永进地区侏罗系西山窑组致密砂岩储层影响因素

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  [摘 要]永进地区位于准噶尔盆地腹部,侏罗系西山窑组是其目前的主要目的层,孔渗性总体较差,属于致密砂岩储层,但发育有优质储层。本文作者对影响永进地区侏罗系西山窑组致密砂岩储层的影响因素进行了分析,明确了岩石成分、地温梯度、成岩作用、沉积相、异常压力、构造活动、油气充注等7大因素,基本确定了深层致密砂岩优质储层发育机理,即,岩石组分、有利沉积相带是有利储层发育的物质基础,成岩作用是改变储层物性的关键因素,早期形成的异常压力对孔隙的保存有重要作用,而层理缝的存在提高了孔隙间的连通性及储层的渗透性。
  [关键词]永进地区 西山窑组 致密砂岩 储层影响因素
  中图分类号:TD327.3 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2013)08-178-02
  永进地区属于准噶尔盆地内中石化探区的中部3区块,位于盆地腹部深洼区,整体上呈向南或南西倾的单斜地层,构造圈闭不发育,以地层、岩性类隐蔽圈闭为主。侏罗系西山窑组是其主要勘探目的层,自下而上可进一步划分为5个砂层组,为进积型三角洲-湖相沉积,储层以分流河道、滩坝砂体为主,岩性为细粒~中粗粒长石岩屑砂岩、岩屑砂岩及少量粉砂岩,孔渗性总体较差,孔隙度一般在4~12%之间,平均6.4%;渗透率一般小于1×10-3μm2,平均0.3×10-3μm2,按照目前国内常规划分标准[1-5],属于致密砂岩储层。该区目前共有探井7口,均在侏罗系西山窑组见到油气显示,4口井试油获得成功。
  储层非均质性强,孔渗性差,造成部分井出现了产量递减较快的现象,进而制约了该区产能建设的步伐和勘探前景的评价。笔者对影响致密砂岩储层的因素进行了分析,以便于在此基础上寻找致密砂岩中的“甜点”,从而提高该区的勘探前景。
  1、岩石组分
  根据储层岩石学特征,研究区储层砂岩主要为长石岩屑砂岩和岩屑砂岩,成分成熟度很低,岩石抗压实能力较弱,孔隙不易保存,特别是千枚岩、云母、部分中酸性喷出岩等塑性岩屑含量较高,挤压后沿孔隙和喉道变形,呈假杂基状,进一步增强了压实作用。
  2、地温梯度
  高地温梯度区在单位埋藏深度或单位地层温度内的砂岩压实量要高于低地温梯度区。盆地之间地温梯度的差异越大,砂岩压实速率的差异也越大。因此,地温梯度引起的热效应压实作用也十分显著,由此也说明在低温梯度盆地中,勘探深度下限明显加大。
  寿建峰等人对北方地区不同地热盆地的地温梯度与砂岩孔隙度关系的研究表明:地温梯度每增加1℃/100m,压实减孔量约增加7%[6]。准噶尔盆地隆起区古地温梯度略高,一般在2.3-3.0℃/100m间,盆地腹部略低,一般在2.0-2.4℃/100m间。因此,较低的古地温梯度,有利于孔隙的保存。
  3、成岩作用
  成岩作用对储层物性的影响主要表现为压实作用、胶结作用和溶蚀作用。其中压实作用是减少原生孔隙的主要因素。胶结作用对物性的影响表现为两重性:一是胶结作用充填孔隙空间,使物性变差;其次是早期胶结作用可以阻碍压实作用的进一步进行,而在适合条件下发生溶解释放孔隙空间;另一方面,溶蚀作用可产生次生孔隙,一定程度上改善储层储集性能。
  3.1压实作用
  永进地区目的层埋藏深,孔隙度和渗透率随埋深增加而逐渐减小的趋势十分明显(图1),反映该区受到的成岩压实更加强烈。
  成岩压实减孔是储层原生孔隙损失的一个总的趋势[7]。研究区成岩作用以中等-强压实和弱胶结为特征,成岩期次进入晚成岩A阶段晚期,成岩压实减孔是储层孔隙损失的主要因素。决定压实减孔量的因素除成岩程度外,主要为塑性岩屑含量、粒径和煤系发育程度。
  a-孔隙度 b-渗透率
  通过对盆地腹部煤系与非煤系砂岩孔隙度与深度关系分析(图2),当埋深小于3000m时,煤系砂岩的压实与压溶强度明显较非煤系砂岩强。造成这种差异性的根本原因在于煤系地层准同生期和早成岩期的酸性成岩介质和早期溶蚀作用。在煤系地层中,早期地层水呈酸性,这种酸性成岩水介质阻止了砂岩钙质的胶结,使砂岩粒间空间缺乏支撑,砂岩抗压性相对较低,同时酸性介质使砂岩过早发生溶蝕,且主要是骨架颗粒的溶蚀,特别是火山岩的选择性溶蚀,使砂岩骨架支撑力降底,由此造成了在一定埋藏深度下,煤系与非煤系砂岩的压实作用出现了明显的差异。但是当埋深超过5500m左右,煤系与非煤系地层在正常压实情况下,压实作用对储层物性的破坏作用不再敏感。
  3.2胶结作用
  根据对薄片鉴定的统计结果,研究区砂岩储层中自生组胶结物平均含量为6.9%。区内胶结物主要类型为碳酸盐胶结,碳酸盐胶结物占总胶结物含量的70%以上,最高达94%。因此,碳酸盐胶结是影响区内储集物性的主要胶结类型。另外,粘土矿物及硅质胶结也是主要的胶结类型,还有少量的黄铁矿、菱铁矿等。
  研究表明,胶结作用损失的孔隙度大多小于10%,而压实作用损失的孔隙度一般大于20%。因此,压实作用对物性的影响程度要远远大于胶结作用对储层物性的影响[8]。
  3.3溶蚀作用
  根据烃源岩包裹体均一温度统计,准噶尔盆地腹部目前共有三期油气充注,进行了五期热流体活动(图3、4),热液流体、有机酸进入储层后,溶蚀长石等矿物,形成次生溶孔,一定程度改善了储层物性。
  度与盐度关系图
  溶蚀作用主要是长石和碳酸盐在流体的作用下发生溶解,对改善储层极为有利。溶蚀作用,在整个成岩演化中均有发生,只是发育程度不同,如表层沉积体受大气淡水作用发生的淋滤溶蚀作用。在深部成岩演化过程中,主要发生有机或无机的水-岩作用。区内砂岩溶蚀作用普遍,溶蚀作用也相对较强。从孔隙度与深度关系图中分析(图1-a),溶蚀作用增加孔隙度在5-7%左右。主要表现为长石、一些暗色火山岩矿物发生溶蚀,碳酸盐矿物溶蚀现象较少见。   4沉积相
  研究区储层砂岩的沉积微相类型主要有水下分流河道、河口坝、席状砂、水下天然堤和滩坝等。根据不同沉积微相储层砂体的物性统计结果,水下分流河道砂物性相对最好,次为滩坝和河口坝,而水下天然堤砂岩物性相对较差。由于水下分流河道的水动力条件较强,沉积的碎屑物粒度较粗,分选也较好,杂基含量低,有利于形成相对高孔渗性储层。从研究区平均粒径、分选性与孔隙度、渗透率的关系(图5~7)可以看出,尽管相关性较差,但随着粒度的增加,分选系数变大,孔隙度、渗透率相应增高的趋势还是存在的,碎屑颗粒越粗,分选性越好,其物性越好。而河口坝和水下天然堤由于水动力强度减弱导致分选相对变差,粒度也变细,同时杂基含量也有所增加。岩芯物性也表明,相对好的储层主要分布在水下分流河道砂岩中。
  同样是辫状河三角洲前缘水下分支河道微相形成的砂岩储集层也因其在沉积过程中水动力的强弱、稳定性的不同存在较大差异,如:永进地区西山窑组2砂组砂岩储集物性总体好于3砂组、4砂组及5砂组;在2砂组中,Y1、Y3井处砂岩储集物性明显好于Y2、Y6、Y7等井。
  5异常压力
  从钻井液的使用及试油资料分析,研究区目的层普遍存在异常高压,压力系数一般在1.3以上,试油测得压力系数最高可达1.9以上,异常高压对储集物性的影响主要有以下作用:
  5.1异常压力与压实作用的关系分析
  超压的存在,导致孔隙流体压力增加,作用于岩石颗粒之上的有效应力降低,同时超压支撑了部分上覆岩体的载荷,减缓了机械压实作用。目的层砂岩埋深一般在5000m以下,而颗粒的接触关系仅表现为点、点-线接触为主,部分为线-凹凸接触,压实程度也仅为中等。由此可证明,地层在埋藏成岩过程中,异常高压提高了抗压实能力,减缓了上覆地层压力对目的层的影响,从而保存了部分原始孔隙和次生孔隙。而且在高压系统中,可以使层理缝保持开启状态,提高了孔隙间的连通性。
  5.2异常压力与胶结物作用的关系分析
  胶结物的形成需要一个开放的系统,而超压的形成需要相对封闭系统,因此在超压系统中,地层水的流动受到限制,那么胶结作用就会被抑制或减缓。
  5.3异常压力与物性的关系分析
  通过对中3区块6口探井的压力预测可发现,在西山窑组Y1井2砂组、Y2井的煤下砂组,其异常压力系数到在1.4以上,而Y6井、Y7井西山窑组压力系数均小于1.4。Y3井2砂组由于资料所限,未进行压力预测。但该井试油时,预测压力系数为1.8。从中可以发现,西山窑组压力系数大于1.4的均为出油层段,孔渗相对较好,为相对优质储层段。
  6构造活动
  构造运动所产生的断层和裂缝对储层有一定的影响。通过薄片观察,区内目的层发育的裂缝有构造裂缝和层理缝(图8)。由于研究区始终处于低构造应力场下的深埋状态,缺乏产生大规模裂缝的应力条件,构造裂缝极为少见,对改善储层整体孔渗贡献有限。层理缝也只是在局部存在,因此对储层物性的改善也只是局部的。所以,构造作用对区内物性的影响有限。
  a、颗粒内微裂缝。Y1井,5877.34m,铸体薄片,×100 b、层理缝。Y1,岩心,5877.34m
  图8 Y1井发育的构造裂缝和层理缝
  7早期油气充注
  油气充注能把地层水从孔隙中驱出,从而使胶结作用停止,孔隙得以保存。1998年Worden等人通过实验证实早期油气充注可以停止或阻滞成岩作用的进行,并基于储层岩石的亲水及亲油性,提出了开放体系和封闭体系中油气早期充注对成岩矿物的影响模式。在开放体系中,对于亲水储层,油气充注可以使胶结作用停止,在封闭体系中,对于亲水岩石而言,油气充注可以延缓胶结作用的发生,对于亲油岩石,石英次生加大停止。油气充注使岩石颗粒与地层水相隔离,这在一定程度上阻止了成岩作用的继续。
  利用包裹体测温和伊利石测年等手段,腹部区块具有J2-J3和K2-Q两期成藏。当下伏二叠系烃源岩或异地洼陷侏罗系烃源岩达到生排油高峰期时,侏罗系储层处于浅埋藏阶段,孔渗性好,有利于原油充注成藏。
  早期油气充注对储层的影响表现在能够抑制成岩作用,有利于孔隙的保存,但如果油气降解后,轻质组分逃逸,剩余固体沥青就会堵塞孔隙,降低有效孔隙度,阻止新的油气进入,不利于储层的发育。Y6岩心观察可以看到残余的沥青,其它井在目的层段砂岩薄片镜下也发现干沥青。
  总结
  1、岩石组分、有利沉积相带是有利储层发育的物质基础,成岩作用是改变储层物性的关键因素,早期形成的异常压力对孔隙的保存有重要作用,而层理缝的存在提高了孔隙间的连通性及储层的渗透性。
  2、永进地区侏罗系埋深大,成分成熟度低,埋深是造成储层孔渗性差的主要控制因素;低地溫梯度使成岩作用变缓,目的层处于晚成岩早期次生孔隙发育带,有利于改善储层的孔渗性;水动力强并且稳定的三角洲前缘水下分支河道沉积形成的厚层砂岩,粒度粗、分选性好、相对抗压实能力强,孔渗性好,有利于形成相对高孔渗性储层;早期形成的异常压力有利于砂岩孔隙度的保存,同时有利于顺平行层理形成的水平裂缝的开启性,提高砂岩储集层的渗透能力;早期的油气充注有利于孔隙度的保存,但早期油藏的破坏形成的稠油或沥青的残留又降低了砂岩的渗流能力。
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  作者简介:
  赵永福,男,1981年6月生,在职研究生,工程师。
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