渭北油田长3储层成岩作用及孔隙演化

2021-09-10百宗虎

油气·石油与天然气科学 2021年7期

百宗虎

摘要：本文通过薄片观察、扫描电镜及阴极发光等实验技术对渭北油田长3储层砂岩的岩石特征、成岩作用及孔隙演化进行了研究。结果表明：长3致密砂岩储层成分成熟度较低，结构成熟度中等-较高，主要发育岩屑长石砂岩，主要的成岩作用有压实作用、胶结作用和溶蚀作用。通过孔隙度的定量演化，结果表明压实作用是造成储集层致密化的最主要因素，使储集层孔隙度减少了23.6%，胶结作用对储集层物性的破坏次之，孔隙度损失约11.1%;后期的溶蚀作用对改善储层孔隙度具有一定的建设性作用，溶蚀作用增加的孔隙度平均为6.4%，压实作用和胶结作用对储集空间的破坏是导致储集层致密化的重要原因。

关键词：鄂尔多斯盆地;渭北油田;长3储层;成岩作用;孔隙演化

0概况

渭北油田行政上隶属于旬邑、宜君、黄陵县管辖;沉积构造位于鄂尔多斯盆地南缘，地处陕西省中部的黄土塬区，区域构造上位于鄂尔多斯盆地伊陕斜坡东南部，横跨伊陕斜坡和渭北隆起两个一级构造单元，区内构造表现为极平缓单斜，东高西低，倾向角在30°左右，断层不发育，无断块构造圈闭。

长3储层是渭北油田的主要产油层位，平均埋藏深度为550m，属于辫状河三角洲沉积体系，以岩屑长石砂岩、长石砂岩为主，油藏类型为岩性油藏。本文利用铸体薄片、扫描电镜、粒度分析、压汞实验等技术，对渭北油田长3储层砂岩的岩石特征、成岩作用及孔隙演化进行了研究，目的在于揭示储层的微观特征，为储层评价提供理论依据。

1储层基本特征

1.1岩石学特征

渭北油田长3储层致密砂岩储层成分成熟度较低，结构成熟度中等-较高，主要发育岩屑长石砂岩（61.82%），其次是长石砂岩（30.91%）、长石岩屑砂岩（7.27%）（图1）。碎屑组分中石英含量较高，一般为35%～55%，平均为45.49%;长石和岩屑含量相对较低，其中长石含量一般为22%～42%，平均为31.31%，岩屑含量一般为6%～29%，平均为17.75%。研究区岩屑成分较为复杂，变质岩岩屑（千枚岩、石英岩）、岩浆岩岩屑（电气石）和沉积岩岩屑（粉砂岩、粘土岩、云岩）均有出现，且变质岩岩屑含量相对较高。

1.2孔隙类型及结构

通过薄片鉴定结合扫描电镜、阴极发光资料可知，渭北油田长3储层孔隙类型为粒间溶孔和粒内溶孔及原生粒间孔，其中粒间溶孔占主要地位，含量为75.34%，残余粒间孔为21.12%，粒内溶孔为3.54%，平均面孔率为5.77%（图2）。而其中的原生粒间孔与溶蚀粒内孔，是决定砂岩储集性能的重要因素之一。毛细管压力曲线和孔隙结构参数特征显示，研究区砂岩喉道以细喉道和微细喉道为主，局部发育微喉道。

1.3物性特征

通过对33口取心井长3储层1770块样品的常规物性统计，孔隙度呈正态分布，主要分布于8-16%区间，平均12.2%;渗透率呈多峰状，一般小于1.0mD，平均0.76mD，属中-低孔致密储层。

2储层成岩作用

研究区长3储层虽然埋藏较浅，但是在其地质历史时期达到了较深的埋藏，经历的成岩作用较为复杂。本文以取心段岩心样品常规薄片和铸体薄片等微观特征观察为主，结合扫描电镜、全岩和粘土矿物X-衍射等分析资料，揭示长3储层主要处于中成岩阶段B期，在埋藏成岩过程中各种成岩作用对砂岩原生孔隙的保存和次生孔隙的发育都有一段的影响[2-4]，研究区主要的成岩作用有压实作用、胶结作用和溶蚀作用。

2.1压实作用

压实作用是使颗粒被压致密、原生孔隙度降低的重要原因之一，压实作用对储层物性的影响，与碎屑岩储集层的矿物成分和结构有关。压实作用一方面是使云母、泥质岩屑等软颗粒在上覆地层压力下变形、膨胀、弯曲，充填孔隙，降低储层的孔隙度和渗透率;另一方面是当上覆压力超过颗粒抗压强度时，使石英、长石等刚性矿物被压裂。

渭北油田长3储层主要表现为部分云母等塑性碎屑颗粒沿长轴定向分布且受挤压弯曲变形，经压实后，塑性岩屑如泥岩、石英岩、千枚岩等变形颗粒挤入孔隙，甚至造成假杂基产状，小颗粒嵌入大孔隙内，原生粒间孔隙快速降低以至消失。少见石英和长石等刚性颗粒的裂纹和破碎，压实后以颗粒支撑为主，原生粒间孔降低程度相对较少。

2.2胶结作用

胶结作用过程是沉积物转变为沉积岩的重要作用，也是使沉积层中孔隙度和渗透率降低的主要原因之一;渭北油田长3储层砂岩碳酸盐胶结和粘土矿物胶结最常见，硅质胶结以石英次生加大和自生石英晶粒充填孔隙的方式出现。

（1）碳酸盐胶结：包括早期方解石胶结和晚期铁方解石胶结，白云石和铁白云石胶结以及菱铁矿碳，酸盐胶结物广泛分布于渭北油田长3储层砂岩中，含量变化也较大0%-25%，平均為6.92%。成岩早期的碳酸盐胶结物晶粒一般较小，结晶程度较差，晚期碳酸盐胶结物一般含铁且晶粒相对较大。早期方解石相对平均含量约53.69%，为长3主要的碳酸盐胶结物，多为细晶结构，少为粉晶结构主要以孔隙式胶结充填于粒间孔隙中，常呈连晶形式产出，交代长石等碎屑颗粒边缘，偶见白云石胶结和交代;局部可见铁方解石零星充填粒间孔隙和交代碎屑颗粒边缘，相对平均含量15.69%，铁白云石胶结极少。

（2）粘土矿物胶结：研究区发育绿泥石、伊利石、高岭石、伊蒙混层等胶结，但以绿泥石为主（相对平均含量35.30%），其次是高岭石（相对平均含量32.96%）和伊利石（相对平均含量13.74%）胶结。绿泥石胶结主要以薄膜结构附于颗粒表面和以集合体充填于粒间孔隙等两种形式出现。其中绿泥石薄膜因吸附烃质组分成为沥青质，镜下观察为黑色。毛发状、丝状伊利石和书页状高岭石充填于粒间孔隙中，以及少量伊利石薄膜与绿泥石薄膜一同附着于碎屑颗粒表面。

（3）硅质胶结：在研究区发育较少，主要以自生石英产出的形式出现，其形成主要来源于酸性环境下钾长石溶蚀作用产生的SiO2。自生石英产出的形式较多，在研究区长3砂岩中主要以石英次生加大和自生石英充填于粒间孔隙两种形式为主，后者在绿泥石薄膜发育的粒间孔隙中较多见，当自生石英晶体较多时可将粒间孔隙改造成晶间孔。

2.3溶蚀作用

溶蚀作用是引起次生溶蚀孔隙发育的主要成岩作用，对改善岩石的储渗性及其有利，可将差储层改造成好储层。在同生、埋藏及表生成岩环境中均可发生溶蚀作用，埋藏成岩环境的溶蚀作用常常是产生储层溶蚀孔隙的主要环境。

研究区长3储层的胶结物、碎屑颗粒等均有程度不同的溶蚀作用，扫描电镜和薄片观察中常见溶蚀微孔隙，多见于长石颗粒的表面及内部的溶蚀，其次为岩屑的溶蚀，碳酸盐胶结物的溶蚀极少。长石及早期钙质胶结物被溶蚀，形成粒内溶孔、粒间碳酸盐岩胶结物溶孔，改善了储层物性;溶蚀作用在颗粒分选较好、存在一定残余粒间孔的水下分流河道砂岩中较发育。

3储层孔隙演化

前人针对渭北地区成岩作用和孔隙演化进行过研究，但是对孔隙演化多只是定性分析或推论，缺乏定量的计算依据和方法。为此，本文在统计长3储层不同孔隙类型、胶结物含量的基础上，通过恢复砂岩储层的初始孔隙度（φ初始）[5-8]，按照成岩序列演化的先后顺序及成岩作用类型，依次计算出砂体经过压实作用、胶结作用及溶蚀作用之后孔隙度的损失情况，来定量描述现今孔隙度的大小，其基本公式为：

φ剩余=φ初始-φ压实损失-φ胶结损失+φ溶解增加（1）

3.1初始孔隙度

目前，预测初始孔隙度的数学模型中，最为普遍的计算方法为利用Trask分选系数求取初始孔隙度，即砂体沉积后的原始孔隙度，可以根据公式（2）计算出：

φ初始=20.91+22.9/S0 （2）

式中S0——Trask分选系数，为粒度累计频率曲线上25%（R1）和75%（R2）处粒径之比的平方根。

根据公式（2）计算了渭北油田内10个砂岩样品的初始孔隙度（表1），从计算结果来看，砂岩初始孔隙度在36.3%-39.9%，平均为39.1%，初始孔隙度变化不大。

3.2溶解增加孔隙度

根据岩心分析、薄片分析的10个样品对溶解增加的孔隙度（即目前溶孔孔隙度）计算得到储层溶解增加的孔隙度平均为6.4%。

3.3胶结损失孔隙度

胶结作用减孔量可以约等于砂岩中胶结物的含量，这些胶结物占据一定的空间，这些空间为砂岩沉积时的孔隙或者后期溶蚀作用改造形成的孔隙被沉淀下来的胶结物所占据，造成砂岩中孔隙减少，孔隙度降低。根据10个样品的物性和薄片鉴定数据，胶结物含量为6%～26%，平均含量为11.1%，因此胶结损失孔隙度平均为11.1%。

3.4压实损失孔隙度

在考虑胶结作用与溶蚀作用的基础上，可以估算出压实作用减孔量，根据式（1），目前剩余孔隙度（即岩心分析孔隙度）等参数均已知，因此可以计算出压实损失孔隙度平均为23.6%。

3.5储层孔隙演化

依据研究区成岩阶段划分结果，研究区砂岩储层归入中成岩阶段B期。结合配套的岩心分析、薄片鉴定资料，确定渭北油田长3储层孔隙演化特征：即砂岩埋藏初始孔隙度平均为39.1%，颗粒呈点状接触，粒间孔隙为原生孔隙且部分开始被压实，压实作用导致砂岩孔隙损失平均为23.6%;接着胶结作用开始发育，出现石英的次生加大，方解石胶结物、碳酸盐矿物等充填孔隙，造成孔隙减少，长石、岩屑和碳酸盐等被大量溶蚀。在胶结作用下，砂岩孔隙损失平均为11.1%，即砂岩在所有破坏性作用下仅保留了4.4%的原生孔隙;同时，在溶解作用下砂岩孔隙度有所增加，增加了约6.4%的孔隙体积;目前储层孔隙度在10.8%左右。上述成岩演化过程最终形成了现今的储层孔隙特征。

4结论

（1）长3储层致密砂岩储层成分成熟度较低，结构成熟度中等-较高，主要发育岩屑长石砂岩。储层平均孔隙度为12.2%，平均渗透率为0.76mD，属中-低孔致密储层。

（2）研究区孔隙类型为粒间溶孔和粒内溶孔及原生粒间孔，其中粒间溶孔占主要地位，喉道总体以微细喉道为主，孔喉分选差。

（3）研究区主要的成岩作用有压实作用和胶结作用，是主要的破坏性成岩作用;溶蚀作用主要的建设性成岩作用。

（4）孔隙演化结果研究表明，储集层平均初始孔隙度为39.1%，压实作用造成的平均孔隙度损失为23.6%，胶结作用减少的平均孔隙度为11.1%，溶蚀作用增加的平均孔隙度为6.4%。

（5）压实作用和胶结作用对储集空间的破坏是导致储集层致密化的重要原因。

参考文献

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