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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。



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图7 鄂尔多斯盆地庆阳气田山1段储层成岩作用镜下特征照片
a. A36井,埋深4 364.9 m,塑性岩屑及云母被挤压变形呈假杂基充填孔隙,单偏光;b. A65井,埋深4 213.6 m,刚性石英颗粒被挤压破碎,单偏光;c. A46井,埋深4 269.5 m,丝发状伊利石胶结孔隙,扫描电镜;d. B3井,埋深4 242.5 m,书页状高岭石胶结孔隙并形成晶间微孔,扫描电镜;e. A7井,埋深4 116.5 m,绿泥石以薄膜状附着于孔隙表面,单偏光;f. C17井,埋深4 072.7 m,铁方解石胶结次生孔隙,单偏光;g. A46井,埋深4 268.8 m,铁白云石胶结次生孔隙,单偏光;h. A27井,埋深4 389.2 m,块状菱铁矿胶结孔隙,单偏光;i. C1井,埋深3 699.6 m,三级石英加大边胶结,单偏光;j. A46井,埋深4 268.8 m,粒间溶孔发育,单偏光;k. A36井,埋深4 367.3 m,岩屑溶孔,单偏光;l. A43井,埋深4 155.7 m,杂基溶孔,单偏光
正文中引用本图/表的段落
压实作用是影响储层物性重要的破坏性成岩作用。镜下观察发现,庆阳气田山1段最主要的压实现象为塑性云母及岩屑被挤压变形(图7a)、刚性石英颗粒破碎(图7b)。镜下薄片统计表明,连续沉积型砂岩储层颗粒间接触关系以线-凹凸接触及线接触为主(分别占总量的40.1 %和34.0 %),其次为点-线接触(占总量的21.2 %),基本不含点接触(占总量的4.7 %);间隔沉积型砂岩储层颗粒间以线-凹凸接触为主(占总量的64.7 %),其次为线接触与点-线接触(分别占总量的18.1 %与15.6 %),基本不含点接触(占总量的1.6 %)。可见,前者压实强度小于后者,主要原因为前者为多期单砂体连续沉积,隔夹层不发育,砂岩较为纯净,石英含量较高,泥质杂基含量较少,压实作用发生时抵御上覆地层压力的能力较强,压实作用较弱。
胶结作用是除压实作用外又一对储层物性产生重要影响的成岩作用。铸体薄片、扫描电镜及黏土矿物X射线衍射研究揭示了以下几种主要的胶结作用:①伊利石胶结。伊利石是储层中含量最高的自生黏土矿物,扫描电镜下呈丝发状胶结孔隙(图7c)。伊利石胶结时,将储层中大孔隙分割为小孔隙、粗喉道分割为细喉道,对储层物性影响最为严重。②高岭石胶结。高岭石在扫描电镜下呈书页状、六方板状胶结孔隙(图7d),高岭石胶结时一方面占据孔喉空间、堵塞孔隙喉道,对储层起到破坏作用,另一方面其特有的晶形结构使会产生大量晶间微孔[30],该类孔隙为天然气的运移提供了大量的通道,是储层主要的孔隙类型之一。③绿泥石胶结与伊/蒙混层胶结。储层中还存在少量绿泥石胶结与伊/蒙混层胶结。其中,绿泥石多形成于成岩早期,以薄膜状附着于孔隙表面(图7e),抵御了早期压实作用的影响及石英加大边的形成,对储层起到建设性作用;伊/蒙混层为早期蒙脱石向伊利石转化的过渡性产物,以蜂窝状胶结孔隙,与伊利石相似,同样对储层起到破坏作用。
除自生黏土矿物外,碳酸盐矿物对储层物性也产生重要影响。镜下观察发现,研究区山1段储层中碳酸盐矿物包括2期方解石、2期白云石及1期菱铁矿。第一期方解石形成于成岩作用早期,以连晶状胶结原始粒间孔为主,该类方解石一般形成于压实作用之前,含量较低,其形成抵御了压实作用强度,但也降低了储层物性;第二期方解石为铁方解石,镜下多呈紫红色以亮晶状胶结次生溶孔为主(图7f),一般形成于成岩作用晚期,含量最高,是影响储层最重要的碳酸盐胶结物。第一期白云石形成于成岩作用中期,晚于方解石、早于铁方解石,镜下以无色菱面体状胶结剩余粒间孔为主,含量较低,对储层影响不大;第二期白云石为铁白云石,其形成晚于铁方解石,以蓝色菱面体状胶结次生溶孔及交代铁方解石的形式产出(图7g),含量低于铁方解石,是研究区形成最晚的碳酸盐矿物。菱铁矿一般形成于成岩作用早期,介于第一期方解石与第一期白云石之间,多以块状胶结剩余粒间孔为主,含量较低(图7h)。
硅质胶结也是储层中重要的胶结作用之一,一般多发生于石英砂岩中,主要以石英加大边的形式胶结孔隙,最高可达三级。硅质胶结时,可导致原生孔隙被充填殆尽。此外,由于石英一般溶蚀于碱性成岩环境[31],而在以酸性成岩环境为主的研究区,石英难以溶蚀,导致次生孔隙不发育,储层较为致密(图7i)。
溶蚀作用是恢复储层物性最主要的建设性成岩作用。研究区气源主要来自于下部太原组煤层,在成岩过程中,当煤层达生烃门限时,其产生的烃类流体沿运移通道至储层中,其伴随的CO2酸性流体溶蚀储层中的长石、岩屑和杂基等易溶矿物[37],形成粒间溶孔(图7j)、岩屑溶孔(图7k)、杂基溶孔(图7l)等次生孔隙。
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