致密砂岩砂-泥结构发育特征及其对储集空间的控制作用——以渤海湾盆地临南洼陷古近系沙河街组三段下亚段为例

李军亮; 王鑫; 王伟庆; 李博; 曾溅辉; 贾昆昆; 乔俊程; 王康亭

doi:10.11743/ogg20230508

油气地质 | 浏览量 : 0 下载量: 9 CSCD: 8

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致密砂岩砂-泥结构发育特征及其对储集空间的控制作用——以渤海湾盆地临南洼陷古近系沙河街组三段下亚段为例
Influence of sand-mud assemblages in tight sandstones on reservoir storage spaces： A case study of the lower submember of the 3^rd member of the Paleogene Shahejie Formation in the Linnan sub-sag， Bohai Bay Basin
2023年44卷第5期页码：1173-1187
收稿：2023-04-07，

修回：2023-06-02，

纸质出版：2023-10-01
DOI： 10.11743/ogg20230508
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李军亮，王鑫，王伟庆，等.致密砂岩砂-泥结构发育特征及其对储集空间的控制作用——以渤海湾盆地临南洼陷古近系沙河街组三段下亚段为例［J］.石油与天然气地质，2023，44（5）：1173-1187.DOI：10.11743/ogg20230508. DOI：

LI Junliang， WANG Xin， WANG Weiqing， et al.Influence of sand-mud assemblages in tight sandstones on reservoir storage spaces： A case study of the lower submember of the 3^rd member of the Paleogene Shahejie Formation in the Linnan sub-sag， Bohai Bay Basin［J］.Oil & Gas Geology，2023，44（5）：1173-1187.DOI：10.11743/ogg20230508. DOI：

摘要

在陆相含油气沉积盆地中，沉积水体变化快，砂岩和泥岩频繁交互。不同的砂-泥互层形式导致砂岩储层的储集空间差异性明显。以渤海湾盆地惠民凹陷临南洼陷古近系沙河街组三段下亚段（沙三下亚段）为例，基于砂岩和泥岩在空间上的组合形式及其单层厚度分析，利用铸体薄片观察、物性测试和微米CT技术，系统分析不同砂-泥结构下砂岩储层的物性特征、孔隙类型和孔隙结构特征。结果表明，研究区沙三下亚段发育厚泥岩夹薄砂岩、中泥岩夹薄砂岩、厚泥岩夹中砂岩、薄砂岩-薄泥岩互层、中砂岩-中泥岩互层、厚砂岩-厚泥岩互层、中砂岩夹薄泥岩、厚砂岩夹中泥岩和厚砂岩夹薄泥岩9种砂-泥结构类型。砂岩和泥岩之间的离子交互关系，导致不同砂-泥结构砂岩储层储集能力具有较强的非均质性。对于砂/地比较小的砂-泥结构，泥岩能够为砂岩提供充足的CO

，Ca

，Fe

和Mg

离子。砂岩被胶结物完全充填，储层变得极为致密。随着砂/地比增大，泥岩无法为砂岩提供充足的CO

，Ca

，Fe

和Mg

离子。砂-泥界面附近砂岩中碳酸盐胶结作用较强，储层极为致密；而砂岩内部碳酸盐胶结作用较弱，发育少量的原生孔隙。同时，砂岩厚度比较大的砂-泥结构，有利于有机酸的注入，形成大量的粒间溶蚀孔，改善储层质量。基于砂-泥结构的差异性，揭示了砂-泥结构控制下砂岩储层储集空间演化路径和模式，对指导致密储层的甜点预测具有重要意义。

Abstract

The swift shifts in sedimentary water bodies in continental petroliferous sedimentary basins result in frequent intercalation of sandstone and mudstone layers. Various sandstone-mudstone intercalation patterns （sand-mud assemblages） lead to significant differences in the storage spaces in sandstone reservoirs. Focusing on the lower submember of the 3

member of the Paleogene Shahejie Formation in the Linnan sub-sag， Huimin Sag， Bohai Bay Basin， we first analyze the spatial assemblages and single-layer thickness of sandstone and mudstone layers. Using casting thin section observations， physical property tests， and micro-CT scanning， we systematically elucidate the physical properties， pore types， and pore structures of sandstone reservoirs with different sand-mud assemblages. As indicated by the findings， the lower submember contains nine types of sand-mud assemblages， namely thick mudstone interbedded with thin sandstone， medium mudstone interbedded with thin sandstone， thick mudstone interbedded with medium sandstone， intercalated thin sandstone and thin mudstone， intercalated medium sandstone and medium mudstone， intercalated thick sandstone and thick mudstone， medium sandstone interbedded with thin mudstone， thick sandstone interbedded with medium mudstone， and thick sandstone interbedded with thin mudstone. The ionic interactions between sandstones and mudstones lead to strong heterogeneity in the storage capacity of sandstone reservoirs with different sand-mud assemblages. For sand-mud assemblages with low net-to-gross ratios， mudstones supply ample CO

， Ca

， Fe

， and Mg

to sandstones， and sandstones are completely filled with cements. Consequently， the sandstone reservoirs become extremely tight. However， when this ratio rises， mudstones cannot provide sandstones with sufficient ions mentioned above. In this case， sandstones near the sand-mud interfaces exhibit strong carbonate cementation， forming extremely tight reservoirs. In contrast， the interior of the sandstones shows weak carbonate cementation， with a small number of primary pores present. Additionally， the sand-mud assemblages with relatively thick sandstones promote organic acid infiltration， enhancing reservoir quality through the formation of numerous intergranular dissolution pores. Based on the differences in sand-mud assemblages， we reveal the influence of sand-mud assemblages on the evolutionary path and model of the storage spaces in sandstone reservoirs. Our insights are pivotal for predicting sweet spots in tight sandstone reservoirs.

关键词

Keywords

references

袁红旗，邓馨雨，杜会尧，等 . 柳江盆地二叠系山西组露头致密砂岩储层非均质性表征方法［J］. 石油与天然气地质， 2023 ， 44 （ 2 ）： 468 - 479 .

YUAN Hongqi ， DENG Xinyu ， DU Huiyao ， et al . Characterizing the heterogeneity of tight sandstone in outcropped Permian Shanxi Formation， Liujiang Basin ［J］. Oil & Gas Geology ， 2023 ， 44 （ 2 ）： 468 - 479 .

OZKAN A ， CUMELLA S P ， MILLIKEN K L ， et al . Prediction of lithofacies and reservoir quality using well logs， Late Cretaceous Williams Fork Formation， Mamm Creek field， Piceance Basin， Colorado ［J］. AAPG Bulletin ， 2011 ， 95 （ 10 ）： 1699 - 1723 .

王乾右，杨威，葛云锦，等 . 不同沉积微相致密储层的成岩响应及其控储机理——以鄂尔多斯盆地西部延长组为例［J］. 沉积学报， 2021 ， 39 （ 4 ）： 841 - 862 .

WANG Qianyou ， YANG Wei ， GE Yunjin ， et al . Diagenetic responses to delta front-lacustrine depositional microfacies and implications for tight reservoir quality differences in the Yanchang Formation， western Ordos Basin ［J］. Acta Sedimentologica Sinica ， 2021 ， 39 （ 4 ）： 841 - 862 .

ZHANG Fan ， JIANG Zhenxue ， XIAO Hanmin ， et al . Testing origin of reservoir quality difference of tight sandstones in the Yanchang Formation， Ordos Basin， China ［J］. Marine and Petroleum Geology ， 2022 ， 137 ： 105507 .

谭东萍，罗龙，谭先锋，等 . 东胜气田二叠系下石盒子组致密砂岩成岩作用及成储效应［J］. 特种油气藏， 2021 ， 28 （ 1 ）： 68 - 76 .

TAN Dongping ， LUO Long ， TAN Xianfeng ， et al . Diagenesis and reservoir formation effect of tight sandstone in Lower Permian Shihezi Formation，Dongsheng gas field ［J］. Special Oil & Gas Reserviors ， 2021 ， 28 （ 1 ）： 68 - 76 .

董姜畅，王爱国，樊志强，等 . 鄂尔多斯盆地中部延长组长7段致密储层成因及控制因素［J］. 断块油气田， 2021 ， 28 （ 4 ）： 446 - 451 .

DONG Jiangchang ， WANG Aiguo ， FAN Zhiqiang ， et al . Origin and dominated factors of Chang 7 Member tight reservoirs in Yanchang formation， central Ordos Basin ［J］. Fault-Block Oil and Gas Field ， 2021 ， 28 （ 4 ）： 446 - 451 .

林良彪，余瑜，南红丽，等 . 四川盆地川西坳陷上三叠统须家河组四段储层致密化过程及其与油气成藏的耦合关系［J］. 石油与天然气地质， 2021 ， 42 （ 4 ）： 816 - 828 .

LIN Liangbiao ， YU Yu ， NAN Hongli ， et al . Reservoir tightening process and its coupling relationship with hydrocarbon accumulation in the fourth member of Upper Triassic Xujiahe Formation in the Western Sichuan Depression， Sichuan Basin ［J］. Oil & Gas Geology ， 2021 ， 42 （ 4 ）： 816 - 828 .

ZHANG Fan ， JIANG Zhenxue ， SUN Wei ， et al . A multiscale comprehensive study on pore structure of tight sandstone reservoir realized by nuclear magnetic resonance， high pressure mercury injection and constant-rate mercury injection penetration test ［J］. Marine and Petroleum Geology ， 2019 ， 109 ： 208 - 222 .

ZHAO Wen ， JIA Chengzao ， JIANG Lin ， et al . Fluid charging and hydrocarbon accumulation in the sweet spot， Ordos Basin， China ［J］. Journal of Petroleum Science and Engineering ， 2021 ， 200 ： 108391 .

ZHAO Wen ， ZHANG Tao ， JIA Chengzao ， et al . Numerical simulation on natural gas migration and accumulation in sweet spots of tight reservoir ［J］. Journal of Natural Gas Science and Engineering ， 2020 ， 81 ： 103454 .

YANG Wei ， WANG Qianyou ， WANG Yaohua ， et al . Pore characteristic responses to categories of depositional microfacies of delta-lacustrine tight reservoirs in the Upper Triassic Yanchang Formation， Ordos Basin， NW China ［J］. Marine and Petroleum Geology ， 2020 ， 118 ： 104423 .

郑忠文，王乾右，葛云锦，等 . 鄂尔多斯盆地西部延长组长8 ~ 长6段致密储层微观孔隙特征差异［J］. 科学技术与工程， 2018 ， 18 （ 15 ）： 69 - 80 .

ZHENG Zhongwen ， WANG Qianyou ， GE Yunjin ， et al . Differences of microscopic pore characteristics among the Yanchang Formation Chang 8～Chang 6 tight reservoirs in the western Ordos Basin ［J］. Science Technology and Engineering ， 2018 ， 18 （ 15 ）： 69 - 80 .

王乾右，杨威，左如斯，等 . 联合微米CT和高压压汞的致密储层孔喉网络结构差异定量评价［J］. 能源与环保， 2019 ， 41 （ 7 ）： 80 - 85， 94 .

WANG Qianyou ， YANG Wei ， ZUO Rusi ， et al . Quantitative evaluation of pore-throat network structure differences in tight reservoirs with combined micro-CT and high pressure mercury ［J］. China Energy and Environmental Protection ， 2019 ， 41 （ 7 ）： 80 - 85， 94 .

MILLIKEN K L . 7 . 07-Late diagenesis and mass transfer in sandstone-shale sequences ［J］. Treatise on Geochemistry ， 2003， 7 ： 159 - 190 .

BJØRLYKKE K ， JAHREN J . Open or closed geochemical systems during diagenesis in sedimentary basins： Constraints on mass transfer during diagenesis and the prediction of porosity in sandstone and carbonate reservoirs ［J］. AAPG Bulletin ， 2012 ， 96 （ 12 ）： 2193 - 2214 .

WORDEN R H ， BURLEY S D . Sandstone diagenesis： The evolution of sand to stone ［M］//BURLEY S D， WORDEN R H. Sandstone Diagenesis： Recent and Ancient . Gent ： International Association of Sedimentologists ， 2009 ： 1 - 44 .

杨田 . 东营凹陷沙三段深水重力流砂岩与泥岩协同成岩演化及优质储层成因［D］. 青岛：中国石油大学（华东）， 2017 .

YANG Tian . Synergistic diagenetic evolution of deep-water gravity flow sandstones-mudstones and genesis of high quality reservoirs in the third member of the Shahejie Formation， Dongying Depression ［D］. Qingdao ： China University of Petroleum（East China）， 2017 .

董道涛，邱隆伟，马永达，等 . 多断湖盆构造控砂与沉积充填过程——以渤海湾盆地济阳坳陷沾化凹陷东部始新统为例［J］. 石油与天然气地质， 2018 ， 39 （ 4 ）： 653 - 663 .

DONG Daotao ， QIU Longwei ， MA Yongda ， et al . Control of tectonics on sedimentation of sandstone and process of sediment filling in multi-fault lacustrine basins： A case study on the Eocene in eastern Zhanhua Sag， Jiyang Depression in Bohai Bay Basin ［J］. Oil & Gas Geology ， 2018 ， 39 （ 4 ）： 653 - 663 .

CHEN Dongxia ， PANG Xiongqi ， JIANG Zhenxue ， et al . Reservoir characteristics and their effects on hydrocarbon accumulation in lacustrine turbidites in the Jiyang Super-depression， Bohai Bay Basin， China ［J］. Marine and Petroleum Geology ， 2009 ， 26 （ 2 ）： 149 - 162 .

ZHANG Qin ， ZHU Xiaomin ， STEEL R J ， et al . Variation and mechanisms of clastic reservoir quality in the Paleogene Shahejie Formation of the Dongying Sag， Bohai Bay Basin， China ［J］. Petroleum Science ， 2014 ， 11 （ 2 ）： 200 - 210 .

CURTIS C D . Possible links between sandstone diagenesis and depth-related geochemical reactions occurring in enclosing mudstones ［J］. Journal of the Geological Society ， 1978 ， 135 （ 1 ）： 107 - 117 .

尤源，刘建平，冯胜斌，等 . 块状致密砂岩的非均质性及对致密油勘探开发的启示［J］. 大庆石油地质与开发， 2015 ， 34 （ 4 ）： 168 - 174 .

YOU Yuan ， LIU Jianping ， FENG Shengbin ， et al . Heterogeneity of the massive tight sandstones and its inspirations for the exploration and development of the tight oil ［J］. Petroleum Geology & Oilfield Development in Daqing ， 2015 ， 34 （ 4 ）： 168 - 174 .

王永诗，高阳，方正伟 . 济阳坳陷古近系致密储集层孔喉结构特征与分类评价［J］. 石油勘探与开发， 2021 ， 48 （ 2 ）： 266 - 278 .

WANG Yongshi ， GAO Yang ， FANG Zhengwei . Pore throat structure and classification of Paleogene tight reservoirs in Jiyang Depression， Bohai Bay Basin， China ［J］. Petroleum Exploration and Development ， 2021 ， 48 （ 2 ）： 266 - 278 .

柴君林，王艳忠，王铸坤，等 . 惠民凹陷江家店地区古近系沙河街组物源体系特征与演化［J/OL］. 沉积学报： 1 - 18 . https：//kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx？FileName=CJXB20220409000&DbName=CAPJ2022 https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=CJXB20220409000&DbName=CAPJ2022 . DOI： 10.14027/j.issn.1000-0550.2022.028 http://dx.doi.org/10.14027/j.issn.1000-0550.2022.028 .

CHAI Junlin ， WANG Yanzhong ， WANG Zhukun ， et al . Characteristics and evolution of the provenance systems from the Paleogene Shahejie Formation in the Jiangjiadian area， Huimin Sag ［J/OL］. Acta Sedimentologica Sinica ： 1 - 18 . https：//kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx？FileName=CJXB20220409000&DbName=CAPJ2022 https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=CJXB20220409000&DbName=CAPJ2022 . DOI： 10.14027/j.issn.1000-0550.2022.028 http://dx.doi.org/10.14027/j.issn.1000-0550.2022.028 .

高阳 . 惠民凹陷南部斜坡带油气成藏控制因素分析［J］. 中国石油大学胜利学院学报， 2022 ， 36 （ 2 ）： 45 - 50 .

GAO Yang . Analysis on controlling factors of hydrocarbon accumulation in southern slope zone of Huimin Depression ［J］. Journal of Shengli College China University of Petroleum ， 2022 ， 36 （ 2 ）： 45 - 50 .

刘建宁，何幼斌，王宁，等 . 济阳坳陷惠民凹陷沙三段地震事件沉积特征及地质意义［J］. 岩性油气藏， 2020 ， 32 （ 2 ）： 14 - 23 .

LIU Jianning ， HE Youbin ， WANG Ning ， et al . Sedimentary characteristics and geological significance of earthquake events of Sha 3 member in Huimin Sag， Jiyang Depression ［J］. Lithologic Reservoirs ， 2020 ， 32 （ 2 ）： 14 - 23 .

冯佃亮，傅强，李德勇 . 惠民凹陷沙三下亚段沉积特征与油气储层有利砂体分布［J］. 上海国土资源， 2015 ， 36 （ 3 ）： 78 - 82 .

FENG Dianliang ， FU Qiang ， LI Deyong . Distribution and sedimentary characteristics of sand bodies favorable for oil and gas reservoirs in the ES 3X stratum in Huimin Sag ［J］. Shanghai Land & Resources ， 2015 ， 36 （ 3 ）： 78 - 82 .

杨俊生，樊太亮 . 惠民凹陷古近系沙河街组三段沉积体系［J］. 新疆石油地质， 2007 ， 28 （ 4 ）： 457 - 461 .

YANG Junsheng ， FAN Tailiang . Depositional system of the third member of Shahejie Formation of Paleogene in Huimin Sag ［J］. Xinjiang Petroleum Geology ， 2007 ， 28 （ 4 ）： 457 - 461 .

赵密福，信荃麟，刘泽容，等 . 惠民凹陷临南洼陷滑塌浊积岩的分布规律及其控制因素［J］. 石油实验地质， 2001 ， 23 （ 3 ）： 267 - 271， 284 .

ZHAO Mifu ， XIN Quanlin ， LIU Zerong ， et al . Distribution rules of fluxoturbidite in the Linnan Sag of the Huimin Depression and their control factors ［J］. Petroleum Geology & Experiment ， 2001 ， 23 （ 3 ）： 267 - 271， 284 .

封东晓 . 临南洼陷营子街地区沙三下亚段油气富集主控因素［J］. 科技导报， 2015 ， 33 （ 2 ）： 54 - 58 .

FENG Dongxiao . Main controlling factors in hydrocarbon accumulation of lower Sha 3 in Yingzijie area of Linnan Sag ［J］. Science & Technology Review ， 2015 ， 33 （ 2 ）： 54 - 58 .

左晓春 . 临南洼陷沙三段沉积相与储层特征研究［D］. 抚顺：辽宁石油化工大学， 2020 .

ZUO Xiaochun . Study on geographic information system ［D］. Fushun ： Liaoning Petrochemical University ， 2020 .

张勇，柳永清 . 惠民凹陷西部老第三系沙河街组三段三角洲体系及砂岩体沉积特征和演化规律［J］. 地质论评， 2001 ， 47 （ 3 ）： 322 - 328 .

ZHANG Yong ， LIU Yongqing . The evolution of Palaeogene delta depositional systems and sand bodies in the western Huimin Depression， Shandong Province ［J］. Geological Review ， 2001 ， 47 （ 3 ）： 322 - 328 .

陈永红 . 惠民凹陷沙三段三角洲前缘滑塌浊积砂体发育规律与油气聚集关系［D］. 北京：中国科学院研究生院（广州地球化学研究所）， 2006 .

CHEN Yonghong . The developing rule of delta-forward creeping turbidite sand body and its oil/gas accumulation relationship of Sha 3 member in Huimin Depression ［D］. Beijing ： Guangzhou Institute of Geochemistry， Chinese Academy of Sciences ， 2006 .

常思远，陈冬霞，汪成，等 . 深层储层原生孔隙成岩作用保存机制及模式——以珠江口盆地惠州凹陷南部恩平组和文昌组为例［J］. 东北石油大学学报， 2022 ， 46 （ 2 ）： 72-85， 135 - 136 .

CHANG Siyuan ， CHEN Dongxia ， WANG Cheng ， et al . Preservation mechanism and model of primary pore diagenesis in deep reservoirs： Taking the Enping Formation and Wenchang Formation in the South of Huizhou Sag， Pearl River Mouth Basin as examples ［J］. Journal of Northeast Petroleum University ， 2022 ， 46 （ 2 ）： 72-85， 135 - 136 .

操应长，远光辉，王艳忠，等 . 典型含油气盆地深层富长石碎屑岩储层长石溶蚀接力成孔认识及其油气地质意义［J］. 中国科学：地球科学， 2022 ， 52 （ 9 ）： 1694 - 1725 .

CAO Yingchang ， YUAN Guanghui ， WANG Yanzhong ， et al . Successive formation of secondary pores via feldspar dissolution in deeply buried feldspar-rich clastic reservoirs in typical petroliferous basins and its petroleum geological significance ［J］. Science China Earth Sciences ， 2022 ， 52 （ 9 ）： 1694 - 1725 .

RONALD C S ， CROSSEY L J ， HAGEN E S ， et al . Organic-inorganic interactions and sandstone diagenesis ［J］. AAPG Bulletin ， 1989 ， 73 （ 1 ）： 1 - 23 .

TAYLOR K G ， MACQUAKER J H S . Diagenetic alterations in a silt- and clay-rich mudstone succession： An example from the Upper Cretaceous Mancos Shale of Utah， USA ［J］. Clay Minerals ， 2014 ， 49 （ 2 ）： 213 - 227 .

孙光远，王哲麟，刘培刚，等 . 碱性长石溶蚀微孔发育特征及其对致密砂岩储层物性的改造作用——以鄂尔多斯盆地华庆地区三叠系延长组6段3亚段为例［J］. 石油与天然气地质， 2022 ， 43 （ 3 ）： 658 - 669 .

SUN Guangyuan ， WANG Zhelin ， LIU Peigang ， et al . Dissolved micro-pores in alkali feldspar and their contribution to improved properties of tight sandstone reservoirs： A case study from Triassic Chang-63 sub-member， Huaqing area， Ordos Basin ［J］. Oil & Gas Geology ， 2022 ， 43 （ 3 ）： 658 - 669 .

漆滨汶，林春明，邱桂强，等 . 东营凹陷古近系沙河街组砂岩透镜体钙质结壳形成机理及其对油气成藏的影响［J］. 古地理学报， 2006 ， 8 （ 4 ）： 519 - 530 .

QI Binmen ， LIN Chunming ， QIU Guiqiang ， et al . Formation mechanism of calcareous incrustation in lenticular sandbody of the Shahejie Formation of Paleogene and its influence on hydrocarbon accumulation in Dongying Sag ［J］. Journal of Palaeogeography ， 2006 ， 8 （ 4 ）： 519 - 530 .

刘超英 . 惠民凹陷南斜坡油气运移及聚集规律研究［D］. 青岛：中国石油大学（华东）， 2007 .

LIU Chaoying . Study on hydrocarbon migration and accumulation in south slope belt， Huimin Sag ［D］. Qingdao ： China University of Petroleum（East China）， 2007 .

王慧 . 沿断裂运移油气向砂体侧向运移的转换及其控藏作用［D］. 大庆：东北石油大学， 2018 .

WANG Hui . Lateral transformation migration of oil and gas to sand body along fault and its controlling roles on oil-gas accumulation ［D］. Daqing ： Northeast Petroleum University ， 2018 .

ZHU Xiaomin ， ZHONG Dakang ， ZHANG Qin ， et al . Sandstone diagenesis and porosity evolution of Paleogene in Huimin Depression ［J］. Petroleum Science ， 2004 ， 1 （ 3 ）： 23 - 29 .

朱筱敏，潘荣，李盼盼，等 . 惠民凹陷沙河街组基山三角洲中孔低渗储层成岩作用和有利储层成因［J］. 岩性油气藏， 2013 ， 25 （ 5 ）： 1 - 7 .

ZHU Xiaomin ， PAN Rong ， LI Panpan ， et al . Diagenesis of medium porosity and low permeability reservoir and genesis of favorable reservoir of Jishan delta of Shahejie Formation in Huimin Depression ［J］. Lithologic Reservoirs ， 2013 ， 25 （ 5 ）： 1 - 7 .