鄂尔多斯盆地下寺湾区山西组胶结作用及对储层物性的影响

2022-04-24王凤琴

河北地质大学学报 2022年2期

孙震,王凤琴

西安石油大学 a.地球科学与工程学院、b.陕西省油气成藏地质学重点实验室,陕西西安 710065

0 引言

中国鄂尔多斯盆地天然气勘探始于20 世纪80 年代,随着新的突破与进展,开始向上古生界砂岩致密气转变,目前致密气已经成为非常规天然气勘探的重要部分[1]。中国致密砂岩气分布面积大,储层以岩屑砂岩、长石砂岩为主[2,3]。下寺湾区山西组总体发育三角洲相沉积和滨浅湖相沉积[4],主要经历了压实作用、胶结作用和溶蚀作用。研究区山西组胶结物类型多样,胶结作用普遍发育,对储层的物性有一定的影响[5],该地区山西组胶结作用对物性的影响研究比较少。本次研究通过岩心资料、铸体薄片,扫描电镜,黏土矿物分析等方法,对山西组的胶结物的特征、胶结作用类型、物性特征以及胶结作用对物性影响进行研究。

1 区域地质概况

鄂尔多斯盆地是中国第二大沉积盆地,盆地内天然气含量极其丰富,盆地内部被分为6 个一级构造单元,包括伊盟隆起、伊陕斜坡、渭北隆起、西缘逆冲带、天环凹陷、和晋西挠褶带,其中伊陕斜坡是天然气主要富集的构造单元[6]。近年来,鄂尔多斯盆地东南部天然气勘探也取得了新的进展,通过对研究区山西组胶结作用的研究,分析对储层物性产生的影响,对进一步研究有重要指导意义,图1 为研究区地理位置。

2 储层特征

2.1 岩石学特征

2.1.1 岩石类型

通过对研究区6 口井,69 个砂岩样品的碎屑成分及含量统计,研究区山西组的岩石类型主要以中粒岩屑砂岩为主,岩屑石英砂岩次之(图2)。其中碎屑颗粒含量平均为90%,成分以石英为主,平均为70.4%,其次为岩屑,平均为26.8%,长石含量极少,平均为2.8%;岩屑是变质岩岩屑为主,千枚岩,片岩等次之。黏土矿物以高岭石,绿泥石,水云母为主,部分见铁泥质、凝灰质。碳酸盐胶结物主要有方解石、铁方解石、白云石、铁白云石等。

2.2 填隙物特征

研究区填隙物中方解石和泥铁质含量较高,其次为水云母和绿泥石(图3)。胶结类型以孔隙型胶结为主,颗粒之间以点接触为主,其次为线接触,并且主要被绿泥石、泥铁质等充填,泥铁质分布不均匀,部分绿泥石呈薄膜状包裹颗粒。

图1 研究区地理位置Fig.1 Geographical location of the study area

图2 山西组砂岩分类图Fig.2 Sandstone classification map of Shanxi Formation

2.3 储层空间类型

研究区孔隙类型以各类溶孔为主,其中山西组岩屑溶孔最为发育,其次为长石溶孔[7],碳酸盐溶孔也相对发育,除此之外还有少量晶间孔[8,9]。

图3 山西组填隙物含量Fig.3 Interstitial content of Shanxi Formation

2.4 储层物性特征

对研究区山西组物性进行统计得出,山西组孔隙度主要为0.15%～4.94%,平均孔隙度为2.52%;渗透率主要为0.008×10-3μm2～0.034×10-3μm2,平均渗透率为0.044×10-3μm2,根据岩样统计结果,山西组的孔隙度和渗透率具有一定的正相关性,见图4。

图4 山西组砂岩孔渗关系图Fig.4 The sandstone porosity and permeability diagram of Shanxi Formation

3 胶结作用及对储层物性的影响

3.1 胶结作用

研究区山西组储层的胶结物主要有自生黏土矿物、硅质、碳酸盐等,以钙质胶结为主,硅质胶结次之,钙质胶结主要为铁白云石胶结,铁方解石胶结次之[10],硅质胶结则多以石英颗粒边缘出现次生加大边为主,局部可见石英颗粒连晶现象[11]。

黏土矿物是研究区重要的胶结物,一般由火山物质等蚀变而来或者由已经存在的黏土矿物在特定的环境下向另一种矿物的转化[12]。也存在孔隙介质中的离子沉淀而形成的自生黏土矿物[13]。该区山西组黏土矿物主要类型有高岭石、绿泥石、水云母、凝灰质等。高岭石在该区山西组含量较少,平均含量为0.83%。高岭石的来源形式有两种,其中一种是自生高岭石,常分布于孔隙中。高岭石晶间孔也较为发育[14],是主要的储集空间之一[15]。伊利石平均含量为2.14%,在储层中普遍发育,伊利石胶结充填于孔隙之间,使得有效孔隙度和渗透率降低。绿泥石平均含量为2.12%,在扫描电镜下观察,绿泥石呈片状分布。绿泥石对储层孔隙的影响具有双面性[16],一方面由高岭石转化而来的绿泥石,早成岩阶段绿泥石黏土膜分布在孔隙边缘,对石英的胶结作用起到了一定的抑制作用,残余粒间孔得到一定保存。另一方面绿泥石发育的晶间孔受到溶蚀作用而形成的次生溶孔会对储层的喉道产生影响,使储层的渗透率降低[17]。

碳酸盐胶结物在研究区发育,主要成分为方解石,铁方解石、白云石、铁白云石等(图5a,5b),在砂岩成岩过程当中有重大的影响,碳酸盐胶结在伴随砂岩成岩过程当中,成岩早期常见方解石胶结和白云石胶结,晚期常见铁方解石、铁白云石胶结,早期方解石以细晶和粉晶为主,也见连晶。随着碳酸盐胶结物含量的增加,储层的孔隙度越低,对储层的破坏作用越大[18]。山西组方解石含量约为3.43% 。铁方解石含量为1.03% 。一些碳酸盐胶结物分布在粒间孔中,部分以嵌晶胶结的形式发育,充填在孔隙中的铁方解石或铁白云石会使储层孔隙度减少[19]。

图5 山西组常见胶结作用Fig.5 Common cementation in Shanxi Formation

硅质胶结作用是山西组常见的胶结作用之一(图5c,5f),在成岩演化过程当中,硅质胶结作用是颗粒粒间孔隙减少的重要原因[20]。石英次生加大现象普遍存在,孔隙介质中的SiO2会在石英颗粒的周围沉淀,形成次生加大边。其中的SiO2来源于一些黏土矿物的转化或者长石、石英颗粒的压溶作用。目的层砂岩中常见一期石英加大边,部分可见二期石英加大边。另一种为自生石英晶体在充填孔隙,从而堵塞喉道,破坏储层的物性[21]。溶解作用属于建设性成岩作用,对研究区储层储集性能的提高有重要作用[22]。山西组为煤系地层,有机酸的大量生成导致溶蚀孔隙普遍发育[23]。砂岩中普遍存在长石、岩屑、黏土矿物、碳酸盐矿物等都会发生不同程度的溶蚀[24]。通过铸体薄片镜下观察,研究区山西组存在次生孔隙,以溶蚀孔隙为主,可见长石颗粒的溶蚀,岩屑的溶蚀和方解石的溶蚀[25]等(图5d)。胶结物的含量越多,对储层的储集性能造成的影响越大[26],一般常用胶结率来定量表示胶结作用对砂体孔隙型的影响[27]:

胶结率= (胶结物含量/原始孔隙体积) /100%

由此得出胶结率为24.3%。

3.2 对储层物性的影响

对研究区砂岩样品研究发现,山西组硅质胶结体积分数分布有一定的阶梯性,总体上与孔隙度成负相关,硅质胶结物很少能被溶蚀掉,从图6 看出,随着硅质胶结物含量的增加,孔隙会被大量的硅质胶结物充填,使得储层孔隙度变小,渗透率降低,储层的物性变得较差[28]。相对于硅质胶结物,黏土矿物的存在也对储层物性有一定影响。从图7 可以看出,随着黏土矿物含量的增加,储层的孔隙度变得越来越小,整体呈现递减的趋势,说明黏土矿物对储层物性起到破坏性作用。此外,碳酸盐胶结物普遍发育,根据图8 和图9 统计结果显示,研究区碳酸盐胶结物与储层物性呈负相关,碳酸盐胶结物体积分数分布比较集中,可以得出碳酸盐相对含量大于3%时,孔隙度和渗透率随着胶结物含量增加而减小。反映出碳酸盐胶结物对储层物性有很明显的影响,是造成储层孔渗变差的重要因素。