王力娜，朱玉雙，黨洲濤，楊 志，王汝陽

(1.西北大學(xué)國家大陸動(dòng)力學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710069，2.長慶油田分公司第一采油廠，陜西 延安 716000；3.長慶油田分公司第六采氣廠，陜西 西安 710069)

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吳堡地區(qū)長7致密砂巖成巖作用及成巖相劃分

王力娜1，2，朱玉雙1，黨洲濤2，楊 志2，王汝陽3

(1.西北大學(xué)國家大陸動(dòng)力學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710069，2.長慶油田分公司第一采油廠，陜西 延安 716000；3.長慶油田分公司第六采氣廠，陜西 西安 710069)

通過鑄體薄片、掃描電鏡、X衍射等分析測(cè)試，對(duì)鄂爾多斯盆地吳堡地區(qū)長7儲(chǔ)層的成巖作用研究。結(jié)果表明，研究區(qū)砂巖經(jīng)過了機(jī)械壓實(shí)作用、膠結(jié)作用和溶蝕作用等多種成巖作用。儲(chǔ)層孔隙演化與成巖作用關(guān)系密切：機(jī)械壓實(shí)作用、膠結(jié)作用是儲(chǔ)層物性降低的主要因素，孔隙損失分別達(dá)到19.69%和15.30%，研究區(qū)長7烴源巖發(fā)育，相比于研究區(qū)其他相鄰層位，溶蝕作用強(qiáng)烈，是形成此生孔隙的主要因素，提高了儲(chǔ)層的儲(chǔ)集性能，孔隙增生量為1.19%。結(jié)合成巖作用與孔隙結(jié)構(gòu)的關(guān)系，對(duì)研究區(qū)長7致密油儲(chǔ)層成巖相進(jìn)行定量劃分，研究區(qū)成巖相可以劃分粒間孔-長石溶孔相、長石溶孔相、剩余粒間孔相、碳酸鹽膠結(jié)相和伊利石膠結(jié)相。有利成巖相粒間孔-長石溶孔相、長石溶孔相和剩余粒間孔相發(fā)育在分流河道/水下分流河道中央，這些成巖相控制的儲(chǔ)層是油氣聚集有利場(chǎng)所；不利成巖相碳酸鹽膠結(jié)相和伊利石膠結(jié)相分布在分流間灣 沉積相帶上，不利于油氣聚集。

鄂爾多斯盆地；致密砂巖；成巖作用；孔隙演化；成巖相

鄂爾多斯盆地使我國第二大沉積盆地[1]，對(duì)我國油氣的產(chǎn)出有著重要的貢獻(xiàn)，中生界上三疊統(tǒng)延長組是其主要的石油開發(fā)層段。吳堡地區(qū)位于鄂爾多斯盆地西北部，橫跨天環(huán)凹陷帶與陜北斜坡，構(gòu)造東高西低，整體平緩。長7時(shí)期是鄂爾多斯盆地延長組湖盆發(fā)育的鼎盛時(shí)期，湖盆面積最大，發(fā)育一套優(yōu)質(zhì)的烴源巖。隨著石油勘探開發(fā)的進(jìn)行，在長7發(fā)現(xiàn)了多個(gè)石油富集區(qū)，長7逐漸成為下一步石油勘探開發(fā)的重點(diǎn)層位。

研究區(qū)長7段烴源巖發(fā)育，儲(chǔ)層孔喉狹小，儲(chǔ)層致密，屬于致密砂巖油。大規(guī)模發(fā)育的優(yōu)質(zhì)烴源巖與儲(chǔ)層緊密接觸，伴隨著烴源巖排烴作用，儲(chǔ)層溶蝕作用強(qiáng)烈，溶蝕作用對(duì)增強(qiáng)儲(chǔ)層物性及成巖相劃分有十分重要的作用。在結(jié)合前人研究的基礎(chǔ)上[2-9]，筆者重點(diǎn)研究了長7段成巖作用及對(duì)儲(chǔ)層的影響作用，考慮到儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)和溶蝕作用的重要性，定性提出了長7致密油儲(chǔ)層成巖相劃分方案，并劃分研究區(qū)成巖相，研究了成巖相對(duì)油氣的影響。為進(jìn)一步儲(chǔ)層評(píng)價(jià)及有利區(qū)優(yōu)選提供依據(jù)。

1 儲(chǔ)層及巖石學(xué)特征

研究區(qū)長7段巖石主要為灰色、灰褐色極細(xì)-細(xì)粒巖屑質(zhì)長石砂巖，石英含量為28.15%，長石含量為35.71%，巖屑含量為19.32%。粒度分選中等，碎屑顆粒為次棱角狀，膠結(jié)類型以加大-孔隙型為主。填隙物以伊利石、綠泥石和鐵方解石為主。儲(chǔ)層孔隙度孔隙度平均值為8.48%，滲透率平均值為0.23×10-3μm2，屬于致密砂巖儲(chǔ)層。

2 成巖作用及孔隙類型

2.1 成巖作用

經(jīng)過鑄體薄片、掃描電鏡，X衍射等分析，研究區(qū)長7儲(chǔ)層主要成巖作用有機(jī)械壓實(shí)作用、壓溶作用、溶蝕作用和膠結(jié)作用。

圖1 研究區(qū)長7儲(chǔ)層微觀結(jié)構(gòu)

研究區(qū)長7砂巖長石含量較高，在埋藏過程中，因壓實(shí)作用，顆粒多呈點(diǎn)-線接觸，甚至為鑲嵌狀排列(圖1a)；塑性巖屑或礦物如泥巖巖屑、云母等的彎曲變形，甚至被擠入粒間孔形成假雜基，從而造成巖石大量原生孔隙損失、滲透率變差；石英、長石等剛性顆粒發(fā)生破裂等。

壓溶作用在本區(qū)地層中均有不同程度的出現(xiàn)，主要表現(xiàn)為石英、長石的次生加大。使得顆粒間的接觸關(guān)系由最初的點(diǎn)接觸演化到以點(diǎn)+線或線接觸為主，少量凹凸接觸甚至縫合線接觸，這一過程使得孔隙空間進(jìn)一步壓縮，喉道變窄，配位數(shù)減少，孔隙的連通性變差。壓溶作用主要出現(xiàn)于早成巖A-B期。

研究區(qū)膠結(jié)物種類多樣，主要為伊利石、綠泥石和鐵方解石，含量分別為3.83%，1.89%、3.66%。伊利石多是由蒙脫石轉(zhuǎn)化而來，在成巖早期階段儲(chǔ)層中有大量的蒙脫石，主要由火山灰等物質(zhì)轉(zhuǎn)化而來，伊利石在顯微鏡下呈細(xì)而薄的鱗片狀以孔隙襯邊形式產(chǎn)出，掃描電鏡下呈纖維狀、針狀和毛發(fā)狀。

研究區(qū)砂巖中綠泥石賦存狀態(tài)主要分為兩種[10]：一種為綠泥石環(huán)邊(圖1b)，綠泥石環(huán)邊膠結(jié)物薄不僅增強(qiáng)了砂巖抗壓實(shí)-壓溶能力,而且由于綠泥石沉淀后會(huì)繼續(xù)生長到自生石英的沉淀，該機(jī)理不斷增強(qiáng)巖石的抗壓實(shí)-壓溶能力，并平衡逐漸加大的上覆載荷，從而使砂巖的原生孔隙、次生孔隙和喉道得以保存而有利于儲(chǔ)層發(fā)育[11-14]。另一種形式為葉片狀，充填孔隙空間，從而降低了儲(chǔ)層的物性。

表1 吳堡地區(qū)長7儲(chǔ)層填隙物成分統(tǒng)計(jì)表

鐵方解石在成巖晚期出現(xiàn)，呈連晶狀或星散狀填充粒間孔和溶蝕孔隙中(圖1d)，晚期膠結(jié)的鐵方解石很少遭到溶蝕，極大降低了儲(chǔ)層的物性。

溶蝕作用是本區(qū)砂巖中非常普遍的一種成巖作用，也是砂巖次生孔隙形成的主要作用[15]。研究區(qū)烴源巖發(fā)育，在生烴排烴的過程中，產(chǎn)生的CO2和有機(jī)酸使得地下流體呈酸性，從而溶蝕了巖石顆粒(圖1e)。酸性流體沿著雙晶面或解理面進(jìn)入長石，開始溶蝕，隨著溶蝕繼續(xù)進(jìn)行，最終整體顆粒被溶蝕掉，只剩礦物形態(tài)，形成鑄?？?圖1f)。

2.2 成巖階段

通過鑄體薄片、掃描電鏡等可以觀察到，研究區(qū)長7儲(chǔ)集層碎屑顆粒之間主要以點(diǎn)-線接觸為主，碳酸鹽發(fā)育，以鐵方解石、鐵白云石為主，且多數(shù)為單晶，部分可見微晶。粘土礦物中，伊利石含量高，并可見綠泥石和少量伊蒙混層。長石、巖屑等碎屑顆粒常被溶解，孔隙類型以次生孔隙為主。砂巖中可見晚期含鐵碳酸鹽類膠結(jié)物，特別是鐵方解石，填充孔隙，R0在0.75～1.05之間[2]。根據(jù)國家石油部標(biāo)準(zhǔn)(SYT7477-2003)，研究區(qū)長7儲(chǔ)層屬于中成巖階段A期，此外少部分處于中成巖階段B期。

2.3 孔隙類型

研究區(qū)長7儲(chǔ)層孔隙類型由剩余粒間孔、長石溶孔，巖屑溶孔和微裂縫組成。其中剩余粒間孔含量為0.83%，長石溶孔含量為1.01%，巖屑溶孔含量為0.08%。相比于研究區(qū)的其他層位，如長4+5或長6，其剩余粒間孔含量低，而長石溶孔含量高，表明儲(chǔ)層受壓實(shí)作用和溶蝕作用影響強(qiáng)烈，剩余粒間孔含量低而溶蝕孔含量高。

表2 吳堡地區(qū)長7砂巖孔隙類型統(tǒng)計(jì)表

3 成巖作用對(duì)孔隙的影響

壓實(shí)、溶蝕和膠結(jié)是影響研究區(qū)長7儲(chǔ)層最重要的3個(gè)因素；孔隙演化與成巖作用密切相關(guān)。長7儲(chǔ)層經(jīng)過一系列成巖階段，受各種成巖作用的影響，填隙物不斷改變，孔隙也隨之演化。

3.1 原始孔隙度

恢復(fù)砂巖初始孔隙度是定量評(píng)價(jià)不同成巖作用類型對(duì)原生孔隙喪失和次生孔隙產(chǎn)生影響的基本前提。砂質(zhì)沉積物的原始孔隙度與顆粒粒徑和分選程度密切相關(guān)，Scherer[16-17]根據(jù)Beard和Weyl提供的孔隙度與分選系數(shù)資料，建立了原始孔隙度與分選系數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系式

原始孔隙度=20.91+(22.9/Trask分選系數(shù))

通過對(duì)普通薄片和鑄體薄片的詳細(xì)觀察和統(tǒng)計(jì)，劃分出3種較容易直觀分辨的分選特征，即分選好、中和差。對(duì)應(yīng)的分選系數(shù)分別為：(1)S<2.5,分選好；(2)S=2.5～4，分選中等；(3)S>4,分選差。

研究區(qū)分選系數(shù)多為中，其次為好，在實(shí)際應(yīng)用中取其平均值，經(jīng)過計(jì)算得知其原始孔隙度平均值為35.9%。

3.2 壓實(shí)作用對(duì)孔隙的影響

壓實(shí)作用對(duì)研究區(qū)其主要的破壞作用。是降低儲(chǔ)層物性最主要的因素，研究區(qū)巖石石英含量低，云母，沉積巖屑等塑性顆粒含量高，巖石的抗壓性差，在上覆壓力的作用下，原生粒間孔隙遭破壞嚴(yán)重[18-19]。因此，恢復(fù)剩余粒間孔隙也是定量評(píng)價(jià)后期化學(xué)膠結(jié)作用、交代作用對(duì)孔隙破壞以及次生孔隙增長對(duì)整體孔隙度增加程度的前提。

V1=V2+V3

(1)

φ1=φ2-φ3

(2)

其中：V1為壓實(shí)后粒間剩余孔隙體積；V2為粒間孔隙體積；V3為膠結(jié)物體積；φ1為壓實(shí)作用損失的孔隙度；φ2為原始孔隙度；φ3為壓實(shí)后粒間剩余孔隙度。

根據(jù)以上公式，研究區(qū)長7儲(chǔ)層壓實(shí)后粒間剩余孔隙為16.21%，由壓實(shí)作用損失的孔隙度平均為19.69%，平均視壓實(shí)率為54.84%，屬于強(qiáng)壓實(shí)。

3.3 膠結(jié)作用對(duì)孔隙的影響

膠結(jié)物主要為伊利石，綠泥石和高嶺石和鐵方解石。伊利石是研究區(qū)長7段含量最高的粘土礦物，呈毛發(fā)狀，填充孔隙，降低儲(chǔ)層物性。

綠泥石在研究區(qū)有兩種形式，綠泥石環(huán)邊有利于儲(chǔ)層的發(fā)育，而填充孔隙的葉片狀綠泥石則降低了儲(chǔ)層的物性，通過鑄體薄片和掃描電鏡觀察，研究區(qū)綠泥石主要以環(huán)邊形式出現(xiàn)，綠泥石對(duì)儲(chǔ)層物性整體起建設(shè)性作用。

高嶺石在研究區(qū)長7儲(chǔ)層中有兩種產(chǎn)出形式，一種為長石溶蝕形成，另一種為孔隙水中沉淀形成，長石在高嶺石化過程會(huì)產(chǎn)生次生孔隙,改善儲(chǔ)層那個(gè)物性。另一方面自生高嶺石從孔隙水中沉淀時(shí)會(huì)縮小砂巖孔隙空間,這兩方面的效應(yīng)會(huì)相互抵消,所以高嶺石的存在對(duì)儲(chǔ)層物性影響較微弱。

鐵方解石在成巖后期形成，在研究區(qū)含量較高，是在溶蝕作用發(fā)生后形成的，填充了一部分溶蝕形成的孔隙，形成之后并未遭受進(jìn)一步溶蝕，因而極大降低了儲(chǔ)層的物性。

膠結(jié)作用損失的孔隙度指在各個(gè)成巖期內(nèi)膠結(jié)作用消除的原始孔隙，可以通過巖石薄片中膠結(jié)物的含量來估計(jì)由膠結(jié)作用損失的孔隙度。研究區(qū)的儲(chǔ)層膠結(jié)物平均含量為15.30%，膠結(jié)程度強(qiáng)。通過薄片鑒定與統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)：由膠結(jié)作用損失的孔隙度為15.30%。

3.4 溶蝕作用對(duì)孔隙的影響

研究區(qū)長7發(fā)育烴源巖，研究區(qū)烴源巖厚度大，烴源巖生烴排烴過程中形成的酸性流體，使得研究區(qū)溶蝕作用發(fā)育。

砂巖經(jīng)受不同程度的溶解作用改造形成多種類型的次生孔隙，導(dǎo)致孔隙度增加，主要包括生成的粒間溶孔、粒內(nèi)溶孔、晶間孔及因溶蝕作用而使原有孔隙加大所形成的孔隙?？紫对錾靠梢哉J(rèn)為是鑄體薄片中次生孔隙和裂縫的面孔率(即鑄體薄片中次生孔隙和裂隙的面積與總孔隙面積之比)(見圖2)。

圖2 吳堡地區(qū)長7溶蝕孔與面孔率關(guān)系圖

鏡下觀察得知，溶蝕孔含量平均值為1.12%，占面孔率52%，而研究區(qū)長6油層組溶蝕孔平均值為1.05%，占面孔率的32%，通過對(duì)比可以看出，研究區(qū)長7油層組溶蝕作用強(qiáng)烈，是改善儲(chǔ)層的主要成巖作用。

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，本研究區(qū)孔隙增生量平均為1.19%。其中長石、巖屑顆粒內(nèi)部的溶解作用對(duì)孔隙增量的貢獻(xiàn)最大，達(dá)1.06%。

在成巖作用研究的基礎(chǔ)上，對(duì)成巖作用產(chǎn)物和成巖期次進(jìn)行了分析，總結(jié)了研究區(qū)長7砂巖成巖作用類型、期次及成巖環(huán)境和孔隙演化對(duì)應(yīng)的關(guān)系。

4 致密油成巖相

目前對(duì)鄂爾多斯盆地成巖相劃分方案很多，但對(duì)于致密油儲(chǔ)層，其孔喉致密，儲(chǔ)層下限低，以往的成巖相劃分方案都不適用。本次研究通過對(duì)研究區(qū)儲(chǔ)層200多塊鑄體薄片進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并結(jié)合掃描電鏡、X衍射等測(cè)試，對(duì)研究區(qū)的成巖相進(jìn)行研究。

4.1 致密油成巖相劃分方案

研究區(qū)長7壓實(shí)作用強(qiáng)烈，是導(dǎo)致其儲(chǔ)物性差的主要因素。通過對(duì)不同樣品鑄體薄片與試油結(jié)果對(duì)比，面孔率>1%的樣品代表的儲(chǔ)層其產(chǎn)油能力較好，面孔率≤1%的樣品代表的儲(chǔ)層其產(chǎn)油能力較差。因此把面孔率1%定于有利儲(chǔ)層與較差儲(chǔ)層的分界線。面孔率≤1%為壓實(shí)作用為主的成巖相，面孔率>1%是溶蝕作用為主的成巖相。

當(dāng)樣品面孔率≤1%，通過對(duì)樣品填隙物含量的統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)填隙物含量≥20%后，填隙物含量增長變緩，表明填隙物占主要部分。因此把填隙物<20%命名為機(jī)械壓實(shí)相，填隙物≥20%命名為膠結(jié)物+壓實(shí)相(見圖3)。

圖3 吳堡地區(qū)長7儲(chǔ)層面孔率≤1%時(shí)填隙物含量分布

當(dāng)面孔率>1%時(shí)，溶蝕作用是本區(qū)主要有利成巖作用，對(duì)儲(chǔ)層的形成有重要的作用。長石溶孔是研究區(qū)主要孔隙類型，長石溶孔含量為1.4%，粒間孔含量為1.3%。根據(jù)粒間孔與長石溶孔的含量，把有利成巖相劃分為粒間孔-長石溶孔相、長石溶孔相和剩余粒間孔相。

因此制定成巖相劃分標(biāo)準(zhǔn)：

1)面孔率≤1% ：

(1)以機(jī)械壓實(shí)為主(填隙物<20%)：機(jī)械壓實(shí)相；

(2)以膠結(jié)作用為主(填隙物≥20%)：膠結(jié)物+壓實(shí)相；

2)面孔率>1%：

(1)長石溶孔含量≥.1.4%：長石溶孔為最主要孔隙；

粒間孔含量≥.1.3%，粒間孔也發(fā)育：(a)粒間孔-長石溶孔相；

粒間孔含量<1.3%，粒間孔不發(fā)育：(b)長石溶孔相；

(2)長石溶孔含量<1.4%；剩余粒間孔相。

4.2 致密油成巖相分布

通過上述的成巖相劃分方案下，對(duì)樣品薄片進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并用陰極發(fā)光、X衍射對(duì)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比校正。研究區(qū)成巖相主要為粒間孔-長石溶孔相、長石溶孔相、剩余粒間孔相、碳酸鹽膠結(jié)相和伊利石膠結(jié)相。

研究區(qū)長7儲(chǔ)層中長71與長72砂體較發(fā)育，長73砂體很少，因此長71與長72是其主力層位，對(duì)長71與長72儲(chǔ)層進(jìn)行劃分成巖相，并畫出成巖相平面分布圖。

粒間孔-長石溶孔相、長石溶孔相和剩余粒間孔相主要分布在分流河道/水下分流河道的中央。巖石粒度較粗，機(jī)械壓實(shí)作用較弱，填隙物含量較少，保留較多孔隙。屬于有利成巖相帶，在研究區(qū)分布范圍較大。

碳酸鹽膠結(jié)相和伊利石膠結(jié)相主要發(fā)育在分流河道/水下分流河道的側(cè)翼或砂體規(guī)模較小等水動(dòng)力較薄弱地帶。伊利石等粘土礦物和碳酸鹽膠結(jié)物含量高，其機(jī)械壓實(shí)作用和膠結(jié)作用較強(qiáng)?？紫遁^少，孔喉致密。屬于較差成巖相帶。伊利石膠結(jié)相在研究區(qū)分布較廣泛，碳酸鹽膠結(jié)相分布較小。

致密油成巖相對(duì)油氣的分布有著重要的影響，在分流河道/水下分流河道等優(yōu)勢(shì)沉積相中，巖石粒度粗，粘土礦物含量少，機(jī)械壓實(shí)作用和膠結(jié)作用弱，長石等易溶組分多，溶蝕作用發(fā)育，因而儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)好，發(fā)育粒間孔-長石溶孔相、長石溶孔相和剩余粒間孔相，這些成巖相控制下的儲(chǔ)層孔隙空間好，是油氣的有利儲(chǔ)集空間。其中粒間孔-長石溶孔相是油氣發(fā)育的最有利成巖相。

碳酸鹽膠結(jié)相和伊利石膠結(jié)相等不利成巖相分布在分流間洼地和分流河道，水動(dòng)力較弱，砂體較薄，砂泥互層頻繁，粘土礦物含量高，壓實(shí)作用和膠結(jié)作用強(qiáng)烈，巖石孔隙差，不利于油氣富集。

5 結(jié)語

(1)研究區(qū)長7段長石含量高，石英含量低。填隙物主要為伊利石、綠泥石和鐵方解石。主要成巖作用為機(jī)械壓實(shí)作用、膠結(jié)作用和溶蝕作用。由于緊鄰烴源巖，生烴作用強(qiáng)烈，溶蝕作用對(duì)儲(chǔ)層影響較大，是增強(qiáng)儲(chǔ)層物性最主要的成巖作用。

(2)長7致密油儲(chǔ)層成巖相可以劃分為粒間孔-長石溶孔相、長石溶孔相、剩余粒間孔相、碳酸鹽膠結(jié)相和伊利石膠結(jié)相。碳酸鹽膠結(jié)相和伊利石膠結(jié)相屬于不利成巖相，粒間孔-長石溶孔相、長石溶孔相和剩余粒間孔相屬于有利成巖相。其中粒間孔-長石溶孔相是最有利的成巖相。

(3)成巖相與沉積相一起，對(duì)油氣起著重要的控制作用，在分流河道/水下分流河道優(yōu)勢(shì)沉積相帶上發(fā)育粒間孔-長石溶蝕相、長石溶孔相等有利成巖相，對(duì)油氣起聚集作用。碳酸鹽膠結(jié)相和伊利石膠結(jié)相主要發(fā)育在分流河道側(cè)翼、分流間灣等沉積相帶，儲(chǔ)層膠結(jié)嚴(yán)重，對(duì)油氣起阻礙作用，不利于油氣聚集成藏。

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2016-12-16

王力娜(1990-)，女，河南周口人，在讀碩士研究生，主攻方向：石油與天然氣工程。

朱玉雙(1968-)，女，陜西西安人，教授，研究方向：油氣田地質(zhì)開發(fā)。

P618.130.2+1

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1004-1184(2017)03-0201-04