北部湾盆地涠西南凹陷涠洲组黏土矿物异常转化对储层质量的影响.pdf
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1、为寻找北部湾盆地西南凹陷优质储层发育区带,指明后期油气勘探开发方向,本文基于实验分析和热力学计算相结合的方法,深人研究了西南凹陷渐新统澜洲组储层中黏土矿物异常转化层段及类型,明确了异常高孔高渗带成因。结果表明:受热流体活动影响,研究区在埋深2 30 0 2 9 0 0 m存在明显的黏土矿物异常转化现象,且可分为绿泥石化和高岭石化两种类型,热力学计算结果也证实高岭石绿泥石化和伊利石高岭石化在西南凹陷具有热力学优先性,是澜西南凹陷洲组优质储层的重要成因。异常高孔高渗带集中分布于绿泥石含量(质量分数)大于35%(高岭石含量在30%35%之间)和高岭石含量大于45%(绿泥石含量在10%2 0%之间)两
2、个层段。其中,在23002400m和2 50 0 2 7 0 0 m深度范围内储层主要发育异常高岭石化;在2 40 0 2 50 0 m和2 7 0 0 2.9 0 0 m深度范围内储层主要发育异常绿泥石化。关键词:黏土矿物;异常转化;储层质量;渐新统澜洲组;澜西南凹陷中图分类号:P619.23*1;P6 18.130.2*1文献标识码:A文章编号:10 0 0-6 52 4(2 0 2 3)0 5-0 7 11-12Influence of abnormal transformation of clay minerals on reservoir qualityin Weizhou Form
3、ation,Weixinan Sag,Beibuwan BasinHUAN Jin-lail-2,MENG Yuan-lin,WU Qi-lin,CHEN Guo-song,MA Shuai and LIN Shui-cheng?2(1.School of Earth Sciences,Northeast Petroleum University,Daqing 163318,China;2.CNO0C China Limited,Zhanjiang Branch,Zhanjiang 524057,China;3.College of Petroleum Engineering,Guangdon
4、g University of Petrochemical Technology,Maoming525000,China;4.Exploration and Development Research Institute of Daqing Oilfield Company of Limited Liability,Daqing 163318,China)Abstract:In order to find the development position of high quality reservoir and determine the direction of later ex-plora
5、tion and development in Weixinan Sag of Beibuwan Basin,this paper studied the location and type of abnormalclay mineral transformation in Weizhou Formation,Weixinan Sag,and identified the cause of abnormally high po-rosity and permeability zones based on the method of combining experimental analysis
6、 and thermodynamic calcula-tion.The results show that,under the influence of thermal fluid activity,abnormal transformation of clay mineralsis developed in the study area at the burial depth of 2 3002 900 m,which can be divided into two types:chloriti-zation and kaolinization.Thermodynamic calculati
7、on results also confirm that the chloritization of kaolinite and ka-olinization of illite have thermal mechanical priority in Weixinan Sag,which is the important cause of high quality收稿日期:2 0 2 3-0 7-15;接受日期:2 0 2 3-0 8-0 9;编辑:尹淑苹基金项目:广东省普通高校特色创新项目(2 0 2 0 KTSCX084);中海油有限公司重大专项(CNOOC-KJ135ZDXM38ZJ01
8、ZJ)作者简介:郁金来(19 8 4-),男,博士研究生,研究方向:沉积岩石学、储层矿物学,E-mail:h u a n j l c n o o c.c o m.c n;通讯作者:吴其林(19 8 2),男,副教授,主要从事海洋地质学与岩石学研究,E-mail:w u q i l i n 6 6 6 12 6.c o m。SCX084);石心712杂矿第42 卷岩物学reservoir of the Weizhou Formation in Weixinan Sag.The abnormally high porosity and permeability zones are con-cent
9、rated in two layers,where the the proportion of chlorite mass is more than 35%(the proportion of kaolinitemass is between 30%and 35%)and the proportion of kaolinite mass is more than 45%(the proportion of chloritemass is between 10%and 20%).Among them,abnormal kaolinization is mainly developed withi
10、n the depth rangeof 2 3002 400 m and 2 500 2 700 m,abnormal chloritization is mainly developed within the depth range of2 400 2 500 m and 2 700 2 900 m.Key words:clay minerals;abnormal transformation;reservoir quality;Weizhou Formation;Weixinan SagFund support:Innovation Project of Educational Commi
11、ssion of Guangdong Province of China(2020KTLimited Major Special Project of CNOOC(CNOOC-KJ135ZDXM38ZJO1ZJ)我国含油气盆地黏土矿物主要由蒙皂石、伊利石、绿泥石、高岭石及黏土矿物转化过程中的中间产物组成,且大部分黏土矿物为含水层状硅酸盐。黏土矿物的类型、含量及产状对油气的生成、运移、储集及封盖都具有重要的指示意义(Labson etal.,2002;Wo r d e n a n d M o r a d,2 0 0 3;徐同台等,2 0 0 3;孟元林等,2 0 0 6;田建锋等,2 0 0 8
12、 a,2 0 0 8 b;Pe l t o n e net al.,2 0 0 9;T h y b e r g e t a l.,2 0 10;丁晓琪等,2 0 10;Thyberg and Jahren,2011;Wilson et al.,2 0 14;陈宝赞等,2 0 14;Gier et al.,2 0 15;K a m a l e t a l.,2 0 19;Leila,2 0 19)。研究表明,黏土矿物的产状、结构、分布特征及其对含油气储层质量的影响受控于成岩作用过程中的流体、温度、压力及埋藏深度等因素,而并非简单的原始矿物沉淀的结果(Wordenand Mo-rad,2003;W
13、ilson et al.,2014;Gier et al.,2015;Kamal et al.,2 0 19;Le i l a,2 0 19)。反之,黏土矿物亦能揭示埋藏成岩过程中的温压条件,并对后续储层的成岩作用和岩石物理性质产生重要影响(Wil-son et al.,2014;Kamal et al.,2019;Leila,2019;张艺楼等,2 0 2 0;丁琳等,2 0 2 2)。在碎屑岩储层成岩作用过程中,黏土矿物对储层物理性质的影响甚至强于石英和碳酸盐胶结物(Labsonetal.,2 0 0 2),如自生黏土矿物包膜。目前对自生黏土矿物包膜的研究以自生绿泥石最为常见(Ehrenb
14、erg,19 9 3;Bi l-laultetal.,2 0 0 3;黄思静等,2 0 0 4;田建锋等,2008a,2 0 0 8 b;陈宝赞等,2 0 14;周晓峰等,2 0 19;谭双等,2 0 2 2),其次为蒙皂石(Matlacketal.,1989;M o r a e s a n d D e r o s,19 9 0)、伊利石(Storvoll etal.,2 0 0 2;H a n s e n e t a l.,2 0 17)及高岭石(Walder-haug et al.,2006;Waldmann and Gaupp,2016)。诸多学者的研究(Ehrenberg,19 9 3
15、;Wo r d e n a n d M o r a d,2003;T h y b e r g e t a l.,2 0 10;谢武仁等,2 0 10;Thy-berg and Jahren,2 0 11;G i e r e t a l.,2 0 15)均表明,不同类型黏土矿物之间的相互转化是控制黏土矿物类型、含量、产状及其对储层质量影响的重要成岩反应,尤其是特殊地质条件下黏土矿物的异常转化(孟元林等,2 0 0 6;孟凡晋等,2 0 12)。前人对西南凹陷储层流体包裹体和热史的研究结果(刘平等,2 0 0 8;郭飞飞等,2 0 10)表明,在古新世初期至渐新世末期,澜西南凹陷处于断陷及断坳转换
16、阶段,张裂活动剧烈,大断裂沟通深部岩浆热源,对有机质演化及油气形成起到了重要的促进作用,但对于成岩作用影响的研究相对匮乏,尤其是热流体活动对储层成岩作用及储层质量的影响尚不明确。因此,本文以北部湾盆地凋西南凹陷X油田渐新统澜洲组三段砂岩储层黏土矿物演化特征为研究重点,通过激光粒度分析、岩心常规物性分析、扫描电子显微镜测试及XRD测试等,结合热力学计算结果,重点研究凋西南凹陷黏土矿物的纵向演化规律,深人探讨不同类型黏土矿物异常转化对储层质量的影响,为开展澜西南凹陷X油田和国内外其他类似油田储层成岩作用研究和储层质量预测提供科学依据。1地质背景西南凹陷资源潜力大,油气富集,是南海北部北部湾盆地勘探
17、程度最高、发现油气田最多的凹陷(图1a)。北部湾盆地凋西南凹陷新生代地层系统自下而上由古新统长流组(Ec)、始新统流沙港组(EI)、渐新统澜洲组(Ew)、下中新统下洋组(Nx)、中中新统角尾组(Ni)、上中新统灯楼角组(Nd)、上新统望楼港组(Nw)和第四系(Q)构成(图1b)(许月明等,2 0 2 0)。其中,始新统流沙港组二段(El2)发育半深湖-深湖相的暗色泥岩,是主要的生油层段;渐新统澜洲组三段(Ew3)(简称澜三段)为一713郁金来等:北部湾盆地凋西南凹陷澜洲组黏土矿物异常转化对储层质量的影响第5期NO801km层断北部隆起带a1kmb地层地焦反射食地层厚度刮副面岩性盆地演化阶段沉积
18、相南0系统组段/mL西FF上新统构造活动170518基本停止,滨浅FN不发育断裂海相润西南低凸起澜洲X油田T30F。上中新中中新统98324新滨海相FT40坳陷期,角尾组F2a整体沉降,F3a280932断裂活动系浅海相FA趋停止北块F1a=T50-下中新统143457中块4井区滨海相04中块3井区144567B3387T60-F2A107361河湖相T70浙澜625763河湖相南块/2B研究区断层井位新洲断一T72转换期C633685湾口相古统组三7近T74-4B24四320湾口相B33S13系T8028424断陷菱缩期6OAIH滨湖相A126流始T83-安新统沙港组中深湖A7OA10301
19、535断陷扩张中期相夹浊流相NT8449624滨湖三断陷扩张早期T90-角洲相古新统长流纸54840初始裂陷期洪冲相T100前古近系O01000m井位断层辩状河道分流号分流河道侧缘间湾含砾砂岩粗砂岩中砂岩泥岩灰岩花岗岩页岩图1研究区地质背景综合图(据许月明等,2 0 2 0 修改)Fig.1Comprehensive map of geological background of study area(modified after Xu Yueming et al.,2020)套辫状河三角洲前缘的细砂岩储层,是该区主要的储油层段;澜洲组二段(Ew)发育浅湖-半深湖相的厚层泥岩盖层,是该区良好的
20、区域盖层(图1c),故自下而上形成了一套比较好的生储盖组合。澜西南凹陷渐新统凋三段碎屑岩储层为研究区油气勘探开发的主要目的层段,亦是本文研究的重点。目前,三段碎屑岩储层处于中成岩阶段A期,且经历了两期热流体活动,一期为古新世初期至渐新世末期,深部岩浆热液侵入澜洲组三段(郭飞飞等,2 0 10);另一期为渐新世澜洲组沉积中晚期至早中新世下洋组沉积时期(许月明等,2 0 2 0),有机质热演化产生的有机酸及CO,沿断层进人澜三段储层。很显然,深部热流体活动及其影响对三段碎屑岩储层成岩作用及黏土矿物异常转化起到了重要的促进作用。2样品及测试共采集6 口取心井样品(2 B井、A5井、A7井、2井、4井
21、和B33井)(取样井点位置见图1a)。按照20cm的间距对凋洲X油田澜三段碎屑岩储层岩心进行2.5cm直径样品钻塞采集,钻取过程参照中海油企业标准Q/HS2036-2009,保证所取样品未经后期的风化、蚀变影响以及有机质浸人,共取得柱塞岩样2 2 5块。在此基础上进一步对柱塞进行分割,分别开展铸体薄片鉴定、镜质体反射率(R。)测定、全岩及黏土XRD分析、激光粒度分析、常规物性测试、扫描电镜观察等6 项分析。研究所涉及的测试全部由中海油海上高温高压油气藏勘探开发实验平台完成。其中,利用DM4500P偏光显微镜(徕卡,德国)进行铸体薄片鉴定,获得了岩石组分、结构,自生矿物及孔隙特征,岩石制片方法及
22、镜下鉴定分析过程分别参照行业标准SY/T5913-2004、SY/T 536 8-2 0 16,共获得2 2 5组数据。使用AxioScopeA1透射偏光显微镜(蔡司,德国)50 倍物镜搭配MSP-200显微分光光度计对样品镜质体反射率进行测定,测试过程参照行业标准SY/T5124-2012,试样重复性绝对偏差低于0.1,再现性绝对偏差低于0.12,共获得46 组数据。使用UltimaIV型X射线衍射仪(理学,日本)对样品粉末的全岩组分和黏土矿物组分开展X射线衍射分析测石心714杂矿岩第42 卷学物试,工作电压40 kV,工作电流40 mA,扫描速度(2 0)采用2/min。实验结果采用Hig
23、h-scorePlus程序进行物相鉴定与半定量分析,测试分析过程参照行业标准SY/T5163-2018,共获得2 2 5组数据。使用Mastersizer3000激光粒度仪(马尔文,英国)对样品进行粒度分析测试,测量方法参照行业标准SY/T5434-2009,测量范围0.0 5 32 0 0 m,共获得19 7 组数据。利用ULTRAPORE-300孔隙度测量仪和UL-TRAPERM-410渗透率测量仪(嘉晟,中国)对样品进行常规物性测试,实验前利用溶剂抽提法对样品洗油洗盐,测量方法严格按照国家标准GB/T29172-2012执行,孔隙度仪器校正因子最后一行两个参数 0.0 1m,相对误差 伊
24、利石高岭石化 绿泥石高岭石化 高岭石伊利石化。通过以上分析以及成岩环境酸碱性条件进一步约束,可判识确定,澜西南凹陷X油田澜三段储层中高岭石绿泥石化和伊利石高岭石化具有最高的优先性,这一结论与其黏土矿物含量纵向变化规律相吻合(图2)。同时,伊利石高岭石化的平衡pH值范围高于绿泥石高岭石化反应的平衡pH值范围(表1)(徐同台等,2 0 0 3),在酸性成岩环境下,伊利石高岭石化的进程不但比绿泥石高岭石化更易于进行,同时使pH值升高,阻碍了绿泥石的高岭石化,为绿泥石的保存提供了有利成岩环境,导致成岩作用早期阶段建设性成因绿泥石在经过渐新世中晚期至下中新世有机酸及CO,酸性流体进入后,依然可以保存至今
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