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深层致密砂岩储层成岩演化对含气性的影响
曹江骏, 王继平, 张道锋, 王龙, 李笑天, 李娅, 张园园, 夏辉, 于占海
石油与天然气地质    2024, 45 (1): 169-184.   DOI: 10.11743/ogg20240112
摘要   (72 HTML8 PDF(pc) (5155KB)(94)  

为研究深层致密砂岩储层成岩作用特征,分析成岩演化对储层含气性的影响,通过铸体薄片、扫描电镜、物性、测井综合解释等资料,结合前人研究成果,对庆阳气田二叠系山西组1段(山1段)进行研究。研究结果表明:①庆阳气田山1段分流河道中部多期厚层砂岩具有连续沉积型和间隔沉积型两类叠置关系,前者孔隙组合类型以溶蚀孔+粒间孔+晶间微孔为主,后者以溶蚀孔+晶间微孔为主。相较于后者,前者填隙物含量更低、物性更好、含气性更好。②压实作用是影响山1段储层含气性最主要的破坏性成岩作用,连续沉积型与间隔沉积型砂岩储层压实率分别为55.4 %与61.2 %;溶蚀作用是影响储层含气性最主要的建设性成岩作用,二者溶蚀率分别为27.9 %与19.7 %。连续沉积型砂岩储层受中等压实作用—中等胶结作用—中等溶蚀作用的成岩演化影响,破坏性成岩作用较弱;间隔沉积型砂岩储层受中等-强压实作用—中等-弱胶结作用—中等-弱溶蚀作用的成岩演化影响,破坏性成岩作用较强。③研究区山1段储层以先致密后充注为主,受成岩演化影响,连续沉积型砂岩储层较间隔沉积型砂岩储层致密化程度低,天然气充注规模大,含气性好。④引入成岩综合指数定量判断山1段储层成岩作用强度。平面上,西部主河道以间隔沉积型砂岩为主,储层成岩综合指数较低,含气性较差;东部主河道以连续沉积型砂岩为主,储层成岩综合指数较高,含气性较好。含气储层主要发育在庆阳一线以东地区。


砂体构型示意图测井曲线/GR沉积微相测井解释
单砂体连续沉积型厚层平滑的箱形、钟形曲线分流河道中部气层、差气层
单砂体间隔沉积型厚层连续齿化的箱形、钟形曲线分流河道中部差气层、含气水层、气-水同层
单砂体孤立沉积型薄层单一钟形、指状曲线分流河道侧翼干层
单砂体与泥岩互层沉积型连续指状曲线分流河道侧翼干层
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表1 鄂尔多斯盆地庆阳气田山1段砂体构型特征
正文中引用本图/表的段落
为研究深层致密砂岩储层成岩作用特征,分析成岩演化对储层含气性的影响,通过铸体薄片、扫描电镜、物性、测井综合解释等资料,结合前人研究成果,对庆阳气田二叠系山西组1段(山1段)进行研究。研究结果表明:①庆阳气田山1段分流河道中部多期厚层砂岩具有连续沉积型和间隔沉积型两类叠置关系,前者孔隙组合类型以溶蚀孔+粒间孔+晶间微孔为主,后者以溶蚀孔+晶间微孔为主。相较于后者,前者填隙物含量更低、物性更好、含气性更好。②压实作用是影响山1段储层含气性最主要的破坏性成岩作用,连续沉积型与间隔沉积型砂岩储层压实率分别为55.4 %与61.2 %;溶蚀作用是影响储层含气性最主要的建设性成岩作用,二者溶蚀率分别为27.9 %与19.7 %。连续沉积型砂岩储层受中等压实作用—中等胶结作用—中等溶蚀作用的成岩演化影响,破坏性成岩作用较弱;间隔沉积型砂岩储层受中等-强压实作用—中等-弱胶结作用—中等-弱溶蚀作用的成岩演化影响,破坏性成岩作用较强。③研究区山1段储层以先致密后充注为主,受成岩演化影响,连续沉积型砂岩储层较间隔沉积型砂岩储层致密化程度低,天然气充注规模大,含气性好。④引入成岩综合指数定量判断山1段储层成岩作用强度。平面上,西部主河道以间隔沉积型砂岩为主,储层成岩综合指数较低,含气性较差;东部主河道以连续沉积型砂岩为主,储层成岩综合指数较高,含气性较好。含气储层主要发育在庆阳一线以东地区。
2003年在鄂尔多斯盆地庆阳气田X井山1段获工业气流后,拉开了该区勘探勘开发的序幕[22],到2023年底,庆阳气田已成为长庆油田在陇东地区天然气增储上产的重要目标。虽然对庆阳气田的勘探开发已有20年的历程,但在建产过程中仍然面临以下问题。以A82井为代表的有利井,其山1段砂体厚度为15.7 m,砂/地比为56.7 %,位于主河道内。测井解释气层的厚度为5.8 m,试气无阻流量为21.5×104 m3/d,含气饱和度为58.3 %;以A64井为代表的的失利井,其山1段砂体厚度为20.3 m,砂/地比为55.8 %,位于主河道内。测井解释气-水同层的厚度为5.1 m,试气无阻流量为12.2×104 m3/d,含气饱和度为36.5 %。可见,同样位于主河道内的气井,砂体厚度大,但井口产能差异明显,含气性不同,动静不符严重,阻碍了气田的规模建设。由于上古生界储层普遍埋深达深层,物性差、致密化严重,在深埋条件下,沉积作用对含气砂体分布的控制有限,成岩作用对储层致密化程度的控制是影响其含气性的重要因素,亟需开展成岩演化对储层含气性影响的研究,以期明确含气储层的分布规律。以庆阳气田二叠系山1段为目标,在分析储层成岩作用特征的基础上,研究了成岩演化对储层含气性的影响,为庆阳气田的高效开发提供借鉴与思路。
山西期,在鄂尔多斯盆地西南部的秦岭物源影响下,沉积物快速沉降,形成多条南西-北东向展布的分流河道[27],成为目前研究区主要的勘探开发目标。物源供给、沉积速率与可容纳空间的差异使河道砂体在纵向上的叠置关系具有一定差异。通过岩心观察及测井曲线识别,在纵向上,研究区砂体叠置关系主要存在单砂体连续沉积型、单砂体间隔沉积型、单砂体孤立沉积型和单砂体与泥岩互层沉积型4种类型。其中,前两者主要位于分流河道中部,单砂体厚,连通性强,测井解释多以气层、差气层、含气水层及气-水同层为主,是本次研究的主要目标;后两者主要位于分流河道侧翼,单砂体薄,连通性差,测井解释多以干层为主,不对其进行研究(表1)。
统计表明,连续沉积型与间隔沉积型砂岩储层次生溶孔平均含量分别为1.5 %与1.0 %。前者隔夹层基本不发育,泥质杂基含量低,压实作用后原生孔隙大量保存,烃类流体充注时易于流动,其伴随的有机酸大面积溶蚀储层中的易溶矿物,产生大量的次生孔隙,以粒间溶孔与岩屑溶孔为主,基本不含杂基溶孔;后者发育一定厚度的隔夹层,泥质杂基含量高,压实作用后储层原生孔隙丧失殆尽,酸性流体难以大规模流动从而溶蚀储层,仅发生小规模溶蚀,以粒间溶蚀、岩屑溶孔与杂基溶孔为主。
庆阳气田位于天环凹陷与伊陕斜坡交界处,构造运动频繁,断裂发育。研究区主要经历了海西期、印支期及喜马拉雅期等多期构造运动,主要发育海西期断裂、印支期断裂,其次为喜马拉雅期断裂。对庆阳气田山1段储层中赋存于石英内的流体包裹体均一温度统计表明,包裹体均一温度分布在99.8~136.9 ℃,平均为119.7 ℃,其峰值主要分布于120~160 ℃。表明研究区内山1段储层在埋藏温度达120~160 ℃时,发生了1期大规模烃类充注,结合埋藏热演化史,烃类充注主要发生于中三叠世(印支期)—早白垩世(燕山期)(图10)。可见烃类充注时,研究区主要断裂(海西期及印支期断裂)已经形成,为其提供了运移通道。
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