田 偉,魏欽廉,陳 曦,尚曉海,車(chē)雨恒

(1．西安石油大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院,陜西西安 710065;2．陜西省油氣成藏地質(zhì)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,陜西西安 710065;3．延長(zhǎng)油田股份有限公司定邊采油廠,陜西榆林 718699;4. 中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司第十二采油廠,甘肅慶陽(yáng)745400)

目標(biāo)區(qū)域儲(chǔ)層特征分析可以為有利儲(chǔ)層預(yù)測(cè)和有利勘探區(qū)優(yōu)選工作提供科學(xué)依據(jù)。近年來(lái)隨著油氣勘探工作的深入,環(huán)縣地區(qū)三疊系延長(zhǎng)組油氣勘探與評(píng)價(jià)不斷取得新進(jìn)展[1-4],但淺層延安組油氣藏研究程度相對(duì)較低。高暢等通過(guò)巖心觀察與描述、薄片鑒定以及孔滲測(cè)試等分析對(duì)環(huán)縣地區(qū)侏羅系延安組延9油層組的沉積相及儲(chǔ)層特征進(jìn)行了研究[5];劉玄春等通過(guò)對(duì)延10油層組古地貌恢復(fù)、地層劃分、沉積相及砂體展布特征的系統(tǒng)研究,建立了研究區(qū)沉積模式,并在此基礎(chǔ)上討論了古地貌對(duì)沉積相的控制作用[6];楊若愚等通過(guò)對(duì)研究區(qū)巖心結(jié)構(gòu)及沉積構(gòu)造特征的綜合分析,結(jié)合測(cè)井曲線特征,對(duì)研究區(qū)延10油層組進(jìn)行了沉積環(huán)境分析[7]。前人的研究多集中在古地貌恢復(fù)、地層劃分與對(duì)比、沉積相特征等方面,對(duì)于區(qū)內(nèi)延10油層組儲(chǔ)層特征研究相對(duì)薄弱,在一定程度上制約了油氣的進(jìn)一步勘探開(kāi)發(fā)。

因此,在前人研究基礎(chǔ)上進(jìn)一步深化,通過(guò)鑄體薄片、掃描電鏡以及壓汞分析等實(shí)驗(yàn)分析方法,對(duì)環(huán)縣西部地區(qū)侏羅系延10油層組儲(chǔ)層特征進(jìn)行系統(tǒng)研究,并對(duì)儲(chǔ)層發(fā)育影響因素進(jìn)行探討,其研究成果對(duì)于該地區(qū)深化油氣勘探開(kāi)發(fā)工作具有一定的指導(dǎo)意義。

1 地質(zhì)概況

鄂爾多斯盆地是典型的多旋回性疊合形成的克拉通盆地,內(nèi)部構(gòu)造特征相對(duì)簡(jiǎn)單,地層較平緩。晚三疊世末期,受印支運(yùn)動(dòng)影響盆地抬升,三疊系沉積遭受風(fēng)化剝蝕、河流侵蝕等作用,形成溝壑縱橫的古地貌特征;早侏羅世富縣期,盆地小幅抬升,致使富縣組與延安組之間呈沉積間斷,局部地層缺失嚴(yán)重[8]。

環(huán)縣地區(qū)位于鄂爾多斯盆地西部,在構(gòu)造上橫跨天環(huán)坳陷和陜北斜坡這兩大次級(jí)構(gòu)造單元[9](圖1a)。區(qū)內(nèi)發(fā)育典型的辮狀河沉積體系,包含河道和堤泛兩種沉積亞相,心灘沉積微相較為發(fā)育(圖1b)。研究區(qū)延10儲(chǔ)層內(nèi)部油藏主要來(lái)源于延長(zhǎng)組長(zhǎng)7烴源巖[10],儲(chǔ)層頂部有著穩(wěn)定分布的煤層、泥巖,使得油氣難以繼續(xù)向上運(yùn)移、逸散,由此可見(jiàn)研究區(qū)延10儲(chǔ)層開(kāi)發(fā)潛力巨大。

圖1 環(huán)縣西部地區(qū)構(gòu)造位置(a)及延10辮狀河剖面結(jié)構(gòu)(b)(據(jù)文獻(xiàn)[7]改)

2 儲(chǔ)層特征

2.1 巖石學(xué)特征

環(huán)縣西部地區(qū)延10儲(chǔ)層主要巖石類型為長(zhǎng)石巖屑砂巖及巖屑砂巖(圖2)。碎屑組分中石英含量最高(59.8%)、長(zhǎng)石的含量次之(10.3%)(表1)。儲(chǔ)集巖中巖屑含量以石英巖等變質(zhì)巖巖屑為主,占巖屑總量的77.5%,沉積巖巖屑、巖漿巖巖屑次之,分別占巖屑總量的10.4%、12.1%。區(qū)內(nèi)延10儲(chǔ)層填隙物具有種類多、含量差別較大的特點(diǎn),主要由黏土礦物膠結(jié)物和硅質(zhì)膠結(jié)物組成。其中,黏土礦物以伊利石(4.52%)為主(圖3a),含少量的高嶺石(1.74%)(圖3b)和極少量的綠泥石(0.04%);硅質(zhì)膠結(jié)物占3.13%,碳酸鹽膠結(jié)物含量較少(圖3c)。

表1 環(huán)縣西部地區(qū)延10砂巖碎屑顆粒組分含量統(tǒng)計(jì) %

Ⅰ.石英砂巖;Ⅱ.長(zhǎng)石石英砂巖;Ⅲ.巖屑石英砂巖;Ⅳ.長(zhǎng)石砂巖;Ⅴ.巖屑長(zhǎng)石砂巖;Ⅵ.長(zhǎng)石巖屑砂巖;Ⅶ.巖屑砂巖

a.片絲狀、毛發(fā)狀伊利石集合體附著于碎屑顆粒表面、充填于粒間孔隙中,M29井,2 329.8 m;b.高嶺石集合體及瀝青質(zhì)充填于粒間孔隙中,片絲狀伊利石附著于粒表,M62井,1 822.8 m;c.方解石晶體充填于碎屑顆粒之間,H61井,1 989.2 m;d.原生粒間孔,H65井,1 695.0 m;e.長(zhǎng)石溶孔,M33井,2 136.4 m;f.高嶺石晶間孔,M33井,2 136.5 m;g.碎屑顆粒間多表現(xiàn)為線接觸,M62井,1 833.4 m;h.石英次生加大,M34井,1 863.3 m;i.具有發(fā)育的粒間孔、粒間溶孔及少量巖屑溶孔,L248井,1 880.2 m

碎屑顆粒分選性較好,磨圓度以次棱角狀為主,結(jié)構(gòu)成熟度中等。

2.2 儲(chǔ)層物性特征

對(duì)環(huán)縣西部地區(qū)延10儲(chǔ)層砂巖樣品進(jìn)行物性測(cè)試,結(jié)果表明:區(qū)內(nèi)儲(chǔ)層孔隙度為5.02%～19.07%,平均為14.13%;滲透率為0.15×10-3～1 176.80×10-3μm2,平均為128.85×10-3μm2。較大的孔隙度、滲透率變化范圍反映了延10儲(chǔ)層的非均質(zhì)性較強(qiáng)。根據(jù)以往儲(chǔ)層物性分類評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),研究區(qū)屬于典型的中-低孔隙度、中-低滲透率的常規(guī)碎屑巖儲(chǔ)層[11]。延10儲(chǔ)層的滲透率與孔隙度呈現(xiàn)出較為明顯的正相關(guān)性,也反映出延10儲(chǔ)層的儲(chǔ)集能力主要受砂巖孔隙與喉道的影響(圖4)。

圖4 環(huán)縣西部地區(qū)延10砂巖孔滲關(guān)系

2.3 儲(chǔ)層孔隙類型及結(jié)構(gòu)特征

2.3.1 孔隙類型

根據(jù)研究區(qū)延10儲(chǔ)層巖石薄片、鑄體薄片和掃描電鏡等分析資料,將區(qū)域內(nèi)部砂巖儲(chǔ)集空間分為粒間孔、粒間溶孔、長(zhǎng)石溶孔、巖屑溶孔、晶間孔和微裂隙等六種類型。其中粒間孔(圖3d)、長(zhǎng)石溶孔(圖3e)及晶間孔(圖3f)是區(qū)內(nèi)最主要的孔隙類型,巖屑溶孔、粒間溶孔以及微裂隙含量較少。區(qū)內(nèi)儲(chǔ)層面孔率為8.5%,粒間孔含量最高,約占總面孔率的70.59%;微裂隙含量最低,約占總面孔率的0.59%。較為發(fā)育的溶孔使得區(qū)內(nèi)儲(chǔ)層物性條件得以改善,在一定程度上提高了區(qū)域內(nèi)部砂體孔隙間的連通性,為油氣儲(chǔ)集提供了有利空間[12]。

2.3.2 孔隙結(jié)構(gòu)特征

為了研究?jī)?chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)分布情況,共選取了區(qū)內(nèi)12個(gè)代表性樣品進(jìn)行壓汞實(shí)驗(yàn)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析得出:延10儲(chǔ)層排驅(qū)壓力為0.01～0.24 MPa,平均為0.06 MPa,反映巖石內(nèi)部連通性較好;中值壓力為0.10～2.16 MPa,平均為0.61 MPa,反映孔喉連通性與滲流性較好;孔喉中值半徑為0.12～7.03 μm,平均為2.82 μm,反映孔隙結(jié)構(gòu)較好;孔喉分選系數(shù)為0.47～3.48,平均為2.78,反映孔喉分布不均勻;孔喉最大進(jìn)汞飽和度較高,為90.2%。綜合壓汞參數(shù)及孔隙發(fā)育特征,區(qū)內(nèi)延10儲(chǔ)層孔喉連通性較好,具備較好的儲(chǔ)集能力與滲流能力[13]。

根據(jù)研究區(qū)延10砂巖壓汞實(shí)驗(yàn)參數(shù),參考前人儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)分類評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[14-16],將區(qū)內(nèi)延10儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)由好到差分為Ⅰ類、Ⅱ類、Ⅲ類三種類型:

1)Ⅰ類(低排驅(qū)壓力-粗喉型孔隙結(jié)構(gòu)):毛管壓力曲線表現(xiàn)為向左下凹的陡坡?tīng)?該類砂巖儲(chǔ)層排驅(qū)壓力多小于0.10 MPa,中值壓力多小于1.00 MPa,二者數(shù)值均較低;孔喉中值半徑多大于0.80 μm,分選一般,粗歪度;最大進(jìn)汞飽和度多大于90.0%,退汞效率多在15.0%以上;孔隙度多大于13%,滲透率變化大,多大于19×10-3μm2,擁有較好的物性條件。Ⅰ類孔隙結(jié)構(gòu)在區(qū)內(nèi)河道砂體中出現(xiàn)較多,物性較好且較為發(fā)育(圖5a)。

圖5 環(huán)縣西部地區(qū)延10儲(chǔ)層不同孔隙類型結(jié)構(gòu)壓汞曲線

2)Ⅱ類(中低排驅(qū)壓力-中喉型孔隙結(jié)構(gòu)):毛管壓力曲線多具有較為平緩的臺(tái)階,該類砂巖儲(chǔ)層排驅(qū)壓力中等,一般為0.10～0.20 MPa,中值壓力一般為1.00～2.00 MPa;孔喉中值半徑為0.20～0.80 μm,分選中等,略粗歪度;最大進(jìn)汞飽和度多為80.0%～90.0%,退汞效率較高;物性變化相對(duì)較大,孔隙度多為12%～13%,滲透率多為7×10-3～19×10-3μm2(圖5b)。

3)Ⅲ類(中高排驅(qū)壓力-細(xì)喉型孔隙結(jié)構(gòu)):該類砂巖儲(chǔ)層排驅(qū)壓力多為0.20 MPa以上,中值壓力多為2.00 MPa以上,二者數(shù)值均較高;孔喉中值半徑多小于0.20 μm,分選較好,細(xì)歪度;最大進(jìn)汞飽和度多小于80.0%,退汞效率最高;孔隙度多小于12%,滲透率多小于7×10-3μm2。該類砂巖中壓實(shí)、膠結(jié)作用較為強(qiáng)烈,而溶解作用相對(duì)較為微弱,從而使得原始孔隙很少能保存下來(lái),孔隙發(fā)育較差(圖5c)。

孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)分析結(jié)果表明,研究區(qū)延10儲(chǔ)層以Ⅰ類和Ⅱ類孔隙結(jié)構(gòu)為主,微觀孔隙結(jié)構(gòu)較好,延10儲(chǔ)層屬于中等-優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層。

3 儲(chǔ)層影響因素

3.1 沉積作用

心灘沉積微相為區(qū)內(nèi)砂巖發(fā)育奠定了基礎(chǔ),決定著顆粒的大小以及分選程度,也直接影響著儲(chǔ)層物性的好壞。不同水動(dòng)力及沉積方式在很大程度上控制著區(qū)內(nèi)沉積微相的發(fā)育,是決定儲(chǔ)層儲(chǔ)集性能的關(guān)鍵因素。根據(jù)巖心觀察并結(jié)合前人的研究結(jié)論,認(rèn)為區(qū)內(nèi)主要發(fā)育辮狀河沉積體系,儲(chǔ)集砂體主要分布于河道沉積亞相。從薄片觀察及物性統(tǒng)計(jì)中可以看出,砂體發(fā)育的區(qū)域孔隙度、滲透率也相對(duì)較高,如區(qū)內(nèi)延10砂巖儲(chǔ)層發(fā)育的心灘區(qū)域,砂巖粒度較大、泥質(zhì)含量較低、孔隙度和滲透率均較高;同時(shí)河道砂體的展布(圖6a)與孔滲高值區(qū)域的分布(圖6b-c)也相一致。區(qū)內(nèi)中部主河道及主河道交匯處儲(chǔ)層物性最好,而河漫灘沉積亞相儲(chǔ)層物性相對(duì)較差,有利儲(chǔ)層主要分布于河道沉積亞相和心灘沉積微相區(qū)域。

圖6 環(huán)縣西部地區(qū)延101沉積相平面展布(a)、孔隙度平面圖(b)以及滲透率平面圖(c)

3.2 成巖作用

3.2.1 壓實(shí)作用

壓實(shí)作用發(fā)生在沉積之后,是碎屑顆粒由于水體靜壓力作用,發(fā)生擠壓變形從而使儲(chǔ)層變致密的一種成巖作用[17]。粒間孔是區(qū)內(nèi)延10砂巖儲(chǔ)層最主要的孔隙類型,粒間孔的保存程度受壓實(shí)作用的強(qiáng)弱影響。延101亞油層組相較于下部延102和延103亞油層組孔隙度值較大,表明埋深越大壓實(shí)作用越強(qiáng)烈,對(duì)區(qū)域內(nèi)部孔隙的破壞作用也越強(qiáng)。壓實(shí)作用在區(qū)內(nèi)主要表現(xiàn)為:①碎屑顆粒發(fā)生壓實(shí)定向;②云母、泥巖巖屑等塑性組分由于擠壓原因發(fā)生彎曲變形;③隨著埋深增加,碎屑顆粒間多表現(xiàn)為點(diǎn)-線接觸(圖3g),部分情況下也表現(xiàn)為點(diǎn)接觸和凹凸?fàn)罱佑|;④由于應(yīng)力作用,石英、長(zhǎng)石顆粒發(fā)生脆性破裂。綜上所述,區(qū)內(nèi)延10儲(chǔ)層砂巖多為顆粒支撐,顆粒間以線接觸為主,部分顆粒接觸方式也表現(xiàn)為點(diǎn)-線接觸和凹凸?fàn)罱佑|,表明延10儲(chǔ)層壓實(shí)作用較為強(qiáng)烈,故區(qū)內(nèi)較強(qiáng)的壓實(shí)作用是使顆粒致密、原生孔隙度降低的重要原因之一。

3.2.2 膠結(jié)作用

膠結(jié)作用是指孔隙流體中某種物質(zhì)達(dá)到過(guò)飽和狀態(tài)后從而發(fā)生沉淀,致使疏松的沉積物固結(jié)在一起,使得儲(chǔ)層物性變差的一種成巖作用[18]。黏土礦物膠結(jié)物是區(qū)內(nèi)延10砂巖中的主要膠結(jié)物類型,包括高嶺石、伊利石及綠泥石等。高嶺石在鑄體薄片中多呈現(xiàn)為假六邊形晶片,集合體呈書(shū)頁(yè)狀或蠕蟲(chóng)狀,以孔隙充填、交代其他礦物或以其他自生礦物的包體形式產(chǎn)出,在長(zhǎng)石石英砂巖、長(zhǎng)石砂巖中出現(xiàn)較多;伊利石多表現(xiàn)為不規(guī)則的細(xì)小晶片,以顆粒包膜的形式產(chǎn)出,埋深越大結(jié)晶程度越好,并最終轉(zhuǎn)化成絹云母;綠泥石也多以顆粒包膜的形式產(chǎn)出,綠泥石膜對(duì)石英次生加大具有一定的限制作用,故對(duì)儲(chǔ)層孔隙具有一定的建設(shè)作用。區(qū)內(nèi)硅質(zhì)普遍較發(fā)育,但其含量不高,延10儲(chǔ)層硅質(zhì)平均含量為3.13%,硅質(zhì)膠結(jié)物多以石英次生加大邊的形式產(chǎn)出,多表現(xiàn)為環(huán)邊狀包裹或半包裹碎屑石英顆粒(圖3h)。區(qū)內(nèi)方解石、鐵方解石、鐵白云石以及菱鐵礦等碳酸鹽膠結(jié)物會(huì)堵塞砂巖孔隙,使得儲(chǔ)層物性變差。綜上所述,區(qū)內(nèi)延10儲(chǔ)層的膠結(jié)作用都表現(xiàn)為孔隙間物質(zhì)的填充,對(duì)儲(chǔ)層的儲(chǔ)集性能影響較大。

3.2.3 溶解作用

溶解作用是使儲(chǔ)集砂巖次生孔隙形成的主要原因,對(duì)于改善儲(chǔ)層物性具有一定的建設(shè)作用[18]。環(huán)縣西部地區(qū)延10儲(chǔ)層下部為延長(zhǎng)組有機(jī)頁(yè)巖,其內(nèi)部有機(jī)質(zhì)容易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生大量有機(jī)酸,可通過(guò)孔隙通道以及不整合面運(yùn)移到上部,使得延10儲(chǔ)層處于酸性環(huán)境中,不穩(wěn)定顆粒在該環(huán)境下易發(fā)生溶解,從而促使溶孔形成。區(qū)內(nèi)砂巖儲(chǔ)層被溶解的物質(zhì)主要為長(zhǎng)石和巖屑,長(zhǎng)石溶解較為發(fā)育;此外泥巖巖屑、石英質(zhì)巖屑等也發(fā)生部分溶解,形成粒間溶孔,為儲(chǔ)層提供了一定的儲(chǔ)集空間(圖3i)。因此,溶解作用對(duì)區(qū)內(nèi)砂巖孔隙具有一定的改善作用。

3.2.4 成巖階段劃分

依據(jù)成巖階段劃分標(biāo)準(zhǔn)(SY/T 5477-2003)對(duì)環(huán)縣西部地區(qū)延10儲(chǔ)層進(jìn)行成巖階段劃分。區(qū)內(nèi)延10儲(chǔ)層碎屑顆粒間接觸關(guān)系多表現(xiàn)為點(diǎn)-線接觸,部分情況下也表現(xiàn)為點(diǎn)接觸和凹凸?fàn)罱佑|。碳酸鹽礦物中包括在成巖階段早期形成的亮晶方解石以及在成巖階段晚期形成的晶形較好的鐵方解石、菱鐵礦等礦物,這兩種礦物均呈分散狀分布。黏土礦物中包括在成巖階段早期形成的包膜狀綠泥石,以及在成巖階段晚期形成的呈纖維狀和葉片狀分布的綠泥石;伊利石多呈絲發(fā)狀分布,內(nèi)部可見(jiàn)少量伊/蒙混層出現(xiàn)。區(qū)內(nèi)硅質(zhì)膠結(jié)物含量相對(duì)較低,包括早期形成的石英次生加大以及晚期形成的自生石英充填孔隙。區(qū)內(nèi)孔隙類型主要為粒間孔、長(zhǎng)石溶孔及晶間孔。綜上所述,區(qū)內(nèi)延10儲(chǔ)層已達(dá)中成巖階段A期(圖7)。

4 結(jié)論

1)環(huán)縣西部地區(qū)延10儲(chǔ)層主要巖石類型為長(zhǎng)石巖屑砂巖以及巖屑砂巖,碎屑組分中石英含量最高。儲(chǔ)集巖中巖屑含量以石英巖等變質(zhì)巖巖屑為主,填隙物以黏土礦物膠結(jié)物、硅質(zhì)膠結(jié)物為主。碎屑顆粒分選性較好,磨圓度以次棱角狀為主,結(jié)構(gòu)成熟度中等。

2)環(huán)縣西部地區(qū)延10儲(chǔ)層孔隙度為5.02%～19.07%,平均為14.13%;滲透率為0.15×10-3～1 176.80×10-3μm2,平均為128.85×10-3μm2,孔隙度、滲透率都處于中低水平,屬于典型的常規(guī)碎屑巖儲(chǔ)層。區(qū)內(nèi)延10儲(chǔ)層孔隙類型以粒間孔、長(zhǎng)石溶孔及晶間孔為主,主要發(fā)育Ⅰ類和II類孔隙結(jié)構(gòu),儲(chǔ)層微觀結(jié)構(gòu)較好,屬于中等-優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層。

3)環(huán)縣西部地區(qū)儲(chǔ)層物性受沉積作用和成巖作用等因素影響。區(qū)內(nèi)主要發(fā)育辮狀河沉積體系,中部主河道及主河道交匯處儲(chǔ)層物性最好,有利儲(chǔ)層主要分布于心灘沉積微相區(qū)域;強(qiáng)烈的壓實(shí)作用以及黏土礦物膠結(jié)物、硅質(zhì)膠結(jié)物、碳酸鹽膠結(jié)物的形成是使儲(chǔ)層孔隙度降低的主要原因,而綠泥石膜的形成以及長(zhǎng)石和巖屑的溶解則在一定程度上可改善儲(chǔ)層物性;延10儲(chǔ)層已達(dá)中成巖階段A期。