孫 震,王鳳琴

西安石油大學 a.地球科學與工程學院、b.陜西省油氣成藏地質(zhì)學重點實驗室,陜西 西安 710065

0 引言

中國鄂爾多斯盆地天然氣勘探始于20 世紀80 年代,隨著新的突破與進展,開始向上古生界砂巖致密氣轉(zhuǎn)變,目前致密氣已經(jīng)成為非常規(guī)天然氣勘探的重要部分[1]。中國致密砂巖氣分布面積大,儲層以巖屑砂巖、長石砂巖為主[2,3]。下寺灣區(qū)山西組總體發(fā)育三角洲相沉積和濱淺湖相沉積[4],主要經(jīng)歷了壓實作用、膠結(jié)作用和溶蝕作用。研究區(qū)山西組膠結(jié)物類型多樣,膠結(jié)作用普遍發(fā)育,對儲層的物性有一定的影響[5],該地區(qū)山西組膠結(jié)作用對物性的影響研究比較少。本次研究通過巖心資料、鑄體薄片,掃描電鏡,黏土礦物分析等方法,對山西組的膠結(jié)物的特征、膠結(jié)作用類型、物性特征以及膠結(jié)作用對物性影響進行研究。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

鄂爾多斯盆地是中國第二大沉積盆地,盆地內(nèi)天然氣含量極其豐富,盆地內(nèi)部被分為6 個一級構(gòu)造單元,包括伊盟隆起、伊陜斜坡、渭北隆起、西緣逆沖帶、天環(huán)凹陷、和晉西撓褶帶,其中伊陜斜坡是天然氣主要富集的構(gòu)造單元[6]。近年來,鄂爾多斯盆地東南部天然氣勘探也取得了新的進展,通過對研究區(qū)山西組膠結(jié)作用的研究,分析對儲層物性產(chǎn)生的影響,對進一步研究有重要指導意義,圖1 為研究區(qū)地理位置。

2 儲層特征

2.1 巖石學特征

2.1.1 巖石類型

通過對研究區(qū)6 口井,69 個砂巖樣品的碎屑成分及含量統(tǒng)計,研究區(qū)山西組的巖石類型主要以中粒巖屑砂巖為主,巖屑石英砂巖次之(圖2)。其中碎屑顆粒含量平均為90%,成分以石英為主,平均為70.4%,其次為巖屑,平均為26.8%,長石含量極少,平均為2.8%;巖屑是變質(zhì)巖巖屑為主,千枚巖,片巖等次之。黏土礦物以高嶺石,綠泥石,水云母為主,部分見鐵泥質(zhì)、凝灰質(zhì)。碳酸鹽膠結(jié)物主要有方解石、鐵方解石、白云石、鐵白云石等。

2.2 填隙物特征

研究區(qū)填隙物中方解石和泥鐵質(zhì)含量較高,其次為水云母和綠泥石(圖3)。膠結(jié)類型以孔隙型膠結(jié)為主,顆粒之間以點接觸為主,其次為線接觸,并且主要被綠泥石、泥鐵質(zhì)等充填,泥鐵質(zhì)分布不均勻,部分綠泥石呈薄膜狀包裹顆粒。

圖1 研究區(qū)地理位置Fig.1 Geographical location of the study area

圖2 山西組砂巖分類圖Fig.2 Sandstone classification map of Shanxi Formation

2.3 儲層空間類型

研究區(qū)孔隙類型以各類溶孔為主,其中山西組巖屑溶孔最為發(fā)育,其次為長石溶孔[7],碳酸鹽溶孔也相對發(fā)育,除此之外還有少量晶間孔[8,9]。

圖3 山西組填隙物含量Fig.3 Interstitial content of Shanxi Formation

2.4 儲層物性特征

對研究區(qū)山西組物性進行統(tǒng)計得出,山西組孔隙度主要為0.15%～4.94%,平均孔隙度為2.52%;滲透率主要為0.008×10-3μm2～0.034×10-3μm2,平均滲透率為0.044×10-3μm2,根據(jù)巖樣統(tǒng)計結(jié)果,山西組的孔隙度和滲透率具有一定的正相關(guān)性,見圖4。

圖4 山西組砂巖孔滲關(guān)系圖Fig.4 The sandstone porosity and permeability diagram of Shanxi Formation

3 膠結(jié)作用及對儲層物性的影響

3.1 膠結(jié)作用

研究區(qū)山西組儲層的膠結(jié)物主要有自生黏土礦物、硅質(zhì)、碳酸鹽等,以鈣質(zhì)膠結(jié)為主,硅質(zhì)膠結(jié)次之,鈣質(zhì)膠結(jié)主要為鐵白云石膠結(jié),鐵方解石膠結(jié)次之[10],硅質(zhì)膠結(jié)則多以石英顆粒邊緣出現(xiàn)次生加大邊為主,局部可見石英顆粒連晶現(xiàn)象[11]。

黏土礦物是研究區(qū)重要的膠結(jié)物,一般由火山物質(zhì)等蝕變而來或者由已經(jīng)存在的黏土礦物在特定的環(huán)境下向另一種礦物的轉(zhuǎn)化[12]。也存在孔隙介質(zhì)中的離子沉淀而形成的自生黏土礦物[13]。該區(qū)山西組黏土礦物主要類型有高嶺石、綠泥石、水云母、凝灰質(zhì)等。高嶺石在該區(qū)山西組含量較少,平均含量為0.83%。高嶺石的來源形式有兩種,其中一種是自生高嶺石,常分布于孔隙中。高嶺石晶間孔也較為發(fā)育[14],是主要的儲集空間之一[15]。伊利石平均含量為2.14%,在儲層中普遍發(fā)育,伊利石膠結(jié)充填于孔隙之間,使得有效孔隙度和滲透率降低。綠泥石平均含量為2.12%,在掃描電鏡下觀察,綠泥石呈片狀分布。綠泥石對儲層孔隙的影響具有雙面性[16],一方面由高嶺石轉(zhuǎn)化而來的綠泥石,早成巖階段綠泥石黏土膜分布在孔隙邊緣,對石英的膠結(jié)作用起到了一定的抑制作用,殘余粒間孔得到一定保存。另一方面綠泥石發(fā)育的晶間孔受到溶蝕作用而形成的次生溶孔會對儲層的喉道產(chǎn)生影響,使儲層的滲透率降低[17]。

碳酸鹽膠結(jié)物在研究區(qū)發(fā)育,主要成分為方解石,鐵方解石、白云石、鐵白云石等(圖5a,5b),在砂巖成巖過程當中有重大的影響,碳酸鹽膠結(jié)在伴隨砂巖成巖過程當中,成巖早期常見方解石膠結(jié)和白云石膠結(jié),晚期常見鐵方解石、鐵白云石膠結(jié),早期方解石以細晶和粉晶為主,也見連晶。隨著碳酸鹽膠結(jié)物含量的增加,儲層的孔隙度越低,對儲層的破壞作用越大[18]。山西組方解石含量約為3.43% 。鐵方解石含量為1.03% 。一些碳酸鹽膠結(jié)物分布在粒間孔中,部分以嵌晶膠結(jié)的形式發(fā)育,充填在孔隙中的鐵方解石或鐵白云石會使儲層孔隙度減少[19]。

圖5 山西組常見膠結(jié)作用Fig.5 Common cementation in Shanxi Formation

硅質(zhì)膠結(jié)作用是山西組常見的膠結(jié)作用之一(圖5c,5f),在成巖演化過程當中,硅質(zhì)膠結(jié)作用是顆粒粒間孔隙減少的重要原因[20]。石英次生加大現(xiàn)象普遍存在,孔隙介質(zhì)中的SiO2會在石英顆粒的周圍沉淀,形成次生加大邊。其中的SiO2來源于一些黏土礦物的轉(zhuǎn)化或者長石、石英顆粒的壓溶作用。目的層砂巖中常見一期石英加大邊,部分可見二期石英加大邊。另一種為自生石英晶體在充填孔隙,從而堵塞喉道,破壞儲層的物性[21]。溶解作用屬于建設(shè)性成巖作用,對研究區(qū)儲層儲集性能的提高有重要作用[22]。山西組為煤系地層,有機酸的大量生成導致溶蝕孔隙普遍發(fā)育[23]。砂巖中普遍存在長石、巖屑、黏土礦物、碳酸鹽礦物等都會發(fā)生不同程度的溶蝕[24]。通過鑄體薄片鏡下觀察,研究區(qū)山西組存在次生孔隙,以溶蝕孔隙為主,可見長石顆粒的溶蝕,巖屑的溶蝕和方解石的溶蝕[25]等(圖5d)。膠結(jié)物的含量越多,對儲層的儲集性能造成的影響越大[26],一般常用膠結(jié)率來定量表示膠結(jié)作用對砂體孔隙型的影響[27]:

膠結(jié)率= (膠結(jié)物含量/原始孔隙體積) /100%

由此得出膠結(jié)率為24.3%。

3.2 對儲層物性的影響

對研究區(qū)砂巖樣品研究發(fā)現(xiàn),山西組硅質(zhì)膠結(jié)體積分數(shù)分布有一定的階梯性,總體上與孔隙度成負相關(guān),硅質(zhì)膠結(jié)物很少能被溶蝕掉,從圖6 看出,隨著硅質(zhì)膠結(jié)物含量的增加,孔隙會被大量的硅質(zhì)膠結(jié)物充填,使得儲層孔隙度變小,滲透率降低,儲層的物性變得較差[28]。相對于硅質(zhì)膠結(jié)物,黏土礦物的存在也對儲層物性有一定影響。從圖7 可以看出,隨著黏土礦物含量的增加,儲層的孔隙度變得越來越小,整體呈現(xiàn)遞減的趨勢,說明黏土礦物對儲層物性起到破壞性作用。此外,碳酸鹽膠結(jié)物普遍發(fā)育,根據(jù)圖8 和圖9 統(tǒng)計結(jié)果顯示,研究區(qū)碳酸鹽膠結(jié)物與儲層物性呈負相關(guān),碳酸鹽膠結(jié)物體積分數(shù)分布比較集中,可以得出碳酸鹽相對含量大于3%時,孔隙度和滲透率隨著膠結(jié)物含量增加而減小。反映出碳酸鹽膠結(jié)物對儲層物性有很明顯的影響,是造成儲層孔滲變差的重要因素。

4 結(jié)論

(1) 研究區(qū)山西組填隙物中主要有方解石、泥鐵質(zhì)、綠泥石和伊利石且發(fā)育巖屑溶孔;具有低滲透、低孔隙度的特征,平均孔隙度為2.52%;平均滲透率為0.044×10-3μm2;硅質(zhì)、碳酸鹽、黏土礦物等充填孔隙,對孔隙物性有破壞性作用,

圖6 硅質(zhì)膠結(jié)物與孔隙度關(guān)系Fig.6 The relationship between siliceous cement and porosity

圖7 黏土礦物與孔隙度關(guān)系Fig.7 Relationship between clay minerals and porosity

(2) 研究區(qū)山西組膠結(jié)物主要有自生黏土礦物、硅質(zhì)、碳酸鹽等,碳酸鹽膠結(jié)發(fā)育普遍,硅質(zhì)膠結(jié)次要;膠結(jié)作用使得儲層的物性變差,其膠結(jié)率為24.3%,碳酸鹽膠結(jié)作用最為明顯,黏土礦物膠作用結(jié)次之,最后為硅質(zhì)膠結(jié)作用。

圖8 碳酸鹽膠結(jié)物含量與孔隙度Fig.8 The relationship between carbonate cement content and porosity

圖9 碳酸鹽膠結(jié)物含量與滲透率關(guān)系Fig.9 The relationship between carbonate cement content and permeability