苏里格25、76区块上古生界山1-盒8段储层成岩作用及成岩演化序列分析.pdf
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1、录 井 工 程第34卷第2期苏里格25、76区块上古生界山1-盒8段储层成岩作用及成岩演化序列分析于春勇董 峰屈凯旋贾雨萌郭 琼白 玲(中国石油渤海钻探第一录井公司;中国石油渤海钻探油气合作开发分公司;中国石油测井公司天津分公司射孔作业部)于春勇高级工程师,1989年生,2019年毕业于西北大学地质学系矿产普查与勘探专业,博士学位,现在中国石油渤海钻探第一录井公司地质研究中心主要从事石油地质储层、沉积、成藏及异常压力等方面的研究工作。通信地址:300280 天津市大港油田团结东路渤海钻探第一录井公司。电话:15801336959。Email:摘要苏里格合作区块上古生界山1-盒8段砂岩储层埋深大
2、、致密化程度高,其复杂多样的成岩作用贯穿整个沉积历史,强烈的成岩改造导致储层产能差异化显著,明确其成岩作用类型及成岩演化序列是该区天然气勘探开发亟待解决的关键问题之一。通过镜下薄片、扫描电镜、阴极发光、X射线衍射(XRD)等方法分析化验资料,对苏里格合作区块上古生界山1-盒8段砂岩储层岩石学特征、成岩作用类型与阶段、成岩演化序列进行了系统分析。研究结果表明:山1-盒8段储层主要发育岩屑质石英砂岩和岩屑砂岩,其成分、结构和成熟度均相对较高;压实、胶结、溶蚀、交代作用是影响储层物性的4种主要成岩作用类型,溶蚀与交代作用促进了低孔低渗背景下相对优质储层的形成,压实与胶结作用则是储层致密化的主要原因;
3、山1-盒8段砂岩储层目前处于成岩阶段的中成岩B期,成岩演化序列为:早期机械压实石英期加大粒间高岭石交代石英加大边溶蚀作用少量自生石英、伊利石胶结局部石英期加大铁白云石交代石英,铁方解石胶结、交代少量长石、方解石溶蚀。基于此建立的成岩演化序列为预测致密砂岩储层甜点提供了科学依据。关键词砂岩储层成岩作用成岩演化序列山1段盒8段苏里格气田中图分类号:TE 132.1文献标识码:ADOI:10.3969/j.issn.16729803.2023.02.018Diagenesis and diagenetic evolution sequence analysis of upper Paleozoic
4、Shan 1-He 8reservoirs in Sulige 25 and 76 areasYU Chunyong,DONG Feng,QU Kaixuan,JIA Yumeng,GUO Qiong,BAI LingMud Logging Conmpany,CNPC Bohai Drilling Engineering Co.,Ltd.Tianjin 300280,China;Oil&Gas Cooperative and Development Branch,CNPC Bohai Drilling Engineering Co.,Ltd.Tianjin 300457,China;Perfo
5、ration Operation Department of CNPC Tianjin Branch,Tianjin 300450,ChinaAbstract:The sandstone reservoir of the Upper Paleozoic Shan 1He 8 Member in the Sulige Cooperation Block isdeeply buried and highly densified.Its complex and diverse diagenesis runs through the entire sedimentary history and the
6、strong diagenetic transformation leads to significant difference in reservoir productivity.Defining its diagenetic type anddiagenetic evolution sequence is one of the key issues to be solved urgently in the exploration and development of natural gas inthe area.Through microscopic thin section,scanni
7、ng electron microscope,cathodoluminescence,Xray diffraction and otheranalysis and analysis data,the petrological characteristics,types and stages of diagenesis and diagenetic evolution sequence ofsandstone reservoirs in Shan 1He 8 Member of Upper Paleozoic in Sulige Cooperation Block are systematica
8、lly analyzed.The results show that:(1)The reservoir of Shan 1He 8 member mainly develops lithic quartz sandstone and lithic sandstone,with relatively high composition and structural maturity;(2)Compaction,cementation,dissolution and metasomatism are thefour main diagenesis types that affect the phys
9、ical properties of the reservoir.Dissolution and metasomatism promote theformation of relatively highquality reservoirs under the background of low porosity and low permeability.Compaction andcementation are the main reasons for the compaction of the reservoir;(3)The sandstone reservoir of Shan 1He
10、8 Member iscurrently in the middle diagenetic stage B of diagenetic stage,and the diagenetic evolution sequence is summarized as follows:early mechanical compactionquartz phase I enlargementintergranular kaolinite metasomatism quartz enlargement edgedissolutiona small amount of authigenic quartz,ill
11、ite cementationlocal quartz phase enlargementferrodolomite109录 井 工 程地 质 研 究2023年6月0引言随着全球油气资源勘探程度的不断加深,非常规油气资源逐渐成为我国勘探开发的新趋势14。苏里格气田作为我国能源结构转型布局中的典型致密气田,其天然气资源极为发育,已探明天然气地质储量641012m3,剩余基本探明储量 3.131012m3,且2022年天然气年总产量突破 300108m3大关5。已有众多学者围绕该地区做了大量相关研究:付金华等5研究认为苏里格地区主要发育构造平缓、强水动力且多源供砂的大型“敞流型”三角洲沉积体系,为
12、大型岩性气藏的形成奠定了良好地质基础;李文厚等67研究发现优质储层主要发育于河流相砂体、心滩和边滩相带,废弃河道、决口扇及天然堤相带储层物性则相对较差;王峰等8认为物源、沉积环境、成岩作用等是导致苏里格地区盒8段、山1段储层物性差异化显著的主要原因;惠威等911认为成岩作用控制了盒 8段、山1段砂体储层孔隙发育程度;刘锐娥等12发现凝灰质、不稳定碎屑和填系物溶蚀作用形成的次生孔隙是影响储层物性的主控因素。整体而言,前人主要针对苏里格地区的地层沉积、储层物性等做了大量系统的研究,成岩作用作为影响该地区储层孔渗发育程度的关键因素则研究的相对较少。因此,开展成岩作用及成岩演化序列研究对于孔隙形成机理
13、、储层分类评价、有效储层预测及地质甜点评价均具有十分重要的意义。鉴于上述原因,本文以苏里格合作区块苏 76、苏25区块为例,拟通过镜下薄片、扫描电镜、阴极发光及X射线衍射(XRD)等分析化验资料,对该地区上古生界山1-盒8段砂岩储层岩石学特征、成岩作用类型与成岩演化序列进行深入探讨与分析,建立研究区成岩演化序列模式,进而为预测苏里格合作区块致密砂岩储层甜点提供科学依据。1地质概况鄂尔多斯盆地横跨陕、甘、宁、蒙、晋5省,地处华北地区西部,为一矩形状展布的复合型克拉通盆地13,根据构造特征,又可划分为渭北隆起、伊盟隆起、天环坳陷、伊陕斜坡、晋西挠褶带、西缘冲断带6个二级构造单元14。苏里格气田北邻
14、伊盟隆起,西靠近天环坳陷,主要天然气资源区位于伊陕斜坡中北部,总体面积可达4104km2。苏76和苏25区块分别位于苏里格气田东北部、北部东侧,行政区分别隶属内蒙古自治区鄂尔多斯市鄂托克旗和乌审旗,区域面积合计1518 km2,有利勘探面积达936.7 km2,天然气总资源量高达11.29108m3(图1)。研究区主力产气层段为上古生界石盒子组盒8段和山西组山1段,为典型储层物性差、非均质性强、纵横向气水关系复杂、储量丰度低的低孔、低渗、低压致密气藏1516。该区域目的层主要发育辫状河三角洲和曲流河三角洲2种沉积相类型,且强烈、复杂多样的成岩作用致使砂岩储层致密。图1研究区构造单元及地理位置示
15、意metasomatism quartzferrocalcite cementation,metasomatisma small amount of feldspar,calcite dissolution.Based on this,the established diagenetic evolution sequence provides a scientific basis for predicting the sweet spots of tight sandstone reservoirs.Key words:sandstone reservoir,diagenesis,diagen
16、etic evolution sequence,Shan 1 He 8,Sulige cooperation block.引用:于春勇,董峰,屈凯旋,等.苏里格25、76区块上古生界山1-盒8段储层成岩作用及成岩演化序列分析J.录井工程,2023,34(2):109116.YU Chunyong,DONG Feng,QU Kaixuan,et al.Diagenesis and diagenetic evolution sequence analysis of upper PaleozoicShan 1He 8 reservoirs in Sulige 25 and 76 areasJ.Mud
17、 Logging Engineering,2023,34(2):109116.110第34卷第2期于春勇等:苏里格25、76区块上古生界山1-盒8段储层成岩作用及成岩演化序列分析2储层岩石学特征研究区储层发育主要受辫状河与曲流河沉积相控制17,根据研究区钻井岩心、岩石薄片鉴定资料发现,山1-盒8段储层主要发育岩屑质石英砂岩和岩屑砂岩(图2),碎屑颗粒主要包括石英、长石及岩屑3种类型且以石英为主(表1),此外,还发育极少量隐晶岩与喷出岩,其中石英含量占49%94%,平均值为84.2%;岩屑和长石含量则相对较少,分别占 025.4%、3.9%27%,平均值分别为 1.5%、11.3%。按颗粒大小,
18、岩屑颗粒又可细分为(含砾)粗粒石英砂岩、中-粗粒石英砂岩、中-粗粒岩屑质石英砂岩、中-粗粒岩屑砂岩4种类型,砂岩颗粒以中-粗粒结构为主,仅少量为中粒和粗粒,磨圆度多呈次圆型且颗粒之间通常以线状接触关系为主,整体分选性属于中等。另外,根据Q/(F+R)成熟度判别公式计算表明18,研究区山1-盒8段储层成分成熟度整体相对较高,分布范围为 2.316.7,峰值主要集中于 5.68.9,平均值为6.6(表1)。3成岩作用类型3.1压实作用研究区压实作用虽然贯穿于整个埋藏成岩作用阶段,但其主要发育于成岩阶段早期,随着埋深及上覆地层压力的持续增加,原始松散沉积物逐渐向致密化方向发展,孔隙度缩减10%25%
19、。根据压实强度分级划分方案可知19,目前该地区储层机械压实强度级别较高,为中-强压实。显微镜下薄片观察发现,储层中发育大量压实缝合接触、变质泥岩岩屑及云母挤压变形等机械压实作用地质特征(图3)。强烈的机械压实作用,不仅使储层内原生孔隙大幅度降低,而层位盒8上盒8下山1颗粒含量/%石英(Q)4987.8平均81.281.194平均8575.4平均86.1长石(F)025.4平均3.6402.7平均0.608平均2.6岩屑(R)5.827平均14.23.918.9平均10.86.223.1平均13.1成分成熟度2.38.2平均4.64.816.7平均7.53.614.6平均5.5表1研究区储层碎屑
20、颗粒含量统计图2苏25区块和苏76区块砂岩成分三角图图3研究区砂岩储层压实作用特征111录 井 工 程地 质 研 究2023年6月且部分岩屑转化为假杂基,同样一定程度上导致储层渗透率降低,最终抑制了地层流体的运移,影响了晚成岩期储层内溶蚀作用的发生。3.2胶结作用研究区极为发育的胶结作用是储层物性降低的主要原因之一20。显微镜下观察发现(图 4),山 1-图4研究区砂岩储层成岩作用特征112第34卷第2期于春勇等:苏里格25、76区块上古生界山1-盒8段储层成岩作用及成岩演化序列分析盒8段储层内发育碳酸盐、硅质和黏土矿物等多种胶结物类型,其中又以碳酸盐胶结为主,包括白云石、方解石、铁白云石和铁
21、方解石等;硅质胶结主要包括石英次生加大与自生石英晶体;黏土矿物胶结则主要包括高岭石、绿泥石及少量伊利石和伊/蒙混层。上述胶结物对储层均起着显著的破坏作用。3.2.1碳酸盐胶结作为研究区内主要的胶结作用类型,早期碳酸盐胶结矿物以方解石为主,白云石相对次之,其中方解石颗粒呈细小、集合体状发育(图4a)。从成岩结构特征角度观察,发现方解石、白云石均主要形成于松散沉积物压实之前的早期成岩阶段,赋存于原生孔隙结构中,一定程度上促进了原生孔隙的减少,降低了储层物性。然而,晚期碳酸盐胶结矿物含铁方解石和铁白云石相对早期则更为发育,多呈嵌晶式充填于次生孔隙中,同样降低了储层的物性(图4b、图4c)。3.2.2
22、硅质胶结硅质胶结在研究区山 1-盒 8 段储层中广泛发育,矿物晶质形态主要表现为石英次生加大和自生石英晶体,其中又以石英次生加大为主。扫描电镜下,石英矿物颗粒表面中可明显观察到一条与石英颗粒自身相分割的“脏线”,次生加大部分向周围任意角度生长,并与铁方解石共同充填先期粒间孔隙,破坏储集空间(图4d、图4e)。3.2.3黏土矿物胶结随埋藏深度的不断增加,储层孔隙中的黏土矿物蒙皂石向伊利石转化,伊利石向绿泥石转化。XRD矿物衍射资料统计结果表明,研究区山1-盒8段储层中主要发育高岭石、绿泥石、伊利石、伊/蒙混层4种黏土矿物,累计占总矿物含量的30%左右,其中又以高岭石、绿泥石为主,分别占矿物总含量
23、的 6.5%、3.2%。高岭石在扫描电镜下常表现为“书页”状,虽然充填堵塞孔隙,减小了储层孔渗,但其形成过程中释放的二氧化硅可引起石英颗粒发生溶蚀,在一定程度上对储层物性又起到了建设性作用(图4f、图4g);绿泥石胶结主要有环带薄膜和孔隙充填状2种形态(图4h、图4i),其中环带薄膜状绿泥石形成于碱性、还原且富含铁镁离子的中成岩早期阶段,包裹在碎屑颗粒周围,抑制了石英颗粒与外界流体相互作用,从而保护了原生孔隙;孔隙充填状绿泥石则致使喉道弯曲甚至堵塞,降低了储层物性。3.3溶蚀作用溶蚀作用可促进次生孔隙的形成,提高储层的孔隙度及渗透率2122。根据溶蚀介质化学性质,研究区储层溶蚀作用主要包括酸性
24、溶蚀、碱性溶蚀2种类型,其中石英、长石及碳酸盐胶结物的酸性溶蚀是该区储层的主要溶蚀作用类型,其次为岩屑酸性溶蚀作用(图4j、图4k、图4l、图4m)。上述溶蚀作用,不同程度上均可形成一定量的粒内和粒间溶蚀孔隙,进而为储层内介质流体提供运移空间。此外,目的层现今埋藏深度分布在30003500 m,不同埋藏深度条件下,受地层温度、压力、有机质演化程度影响,孔隙水成岩环境差异较大23,溶蚀作用强度通常与埋藏深度密切相关24(图5),通常埋深在28003300 m范围内溶蚀作用相对发育,从而导致孔渗变大,对储层物性起到建设性作用。3.4交代作用研究区山1-盒8段储层中普遍发育完全交代和部分交代作用,主
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