板橋合水地區長6儲層成巖作用及其對物性的影響

屈 濤，蔡進添，張 杰

鄂爾多斯盆地中的三疊系延長組目前是長慶油田研究的熱點層系以及主要的產油場所之一，其中位于鄂爾多斯盆地西南部的板橋合水地區已成為近年來油氣勘探開發的重點區域。板橋合水地區長 6儲層作為該地區主力油層組，雖然部分探井有較好的油氣顯示，但整體仍然沒有取得較大突破。板橋合水地區長6儲層物性差，成巖作用復雜、非均質性強，嚴重制約了油氣開發[1–4]。

儲層的物性主要通過巖石儲集空間和滲流能力表征，而儲集空間和滲流能力都與成巖作用緊密相關，成巖作用是影響儲層儲集空間以及油氣運輸效率的主要因素。本文在前人對該地區儲層研究的基礎上，以巖石學特征為基礎，運用鑄體薄片、X–衍射等實驗手段，圍繞成巖作用類型分析其對物性的影響，為尋找相對優質儲層提供借鑒。

1 儲層巖石學特征

板橋合水地區長6儲層砂巖碎屑成分主要是石英和長石，石英含量15.0%～84.1%、平均含量41.0%，長石含量8.0%～55.0%、平均含量22.0%，巖屑含量4.1%～36.0%、平均含量為 17.0%。研究區的巖石類型主要為巖屑質長石砂巖，其次有少量的長石砂巖[5]（圖 1）。研究區填隙物種類多但主要以伊利石（7.33%）、綠泥石（0.70%），鐵方解石（2.63%）、鐵白云石（1.97%）以及硅質（1.33%）為主（圖2）。砂巖碎屑顆粒粒度主要為細砂–極細砂巖，磨圓度以次棱角狀為主，接觸方式以線狀接觸為主，膠結類型主要為孔隙膠結、加大–孔隙膠結，壓實作用強烈的地方見凹凸接觸，支撐類型以顆粒支撐為主[6]。

圖1 板橋合水地區長6儲層巖石學類型

圖2 板橋合水長6儲層填隙物成分及含量分布

2 成巖作用及對儲層物性的影響

在大的沉積環境形成以后，儲層的物性受到成巖作用的改變和控制，成巖作用類型的不同對儲層物性的貢獻也不相同，成巖作用主要影響儲層內部的孔隙和喉道半徑及孔喉配位數。根據前人的研究成果，板橋合水地區長6儲層喉道半徑和配位數分別為0.35μm和1.32。研究區的成巖作用類型雖然較多，但主要包括三種類型[7–8]：壓實作用、膠結作用、溶蝕作用。

2.1 壓實作用

研究區壓實作用對儲層礦物的影響主要表現為以下幾方面[9–10]：①使礦物顆粒緊密堆積并呈定向–半定向排列；②顆粒間由點接觸向點–線接觸或線接觸過度；③云母等塑性顆粒被壓扁變形堵塞孔隙，石英、長石等剛性顆粒被壓碎或壓裂。壓實作用對儲層具有破壞性作用，通過負膠結物投點法發現，壓實作用是該地區儲層物性變差的主要原因，該地區的原始孔隙度為 38.5%，壓實作用使該地區的孔隙度減少了27.58%。

2.2 膠結作用

膠結作用對儲層的改變具有兩面性[11]，一方面綠泥石膜的形成有效地增加儲層抗壓能力，另一方面黏土礦物自身生長會破壞儲層物性?？偟膩碚f膠結作用對儲層的破壞作用大于建設作用。膠結作用對儲層的破壞作用體現在儲層儲集空間縮小，膠結物堵塞孔隙，影響儲層的物性[12]。研究區長6儲層主要發育碳酸鹽膠結、硅質膠結、黏土礦物膠結。

（1）碳酸鹽膠結。研究區碳酸鹽膠結物主要包括方解石、白云石、鐵方解石、鐵白云石，其中鐵方解石和鐵白云石含量最高(共占 4.6%)，在研究區普遍發育，這兩種膠結物對儲層具有強烈的破壞作用，是導致儲層物性變差的重要原因之一。在成巖作用早期，碳酸鹽呈泥晶–微晶狀，充填堵塞孔隙，使儲層物性變差。隨成巖作用進行到中晚期，碳酸鹽膠結物常呈彎片狀或細晶狀，膠結物粒度變粗，使儲層變得更加致密。研究區碳酸鹽膠結物與孔隙度的關系呈負相關性（圖2），隨碳酸鹽含量增高，儲層物性變差。

（2）硅質膠結。研究區硅質含量0.1%～4%，平均含量1.33%。據鏡下鑄體薄片、掃描電鏡等資料分析，板橋–合水地區長6儲層硅質膠結作用強烈，在成巖作用早期主要表現為石英次生加大，多見Ⅱ級加大，石英形成的加大邊能有效增加儲層的抗壓能力。到中晚期，石英逐漸生長成錐柱、刺狀充填到儲層孔隙。硅質膠結物對儲層物性的影響具有兩面性，一方面由于石英本身的次生加大使儲層的孔喉縮小，滲透率降低，使儲層物性變得更差；另一方面一定量的硅質膠結物對儲層具有建設性作用，硅質的形成增加了儲層抗壓實能力?？偟膩碚f硅質含量較低，對儲層的影響不是太大。

圖3 長6儲層碳酸鹽礦物與孔隙度關系

（3）黏土礦物膠結。黏土礦物分布于所有儲層中，它不僅自身形成膠結物影響儲層物性，而且在油田注水開發時能被注水沖掉，堵塞儲層喉道。研究區長6儲層黏土礦物膠結主要為綠泥石、伊利石膠結作用，高嶺石在淺部還常見，隨深度增加高嶺石逐漸減少。①綠泥石：綠泥石在研究區目的層普遍存在，隨著深度增加高嶺石逐漸向綠泥石、伊利石轉換，研究區的綠泥石含量只有0.7%，綠泥石對儲層的影響也具有雙面性。隨著膠結作用的進行，綠泥石一般以兩種形式存在：一種是在成巖作用早期，綠泥石常沿顆粒表面垂直生長以孔隙襯墊式存在常呈魚鱗狀、薄片狀；另一種是成巖晚期形成的呈絨球狀或玫瑰花瓣狀以孔隙充填式分布在顆粒間的形式存在。綠泥石在膠結過程中存在形式的不同，對儲層物性的影響也有所不同，在成巖作用早期，綠泥石膠結以孔隙襯墊式為主，該膠結方式的綠泥石沿孔隙壁生長而充填儲層儲集空間，使儲層的孔、滲明顯下降，但綠泥石自身形成的綠泥石薄膜增強了儲層自身的抗壓性，在一定程度上又保護了原始孔隙不被壓實。②伊利石：研究區黏土礦物含量最高的是伊利石（7.33%），在成巖早期，伊利石形態多呈絲狀片狀充填孔隙，隨著成巖作用逐漸進行，伊利石沿儲存孔喉壁生長，當伊利石長到一定程度，孔喉壁內的伊利石會連接起來形成搭橋狀，這會導致完整連通的孔喉被分割，降低儲層的儲集能力，使滲流能力明顯變差。

總的來說，板橋合水地區長6儲層的膠結作用對儲層儲集空間的破壞遠遠不如壓實作用強，經計算板橋合水地區膠結作用使儲層喪失的孔隙度約為3.65%。導致該地區物性差有兩個重要的原因：伊利 石含量高該類黏土礦物沿孔隙壁生長形成搭橋狀對儲層物性破壞極大；長石溶蝕是形成高嶺石的基礎，研究區高嶺石含量低，從另一方面反映該地區的溶蝕作用不發育。

2.3 溶蝕作用

研究區儲層的溶蝕作用強烈，提高了儲層的物性，為油氣的充入提供了有利的通道。研究區長石溶孔發育，長石溶蝕是主要的溶蝕作用，其次有少量的巖屑溶蝕。相對于巖屑溶蝕，長石溶蝕主要是沿解理縫開始溶蝕的。研究區發育的長石溶孔主要類型為粒間溶孔和粒內溶孔。溶蝕作用雖然對儲層有建設作用，但對儲層的改善不是主要的，經計算溶蝕作用使儲層面孔率僅提高了0.45%。

3 成巖階段劃分及成巖演化序列

依據實驗分析樣品的古地溫、伊/蒙礦物含量、古地溫以及Ro、顆粒接觸關系來分析，該地區成巖作用所處的階段，結合成巖階段劃分標準對研究區儲層成巖階段進行了劃分。研究區樣品鏡質體反射率Ro為0.58%～1.12%，平均為0.75；儲層中伊/蒙混層中蒙脫石的含量0～20%，但大部分小于10%；古地溫為 90～130 ℃，主要分布在 100～120 ℃；顆粒以點–線狀、線狀為主、并有凹凸狀接觸；孔隙以粒間孔、溶孔為主。板橋—合水長6儲層處于中成巖A期晚期，部分進入中成巖B期的早期。

根據對成巖作用類型及其特征的研究，結合儲層巖石薄片及陰極發光進行成巖序列分析，確定大致序列為：早成巖階段強烈的機械壓實作用—綠泥石膜形成—早期硅質及長石加大形成—伊蒙間層綠泥石、伊利石充填孔隙—溶蝕作用開始（長石）—高嶺石充填孔隙—晚期石英沉淀—鐵方解石、鐵白云石出現—膠結作用發生。其中機械壓實作用對儲層的物性影響最大，使儲層變得更加致密，黏土礦物對儲層的影響次之，黏土礦物的出現充填了儲層內部的孔隙結構，使油氣在孔喉里運移變得更加困難。

4 結論

（1）板橋合水長6儲層的巖石類型以巖屑質長石砂巖為主，碎屑成分主要是石英和長石，顆粒接觸以線狀接觸為主，膠結類型主要為孔隙膠結、加大–孔隙膠結，壓實作用是使儲層致密的主要原因。

（2）板橋合水長6儲層成巖作用階段主要為中成巖A期晚期，部分進入中成巖B期的早期。成巖序列為：早成巖階段強烈的機械壓實作用—綠泥石膜形成—早期硅質及長石加大形成—伊蒙間層綠泥石、伊利石充填孔隙—溶蝕作用開始（長石）—高嶺石充填孔隙—晚期石英沉淀—鐵方解石、鐵白云石出現—膠結作用發生。

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