辽河断陷高升油田L5～L6储层成岩作用研究

2022-03-17朱昭昭

中国锰业 2022年1期

朱昭昭

(长江大学地球科学学院，湖北荆州 434021)

1 区域地质概况

高升油田的构造位置处于辽河裂谷西部凹陷西斜坡北端断鼻构造带(见图 1)，是在斜坡上由古隆起发育起来的由北西方向向东南方向倾没的单斜构造带[1]。主要含油层系为高升油层，油气资源丰富，2013年对高二、三区进行了储量复算，复算含油面积大约为15.26 km2，石油地质储量约为 8 314.4×104t。研究区高3-6-18井发育扇三角洲沉积，目的层为沙河街组L5～L6油层[2]，主要的含油岩性为含砾不等粒砂岩和砂砾岩，分选磨圆差，砂体厚度大，为厚层块状稠油油藏。

图1 高升油田平面位置

2 储集层物性特征

2.1 岩性特征

辽河西部凹陷沙沙河街组L5～L6储层以含砾不等粒砂岩和不等粒砂岩为主。通过对高3-6-18井砂岩薄片镜下碎屑组分的含量进行估算(见图2)，碎屑总量平均含量为94.8%，填隙物平均含量为5.2%，鉴于填隙物含量小于10%，认为均为纯净砂岩。碎屑成分主要为石英、长石以及变质岩屑，中、酸性喷出岩屑次之，沉积岩屑、云母片最少。其中石英平均含量为30.45%，钾长石平均含量16.85%；斜长石平均含量为13.35%，变质岩屑平均含量为27.0%。钾长石以正长石、微斜长石为主，蚀变程度轻—中等；斜长石双晶发育，蚀变程度深，个别斜长石已泥化，长石普遍具裂纹和颗粒裂缝。反应处岩石成分成熟度较低，搬运距离较短，近物源分布。

图2 高3-6-18井5、6砂体薄片鉴定成分含量

2.2 物性特征

根据高3-6-18井取心井段L5～L6储层的孔隙度和渗透率统计分析(见图3)，孔隙度主要分布在15%～25%，平均为21.2%；渗透率主要分布在500×10-3～2 000×10-3μm2，次要分布区间为2 000×10-3μm2以上，其中小于100×10-3μm2的样品仅占总样品数的2%，大于5 000×10-3μm2的样品占总样品数的4%，渗透率平均值为1 376×10-3μm2。依据油田物性的划分标准将储层物性划分为中—高孔，特高渗、高渗及中渗的范畴。而孔隙度与渗透率无明显的相关性，仅少数渗透率小于1 000×10-3μm2的样品与孔隙度有较好的相关性。

图3 高3-6-18井5、6砂体孔隙度与渗透率关系

3 成岩矿物种类

3.1 黏土矿物

高3-6-18井取心井段中常见的黏土矿物有蒙脱石、伊利石和高岭石等。主要特点如下。

钙-蒙脱石和钠-蒙脱石的矿物形态多为蜂窝状和网状，以孔隙衬垫式和充填式产出；伊利石的黏土矿物形态呈丝缕状或者鳞片状，以衬垫式产出；高岭石的主要单晶形态为假六方片状，而其集合体呈团块状或者书册状，包括孔隙式和衬垫式2种产出方式。通过X衍射测得莲5～6储层的黏土矿物的主要类型有3种(见表1)，其中蒙脱石为主要成分，伊利石和高岭石的含量较少。蒙脱石的相对含量在82.1%～96.2%之间，平均相对含量为90.2%；伊利石相对含量在2.4%～9.1%之间，平均相对含量为4.4%；高岭石的相对含量在1.1%～12.1%间，平均相对含量是5.35%。

表1 X-衍射黏土矿物相对含量

黏土矿物中蒙脱石具有较强的水敏性，吸水后体积变大，岩石孔隙被堵塞，对储层的破坏性非常大。而钙-蒙脱石和钠-蒙脱石是按照层间可交换的阳离子类型进行划分的，其中钠-蒙脱石对储层的影响尤其大，富钠的蒙脱石在遇到水后，体积可增大到原来的6～10倍，孔隙喉道被严重堵塞，渗透率降低，甚至可能伴随微粒迁移，进一步损害储层孔隙结构。其中6砂体的黏土矿物以钠蒙皂石为主，论蒙脱石对储层的破坏程度6砂体比5砂体强。

3.2 碳酸盐矿物

在研究区可观察到各种由于成岩作用所生成的胶结物，分布较多且具有代表性的是碳酸盐胶结物，比如方解石、铁白云石和菱锰矿等。薄片和扫描电镜下常见方解石、铁白云石。其中方解石、铁白云石多为粉—隐晶，星散分布，扫描电镜下呈菱面体堆积在碎屑表面；仅部分薄片中见到方解石。在不同的成岩阶段，胶结物有着不同的形态和特征，胶结物的大量富集，会使孔喉堵塞，孔隙体积缩小，对储集层起破坏性作用。

4 成岩作用类型及特点

松散的沉积物转化为固结岩石必须经过成岩作用过程。沉积物经过成岩作用改造后其体积变小，孔隙度下降。依照作用方式和机理的不同将成岩作用分为机械压实作用、化学压实作用、溶解作用和构造作用4种类型。

4.1 机械压实作用

机械压实作用是以沉积物负荷压力为主导的一种物理作用，其作用结果主要有2种表现形式：①由沉积物脱水以及脱气引起的岩石致密性增强、孔隙度变小；②是碎屑颗粒的重新排列分布。颗粒间的接触关系也会随着机械压实作用的不断增强发生变化，其中点接触呈减少趋势，反之，线接触和凹凸接触呈增加趋势，常有颗粒变形同时发生，塑性颗粒和刚性颗粒的变形方式表现不一，诸如火山岩屑类的塑性颗粒发生压扁、弯曲甚至变成不规则形状等，而诸如石英、长石类的刚性颗粒会发生碎裂以及位移等变形。所以认为碎屑岩的结构组成对岩石的抗压能力起决定性作用，通常认为，在相同的外界条件下，塑性颗粒含量越高、基质越发育、分选差的砂岩，其成岩作用过程中机械压实作用较强。取心井段压实后孔隙损失最大量为25.9%，最小量为18.1%，损失量平均20.61%，其中6砂体的损失量高于5砂体，对应压实强度为中等压实，对储集层物性起破坏作用。高3-6-18井5、6砂体孔隙演化数据见表2。

表2 高3-6-18井5、6砂体孔隙演化数据

4.2 化学压实作用

化学压实作用包括化学沉淀作用和交代重结晶作用，化学压实作用的本质是在岩石中形成新的矿物，其中岩石密度由于化学反应的存在呈减小趋势，新矿物多以衬垫式、加大式或充填式等方式占据原来的砂岩孔隙，其结果为岩石体积不变，但孔隙度下降、成岩强度增大。取心井段胶结物以黏土矿物为主，并含有少量碳酸盐，孔隙损失最大量为8.4%，最小量为3.8%，平均损失量为5.82%，其中6砂体的损失量高于5砂体。化学压实作用对于储集层结构起破坏作用，孔喉被堵塞，不利于原生孔隙的保存。

4.3 溶解作用

孔隙流体与岩石中某些组分发生反应，使原有矿物变为可溶离子，并随孔隙流体一起迁移的过程称为溶解作用。在成岩过程中，溶解作用对次生孔隙的生成有着一定的贡献作用[3]。岩石中的许多组分，例如长石、岩屑或者一些重矿物碎屑物，甚至岩性比较稳定的石英，在成岩演化阶段都可能被溶解生成次生孔隙，研究区高3-6-18井长石含量较高，经溶解作用后增加的孔隙量最大为1.9%，最小为0.4%，平均为1.15%，其中6砂体的增加量低于5砂体。研究区溶解作用对于储层物性起着一定的改善作用。

4.4 构造作用

构造作用是岩石受外力影响进而产生裂缝的过程。研究区储层多为未固结—半固结状态，埋深较浅，岩石的塑性比较强，构造作用不易产生裂缝。因此，构造作用对研究区储层改造的影响并不明显。

5 成岩作用阶段

5.1 自生矿物演化序列

在成岩作用期间，岩石组分与孔隙流体之间会发生反应生成自生矿物，在不同的成岩演化阶段有着不同的孔隙流体，因而成岩作用期间生成的自生矿物及其矿物组合存在着差异性，可以通过观察这些矿物的特征来判断当时沉积的物理化学条件[4]，所以自生矿物可以作为成岩演化阶段的“化石”。前人根据辽河油田下第三系储层现存的成岩迹象和成岩矿物之间的关系，将储层划分为4个主要的成岩演化阶段。高3-6-18井取心井段仅对应第一阶段和第二阶段。

第一阶段，该时期形成的矿物均为成岩早期矿物，其特征为孔隙流体为碱性且埋藏较浅，常在碎屑颗粒表面形成绿泥石、黄铁矿等，同时火山玻璃和火山灰等转化为蒙脱石，相当于早成岩A期。

第二阶段，该时期长石和岩屑等组分出现十分明显的溶蚀现象，孔隙流体为酸性，石英在孔隙衬垫式外部次生加大生长，逐渐向混层转化，伴有蒙脱石脱水以及大量高岭石晶体的生成，相当于早成岩B至晚成岩A期。

5.2 成岩相带

成岩相带指在特定的成岩环境中，一种及以上的成岩矿物在碎屑岩储层中的纵向富集范围。辽河盆地下第三系持续埋藏体系由浅至深可划分为6个成岩相带[5]：①弱胶结带；②早期绿泥石—晶粒状碳酸盐成岩相带；③自生石英—高岭石成岩相带；④自生石英—晚期碳酸盐成岩相带；⑤自生石英—自生长石—高岭石成岩相带；⑥自生石英—伊利石成岩相带。该井取心井段处于自生石英—高岭石成岩相带。

自生石英—高岭石成岩相带，与第一次孔隙发育带相对应，埋深范围1 600～2 700 m，成岩自生矿物包括呈孔隙充填式和加大式产出的早期绿泥石、晶粒状碳酸盐、黄铁矿、高岭石和自生石英等。该成岩相带极具代表性的成岩矿物组合为自生石英和高岭石，岩石多为半固结状态。

5.3 成岩阶段划分

确定成岩阶段的主要依据有：该井取心井段在1 597.0～1 725.6 m间，对应的古地温在60～85 ℃间，有机质热演化未成熟。黏土矿物以钙-蒙脱石和钠-蒙脱石为主，伊利石、高岭石含量低。自生矿物演化序列研究结果表明，成岩矿物均为成岩早期矿物。成岩相带为自生石英—高岭石成岩相带。机械压实作用中等，胶结作用弱，溶解作用弱。上述特点表明高3-6-18井取心井段2个砂岩组成岩阶段都相当于早成岩A～B期。