准中1区低渗透储层成岩作用与孔隙演化

张江华，刘传虎，朱桂林，董臣强，周晋科

(中石化胜利油田分公司 新春采油厂，山东 东营 257000)

准中1区低渗透储层成岩作用与孔隙演化

张江华，刘传虎，朱桂林，董臣强，周晋科

(中石化胜利油田分公司 新春采油厂，山东 东营 257000)

综合利用岩心观察、薄片鉴定、图像分析、扫描电镜观察、压汞与岩石物性测试等多种技术方法，对准中1区低渗透储层成岩作用过程进行了研究。结果表明，三工河组砂岩经历了压实作用、胶结作用、交代作用、溶蚀作用等多种成岩作用;储层的孔隙演化与成岩作用密切相关;压实作用、胶结作用是导致砂岩孔隙度降低、储集性能变差的主要因素，孔隙损失分别达19.3%和11.84%;溶蚀作用形成的次生孔隙对准中1区侏罗系砂岩储集性能具一定改善作用，孔隙增生量达6.59%。

准噶尔盆地;低渗透储层;成岩作用;孔隙演化

准噶尔盆地中部1区块位于准噶尔盆地中央坳盆1井西凹陷，南部位于昌吉凹陷的北斜坡，东接莫北凸起和马桥凸起，西邻中拐凸起和达巴松凸起，其主力含油层位为三工河组二段上报探明石油地质储量2059×104t，展现出良好油气勘探前景。然而，目前准噶尔盆地腹部低渗透储层物性演化过程复杂，低渗透成因机制认识不清，低渗形成时期与油气成藏期的匹配关系不明确等问题制约着该油田的勘探开发进程［1－4］。因此，加强研究区侏罗系三工河成岩作用及其物性演化研究，对准噶尔盆地腹部非常规油气勘探开发具有重要的指导意义。

1 储层特征

1.1 岩石学特征

侏罗系三工河组二段砂岩类型以成分成熟度低的长石岩屑砂岩为主，其中碎屑成分石英含量一般为40%～75%，平均为48.86%，;长石含量一般为18% ～35%，平均为20.43%，;岩屑含量一般为20%～50%，平均为32.67%，塑性岩屑主要是低变质的千枚岩及少量板岩、泥岩和云母。填隙物总量低，杂基以泥质为主，平均含量为3.86%，呈不均匀状分布于颗粒之间，胶结物平均含量为3%，胶结物类型多样，主要为碳酸盐胶结、硅质胶结和自生黏土矿物胶结。砂岩以中、中粗、粗中粒为主，分选中—好，磨圆中等，表现出较高的结构成熟度，反映形成于水流淘洗比较充分的沉积环境。

1.2 储集空间特征

1.2.1 孔隙类型

通过对取心井段铸体薄片和扫描电镜资料分析，结合对三工河组砂岩成岩作用特征的研究，将孔隙类型分为粒间孔隙、颗粒溶蚀孔隙、微孔隙或晶间孔隙(图1)。

(1)残余粒间孔隙。残余粒间孔隙又名剩余粒间孔孔隙，是砂岩经历了机械压实、石英及长石的再生长或其他胶结作用后，剩余的原生粒间孔隙残存部分，粒间内部及颗粒边缘无明显溶蚀现象。该类孔隙形态呈三角形、多边形，在钙质胶结、高岭石自生矿物及其他胶结物的填充时不发育(图1a、b)。

图1 莫西庄油田三工河组储层显微照片

(2)粒间溶孔。粒间溶孔隙是颗粒边缘被明显溶蚀，或残余粒间孔隙的填隙物被明显溶蚀而形成的孔隙，是莫西庄地区最主要的孔隙类型，多呈港湾状，以粒间的碳酸盐胶结物被溶解为主(图1c)，长石的溶解现象也比较常见，在溶蚀的长石颗粒附近可见高岭石。

(3)粒内溶孔隙。莫西庄地区粒内溶孔隙多为火山岩屑、变质岩屑和长石颗粒内的溶孔隙。在镜下，孔隙大小不等，形态不规则，呈斑点状分布，总量较小。粒内溶孔隙多与溶扩粒间孔隙伴生存在(图1d)，是砂岩中火山岩屑和长石等可溶组分在埋藏过程中发生选择性溶蚀的结果。

(4)晶间孔隙。晶间孔隙主要为自生高岭石晶间孔隙(图1e、f)。电镜下单晶体常为不规则片状，集合体呈杂乱堆积;成分复杂，常混有蒙脱石、伊利石和I/S间层矿物;孔隙的分布及大小极不均匀，一般孔径小于5μm，孔间相互连通性差异较大。

(5)微裂隙。刚性颗粒如石英等，在应力的作用下，发生强烈的破碎。尽管在莫西庄地区这种孔隙类型小于1%，但由于破碎微裂缝缺少硅质胶结充填(图1g、h)，具有一定的储集空间，可作为良好的渗流通道。

1.2.2 孔喉结构

研究区储层孔隙度主要分布在3%～18%之间，峰值为15%。储层渗透率主要分布范围0.1× 10－3～80.0×10－3μm2，平均渗透率为 10×10－3μm2，具有中低孔、中细喉特征，这是导致该套储层物性差的原因。

通过压汞资料的分析研究和对其毛管压力曲线形态及各特征参数的统计分析，将其孔隙结构分为3种类型。

(1)粗态型。该类孔隙平均排驱压力为0.04 MPa，汞饱和度中值压力值平均为0.35 MPa，最大汞饱和度值大于90%，平均孔喉半径为6.7μm。主要发育于中、粗砂岩中。具该类孔隙结构的储层物性较好，储集空间以粒间孔隙和溶蚀孔隙为主，储渗能力强。

(2)偏细态型。该类孔隙平均排驱压力0.25 MPa，汞饱和度中压力平均为3.1 MPa，最大汞饱和度值平均为85.2%，平均孔喉半径为0.41μm。主要发育于含砾砂岩、细砂岩中。储集空间以溶蚀孔隙和晶间孔隙为主，储集能力和渗流能力中等。

(3)细态型。储层平均排驱压力1.6 MPa，汞饱和度中值压力平均为37.20 MPa，最大汞饱和度值平均为79.3%，平均孔喉半径为0.04μm。主要发育于粉砂岩、泥质粉砂岩。储集空间以微孔隙为主，储集能力和渗流能力差。

1.2.3 储层相对渗透率特征

通过对莫西庄地区5口井17块岩心的油、水相对渗透率曲线特征分析认为，研究区储层表现出低渗透和束缚水饱和度高的特点，束缚水饱和度为35%。油水两相共渗区范围为45.2%，油水两相等渗点对应的饱和度在60%以上，储层岩石润湿性为较强亲水性。

2 成岩作用类型及特征

莫西庄地区侏罗系三工河组储层埋藏演化过程中经历了复杂的成岩作用改造过程，主要的成岩作用类型包括压实作用、胶结作用、溶解作用及交代作用等。

2.1 压实作用

准中1区不同地区侏罗系三工河组储层埋藏深度跨度范围大，压实作用程度存在明显的差异，如沙窝地地区埋深一般在3200～3600 m，颗粒点接触为主，少量的线接触;莫西庄地区埋深一般在4000～4500 m，颗粒线接触为主，少量点接触;征沙村地区埋深一般在4500～5200 m，颗粒间线－凹凸接触为主，可见少量缝合接触。整体上，研究区低渗透储层压实作用中等偏强，常见的主要特征有:①云母等塑性颗粒的压实变形(图2－a);②长石等脆性颗粒的压实破裂(图2－b);③深层碎屑颗粒间线接触－凹凸接触，可见缝合接触(图2－c)。④泥岩岩屑的假杂基化。

2.2 胶结作用

研究区侏罗系三工河组储层胶结作用普遍，胶结物类型多样，主要类型包括碳酸盐胶结作用、硅质胶结作用、硫酸盐胶结作用、硅酸盐胶结作用以及粘土矿物胶结作用等。

2.2.1 碳酸盐矿物胶结

碳酸盐胶结物主要为铁方解石和铁白云石(图2－d、e)，含少量方解石，以孔隙式胶结为主，并且常见铁方解石、铁白云石充填长石溶孔以及晚期碳酸盐交代早期碳酸盐的现象(图2－f)。

2.2.2 硫酸盐矿物胶结

硫酸盐胶结物主要为石膏与硬石膏，集中分布于莫西庄地区庄11井、庄7井及庄4井一带，常以孔隙式胶结的形式充填原生孔隙，并对颗粒造成交代(图2－g)。

2.2.3 硅酸盐矿物胶结

硅质胶结物主要以石英次生加大的形式出现(图2－h)，石英次生加大占据了部分孔隙空间，破坏了原生孔隙，但是在一定程度上增强了岩石的抗压能力，抑制了压实作用。硅酸盐胶结物主要为长石加大边，在研究区仅见少量发育。

2.2.4 黏土矿物胶结

低渗透储层中常见的自生黏土矿物以绿泥石与自生高岭石为主，绿泥石主要以薄膜的形式存在于颗粒边缘作为衬边胶结(图2－i)，在一定程度上保护了孔隙空间，但是堵塞了喉道，降低了储层渗透率;自生高岭石主要充填原生孔隙及长石溶蚀孔隙(图2－j)，将其转化为晶间微孔，极大的降低了储层渗透率，是造成储层低渗的主要原因之一。

图2 准中1区侏罗系三工河组储层成岩作用特征

2.3 溶蚀作用

溶蚀作用能够有效地改善储层物性，对储层的形成起建设性作用。铸体薄片观察表明，研究区溶蚀作用对象以长石、岩屑等酸性不稳定矿物为主，其中长石溶蚀现象最为普遍。长石颗粒沿边缘、解理缝或破裂缝进行溶蚀，形成港湾状不规则边缘或粒内溶孔(图2－k)，部分溶蚀严重者呈蜂窝状(图2－l)，甚至形成铸模孔隙。另外，少量石英颗粒及其加大边的溶解作用是储层变为碱性成岩环境时的成岩响应。

2.4 交代作用

自生矿物之间的交代作用通常作为判断成岩作用发生先后顺序的主要依据之一。准噶尔盆地中部1区块侏罗系三工河组低渗透储层中交代作用十分普遍，既有自生矿物对颗粒的交代，也有自生矿物间的交代。主要可见碳酸盐矿物、硬石膏等对长石颗粒、石英颗粒及石英加大边的交代(图2－m)，晚期碳酸盐对早期碳酸盐的交代(图2－n)，晚期碳酸盐对硬石膏的交代(图2－o)以及黄铁矿对碳酸盐胶结物的交代(图2－p)等。

3 孔隙演化特征

3.1 三工河组成岩演化序列

结合准中1区构造演化史，恢复工区储层成岩作用史，建立三工河组储层成岩作用演化序列，并确定了不同成岩事件发生的时间范围［5－9］。三工河组储层现今主要处在晚成岩A期，从早到晚成岩作用演化序列依次为:压实作用→压实作用/绿泥石薄膜/菱铁矿胶结→压实作用/长石溶蚀/石英加大/自生高岭石胶结→压实作用/硬石膏胶结→压实作用/方解石胶结/铁方解石胶结/铁白云石胶结→压实作用/黄铁矿胶结(图3)。

综合上述研究成果，结合研究区烃源岩及储层埋藏演化史，分析储层成岩环境演化过程。以征沙村地区征1井为例其成岩演化经历如下阶段(图3):

距今约195～108 Ma，三工河组储层成岩环境呈碱性，计算所得方解石形成温度中含有小于50℃的低温条件，碳酸盐胶结物中包裹体均一温度测试，存在60～70℃，显示了早期碱性环境的存在;绿泥石薄膜形成温度约为20～40℃(Jeffry D.Grigsby，2001)，取中间值30℃，形成于距今约187 Ma(绿泥石的形成需要富铁碱性环境，也显示了早期碱性环境的存在)。

图3 三工河组储层成岩作用序列－成藏史综合图

距今约108～58 Ma，三工河组地层温度约达到75℃，来自于二叠系烃源岩演化过程中生成的有机酸能够稳定保存(Surdam 1984、1989)，储层成岩环境开始向酸性转化，长石、岩屑等酸性不稳定矿物开始大量的溶解，石英次生加大与自生高岭石开始形成，包裹体均以温度众数范围为90～110℃，证明该时期酸性环境的存在。

距今约90 Ma开始，三工河组地层温度约达到90℃，根据上述研究结果，此时期为硬石膏开始发生沉淀的时期;第一期油气发生充注。

距今约58～32 Ma，二叠系烃源岩地层温度全部大于140℃，有机酸开始大量脱羧分解，储层开始缺乏酸源，由于早进入的有机酸在溶解作用等过程中的消耗，储层成岩环境酸性逐渐减弱，开始向碱性转化;第二期油气发生充注。

距今约32～0 Ma，储层成岩环境变为碱性，方解石、铁方解石、铁白云石等晚期碳酸盐胶结物开始胶结(计算所得的碳酸盐胶结物形成温度约为110℃，埋藏史上投影约为32 Ma)，少量晚期黄铁矿胶结物出现。

3.2 地质历史时期不同岩性储层物性演化史

以“储层成岩作用演化序列”约束下的地质历史时期储层物性恢复方法为指导，反演回剥法恢复地质历史时期各主要成岩阶段储层的孔隙度;然后，以储层现今孔隙结构为基准，结合成岩作用演化序列及不同成岩事件造成的储层孔隙度变化值，依次恢复地质历史时期各主要成岩阶段储层的孔隙结构;最后根据现今不同类型储层孔隙结构特征，通过相应类型孔隙结构储层的孔－渗函数关系，计算地质历史时期储层渗透率。

通过地质历史时期储层物性的恢复［10－15］，可以确定庄4井，4355.69 m储层的物性演化过程如下:储层受早期压实作用影响，储层原生孔隙减少，喉道变细，由高孔(特)高渗转变为中高孔高渗，随后压实作用继续进行，储层物性继续变差。距今约107 Ma开始，储层成岩环境变为酸性，长石溶蚀/石英加大/自生高岭石作用开始发生，至距今约50～60 Ma时，由于压实作用的继续进行以及自生高岭石与石英加大的发生，主要受压实作用与自生高岭石充填作用的控制，储层物性进一步变差，形成中低孔低渗储层。至距今约92 Ma时，压实作用继续，储层发生强烈的硬石膏胶结作用，储层物性急剧变差，至距今30～40 Ma时，储层变为特低渗特征(图4)。

图4 储层物性演化及低渗透成因机制(庄4井，4355.69m)

以原始孔隙度44%计，经早期机械压实作用后，孔隙度为29.2%，再经自生高岭石胶结及石英次生加大后为25.22%。在硬石膏的强烈胶结下孔隙度下降至13.09%。有机酸对长石的有限溶解改善了孔隙物性，孔隙増空率为6.59%。

综上，该类储层压实作用与自生高岭石胶结及石英次生加大减孔是造成低渗的主要原因，硬石膏强烈胶结时造成储层特低渗的主要原因。油气成藏史研究表明，研究区侏罗系三工河组储层油气充注分为两期，第一期充注时间约为90 Ma～50 Ma，第二期油气充注时间约为50 Ma～0 Ma。因此，结合低渗透储层形成低渗形成时间确定，认为该类储层低渗形成于第一期油气成藏末期，早于第二期油气成藏;特低渗形成于第二期油气成藏期内部。

4 结论

(1)准中1区储集空间类型主要包括粒间孔隙、颗粒溶蚀孔隙、微孔隙或晶间孔隙。储层孔隙结构主要为中孔隙—中、细喉类型，整体排驱压力较高，表现为亲水特性。

(2)储层的孔隙度演化与成岩作用关系密切，压实作用、胶结作用是导致砂岩孔隙度降低、储集性能变差的主要因素，孔隙损失分别达19.3%和11.84%;溶蚀作用对储层物性的影响比较有限，起改善储层物性的作用。溶蚀作用形成的次生孔隙对准中1区侏罗系砂岩储集性能具一定改善作用，孔隙增生量达6.59%。

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［责任编辑 李晓霞］

TE121.1

A

1004－602X(2015)03－0049－05

10.13876/J.cnki.ydnse.2015.03.049

2015 -05 -20

国家科技重大专项“准噶尔盆地碎屑岩层系大中型油气田形成规律与勘探方向”(2011ZX05002－002);国家重点基础研究发展计划(973)项目“中国西部典型叠合盆地油气成藏机制与分布规律”(2006CB202306)

张江华(1977—)，男，湖北仙桃人，中石化胜利油田分公司高级工程师。