白豹地区长4+5段成岩作用及其对储层物性的影响

2014-02-17罗乃菲周瑶张忠义刘鑫朱童孙凌俊

天然气技术与经济 2014年4期

罗乃菲周瑶张忠义刘鑫朱童孙凌俊

（1.成都理工大学能源学院，四川成都 610059；2.中国石油长庆油田分公司勘探开发研究院，陕西西安 710021；3.中国石化华北石油工程有限公司录井分公司，河南郑州 450000）

罗乃菲1周瑶1张忠义2刘鑫2朱童1孙凌俊3

根据铸体薄片、荧光薄片、阴极发光、扫描电镜、物性分析等分析化验资料，对鄂尔多斯盆地白豹地区长4+5段砂岩成岩作用及其对储层物性的影响进行研究。白豹地区长4+5段砂岩储层主要的成岩作用包括压实作用、胶结作用、溶蚀作用。对研究区储层物性起建设性的成岩作用是溶蚀作用；对储层物性起破坏性的成岩作用主要为压实作用和碳酸盐胶结作用；绿泥石胶结作用对储层物性具有双重作用。

成岩作用储层物性白豹地区鄂尔多斯盆地

0 引言

白豹地区位于鄂尔多斯盆地陕北斜坡中西部，为一平缓的西倾单斜构造，东西宽73km，南北长79km，面积约5.767×103km2［1-2］。在单斜背景上由于差异压实作用，在局部可形成起伏较小轴向近东西或北东向（隆起幅度10～30m）的鼻状隆起［3］。研究区的主要含油气层系为上三叠统延长组，为一套内陆湖泊—三角洲沉积体系。该套沉积体系埋藏浅、油藏多、勘探命中率高，是研究区的主力勘探层系。其中，长4＋5段作为延长组的重要勘探层段之一，其油藏具有明显的低孔低渗低产三低特征［4-5］。成岩作用是储层储能与产能的重要控制因素，对储层孔隙度、渗透率与产能都有重要的影响。因此，笔者通过铸体薄片、荧光薄片、阴极发光、扫描电镜、物性分析等分析化验资料，对鄂尔多斯盆地白豹地区长4+5段砂岩成岩作用及其对储层物性的影响进行研究，解释其低孔低渗机理，以期能对该区域的油气勘探开发工作做出贡献。

1 储层的基本特征

根据显微镜下岩石骨架颗粒构成特征统计，白豹地区长4＋5段岩石类型主要为长石砂岩和岩屑长石砂岩，少量为长石岩屑砂岩。岩石矿物成分中石英的体积分数为12.6%～43%，平均为26.96%；长石体积分数为23.7%～59.5%，平均为41.25%；岩屑体积分数为11.25%～25.6%，平均为17.74%；填隙物体积分数平均为19.49%，其主要成分为碳酸盐胶结物和粘土胶结物，含有少量的硅质、黄铁矿等。

研究区长4+5段砂岩以细砂岩为主，碎屑粒径主要为0.08～0.25mm。储层砂岩分选中等，磨圆以次棱角状为主，含有少量的次棱—棱角状；支撑类型以颗粒支撑为主，接触方式以线接触为主，其次为线—凹凸接触，还有少量的凹凸接触；胶结类型以孔隙式和孔隙—薄膜式为主，其次为薄膜式胶结。

白豹地区长4+5段砂岩物性：孔隙度为8.0%～17.56%，平均为14.3%；渗透率最小值为0.004 mD，最大值为19.27mD，平均值为1.02mD。

2 成岩作用类型

铸体薄片观察、阴极发光分析及扫描电镜观察等研究表明，对研究区储层有显著影响的成岩作用有压实作用、胶结作用、溶蚀作用等。

2.1 压实作用

压实作用是早期最主要的成岩作用，压实作用

使得颗粒重新排列、破碎、变形等，从而使得储层中孔隙大量减少、储层致密［6］。根据镜下观察，白豹地区长4＋5段砂岩经历了较强的压实作用，主要表现为：塑性颗粒（黑云母、泥岩岩屑、千枚岩岩屑和少量火山岩岩屑等）的塑性变形和扭曲（图1-a）；颗粒沿长轴方向定向排列形成明显的压实定向组构（图1-b）。强压实作用使研究区储层原生孔隙大量破坏，储层相对致密化。

图1 白豹地区长4+5段成岩作用特征图

2.2 胶结作用

研究区的胶结作用主要有硅质胶结作用、粘土矿物胶结作用、碳酸盐胶结作用。

2.2.1 硅质胶结作用

白豹地区长4＋5段砂岩中的硅质胶结作用相对较弱，硅质胶结物平均含量仅0.6%，其胶结类型以石英次生加大边为主（图1-c）。石英加大边往往呈环边状包裹或半包裹碎屑石英颗粒，最宽可达1mm。

2.2.2 粘土矿物胶结作用

白豹地区长4＋5段砂岩中自生粘土矿物主要包括伊利石和绿泥石。从分布特征来看，它们主要呈薄膜状包围碎屑颗粒或呈晶体集合体充填粒间孔隙而呈孔隙式胶结。两种粘土矿物的主要特征如下。

1）伊利石

在扫描电镜下伊利石呈纤维状和毛发状（图1-d），多充填孔隙或呈桥接式，部分以薄的孔隙衬里（或颗粒包膜）形式存在。这些伊利石堵塞喉道，对储层砂岩的孔隙性具有极大的不利影响，是储层的孔隙性和渗透性降低的重要原因［7］。

2）绿泥石

在白豹地区长4＋5段中，绿泥石主要呈微细叶状或纤维状垂直碎屑颗粒表面或者孔喉内壁生长，以颗粒包膜和衬里的形式发育（图1-e），环边胶结物薄膜厚0.01～0.02mm。绿泥石薄膜包裹整个碎屑颗粒或者覆盖部分颗粒，这说明绿泥石薄膜发育相对较早，为成岩作用早期的产物。从研究区砂岩绿泥石含量与压实作用的关系来看（图2），在绿泥石含量小于1%时，对压实作用的抑制作用不强，但在绿泥石含量大于1%后，随着绿泥石含量的增加，尤其是绿泥石含量大于5%后，对压实作用的抑制越明显，从而使得原生孔隙得以保存［8］。这说明绿泥石膜对机械压实作用具有一定的抑制作用。较早的绿泥石发育一方面有效抑制了机械压实。另一方面早期的绿泥石膜包裹颗粒，起到了分隔碎屑石英与孔隙流体的作用，抑制了石英次生加大的形成，这可能是研究区自生石英含量很低的重要原因。

图2 白豹地区长4+5段砂岩绿泥石含量与压实作用的关系图

2.2.3 碳酸盐胶结作用

白豹地区长4＋5段砂岩中的碳酸盐胶结物主要是方解石，含量最高可达36%，多是呈孔隙式充填（图1-f），部分呈连晶式胶结（图1-g），部分呈斑点状分布于粒间孔隙或交代碎屑颗粒。碳酸盐胶结物晶体大小各异［9］，从成岩早期到晚期都有发育，前期多以充填原生孔隙的方式出现，后期多以交代碎屑颗粒的方式发育。方解石沉淀堵塞了大部分的原生孔隙，对降低储层砂岩孔隙度和渗透率有极大的作用。

2.3 溶蚀作用

溶蚀作用在改善研究区储层砂岩物性方面起着

重要作用，主要表现为：长石被溶解形成长石粒内溶孔（图1-h）或完全被溶蚀而形成铸模孔；岩屑中易溶组分被溶蚀（图1-i）。

3 成岩作用对储层物性的影响

研究区长4＋5段储层砂岩经历了多种成岩作用，这些作用互相叠加，不仅强烈地改变着研究区长4＋5段砂岩的组分和结构，也极大地影响着砂岩的储集性。根据成岩作用对储层物性的影响，可将其分为建设性成岩作用和破坏性成岩作用［10］。研究区长4＋5段储层破坏性的成岩作用主要有压实作用、石英次生加大与方解石胶结作用等；建设性成岩作用主要是绿泥石胶结作用和溶蚀作用。

3.1 压实作用对储层物性的影响

压实作用是研究区储层物性降低的最重要因素。白豹地区长4＋5段砂岩压实作用明显，假定砂岩的原始孔隙度为40%［11］，从白豹地区长4＋5段胶结物含量—负胶结物孔隙度投点图中（图3）可以看出，绝大多数样品都分布在图的左下角，显示了压实作用是影响研究区长4＋5段储层物性的第一重要因素。少部分样品分布在图的右上角，从这些样品的显微镜下特征来看，它们具有很高的胶结物含量，这些胶结物基本上都是碳酸盐矿物，因而这些样品实际上代表了致密钙质层（孔隙度接近0）。

图3 白豹地区长4＋5段胶结物含量—负胶结物孔隙度投点图

3.2 胶结作用对储层物性的影响

白豹地区长4＋5段主要的胶结作用类型有碳酸盐胶结物、硅质胶结物以及粘土矿物胶结物等。其中碳酸盐胶结物主要对储层物性起破坏作用，硅质胶结物（含量相对较低）对储层无明显的负面影响，毛发状伊利石对储层的渗透性有一定的负面影响，而自生绿泥石的沉淀则对储层物性具有明显的改善作用。

碳酸盐胶结物的沉淀是储层砂岩中重要的破坏性成岩作用类型。从研究区长4＋5段砂岩碳酸盐胶结物含量与面孔率的关系来看，二者具有一定的负相关性（图4）：当碳酸盐胶结物含量小于10%时，有较多的样品具有较好的储集性，如面孔率大于6%的样品比例可达45%左右；当碳酸盐胶结物含量大于10%时，样品的储集性普遍较差，样品的面孔率普遍低于4%。显然较多碳酸盐胶结物会明显降低研究区储层的储集性，含较少碳酸盐胶结物的砂岩是研究区的有利储集岩。

图4 白豹地区长4＋5段砂岩碳酸盐胶结物含量与面孔率关系图

硅质胶结作用以石英次生加大为主，加大后的石英相互贴合紧密，这改变了储层的孔隙结构，充填孔隙、切割喉道，使得储层物性变差［12］。硅质胶结作用既充填孔隙，也不为后期的溶蚀作用提供易溶物质，对次生孔隙的形成有不利影响。鉴于研究区的硅质胶结作用分布范围和含量都较低，所以笔者认为硅质胶结作用对研究区储层物性具有一定影响，但不是储层物性较差的主要原因。

上文已分析研究区发育的绿泥石含量对研究区硅质胶结的发育具有明显的抑制作用。绿泥石胶结作用除能抑制石英胶结外，另一个重要作用是提高颗粒抗压性能［13-18］。从研究区储层绿泥石胶结物含量与面孔率关系来看（图5）：当绿泥石胶结物含量小于5%时，随着绿泥石胶结物含量的增加，储层面孔率明显增大，绿泥石胶结物对储层储集性有明显的改善作用；当绿泥石胶结物含量大于5%时，随着绿泥石胶结物含量的增加，储层面孔率明显逐渐降低，这主要是由于大量的绿泥石堵塞孔隙，从而降低了储层的储集性。因此，只有当绿泥石胶结物含量较低时，其能够提高颗粒抗压实性、抑制胶结作用，对孔隙的保存有利；当绿泥石胶结物含量较大时，其堵塞孔隙的作用大于其保存孔隙的作用，不利于储层物性改善。

3.3 溶蚀作用对储层物性的影响

白豹地区长4＋5段储层经受了较强烈的压实和胶结作用，原生孔隙遭受明显破坏。晚期发育的粒间溶孔、粒内溶孔和铸模孔对储层物性具明显的改善作用，使得溶孔面孔率占总面孔率的28.23%（表1）。

图5 白豹地区长4＋5段绿泥石胶结物含量与面孔率关系图

表1 白豹地区长4＋5段各类型孔隙分布表

4 结论

1）白豹地区长4＋5段储层砂岩以中—细粒长石砂岩、岩屑长石砂岩为主，分选中等，磨圆以次棱角状为主，支撑类型以颗粒支撑为主，接触方式以线接触为主，胶结类型以孔隙式和孔隙—薄膜式为主。

2）研究区主要发育的成岩作用有压实、方解石胶结、绿泥石胶结及溶蚀作用，少量的硅质胶结与伊利石胶结作用。

3）压实作用和碳酸盐胶结作用对研究区储层物性主要起破坏性作用，溶蚀作用对储层物性起建设性作用，绿泥石对研究区储层具有双重作用。

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（编辑：卢栎羽）

2095-1132（2014）04-0009-04

10.3969／j.issn.2095-1132.2014.04.003

修订回稿日期：2014－07－08

国家自然科学基金（41172119）。