劉國文, 胡望水, 李希元, 雷中英, 付煒, 石桓山

(長江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 武漢 430100)

中國致密砂巖資源豐富,儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)廣泛分布在四川盆地、鄂爾多斯盆地、塔里木盆地、準(zhǔn)格爾盆地,致密砂巖主要受到成巖作用和沉積作用所影響[1-2]。沉積作用主要是巖石礦物的原生孔隙度以及儲(chǔ)層質(zhì)量,成巖作用對(duì)油氣聚集控制更明顯。

許多學(xué)者系統(tǒng)地研究了濁沸石在典型盆地溶蝕后使儲(chǔ)層連通性變好產(chǎn)量提高,如準(zhǔn)格爾盆地、松遼盆地、鄂爾多斯盆地都含有大量的濁沸石礦物不斷地發(fā)現(xiàn)并取得了重大突破使產(chǎn)量增加[3-4]。沸石礦物含Na、Ca型結(jié)構(gòu)的鋁硅酸鹽礦物,由瑞典礦物學(xué)家克朗斯在1756年提出用火燒會(huì)沸騰而起名沸石礦物,在全世界發(fā)現(xiàn)40多種類型。而濁沸石礦物被認(rèn)為是影響儲(chǔ)層改造油氣和壓裂關(guān)鍵作用之一,濁沸石對(duì)油氣成藏還具有一定的指導(dǎo)意義。目前針對(duì)延長組北部地區(qū)濁沸石對(duì)儲(chǔ)層影響富集作用研究較少,即使有學(xué)者提出濁沸石對(duì)儲(chǔ)層致密化也主要?dú)w納在沉積、成巖、演化、構(gòu)造、油藏等方面來研究[5-10]。

研究人員發(fā)現(xiàn)不同沉積時(shí)期砂體分布具有控制作用。而鄂爾多斯盆地致密砂巖研究工作主要集中在盆地伊陜斜坡中部與晉西撓褶皺帶這一部分,而對(duì)南部地區(qū)研究較少,鄂爾多斯盆地延長組中有大量的濁沸石并改善了儲(chǔ)層物性[11-16],濁沸石形成后會(huì)形成大量的次生孔隙,對(duì)儲(chǔ)層有著很大的改善,還有一部分研究人員發(fā)現(xiàn)濁沸石易溶蝕,溶蝕后的濁沸石周邊會(huì)形成大量的孔隙從而改善了儲(chǔ)層的連通性以及增孔非常明顯。

前人在鄂爾多斯盆地三疊系延長組開展儲(chǔ)層物性、粒度、掃描電鏡、X射線衍射、恒速壓汞等方法,綜合定量化評(píng)價(jià)致密砂巖過程中孔隙度、滲透率演化特征得出了濁沸石膠結(jié)會(huì)使儲(chǔ)層在成巖時(shí)期致密化、濁沸石膠結(jié)容易受到地下水及滲流的溶蝕、后期溶蝕可為油氣提供搬運(yùn)通道改善儲(chǔ)層空間未發(fā)生膠結(jié)的濁沸可形成物性遮擋邊界層[17-19]。

現(xiàn)利用掃描電鏡、X衍射、恒速壓汞等研究方法, 結(jié)合濁沸石的特點(diǎn)對(duì)儲(chǔ)層的影響因素巖石學(xué)特征、空間展布特征及規(guī)律,為延長組和其他類型盆地濁沸石提供勘探理論依據(jù)及指導(dǎo)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

鄂爾多斯地區(qū)是中國第二大沉積盆地,同時(shí)也是最早進(jìn)行勘探開發(fā)大型含油氣的盆地之一。安塞區(qū)塊位于伊陜斜坡上,西臨天環(huán)坳餡,東部為晉西撓褶帶,北部伊盟隆起,南部渭北隆起(圖1)。安塞地區(qū)主要在伊陜斜坡內(nèi),長8段巖石孔隙度在10%～15%絕對(duì)值屬于低孔,滲透率<1×10-3μm2,IIa范圍在0.5×10-3～1.0×10-3μm2為超低滲。同時(shí)研究區(qū)內(nèi)賦存大量濁沸石膠結(jié)使致密砂巖在儲(chǔ)層中有著低孔超低滲的特點(diǎn),但是在現(xiàn)在技術(shù)中油田可以進(jìn)行開發(fā),它屬于一種非常規(guī)石油資源,開采度很高。

來自長慶油田研究院圖1 研究區(qū)位置及長8沉積背景Fig.1 Location of study area and sedimentary background of Chang 8

2 濁沸石巖石學(xué)特征

沉積巖中濁沸石主要發(fā)育在富含在陸相或海相的碎屑巖中,以長石砂巖、長石巖屑砂巖和巖屑長石砂巖為主。延長組地區(qū)也包含這幾種礦物的存在,濁沸石礦物主要賦予黏土礦物中粒長石砂巖、細(xì)粒長石砂巖中核巖屑長石砂巖。由于濁沸石主要為含鐵礦物通常呈現(xiàn)紅色、淡紅色。

濁沸石在安塞地區(qū)發(fā)育大量膠結(jié)物,而膠結(jié)物影響著孔滲使孔滲變差。碳酸鹽膠結(jié)作用在安塞地區(qū)長8油層中也是常見的砂巖儲(chǔ)層,碳酸鹽膠結(jié)物的發(fā)育占據(jù)了孔隙,縮小喉道或充填喉道,降低了巖石的孔隙度和滲透率從而使儲(chǔ)層物性變差。碳酸鹽膠結(jié)物主要由菱鐵礦、方解石、鐵方解石、白云石、鐵白云石,隨著埋深的增加,壓實(shí)作用導(dǎo)致較粗的晶體充填在粒間孔隙當(dāng)中,形成鑲嵌結(jié)構(gòu),如圖2(a)和圖2(b)所示。白云石與鐵白云石晶粒較小,充填粒間孔隙中或鐵方解石中,寧153井與新105井鏡下常常以零星狀等形態(tài)充填在粒間孔中,如圖2(c)和圖2(d)所示。

圖2 安塞地區(qū)長8成巖作用Fig.2 Diagenesis and pore evolution of Chang 8 in Ansai Area

硅質(zhì)膠結(jié)中沉積盆地中硅質(zhì)膠結(jié)溫度形成溫度在60～145 ℃成巖早期或者晚期硅質(zhì)膠結(jié)都可以發(fā)生[12-13]。石英次生加大硅質(zhì)膠結(jié)占0.21%,石英加大顆粒邊會(huì)出現(xiàn)一圈黑色的線,如圖2(e)和圖2(f)所示,圍繞著石英顆粒的邊緣沉淀、生長,石英次生加大常見在河道砂巖中。分析發(fā)現(xiàn)溶蝕濁沸石和充填原生粒間孔的濁沸石、成分上沒有很大區(qū)別,可以說明早期與晚期形成濁沸石成分變化不大。

3 儲(chǔ)層微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征

巖心物性分析統(tǒng)計(jì),長8儲(chǔ)層孔隙度9.81%～11.25%,平均10%左右,滲透率0.31～1.55 mD。安地區(qū)塞長8儲(chǔ)層面孔率均值在5.79%,孔隙最為發(fā)育。殘余粒間孔絕對(duì)值是3.7%,相對(duì)值為63.90%,粒間溶孔絕對(duì)值為0.1%,相對(duì)值1.73%,長石溶孔絕對(duì)值0.63%,相對(duì)值10.88%,巖屑溶孔0.26%,相對(duì)值4.49%,雜基溶孔絕對(duì)值0%,相對(duì)值0%,沸石溶孔絕對(duì)值0.53%,相對(duì)值9.15%,晶間微孔絕對(duì)值0.32%,相對(duì)值5.53%,碳酸鹽溶孔0.01%,相對(duì)值0.17%,微裂隙絕對(duì)值0.24%,相對(duì)值4.15%,總合計(jì)安塞地區(qū)長8儲(chǔ)層面孔率100%,可見安塞地區(qū)雜基溶孔無。而安塞地區(qū)含油較多的濁沸石溶孔,占面孔率相對(duì)含量的9.15%。

通過統(tǒng)計(jì)濁沸石對(duì)巖石礦物中存在明顯的耦合關(guān)系,進(jìn)一步說明了濁沸石在碎屑中呈點(diǎn)狀接觸膠結(jié)現(xiàn)象,壓實(shí)程度低等特點(diǎn)。

4 儲(chǔ)層孔隙類型及特征

4.1 孔隙分布特征

巖石內(nèi)部孔隙形狀均一,鑄體薄片下的孔隙邊界清晰,由于原生粒間孔隙為主要孔隙類型,含量非常高,而分選系數(shù)在46.73%分選較好。安塞地區(qū)孔隙度含量在10%～15%,滲透率在1×10-3μm2儲(chǔ)層分類為低孔-超低滲[圖3(a)],長8砂體滲透率平面展布特征與孔隙度相似。安塞地區(qū)長8砂巖儲(chǔ)層中儲(chǔ)集非常好[圖3(b)],砂體發(fā)育。隨著孔隙的變化安塞地區(qū)隨著深度的增加,層位向下,平均孔隙度逐漸的減低,主要分布在紅井子-新莊-堡子灣-鐵邊城-吳倉堡一帶(圖3)。

圖3 安塞地區(qū)長8儲(chǔ)層掃描電鏡喉道特征Fig.3 Throat characteristics of Chang 8 reservoir in Ansai area under scanning electron microscope

4.2 喉道特征

安塞地區(qū)似斷面狀喉道為常見類型,在高20井深度在1 802.90 m掃描電鏡發(fā)現(xiàn),碎屑顆粒之間非常緊密[圖3(a)],從而使得喉道之間變窄,容易使孔喉之間大小差異變大這類喉道的孔隙結(jié)構(gòu)在掃描電鏡下觀察孔隙較大,喉道窄,孔喉直徑大。而砂巖有較高的孔隙度,滲透率非常低,這類喉道在安塞地區(qū)長8儲(chǔ)層中非常常見[圖3(a)]。管束狀喉道在安塞地區(qū)出現(xiàn)較少,薄片上為斑狀結(jié)構(gòu),顏色為紅褐色。在[圖3(b)]中很難觀測(cè)到,許多的管束喉道結(jié)合體特征,在安塞地區(qū)長8儲(chǔ)層中孔隙度為中等,滲透率超低,由此可推斷出安塞地區(qū)為低孔-超低滲,砂巖發(fā)育長8儲(chǔ)層為非常好的致密油儲(chǔ)層(圖3)。

5 濁沸石膠結(jié)作用

濁沸石膠結(jié)作用在安塞地區(qū)是特有的膠結(jié)作用礦物主要發(fā)育長8儲(chǔ)層中,圖4(a)中的巖心照片濁沸石呈含油斑點(diǎn)狀分布高61井深度1 410.37 m,黑色部分為含油部分,白色部分為濁沸石膠結(jié)作用,圖4(b)為濁沸石溶蝕含油斑點(diǎn)狀分布新105井深度在1 817.53 m其中黑色斑點(diǎn)分布均勻?yàn)楹?淺色部分為濁沸石膠結(jié)作用,圖4(c)為濁沸石膠結(jié)物連晶充填孔隙在40倍鏡下觀測(cè)薄片為高61井深度在1 415.25 m含有較高的連晶膠結(jié)物,分布少量的溶蝕殘余膠結(jié)物,圖4(d)為安塞地區(qū)新105井深度為1 825.75 m,可見灰白色長石,交代的長石與長石溶孔現(xiàn)象,由此可以得出安塞地區(qū)長8儲(chǔ)層中無論是濁沸石對(duì)電子探針還是對(duì)溶蝕殘余的濁沸石還是充填次生孔隙濁沸石等,其中濁沸石的成分沒有變化,說明巖石在成巖作用時(shí),早起與晚期形成的濁沸石成分沒有明顯的變化,可以看出安塞地區(qū)發(fā)育濁沸石膠結(jié)物(圖4),說明安塞地區(qū)儲(chǔ)層發(fā)育非常好適合儲(chǔ)集油氣,為安塞地區(qū)致密油勘探做出了有利的證據(jù)。

圖4 安塞地區(qū)長8儲(chǔ)層濁沸石膠結(jié)作用Fig.4 Cementation of laumontite in Chang 8 reservoir in Ansai area

6 儲(chǔ)層孔隙度致密演化分析

成巖作用是對(duì)原生孔隙的破壞,從本質(zhì)上改變了原有的分布規(guī)律及其演化特征,影響了長8儲(chǔ)集特征,促進(jìn)了次生孔隙使儲(chǔ)層儲(chǔ)集性更好,形成有利的儲(chǔ)層空間,成巖作用控制著儲(chǔ)層的物性發(fā)育,同時(shí)也有著建設(shè)性與破壞性。

根據(jù)前人研究發(fā)現(xiàn),儲(chǔ)層的孔隙致密是由于受到了流體、埋深、沉積、構(gòu)造、碎屑組分、時(shí)間、壓實(shí)等諸多因素所導(dǎo)致。同時(shí)也受到了成巖作用序列反應(yīng)成巖其次演化,運(yùn)用了埋藏史、地?zé)崾?構(gòu)造對(duì)致密機(jī)理進(jìn)行研究,基于前人研究的基礎(chǔ)之上本文研究對(duì)成巖構(gòu)造演化成巖其次孔隙度對(duì)成巖的作用進(jìn)行研究,綜合評(píng)價(jià)了安塞地區(qū)長8段古今孔隙度演化史,用于研究長8段量化表示孔隙致密成因機(jī)理奠定基礎(chǔ)(圖5)。

圖5中可以劃分為3個(gè)階段:機(jī)械壓實(shí)、壓實(shí)膠結(jié)、增孔減孔階段,判斷以上標(biāo)準(zhǔn)分別用膠結(jié)物和次生孔隙來作為標(biāo)準(zhǔn)判定。根據(jù)圖5的成巖序列、構(gòu)造演化史以及油氣成史可以看出,早成巖階段A期發(fā)生在碎屑巖埋藏成巖作用的最早時(shí)期,該期古常溫至65 ℃,有機(jī)質(zhì)尚未成熟,其鏡質(zhì)體反射率Ro<0.35%,最大熱解峰溫Tmax<430 ℃,熱變指數(shù)TAI<2.0。伊蒙混層中蒙皂石含量(混層比)在70%以上。該期的主要成巖作用是機(jī)械壓實(shí)作用,膠結(jié)作用相對(duì)較弱,成巖礦物主要是粒表濁沸石。溶蝕作用相對(duì)較弱。

早成巖階段B期是碎屑巖埋藏成巖作用的第二個(gè)時(shí)期,該期古溫度范圍65～85 ℃,有機(jī)質(zhì)處于半成熟階段,鏡質(zhì)體反射率Ro在0.35%～0.5%,最大熱解峰溫Tmax為430～435 ℃,熱變指數(shù)TAI為2.0～2.5。伊蒙混層中蒙皂石含量(混層比)在70%～50%。該期機(jī)械壓實(shí)作用逐漸減弱,膠結(jié)作用逐漸變強(qiáng),成巖礦物中開始出現(xiàn)自生石英、自生高嶺石和早期碳酸鹽礦物。,生油階段地層逐漸成熟,排除有機(jī)酸(圖6)。

該期古溫度范圍85～140 ℃,有機(jī)質(zhì)處于低成熟-成熟階段,鏡質(zhì)體反射率Ro在0.5%～1.3%,最大熱解峰溫Tmax為435～460 ℃,熱變指數(shù)TAI為2.5～3.7。伊蒙混層中蒙皂石含量(混層比)50%～15%。該期成巖作用以膠結(jié)和溶解作用為主,自生石英、自生長石、自生高嶺石、自生綠泥石、自生伊利石和碳酸鹽礦物等成巖礦物都有發(fā)育。長石、巖屑等顆粒次生溶孔發(fā)育。

7 結(jié)論

(1)長8儲(chǔ)層為低孔超低滲儲(chǔ)層也是為致密油聚集非常好的儲(chǔ)層,滲透率為0.86×10-3μm2,平均孔隙度為11.63%,受不同的物源巖石類型有所差異,長石砂巖含量發(fā)育,長石巖屑砂巖含量較低。

(2)安塞地區(qū)主要發(fā)育原生粒間孔隙與殘余粒間孔安塞地區(qū)平均孔隙半徑在30 μm左右,說明安塞地區(qū)儲(chǔ)層性質(zhì)均一,恒速壓汞有效半徑125 μm左右,說明該地區(qū)儲(chǔ)層性質(zhì)穩(wěn)定。

(3)壓汞分析表明儲(chǔ)層喉道以細(xì)喉為主,孔隙半徑較小。喉道是影響儲(chǔ)層滲透率的重要決定因素,其影響安塞地區(qū)長6儲(chǔ)層儲(chǔ)集油氣空間大小,滲透率較低屬于低孔-超低滲,安塞地區(qū)喉道體積占有效儲(chǔ)集空間比較大、喉道半徑也大,表明安塞地區(qū)滲透率最高,儲(chǔ)集性能最好,該地區(qū)為致密油儲(chǔ)層。

(4)儲(chǔ)層物性的因素有許多,對(duì)于該地區(qū)為低孔-超低滲儲(chǔ)層來講,控制因素有成巖作用,黏土礦物膠結(jié)物與濁沸石膠結(jié)物作用作為標(biāo)志產(chǎn)物,濁沸石膠結(jié)作用在安塞地區(qū)長8儲(chǔ)層中是十分重要的成巖作用,而安塞地區(qū)發(fā)育濁沸石膠結(jié)物,這對(duì)安塞地區(qū)長8儲(chǔ)層致密油儲(chǔ)集判別十分重要。

長8段成儲(chǔ)主要受黏土礦物膠結(jié)物的影響,使儲(chǔ)層孔深降低,導(dǎo)致安塞地區(qū)低孔超低滲。