玛湖1井区上二叠统乌尔禾组一段成岩特征

于景锋,李 平,陈乃志,孟 鑫,罗 帅,何乃祥

(1.中国石油新疆油田公司开发公司,新疆克拉玛依 834000;2.中国石油西部钻探工程有限公司地质研究院,新疆克拉玛依 834000;3.北京耀齐科技有限公司,北京 102206)

近年来,新疆油田在准噶尔盆地的油气勘探不断突破,勘探层位从侏罗系逐渐深入至二叠系,其中三叠系百口泉组(T1b)、上二叠统乌尔禾组(P3w)和中二叠统乌尔禾组(P2w)是获得突破最多的层位,三个层位的岩性均为强非均质性砂砾岩[1-4],玛湖凹陷南斜坡玛湖1井区上二叠统乌尔河组油藏位于准噶尔盆地西北缘[5-7](图1)。

图1 玛湖1井区区域位置

上二叠统乌尔禾组储层岩性主要为砂砾岩,类型包括含泥含砂砾岩、泥质砾岩、砂质细砾岩,结构成熟度和成分成熟度较低,具有低孔低渗特征[8],胶结物类型多样,主要包括沸石类和碳酸盐岩类[9],储层主要发育中孔-细喉型、小孔-细喉型以及微孔-裂缝型三种[10],上二叠统乌尔禾组特有的沉积环境决定了储层的非均质性强,不利于勘探[11],但成岩过程中产生的次生孔隙和构造缝伴生的次生溶孔有利于油气聚集成藏[12-13]。

1 储层基本特征

1.1 岩石学特征

玛湖1井区乌尔禾组一段(P3w1)主要为洪积扇-扇三角洲-湖泊沉积体系[10]。岩心、薄片和录井资料统计发现,各类岩性所占比例不同,砂砾岩占86.4%,砾岩占6.3%,泥岩占4.2%,砂质砾岩占2.1%,中-粗砂岩类占1.0%,砂砾岩中砾石和砂质分别为77.1%和16.0%,砾石和砂质的主要组成矿物均为凝灰岩,平均含量分别为65.1%和11.5%。胶结物和杂基平均含量为3.7%和3.5%,胶结物主要由沸石类矿物组成,杂基中伊蒙混层和伊利石含量最高。砾石颗粒结构以次棱角-次圆状为主,分选差,砂质颗粒磨圆度较砾石好,但分选差;P3w1段黏土矿物含量为2.4%～8.7%,平均含量3.8%,矿物成分以伊蒙混层为主,相对平均含量65.0%,伊利石次之,相对平均含量20.4%。

1.2 物性特征

根据玛湖1井区P3w1段423块岩心孔渗资料统计结果,孔隙度为3.6%～16.4%,中值为7.0%,渗透率为0.03×10-3～58.00×10-3μm2,中值为1.37×10-3μm2,属于低孔低渗储层。百口泉组、上二叠统乌尔禾组和中二叠统乌尔禾组是玛湖地区典型砂砾岩储层发育层系,对比三套储层物性随深度变化关系发现,T1b和P3w组储层物性受深度影响变化明显,埋深越大物性越差,当埋深大于4 000 m时,物性陡然下降,4 000 m后物性下降变慢,P2w组储层埋深普遍超过4 000 m,储层物性随埋深变化不大(图2)。

图2 玛湖1井区T1b、P3w和P3w组砂砾岩储层孔隙度与埋深关系

1.3 孔隙类型

根据铸体薄片资料,P3w1段储层孔隙类型主要为次生孔隙和残余粒间孔,占比分别为51.8%和23.1%,另外,微裂缝占比较高,达25.1%。

次生孔隙主要类型包括粒内溶孔、粒间溶孔、黏土溶孔和沸石溶孔。粒内溶孔主要是长石溶孔和岩屑溶孔,同时可见少量石英溶孔,长石沿解理面溶蚀,火山岩岩屑内的易溶组分被溶蚀后形成条带状、网格状、孔洞状或窗格状粒内溶孔,溶蚀强烈时碎屑颗粒被完全溶蚀,可形成铸模孔。粒间溶孔通常不规则且较小,岩屑和长石边缘被溶蚀后呈港湾状、长条状、蚕食状和半球状,溶蚀粒间孔隙形态多样,所形成的溶孔不规则,颗粒间残留较多未完全溶解的杂基或胶结物。黏土溶孔主要有高岭石晶间孔和黏土充填溶孔,高岭土晶间孔内不含杂基,高岭石充填在粒间溶孔内,黏土充填溶孔是溶孔内部被后期碳酸盐类矿物充填或半充填,致使溶孔孔细喉微,物性很差。沸石溶孔是本区次生孔隙的重要类型,早期沸石作为充填物充填于颗粒间,随着成岩作用的演变,沸石被溶蚀,形成次生溶孔,形状呈三角形、纺锤形、蠕虫状、锯齿状等多种形状。储层裂缝分为宏观裂缝和微观裂缝两种,宏观裂缝主要是构造缝,微观裂缝主要是成岩缝,裂缝对储层内流体的流动产生重要影响,不仅可以提高储层的孔渗能力,也可以增强储层的非均质性。

残余粒间孔主要发育在分选较好的储层,颗粒边缘无明显溶蚀痕迹,颗粒之间主要为点接触,沸石等充填物延颗粒边缘不完全填充,孔隙形状呈三角形、纺锤形、多边形等。

2 成岩作用对储层的控制

2.1 破坏性成岩作用

压实作用存在于储层发育的全过程,在破坏原生孔隙的同时,还会对凝灰岩岩屑的半塑性颗粒造成塑性变形,致使颗粒接触关系向致密方向发展,储层物性迅速变差[14-20]。物性与埋深关系可见,埋深是影响压实作用的主要因素,储层凝灰岩岩屑含量高,压实作用强(图3a)。

图3 玛湖1井区P3w1储层破坏和建设作用关系

胶结作用贯穿于成岩作用的全部时期,对储层同样具有较强的破坏作用。玛湖1井区P3w1段储层黏土矿物和碳酸盐类胶结物对储层破坏作用较强,呈现相对含量越高物性越差的特点,沸石胶结在早成岩期也是破坏储层的重要因素。

2.2 建设性成岩作用

溶蚀作用是P3w1段储层孔隙发育最重要的成岩作用,主要表现在火山碎屑矿物、长石和沸石类胶结物的溶蚀等几个方面。二叠纪时期,准噶尔盆地处于热盆阶段,储层火山碎屑岩易与孔隙水发生反应,形成大量碱性孔隙水[14],碱性条件下溶蚀凝灰岩碎屑的同时会在孔隙中形成大量沸石类矿物堵塞孔隙,中成岩A期开始,沸石类矿物被排烃形成的酸性孔隙水溶蚀,形成大量沸石矿物溶蚀孔隙,表现为沸石类胶结矿物相对含量越高、储层孔隙度越大的特点(图3b、3c),与此同时,长石等易溶矿物也被溶蚀,形成大量粒内溶孔。溶蚀作用的强弱表现为互补特征,沸石溶蚀作用强的储层粒内溶孔相对弱,粒内溶孔发育的储层沸石含量相对低,说明早期沸石的形成一方面会保护原生孔喉空间,另一方面也会在颗粒表面形成类似保护层,阻碍后期易溶颗粒的大量溶蚀(图3c、3d)。

玛湖1井区地处准噶尔盆地西北缘逆冲断裂带附近,储层受近东西向强烈挤压作用,裂缝比较发育,裂缝一方面具有一定储集能力,另一方面也可改善储层的渗流能力,为储层溶蚀作用和油气运聚提供条件。

3 成岩阶段和成岩序列

3.1 成岩阶段划分

研究区现今构造是由低部位向高部位逐渐超覆的东南倾单斜构造,总体埋深3 200～4 000 m,储层成岩环境较为稳定,受强压实作用和胶结作用的影响,玛湖1井区P3w1段储层中原生粒间孔消失殆尽,现存孔隙类型主要为次生溶孔和残余粒间孔。碳酸盐胶结和硅质胶结少量发育,伊蒙混层中蒙脱石的含量为0～56.0%,平均仅15.6%,伊蒙混层有序化明显,黏土矿物中伊利石相对含量超过20%,丝状伊利石普遍发育,交代产生的铁方解石也被发现。

综合以上成岩特征,结合该地区地热史、黏土矿物演化史、埋藏史和有机质演化史等,可确定玛湖1井区P3w1段砂砾岩储层处于中成岩阶段B期(图4)。

图4 玛湖1井区P3w1储层成岩阶段和成岩序列划分

3.2 成岩序列

3.2.1 同生期

古常温是同生期的典型特点,碎屑物尚未脱离沉积水体,此时成岩作用是长石和火山岩岩屑的水化作用,主要形成火山玻璃,其次细菌在有氧环境下对有机质进行氧化分解。

3.2.2 早成岩阶段

准噶尔盆地玛湖地区石炭纪-二叠纪时期属典型的高温热盆环境,处于早成岩A期,对应的镜质体反射率(Ro)小于0.35%,埋深小于1 000 m,古地温小于70 ℃,有机质向半成熟阶段发展,主要产物为生物气、液态烃(油)[18-19],此阶段蒙脱石和高岭石生成,与此同时,火山碎屑的水化和溶蚀作用为储层内水体带来大量碱金属离子,形成了偏碱性的成岩环境[20],原生粒间孔和大量碱性离子的存在为沸石矿物的大量形成提供了条件,此阶段沸石矿物作为胶结物形成于原生粒间孔内。总体看,早成岩阶段压实作用强烈,储层碎屑颗粒接触方式由悬浮状逐渐变为点接触,原生粒间孔快速减少。

早成岩B期开始研究区逐渐变为冷盆,对应的古地温不变甚至有轻微下降,古地温范围为70～110 ℃,Ro为0.35%～0.50%,埋深为1 000～2 000 m。此阶段的典型特征为储层碱性流体水解火山碎屑物质,火山碎屑岩和杂基火山灰溶蚀后绝大部分转变为伊蒙混层和沸石类矿物,此时充足的粒间孔隙为沸石类矿物和伊蒙混层的形成提供了条件。此阶段是压实作用、胶结作用和溶蚀作用最为显著的阶段,颗粒间开始出现线接触。

3.2.3 中成岩阶段

中成岩A期准噶尔盆地为冷盆,Ro为0.35%～0.70%,埋深为2 000～4 000 m;此阶段随着埋深快速增加温度缓慢升高,储层中流体由碱性变为酸性,早期形成的沸石矿物开始溶蚀[21];长石、碱性火山碎屑和泥质杂基在酸的作用下大量溶解,在中成岩A期末,伊蒙混层和高岭石为主的黏土矿物开始缓慢转换成伊利石。

中成岩B期准噶尔盆地的古地温继续升高,埋深逐渐加大,有机质处于低成熟-半成熟阶段,烃类产物主要为热裂解气和轻质油,本期开始的标志即为铁方解石交代黏土矿物,中成岩B期形成的标志性特征为丝状伊利石大量出现,未转换的伊蒙混层开始逐渐有序化。地层水呈现有机酸状态,伊利石形成过程中K+被大量消耗,浓度低至无法形成片状伊利石时,丝状伊利石开始在孔隙水中沉淀。

4 结论

1)P3w1段储层岩屑以凝灰岩为主,成岩过程中凝灰岩易被压实、变形,破坏原生粒间孔,同时凝灰岩易与储层流体反应形成沸石、蒙脱石和伊蒙混层等矿物,增强储层胶结作用。因此,强压实作用和储层岩屑高凝灰岩含量是玛湖1井区P3w1段储层低孔低渗的主要成因。

2)P3w1段储层最重要的建设性作用是凝灰岩岩屑和沸石胶结物的溶蚀作用,在中成岩A期,P3w1段沸石胶结物和凝灰岩岩屑被溶蚀形成大量次生孔隙,是现今储层的主要孔隙类型,此类溶蚀作用是P3w1段储层最重要的建设性作用。

3)P3w1段砂砾岩储层原生孔隙几乎消失,以次生溶孔为主,铁方解石交代作用出现,丝状伊利石开始大量形成,储层现今处于中成岩B期。成岩序列上,早成岩B期前储层以破坏性成岩作用为主,中成岩A期压实作用影响减弱,储层溶蚀作用成为主导,进而形成大量次生溶孔,中成岩B期后压实和胶结作用成为主控因素,储层逐渐变差。