鄂尔多斯盆地马岭地区长8油层组储层成岩作用及其对物性的影响

李卫成，牛小兵，梁晓伟，张艳梅 （中石油长庆油田分公司勘探开发研究院 ）

尤源，张居增，甄静 低渗透油气田勘探开发国家工程实验室，陕西 西安710018

鄂尔多斯盆地是一个整体沉降、拗陷迁移的大型多旋回克拉通盆地，中生代晚三叠世延长组沉积时期为盆地主要的沉积期，按沉积旋回可将延长组沉积时期地层从上到下划分为10个油层组 （长1～长10）［1］。马岭地区位于盆地西南部（图1），区域位置属伊陕斜坡，长8油层组沉积期主要发育西南物源控制下的辫状河三角洲沉积体系，主体为三角洲前缘亚相，水下分流河道砂体发育。随着浅层侏罗系油藏的开发步入中后期，马岭地区下部延长组油藏的勘探、评价力度逐步加大，先后落实了近1000km2的含油有利区，成为盆地西南部最重要的开发后备区块。该区长8油层组储层总体物性较差，直井试采产量较低，开发难度较大。笔者在系统整理近300块样品分析化验资料的基础上，对马岭地区长8油层组储层的成岩作用进行了深入研究，探讨了不同类型成岩作用及其对储层物性的影响，并提出了相应的改善措施，对后续开发具有一定的指导意义。

图1 鄂尔多斯盆地马岭地区位置图

1 储层特征

铸体薄片资料表明，马岭地区长8油层组储层以岩屑长石砂岩和长石岩屑砂岩为主。碎屑颗粒中石英、长石平均体积分数基本相当，均在30%左右；岩屑体积分数接近20%，其中变质岩屑体积分数为11．4%，火成岩屑体积分数为7．6%，基本不含沉积岩屑。陆源碎屑矿物中云母体积分数达5．2%。填隙物平均体积分数为11．1%，其中伊利石最高，为3．9%，绿泥石、铁方解石及硅质平均为2．0%左右，高岭石最低，仅有0．4%。该区长8油层组整体面孔率较低，平均为3．4%。储集空间中粒间孔最为发育，长石溶孔次之，岩屑溶孔、晶间孔少见。压汞及图像孔隙资料显示，研究区长8油层组平均喉道中值半径不到0．30μm，孔隙半径平均为55μm。依据李道品［2］的孔喉分类标准，研究区孔隙结构类型主要为中孔－微喉型，局部高渗区发育大孔－微细喉型。实测物性数据表明，研究区长8油层组孔隙度介于6．6%～15．0%之间，平均为9．8%，渗透率介于0．07～5．7mD，平均为0．58mD，整体呈现低孔、超低渗的特征，局部发育相对高孔、高渗含油富集区。

2 成岩作用及其对物性的影响

根据成岩作用对储层物性的影响，总体上可以划分为建设性成岩作用和破坏性成岩作用。铸体薄片、扫描电镜、X－衍射等分析资料表明，研究区长8油层组主要发育压实作用、胶结作用及溶蚀作用，各种成岩作用对储层物性影响的差异较大。

2．1 压实作用

压实作用是使颗粒排列致密、原生孔隙减少的主要原因之一，其对储层物性的影响与碎屑岩的结构及矿物成分有关［3］。一般而言，储集岩粒度细，分选差，且抗压性弱的塑性矿物颗粒 （云母、泥质岩类等）含量较高时，经压实作用后，塑性颗粒会变形堵塞孔隙和喉道，导致原生粒间孔锐减，储层物性变差。岩矿分析资料表明，马岭地区长8油层组储集岩中含有5．2%的陆源碎屑云母，粉砂级以下的细粒沉积物超过10%，具备发育压实作用的先决条件。镜下观察发现，马岭地区长8油层组储层已经受了较为强烈的压实作用，主要表现为砂岩中泥质岩屑和云母碎片等塑性颗粒普遍发生了较为强烈的变形，局部呈现定向排列的趋势 （图2（a）），碎屑颗粒间以线接触为主 （图2（b））。根据Houseknecht于1987年提出的视压实率计算公式［4］得出，该区视压实率为63．8%。

图2 马岭地区长8油层组岩石薄片镜下照片

2．2 胶结作用

2．2．1 黏土矿物胶结作用

分析化验资料表明，研究区长8油层组储层黏土矿物中伊利石含量最高。其主要原因为：区内砂岩富含钾长石，生烃过程中产生的酸性介质致其不断溶解，形成了富钾的碱性环境，为蒙脱石、高岭石等矿物转化为伊利石提供了物质基础［5］；同时，鄂尔多斯盆地的热液活动也为高岭石转化为伊利石提供了必要的温度条件［6，7］。结合扫描电镜观察发现：马岭地区长8油层组伊利石主要以弯曲片状充填于粒间孔或溶孔中 （图3（a）），将大孔分割为多个小孔，增加了流体流动的阻力，对物性有一定的影响；约有20%左右的样品中伊利石呈发丝状充填于粒间孔 （图3（b）），增加了喉道的弯曲度，从而大幅降低了砂岩的渗透率［8］；仅少数样品中有垂直于颗粒表面分布的包膜状伊利石。随着伊利石含量升高，渗透率有明显降低趋势 （图4）。

图3 马岭地区长8油层组伊利石扫描电镜照片

绿泥石的沉淀始于早成岩阶段［9］。镜下观察可见，区内储集岩中近80%的绿泥石为孔隙衬里，以垂直于颗粒表面的叶片状集合体向孔隙中心生长 （图5（a））；其余为充填孔隙状产出，一般呈叶片状 （图5（b）），少数呈绒球状。绿泥石衬里发育的孔喉内，除少量石英雏晶外，很少有其他胶结物形成，表明其对石英的沉淀有较好的抑制作用，一定程度上保护了孔隙和喉道［10～12］。但绿泥石衬里也会占据部分孔隙、喉道空间，尤其是喉道，进而影响渗透率。叶片状、绒球状绿泥石多与伊利石一起占据粒间孔、溶孔。统计资料表明，储集岩中绿泥石的含量不同，对储层渗透率的影响也有所不同。当体积分数低于1．5%时，虽绿泥石衬里占据了紧靠颗粒壁的部分喉道空间，但保护了绝大部分空间不被其他矿物沉淀所占据，其体积分数与渗透率呈正相关关系 （图6（a））；当体积分数高于4．0%时，喉道周围叶片状绿泥石便会桥接在一起，堵塞孔喉，其体积分数与渗透率呈明显的负相关关系 （图6（b））；当体积分数在1．5%～4．0%之间时，绿泥石与渗透率的相关性并不明显。

研究区长8油层组高岭石含量较低，绝对体积分数仅有0．4%，主要为自生高岭石。单个高岭石晶体呈六方板状，集合体呈书页状或蠕虫状，主要以孔隙式充填，多为单独产出。高岭石个体之间结合相对松散，发育一定数量的晶间孔，可见烃类侵染现象。在储层相对致密、喉道相对细小的条件下，一定数量的高岭石晶间孔对储层物性影响较大。研究区长8油层组高岭石主要来源于钾长石的溶解，而其多为单独产出则表明钾长石溶解后产生的硅离子大多被流体带走，由此反映出高岭石发育的区带介质流动通畅，储层物性较好。

图4 马岭地区长8油层组伊利石体积分数与渗透率的相关关系图

图5 马岭地区长8油层组绿泥石扫描电镜照片

图6 马岭地区长8油层组绿泥石体积分数与渗透率相关关系图

2．2．2 铁方解石胶结作用

铁方解石胶结是碎屑岩成岩过程中一种导致孔隙减少的作用。根据铸体薄片和扫描电镜观察，研究区铁方解石多呈颗粒状分布于碎屑颗粒之间，以嵌晶式、连晶式胶结储层孔喉。铁方解石主要形成于晚成岩期，尽管其为易溶矿物，但溶蚀作用并不发育，致使其成为成岩后期岩石致密的主要因素。铁方解石含量越高，储层物性则越差 （图7）。

2．2．3 硅质胶结作用

硅质胶结物在研究区含量较低，但在砂岩中普遍发育。硅质胶结物主要以石英颗粒次生加大的形式产出，其他则以石英雏晶的形式生长于孔隙壁或溶孔的内部。分析资料表明，区内钾长石普遍发生过溶蚀作用，而溶蚀过程中产生的大量硅质恰好为硅质胶结物的形成提供了物质来源。在成岩过程中，硅质胶结物挤占孔隙、喉道，导致储层物性变差。

图7 马岭地区长8油层组铁方解石体积分数与渗透率相关关系图

2．3 溶蚀作用

溶蚀作用是一种建设性的成岩作用，所形成的次生孔隙在区内是极为重要的储集空间和渗流通道。研究区长8油层组的溶蚀作用较为发育，溶蚀孔占总面孔率的近40．0%。溶蚀作用主要发育于钾长石颗粒中［13，14］，多沿解理缝，残余物呈条带状存留 （图8（a））。部分溶蚀孔为伊利石、绿泥石或高岭石所充填，少量未被充填的形成了铸模孔，仅残存外部的绿泥石衬里 （图8（b））。

图8 马岭地区长8油层组溶蚀孔隙扫描电镜照片

3 成岩序列及成岩阶段的确定

3．1 成岩序列分析

通过镜下观察成岩矿物间的接触关系，综合成岩作用类型及其特征，对研究区长8油层组进行了成岩序列的分析。结果表明：①绿泥石衬里发育的粒间孔内石英次生加大现象不明显，而在衬里不发育的孔隙中石英次生加大现象却普遍发育，说明绿泥石衬里的形成时间早于石英，是成岩早期的产物；②自生高岭石主要分布于长石溶孔中，且可见烃类侵染现象，说明其形成时间应在长石溶蚀之后，烃类充注之前；③伊利石、绿泥石同时分布于粒间孔、溶孔内，说明孔隙流体呈碱性，伊利石的形成应早于长石溶蚀；④未见铁方解石溶解，其周边赋存的绿泥石吸附有烃类物质，说明铁方解石形成于烃类充注之后，而绿泥石形成于烃类充注之前。根据上述认识，推测马岭地区长8油层组储层的成岩序列为：机械压实→绿泥石衬里形成→石英次生加大→长石颗粒溶解→自生高岭石形成→石英雏晶沉淀→自生伊利石形成＋玫瑰花状、片状绿泥石→ （石油充注）→晚期铁方解石充填。

3．2 成岩阶段的确定

根据镜质体反射率 （Ro）、古温度、自生矿物的特征、岩石颗粒接触关系及孔隙组合类型等资料来确定研究区的成岩阶段［15］。马岭地区长8油层组Ro通常为0．72%～1．17%，平均为0．94%。流体包裹体均一温度分布范围为70～170℃，有2个明显的峰值区，分别为80～100℃和120～130℃［16］。砂岩普遍经受了较强的压实作用，碎屑颗粒多以线接触为主。石英颗粒加大多为Ⅱ级，少数已达到Ⅲ级，扫描电镜下可见石英雏晶在粒间孔中沉淀，晶面自形程度较高。黏土矿物含量较高，部分伊利石呈发丝状，绿泥石以叶片状、绒球状充填孔隙，书页状高岭石分布较为局限。溶蚀现象普遍发育，铁方解石未见溶蚀。依据碎屑岩成岩作用阶段划分标准［17］，结合上述特征可得，马岭地区长8油层组储层砂岩的成岩阶段主要处于中成岩A期 （图9）。

4 结论

1）长8油层组孔隙度平均为9．8%，渗透率平均为0．58mD，整体呈现低孔、超低渗的特征，局部发育相对高孔、高渗含油富集区。

2）压实作用、胶结作用、溶蚀作用为研究区主要成岩作用。压实作用导致储层物性急剧变差。伊利石和铁方解石胶结作用是储层物性变差的主要因素，其含量与物性呈负相关关系；高岭石含量与物性呈正相关关系；绿泥石的体积分数低于1．5%时，与渗透率呈正相关，当高于4．0%时，与渗透率呈明显的负相关。溶蚀作用所形成的次生孔隙在区内是极为重要的储集空间和渗流通道。

图9 马岭地区长8油层组成岩阶段及共生序列

3）根据自生矿物特征、颗粒接触关系、镜质体反射率、古温度等指标推测马岭地区长8油层组储层砂岩的成岩阶段主要处于中成岩A期，其成岩序列为：机械压实→绿泥石衬里形成→石英次生加大→长石颗粒溶解→自生高岭石形成→石英雏晶沉淀→自生伊利石形成＋玫瑰花状、片状绿泥石→ （石油充注）→晚期铁方解石充填。

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