准噶尔盆地中部低渗透砂岩储层成因.pdf

摇 2009 年 12 月 第 28 卷第 6 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 大庆石油地质与开发 Petroleum Geology and Oilfield Development in Daqing摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 Dec郾 , 2009 Vol郾 28 No郾 6 摇 收稿日期 2008鄄06鄄09 摇 基金项目 国家自然科学基金项目 40238059 和长江大学博士发展基金项目 801130010104 资助。 摇 作者简介 胡海燕, 男, 1977 年生, 讲师, 博士, 从事储层地质学与油气成藏机理研究。 E-mail hyhucom163郾 com DOI 10郾 3969/ J郾 ISSN郾 1000鄄3754郾 2009郾 06郾 008 准准噶尔盆地中部低渗透砂岩储层成因 胡海燕1摇 陈元勇2 1郾 长江大学地球科学学院, 湖北 荆州摇 434023; 2郾 中国石油集团公司塔里木油田分公司, 新疆 库尔勒摇 841000 摘要 通过露头观察、 镜下薄片鉴定、 扫描电镜、 x鄄衍射等分析测试手段, 研究了准噶尔盆地中部侏罗系特低 孔、 特低渗砂岩储层的主控因素与形成机理。 结果表明, 储层砂岩岩屑含量高, 成熟度低, 煤系储层。 粒径偏 细导致砂岩储层对压实作用敏感, 压实作用是导致储层孔隙度降低的主要因素; 胶结作用是导致砂岩物性降低 的次要成岩作用; 流体溶蚀作用产生的离子不能有效迁移, 高岭石等粘土矿物原地沉淀, 堵塞孔隙。 这些因素 的耦合作用是低渗透储层发育的诱因。 关键词 准噶尔; 低渗透储层; 压实作用; 溶蚀作用 中图分类号TE121摇 摇 摇文献标识码A摇 摇 摇文章编号1000鄄3754 2009 06鄄0043鄄04 GENESIS OF LOW PERMEABLE RESERVOIR IN CENTRAL JUNGGAR BASIN HU Hai鄄yan1, CHEN Yuan鄄yong2 1郾 Geological Scientific Institute, Yangtze University, Jingzhou 434023, China; 2郾 PetroChina Tarim Oilfield Company, Korla 841000, China Abstract Through analysis and measurement s including outcrop observation, microscopic thin slice identi鄄 fication, SEM and x鄄diffraction, main control factors and ing mechanism in central Junggar Basin of Jurassic period are studied. Results show that, this reservoirs are coal measure with high content of lithic fragment and low鄄 maturity. Small grain diameter causes sensitivity of sandstone reservoir for compaction. Compaction is a main factor which causes reservoir porosity decrease.Cementation is secondary diagenesis causing sandstone property de鄄 crease. Ion generated from fluid dissolution cannot effectively migrate. Clay mineral such as kaolinite precipates in place and plugs pores. Coupling effects of these factors are main causes for low鄄permeable reservoir development. Key words Junggar Basin; low鄄permeable reservoir; compaction; dissolution 摇 摇低渗透储层指渗透率为 0郾 1伊10-3 50伊10-3 滋m2的储集层。 2000 年, 中国石油总探明储量为 7郾 246伊108t, 其中低渗透储层占 40郾 3 [1鄄6]。 在低 渗透储层中, 存在相对优质的储层, 而低渗透油气 藏中的油气主要储集于这类储层中。 准噶尔盆地中 部目的层 侏罗系砂岩为低渗透储层, 主要分布 在中国石油化工集团公司注册的中部 2、 3、 4 区 块, 在其中发现了工业油气流和低产油气流。 因 此, 研究低渗透储层的形成机理对于油气勘探开发 有重要意义。 1 低渗透储层的岩性特征 准噶尔盆地中部低渗透砂岩沉积相主要为三角 洲沉积体系, 含有 25 40 m 的煤层。 石英含量为 21 32, 平均含量为 28; 长石含量为 13 20, 平均含量为 15, 岩屑含量为 56 80, 平均含量为 60, 为长石岩屑砂岩和岩屑 砂岩。 砂岩中岩屑含量高, 成熟度低。 中部砂岩粒 度较细, 以细砂岩和粉砂岩为主, 粗砂岩和中砂岩 较少; 杂基含量为 1 18, 平均为 4郾 1; 胶 结物含量为 1 13, 平均为 4郾 5。 粘土矿物 成分相对分布均一, 伊/ 蒙混层 I/ S、 伊利石 I、 高岭石 K、 绿泥石 C 含量相差不大。 孔隙度为 2郾 1 13郾 1, 平均为 7郾 8, 渗透率 为0郾 1伊10-36郾 8伊10-3滋m2, 平均为1郾 2伊10-3滋m2, 属于特低孔、 特渗储层。 侏罗系成岩作用强烈, 颗粒以线接触、 凹凸接 触为主, 胶结作用发育。 侏罗系的 Ro 为 0郾 7 1郾 0, 地温为 101 125 益, 伊/ 蒙混层比约为 20, 侏罗系处于成岩作用的晚成岩 A2期[7]。 2 低渗透储层的形成机理 低渗透储层的形成机理主要受沉积相、 成岩作 用以及流体影响。 沉积作用控制着岩性、 粒径等砂 岩的基本特性, 进而影响成岩作用, 成岩作用主要 是压实作用、 胶结作用, 流体主要体现其溶蚀作用 对储层的影响。 2郾 1 沉积作用 沉积作用控制着砂岩中岩屑含量、 粒径以及煤 层的展布。 中部侏罗系有较厚的煤层和高含量的岩 屑, 结果是砂岩对压实作用敏感, 砂岩孔隙度和渗 透率降低趋势较快。 由于岩屑结构的非均一性, 导致其抗压性和 抗热性较低, 在外部地质应力作用下更易变形, 从 而影响砂岩的物性。 从影响岩石形变的角度考虑, 岩屑抗压性和抗热性较差。 如图 1 所示, 随着岩屑 含量的增加, 孔隙度和渗透率呈降低趋势, 这是因 为岩屑中含有大量的塑性岩屑 占岩屑总含量的 60以上, 在成岩过程中, 由于上覆地层的载荷 作用发生形变而堵塞孔隙和喉道。 2郾 2 成岩作用 在砂岩沉积演化过程中, 压实作用和胶结作用 是砂岩孔隙减少的主要成岩作用。 准噶尔盆地中部 压实作用强烈, 颗粒以线接触、 凹凸接触为主, 表 明地层不仅经历强烈的机械压实作用, 还经历强烈 的压溶作用; 胶结作用也比较强烈。 强烈的压实和 胶结使砂岩的原生孔隙消耗殆尽 原生孔隙为 38, 原生 孔 隙 20郾 91 22郾 9/ S0, 其 中 S0为 Trask 分选系数, 侏罗系砂岩的 Trask 分选系数 S0 为 1郾 34, 压实减孔量平均为 29郾 8, 胶结减孔量 平均为 5郾 6, 压实减孔量占总减孔量的 78郾 4, 胶结减孔量为 21郾 6 图 2。 准噶尔盆地中部砂岩的压实作用强烈的主要原 因是 1 成分成熟度低。 岩屑含量高、 成分成熟度 低, 多为岩屑砂岩或者长石岩屑砂岩岩。 抗压实的 石英颗粒含量少, 易于压实的岩屑含量高, 尤其是 塑性岩屑, 在压实作用下易变形, 堵塞喉道, 降低 孔隙度和渗透率。 2 粒径偏细。 在上覆载荷作用下, 粒级越 细的砂岩颗粒越易滑动和重新排列, 加快砂岩的压 实进程。 一般而论, 粗粒级砂岩中的塑性岩屑含量 44摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 大庆石油地质与开发摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 2009 年 低, 而细粒级砂岩的塑性岩屑含量高[8], 导致细 砂岩比粗砂岩更易被压实。 盆地中部以细砂岩和粉 砂岩为主是导致压实作用强烈的原因之一。 3 煤系储层。 在同生期和成岩早期, 煤层 释放大量的有机酸导致流体环境处于酸性环 境[9鄄11], 不利于早期碳酸岩矿物沉淀, 而这些矿物 可以增加砂岩的抗压性, 减缓压实作用; 另一方 面, 有机酸溶蚀长石、 岩屑, 在砂岩颗粒中形成溶 蚀空洞 图 3 a、 图 3 b, 降低砂岩的抗压 性。 这些因素共同作用使砂岩对压实作用特别敏 感, 压实作用强烈, 孔隙大量减少。 胶结作用对孔隙的减少处于相对次要地位, 主 要有硅质胶结、 碳酸盐矿物胶结、 粘土矿物胶结 等。 伊利石呈丝状, 在孔隙呈搭桥式分布, 将孔隙 度分割呈微细束缚孔隙, 导致储层物性降低, 尤其 是对渗透率的影响更加显著。 绿泥石单体形态为针 叶片状, 多以颗粒包壳形式出现在砂岩中。 随着绿 泥石含量的增加孔隙度增高, 而渗透率却随着绿泥 石含量的增加而降低 图 4。 颗粒包壳可以抑制 自生石英加大和碳酸盐岩胶结物的沉淀; 另一方 面, 颗粒包壳使孔隙喉道变得更细、 更窄[12]。 准 噶尔盆地中部侏罗系以粉砂岩和细砂岩为主, 其喉 道本身就比较细, 绿泥石颗粒包壳膜附着在喉道 处, 使喉道变得更狭窄甚至堵塞, 从而使渗透率降 低。 2郾 3 流体 流体对储层物性的影响主要体现在流体对成岩 作用的影响上。 流体主要包括烃类流体和成岩流 体。 暗色泥岩及煤层产生的有机酸溶蚀长石和岩 屑, 溶蚀产生的离子如果不能有效地迁移, 就会造 成高岭石原地沉淀。 盆地中部以粉砂岩和细砂岩为 主, 流体在其中流速缓慢, 溶蚀离子不能有效迁 移, 造成高岭石原地沉淀, 堵塞孔隙, 降低孔隙 度。 烃类聚集可以抑制某些成岩作用过程, 油区胶 结速率比水区低两个数量级[13], 研究实例为石英 砂岩, 石英含量很高 80。 众所周知, 油气 流体并不是单一成分的烃类组成, 而是一种混合流 体, 其中含有有机酸[14鄄16]。 油气中携带的有机酸 等成分不与石英颗粒组分发生化学反应, 因此呈现 上述规律。 在准噶尔盆地中部侏罗系砂岩中长石、 岩屑含量高, 油气流体中的有机酸溶蚀长石、 岩 屑, 由于流体不能将离子有效迁移, 结果溶蚀产物 高岭石和石英次生加大发育, 将孔隙分割成多个独 立空间, 成为微细束缚孔隙。 因此, 在成分成熟度 低的岩屑砂岩中, 油气的早期聚集不仅不能抑制成 54第 28 卷摇 第 3 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 胡海燕等 准噶尔盆地中部低渗透砂岩储层成因 岩作用, 反而会强化成岩作用。 此外, 早期聚集的 烃类在地层抬升不整合发育时蚀变为沥青, 这些沥 青在深埋藏过程中因上覆载荷作用压实变形而堵塞 孔隙和喉道。 3 结摇 论 1 砂岩粒径偏细、 岩屑含量高、 含煤层导致 砂岩压实作用强烈, 压实作用是产生低渗透储层的 主要因素。 2 溶蚀作用产生的离子不能有效迁移, 导致 高岭石沉淀和石英胶结物发育, 因此对储层物性的 改善有限。 3 粒径偏细, 岩屑含量高, 压实作用强烈, 流体与岩石的相互作用等因素的耦合作用导致低渗 透砂岩储层发育。 参考文献 [1] 蒋凌志, 顾家裕, 郭彬程 郾 中国含油气盆地碎屑岩低渗透储层 的特征及形成机理 [J]. 沉积学报, 2004, 22 1 13鄄18郾 [2] 杨晓萍, 赵文智, 邹才能 郾 低渗透储层成因机理及优质储层 形成与分布 [J]. 石油学报, 2007, 28 4 57鄄61郾 [3] 张凤莲, 崔玉婷, 郭振, 等 郾 确定低渗透油藏合理井网密度和 极限井网密度的方法 [J].大庆石油地质与开发, 2008, 27 2 88鄄90郾 [4] 李中锋, 何顺利, 门成全, 等 郾 低渗透储层垂直缝延伸规律研 究 [J]. 大庆石油地质与开发, 2005, 24 5 24鄄27郾 [5] 林玉保, 史晓波 郾 特低渗透储层油水相对渗透率实验研究 [J]. 大庆石油地质与开发, 2000, 19 2 30鄄34郾 [6] 钟淑敏, 刘传平, 杨青山 郾 一种有效确定特低渗透砂岩储层有 效厚度的方法 [J].大庆石油地质与开发, 1999, 18 5 46鄄49郾 [7] 应凤样, 罗平, 何东博, 等 郾 中国含油气盆地碎屑岩储集层成 岩作用与成岩数值模拟 [M]. 石油工业出版社, 2004郾 [8] 寿建峰, 张惠良, 斯春松, 等 郾 砂岩动力成岩作用 [M]. 北 京 石油工业出版社, 2005郾 [9] 郑浚茂, 应凤样 郾 煤系地层 酸性水介质 的砂岩储层特征 及成岩模式 [J]. 石油学报, 1997, 18 4 19鄄24郾 [10] 王鹏, 赵澄林 郾 柴达木盆地北缘地区第三系成岩作用研究 [J]. 西安石油学院学报 自然科学版, 2002, 17 4 1鄄 5郾 [11] Surdam R C, Crossey L J, Hagen E S, et al郾 Organic鄄inorganic in鄄 teractions and sandstone diagenesis [J]. 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