寶浪油田儲層孔隙演化特征及成巖作用

寶浪油田儲層孔隙演化特征及成巖作用

非均質(zhì)性問題隨著油氣勘探和開發(fā)的深入，低滲透油藏的比例逐年增加，平均為71%。低滲油藏的開發(fā)發(fā)揮著越來越重要的作用。如何合理開發(fā)低滲透油藏并取得較好的效果,已成為眾多石油工程專家和石油企業(yè)亟待解決的難題。寶浪油田屬于低孔、低滲性油藏,儲層特性差,非均質(zhì)性強(qiáng),采油工藝增產(chǎn)措施不明顯,嚴(yán)重制約了油田開發(fā)效果和儲量動(dòng)用程度的提高。本文通過成巖作用的研究,確定儲集體內(nèi)孔隙空間的形成過程,以及成巖自生礦物對儲集性的影響,其目的在于滿足中、深部地層中有利儲集帶評價(jià)、預(yù)測,以及油田開發(fā)過程中提高采收率,保護(hù)油層等生產(chǎn)急需。1寶浪油田儲層巖石作用類型及特征1.1侏羅系儲層巖石結(jié)構(gòu)類型寶浪油田侏羅系下統(tǒng)三工河儲層巖性以粗粒為主,砂礫巖及礫狀砂巖以上粒級的巖性占儲層巖性的80%以上。儲層巖石類型主要為巖屑砂礫巖,其次為長石巖屑砂礫巖。巖屑成分以變質(zhì)巖巖屑、火山巖巖屑為主,多見片麻巖、石英巖等。全巖成分定量分析顯示,長石質(zhì)顆粒組成占巖石總顆粒的30%~50%。侏羅系儲層巖石結(jié)構(gòu)類型包括細(xì)礫巖、砂礫巖、含礫砂巖、砂巖和粉砂巖。其中三工河組中、下段巖性相對較粗,以礫巖、砂礫巖和粗砂巖為主;三工河組上段相對較細(xì),以砂巖和含礫砂巖為主,并夾較多的粉砂巖。根據(jù)寶北、寶中的樣品薄片鑒定對巖石進(jìn)行分類(圖1)。1.2巖屑、質(zhì)巖結(jié)構(gòu)及特征三工河組儲層碎屑顆粒組分的一個(gè)十分重要的特征是巖屑含量高,石英含量相對較低。對寶北區(qū)塊三工河組儲層466塊巖石樣品和寶中區(qū)塊397塊樣品的研究表明:(1)寶北區(qū)塊碎屑成分中,石英占31.5%,長石占14.5%,巖屑占50.7%。巖屑又以變質(zhì)巖巖屑含量最多,占總巖屑71.3%。成分成熟度指數(shù)Q/(F+Q)為0.48,R/Q為1.61,均反映出巖石成分成熟度低。(2)寶中區(qū)塊碎屑成分中石英占28.72%,長石為12.57%,巖屑為57.06%,其它為12.5%。而巖屑又以變質(zhì)巖巖屑含量最多,約占總巖屑的62.3%。該區(qū)的成分成熟度指數(shù)Q/(F+R)為0.41,R/Q為1.99,表明寶中區(qū)塊比寶北區(qū)塊的成分成熟度還低。巖石的成分成熟度低,結(jié)構(gòu)成熟度中-低,顆粒分選差-很差,砂礫混雜,圓球度差,植物碎屑混雜其中。顆粒間接觸形式多樣,從線-點(diǎn)接觸至線-凹凸接觸,表現(xiàn)為壓實(shí)作用較強(qiáng)。膠結(jié)物以泥質(zhì)為主,局部雜基含量高,膠結(jié)類型以孔隙式膠結(jié)為主。1.3儲集巖的巖作用寶浪油田儲層成巖作用對砂巖孔隙結(jié)構(gòu)的形成、保存和破壞影響較大,各種成巖作用的強(qiáng)弱決定了孔隙演化和孔隙結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度。本區(qū)儲集巖的主要成巖作用有:壓實(shí)作用、膠結(jié)作用、溶解交代作用及自生礦物的充填作用等。按其對儲層儲集物性的影響,可把它歸納為破壞性成巖作用和建設(shè)性成巖作用2類。1.3.1巖石破壞(1)成巖效應(yīng)成巖寶浪油田三工河組的壓實(shí)作用較強(qiáng),其對儲層的影響純粹是一種破壞作用,其成巖效應(yīng)是減小孔隙體積,縮小喉道尺寸,從而破壞儲層的孔、滲性。壓實(shí)作用特別是機(jī)械壓實(shí)作用在早成巖A亞期最為強(qiáng)烈,至早成巖B亞期逐漸減弱,并逐漸為壓溶作用代替,一直持續(xù)到整個(gè)晚成巖期。(2)膠結(jié)充填儲層寶浪油田的膠結(jié)物類型主要為自生粘土礦物膠結(jié)物、碳酸鹽膠結(jié)物、硅質(zhì)膠結(jié)物及鐵質(zhì)膠結(jié)物等。其中以粘土礦物含量最高,其它膠結(jié)物含量相對較低,據(jù)統(tǒng)計(jì),按平均含量由高到低依次為方解石、白云石、鐵質(zhì)、石英加大。碳酸鹽膠結(jié)物是砂巖中普遍存在的一類自生礦物,對砂巖中孔隙有嚴(yán)重破壞作用。寶浪油田膠結(jié)物的礦物類型主要是方解石、白云石及含鐵方解石、鐵白云石等,其中以方解石及白云石為主。硅質(zhì)膠結(jié)物的主要成分為自生石英和長石,最常見的膠結(jié)方式是次生加大。石英、長石次生加大使孔隙變小、喉道變窄,劇烈發(fā)育段能形成孔喉堵塞,嚴(yán)重破壞儲層的儲集性能,降低儲層質(zhì)量。寶北區(qū)塊Ⅲ油組內(nèi)存在自生石膏膠結(jié)物,含量在1%~3%;寶中區(qū)塊Ⅱ油組底部在寶2-219井也發(fā)現(xiàn)石膏膠結(jié)物。它們在儲層中含量較少,分布局限,多以細(xì)晶結(jié)構(gòu)分布于粒間,對儲層物性起破壞作用。本區(qū)粘土礦物類型豐富,含量較高,但大多屬于礦物孔隙沉淀式,真正意義上的粘土膠結(jié)物較少,其對儲層的改造主要表現(xiàn)為充填儲層孔隙空間,降低儲層的孔滲性。自生粘土礦物的產(chǎn)狀主要有孔隙襯邊和孔隙充填2種方式。(3)礦物顆粒寶浪油田儲層中交代作用常見的有:碳酸鹽礦物交代碎屑顆粒;碳酸鹽礦物之間的交代;粘土礦物交代長石或碎屑顆粒等。交代作用不直接影響儲層的孔隙度,碳酸鹽礦物交代碎屑顆粒之后形成的碳酸鹽礦物可能被后期發(fā)生的溶解作用溶解而使次生孔隙增加,這對儲層孔隙的改造起到積極作用。粘土礦物的交代作用雖對孔隙空間的影響不大,但其產(chǎn)生的粘土礦物比表面大,影響了儲層的儲集物性。1.3.2砂巖原生孔隙溶解作用是寶浪油田三工河組地層增加儲層孔、滲性的重要成巖作用,其形成的孔隙構(gòu)成了砂巖次生孔隙的主要部分。主要有自生碳酸鹽礦物(膠結(jié)物和交代物)的溶解和長石等不穩(wěn)定顆粒的溶解等。(1)工藝膠結(jié)物的溶解本區(qū)碳酸鹽礦物的溶解主要表現(xiàn)為方解石、鐵方解石、白云石等碳酸鹽膠結(jié)物的溶解。寶浪油田碳酸鹽溶解作用較弱,主要與碳酸鹽膠結(jié)作用強(qiáng)度有關(guān),碳酸鹽膠結(jié)作用較弱,形成碳酸鹽膠結(jié)物少,且主要分布在巖性致密帶,抑制了碳酸鹽礦物的溶解。(2)骨架顆粒溶解從成因上看,本區(qū)長石顆粒的溶解作用類型主要為長石骨架顆粒的溶解和長石交代物的溶解,它們所產(chǎn)生的次生孔隙,是儲層巖石的主要儲集空間。長石骨架顆粒溶解主要是指長石質(zhì)顆粒類不穩(wěn)定礦物,在中-晚成巖期遇酸性水介質(zhì)發(fā)生溶解產(chǎn)生次生孔隙的成巖作用。本區(qū)發(fā)生溶解的長石質(zhì)顆粒主要包括長石和巖屑顆粒。長石成分溶解造成的結(jié)果是產(chǎn)生大量次生孔隙和產(chǎn)生適宜高嶺石沉淀的大量離子。長石溶解次生孔隙一般為粒內(nèi)溶孔或有殘余的擴(kuò)大孔和鑄模孔,孔隙儲集空間的有效性差。長石溶解伴生有大量的粘土礦物沉淀結(jié)晶析出,析出的礦物不僅占據(jù)了有效孔隙體積,而且易遷移造成儲層水敏。2巖作用對儲存層的物理影響2.1未固結(jié)充填孔隙度原始孔隙度是指砂體沉積后未固結(jié)成巖之前的孔隙度。前人應(yīng)用R.Sneider圖版對焉參1井西山窯組及三工河組砂巖樣品進(jìn)行了孔隙度和滲透率的恢復(fù)工作。結(jié)果表明,中侏羅統(tǒng)西山窯組原始孔隙度為27.2%~34.3%,平均為30.93%,原始滲透率為30×10-3~20000×10-3μm2,一般在5000×10-3μm2以上;三工河組I~III油組原始孔隙度為27.0%~33.7%,平均為30.3%,原始滲透率為150×10-3~45000×10-3μm2,大部分在5000×10-3μm2以上;三工河組IV油組原始孔隙度為26.5%~34.7%,平均為29.2%,原始滲透率為6000×10-3~70000×10-3μm2,一般為10000×10-3μm2。2.2儲層孔隙演化期目前寶北區(qū)塊儲層的平均孔隙度為13.18%。儲層孔隙經(jīng)歷了漫長的演化過程,大致可分為以下4個(gè)階段,即實(shí)縮小期、結(jié)充填期、解增生期和續(xù)充填期。其儲層孔隙演化模式見圖2。壓實(shí)縮小期發(fā)生于早成巖A期,表現(xiàn)為機(jī)械壓實(shí)作用,使原生孔隙大量而均勻地減少;結(jié)充填期主要發(fā)生于早成巖B期,此階段主要孔隙類型為原生孔隙;解增生期主要發(fā)生于晚成巖A期,主要孔隙類型為次生孔隙;續(xù)充填期主要發(fā)生于溶解增生期后,自生粘土等自生膠結(jié)物的形成使砂巖孔隙繼續(xù)充填。2.3膠結(jié)作用及溶解作用儲層巖石的孔隙度變化既是成巖作用的一個(gè)指標(biāo),也是成巖作用的結(jié)果之一。寶浪油田儲層巖石成巖作用對儲層物性影響很大,成巖對儲層物性的影響具有雙重性,可以對原生孔隙充塞,形成低滲或致密儲層,也可以在低滲透儲層或致密儲層的基礎(chǔ)上溶蝕形成次生滲透層或低滲透層。(1)壓實(shí)作用主要受巖石結(jié)構(gòu)成熟度及成分成熟度(塑性巖屑含量)、煤層、砂體厚度及埋藏深度等綜合控制。寶浪油田侏羅系儲層巖石分選、磨圓較差,巖屑含量高,且屬于煤系地層,所以其壓實(shí)作用強(qiáng),造成大量的原始孔隙損失;由于盆地內(nèi)各地區(qū)各層段巖石結(jié)構(gòu)、成分等不均一性,壓實(shí)作用強(qiáng)度存在一定的差異;另外進(jìn)入成巖晚期,隨著埋深增大,機(jī)械壓實(shí)作用還破壞次生孔隙,使儲層物性變差。(2)膠結(jié)作用對儲層物性的影響比較復(fù)雜。一般來說,膠結(jié)物充填孔隙使儲層物性變差,但早期膠結(jié)作用能抑制壓實(shí)作用強(qiáng)度,膠結(jié)物的后期溶解能有效地改善儲層物性。寶浪油田以粘土礦物、碳酸鹽、石英次生加大等膠結(jié)作用為主,使其原始孔隙度降低了4.05%~44.51%。不同區(qū)塊、不同層系、不同膠結(jié)類型、不同含量的膠結(jié)物,對儲層物性的影響結(jié)果不同。膠結(jié)作用對儲層孔隙演化的影響具有雙重性:一方面填充了顆粒間的孔隙,破壞了儲層的孔、滲性,另一方面早期膠結(jié)物可增加砂體的抗壓實(shí)性,且為后期溶解作用提供物質(zhì)基礎(chǔ)。膠結(jié)物含量不同,對物性的影響結(jié)果不同;相同的膠結(jié)物含量在不同地區(qū)對儲層物性的影響也不同。不同種類的膠結(jié)物對儲層物性的影響不同。碳酸鹽膠結(jié)物是砂巖中普遍存在的一類自生礦物,對砂巖中的孔隙有嚴(yán)重破壞作用。寶浪油田碳酸鹽含量普遍較低,寶北和寶中區(qū)塊多數(shù)分別在0%~4%和0%~2%之間。通過研究得知,儲層中碳酸鹽膠結(jié)物含量與儲層孔、滲性呈明顯的負(fù)相關(guān),當(dāng)碳酸鹽含量大于5%時(shí),孔隙度均小于9%,滲透率小于5×10-3μm2,并隨碳酸鹽含量增加呈降低趨勢;只有碳酸鹽含量小于5%時(shí),孔隙度才能大于9%,滲透率大于5×10-3μm2,并隨碳酸鹽含量降低呈增大趨勢。泥質(zhì)膠結(jié)物含量與滲透率關(guān)系明顯,而與孔隙度關(guān)系不大,當(dāng)泥質(zhì)含量大于5%時(shí),滲透率均小于5×10-3μm2,并隨泥質(zhì)含量增加呈降低趨勢;只有泥質(zhì)含量小于5%時(shí),滲透率才隨之增大。(3)溶解作用是改善儲層物性的主要因素。寶浪油田儲層隨埋深的增加,壓實(shí)作用及膠結(jié)作用加劇,其孔隙度、滲透率整體呈下降趨勢,這時(shí)溶解淋濾作用將對儲層孔、滲性改善起重要作用。溶解淋濾作用是次生孔隙形成的主要因素。晚成巖A1期和表生成巖階段發(fā)生的溶解淋濾作用形成大量的粒內(nèi)溶孔、粒間溶孔等次生孔隙,在三工河組中,次生孔隙使孔隙度增加了4.85%,且這些次生孔隙是油氣富集的最理想的場所。偏酸性流體不僅改善了儲集空間,更重要的是改良了喉道。在寶北、寶中區(qū)塊下侏羅統(tǒng)三工河組,隨著埋深的增大,滲透率隨孔隙度的增加而大幅度地增大,平均孔隙度分別增大到11.78%和11.24%,而平均滲透率分別增大到16.94×10-3μm2和14.43×10-3μm2。同時(shí),當(dāng)孔隙度<10%時(shí),滲透率隨孔隙度增大幅度不大;當(dāng)孔隙度>10%時(shí),孔隙度稍有增加,滲透率