垦利10－1油田沙河街组储层自生矿物及溶蚀作用对物性的影响

陈丽娜，袁志刚，王清斌，王月胜，王思惠

（中海油能源发展股份有限公司钻采工程研究院，天津塘沽 300452）

垦利10－1油田沙河街组储层自生矿物及溶蚀作用对物性的影响

陈丽娜，袁志刚，王清斌，王月胜，王思惠

（中海油能源发展股份有限公司钻采工程研究院，天津塘沽 300452）

垦利10－1构造沙河街组发育多套含油砂岩储集体，这些砂岩储层内的成岩现象十分丰富。应用扫描电镜、岩石薄片、粘土矿物及物性资料，对该储层成岩矿物成分、结构和产状进行了分类及特征分析。研究发现：垦利10－1南区沙河街组油层中自生粘土矿物含量高，它们以孔隙充填形式或薄膜包裹颗粒形式堵塞粒间孔隙和喉道，使储层渗透率降低；油层中自生石英加大发育，颗粒表面及粒间孔隙被较完整的石英自形晶面所充填，使储层渗透率降低；油层中碳酸盐胶结－交代现象明显，这种矿物以菱面晶体产状充填粒间孔隙，对油层物性影响较大。而该储层中长石的强烈溶蚀又改善了油层的储集性能，使这一探区具有上亿吨级的储量规模。

沙河街；自生矿物；长石溶蚀

垦利10－1油田位于莱州湾凹陷北部，是这一探区发现油层最厚、储量丰度最高的构造之一，是渤南探区重要的产能接替层位。根据探井的取心资料证实，该油田的储集层主要为一套古近系的辨状河三角洲沉积体。本文仅就该油田各井储层砂岩的薄片、扫描电镜、粘土矿物和物性资料进行了系统的观察和对比，研究了储层砂岩自生粘土矿物、自生石英加大的结构和充填方式，分析了碳酸盐矿物交代和颗粒溶蚀现象及其演化规律，以及这些成岩演化现象对储层物性的影响因素，为进一步的油田储层描述提供研究依据。

1 储层的岩石学特征

1.1 碎屑组分特征

根据该研究区100余块薄片分析结果所作的砂岩分类三角图（图1）表明：该油田沙河街组油层砂岩中的碎屑组分相对稳定，其中长石中钾长石含量38%～41%，平均为40%，斜长石含量3%～5%，平均为4%；石英含量34%～39%，平均38%；火山岩块平均含量8%，变质岩块平均含量9%。其储层岩性以中－细粒岩屑长石砂岩和长石砂岩为主，含少量长石岩屑砂岩和泥质粉砂岩（图2）。颗粒分选中等～较差，呈次棱角状～次圆状；颗粒接触关系以线接触为主，点接触次之；胶结程度中等，胶结类型以接触式为主，其次为孔隙式。碎屑组分特征表明，该储集层具有中等－较高成分成熟度、中等－较高结构成熟度的特点。

1.2 填隙物特征

该油田砂岩储层内的填隙物含量8%～17%，平均12%，由自生粘土矿物、次生加大石英和部分碳酸盐矿物等组成。自生粘土矿物以薄膜衬垫形式和杂乱堆积的产状包裹粒表或充填粒间孔隙。次生加大石英以加大边的形式生长在石英颗粒边缘，堵塞孔隙和喉道。碳酸盐矿物以嵌晶和亮晶的菱面体形式充填粒间孔隙。

2 储层的物性特征

通过对该研究区沙河街组储层物性资料的统计分析（见表1），储层平均孔隙度为22%，分布范围7.2%～29%；平均渗透率为 103×10－3μm2，分布范围 8.5～913×10－3μm2；属于中孔（15%～25%）、中－低渗（10～500）×10－3μm2—特低渗（＜10×10－3μm2）储层。毛管压力最大中值孔喉半径2.34 μm，最小孔喉半径0.06 μm，平均值0.72 μm；孔喉半径平均值最大值5.7 μm，最小值 0.26 μm,平均值 2.75 μm，按喉道分级标准，属于细喉道级别（0.5～5 μm）。喉道分布范围较大，均质性差。在所分析的3口井31个毛管压力资料中，有三分之二的样品喉道峰值偏向细喉道，三分之一的样品峰值偏向微喉道。说明该储层渗透率主要是由微－细喉道提供。从薄片和扫描电镜分析可以看出，该层段砂岩在成岩中、晚期经历了强烈的次生矿物充填和胶结作用，使砂岩中的原生孔隙遭到破坏，次生孔隙接受充填。孔隙多呈星散状，喉道发育较差，孔喉配位数低，虽然砂岩孔隙度较高且变化范围不大，但是渗透率却急剧降低，因此充填和胶结作用是导致该储层渗透率较低的主要因素。

表1 垦利10－1地区沙三段孔隙结构参数表

3 自生矿物对储层物性的影响

3.1 粘土矿物

3.1.1 粘土矿物组成

根据该油田各探井储层砂岩的薄片资料分析，颗粒间填隙物主要为水云母泥质、高岭石及碳酸盐矿物。x衍射分析资料显示，该储层砂岩中的粘土含量（图3）分布在5%～14%，平均值 9%；其粘土矿物中高岭石含量7%～72%，平均值41%；伊利石含量5%～40%，平均值21%；伊/蒙混层含量2%～55%，平均值21%；绿泥石含量6%～31%，平均值17%；数据表明：储层中的粘土矿物以高岭石为主，伊利石、伊/蒙混层次之，绿泥石含量较低。薄片和扫描电镜下很少见到从物源区搬运来的粘土矿物，绝大部分是在成岩期形成的自生粘土。

3.1.2 粘土矿物的分布与产状

（1）高岭石 偏光显微镜下高岭石呈米粒状，扫描电镜下结晶好的高岭石单晶呈假六方晶片体、集合体呈书页状和蠕虫状或杂乱排列的形式充填粒间孔隙或附着颗粒表面（图版1），晶体边缘见溶蚀和挤压现象，是成岩中期形成的成岩特征之一，从产状和形态上判断，其成因主要是由长石和杂基分解、溶蚀及孔隙水沉淀转化生成的。这一成岩现象在该储层的中－细粒长石砂岩中最常见，含量最多，特别是处在河道沉积中更是如此。虽然储层中的自生高岭石部分或全部充填粒间孔隙，但是由于高岭石具有较大的晶间孔隙，可以作为油气的储集空间，尤其是天然气。另外从扫描电镜下发现高岭石晶体边缘具有溶蚀现象，同样可以起到扩大孔隙的作用。

（2）伊利石，在扫描电镜下，伊利石的形态主要以丝絮状或弯曲片状包裹粒表并充填粒间孔隙，部分呈搭桥状分布在颗粒之间（图版2），其成因一部分是由钾长石溶解在孔隙水中经过沉淀形成，一部分是早成岩期的蒙皂石受成岩作用加强转化而成，是该油田储层砂岩中分布较多的一种粘土矿物。

（3）伊/蒙混层，也是该油田储层砂岩中特别是泥质含量高的层段中分布较多的一种粘土矿物，是由伊利石层和蒙皂石层混合叠积而成，是伊利石和蒙皂石两端元矿物之间的过渡矿物。其形态介于蒙皂石和伊利石之间，部分发育蜂窝状结构，部分具有丝片状结构，有的边部卷曲向丝缕状伊利石转化。在该油田储层砂岩中的产状以包裹颗粒表面和充填孔隙为主（图版3）。

（4）绿泥石，在该油田储层中含量较低，沙三段中底部可以见到，是成岩晚期的产物。扫描电镜下单晶呈叶片状、集合体呈绒球状，与次生石英共生。叶片状绿泥石多作为孔隙衬垫包裹颗粒表面，而绒球状绿泥石则充填在粒间孔隙中（图版4）。

3.1.3 粘土矿物对油层物性的影响 从以上该储层中粘土矿物的分布与产状分析，四种粘土矿物均对油层物性形成破坏性作用，从物性分析数据和粘土矿物含量可以看出：物性好的储层段，粘土总量低，而粘土中的高岭石含量高，说明虽然高岭石充填粒间孔隙和喉道，但是由于它的晶体相对较粗，晶间微孔隙多，所以孔隙度和渗透率相对较高，而粘土总量高、粘土中伊利石和伊/蒙混层含量高的层段，孔隙度和渗透率明显降低（图4、图5）。其主要原因是伊利石和伊/蒙混层的晶体极其微小，所形成的晶间孔隙也很小（小于0.1μm），是构成砂岩中束缚孔隙渗透性的主要因素之一，同时还加大了粒间孔隙的弯曲度，使储层的渗透率降低。

3.2 自生加大石英

该储层中石英次生加大现象普遍（如果有数据就更好），在各井的砂岩储层段均可见到，对储层孔隙影响极大，其成因一是来自碎屑石英颗粒的压溶作用，二是由于酸性环境下不稳定长石、岩屑普遍发生溶蚀作用及砂岩孔隙中含硅溶液沉淀而形成。随着埋深增加，石英次生加大逐渐增强，从而使孔隙缩小，喉道变窄。扫描电镜下，明显可见石英晶体向孔隙空间生长，主要是以石英自生加大边的形式产出于石英颗粒表面、粒间孔壁和粒内溶蚀孔隙中，一般为2～3级。其中大部分自生石英晶体向孔隙的空间连续生长并交错相接，并且与粘土矿物共生，堵塞孔隙与喉道，使储层物性变差（图版 5）。

3.3 碳酸盐矿物

该研究区常见的碳酸盐矿物有方解石、含铁方解石、铁白云石和菱铁矿，其分布与含量在各井有差异，一般含量在3%～10%左右，个别样品高达30%；扫描电镜下方解石矿物呈菱面体嵌晶状充填于粒间孔隙，薄片下方解石常呈亮晶、嵌晶状充填粒间孔隙，并交代部分颗粒边缘，较深井段见白云石沿颗粒边缘交代碎屑颗粒及方解石，这种成岩现象形成于温度较高的中成岩阶段（图版6）。

4 溶蚀作用对储层物性的影响

溶蚀作用在该油田沙三段储层中较普遍，随着埋深和成岩作用的加强，在酸性水的作用下，对长石、岩屑和杂基等不稳定组分产生溶蚀，形成粒间溶孔和粒内溶孔，是形成次生孔隙的重要因素。扫描电镜下，长石溶蚀最为普遍，多沿解理缝或破裂缝进行（图版7），溶蚀强烈时，形成粒内蜂窝状溶孔或铸模孔，部分颗粒呈残余状，保持了碎屑颗粒的外形，颗粒之间经溶蚀扩大的粒间溶孔普遍见到。此外，该储层中石英颗粒的溶蚀也比较常见，石英颗粒边缘溶蚀呈锯齿状、港湾状（图版8）。上述各类溶蚀孔隙互相配置，形成了比较优越的孔隙组合，增加了孔隙的连通性，对改善储层的孔渗性起到了重要作用。

5 结论

（1）该油田沙三段储层砂岩主要以岩屑长石砂岩、长石砂岩构成，具有：结构成熟度和成分成熟度较高，粒度分布范围较大，填隙物含量较高，孔隙结构复杂，孔喉细且分选差等特点，属中孔低渗类储层。

（2）该储层砂岩中的自生矿物含量高，主要以自生粘土矿物、自生加大石英和碳酸盐矿物为主，这些自生矿物的胶结、加大和充填是造成该储层渗透性较差的另一因素。

（3）高岭石含量与孔隙度呈正相关关系，而伊利石含量与孔隙度呈负相关关系。

（4）储层中的长石、岩屑等易溶矿物的溶蚀是储层次生孔隙形成的主要因素，能有效地改善储层物性，提高储层的孔隙度和渗透性。

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Kenli 10-1oil field Shahe Street Group reservoir of authigenic minerals and corrosion influence on physical properties

CHEN Lina，YUAN Zhigang，WANG Qingbin，WANG Yuesheng，WANG Sihui
（CNOOC Energy Technology&Services-Oilfield Engineering Research Institute，Tanggu Tianjin 300452，China）

Kenli 10-1 Structure of Shahe Street Group developed several sets of oily sand rock reservoir,the sandstone reservoir diagenesis and the phenomenon is very rich in.Application of scanning electron microscope,the rock thin section,clay mineral and physical properties data,the reservoir diagenetic mineral composition,structure and occurrence of the classification and characteristic analysis.Study finds:Kenli 10-1 South Shahe Street formation of authigenic clay minerals content is high,they with pore filling form or film-coated particles form plug intergranular pore and throat,the reservoir permeability decrease;formation of authigenic quartz grain surface and increase development,intergranular pore is more complete quartz automorphic crystal surface by filling,the reservoir permeability reduction;oil reservoir of carbonate cement in replacement phenomenon is obvious,the mineral with rhombohedron crystals produce filling intergranular pore,reservoir properties influence.The reservoir of feldspar dissolution and improve the strong oil reservoir performance,make this one area has reserves of100 million tons of class.

shahe street；authigenic minerals；feldspar dissolution

P618.13

A

1673-5285（2012）07-0041-05

2012－05-20

陈丽娜，女，1982年毕业于天津大学精密仪器工程专业，现为中海油能源发展股份有限公司钻采工程研究院高级工程师，长期从事油气勘探开发实验研究和管理工作。