鄂尔多斯盆地延长组长8油层浊沸石对储层影响因素

2024-01-12刘国文胡望水李希元雷中英付炜石桓山

科学技术与工程 2023年34期

刘国文, 胡望水, 李希元, 雷中英, 付炜, 石桓山

(长江大学地球科学学院油气资源与勘探技术教育部重点实验室, 武汉 430100)

中国致密砂岩资源丰富,储层非均质性强广泛分布在四川盆地、鄂尔多斯盆地、塔里木盆地、准格尔盆地,致密砂岩主要受到成岩作用和沉积作用所影响[1-2]。沉积作用主要是岩石矿物的原生孔隙度以及储层质量,成岩作用对油气聚集控制更明显。

许多学者系统地研究了浊沸石在典型盆地溶蚀后使储层连通性变好产量提高,如准格尔盆地、松辽盆地、鄂尔多斯盆地都含有大量的浊沸石矿物不断地发现并取得了重大突破使产量增加[3-4]。沸石矿物含Na、Ca型结构的铝硅酸盐矿物,由瑞典矿物学家克朗斯在1756年提出用火烧会沸腾而起名沸石矿物,在全世界发现40多种类型。而浊沸石矿物被认为是影响储层改造油气和压裂关键作用之一,浊沸石对油气成藏还具有一定的指导意义。目前针对延长组北部地区浊沸石对储层影响富集作用研究较少,即使有学者提出浊沸石对储层致密化也主要归纳在沉积、成岩、演化、构造、油藏等方面来研究[5-10]。

研究人员发现不同沉积时期砂体分布具有控制作用。而鄂尔多斯盆地致密砂岩研究工作主要集中在盆地伊陕斜坡中部与晋西挠褶皱带这一部分,而对南部地区研究较少,鄂尔多斯盆地延长组中有大量的浊沸石并改善了储层物性[11-16],浊沸石形成后会形成大量的次生孔隙,对储层有着很大的改善,还有一部分研究人员发现浊沸石易溶蚀,溶蚀后的浊沸石周边会形成大量的孔隙从而改善了储层的连通性以及增孔非常明显。

前人在鄂尔多斯盆地三叠系延长组开展储层物性、粒度、扫描电镜、X射线衍射、恒速压汞等方法,综合定量化评价致密砂岩过程中孔隙度、渗透率演化特征得出了浊沸石胶结会使储层在成岩时期致密化、浊沸石胶结容易受到地下水及渗流的溶蚀、后期溶蚀可为油气提供搬运通道改善储层空间未发生胶结的浊沸可形成物性遮挡边界层[17-19]。

现利用扫描电镜、X衍射、恒速压汞等研究方法, 结合浊沸石的特点对储层的影响因素岩石学特征、空间展布特征及规律,为延长组和其他类型盆地浊沸石提供勘探理论依据及指导。

1 区域地质概况

鄂尔多斯地区是中国第二大沉积盆地,同时也是最早进行勘探开发大型含油气的盆地之一。安塞区块位于伊陕斜坡上,西临天环坳馅,东部为晋西挠褶带,北部伊盟隆起,南部渭北隆起(图1)。安塞地区主要在伊陕斜坡内,长8段岩石孔隙度在10%～15%绝对值属于低孔,渗透率<1×10-3μm2,IIa范围在0.5×10-3～1.0×10-3μm2为超低渗。同时研究区内赋存大量浊沸石胶结使致密砂岩在储层中有着低孔超低渗的特点,但是在现在技术中油田可以进行开发,它属于一种非常规石油资源,开采度很高。

来自长庆油田研究院图1 研究区位置及长8沉积背景Fig.1 Location of study area and sedimentary background of Chang 8

2 浊沸石岩石学特征

沉积岩中浊沸石主要发育在富含在陆相或海相的碎屑岩中,以长石砂岩、长石岩屑砂岩和岩屑长石砂岩为主。延长组地区也包含这几种矿物的存在,浊沸石矿物主要赋予黏土矿物中粒长石砂岩、细粒长石砂岩中核岩屑长石砂岩。由于浊沸石主要为含铁矿物通常呈现红色、淡红色。

浊沸石在安塞地区发育大量胶结物,而胶结物影响着孔渗使孔渗变差。碳酸盐胶结作用在安塞地区长8油层中也是常见的砂岩储层,碳酸盐胶结物的发育占据了孔隙,缩小喉道或充填喉道,降低了岩石的孔隙度和渗透率从而使储层物性变差。碳酸盐胶结物主要由菱铁矿、方解石、铁方解石、白云石、铁白云石,随着埋深的增加,压实作用导致较粗的晶体充填在粒间孔隙当中,形成镶嵌结构,如图2(a)和图2(b)所示。白云石与铁白云石晶粒较小,充填粒间孔隙中或铁方解石中,宁153井与新105井镜下常常以零星状等形态充填在粒间孔中,如图2(c)和图2(d)所示。

图2 安塞地区长8成岩作用Fig.2 Diagenesis and pore evolution of Chang 8 in Ansai Area

硅质胶结中沉积盆地中硅质胶结温度形成温度在60～145 ℃成岩早期或者晚期硅质胶结都可以发生[12-13]。石英次生加大硅质胶结占0.21%,石英加大颗粒边会出现一圈黑色的线,如图2(e)和图2(f)所示,围绕着石英颗粒的边缘沉淀、生长,石英次生加大常见在河道砂岩中。分析发现溶蚀浊沸石和充填原生粒间孔的浊沸石、成分上没有很大区别,可以说明早期与晚期形成浊沸石成分变化不大。

3 储层微观孔隙结构特征

岩心物性分析统计,长8储层孔隙度9.81%～11.25%,平均10%左右,渗透率0.31～1.55 mD。安地区塞长8储层面孔率均值在5.79%,孔隙最为发育。残余粒间孔绝对值是3.7%,相对值为63.90%,粒间溶孔绝对值为0.1%,相对值1.73%,长石溶孔绝对值0.63%,相对值10.88%,岩屑溶孔0.26%,相对值4.49%,杂基溶孔绝对值0%,相对值0%,沸石溶孔绝对值0.53%,相对值9.15%,晶间微孔绝对值0.32%,相对值5.53%,碳酸盐溶孔0.01%,相对值0.17%,微裂隙绝对值0.24%,相对值4.15%,总合计安塞地区长8储层面孔率100%,可见安塞地区杂基溶孔无。而安塞地区含油较多的浊沸石溶孔,占面孔率相对含量的9.15%。

通过统计浊沸石对岩石矿物中存在明显的耦合关系,进一步说明了浊沸石在碎屑中呈点状接触胶结现象,压实程度低等特点。

4 储层孔隙类型及特征

4.1 孔隙分布特征

岩石内部孔隙形状均一,铸体薄片下的孔隙边界清晰,由于原生粒间孔隙为主要孔隙类型,含量非常高,而分选系数在46.73%分选较好。安塞地区孔隙度含量在10%～15%,渗透率在1×10-3μm2储层分类为低孔-超低渗[图3(a)],长8砂体渗透率平面展布特征与孔隙度相似。安塞地区长8砂岩储层中储集非常好[图3(b)],砂体发育。随着孔隙的变化安塞地区随着深度的增加,层位向下,平均孔隙度逐渐的减低,主要分布在红井子-新庄-堡子湾-铁边城-吴仓堡一带(图3)。

图3 安塞地区长8储层扫描电镜喉道特征Fig.3 Throat characteristics of Chang 8 reservoir in Ansai area under scanning electron microscope

4.2 喉道特征

安塞地区似断面状喉道为常见类型,在高20井深度在1 802.90 m扫描电镜发现,碎屑颗粒之间非常紧密[图3(a)],从而使得喉道之间变窄,容易使孔喉之间大小差异变大这类喉道的孔隙结构在扫描电镜下观察孔隙较大,喉道窄,孔喉直径大。而砂岩有较高的孔隙度,渗透率非常低,这类喉道在安塞地区长8储层中非常常见[图3(a)]。管束状喉道在安塞地区出现较少,薄片上为斑状结构,颜色为红褐色。在[图3(b)]中很难观测到,许多的管束喉道结合体特征,在安塞地区长8储层中孔隙度为中等,渗透率超低,由此可推断出安塞地区为低孔-超低渗,砂岩发育长8储层为非常好的致密油储层(图3)。

5 浊沸石胶结作用

浊沸石胶结作用在安塞地区是特有的胶结作用矿物主要发育长8储层中,图4(a)中的岩心照片浊沸石呈含油斑点状分布高61井深度1 410.37 m,黑色部分为含油部分,白色部分为浊沸石胶结作用,图4(b)为浊沸石溶蚀含油斑点状分布新105井深度在1 817.53 m其中黑色斑点分布均匀为含油,浅色部分为浊沸石胶结作用,图4(c)为浊沸石胶结物连晶充填孔隙在40倍镜下观测薄片为高61井深度在1 415.25 m含有较高的连晶胶结物,分布少量的溶蚀残余胶结物,图4(d)为安塞地区新105井深度为1 825.75 m,可见灰白色长石,交代的长石与长石溶孔现象,由此可以得出安塞地区长8储层中无论是浊沸石对电子探针还是对溶蚀残余的浊沸石还是充填次生孔隙浊沸石等,其中浊沸石的成分没有变化,说明岩石在成岩作用时,早起与晚期形成的浊沸石成分没有明显的变化,可以看出安塞地区发育浊沸石胶结物(图4),说明安塞地区储层发育非常好适合储集油气,为安塞地区致密油勘探做出了有利的证据。

图4 安塞地区长8储层浊沸石胶结作用Fig.4 Cementation of laumontite in Chang 8 reservoir in Ansai area

6 储层孔隙度致密演化分析

成岩作用是对原生孔隙的破坏,从本质上改变了原有的分布规律及其演化特征,影响了长8储集特征,促进了次生孔隙使储层储集性更好,形成有利的储层空间,成岩作用控制着储层的物性发育,同时也有着建设性与破坏性。

根据前人研究发现,储层的孔隙致密是由于受到了流体、埋深、沉积、构造、碎屑组分、时间、压实等诸多因素所导致。同时也受到了成岩作用序列反应成岩其次演化,运用了埋藏史、地热史,构造对致密机理进行研究,基于前人研究的基础之上本文研究对成岩构造演化成岩其次孔隙度对成岩的作用进行研究,综合评价了安塞地区长8段古今孔隙度演化史,用于研究长8段量化表示孔隙致密成因机理奠定基础(图5)。

图5中可以划分为3个阶段:机械压实、压实胶结、增孔减孔阶段,判断以上标准分别用胶结物和次生孔隙来作为标准判定。根据图5的成岩序列、构造演化史以及油气成史可以看出,早成岩阶段A期发生在碎屑岩埋藏成岩作用的最早时期,该期古常温至65 ℃,有机质尚未成熟,其镜质体反射率Ro<0.35%,最大热解峰温Tmax<430 ℃,热变指数TAI<2.0。伊蒙混层中蒙皂石含量(混层比)在70%以上。该期的主要成岩作用是机械压实作用,胶结作用相对较弱,成岩矿物主要是粒表浊沸石。溶蚀作用相对较弱。

早成岩阶段B期是碎屑岩埋藏成岩作用的第二个时期,该期古温度范围65～85 ℃,有机质处于半成熟阶段,镜质体反射率Ro在0.35%～0.5%,最大热解峰温Tmax为430～435 ℃,热变指数TAI为2.0～2.5。伊蒙混层中蒙皂石含量(混层比)在70%～50%。该期机械压实作用逐渐减弱,胶结作用逐渐变强,成岩矿物中开始出现自生石英、自生高岭石和早期碳酸盐矿物。,生油阶段地层逐渐成熟,排除有机酸(图6)。

该期古温度范围85～140 ℃,有机质处于低成熟-成熟阶段,镜质体反射率Ro在0.5%～1.3%,最大热解峰温Tmax为435～460 ℃,热变指数TAI为2.5～3.7。伊蒙混层中蒙皂石含量(混层比)50%～15%。该期成岩作用以胶结和溶解作用为主,自生石英、自生长石、自生高岭石、自生绿泥石、自生伊利石和碳酸盐矿物等成岩矿物都有发育。长石、岩屑等颗粒次生溶孔发育。