王国壮 陈 红 钟建华

摘要:高台子油层为龙虎泡地区主要含油层,储层岩性以含泥粉砂岩为主。通过岩心观察和化验分析对其成岩作用研究表明:压实作用使原始孔隙减少,不利于储集空间的保存;胶结作用和溶蚀作用同步进行,早期胶结作用抑制压实作用强度,胶结物后期溶解可有效改善储层物性。根据蒙脱石、高岭石、伊利石等黏土矿物特征及演化阶段推断储集岩成岩作用已达到晚成岩阶段中期。另外,研究区高台子油层主要为三角洲前缘相沉积,岩石碎屑颗粒间孔隙被泥质充填,加之后期大量自生黏土矿物生成,使岩石碎屑颗粒间孔隙以小孔为主,孔隙结构复杂,沉积作用与成岩作用共同决定了高台子油层中孔、低渗特征。

关键词:高台子油层;成岩作用;储集物性;中孔低渗;龙虎泡地区

中图分类号:TE122.2文献标识码:A

前 言

成岩作用包括沉积物在沉积后到变质作用前所发生的各种物理、化学作用及生物化学作用,而不仅仅是狭义的沉积物的石化和固结作用。成岩作用对碎屑岩储层物性有着非常重要的影响,是储层性质研究的重要依据。高台子油层是龙虎泡地区主要含油目的层,储层孔隙度中等,但渗透率较低,开发难度较大。为了改善其开发效果,提高油藏采收率,必须对其中孔、低渗的成因进行分析,才能有针对性地开展储层改造,改善储层物性,增加产能。

1 地质概况

1.1 区域背景

龙虎泡地区位于松辽盆地北部,包括龙虎泡阶地及齐家—古龙凹陷的北半部,东与大庆长垣相连,西以西部斜坡与中央凹陷的一级构造边界为界,南至他拉哈油田,北至齐家油田,总面积2 500 km²。龙虎泡地区是目前大庆外围第一个以高台子油层为主要目的层的大型含油区,为轴向近南北的背斜构造,构造两翼倾角略大于1°,位于松辽盆地中央坳陷区齐家—古龙凹陷西侧,泰康隆起向东倾没的斜坡上(图1)。龙虎泡油田高台子油层为中生界白垩系下统青山口组二、三段地层,主要发育三角洲前缘亚相和前三角洲亚相,储集岩体主要为沉积于河口砂坝和三角洲前缘的席状砂[1-3]。

1.2 储层岩石学特征

储集层岩石孔隙结构是影响油藏流体(油、气、水)储集能力和开采油、气的主要因素[4]。高台子油层平均渗透率为0.51×10^-3μm²,平均孔隙度为15.3%,泥质含量高达23.0%,储层物性较差。岩心观察和分析结果表明,岩石裂缝与微裂缝不发育,油井普遍无自然产能,需经压裂改造后才能获得工业油流[5]。

高台子储层属低渗透、中等致密—致密砂岩油层,岩性以含泥粉砂岩为主,其次为含介形虫粉砂岩和含钙粉砂岩,石英含量较低,长石和岩屑含量较高。储集岩以岩屑质长石粉砂岩为主,少部分为长石质岩屑粉砂岩。碎屑颗粒占岩石体积的80%～90%,石英占碎屑颗粒的20%～37%,以单晶石英为主;长石占碎屑颗粒的23%～41%;岩屑占碎屑颗粒的14%～35%,以火山岩岩屑和沉积岩岩屑常见。储集岩中还含有一定量的碳酸盐颗粒,一般不超过5%,主要为介形虫骨粒,大部分介形虫骨粒为碎片,少数为完整个体。杂基总量一般为4.33%～19.76%,平均为8.96%。储集岩一般具颗粒支撑结构,碎屑颗粒直径小于0.5 mm,分选差,成分成熟度和结构成熟度均低,具有典型陆相沉积特征。

2 成岩作用类型及其对储层物性的影响

2.1 压实作用

压实作用主要受岩石结构成熟度及成分成熟度(塑性岩屑含量)、煤层、砂体厚度及埋藏深度等控制[6]。在埋藏深度相同的情况下,沉积物颗粒越细、分选越差、塑性越高、杂基含量越高,压实作用对其储集物性影响越大。

高台子油层储集岩中石英、长石和岩屑碎屑颗粒多成线接触和凹凸接触,点接触和缝合接触基本未见,原始粒间孔隙的缩小十分明显;云母和介形虫碎屑的塑性形变也常见。储集岩埋藏深度中等,但由于沉积物颗粒细、分选差,加之含有一定量的杂基和塑性较强的碳酸盐颗粒,因此,压实作用对沉积物的影响已达到中—深的程度。

2.2 胶结作用

2.2.1 胶结作用类型

(1) 碳酸盐胶结。高台子油层胶结作用以方解石胶结为主,方解石胶结物体积分数一般为0～40%。方解石呈嵌晶状,硅质碎屑常“漂浮”于其中,碎屑颗粒周围无其他类型胶结物,反映方解石胶结物形成于沉积物轻微压实阶段,其他胶结物尚未析出。

(2) 硅质胶结。高台子油层硅质胶结作用少见,硅质胶结物体积分数一般小于1%,胶结形态以石英为主,偶见玉髓。自生石英多呈加大边形式出现,加大边很窄,一般为不完全加大,且加大边宽度小于0.005 mm。石英加大仅为1～2级,且只见于局部区域少数样品。极少数样品见充填于粒间孔隙的自生石英,扫描电镜下可见具有良好晶形的自生石英由孔壁向中心生长。

(3) 长石胶结。长石的胶结作用强度则远低于硅质胶结作用,仅在少量样品出现。长石胶结常呈碎屑长石加大边或微小自形晶体出现,偶见自生长石晶体。

(4) 黏土矿物胶结。自生黏土矿物包括伊利石、蒙皂石、高岭石、绿泥石、伊蒙混层和绿蒙混层等,较自生石英常见,体积分数一般为1%～2%。自生黏土矿物往往在碎屑颗粒表面形成薄膜,在孔隙中由孔壁向中心生长,晶形好,黏土颗粒较粘土杂基粗。偏光显微镜与扫描电镜结合可以很好地对自生粘土和粘土杂基进行区别。

2.2.2 胶结作用的影响

胶结作用对储层物性的影响较为复杂,通常胶结物充填孔隙将使储层物性变差,但早期胶结作用能抑制压实作用强度,胶结物后期溶解也能有效改善储层物性[6]。高台子油层胶结作用以方解石胶结为主,随着方解石含量的增加,岩石的孔隙度减少,但两者并不呈严格的线性关系。自生黏土、石英、长石等由于含量较低,对储层孔隙演化影响较小。

2.3 溶蚀作用

溶蚀作用可以开始于碎屑颗粒进入沉积盆地之前,最常见的溶蚀作用是长石和中基性火山岩岩屑的溶蚀作用,几乎所有的长石和中基性火山岩岩屑颗粒都会有不同程度的溶蚀。成岩作用初期,方解石主要沉淀于粒间孔隙中,对长石的粒内溶蚀孔没有破坏,长石碎屑颗粒骨架抵抗了压实作用的影响,原来存在的粒内溶蚀孔得以保存;压实作用初期,具有大气淡水性质的酸性孔隙水,由下向上运动,过程中可能进入已存在的孔隙进一步对长石和中基性火山岩岩屑进行溶蚀;随着埋藏深度的增加,干酪根成熟及蒙皂石、高岭石向伊利石转化产生的CO₂将对长石和中基性火山岩岩屑进一步溶解。各种溶蚀作用对长石和中基性火山岩岩屑的溶蚀,使岩石形成粒内或粒间溶蚀孔,或使原有孔隙进一步改造、扩大。溶蚀作用甚至可以将整个长石和中基性火山岩岩屑颗粒基本或完全溶蚀,形成残余铸模孔或铸模孔。

石英的溶蚀程度很弱,仅发生在石英碎屑颗粒的边缘,使其呈锯齿状或港湾状。

方解石的溶蚀作用也很弱,仅介形虫体腔中的胶结物有溶蚀现象,介形虫碎片和硅质碎屑颗粒间的方解石胶结物很少被溶蚀。

高台子油层溶蚀孔隙占孔隙总量的1/3左右。压实作用使岩石粒间孔隙大大缩小,喉道变窄,小孔喉阻碍了酸性孔隙溶液的流动,未形成次生孔隙带,方解石胶结物也因此很少被溶蚀;但长石和中基性火山岩岩屑骨架抵抗了压实作用,使粒内溶蚀孔不被压实作用破坏,因此,溶蚀孔主要为长石和中基性火山岩岩屑溶蚀孔,其他碎屑溶蚀的意义不大。长石、中基性火山岩岩屑和石英等碎屑颗粒被溶蚀使压实作用下已缩小的粒间孔得以扩大,但其恢复程度远不如压实作用造成的缩小的程度。

3 成岩作用序列及成岩阶段确定

成岩阶段划分主要依据包括镜质体反射率、孢粉颜色、古地温、次生石英加大级别和自生粘土矿物组合等[7]。高台子储集岩粘土矿物以伊利石为主,少量绿泥石,高岭石基本消失,蒙皂石已基本转化为伊蒙混层(少数转化为绿蒙混层)。镜质体反射率能够很好地反映有机质成熟度,龙虎泡地区高台子油层埋藏深度为1 537～2 402 m,选取深度为1 798.0～1 821.5 m的6口井11个样品,测得镜质体反射率为0.61%～1.39%,反映有机质已成熟。

第1期王国壮等:松辽盆地龙虎泡地区高台子油层成岩作用研究

根据前人总结的中国陆相碎屑岩中蒙皂石经伊蒙混层演变为伊利石的规律[8],高台子油层碎屑岩中的粘土转化已进入第4阶段。由有机质成熟度判断储集岩也处于第4阶段,相当于储集岩成岩作用已进入晚成岩阶段中期。进一步综合储集岩结构、胶结物性质、黏土矿物转变状况、镜质体反射率和古地温等特征,可以确定高台子储集岩成岩作用已进入晚成岩阶段中期。成岩作用序列如图所示:压实作用、方解石胶结作用、自生石英、球状黄铁矿集合体在早成岩作用阶段较为发育,反映未到达晚成岩阶段;蒙脱石、高岭石、伊利石等黏土矿物及长石和中基性火山岩岩屑的溶蚀等类型在成岩作用的各个阶段均有发育,并已进入晚成岩阶段的中期(图2)。

4 储层物性影响因素

4.1 沉积作用

龙虎泡地区高台子油层为三角洲前缘相沉积,储层岩性以粉砂岩为主,泥质含量较高,储层物性较差与以细粒沉积为主的三角洲前缘亚相砂体的存在密切相关。同时,岩石碎屑颗粒间孔隙被泥质充填也造成孔隙缩小,加之后期大量自生粘土矿物的生成,使岩石碎屑颗粒间孔隙以小孔为主,且孔隙结构复杂。根据2口评价井铸体薄片资料,高台子油层砂岩平均孔隙直径为23.44 μm,其中,孔隙直径小于25 μm的占70%,小于50 μm的占90.56%,储层孔隙以小孔为主,渗透能力较低。

4.2 成岩作用

成岩作用是造成龙虎泡地区高台子油层储层中孔、低渗的根本原因。砂岩成岩作用主要包括机械压实作用、化学固结作用及溶解作用等[9]。成岩作用对砂岩储层储集物性和产能影响明显,是决定储层性质和产能的重要因素。

(1) 相对较弱的机械压实作用是龙虎泡地区高台子油层形成中等孔隙度储层的关键。高台子油层储层砂岩中碎屑颗粒均为点状、点-线状、线状接触;岩石胶结类型以再生-孔隙式、孔隙-再生式、薄膜-孔隙式、再生-薄膜式等为主;孔隙中存在较发育的自生石英、自生黏土矿物晶体和莓状黄铁矿;碳酸岩含量较高,以方解石胶结物的形式存在于储层中,薄片鉴定方解石胶结物含量为1.0%～25.7%,平均为9.5%。以上特征反映龙虎泡地区高台子油层成岩初期埋藏深度较小,未遭受较强的机械压实作用,属浅埋藏阶段成岩作用,在沉积物颗粒排列较疏松的情况下发生成岩作用,使沉积物固化、岩化。随着埋藏深度增加,成岩作用加强,但机械压实作用造成的岩石骨架结构改变较轻微,储层原生粒间孔隙得以保留。虽然较强烈的化学固结作用使原生孔隙减少,但大量长石颗粒被溶蚀形成的次生孔隙使岩石总孔隙度得到较好恢复,因此,龙虎泡地区高台子油层储集砂体虽然经历了较强的成岩作用,但其总孔隙度仍然较高。

(2) 较强的化学固结作用使龙虎泡地区高台子油层孔喉结构复杂,是造成龙虎泡地区高台子油层低渗透的根本原因。高台子油层黏土矿物以伊利石为主,最高含量可达75.14%。伊利石常贴附于颗粒表面并充填孔隙,常呈叶片状、网状或纤维状:叶片状伊利石边缘常明显向上翻卷,并从边缘长出纤维状雏形;网状和纤维状伊利石一般充填于孔隙或喉道中。另外,孔隙中自生石英发育,自生石英晶体向孔隙空间生长,交错相接。自生黏土矿物和自生石英充填并逐渐堵塞孔隙,贴附于颗粒表面的伊利石不仅使孔隙发育程度变差,还可以造成连通孔隙的喉道变窄甚至堵塞,使喉道迂曲度增大,孔隙间的连通性变差。

5 结 论

(1) 龙虎泡地区高台子油层的砂岩储层的成岩作用主要有压实作用、胶结作用、溶蚀作用和交代作用。综合储集岩的结构、胶结物的性质、粘土矿物的转变状况、镜质体反射率和古地温等特征可以确定储集岩成岩作用已进入晚成岩阶段中期。

(2) 沉积物在早成岩阶段受压实作用和方解石的胶结作用影响很大,在晚成岩阶段胶结作用和溶蚀作用较弱;另外,龙虎泡地区高台子油层以三角洲前缘亚相细粒沉积为主,受此沉积作用以及成岩作用的共同影响,油层孔隙连通性差,孔隙结构复杂化,从而造成储层中孔低渗特征明显。

(3) 针对龙虎泡地区高台子油层孔隙度较高,钙质胶结物含量高的特征,可以采用酸化压裂措施对储层进行改造,从而有效地改善油层的存储空间和导流能力,增加油井产量。

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编辑 董志刚