大情字井油田黑46区块青一段储层成岩作用及其对物性的影响

2012-08-20王安辉中石油吉林油田分公司乾安采油厂吉林松原138003

石油天然气学报 2012年12期

王安辉（中石油吉林油田分公司乾安采油厂，吉林松原138003）

大情字井地区位于松辽盆地中央坳陷区长岭凹陷的中部，东部和西部分别为华字井阶地和大安－红岗两阶地。长岭凹陷的北部为乾安次凹陷，其南部为黑帝庙次凹，大情字井构造位于2个次凹中部相对隆起区。研究区钻遇地层自下而上为泉头组（K1q）、青山口组（K1qn）、姚家组（K1y）、嫩江组（K1n）地层。其中青一段（K1qn1）又划分成了4个砂层组、13个小层和7个单层。K1qn1主要为三角洲前缘、前三角洲及湖相沉积，主要发育水下分支河道、河口坝、远砂坝、重力流与分支间湾等沉积微相。研究储层成岩作用特点及其对物性控制作用对该套储层综合评价与预测具有重要意义[1～4]。

1 储层岩石学特征

研究区K1qn1储层的碎屑成分主要由石英、长石、岩屑，含少量的云母、重矿物。石英体积分数主要集中在27%～33%之间，平均值为28.7%；长石体积分数主要集在30%～40%之间，平均值为34.5%；岩屑体积分数主要为25%～30%，平均值26.8%；岩屑为火山岩岩屑及变质岩岩屑，其中火山岩岩屑相对较多，沉积岩岩屑相对较少（表1）。对碎屑组成进行了分析，得出研究区K1qn1砂岩其成分成熟度中等偏低。研究区砂岩以岩屑质长石砂岩为主，但同时也发育少量的岩屑砂岩。

表1 黑46区情3－3井K1qn1砂岩成分、结构、填隙物统计表

2 成岩作用特征

2.1 成岩阶段划分

大情字地区K1qn1储层砂岩机械压实程度为中－强压实，颗粒以点—线—缝合接触；以方解石胶结为主；见Ⅱ级石英加大边，见一定程度溶解作用；黏土矿物中，伊－蒙间层占17%～80%，高岭石、伊利石、绿泥石体积分数分别为7%～37%、10%～30%和4%～32%；古地温为100～120℃，镜质体反射率为0.67%～13%。综合以上指标，根据我国石油行业标准[5]，并结合研究区储层沉积、构造演化史等信息，总结出大情字地区K1q1储层整体处于晚成岩A阶段。

2.2 成岩作用类型

研究区储层经历了强烈的多种成岩作用，包括压实、溶解溶蚀、胶结、交代和自生矿物沉淀作用等。

2.2.1 压实作用

一般说来，压实作用强度与埋藏深度呈正相关，即随埋藏深度增加，压实作用增强。根据薄片观察，研究区大致在2000m以上，砂岩以点接触弱压实为主，孔隙度随深度增加而明显减少（图1）。在此深度以下，以线接触中等压实为主，孔隙度不再随深度变化而变化。镜下观察结果表明，埋藏较浅的储集体其压实率小，反之则压实率大。由此可知，黑46区储层所经历的压实作用强度较轻，颗粒间以点接触为主，仍存在较多的粒间原生孔隙（图1（a）），埋藏较深的储集体则经历了强压实作用，颗粒以线接触和凹凸接触为主（图1（b）），原生孔隙所剩不多。

2.2.2 胶结作用

黑46区K1qn1储集层主要的胶结作用有：黏土矿物胶结作用；碳酸盐胶结作用；硅质胶结作用。

2.2.2.1 黏土矿物胶结作用

图1 情3－3井颗粒间点（a）、线（b）接触

黏土矿物胶结几乎存在于所有的砂岩当中。研究区黏土矿物以伊利石较发育，其次为绿泥石，再次为伊－蒙混层。

1）伊利石自生伊利石易形成于富K＋的碱性环境。伊利石的含量在储层填隙物中较高，据统计，研究区K1qn1伊利石平均相对体积分数为48%～71%。伊利石可由黏土基质的重结晶作用或由钾长石蚀变而形成，一般以丝状或片状披覆于颗粒表面或充填于孔隙之中（图2）。据研究，由长石蚀变而形成的伊利石可使岩石体积减少15%。

图2 粒间分布伊利石

2）绿泥石绿泥石是研究区储层中含量较高的黏土矿物，也是最有特征的自生矿物，其有多种产状，以孔隙衬垫为主，另有孔隙充填绿泥石。由于大多数黑云母发生了绿泥石化，因而绿泥石总含量较高。该区绿泥石的出现为早期成岩事件。在砂岩沉积后不久，大量绿泥石析出并以薄膜形式生长在碎屑颗粒的表面，这些绿泥石衬垫体可使颗粒表面性质变差，使渗透率大大降低。在扫描电镜下，孔隙充填绿泥石表现为较好的叶片状晶体，绿泥石衬套则呈针叶状集合体，向孔隙中心生长（图3）。

图3 粒间分布绿泥石、自生石英、伊利石

2.2.2.2 碳酸盐胶结物

方解石、白云石胶结物一般形成于成岩早期阶段，在深埋藏阶段和晚成岩阶段所形成的碳酸岩，主要铁方解石、铁白云石，往往晶粒较大，多为微－粗晶。碳酸岩胶结物对孔隙起堵塞作用，使颗粒粒度变粗，使分选良好的砂岩成为低孔低渗砂岩（图4）。

据相邻的黑46区油田相应储层铸体薄片中方解石的特征，其含量变化较大。总体来看，形成时间分为早期和晚期。由于埋深较浅，早期的方解石胶结多为孔隙式胶结，少量的为基底式胶结；晚期方解石形成时间较晚，多为交代其他碎屑颗粒和充填次生溶蚀孔隙，分布较零星，晚期的方解石多为铁方解石。

2.2.2.3 硅质胶结作用

图4 情3－3井储层中白云石胶结物

黑46区储层由于绿泥石薄膜发育，对石英加大起阻碍和抑制作用，因而在埋深较浅储层中石英加大和自生作用较弱，仅在少数样品中可观察到石英加大和孔隙充填的石英微晶。随着埋深的增加，石英加大现象明显增多，但总体来说含量较低（图5）。石英加大的结果是充填孔隙，降低了储层孔隙度，并使渗透率变差。在某种程度上影响了储层物性。

图5 情3－3井储层中石英加大和自生

2.2.3 交代作用

在研究区内可见交代作用，早成岩阶段形成的方解石交代碎屑长石、石英和岩屑及泥质杂基。中晚期成岩阶段形成的方解石交代石英自生加大边、自生黏土矿物伊利石和绿泥石衬边以及碎屑长石等颗粒

2.2.4 溶蚀作用

在研究区石英的溶蚀呈现为边缘不规则状、港湾状。长石和岩屑的溶蚀现象十分普遍，粒间和粒内溶孔为其主要的表现形式，长石粒内溶孔多沿解理发育（图6）。砂岩中颗粒紧密接触处，由于碎屑颗粒与胶结物被一起溶解，部分颗粒间可见伸长状孔隙和特大孔隙。研究区储层中见少量石英全部被溶蚀，形成铸模孔的现象。

图6 黑46区井油田油藏储层溶蚀作用（单偏光10×10）

3 成岩作用对物性的影响

成岩作用是造成低孔、低渗储层的又一主要原因，通过对研究区相关资料的研究，目的层段的成岩作用经历了压实、胶结、溶解和交代作用等过程。研究区的面积虽小，但目的层段的埋深最大相差400多米，因此它们所经历的成岩作用也不相同。研究区目的层段有的区块只经历了晚成岩A期成岩阶段，其作用方式使研究区储层发生了巨大的变化。

3.1 压实作用使储层原生孔隙大幅减小

该作用发生于沉积物埋藏后直至胶结作用终止，它是砂岩固结成岩的主要成岩作用类型。这种差异压实效应有：①使砂岩中的柔性组分与稳定结构相间分布，构成了嵌合结构；②细砂岩、粉砂岩与云母层呈层状分布，差异压实作用层内使致密层与疏松层相间分布，降低了砂岩的垂向渗透率；③云母、杂基与细粒沉积物混积在一起，使得原生孔隙很少保存。

3.2 胶结作用降低了原生孔隙

研究区砂岩中主要胶结矿物类型有硅质、碳酸盐类、黏土矿物等。

1）硅质胶结物多为隐晶质玉髓及石英，另有少量充填于孔隙之中的自生石英晶粒，硅质胶结物的平均含量为5%～10%。石英次生加大可表现为强、弱两种，前者仅在埋深大于2600m的砂岩中可见到，薄片中表现为多个石英颗粒具有次生加大边且边较宽；后者在在埋深较浅的储层常见，薄片观察仅个别石英颗粒具有次生加大边且边较窄。石英加大的结果是储层孔隙度降低，孔隙间的喉道变窄，使储层物性变差。

2）碳酸盐胶结物分布范围较广，体积分数为1%～30%。碳酸盐染色及扫描电镜资料表明，碳酸盐有多种胶结物类型，主要有白云石、铁白云石、方解石、铁方解石，在砂岩中呈晶粒状或嵌晶状充填，方解石、白云石的形成时期比铁白云母、铁方解石早，铁白云石多呈自形晶粒出现在砂岩中。从图7中可以看出，碳酸盐含量与储层孔隙度呈负相关关系，所以碳酸盐胶结物对研究区储层影响是使物性变差。

3）泥质胶结物黑46区储层泥质胶结物含量较高，X衍射、扫描电镜等资料表明，砂岩储层中黏土矿物主要为绿泥石、高岭石和伊利石。绿泥石呈叶片状，与自生石英共生。自生高岭石呈假六方板状集合体，伊利石呈球状式弯曲薄片状、丝缕状。这些自生矿物或是杂乱堆积在粒间孔隙之中，或是附着在颗粒表面。结果使喉道变窄甚至阻塞，致使储层物性变差。

图7 黑46区K1qn1碳酸盐体积分数与孔隙度相关关系图

3.3 溶解作用有利于次生孔隙形成

研究区砂岩的溶解作用主要表现为长石等不稳定矿物颗粒的溶解和碳酸盐胶结物的溶解。溶解作用可分为2期：第1期溶解作用主要是早期形成的碳酸盐胶结物的溶解，发生在晚期碳酸盐胶结物形成之前。表现为因溶解而表现出的砂岩差异压实现象，同一样品中部分颗粒呈点接触，部分颗粒排列紧密，形成不均匀的次生孔隙。第2期溶解作用主要表现为对晚期碳酸盐胶结物的选择性溶解，形成港湾状的溶蚀孔隙。该期溶解作用发生在晚期碳酸盐胶结物形成之后，因此，溶解作用可形成大量的次生孔隙。研究区目的层在2300～2800m深度之间地层发生较强的溶蚀作用，形成一定量的次生孔隙。从图8中可以看出，在大约2380m以下的地层中其渗透率值急剧降低，孔隙度在此深度以下也逐渐降低。所以黑46区在地下2380m，确实是一个明显的物性突变深度（图8）。

3.4 交代作用对原生孔隙起破坏性作用

研究区储层的交代作用主要表现为碳酸盐矿物对碎屑矿物颗粒的交代及晚期碳酸盐矿物对早期碳酸盐胶结物的交代。铁方解石交代长石、石英颗粒并使其边缘呈港湾状，也见整个颗粒被交代后依然保留了颗粒的原来形状，同时见碳酸盐交代石英颗粒的次生加大边，表明碳酸盐交代作用发生较晚。交代作用对原生孔隙起破坏性作用。

图8 黑46井区K1qn1次生孔隙发育带

3.5 不稳定组分成岩蚀变作用使孔隙度有所改善

1）黑云母非晶质化、泥化在早期成岩阶段黑云母被很快分解泥化，泥化后的黑云母抗压效应变差，随着孔隙的塑性变形，泥化后的黑云母形成假杂基挤入孔喉之中，降低了砂岩的孔隙度。

2）蒙脱石转化为伊－蒙混层黏土矿物蒙脱石转化为伊－蒙混层黏土矿物，进而蚀变成伊利石的现象在研究区非常普遍，且蚀变形成的伊利石呈不规则斑状充填于孔隙中。经镜下观察表明，由伊－蒙混层黏土伊利石重结晶成网状而形成的晶间小孔，提高砂岩的孔隙度，但对于储层渗透率没有多大影响。

3）蚀变高岭石在薄片中见到的高岭石，一部分是蚀变的产物，结晶程度差，呈斑状充填孔隙，其中见微细晶间孔，因而可提高孔隙度，对渗透率的提高意义不大。

总之，在成岩过程中，由于早期的机械压实作用而使得泥质含量高的砂岩因缺少抗压基质，孔隙度损失较大。对于泥质含量少、碳酸盐胶结的砂岩，因其格架可起支撑作用，压实作用损失原生孔隙较少。因此，由于早期碳酸盐胶结，机械压实使孔隙减少较少，使得储层以原生孔隙为主，由于大量胶结物沉淀及次生孔隙的形成而使得中期成岩作用的孔隙演化比较复杂。对于溶解作用发育的层段、沉淀损失孔隙与溶解形成的孔隙基本相等，表现为胶结似乎对孔隙度影响不大，而溶解作用不发育的层段，则表现为孔隙度明显下降。