大牛地氣田石英次生加大特征及其對儲層物性的影響

大牛地氣田石英次生加大特征及其對儲層物性的影響曲希玉;邱隆偉;宋璠;張滿利;劉冰【摘要】以大牛地氣田太原組、山西組和下石盒子組致密砂巖儲層為研究對象，依據(jù)石英次生加大的點狀式、環(huán)邊式和多期式形貌，結(jié)合流體包裹體均一溫度，將石英次生加大分為3期，其中第口期在本區(qū)發(fā)育數(shù)量最多，含有一定量的有機(jī)包裹體，第I期和第皿期見石英溶解現(xiàn)象。隨石英次生加大期次的增加，加大邊的寬度逐漸增大，對應(yīng)的儲層物性逐漸變差，但第皿期對應(yīng)的孔隙度較前兩期明顯偏高。當(dāng)大牛地氣田的硅質(zhì)膠結(jié)物含量大于3%時，將以孔隙充填為主，在第皿期石英次生加大之后，砂巖儲層已完全致密化。在整體致密的背景下，堿性溶解作用形成的石英溶解型孔隙，為大牛地氣田提供了大量的儲集空間，是太原組二段次生孔隙的主要成因。％ThetightsandstonereservoirsfromtheTaiyuan,ShanxiandXiashiheziFormationsoftheDaniudiGasFieldwerestudied.Inviewofthepunctatetype,zonarystructureandmultistagemorphologyofquartzover-growth,andcombinedwiththehomogenizationtemperaturefluidinclusions,thequartzovergrowthweredividedintothreestages,amongwhichthestageIIwasmostdevelopedandcontainedsomeorganicinclusions.QuartzsolutionwasfoundinthestagesIand皿.Thecorrespondingreservoirphysicalpropertygraduallybecamepoorwiththeincreasingstageofquartzovergrowthandtheincreasingwidthofenlargementmargin;however,thepo-rosityofthestage皿wasobviouslyhigherthanthatoftheprevioustwostages.Porefillingwasdominantwhenthecontentofsiliceouscementwasover3%attheDaniudiGasField.Afterthequartzovergrowthinthestage皿，sandstonereservoirsweredensifiedcompletely.Underthewholecompactbackground,alkalinitydissolutionresultedinporesofquartzsolutiontype,whichofferedreservoirspacefortheDaniudiGasField,andwasthemaincauseforsecondaryporesinthesecondmemberoftheTaiyuanFormation.【期刊名稱】《石油實驗地質(zhì)》年(卷),期】2014(000)005【總頁數(shù)】7頁(P567-573)【關(guān)鍵詞】次生加大;期次;致密化;堿性溶解;大牛地氣田【作者】曲希玉;邱隆偉;宋璠;張滿利;劉冰【作者單位】中國石油大學(xué)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東青島266555;中國石油大學(xué)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東青島266555;中國石油大學(xué)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東青島266555;中國石油大學(xué)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東青島266555;中國石油大慶油田第十采油廠肇州分公司，黑龍江大慶166405【正文語種】中文【中圖分類】TE122.2+3石英次生加大是硅質(zhì)膠結(jié)物圍繞碎屑石英顆粒生長形成的，兩者成分相同，光性方位一致。其形成溫度為65~130oC［1-2］，含鹽的中性一弱堿性孔隙水有利于其形成［3］。石英次生加大的分布受孔隙度控制，且與滲流空間和生長空間有關(guān)［4］。在非均質(zhì)砂巖中，當(dāng)有充足的硅質(zhì)來源時，哪里有空間，次生加大就在哪里進(jìn)行；如果孔隙分布均勻，且顆粒周圍有空間及硅質(zhì)來源，就會在石英顆粒周圍形成比較均勻的生長，加大成自形［5］?？衫闷怙@微鏡下原碎屑顆粒邊緣的黏土薄膜識別次生加大邊［6］；如沒有黏土膜，用陰極發(fā)光顯微鏡可識別石英次生加大邊與核心石英的界線［5,7］；借助電子探針可以確定石英次生加大的元素微區(qū)變化［2,7-8］，從碎屑部分到石英次生加大的外壁，AI2O3含量逐漸增加；而石英次生加大邊中的流體包裹體則是判斷其形成溫度和期次的重要手段［2,9-12］。儲層研究中，石英次生加大邊可以作為研究古溫度、解釋儲層非均質(zhì)性、確定油氣侵位時間及劃分成巖階段的手段［3］，同時也是儲層物性變差的主要原因。那么，是否砂巖儲層中出現(xiàn)石英次生加大時儲層物性就一定變差，其含量、特征及后期變化對儲層物性有什么樣的影響呢？本文以大牛地氣田太原組、山西組和下石盒子組致密砂巖儲層為研究對象，利用偏光顯微鏡、陰極發(fā)光顯微鏡和流體包裹體測溫技術(shù)，結(jié)合儲層物性數(shù)據(jù)，研究石英次生加大的形貌及期次，探討石英次生加大與儲層致密化和次生孔隙的關(guān)系。鄂爾多斯盆地在構(gòu)造上位于華北地臺西部，面積為33x104km2,是一個長期發(fā)育的多旋回穩(wěn)定的大型克拉通疊合盆地。在大地構(gòu)造位置上，它處于中國東部構(gòu)造穩(wěn)定區(qū)和西部構(gòu)造活動帶之間，現(xiàn)今輪廓為一不對稱的矩形向斜盆地。向斜軸部位于天池一環(huán)縣南北狹窄區(qū)域，東翼寬、西翼窄，東為350km,西僅20km,東翼所轄地區(qū)是盆地的主體，為一個西傾的大單斜，傾角不足1°，稱為伊陜斜坡。大牛地氣田就位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡的東北部,地處陜西和內(nèi)蒙古交界,面積2003.71km2，主要目的層位為石炭系太原組、二疊系山西組和下石盒子組，經(jīng)歷了海相一海陸過渡相一陸相的沉積過程,截至2008年,已建成天然氣產(chǎn)能30x108m3［13］。大牛地氣田太原組的骨架碎屑成分中石英占91.7%、長石占2.0%、巖屑占8.2%,巖石類型主要為石英砂巖和巖屑石英砂巖（圖1a），主體為中粗粒砂巖。山西組的骨架碎屑成分中石英占73.9%、長石占3.8%、巖屑占22.4%,巖石類型主要為巖屑石英砂巖和巖屑砂巖（圖1b），主體為中粗粒砂巖。下石盒子組的骨架碎屑成分中石英占74.5%、長石占4.4%、巖屑占18.1%，主要巖石類型為巖屑砂巖和巖屑石英砂巖（圖1c），主體為中粒砂巖。通過382個薄片的鑒定與統(tǒng)計，在研究區(qū)識別出6種填隙物，其中雜基以泥質(zhì)為主，自生礦物以水云母、石英、方解石和高嶺石為主。太原組填隙物中泥質(zhì)的相對含量為5.78%，膠結(jié)物中石英的相對含量為26.6%，水云母為35.5%，含少量的高嶺石、方解石和菱鐵礦（圖2a）。山西組填隙物中泥質(zhì)的相對含量為38%，膠結(jié)物中水云母相對含量為16%，方解石為14%，含少量的高嶺石、菱鐵礦和石英（圖2b）。下石盒子組填隙物中泥質(zhì)的相對含量為34%，膠結(jié)物中方解石的相對含量為11%，石英為10%，水云母相對含量為24%，含少量的高嶺石（圖2c）。石英次生加大的形貌特征以11口鉆井221個薄片的鏡下觀察為基礎(chǔ)，根據(jù)石英次生加大生長形態(tài)，參考柴西南石英膠結(jié)的分類模式［14］，將大牛地氣田的石英次生加大的形貌特征分為點狀式、環(huán)邊式和多期式（表1）。點狀式是指次生硅質(zhì)附著在碎屑石英顆粒邊緣，呈點狀（一個或多個點）或環(huán)繞顆粒的薄層，可分為單點式加大和多點式加大2種類型。如大15井2646.85m處，加大邊呈單點式生長于顆粒的一角，整個顆粒外緣由于溶蝕作用而凹凸不平，僅加大邊生長處保留有圓滑的顆粒外形（圖版I）；再如大18井2624.25m處的多點式加大，可見石英顆粒呈線狀接觸，由于顆粒的限制，硅質(zhì)膠結(jié)物于顆粒兩側(cè)呈三角形充填原生孔隙（圖版口）。環(huán)邊式是指次生硅質(zhì)連續(xù)包裹石英顆粒邊緣，可分為環(huán)粒加大和半環(huán)粒加大2種。如大21井2671.1m處，次生加大均勻地環(huán)繞整個顆粒生長（圖版皿），形態(tài)與原始顆粒渾圓的外形一致；再如大15井2581.85m處，顆粒呈次棱角狀一次圓狀，可見平直的顆粒邊緣，加大邊沿顆粒邊緣半環(huán)繞生長，呈方形環(huán)邊狀，厚度較均一（圖版IV）;而DK13井2658.19m處的加大邊呈渾圓狀均勻地半環(huán)繞顆粒生長（圖版V）。多期式是指由附著于碎屑顆粒周圍的一期次生硅質(zhì)加大和粒間孔中的二期次生硅質(zhì)充填形成的，第二期的次生硅質(zhì)加大附著于第一期加大部分的外側(cè)。大18井2686.5m處，可見2期清晰的塵線，2期加大均勻地生長于渾圓顆粒外緣，局部由于其他顆粒的限制而不發(fā)育加大邊，第二期加大邊上可見港灣狀溶蝕現(xiàn)象（圖版VI）。石英次生加大的期次根據(jù)石英次生加大的形貌特征，借助于加大邊中流體包裹體均一溫度，將大牛地氣田的石英次生加大劃分為3期。第I期石英次生加大邊多呈單點式（圖版I）或多點式膠結(jié)于碎屑石英顆粒的一側(cè)（圖版口）。由于受其他顆粒限制，第I期加大發(fā)育局限，寬窄不一，在本區(qū)發(fā)育數(shù)量較少，見港灣狀溶蝕現(xiàn)象。I期加大邊內(nèi)包裹體發(fā)育較少，包裹體均一溫度為78°C,拉曼光譜分析表明，包裹體內(nèi)無有機(jī)組分，說明加大邊形成時沒有進(jìn)入烴成熟分解階段，即沒有發(fā)生烴組分的運移。I期石英加大邊屬于早成巖階段B期的成巖壓實作用階段的產(chǎn)物。第口期石英次生加大邊環(huán)繞石英顆粒，在本區(qū)發(fā)育數(shù)量最多，大多呈環(huán)邊式（圖版皿）或半環(huán)邊式（圖版IV）均勻生長，加大邊寬度較大，陰極發(fā)光呈暗棕色（圖版V）,含有一定量的包裹體，包裹體均一溫度平均為91.6C,鹽度平均為5.5%。拉曼光譜分析表明，無機(jī)組分主要為S02、C02、CO等，有機(jī)組分以CH4和C6H6為主。第皿期石英次生加大邊多呈鑲嵌狀與縫合線狀接觸，在本區(qū)發(fā)育數(shù)量較多，鏡下可見清晰的2期塵線（圖版V）,加大邊幾乎占據(jù)了所有的剩余粒間孔隙，寬度多大于50pm,第二期加大邊處常見溶蝕現(xiàn)象。包裹體均一溫度平均為112.4C,鹽度平均為6.2%。拉曼光譜分析表明無機(jī)組分和有機(jī)組分共存，包括C02、SO2、CH4、C4H6等，其中以無機(jī)組分為主，有機(jī)組分相對較少。石英次生加大的寬度第I期石英次生加大由于不規(guī)則生長，加大邊的寬度大小相差懸殊，最小寬度為5pm,最大達(dá)350pm（受限生長成樹枝狀），主體在50pm以下，排除最大異常點的影響，第I期石英次生加大的平均寬度為38pm。第口期及第皿期石英次生加大呈環(huán)邊式和多期式加大邊環(huán)繞顆粒生長，與顆粒的原始形態(tài)比較接近，自形程度好，厚度較均勻。第口期石英次生加大的寬度為5~250pm,主體在50pm以下，平均為42pm。第皿期石英次生加大的寬度為15-200pm,主體在50pm以上，平均為62pm。整體上，石英次生加大的寬度隨加大期次的增加而逐漸增大。石英次生加大對應(yīng)的物性特征隨著次生加大期次的增加,硅質(zhì)膠結(jié)物的寬度逐漸增大,對孔隙的填充度逐漸增強(qiáng),理論上孔隙度應(yīng)該逐漸降低,但大牛地氣田不同期次的石英次生加大對應(yīng)的孔隙度卻并非如此,可能與硅質(zhì)膠結(jié)之后的堿性溶解作用有關(guān)。第I期石英次生加大對應(yīng)的孔隙度為1.10%~12.60%，平均值為7.79%；第口期為1.50%~10.17%，平均值為6.36%；第皿期為1.65%~15.30%，平均值為8.70%。第皿期石英次生加大對應(yīng)的孔隙度較前兩期明顯偏高（圖3），顯然與加大期次增加、膠結(jié)作用增強(qiáng)、孔隙度降低的事實不符，這主要與第皿期石英次生加大之后的堿性溶解作用有關(guān)。大牛地氣田經(jīng)歷了多期酸性及堿性流體的交替活動,第I期和第皿期石英次生加大對應(yīng)的酸性流體活動之后是研究區(qū)堿性流體最活躍的時期，其中第皿期石英次生加大之后的堿性溶解作用為研究區(qū)提供了大量的次生孔隙。3.1石英次生加大是砂巖儲層致密化的主要因素硅質(zhì)膠結(jié)物在砂巖儲層中主要以石英次生加大的形式產(chǎn)出,與鈣質(zhì)膠結(jié)物和泥質(zhì)膠結(jié)物不同,硅質(zhì)膠結(jié)物對儲層物性的影響是一把“雙刃劍”。當(dāng)硅質(zhì)膠結(jié)物含量較低時,能夠增加巖石的抗壓強(qiáng)度,保護(hù)原生孔隙；隨膠結(jié)物含量的增加,將以孔隙填充為主,降低儲層的孔隙度。通過大牛地氣田自生石英含量與孔隙度的關(guān)系（圖4）可以看出，當(dāng)自生石英含量小于等于3%時，儲層孔隙度與自生石英的含量沒有相關(guān)性；而當(dāng)自生石英含量大于3%時，隨著自生石英含量的增加，儲層孔隙度呈現(xiàn)降低的趨勢。因此，在大牛地氣田，當(dāng)硅質(zhì)膠結(jié)物含量小于等于3%時，將保護(hù)原生孔隙；當(dāng)硅質(zhì)膠結(jié)物含量大于3%時，將充填孔隙，使砂巖儲層致密化。大牛地氣田3期石英次生加大的演化過程，反映了研究區(qū)成巖演化的歷史，即大牛地氣田經(jīng)過了強(qiáng)烈壓實階段、酸堿交替階段、致密化階段和致密后階段。3期石英次生加大參與了酸堿交替和致密化2個成巖階段的演化，在第皿期石英次生加大之后，由于強(qiáng)烈的硅質(zhì)膠結(jié)及泥鐵質(zhì)膠結(jié)占據(jù)了剩余粒間孔隙，砂巖儲層已經(jīng)完全致密化。在大牛地氣田致密砂巖形成的過程中，石英次生加大是砂巖儲層致密化的主要影響因素，同時又由于第皿期石英次生加大邊中捕獲的包裹體組分主要為無機(jī)組分，可推斷大牛地氣田儲層含烴流體充注時間早于完全致密化時間，呈現(xiàn)“先生烴、后致密”的特征。3.2堿性溶解作用是太二段次生孔隙的主要成因堿性成巖作用是總體以堿性地層水活動為背景下所形成的，以石英溶解及石英溶解型次生孔隙顯著存在為主要特征的成巖作用類型［15］（以下簡稱堿性溶解作用），作用的結(jié)果是形成石英溶解型次生孔隙。典型實例見于泌陽凹陷［16］和塔西南坳陷［17］，其溶蝕速率隨pH值增大迅速增大［18］。大牛地氣田的堿性溶解作用比較發(fā)育，在第I期和第皿期石英次生加大邊中均可見加大邊溶解的現(xiàn)象，第皿期較第I期的溶解作用強(qiáng)且普遍，第皿期石英次生加大對應(yīng)的孔隙度較前兩期明顯偏高的原因即堿性溶解作用。除加大邊的溶解作用外，還可見石英顆粒的港灣狀溶解（圖版VU）和石英溶解“殘骸”（圖版V皿）。如大48井2744.7m處，顆粒的右上方見典型的港灣狀溶解，而右下方該顆粒已被溶掉一角，孔隙另一側(cè)的石英顆粒也發(fā)生了溶解，形成了粒間超大孔（圖版V）;再如大21井2728m處，石英顆粒發(fā)生強(qiáng)烈的溶解作用，僅剩余部分石英溶解“殘骸”，形成了縫狀粒間擴(kuò)大孔（圖版V）,增大了儲層的孔隙度和滲透率。通過對大牛地氣田17口鉆井近200個薄片的鏡下觀察和統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)石英溶解現(xiàn)象在全區(qū)各個層位均有發(fā)育，太原組二段是堿性溶解作用最顯著、石英溶解型孔隙最發(fā)育的層段(圖5)。統(tǒng)計大牛地氣田各層位受堿性溶解作用影響的儲層物性數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)有石英溶解現(xiàn)象的儲層孔隙度、滲透率明顯偏高。發(fā)育石英溶解現(xiàn)象的儲層孔隙度為6.40%~18.9%，平均為12.23%，滲透率為(0.17-12.10)x10-3pm2,平均為1.90x10-3pm2；而整個大牛地氣田的孔隙度平均值為6.80%，滲透率平均值為0.80x10-3pm2。石英溶解形成的次生孔隙很好地改善了大牛地氣田的儲層孔隙度和滲透率，孔隙度的增加量近6%，滲透率的增加量在1.00x10-3pm2以上。說明石英及其加大邊的堿性溶解作用為大牛地氣田太原組二段提供了大量的儲集空間，是該層位次生孔隙的主要成因。大牛地氣田石英次生加大的形貌為點狀式、環(huán)邊式和多期式，結(jié)合流體包裹體均一溫度，將石英次生加大分為3期。隨石英次生加大期次的增加，加大邊的寬度逐漸增大，對應(yīng)的儲層物性逐漸變差，但第皿期對應(yīng)的孔隙度較前兩期明顯偏高。石英次生加大是大牛地氣田砂巖儲層致密化的主要影響因素。當(dāng)硅質(zhì)膠結(jié)物含量大于3%時，將以孔隙充填為主，在第皿期石英次生加大之后，砂巖儲層已完全致密化。⑶第I期和第皿期石英次生加大見石英的堿性溶解現(xiàn)象，堿性溶解作用為大牛地氣田提供了大量的儲集空間，是太原組二段次生孔隙的主要成因?！鞠嚓P(guān)文獻(xiàn)】RezaeeMR,TingatePR.OriginofquartzcementintheTirrawarrasandstone,southernCooperbasin,SouthAustralia[J].JournalofSedimentaryResearch,1997,67(1):168-177.張哨楠,QingHairuo,BjorlykkeK.川西致密砂巖的石英次生加大及其對儲層的影響J].地質(zhì)論評,1998,44(6):649-656.ZhangShaonan,QingHairuo,BjorlykkeK.QuartzovergrowthsandtheirinfluenceonthereservoirqualityoftightsandstoneintheWesternSichuanBasin[J].GeologicalReview,1998,44(6):649-656.于均民周曉峰，劉立?砂巖中石英膠結(jié)物的成因及其研究意義J].世界地質(zhì),2000,19⑴:20-25.YuJunmin,ZhouXiaofeng,LiuLi.Genesisandsignificanceofquartzcementinsandstones[J].WorldGeology,2000,19(1):20-25.伏美燕，張哨楠?混積型碳酸鹽巖中石英的成巖作用及其與儲層的關(guān)系[J].石油天然氣學(xué)報(江漢石油學(xué)院學(xué)報),2011,33(12):50-55.FuMeiyan,ZhangShaonan.Diagenesisofquartzinmixedclastic-carbonaterockanditsrelationshipwithreservoirs[J].JournalofOilandGasTechnology,2011,33(12):50-55.⑸王衍琦?砂巖儲層中石英次生變化的研究J]?石油勘探與開發(fā),1986(4):39-41.WangYanqi.Astudyonthesecondaryenlargementofquartzcrystalsinsandstone[J].PetroleumExplorationandDevelopment,1986(4):39-41.⑹趙澄林侏筱敏?沉積巖石學(xué)[M].3版?北京:石油工業(yè)出版社,2001:48.ZhaoChenglin,ZhuXiaomin.Sedimentarypetrology[M].3rded.Beijing:PetroleumIndustryPublishingHouse,2001:48.方偉?儲集砂巖碎屑石英次生加大邊定量分析技術(shù)及其演變特征研究[J].石油實驗地質(zhì),1992,14(1):96-101.FangWei.Quantitativeanalysistechniquesofthesecondaryenlargedpore-fringesintheclasticquartzofreservoirsandstones,andanapproachtotheevolutioncharacteristicsofreservoirsandstones[J].ExperimentalPetroleumGeology,1992,14(1):96-101.方偉,薛中州?電子探針對儲集層中長石、石英成巖演變特征的研究[J].石油實驗地質(zhì),1988,10(3):241-247.FangWei,XueZhongzhou.Electronprobeanalysisonthediageneticcharacteristicsoffeldsparandquartz[J].ExperimentalPetroleumGeology,1988,10(3):241-247.張哨楠?四川盆地西部須家河組砂巖儲層成巖作用及致密時間討論[J].礦物巖石,2009,29(4):33-38.ZhangShaonan.DiscussiononthediagenesisandtimingoftightsandstonereservoirinXujiaheformation,WesternSichuanBasin[J].JournalofMineralogyandPetrology,2009,29(4):33-38.時保宏，張艷，張雷，等?鄂爾多斯盆地延長組長7致密儲層流體包裹體特征與成藏期次[J].石油實驗地質(zhì),2012,34(6):599-603.ShiBaohong,ZhangYan,ZhangLei,etal.HydrocarbonaccumulationdatingbyfluidinclusioncharacteristicsinChang7tightsandstonereservoirsofYanchangFormationinOrdosBasin[J].PetroleumGeology&Experiment,2012,34(6):599-603.曹青，趙靖舟,柳益群?鄂爾多斯盆地蟠龍地區(qū)延長組長2、長6段流體包裹體研究[J].石油實驗地質(zhì),2013,35(4):384-388.CaoQing,ZhaoJingzhou,LiuYiqun.FluidinclusionsofChang2andChang6sectionsinYanchangFormation,Panlongarea,OrdosBasi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