刘子豪， 严伟尧， 王 野

(中国石油大学(北京)，北京 102249)



YD油田延长组长4+5、长6砂岩储层成岩特征

刘子豪， 严伟尧， 王 野

(中国石油大学(北京)，北京 102249)

通过对YD油田延长组长4+5、长6砂岩储层薄片样品的系统研究，并结合样品的岩石学特征，详细分析了研究区所经历的成岩作用类型，建立了研究区延长组长4+5、长6砂岩的成岩演化序列，并划分了研究区的成岩阶段及孔隙演化。结果表明，研究区砂岩的成岩作用异常强烈且类型较多，其中对延长组砂岩储层原生孔隙大量消失起到关键作用的是压实、压溶和胶结作用，这些作用可使地下酸性流体失去流动能力，导致溶蚀作用发育较差，储层致密；根据碎屑岩成岩阶段划分规范，延长组砂岩目前已处于晚成岩初(A)期；砂岩孔隙的演化过程从原始孔隙的缩减演化到粒间孔的少量保留，最后演化为各类溶蚀孔发育，其中长4+5上储层更有利于油气的渗流与储集。

YD油田； 延长组； 成岩作用； 成岩演化序列； 成岩阶段； 孔隙演化

YD油田构造位于鄂尔多斯盆地陕北斜坡带东部，总体为一不对称矩形台坳型盆地，且台坳型盆地内部的构造简单，边缘仅多发育褶皱断裂。YD油田所在的陕北斜坡为鄂尔多斯盆地的主体部分，形成于早白垩世，为一西倾单斜，坡降为7～10 m/km，倾角小于1°。YD油田不发育断层与构造，仅局部发育由于差异压实作用形成的不规则的低幅度鼻状构造，该低幅度鼻状构造的方向性较差，其倾角和闭合面积均不大于2°和10 km2，闭合度在10～20 m[1-3]。

本文以YD油田的主力油层延长组长4+5、长6砂岩储层作为研究对象，在对研究区储层基本特征分析的基础上，深入研究了长4+5和长6油层组砂岩储层在地质历史时期所经历的成岩作用类型、成岩演化序列及孔隙演化，可为该区储层描述、评价以及预测提供理论依据。

1 储层基本特征

研究区延长组长4+5、长6属于湖泊三角洲沉积体系，岩石类型主要为灰色细粒长石砂岩和中-细粒长石砂岩、粉细砂岩及粉砂岩等，岩石组分主要由长石、石英和黑云母构成。长石含量变化在45%～54%，其中钾长石含量25%～39%，斜长石含量13%～28%；石英占15%～27%；黑云母含量为3%～15%；岩屑含量较少，一般为3.0%～15.6%，平均6.6%，由泥质岩岩屑及岩浆岩、变质岩岩屑组成；研究区储层中的胶结物多为方解石、高岭土以及方解石等组成。储层中的砂岩颗粒分选中等-较好，颗粒的形状多为次棱角状。薄膜-孔隙-镶嵌式复合胶结是研究去主要的胶结类型，部分胶结类型为孔隙-接触式。砂岩颗粒间接触方式主要为线接触，因而支撑方式为点-线接触支撑。综合分析，研究区长4+5和长6油层组的矿物成分成熟度低，储层岩石的孔隙类型主要为残余粒间孔，不同类型的溶孔和晶间微孔、微裂缝等也有发育，储层总体物性较差，岩心分析渗透率最大值9.4×10-3μm2，峰值范围(0.6～0.8)×10-3μm2，平均0.73×10-3μm2；岩心分析孔隙度最大值12.07%，峰值范围7%～8%，平均7.74%。总之，该区延长组长4+5、长6砂岩储层属于成分成熟度低、结构成熟度较高的低孔隙度、超低渗透率致密砂岩储层[4-6]。

2 成岩作用类型

研究区长4+5、长6储层成岩历史长，通过薄片观察及X-衍射结果显示，储层砂岩成岩作用异常强烈，且类型较多[7]，研究区储层成岩作用描述如下：

2.1 机械压实作用

机械压实作用是指碎屑物被埋藏后，在上覆沉积物或水的重压下，碎屑物排列更加紧密，同沉积水分被部分排出的全过程[8]。理论与实验研究表明，在机械压实之前，碎屑沉积物原始孔隙度一般为40%左右，压实损失孔隙度约29%～30%，且随着埋藏深度增加，砂岩原始孔隙度有规律地逐渐减少，孔隙度衰减梯度为1.3%/(100 m)。如图1所示，在研究区可看到机械压实作用过程中碎屑所发生的微观变化，例如在研究区砂岩薄片中，常见黑云母压实变形及假杂基化。

图1 延长组铸体薄片Ⅰ

Fig.1 Yanchang formation casting thin sections Ⅰ

2.2 压溶作用

当储层砂体深度达到一定值时，砂体内部的压力与泥岩的突破压力相平衡，砂体很难进行压实作用，这时其它类型的成岩作用开始出现并产生影响。在研究区长4+5、长6油层砂岩薄片中，单偏光镜下观察岩心薄片发现，岩心薄片中的大多数岩石颗粒浑然一体；正交偏光镜下观察岩心薄片发现，岩石颗粒之间呈镶嵌状紧密结合在一起，犬牙交错，铸体无法进入到岩石颗粒之间(如图2所示)。这直接说明了储层岩石碎屑间发生了较强的压溶作用。压溶作用可以大幅度地减小粒间孔隙和喉道的大小，明显降低储层孔隙结构和储渗能力。

图2 延长组铸体薄片Ⅱ(颗粒粒间胶结物不明显)

Fig.2 Yanchang formation casting thin sections Ⅱ (Not obvious particle intergranular cement)

2.3 胶结作用

研究区延长组长4+5、长6油层组储层的胶结物主要有自生黏土和自生长石等，研究区的胶结作用强烈，类型较多。

自生黏土胶结中主要的胶结物为绿泥石，自生绿泥石晶体会附着在碎屑颗粒的表面，主要以孔隙充填或孔隙衬垫的形式存在，形成薄膜状胶结或孔隙的黏土衬里(如图3(a)、(b)所示)。对于长石类碎屑，由于其化学性质的不稳定性，容易被孔隙介质溶解形成钠长石，形成的钠长石可以形成两部分，即自形晶体和次生加大边，如图3(c)、(d)所示。研究区早期的碳酸盐胶结物主要为方解石，胶结类型主要为基底式胶结。研究区长6储层砂岩成岩过程中，游离出来形成胶结物的硅质并不多，因此在孔隙中较少看到标准的石英次生加大现象，但根据在孔隙中较多见的自形石英晶体判断，研究区石英次生加大级别较高。不同于硅质胶结，研究区浊沸石胶结较为常见。研究区长6储层油层中，有三分之一的样品均含有浊沸石，在浊沸石集中的地方，会形成浊沸石连晶式胶结[9](如图3(e)所示)。

图3 延长组铸体薄片Ⅲ

Fig.3 Yanchang formation casting thin sections Ⅲ

2.4 交代作用

交代作用是指在成岩阶段的中后期，两种矿物相互替代的现象。研究区延长组长4+5、长6油层组储层内常见的可发生交代作用的矿物主要黏土矿物、浊沸石和碳酸盐。研究区内的黏土矿物的交代作用主要包括两部分，第一部分为成岩初期发生的黑云母绿泥石化作用，第二部分为成岩初期发生的长石表面高岭土化，这两部分作用均可对储层的孔隙结构有着一定的影响。钙质砂岩的碳酸盐矿物交代作用中，主要有两步，第一步为储层中的方解石交代长石，第二步为储层中的碳酸钙会交代方解石等(如图4所示)。而研究区储层浊沸石的交代作用也为两步，第一步为浊沸石首先交代长石，第二步为充填孔隙形成浊沸石连晶式胶结。

储层岩石的交代作用在整个过程中由于基本遵循“体积和质量守恒定律”，因此储层岩石的交代作用对储层岩石孔隙度和渗透率的影响程度有限。

2.5 溶蚀作用

溶蚀作用在研究区延长组长4+5、长6油层组的成岩作用中很普遍，存在于成岩过程的各阶段。随着时间和埋深的增加，溶蚀作用通常可以分为准同生期、浅埋期、深埋期3个时期：在准同生期时沉

积介质对碎屑表面有着微弱的溶蚀作用，浅埋期时主要是孔隙流体对岩屑产生溶蚀，深埋期时主要的溶蚀作用是有机酸对胶结物及碎屑的溶蚀[10-11]。通过对胶结物及碎屑的溶蚀作用，可以形成大量的次生溶蚀孔隙，这些次生溶蚀孔隙主要有粒间溶孔(见图5(a))和粒内溶孔(见图5(b))等。由此可见溶蚀作用对研究区特别是浊沸石溶解形成的储集孔隙空间起到了重要作用。

图4 延长组铸体薄片Ⅳ

Fig.4 Yanchang formation casting thin sections Ⅳ

图5 延长组铸体薄片Ⅴ

Fig.5 Yanchang formation casting thin sections Ⅴ

3 成岩作用序列及孔隙演化

3.1 成岩作用序列及其演化

在借鉴前人研究的基础上，通过对研究区的化验资料和铸体薄片的分析，编制出研究区成岩阶段划分及砂岩孔隙演化模式[12-16]。由此可以看出，研究区延长组长4+5、长6油层组储层砂岩成岩阶段演化历程为：早成岩初(A)期—早成岩后(B)期—晚成岩初(A)期。成岩阶段终结为晚成岩初(A)期。至于在砂岩结构中出现的局部镶嵌接触，是由两个因素引起的，即研究区长石砂岩成分成熟度低、经历的地质历史长(形成于三叠纪)，并不代表本区的长石砂岩已进入晚成岩中(B)期(见表1)。

根据研究区长4+5、长6油层组储层各种成岩作用类型的特点分析，研究区的成岩序列为：压实作用—绿泥石生成—石英、长石加大边形成—浊沸石生成—溶孔产生。研究区延长组长4+5、长6油层组储层砂岩孔隙的演化过程从原始孔隙的缩减演化到粒间孔的少量保留，最后演化为各类溶蚀孔发育。

表1 碎屑岩成岩阶段划分规范

Table 1 Clastic rock diagenetic stage division standard

3.2 储层成岩过程中孔隙度演化分析

(1) 未固结砂岩

未固结砂岩初始孔隙度φ1可用下式表示：

φ1=20.91+22.90/So

式中，So为特拉斯克分选系数，Trask=(Q1/Q3)1/2|，其中Q1为25%处的粒径大小；Q2为75%处的粒径大小。

(2) 压实、压溶后砂岩

压实后剩余粒间孔隙度φ2可用以下关系求得：

物性分析孔隙度+胶结物含量

(3) 胶结、交代后砂岩

砂岩压实、胶结、交代后的剩余粒间孔隙度φ3可用以下关系计算：

胶结、交代损失孔隙度=φ2-φ3

(4) 溶蚀作用的次生孔隙度

次生孔隙度φ4可用以下关系计算：

以研究区长4+5上段为例，分析储层成岩过程中的孔隙度演化，结果见表2。

表2 研究区长4+5、长6油层组储层成岩过程孔隙度演化分析

从表2中可以看出，在前期的压实和胶结阶段，孔隙度减小，后期溶蚀和裂缝发育阶段孔隙度增加。未固结砂岩的初始孔隙度φ1和压实后剩余孔隙度φ2分别为37.32%和13.18%，在整个压实阶段，孔隙度损失较大，损失率高达64.69%。在胶结阶段，孔隙度损失较小，胶结后的剩余孔隙度为4.85%，胶结仅造成8.33%孔隙度损失，在整个胶结阶段，孔隙度的损失率为22.33%，后期的溶蚀作用使孔隙度增加，增加的孔隙度为4.48%。加上裂缝发育，最终研究区长4+5上孔隙度为10.57%。从表2中还可以看出，YD油田长4+5上期储层成岩过程中，压实作用相对较弱，溶蚀作用相对较强，在成岩过程中保留了较高的孔隙度，反应储层具有较好的孔隙结构。相较于长4+5下、长6储层，长4+5上储层更有利于油气的渗流与储集。

4 结论

(1) 研究区长4+5、长6油层组砂岩的成岩作用异常强烈且类型较多，其中对延长组砂岩储层原生孔隙大量消失起到关键作用的是压实、压溶和胶结作用，这些作用可使地下酸性流体失去流动能力，导致溶蚀作用发育较差，储层致密。

(2) 研究区延长组长4+5、长6油层组储层的成岩序列为：压实作用—绿泥石生成—石英、长石加大边形成—浊沸石生成—溶孔产生。研究区砂岩孔隙的演化过程从原始孔隙的缩减演化到粒间孔的少量保留，最后演化为各类溶蚀孔发育。

(3) 对研究区长4+5、长6储层层成岩过程中孔隙度演化进行分析，其中长4+5上储层压实损失孔隙度为24.14%，胶结损失孔隙度8.33%，后期溶蚀次生孔隙度增加4.48%。相较于长4+5下、长6储层，长4+5上储层更有利于油气的渗流与储集。

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(编辑 宋官龙)

Diagenesis Characteristics of Sandstone Reservoir in Chang 4+5 and Chang 6 of YD Oilfield

Liu Zihao, Yan Weiyao, Wang Ye

(ChinaUniversityofPetroleum,Beijing102249,China)

Based on the research of sandstone slice samples and its petrological characteristics in Chang 4+5，Chang 6 sandstone reservoir of YD oilfield, diagenesis and the influence degree of diagenesis on porosity and permeability of reservoir were studied. Diagenetic evolution sequence in Chang 4+5，Chang 6 sandstone reservoir was established and diagenetica stage, pore evolution of the study area were devided. The results indicated that sandstone diagenesis this area was strong and abundant. Mechanical compaction, pressure solution, cementation and metasomatism were the key factors which led to loss of the primary pores in Yanchang Group sandstone reservoir. Also, the above factorsresulted in flow ability lost of acidic ground fluids, which made dissolution become poor and reservoir become particularly tight. According to the classification discipline of clastics diagenesis phase, the sandstone of Yanchang Group experienced sorts of diagenesis, where its intensity was significant and was now in the early period of late diagenetic (A). Sandstone pore had experienced many evolution processes, which were the initial pore slashed. A small amount of residual intergranular pores was retained and all kinds of pores gradually developed into corrosion pores. Diagenesis in upper Chang 4+5 was more favorable for hydrocarbon transfusion and reservoir.

YD Oilfield； Yanchaug group； Diagenesis； Diagenetic evolution sequence； Diagenetic stage； Pore evolution

1006-396X(2015)04-0035-05

2015-04-07

2015-05-11

国家自然科学基金项目(90210022)。

刘子豪(1989-)，男，硕士研究生; 从事石油地质研究；E-mail：278433581@qq.com。

TE122

A

10.3969/j.issn.1006-396X.2015.04.008