陳 俊 丁曉琪 梁小龍 胡玉川 江 琦 張?jiān)伱?/p>

（1.成都理工大學(xué)能源學(xué)院，四川 成都 610059；

2.“油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程”國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室·成都理工大學(xué)，四川 成都 610059；

3.西南石油大學(xué)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，四川 成都 610500）

金山氣田沙河子組成巖作用對(duì)儲(chǔ)層物性的影響

陳 俊1，2丁曉琪1，2梁小龍1，2胡玉川1，2江 琦1，2張?jiān)伱?

（1.成都理工大學(xué)能源學(xué)院，四川 成都 610059；

2.“油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程”國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室·成都理工大學(xué)，四川 成都 610059；

3.西南石油大學(xué)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，四川 成都 610500）

金山氣田沙河子組發(fā)育大型低滲透致密砂巖儲(chǔ)層，其中相對(duì)高孔高滲帶具有良好的勘探潛力，已有多口井獲工業(yè)氣流。通過普通薄片、鑄體薄片、掃描電鏡及黏土X衍射、物性資料等綜合分析，對(duì)沙河子組儲(chǔ)層特征及成巖作用進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)：① 研究區(qū)砂巖以中粗粒巖屑長(zhǎng)石砂巖為主，其次為長(zhǎng)石砂巖；儲(chǔ)集空間包括原生粒間孔、擴(kuò)大粒間孔、長(zhǎng)石粒內(nèi)溶孔、巖屑粒內(nèi)溶孔及溶蝕縫；② 儲(chǔ)層主要經(jīng)歷了壓實(shí)和壓溶作用、膠結(jié)和交代作用及溶蝕作用。儲(chǔ)層物性明顯受控于成巖作用，機(jī)械壓實(shí)作用和膠結(jié)作用導(dǎo)致大量原生孔隙的減少，使儲(chǔ)層物性變差；而溶蝕作用形成大量次生孔隙，甚至形成溶蝕縫，對(duì)儲(chǔ)層物性具有極大的改善作用，控制了相對(duì)有利儲(chǔ)層的發(fā)育。

儲(chǔ)層特征 成巖作用 沙河子組 金山氣田

0 引言

一直以來(lái)，碎屑巖成巖作用與含油氣盆地的勘探與開發(fā)密切相關(guān)，在石油地質(zhì)界引起了廣泛關(guān)注［1-2］。金山地區(qū)沙河子組儲(chǔ)層具有物性變化快、非均質(zhì)性強(qiáng)的特征，屬于特低孔—超低孔—特低滲—超低滲型致密儲(chǔ)層，而在其整體低孔低滲背景下仍發(fā)育一定的有利儲(chǔ)層，孔隙度可達(dá)12.6%，滲透率最大為31.4 mD，該地區(qū)已有多口井獲工業(yè)氣流，表明金山氣田具有很大的開發(fā)潛力［3］。而大量研究表明儲(chǔ)層物性受成巖作用的影響［1，4-6］，隨著該地區(qū)勘探程度的提高，儲(chǔ)層特征及成巖作用研究將是油氣勘探和開發(fā)的重要環(huán)節(jié)［7］。因此，研究該地區(qū)成巖作用與儲(chǔ)層物性之間的關(guān)系顯得尤為重要。

筆者以金1井、梨6井、梨601井及梨602井4口取心井作為研究對(duì)象，通過普通薄片、鑄體薄片、掃描電鏡及黏土X衍射、物性資料等綜合分析，研究了金山氣田沙河子組儲(chǔ)層成巖作用及其對(duì)儲(chǔ)層物性的影響，對(duì)該地區(qū)天然氣勘探和開發(fā)具有重要意義。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

金山氣田位于梨樹斷陷東部斜坡帶最南端，西側(cè)為桑樹臺(tái)控盆斷裂，東側(cè)為長(zhǎng)期的古斜坡。本區(qū)的地層有北西低，向東向南抬升的特點(diǎn)，本區(qū)為桑樹臺(tái)控盆斷裂的末端［8］。該區(qū)斷裂不發(fā)育，早期桑樹臺(tái)控盆斷裂控制了斷陷層地層的沉積。桑樹臺(tái)控盆斷裂為一級(jí)斷層，延伸較遠(yuǎn)，控制了登婁庫(kù)組以下地層的沉積。本區(qū)在斷陷層內(nèi)部還發(fā)育一系列北西向的小斷層，這些斷層大都斷距小，延伸短。金山氣田處于長(zhǎng)期古斜坡背景，是油氣長(zhǎng)期運(yùn)移指向區(qū)，同時(shí)梨6井鉆井揭示沙河子組暗色泥巖發(fā)育，具有良好的油氣成藏基礎(chǔ)。

研究區(qū)自下而上發(fā)育了兩套沉積層系，斷坳疊置。下部是斷陷層沉積體系，地層包括下白堊統(tǒng)火石嶺組（K1h）、沙河子組（K1sh）、營(yíng)城組（K1yc）、登婁庫(kù)組（K1d）。火石嶺組為斷陷的初始階段、沙河子組為斷陷活躍期、營(yíng)城組為斷陷中晚期、登婁庫(kù)組為斷坳轉(zhuǎn)換期，屬于填平補(bǔ)齊階段［3］1。

2 儲(chǔ)層特征

2.1 巖石學(xué)特征

對(duì)研究區(qū)4口井21個(gè)樣品薄片鑒定分析表明，砂巖以巖屑長(zhǎng)石砂巖為主，其次是長(zhǎng)石砂巖（圖1）。主要為中粗粒砂狀碎屑結(jié)構(gòu)，礫石含量較高，礫石成分主要為石英和巖屑，顆粒分選差—中等，多為次棱—次圓狀，顆粒間以線接觸為主，可見凹凸接觸，中等風(fēng)化程度。碎屑成分以石英為主，含量25%～54%，主要為45%左右；長(zhǎng)石有斜長(zhǎng)石和鉀長(zhǎng)石等，類型較多，含量28%～51%；巖屑類型多，以中酸性火山巖巖屑為主，其次為變質(zhì)巖屑和粉砂巖巖屑；巖屑總含量9%～31%，主要為20%左右。填隙物為雜基和膠結(jié)物，膠結(jié)物主要為鈣質(zhì)膠結(jié)物，含量10%左右，硅質(zhì)膠結(jié)物含量低，多以石英次生加大邊形式存在；雜基含量為2%～13%，主要為細(xì)小的黏土礦物。

圖1 金山地區(qū)沙河子組巖石三角分類圖

2.2 孔隙類型

通過巖石薄片鑒定和掃描電鏡分析可知，沙河子組砂巖儲(chǔ)集空間主要包括原生孔隙和次生孔隙，其中原生孔隙包括原生粒間孔（32.8%）、擴(kuò)大粒間孔（7%）（圖2a）；次生孔隙包括長(zhǎng)石粒內(nèi)溶孔（26%）（圖2b）、巖屑粒內(nèi)溶孔（3.7%）（圖2d）、鑄模孔（圖2c）及溶蝕縫（30.5%）（圖2e）。儲(chǔ)集空間以原生粒間孔、長(zhǎng)石粒內(nèi)溶孔和溶蝕縫為主，占孔隙總量的90%左右。鑄?？撞话l(fā)育，僅少量樣品中可見。溶蝕縫通常是孔隙流體進(jìn)入先成裂縫（主要是早期構(gòu)造裂縫），對(duì)縫壁不穩(wěn)定組分溶蝕并進(jìn)一步將其擴(kuò)大而形成［9］，在研究區(qū)儲(chǔ)層中，溶蝕縫主要表現(xiàn)為沿顆粒邊緣的貼粒溶蝕或顆粒內(nèi)部溶蝕（圖2e），未被充填的溶蝕縫是有效的流體滲流通道及儲(chǔ)集空間，其發(fā)育對(duì)儲(chǔ)層孔喉結(jié)構(gòu)及孔喉連通性具有極大的改善作用。

圖2 金山地區(qū)沙河子組孔隙類型及成巖作用照片圖

2.3 孔滲特征

根據(jù)95個(gè)樣品統(tǒng)計(jì)（圖3），孔隙度主要分布在3%～6%，占總量的73.6%。其中，孔隙度小于5%的樣品占總量的68.4%， 孔隙度介于5%～10%的樣品占總量的26.3%，孔隙度大于10%的樣品僅占5.3%，由此可見，沙河子組砂巖的孔隙度仍然是以特低孔—超低孔為主，低孔較少。滲透率主要分布在0.08～0.32 mD，占總量的56.8%。小于1 mD的樣品約占76.8%，滲透率為1～10 mD的樣品約占總量的15.8%，約2%的滲透率大于10 mD，總體上看是以超低滲和特低滲為主，反映沙河子組滲透率不發(fā)育。其中梨601井樣品的孔隙度最不發(fā)育，孔隙度全部小于5%，為超低孔；而梨602井樣品的孔隙度最為發(fā)育，孔隙度大于10%的低孔數(shù)據(jù)占有一定的數(shù)量；金1井滲透率最低，均小于1 mD；相對(duì)較好的為梨6井和梨602井，除特低滲相對(duì)發(fā)育外，還有少量的低滲數(shù)據(jù)。綜合分析認(rèn)為，沙河子組砂巖儲(chǔ)層物性較差，總體屬于特低孔—超低孔—特低滲—超低滲型儲(chǔ)層。

圖3 金山地區(qū)沙河子組砂巖儲(chǔ)層物性特征圖

3 成巖作用

3.1 壓實(shí)和壓溶作用

金山地區(qū)沙河子組砂體埋深較大，現(xiàn)今埋深分布在2 500～3 100 m，所經(jīng)歷的壓實(shí)作用較強(qiáng)。鏡下明顯可見塑性巖屑顆粒（云母）被擠壓彎曲變形（圖2f），長(zhǎng)石雙晶被擠壓斷裂（圖2g）。壓溶作用是在機(jī)械壓實(shí)作用基礎(chǔ)上剛性顆粒間接觸部位發(fā)生溶解致使顆粒間凹凸接觸甚至縫合接觸（圖2g）。這些都表明研究區(qū)儲(chǔ)層經(jīng)歷了較強(qiáng)的壓實(shí)及壓溶作用，導(dǎo)致原生孔隙減少。

3.2 膠結(jié)作用

膠結(jié)作用導(dǎo)致儲(chǔ)層孔隙度和滲透率降低［10］，是造成沙河子組砂巖致密低滲的主要因素之一。該地區(qū)目的層膠結(jié)物類型包括碳酸鹽膠結(jié)、硅質(zhì)膠結(jié)及黏土膠結(jié)。硅質(zhì)膠結(jié)作用的表現(xiàn)形式是石英次生加大邊，沙河子組石英次生加大邊發(fā)育程度較差，數(shù)量少而且窄，形成時(shí)間早于碳酸鹽膠結(jié)作用（圖2i）。碳酸鹽膠結(jié)作用非常發(fā)育，主要類型為方解石（平均含量7.8%），廣泛分布在碎屑顆粒的孔隙之中，膠結(jié)作用強(qiáng)烈，發(fā)育連生結(jié)構(gòu)（圖2h）。常見自生黏土礦物主要包括伊蒙混層、綠泥石、伊利石，充填方式以孔隙式為主。掃描電鏡下伊蒙混層多呈蜂窩狀集合體生長(zhǎng)于顆粒表面或顆粒間；伊利石呈片狀、絲婁狀、集合體或呈塔橋狀充填于孔隙間（圖2k），該類型伊利石主要由鉀長(zhǎng)石和高嶺石的伊利石化而形成［11］；綠泥石主要發(fā)育在碎屑顆粒的邊緣，以孔隙襯里形式產(chǎn)出，大多數(shù)綠泥石以葉片狀集合體充填于孔隙間［12-14］（圖2m）。

3.3 溶蝕作用

溶蝕作用是成巖作用中開始早、持續(xù)作用長(zhǎng)、對(duì)孔隙特征影響最大的一種作用。溶蝕作用發(fā)生在兩個(gè)部位，即碎屑顆粒的邊緣和碎屑顆粒的內(nèi)部。① 碎屑顆粒邊緣的溶蝕：主要是長(zhǎng)石和巖屑顆粒邊緣被溶解成“港灣”狀（圖2a）甚至形成溶蝕縫（圖2e）；② 碎屑顆粒內(nèi)部的溶蝕：一般在鈣質(zhì)膠結(jié)作用發(fā)生前，溶蝕作用就已經(jīng)發(fā)生，表現(xiàn)為溶蝕形成的粒內(nèi)孔隙被鈣質(zhì)膠結(jié)物充填（圖2j）；顆粒內(nèi)部的溶蝕作用對(duì)次生孔隙形成具有重要意義，當(dāng)長(zhǎng)石顆粒遭受強(qiáng)烈溶蝕時(shí)，可形成鑄?？祝▓D2c）。

3.4 交代作用

交代作用是在一定物理化學(xué)條件下物質(zhì)相互置換的結(jié)果。研究區(qū)沙河子組砂巖中交代作用明顯，其中以碎屑顆粒碳酸鹽化作用最為發(fā)育，主要表現(xiàn)為方解石交代長(zhǎng)石（圖2j）。偏光顯微鏡下觀察發(fā)現(xiàn)，交代作用通常沿顆粒邊部或長(zhǎng)石的節(jié)理進(jìn)行。

4 成巖作用對(duì)儲(chǔ)層物性的影響

4.1 壓實(shí)和壓溶作用對(duì)儲(chǔ)層物性的影響

Lundegard P D［15］、任艷等［16］認(rèn)為壓實(shí)作用是導(dǎo)致儲(chǔ)層大量減孔的主要因素。壓實(shí)作用是沉積物最重要的成巖作用之一，影響著砂巖的物性。機(jī)械壓實(shí)作用對(duì)儲(chǔ)層物性的破壞主要表現(xiàn)在從開始沉積至溶蝕作用發(fā)生前的區(qū)間內(nèi)（相當(dāng)于現(xiàn)今井深的0～2 500 m范圍內(nèi)）［17］，隨著埋深增加和成巖作用的加劇，機(jī)械壓實(shí)作用對(duì)儲(chǔ)層物性影響逐漸減弱，壓溶作用對(duì)儲(chǔ)層物性影響增強(qiáng)。而研究區(qū)目的層埋深普遍超過2 500 m，作用于骨架顆粒上的有效應(yīng)力較強(qiáng)，且研究區(qū)含大量的中酸性火山巖巖屑、塑性巖屑（云母）和雜基，在強(qiáng)壓實(shí)作用下，易變形擠占孔隙和喉道造成孔隙度和滲透率降低。另外，研究區(qū)含大量長(zhǎng)石（28%～51%），長(zhǎng)石含量幾乎與石英含量相等，長(zhǎng)石與石英接觸的幾率高，有利于后期壓溶作用進(jìn)行，致使長(zhǎng)石與石英顆粒間凹凸、縫合接觸，進(jìn)一步降低孔隙。在埋深2 580～2 700 m和2 860～3 100 m范圍內(nèi)，隨埋深增加，儲(chǔ)層孔隙度和滲透率急劇下降，這是發(fā)生在溶蝕作用之后再膠結(jié)所造成，大量膠結(jié)物占據(jù)孔隙和喉道，導(dǎo)致孔隙度和滲透率的降低（圖4）。

圖4 金山氣田沙河子組孔隙度、滲透率隨埋深的變化圖

4.2 膠結(jié)作用對(duì)儲(chǔ)層物性的影響

沙河子組砂巖膠結(jié)物類型主要為碳酸鹽膠結(jié)（方解石）、其次為自生石英和黏土膠結(jié)。碳酸鹽礦物充填粒間孔隙或交代長(zhǎng)石顆粒，對(duì)孔隙具有明顯的破壞作用（圖2h、2j）。研究發(fā)現(xiàn)方解石膠結(jié)物的含量與孔隙度、滲透率具有負(fù)相關(guān)性，隨著方解石膠結(jié)物的增加，孔隙度和滲透率明顯降低（圖5）。石英次生加大占據(jù)一定的原生孔隙，伊利石、伊蒙混層等黏土礦物充填粒間孔隙（圖2k），造成孔隙度的減少。根據(jù)前人研究［18］，綠泥石膠結(jié)對(duì)孔隙保存有利，一方面可以抵御上覆巖層壓力，增加顆粒的抗壓實(shí)強(qiáng)度；另一方面，綠泥石薄膜抑制了石英的次生加大。但由于研究區(qū)綠泥石含量較低（含量為0.8%～

2%），對(duì)儲(chǔ)層物性的影響不大。

圖5 孔隙度和滲透率與方解石膠結(jié)物含量之間關(guān)系圖

4.3 溶蝕作用對(duì)儲(chǔ)層物性的影響

溶蝕作用是改造低滲透砂巖儲(chǔ)層的關(guān)鍵因素［19］。溶蝕作用主要發(fā)生在長(zhǎng)石和巖屑顆粒中。前人研究表明，當(dāng)孔隙流體pH值下降時(shí)，偏堿性的礦物及長(zhǎng)石顆粒（主要為斜長(zhǎng)石）將被大量溶蝕，形成一定量的次生孔隙［20］。

通過鑄體薄片觀察，溶蝕主要發(fā)生在長(zhǎng)石和巖屑顆粒內(nèi)部和顆粒邊緣（圖2b、2c），形成大量的次生孔隙，極大地改善了儲(chǔ)層孔隙度和滲透率。在埋深2 540～2 880 m，孔隙度和滲透率出現(xiàn)異常增加，呈雙峰特征（圖4），結(jié)合巖石學(xué)特征研究，這個(gè)深度范圍溶蝕發(fā)育，溶蝕形成較多的次生孔隙及溶蝕縫是導(dǎo)致孔隙度和滲透率明顯增加的主要原因。

5 結(jié)論

1）金山氣田沙河子組砂巖以中粗粒巖屑長(zhǎng)石砂巖為主。儲(chǔ)層經(jīng)歷的成巖作用復(fù)雜，包括壓實(shí)和壓溶作用、膠結(jié)和交代作用及溶蝕作用。膠結(jié)物以碳酸鹽為主。

2）儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間主要包括原生粒間孔、擴(kuò)大粒間孔、長(zhǎng)石粒內(nèi)溶孔、巖屑粒內(nèi)溶孔及溶蝕縫。其中原生粒間孔、長(zhǎng)石粒內(nèi)溶孔及溶蝕縫所占比例較高，占孔隙總量的90%左右。

3）成巖作用對(duì)儲(chǔ)層物性具有重要的影響。壓實(shí)和壓溶作用對(duì)儲(chǔ)層原生孔隙破壞性較大，是造成砂巖儲(chǔ)集物性變差的主要因素；石英次生加大、伊利石、伊蒙混層堵塞粒間孔隙；碳酸鹽膠結(jié)是本區(qū)最主要的膠結(jié)類型，其充填孔隙造成大量減孔；而溶蝕作用形成較多的次生孔隙，甚至形成溶蝕縫，對(duì)儲(chǔ)層孔隙及孔喉連通性具有較大改善作用，控制著有利儲(chǔ)層的形成和發(fā)育。參考文獻(xiàn)

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（編輯：盧櫟羽）

10. 3969/j. issn. 2095-1132. 2016. 05. 002

B

2095-1132（2016）05-0005-05

修訂回稿日期：2016-09-01

陳俊（1990-），碩士研究生，研究方向?yàn)榈V產(chǎn)普查與勘探。E-mail：1247559540@qq.com。