低渗特低渗砂岩储层成岩作用及成岩相研究进展

张中欣

（中化地质矿山总局山东地质勘查院，山东 济南250013）

现今，我国陆上大部分盆地的油气勘探工作已进入地层-岩性油气藏的新阶段。勘探深度由最初的浅层、中层逐渐向深层、超深层过渡发展，相应的储集层也由常规的高孔高渗的碎屑储层向低渗特低渗砂岩、碳酸盐岩及火山岩转变。但从根本上说，富集在3大类储集体中的油气主要还是受成岩相、沉积相和岩浆岩相的控制。由于低渗特低渗砂岩储层的特殊性及复杂性，其成岩作用及成岩相是决定储层油气富集和储集性能的关键因素[1]。低渗及超低渗砂岩油田开发中表现出渗流阻力大、存在启动压力梯度、自然产能低、吸水能力差、含水上升快、储层动用状况差等特征。产生这些现象的根本原因在于低渗及特低渗砂岩储层孔隙结构的特殊性。孔隙度反映岩石存储流体的能力，是储层储集性能的反映；渗透率反映岩石允许流体通过的能力，是储层渗滤性能的反映。在低渗透油气资源勘探开发中还存在油气藏识别难、油气层判别难、油层孔喉小、比表面积大、渗透率低、具启动压力梯度、利用天然能量开采压力和产量下降快、油井注水效果缓慢、见水后产液指数下降快、沿裂缝方向水窜和水淹严重等制约因素。低渗特低渗致密砂岩储层多发育天然裂缝，储层非均质强，研究低渗特低渗砂岩储层成岩作用是开发低渗透油气资源的关键。

1 低渗特低渗砂岩储层成岩作用定义、类型及特征

储层成岩作用是储层碎屑沉积物在沉积作用发生之后，到沉积物发生变质作用之前或因构造运动重新抬升到地表遭受风化以前所发生的一切作用。成岩作用是一个十分复杂且十分漫长的地质作用过程，在整个过程中，原始沉积环境、沉积作用后的成岩环境、流体的流动、储层中自生矿物的沉淀与溶解等多种地质因素共同影响着成岩作用[2]。针对低渗特低渗储层，通过查阅文献及铸体薄片、阴极发光、扫描电镜等先进实验手段，分析总结出了4种主要成岩作用类型。

1.1 压实作用

压实作用是造成储层原始孔隙度迅速损失与破坏的主要成岩作用之一。低渗特低渗储层压实作用强，其显著特点是砂岩碎屑颗粒受压力作用影响导致密度变大并且定向排列，软组分成分变形明显，储层物性逐渐变差（图1）。

图1 压实作用岩石显微特征

1.2 胶结作用

胶结作用在低渗特低渗砂岩储层当中也较为发育，且胶结物成分复杂，一般来说主要分为3种类型：碳酸盐岩胶结、黏土矿物胶结和硅质胶结。胶结作用对储层具有双重作用，一方面降低储层物性且大大增强储层的非均质性，另一方面提高了碎屑颗粒的抗压实能力。

1.2.1 碳酸盐岩胶结

碳酸盐胶结作用主要包括方解石、铁方解石、白云石、铁白云石等胶结作用。在成岩作用早期，长石类碎屑在酸性环境下溶蚀析出Ca2+。随成岩阶段进行到中成岩A期，储层开始向碱性环境过渡，游离于流体中的Fe3+向Fe2+转化，在还原环境中溶解于流体中的CO2与钙离子、二价铁离子及镁离子发生沉淀作用，形成铁方解石或铁白云石。

1.2.2 黏土矿物胶结

黏土矿物是反映低渗特低渗砂岩储层沉积环境、成岩演化指向、油气成藏条件的主要标志之一。与此同时，黏土矿物也是砂岩中一种较为重要的填隙物。其中，高岭石、绿泥石、伊利石胶结作用是储层成岩作用研究的重点。

1.2.2.1 高岭石

高岭石多充填于储层孔隙颗粒之间，扫描电镜下观察呈蠕虫状或书页状集合体。自生高岭石的形成同样对储层物性具有双重作用，一方面减小储层的孔隙度，另一方面与高岭石相伴生的溶蚀作用在一定程度上提高了储层孔隙度。

1.2.2.2 绿泥石

胶结过程中，绿泥石通常有2种存在形式：一种是成岩早期形成的、以垂直于颗粒表面生长的孔隙衬垫式生长；一种是成岩作用晚期形成的、以玫瑰花状孔充填在孔隙之间。

1.2.2.3 伊利石

通过铸体薄片及扫描电镜观察，伊利石通常呈丝状或搭桥状分布于颗粒之间，并且多与绿泥石、碳酸盐岩、硅质等相伴生（表1）。

1.2.3 硅质胶结

储层中最常见的胶结物是石英。石英的次生加大充填了储层的储集空间，使得储层孔隙度、渗透率降低，同时使得渗流能力变差，储层致密化加重。

1.3 溶蚀作用

前人研究认为，低渗特低渗砂岩储层当中的溶蚀作用主要与深部地层有机质成熟过程中产生的酸性流体介质有关[3]。

表1 伊利石结形成机制

随着泥岩的进一步压实，酸性介质逐渐进入相邻的砂岩当中，这使得砂岩中的易溶组分开始强烈溶蚀，因而形成了大量的溶蚀孔，这极大地改善了储层的物性（图2）。

图2 溶蚀作用岩石显微特征

1.4 交代作用

交代作用是一种矿物代替另一种矿物（2种矿物成分不同）的现象，在成岩作用任何阶段都有可能发生。交代作用主要反映了不同成岩时期自生矿物的生成次序，主要表现为原生矿物或早期胶结物被后期胶结物选择性交代[4]。

2 低渗特低渗砂岩储层成岩相研究

如今，国内外关于低渗特低渗砂岩储层成岩相的定义有着较大分歧，但大体主要涉及2个方面的研究内容，分别是在特定的成岩环境中形成的成岩产物，以及沉积物在埋藏过程中特定的物理和化学环境中，在一定因素的作用下（构造、流体），经历成岩作用和成岩演化阶段的产物[5]。

成岩相是沉积物在特定的成岩环境中形成的成岩产物的综合概括，其中包含了大量的地质信息，分别是成岩作用的过程、种类、成岩环境、成岩事件等。结合国内外专家学者的研究成果，可将成岩相在油气勘探中的应用归纳为以下几种类型[6-7]。

2.1 恢复储层的孔隙演化历史

由于低渗特低渗储层在埋藏过程中经历了十分复杂的成岩作用，因此其微观孔隙结构特征受成岩作用影响很大。不同沉积环境中的不同成岩相，由于经历了不同类型的成岩作用，其强度及类型也不尽相同，所以形成的储层孔隙结构及渗流特征也相差较大。对低渗特低渗砂岩储层成岩相的研究将有助于恢复储层的孔隙演化历史，进而为下一步的储层评价工作打好基础。

2.2 储层评价与预测

储层评价是油气田勘探开发过程中非常重要的一项工作，凭借对沉积相、构造相、成岩相的精准把握，就可以判断出研究区内优质储层及含油有利区的分布。一般来说，沉积作用和构造作用在宏观上控制着储层砂体的分布，而成岩相则控制着优质储层的分布。将成岩相进行剖面上和平面的上的分析解释，综合利用测井、录井、岩心分析实验、铸体薄片、扫描电镜等先进实验方法，就可对研究区优质储层进行评价和预测，从而对油气田勘探开发起到指导作用。

2.3 对层序地层学、岩相古地理学的指导作用

在层序地层学的研究当中，不同部位的层序以及层序界面的成岩现象具有一定的规律性，不同层序底层控制了不同成岩作用的类型和特征。因此可利用成岩相指导层序地层学的相关分析解释。在岩相古地理学科中，通过对成岩相的研究可为恢复古地理特征提供证据，也可为古地貌特征恢复提供解释。

3 结束语

通过对低渗特低渗砂岩储层成岩作用及成岩相的研究，认为主要的成岩作用类型有压实作用、胶结作用、交代作用和溶蚀作用，明确了成岩作用的主要类型及特征，并对成岩相的分类依据、方法、命名方案及应用方向进行概述。这为我国低渗特低渗油气田勘探开发奠定了坚实的基础，为油气田增储上产提供了可靠的依据。