板桥合水地区长6储层成岩作用及其对物性的影响

2018-05-23蔡进添

石油地质与工程 2018年2期

屈涛，蔡进添，张杰

鄂尔多斯盆地中的三叠系延长组目前是长庆油田研究的热点层系以及主要的产油场所之一，其中位于鄂尔多斯盆地西南部的板桥合水地区已成为近年来油气勘探开发的重点区域。板桥合水地区长 6储层作为该地区主力油层组，虽然部分探井有较好的油气显示，但整体仍然没有取得较大突破。板桥合水地区长6储层物性差，成岩作用复杂、非均质性强，严重制约了油气开发[1–4]。

储层的物性主要通过岩石储集空间和渗流能力表征，而储集空间和渗流能力都与成岩作用紧密相关，成岩作用是影响储层储集空间以及油气运输效率的主要因素。本文在前人对该地区储层研究的基础上，以岩石学特征为基础，运用铸体薄片、X–衍射等实验手段，围绕成岩作用类型分析其对物性的影响，为寻找相对优质储层提供借鉴。

1 储层岩石学特征

板桥合水地区长6储层砂岩碎屑成分主要是石英和长石，石英含量15.0%～84.1%、平均含量41.0%，长石含量8.0%～55.0%、平均含量22.0%，岩屑含量4.1%～36.0%、平均含量为 17.0%。研究区的岩石类型主要为岩屑质长石砂岩，其次有少量的长石砂岩[5]（图 1）。研究区填隙物种类多但主要以伊利石（7.33%）、绿泥石（0.70%），铁方解石（2.63%）、铁白云石（1.97%）以及硅质（1.33%）为主（图2）。砂岩碎屑颗粒粒度主要为细砂–极细砂岩，磨圆度以次棱角状为主，接触方式以线状接触为主，胶结类型主要为孔隙胶结、加大–孔隙胶结，压实作用强烈的地方见凹凸接触，支撑类型以颗粒支撑为主[6]。

图1 板桥合水地区长6储层岩石学类型

图2 板桥合水长6储层填隙物成分及含量分布

2 成岩作用及对储层物性的影响

在大的沉积环境形成以后，储层的物性受到成岩作用的改变和控制，成岩作用类型的不同对储层物性的贡献也不相同，成岩作用主要影响储层内部的孔隙和喉道半径及孔喉配位数。根据前人的研究成果，板桥合水地区长6储层喉道半径和配位数分别为0.35μm和1.32。研究区的成岩作用类型虽然较多，但主要包括三种类型[7–8]：压实作用、胶结作用、溶蚀作用。

2.1 压实作用

研究区压实作用对储层矿物的影响主要表现为以下几方面[9–10]：①使矿物颗粒紧密堆积并呈定向–半定向排列；②颗粒间由点接触向点–线接触或线接触过度；③云母等塑性颗粒被压扁变形堵塞孔隙，石英、长石等刚性颗粒被压碎或压裂。压实作用对储层具有破坏性作用，通过负胶结物投点法发现，压实作用是该地区储层物性变差的主要原因，该地区的原始孔隙度为 38.5%，压实作用使该地区的孔隙度减少了27.58%。

2.2 胶结作用

胶结作用对储层的改变具有两面性[11]，一方面绿泥石膜的形成有效地增加储层抗压能力，另一方面黏土矿物自身生长会破坏储层物性。总的来说胶结作用对储层的破坏作用大于建设作用。胶结作用对储层的破坏作用体现在储层储集空间缩小，胶结物堵塞孔隙，影响储层的物性[12]。研究区长6储层主要发育碳酸盐胶结、硅质胶结、黏土矿物胶结。

（1）碳酸盐胶结。研究区碳酸盐胶结物主要包括方解石、白云石、铁方解石、铁白云石，其中铁方解石和铁白云石含量最高(共占 4.6%)，在研究区普遍发育，这两种胶结物对储层具有强烈的破坏作用，是导致储层物性变差的重要原因之一。在成岩作用早期，碳酸盐呈泥晶–微晶状，充填堵塞孔隙，使储层物性变差。随成岩作用进行到中晚期，碳酸盐胶结物常呈弯片状或细晶状，胶结物粒度变粗，使储层变得更加致密。研究区碳酸盐胶结物与孔隙度的关系呈负相关性（图2），随碳酸盐含量增高，储层物性变差。

（2）硅质胶结。研究区硅质含量0.1%～4%，平均含量1.33%。据镜下铸体薄片、扫描电镜等资料分析，板桥–合水地区长6储层硅质胶结作用强烈，在成岩作用早期主要表现为石英次生加大，多见Ⅱ级加大，石英形成的加大边能有效增加储层的抗压能力。到中晚期，石英逐渐生长成锥柱、刺状充填到储层孔隙。硅质胶结物对储层物性的影响具有两面性，一方面由于石英本身的次生加大使储层的孔喉缩小，渗透率降低，使储层物性变得更差；另一方面一定量的硅质胶结物对储层具有建设性作用，硅质的形成增加了储层抗压实能力。总的来说硅质含量较低，对储层的影响不是太大。

图3 长6储层碳酸盐矿物与孔隙度关系

（3）黏土矿物胶结。黏土矿物分布于所有储层中，它不仅自身形成胶结物影响储层物性，而且在油田注水开发时能被注水冲掉，堵塞储层喉道。研究区长6储层黏土矿物胶结主要为绿泥石、伊利石胶结作用，高岭石在浅部还常见，随深度增加高岭石逐渐减少。①绿泥石：绿泥石在研究区目的层普遍存在，随着深度增加高岭石逐渐向绿泥石、伊利石转换，研究区的绿泥石含量只有0.7%，绿泥石对储层的影响也具有双面性。随着胶结作用的进行，绿泥石一般以两种形式存在：一种是在成岩作用早期，绿泥石常沿颗粒表面垂直生长以孔隙衬垫式存在常呈鱼鳞状、薄片状；另一种是成岩晚期形成的呈绒球状或玫瑰花瓣状以孔隙充填式分布在颗粒间的形式存在。绿泥石在胶结过程中存在形式的不同，对储层物性的影响也有所不同，在成岩作用早期，绿泥石胶结以孔隙衬垫式为主，该胶结方式的绿泥石沿孔隙壁生长而充填储层储集空间，使储层的孔、渗明显下降，但绿泥石自身形成的绿泥石薄膜增强了储层自身的抗压性，在一定程度上又保护了原始孔隙不被压实。②伊利石：研究区黏土矿物含量最高的是伊利石（7.33%），在成岩早期，伊利石形态多呈丝状片状充填孔隙，随着成岩作用逐渐进行，伊利石沿储存孔喉壁生长，当伊利石长到一定程度，孔喉壁内的伊利石会连接起来形成搭桥状，这会导致完整连通的孔喉被分割，降低储层的储集能力，使渗流能力明显变差。

总的来说，板桥合水地区长6储层的胶结作用对储层储集空间的破坏远远不如压实作用强，经计算板桥合水地区胶结作用使储层丧失的孔隙度约为3.65%。导致该地区物性差有两个重要的原因：伊利石含量高该类黏土矿物沿孔隙壁生长形成搭桥状对储层物性破坏极大；长石溶蚀是形成高岭石的基础，研究区高岭石含量低，从另一方面反映该地区的溶蚀作用不发育。

2.3 溶蚀作用

研究区储层的溶蚀作用强烈，提高了储层的物性，为油气的充入提供了有利的通道。研究区长石溶孔发育，长石溶蚀是主要的溶蚀作用，其次有少量的岩屑溶蚀。相对于岩屑溶蚀，长石溶蚀主要是沿解理缝开始溶蚀的。研究区发育的长石溶孔主要类型为粒间溶孔和粒内溶孔。溶蚀作用虽然对储层有建设作用，但对储层的改善不是主要的，经计算溶蚀作用使储层面孔率仅提高了0.45%。

3 成岩阶段划分及成岩演化序列

依据实验分析样品的古地温、伊/蒙矿物含量、古地温以及Ro、颗粒接触关系来分析，该地区成岩作用所处的阶段，结合成岩阶段划分标准对研究区储层成岩阶段进行了划分。研究区样品镜质体反射率Ro为0.58%～1.12%，平均为0.75；储层中伊/蒙混层中蒙脱石的含量0～20%，但大部分小于10%；古地温为 90～130 ℃，主要分布在 100～120 ℃；颗粒以点–线状、线状为主、并有凹凸状接触；孔隙以粒间孔、溶孔为主。板桥—合水长6储层处于中成岩A期晚期，部分进入中成岩B期的早期。

根据对成岩作用类型及其特征的研究，结合储层岩石薄片及阴极发光进行成岩序列分析，确定大致序列为：早成岩阶段强烈的机械压实作用—绿泥石膜形成—早期硅质及长石加大形成—伊蒙间层绿泥石、伊利石充填孔隙—溶蚀作用开始（长石）—高岭石充填孔隙—晚期石英沉淀—铁方解石、铁白云石出现—胶结作用发生。其中机械压实作用对储层的物性影响最大，使储层变得更加致密，黏土矿物对储层的影响次之，黏土矿物的出现充填了储层内部的孔隙结构，使油气在孔喉里运移变得更加困难。