度較小,未遭受較強(qiáng)的機(jī)械壓實(shí)作用,屬淺埋藏階段成巖作用,在沉積物顆粒排列較疏松的情況下發(fā)生成巖作用,使沉積物固化、巖化。隨著埋藏深度增加,成巖作用加強(qiáng),但機(jī)械壓實(shí)作用造成的巖石骨架結(jié)構(gòu)改變較輕微,儲(chǔ)層原生粒間孔隙得以保留。雖然較強(qiáng)烈的化學(xué)固結(jié)作用使原生孔隙減少,但大量長(zhǎng)石顆粒被溶蝕形成的次生孔隙使巖石總孔隙度得到較好恢復(fù),因此,龍虎泡地區(qū)高臺(tái)子油層儲(chǔ)集砂體雖然經(jīng)歷了較強(qiáng)的成巖作用,但其總孔隙度仍然較高。

(2) 較強(qiáng)的化學(xué)固結(jié)作用使龍虎泡地區(qū)高臺(tái)子油層孔喉結(jié)構(gòu)復(fù)雜,是造成龍虎泡地區(qū)高臺(tái)子油層低滲透的根本原因。高臺(tái)子油層黏土礦物以伊利石為主,最高含量可達(dá)75.14%。伊利石常貼附于顆粒表面并充填孔隙,常呈葉片狀、網(wǎng)狀或纖維狀:葉片狀伊利石邊緣常明顯向上翻卷,并從邊緣長(zhǎng)出纖維狀雛形;網(wǎng)狀和纖維狀伊利石一般充填于孔隙或喉道中。另外,孔隙中自生石英發(fā)育,自生石英晶體向孔隙空間生長(zhǎng),交錯(cuò)相接。自生黏土礦物和自生石英充填并逐漸堵塞孔隙,貼附于顆粒表面的伊利石不僅使孔隙發(fā)育程度變差,還可以造成連通孔隙的喉道變窄甚至堵塞,使喉道迂曲度增大,孔隙間的連通性變差。

5 結(jié) 論

(1) 龍虎泡地區(qū)高臺(tái)子油層的砂巖儲(chǔ)層的成巖作用主要有壓實(shí)作用、膠結(jié)作用、溶蝕作用和交代作用。綜合儲(chǔ)集巖的結(jié)構(gòu)、膠結(jié)物的性質(zhì)、粘土礦物的轉(zhuǎn)變狀況、鏡質(zhì)體反射率和古地溫等特征可以確定儲(chǔ)集巖成巖作用已進(jìn)入晚成巖階段中期。

(2) 沉積物在早成巖階段受壓實(shí)作用和方解石的膠結(jié)作用影響很大,在晚成巖階段膠結(jié)作用和溶蝕作用較弱;另外,龍虎泡地區(qū)高臺(tái)子油層以三角洲前緣亞相細(xì)粒沉積為主,受此沉積作用以及成巖作用的共同影響,油層孔隙連通性差,孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜化,從而造成儲(chǔ)層中孔低滲特征明顯。

(3) 針對(duì)龍虎泡地區(qū)高臺(tái)子油層孔隙度較高,鈣質(zhì)膠結(jié)物含量高的特征,可以采用酸化壓裂措施對(duì)儲(chǔ)層進(jìn)行改造,從而有效地改善油層的存儲(chǔ)空間和導(dǎo)流能力,增加油井產(chǎn)量。

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編輯 董志剛