臧春艷，王清斌

（1. 中海油能源發(fā)展股份有限公司鉆采工程研究院，天津 300457；2. 中海石油（中國(guó)）有限公司天津分公司渤海油田勘探開(kāi)發(fā)研究院，天津 300452）

渤東低凸起L3構(gòu)造東營(yíng)組含煤地層低滲儲(chǔ)層特征及成因

臧春艷1，王清斌2

（1. 中海油能源發(fā)展股份有限公司鉆采工程研究院，天津 300457；2. 中海石油（中國(guó)）有限公司天津分公司渤海油田勘探開(kāi)發(fā)研究院，天津 300452）

摘 要：渤東低凸起東營(yíng)組儲(chǔ)集層以低滲為特征，低滲成為制約該區(qū)東營(yíng)組勘探的重要因素。通過(guò)多種分析測(cè)試方法，研究了渤東低凸起L3構(gòu)造東營(yíng)組低滲儲(chǔ)集層特征，探討了低滲儲(chǔ)集層成因。L3構(gòu)造東營(yíng)組儲(chǔ)集層砂巖溶蝕作用發(fā)育，斜長(zhǎng)石含量低，碳酸鹽膠結(jié)物含量低，高嶺石含量高，石英加大明顯。儲(chǔ)集層主要以中孔低—特低滲為主，孔徑小，連通差，吼道窄，排驅(qū)壓力大。微量元素分析表明，研究區(qū)東營(yíng)組沉積時(shí)為淡水環(huán)境；測(cè)井和巖心觀察證實(shí)，地層中含多層碳質(zhì)泥巖和煤層。早期腐殖酸的溶蝕作用，造成低溫下不穩(wěn)定的斜長(zhǎng)石大量溶蝕，這些溶蝕孔隙在后期深埋過(guò)程中受壓實(shí)和成巖作用影響被復(fù)雜化、細(xì)小化是儲(chǔ)集層低滲的主要原因。早期碳酸鹽膠結(jié)物少，巖石抗壓實(shí)能力差也是儲(chǔ)層低滲的重要原因。

關(guān)鍵詞：渤東低凸起；東營(yíng)組；含煤地層；低滲；儲(chǔ)集層特征；成因機(jī)制

渤中坳陷東營(yíng)組是重要的油氣勘探目的層系。近幾年，在渤中坳陷東營(yíng)組儲(chǔ)層中揭示了大量埋深較淺、滲透率較低的儲(chǔ)層。這類儲(chǔ)層多具有溶蝕作用發(fā)育、高嶺石含量高等特點(diǎn)，測(cè)試結(jié)果往往也不理想。開(kāi)展這類儲(chǔ)層特點(diǎn)及成因研究，對(duì)于指導(dǎo)渤中坳陷東營(yíng)組油氣勘探具有重要意義。L3構(gòu)造位于渤中坳陷渤東低凸起北段（圖1），整體為受控于走滑邊界大斷層的復(fù)雜斷塊構(gòu)造。研究區(qū)東營(yíng)組二亞段儲(chǔ)層主要為來(lái)自北部水系的三角洲前緣砂體，巖性剖面以砂泥巖互層為主。同屬一個(gè)斷裂背斜帶的B2井東營(yíng)組油氣顯示活躍，但儲(chǔ)集層滲透率低，測(cè)試未獲得產(chǎn)能。位于渤東低凸起的其它幾個(gè)構(gòu)造東營(yíng)組儲(chǔ)層也都以中孔低滲為特征，儲(chǔ)集層溶蝕作用發(fā)育，高嶺石含量高，實(shí)測(cè)滲透率為低、特低滲。低滲成為制約該區(qū)帶東營(yíng)組勘探的重要影響因素。

圖1　L3構(gòu)造區(qū)域位置圖

1　東營(yíng)組儲(chǔ)集層特征

1.1巖石學(xué)特征

L3構(gòu)造東營(yíng)組二亞段儲(chǔ)集層以巖屑長(zhǎng)石砂巖和長(zhǎng)石巖屑砂巖為主，全巖分析證實(shí)石英的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，多數(shù)超過(guò)50%，長(zhǎng)石以鉀長(zhǎng)石為主，斜長(zhǎng)石極低，在1%～15%之間，多數(shù)樣品斜長(zhǎng)石低于3%（表1）。這在渤海海域古近系眾多砂巖儲(chǔ)集層中是罕見(jiàn)的。

1.2成巖作用特征

1.2.1壓實(shí)作用

薄片下觀察顆粒多為線—凹凸接觸，塑性顆粒變形、云母彎曲變形、菱鐵礦假雜基狀分布現(xiàn)象多見(jiàn)，表明壓實(shí)作用整體較強(qiáng)。壓實(shí)膠結(jié)評(píng)價(jià)表明（圖2），壓實(shí)作用是降低孔隙的主要作用，其減少孔隙的貢獻(xiàn)率主要分布在40%～70%之間；膠結(jié)作用及孔隙充填減少孔隙的貢獻(xiàn)率主要分布在5%～30%之間；壓實(shí)是降低儲(chǔ)層孔隙度的主要因素。

表1　L3構(gòu)造東二上巖石全巖X衍射分析數(shù)據(jù)

圖2　L3構(gòu)造東營(yíng)組儲(chǔ)集層壓實(shí)及膠結(jié)作用評(píng)價(jià)圖

1.2.2溶蝕作用

L3構(gòu)造東營(yíng)組儲(chǔ)集層溶蝕作用發(fā)育，薄片和掃描電鏡下長(zhǎng)石溶蝕現(xiàn)象常見(jiàn)，部分顆粒溶蝕強(qiáng)烈，呈準(zhǔn)鑄?？仔螒B(tài)，溶蝕孔間連通性較差，多為孤立孔（圖3、圖4）。掃描電鏡可觀察到較多的長(zhǎng)石沿解理溶蝕現(xiàn)象（圖3）。

1.2.3自生黏土礦物充填作用

圖3　長(zhǎng)石的溶蝕現(xiàn)象

圖4　L3-1井儲(chǔ)集層自生高嶺石掃描電鏡照片

L3構(gòu)造東營(yíng)組儲(chǔ)集層段中高嶺石含量整體較高，平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過(guò)58%（表2）。部分高嶺石晶粒小，自形差，常見(jiàn)自形較好的書(shū)頁(yè)狀或蠕蟲(chóng)狀高嶺石（圖4）。多種形態(tài)高嶺石共存證實(shí)了儲(chǔ)層經(jīng)歷了復(fù)雜的酸性流體作用：自形較差的高嶺石主要為碎屑高嶺石，與沉積期偏酸性水介質(zhì)有關(guān)，自形較好的高嶺石主要來(lái)自埋藏期酸性流體對(duì)長(zhǎng)石的溶蝕。

表2　L3構(gòu)造東二上砂巖黏土礦物

1.2.4硅質(zhì)及碳酸鹽膠結(jié)作用

儲(chǔ)集層石英加大明顯，掃描電鏡下見(jiàn)大量自生石英顆粒及石英的加大生長(zhǎng)現(xiàn)象（圖4），薄片統(tǒng)計(jì)的石英加大平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)約0.5%（表3）；碳酸鹽膠結(jié)物以菱鐵礦、白云石、鐵白云石為主；團(tuán)塊狀或假雜基狀的菱鐵礦含量較高，平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)5.4%，白云石平均2.1%，鐵白云石平均1.7%，方解石少見(jiàn)，未見(jiàn)到早期連晶方解石。從產(chǎn)狀分析，菱鐵礦形成較早，在埋深過(guò)程中由于其塑性變形，對(duì)物性具有較大影響。白云石及鐵白云石等碳酸鹽膠結(jié)物整體含量較低，對(duì)儲(chǔ)層物性影響不明顯。

表3　L3構(gòu)造東二上砂巖儲(chǔ)集層填隙物平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)

1.3儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)及物性特征

L3-1井東營(yíng)組孔隙類型主要為溶蝕粒間孔、縮小粒間孔、粒內(nèi)溶蝕孔、晶間孔等，儲(chǔ)集層溶蝕作用發(fā)育，見(jiàn)到較多鈉長(zhǎng)石和鉀長(zhǎng)石溶蝕孔（圖3）?？讖叫?，掃描電鏡下觀察孔徑在6～54 μm之間，以細(xì)孔為主，分布不均勻，連通差。

按篩上、篩下部分的比例稱取2.0g貴鉛樣品，精確至0.0001g。將樣品置于500mL燒杯中，用少量水潤(rùn)濕，加入100mL硝酸-酒石酸混酸，加熱至樣品分解完全，無(wú)沉淀，如有白色沉淀，需補(bǔ)加適量硝酸-酒石酸混酸，煮沸，趕盡氮的氧化物，取下，冷卻。將樣品溶液轉(zhuǎn)移至200mL容量瓶中，用水定容至刻度線，搖勻，靜置。分取50.00mL樣品溶液于250mL燒杯中，加水稀釋至150mL，根據(jù)1.1小節(jié)設(shè)置自動(dòng)電位滴定儀參數(shù)，插入復(fù)合銀電極，開(kāi)動(dòng)電磁攪拌器，用氯化鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液滴定至電位突躍最大值即為終點(diǎn)。

鑄體薄片、掃描電鏡分析結(jié)果表明，L3構(gòu)造東營(yíng)組儲(chǔ)集層孔隙多為不規(guī)則形態(tài)。壓汞數(shù)據(jù)分析表明（表4），汞飽和度50%時(shí)的孔喉半徑分布在0.04～0.18 μm之間，最大孔喉半徑在0.49～4.7 μm之間，主要以微細(xì)喉道為主，吼道分選系數(shù)0.11～1.24，分選較好；排驅(qū)壓力在0.15～1.48 MPa之間，部分較高 ；中值壓力在3.74～19.55 MPa之間，整體較高。

L3-1井東營(yíng)組取心段砂巖孔隙度主要分布在15%～25%的中孔區(qū)間，但滲透率較低，主要分布在0.1×10-3～30×10-3μm2的低滲—特低滲區(qū)間內(nèi)，屬于中孔低滲—特低滲儲(chǔ)集層，孔滲趨勢(shì)線斜率較小，較高的孔隙度對(duì)應(yīng)滲透率較低（圖5）。

表4　L3構(gòu)造東營(yíng)組儲(chǔ)集層孔隙結(jié)構(gòu)特征參數(shù)

圖5　L3構(gòu)造東營(yíng)組取心段儲(chǔ)集層評(píng)價(jià)

2　中孔低滲儲(chǔ)集層成因探討

L3構(gòu)造東營(yíng)組儲(chǔ)集層溶蝕作用強(qiáng)，高嶺石發(fā)育，但儲(chǔ)集層又表現(xiàn)出孔徑小、吼道小、連通性差等特征，石英加大和壓溶作用也較強(qiáng)，整體上屬于中孔低滲—特低滲儲(chǔ)集層。該構(gòu)造東營(yíng)組儲(chǔ)集層在渤東區(qū)帶東營(yíng)組儲(chǔ)集層中具有代表性，含煤地層早期偏酸性水介質(zhì)條件對(duì)儲(chǔ)集層物性的演化起到了決定性的影響。

根據(jù)研究區(qū)巖心泥巖微量元素分析結(jié)果，硼、鍶含量值都呈現(xiàn)明顯的淡水特點(diǎn)，鍶鋇比、硼鎵比大部分值落在淡水環(huán)境（表5），在東營(yíng)組二亞段沉積末期研究區(qū)主要為淡水環(huán)境。

鉆井取心（2 633～2 634 m）揭示了一層深黑色的碳質(zhì)泥巖層或煤層，并見(jiàn)大量的碳屑和植物碎片，可燃燒，燃燒時(shí)有濃重的煤煙味。該套巖性在測(cè)井曲線表現(xiàn)為高伽馬、高聲波時(shí)差、低密度的顯著特征，在取心段上下近百米的地層中共識(shí)別出多層碳質(zhì)泥巖層或煤層，單層厚度多小于1 m（圖6），這些碳質(zhì)泥巖層或煤層對(duì)早期孔隙水介質(zhì)具有顯著影響。

很多研究表明煤系地層埋藏早期（200～400 m），由于微生物和氧化作用地層流體富含腐殖酸，孔隙流體pH值也較低，酸性強(qiáng)[5-7]。長(zhǎng)石中鈣長(zhǎng)石在低溫下最不穩(wěn)定，易溶解[8,9]，含煤地層早期酸性水環(huán)境對(duì)低溫下不穩(wěn)定的偏基性斜長(zhǎng)石具有較強(qiáng)的溶蝕作用，這應(yīng)是導(dǎo)致砂巖中斜長(zhǎng)石含量大幅度降低的主要原因。早期的溶蝕作用發(fā)生的深度較淺，在后期的埋藏過(guò)程中受壓實(shí)作用影響早期溶蝕孔隙很難完整保存，較強(qiáng)的溶蝕作用還造成了砂巖整體機(jī)械強(qiáng)度的降低，在壓實(shí)作用下粒間孔及溶蝕孔等較大孔隙被壓縮、分隔成更細(xì)小的孔隙，儲(chǔ)集層滲透率也隨之降低。在早期的酸性水介質(zhì)條件下，碎屑巖早期碳酸鹽膠結(jié)物少，這使得儲(chǔ)層更易受到壓實(shí)作用的影響[10]。這是由于早期溶蝕作用降低了儲(chǔ)集層的機(jī)械強(qiáng)度。強(qiáng)壓實(shí)作用和后期成巖作用使原生孔隙減小，并使早期溶蝕孔破壞，孔隙的壓縮、分割、細(xì)小化作用對(duì)粒度較細(xì)的儲(chǔ)集層滲透率的降低起到了決定性的影響。中成巖期（Ro=0.5%～0.7%），烴源巖中的有機(jī)質(zhì)脫羧可形成大量有機(jī)酸，這些有機(jī)酸對(duì)碳酸鹽、硅酸鹽等礦物具有很強(qiáng)的溶蝕作用[11]。但由于缺乏早期碳酸鹽膠結(jié)物及細(xì)粒度的砂巖滲流能力較差，后期有機(jī)酸對(duì)儲(chǔ)層的改善作用也受到限制。

表5　L3構(gòu)造東營(yíng)組沉積環(huán)境判別

圖6　L3-1井東營(yíng)組煤層發(fā)育段綜合柱狀圖

渤東區(qū)塊東營(yíng)組二亞段沉積時(shí)期為同一湖盆，相近物源的三角洲，沉積條件，沉積水介質(zhì)條件，環(huán)境、氣候條件相同，煤層及碳質(zhì)泥巖對(duì)儲(chǔ)集層的影響也應(yīng)是區(qū)帶性的；L3構(gòu)造揭示的低滲儲(chǔ)集層成因機(jī)制在渤中凹陷東營(yíng)組儲(chǔ)集層中也具有代表性。儲(chǔ)集層中粒度相對(duì)較粗的砂巖段由于強(qiáng)的顆粒支撐作用保持了較高的滲透率，同時(shí)，顆粒較粗儲(chǔ)層連通性較好也有利于溶出物的重新分配，有利于儲(chǔ)層滲透率的保持；另外，儲(chǔ)層高嶺石含量較高在測(cè)試時(shí)應(yīng)選擇合理壓差避免速敏損害。

3　結(jié)論

（1）L3構(gòu)造東營(yíng)組儲(chǔ)集層主要特征是以中孔低—特低滲儲(chǔ)集層為主，孔徑小，吼道窄，連通性差。

（3）L3構(gòu)造東營(yíng)組儲(chǔ)集層滲透率低的主要原因是早期的腐殖酸溶蝕作用形成的溶蝕孔，在后期深埋過(guò)程中被復(fù)雜化、細(xì)小化，以及早期酸性水條件下碳酸鹽膠結(jié)物含量低，儲(chǔ)層抗壓實(shí)能力弱。

參考文獻(xiàn)：

[1] 鄭榮才，王昌勇，王海紅，等．鄂爾多斯盆地史家灣地區(qū)長(zhǎng)6油層組層序-巖相古地理[J]．礦物巖石，2009，29(4):16-24.

[2] 鄭榮才，柳梅青.鄂爾多斯盆地長(zhǎng)6油層組古鹽度研究[J].石油與天然氣地質(zhì)，1999，20(1):20-25.

[3] 錢(qián)煥菊，陸現(xiàn)彩，張雪芬，等.東營(yíng)凹陷沙四段上部泥質(zhì)烴源巖元素地球化學(xué)及其古鹽度的空間差異性[J].巖石礦物學(xué)雜志，2009，28(2):161-168.

[4] 鄧宏文，錢(qián)凱.沉積地球化學(xué)與環(huán)境分析[M] .蘭州:甘肅科學(xué)技術(shù)出版社，1993:45-113.

[5] 鄭浚茂，應(yīng)鳳祥.煤系地層(酸性水介質(zhì))的砂巖儲(chǔ)集層特征及成巖模式[J].石油學(xué)報(bào)，1997，18(4):19-24.

[6] 吳勝和，馬曉芬.煤系地層低滲透巖屑砂巖儲(chǔ)集層成因機(jī)理與儲(chǔ)集層特征[J].低滲透油氣田，1996，1(1):13-17.

[7] 朱國(guó)華，章衛(wèi)平.煤系地層砂巖成巖作用與孔隙演化研究——以長(zhǎng)廣地區(qū)龍?zhí)督M為例[J].石油勘探與開(kāi)發(fā)，1993， 20(1):39-47.

[8] 張萌，黃思靜，王麒翔，等.碎屑巖成巖過(guò)程中各種造巖礦物溶解特征的熱力學(xué)模型[J].新疆地質(zhì)，2006，24(2):188-191.

[9] 黃可可，黃思靜，佟宏鵬，等.長(zhǎng)石溶解過(guò)程的熱力學(xué)計(jì)算及其在碎屑巖儲(chǔ)集層研究中的意義[J].地質(zhì)通報(bào)，2009，28(4):474-482.

[10] 楊曉萍，顧家裕.煤系地層中儲(chǔ)集層基本特征與優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)集層的形成與分布[J].沉積學(xué)報(bào)，2007，25(6):892-895.

[11] Surdam R. The chemistry of secondary porosity[J]. AAPG memoir, 1984, 37: 127-149.

中圖分類號(hào)：TE122.2

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI:10.3969/j.issn.1008-2336.2014.01.022

基金項(xiàng)目：國(guó)家科技重大專項(xiàng)“渤海海域已證實(shí)的富生烴凹陷再評(píng)價(jià)及新領(lǐng)域勘探方向”（2011ZX05023-001-004）。

收稿日期：2013-02-17；改回日期：2013-09-22

第一作者簡(jiǎn)介：臧春艷，女，1976年生，工程師，碩士，石油地質(zhì)專業(yè)，主要從事儲(chǔ)層及開(kāi)發(fā)地質(zhì)工作。E-mail：zangchy@cnooc.com.cn。

文章編號(hào)：1008-2336（2014）01-0022-05

Discussion on the Characteristics and Origin of Low-Permeability Reservoir of Coal-Bearing Strata in L3 Structure, Dongying Formation, Bodong Lower Uplift

ZANG Chunyan1, WANG Qingbin2
（1. Energy Technology and Services-Oil fi eld Engineering Research Institute, CNOOC, Tianjin 300457, China; 2. Exploration and Development Research Institute of Bohai Oil Field of Limited-Tianjin, CNOOC, Tianjin 300452, China）

Abstract:The clastic reservoir of Dongying formation in Bodong Lower Uplift is characterized by low-permeability, which is a main factor inf l uencing the exploration results. By using various analysis methods, the reservoir characteristics and mechanisms are studied in L3 structure, Dongying formation, Bodong Lower Uplift. The study results show that in the reservoirs ,the dissolution is strong, and the reservoirs are low in the content of plagioclase and the carbonate content, high in the content of kaolinite in clay minerals, with obvious quarts overgrowth in the reservoir of Dongying formation in L3 structure. The reservoir is basically medium porosity and low to very low permeability, which is characterized by small pore apertures, bad connectivity, narrow pore throat, and middle or high class of discharge pressure. Trace element analyzing results indicate that the sedimentary environment was freshwater when Dongying formation was deposited. It is conf i rmed by logging and core data that multilayer carbonaceous mudstone and coal exist in the formation. The dissolution of unstable plagioclase was formed in low temperature environment by humic acid in early stage. The dissolution pores was complicated and diminished by later compaction and diagenesis, which is the main reason for low permeability. The low content of early-stage carbonate cements result in low compressive strength is another important inf l uencing factor.

Key words:Bodong Lower Uplift; Dongying formation; coal-bearing strata; low permeability; reservoir characteristics; forming mechanism