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1、碎屑巖儲層物性的主要控制因素 2008年第13期內(nèi)蒙古石油化工61 碎屑巖儲層物性的主要控制因素 宋守德 ,(勝利油田有限公司現(xiàn)河采油廠) 摘要:碎屑巖儲層作為中國油氣勘探的主要儲層之一,其物性受到多種因素的控制作用.沉積作 用的巖性,巖石組構(gòu),沉積相等控制了儲層物性的原始條件和抵抗后期改造的能力,成巖作用和構(gòu)造活 動對儲層的原始條件進(jìn)行改造,成巖作用中溶蝕或溶解不穩(wěn)定組分產(chǎn)生次生孔隙,膠結(jié)和某些自生礦物 的充填堵塞孔隙并降低滲透率,二者誰優(yōu)誰弱將會大大決定儲層物性,構(gòu)造條件中不整合面和斷裂的發(fā) 育有利于改善儲層的物性,對形成有利儲層起著一定的促進(jìn)作用. 關(guān)鍵詞:碎屑巖

2、儲層;物理性質(zhì);控制因素 碎屑巖儲層的發(fā)育程度,物性條件及其時空展 布受沉積作用,成巖作用,構(gòu)造活動等諸多因素的控 制.沉積作用在宏觀上控制了儲層砂體的類型,形 態(tài),規(guī)模,原始物性條件及空間分布,成巖作用與構(gòu) 造活動結(jié)合對儲層進(jìn)行改造,在微觀上影響了儲層 孔隙的演化與儲層物性的變化.但在具體的一個地 區(qū),往往是多種因素中的幾個因素或是一個因素的 幾個方面起主要作用. 1沉積作用對儲層物性的影響 沉積作用對儲層物性的影響主要表現(xiàn)在巖性, 巖石組構(gòu),沉積相和沉積方式等幾個方面. 1.1巖性對儲層物性的影響 不同類型的巖石具有不同的碎屑成分及雜基含 量,直接影響儲層原始孔

3、隙的大小及保存及后期的 成巖作用. 1.2巖石的組構(gòu)對儲層物性的影響 巖石組分主要有顆粒,雜基和膠結(jié)物,各組分對 儲層的物性均有影響.長石,碳酸鹽巖屑等不穩(wěn)定組 分含量較高的砂礫巖儲集層,物性好,而泥巖巖屑含 量越高,物性越差[13.總體上,儲層物性(孔隙度和滲 透率)與粘土雜基含量,成分成熟度和膠結(jié)物的含量 呈反比關(guān)系,其中孔隙度與巖石組分的相關(guān)性好于 滲透率與巖石組分的相關(guān)性,原因是滲透率受孔隙 結(jié)構(gòu)影響較大.粘土雜基含量高,占據(jù)了大量的原生 孔隙,并且阻礙孔隙流體流動,抑制溶解成巖作用的 進(jìn)行;膠結(jié)物既可以充填原生孔隙,也可以充填溶解 孔隙,同樣大大較少儲層的儲

4、集空間;成分成熟度越 低,長石和巖屑的含量越多,可為后期的酸性溶解作 用奠定物質(zhì)基礎(chǔ)L2]. 1.3沉積相對儲層物性影響 沉積環(huán)境不同是影響儲層性質(zhì)的重要因素.由 于沉積條件不同,如水流的強(qiáng)度和方向,沉積區(qū)的古 地形,水盆的深淺,離物源區(qū)的遠(yuǎn)近,碎屑物質(zhì)供應(yīng) 的差異,形成沉積碎屑物的成分,粒度,分選程度,膠 結(jié)類型,孔隙充填,砂體形態(tài);側(cè)向連續(xù)性,縱向連通 性,厚度等都不相同,造成了儲層的巖性,物性和內(nèi) 部結(jié)構(gòu),層理構(gòu)造在縱向上和橫向上都有程度不同 的差異. 不同覯積相碎屑巖儲層的孔隙度和滲透率(據(jù)張琴等,2004) 孔 /潮拋黜(拙 .: 13-201—2O3

5、000 濱淺胡101—503000 6-15I-53000 近巖扇根13?3—15?7oI38—4?72o0o一 3o0o 水下肩肩中9-2OI.4-650 平原分支河道28—367001200 15-3550-7001300 (扇)前緣分流河道30—35100—28001900 :10-181-1003OOO 孤東Ng 勝索Es2 現(xiàn)河莊Es3 牛莊Es3 林樊家Es3 濱南利律地區(qū) 南斜坡Es3(草112) 南斜坡2(金31) 永安鎮(zhèn)Es3(永116) 勝索Es3(坨713) 舟5-18I-203000林樊家Es3(樊104) 剝 前緣河口壩28

6、—35200—7..12..南斜坡Es3(~112) 2O一322OO一10002OOO利律Es2(和911) 前緣席狀砂18-2510-1002300永安鎮(zhèn)Es3(永116) 7—201-402900牛莊永Es3(牛35) 濁積扇15-251—303000現(xiàn)河莊Es3(河l55) 5-131-103300利律Es4(利911) 所謂沉積環(huán)境對儲集層的控制,其實(shí)質(zhì)上為沉 積環(huán)境對砂體類型及其孔滲物性特征的控制,因?yàn)? 不同沉積環(huán)境中水動力條件不同,演化特征也各有 差異,因而所發(fā)育的砂礫巖體在成分,粒度,分選性, 雜基含量及砂礫巖體的組合類型上各具有特色,時 空展布規(guī)律也大不

7、相同,導(dǎo)致不同沉積微相的砂礫 巖體具有不同的物性特征和分布規(guī)律[1],原始儲集 條件愈優(yōu)越,愈有利于保持和形成深層高孔隙發(fā)育 區(qū)帶[3].一般說來,三角洲相和河流相都具有較好的 儲集砂體,扇三角洲,沖積扇的扇中亞相及湖泊相的 濱淺湖亞相也具有一定的儲集性能,這需要根據(jù)具 收稿日期:20o8一o2—15 作者簡介:宋守德(1978一),工程師,2001年畢業(yè)于石油大學(xué)(華東)石油與天然氣地質(zhì)勘查專業(yè),現(xiàn)從事石油開發(fā)地質(zhì) 工作. 62內(nèi)蒙古石油4L5-2oo8年第13期 體的情況進(jìn)行分析.對東營凹陷古近系碎屑巖儲層 研究表明,不同的沉積相的物性是不同的,河流相與 三角洲

8、前緣水下分流河道和河口壩物性最好,濱淺 湖與濁積扇物性略差,似乎可以認(rèn)為沉積條件對儲 層物性的影響足最重要的.但仔細(xì)分析便會發(fā)現(xiàn),這 種差異并非完全由沉積條件所引起,在很大程度上 是受壓實(shí)作用和成巖演化程度控制的.從表1可以 看出如下幾點(diǎn):①河流相物性好是因?yàn)槠渎癫厣疃? 基本上都只有1000多米,壓實(shí)和碳酸鹽膠結(jié)作用均 較弱;②三角洲前緣水下分流河道物性并非完全好, 埋藏深度淺于2500m的水下分流河道物性確實(shí)好, 但埋深在3000m以上的水下分流河道儲層因埋深 大,碳酸鹽膠結(jié)作用強(qiáng),成巖演化程度高,物性就很 差.③如果把不同的沉積微相放在大致相近的埋深 條件下來討論,

9、它們的物性實(shí)際上差異是不大的.這 一 現(xiàn)象說明沉積條件只是在一定程度上對儲層物性 有影響,儲層物性更大程度上受巖石的壓實(shí)和膠結(jié) 作用控制. 1.4沉積方式對儲層物性的影響 1.4.1傾4積 側(cè)積指沉積物堆積于一個斜坡地貌上,整個沉 積過程不改變斜坡的地形特征,只引起向下坡7J”向 的側(cè)向移動.曲流河點(diǎn)壩砂體就是側(cè)積7J”式的典型 代表,其層內(nèi)非均質(zhì)性是粒度向上變細(xì),滲透率向上 變低的典型正韻律.即底部最粗的滯流段向上漸變 為最細(xì)的泛濫沉積.側(cè)積體之間保留的泥質(zhì)層則成 為砂體上半部的隔夾層,此類沉積方式形成的砂體, 其非均質(zhì)性最突出. 14.2垂積 垂向加積是指在

10、整個沉d程中沉積表面的地 形只是直接向上延展而不發(fā)生任何側(cè)向移動.辮狀 河心灘即是垂積的一種結(jié)果.多次洪泛密向加 積而形成的辮狀河心灘壩,由于各次洪泛能撼的強(qiáng) 弱不同,所攜帶的加積物質(zhì)的粒度也隨之變化,而且 無一定規(guī)律,因此層內(nèi)滲透率變化也高低交錯.這種 垂向加積的一種特殊類型為填積.填積是指一些河 道內(nèi)充填式的沉積方式.既由于碎屑物的供給超過 河道的攜帶能力,而在”超載”條件下的沉積方式.限 制性河流和三角洲平原上的順直性分流河道即以這 種方式沉積.碎屑物在充填時受重力作用的粗略分 異呈粗糙的下粗上細(xì)的正韻律粒序.滲透率向上變 小,但差異程度比側(cè)積形成的正韻律要小得多

11、.河道 多次填積時,很可能在內(nèi)部保存河道短暫廢棄時充 填的泥質(zhì)薄層,成為砂體內(nèi)連續(xù)性較好的隔夾層. 1.4.3前積 碎屑物于一定環(huán)境下,在多次沉積事件中不斷 從上游向下游方向向前加積,稱為前積.下一次沉積 事件的上游相帶的較粗碎屑物,上覆于上一次沉積 事件的下游相帶較細(xì)碎屑物質(zhì)之上,因此沉積體出 現(xiàn)向上變粗的反韻律,如三角洲前緣河口砂壩.層內(nèi) 薄泥質(zhì)夾層總分布于這類砂體下部. 1.4.4選積 選積是指在較高能水動力環(huán)境中,碎屑物在波 浪往復(fù)篩選作用下的沉積.三角洲間沿岸環(huán)境的灘, 壩沉積物是受這一沉積方式影響的常見產(chǎn)物.選積 作用總是從壩頂把細(xì)粒碎屑物質(zhì)篩選到壩緣,

12、使壩 頂砂變得較粗而又潔凈.加劇了沿岸壩粒序的反韻 律性,層內(nèi)滲透率向上變大,最高滲透率段處于頂 部.我國巾新生代湖盆中,選積沉積一般見于灘壩沉 積和三角洲前緣席狀砂中.這些砂體的開發(fā)效果都 很好. 1.4.5濁積 濁積巖以正遞變粒序?yàn)樘卣?但反映在層內(nèi)滲 透率的非均質(zhì)性上,與河流砂體的正韻律粒序并不 相同.由于濁積物分選差,且砂體底部最差,向上變 好,粒序的下粗上細(xì)與分選的下差上好相結(jié)合,使最 高滲透率段不是位于底部而是位于中下部.我國中, 新生代盆地中已發(fā)現(xiàn)的濁積巖儲集層,以濁流水道 粗相帶部分為多,由多次濁流沉積疊加成一個厚砂 體,但內(nèi)部常保留一些穩(wěn)定的泥質(zhì)薄

13、層. 2成巖作用對儲層物性的影響 成巖作用對儲層物性的影響主要表現(xiàn)在兩個方 面:溶蝕或溶解不穩(wěn)定組分產(chǎn)生次生孑L隙,膠結(jié)和某 些自生礦物的充填堵塞孑L隙并降低滲透率.因此,在 成巖過程中,這兩大因素誰優(yōu)誰弱將會大大決定儲 層物性. 大量資料表明,成巖作用既可以破壞原生孔隙, 也可以形成次生孔隙.從成巖作用類型的角度分析, 壓實(shí)壓溶作用和膠結(jié)作用是破壞儲層的主要因素, 可以不同程度地降低碎屑巖的孔隙度.早,中期的碳 酸鹽巖膠結(jié)作用在堵塞粒間孑L的同時,也強(qiáng)烈抑制 了機(jī)械壓實(shí)作用的進(jìn)行,為以后溶解作用形成次生 孑L隙提供物質(zhì)基礎(chǔ)}晚期的鐵白云石和鐵方解石膠 結(jié)則可以重新

14、堵塞次生孑L隙,使儲層變得更為致密, 形成低孑L低滲,特低孔特低滲儲層[6].粘土礦物的成 分,含量,其產(chǎn)狀特征以及在成巖過程中的演化也是 影響碎屑巖孔隙結(jié)構(gòu)和儲集物性的重要因素.溶解 作用有助于碎屑巖儲集性能的改善.碎屑巖中各種 碎屑組分,膠結(jié)物及雜基,在地下埋藏期特定的成巖 環(huán)境下,都可以經(jīng)孑L隙水溶解形成次生孑L隙,構(gòu)成良 好的次生孔隙砂體[7]. 2.1溶解作用 溶解作用主要是有機(jī)質(zhì)在成熟過程中生成的有 機(jī)酸和二氧化碳酸性水溶液對砂巖的可溶性組分的 溶解,是使儲集物性得到改善的建設(shè)性作用.一般可 溶性組分包括長石顆粒和碳酸鹽膠結(jié)物兩種類型, 在某些情況下,粘土

15、雜基也可被溶解.可溶組分的溶 解作用一方面使得次生孑L隙形成,另一方面孑L隙水 中的sioz濃度增加,硅質(zhì)增生也很普遍,形成了溶 解作用與膠結(jié)作用的共生組合.盡管硅質(zhì)增生會降 低原生孔隙,但由于硅質(zhì)增生的豐度同時也反映了 較強(qiáng)的溶解作用和次生孑L隙的發(fā)育程度,因而往往 會表現(xiàn)為硅質(zhì)增生豐度越大,儲集性能反而越好的 現(xiàn)象[3].如果溶解下來的物質(zhì)能被環(huán)流的地下水帶 到遠(yuǎn)處,那么溶解作用對改善儲層的物性無疑是十 分有利的.溶蝕作用在宏觀上主要受區(qū)域構(gòu)造背景 控制,在微觀上主要受巖性控制. 2.2壓實(shí)作用 壓實(shí)作用對儲層物性具重要的影響,隨著上覆 地層不斷增厚,壓實(shí)作用逐漸

16、增強(qiáng),碎屑顆粒問由點(diǎn) 接觸一線接觸,最后為凹凸接觸,甚至為縫合接觸, 使儲層儲集空間變小,孔隙度,滲透率降低.異常高 壓有利于儲層高孑L隙發(fā)育帶的形成,異,g-高壓帶與 次生孑L隙發(fā)育帶具有較好的對應(yīng)關(guān)系,位于高壓封 蓋層之下的砂巖儲層孔隙度比具正常壓實(shí)趨勢的砂 巖高出5～8.儲層異常高壓的作用主要表現(xiàn)在: ①異常高壓可以減緩壓實(shí),有效地保護(hù)已形成的孑L 隙;②異常高壓可以促進(jìn)溶解作用的進(jìn)行.由于異常 2008年第13期高守德碎屑巖儲層物性的主要控制因素63 高壓帶為封閉或準(zhǔn)封閉的溫壓和流體體系,隨著烴 類的生成和粘土礦物的大量脫水,使得地層流體在 溫度和壓力增加的

17、同時,酸性組分釋放出來并溶于 孔隙水中形成酸性水介質(zhì),導(dǎo)致各種可溶組分的溶 解作用增強(qiáng),從而產(chǎn)生大量的次生孔隙. 2.3膠結(jié)作用 膠結(jié)作用以碳酸鹽為主,其次是石英次生加大 和自生粘土礦物膠結(jié).從對儲層性質(zhì)的影響來看,碳 酸鹽膠結(jié)作用最重要,它使儲層的孔隙度和滲透率 大大降低.碳酸鹽膠結(jié)作用對儲層物性有很大的影 響.碳酸鹽膠結(jié)作用越強(qiáng),物性越差.碳酸鹽膠結(jié)強(qiáng) 弱與成巖演化程度有密切關(guān)系:早期主要為方解石 膠結(jié),形成于早成巖B階段,隨埋藏深度的增加,砂 巖成巖演化程度增高,碳酸鹽膠結(jié)作用進(jìn)一步加強(qiáng), 出現(xiàn)鐵方解石和鐵白云石,晚期碳酸鹽膠結(jié)物疊加 在早期碳酸鹽之上,使巖石變

18、得更加致密.通過對碳 酸鹽含量與埋深之間的關(guān)系研究證實(shí)了這一點(diǎn):埋 藏深度每增加1000m,碳酸鹽含量大約增加3.早 期碳酸鹽膠結(jié)物一方面減少孔隙空間,使孔隙度,滲 透率降低,同時,早期膠結(jié)作用可有效地抑制壓實(shí)作 用的進(jìn)行,保存大量的儲集空間,為形成更深層的次 生孔隙提供了可溶物質(zhì)若其在后期發(fā)生溶蝕作用, 可形成晶間溶孔或晶內(nèi)孔及溶孔,有效地改善儲層 的孔,滲性,形成次生孔隙發(fā)育帶.石英次生加大對 減小孔隙空間有明顯的影響.局部強(qiáng)烈的硅質(zhì)膠結(jié), 可使次生加大的石英呈嵌晶式膠結(jié),使儲層變得更 加致密,物性變差.次生加大的石英含量與孔隙度呈 明顯的負(fù)相關(guān)性.石英次生加大作用

19、不僅減少了儲 層的孔隙空間,也改變著儲層的孔隙結(jié)構(gòu),多次石英 加大可使儲層的粒間管狀喉道變?yōu)椤逼瑺睢被颉笨p狀” 喉道,嚴(yán)重地影響了流體的滲流,從而大大地降低了 儲層的滲透率_8]. 3構(gòu)造作用對儲層物性的影n向 3.1不整合對儲層影響 不整合的間斷時間越長,地層遭受剝蝕的時間 就越長,大氣淡水的滲流作用對儲層的影響就越明 顯,不整合面作為有機(jī)酸運(yùn)移通道的運(yùn)移能力就越 強(qiáng). 不整合的存在對其下伏地層中儲層發(fā)育有著非 常重要的控制作用,這主要表現(xiàn)在:①地層抬升地表 遭受剝蝕時,地表酸性水向下滲流,進(jìn)入儲層使地層 水呈酸性,導(dǎo)致不整合面附近地層中的酸不穩(wěn)定礦 物溶解形成

20、次生孔隙;②不整合面可作為地下流體 運(yùn)移通道,當(dāng)有機(jī)酸運(yùn)移通過時使地層水呈酸性,導(dǎo) 致酸不穩(wěn)定礦物溶解形成次生孔隙. 3.2斷裂作用對儲層物性影響 斷裂作用也是影響儲層物性的重要因素之一. 斷層對儲層物性的影響主要表現(xiàn)在兩方面:①斷層 活動形成裂縫,有利于次生孔隙的形成,提高儲層孔 隙度和滲透率;②斷層活動時或處于開啟狀態(tài)的斷 層可以作為流體運(yùn)移通道,為儲層巖石發(fā)生溶解作 用提供酸性介質(zhì).因此,構(gòu)造斷裂對埋藏期的溶蝕作 用及表生作用帶的再溶蝕有著非常積極的影響.通 常情況下靠近斷層的儲層物性較好. 4結(jié)論 ①碎屑巖儲層的發(fā)育程度,物性條件及其時空 展布受沉積作用,成

21、巖作用,構(gòu)造活動等諸多因素的 控制; ②沉積作用對儲層物性的影響主要表現(xiàn)在巖 性,巖石組構(gòu),沉積相和沉積方式等幾個方面; ③成巖作用對儲層物性的影響主要表現(xiàn)在溶蝕 或溶解作用和膠結(jié)作用兩個方面,誰優(yōu)誰弱將會大 大決定儲層物性; ④構(gòu)造作用中不整合面和斷裂的發(fā)育有利于改 善儲層物性. [參考文獻(xiàn)] [1]張善文.濟(jì)陽坳陷深層稠油成因機(jī)理,儲層評 價與成藏規(guī)律.中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研 究所博士學(xué)位論文,2002. Ez-I陳世悅,操應(yīng)長,徐振中等.濟(jì)陽坳陷中生界 沉積特征與儲層研究.內(nèi)部研究報告,2005. [3]陳純芳,趙澄林,李會軍.板橋和歧北凹陷沙 河街組深

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24、ninchina,which propertyiscontrolledbymanyfactors.Lithologiccharacter,depositionalfabricandfaciesinsedimentation controltheoriginalpropertyandabilitythatresiststhelaterreconstruction,andactivestructurerecon- structtheoriginalproperty.Corrosionordissolutionofunstablecomponentinlithogenesisformssec-

25、 ondarypore.Cementationandsomeauthigenicmineralscanfillandblockuptheporeandmaketheperme— abilitylower.PredominancebetweenthecorrosionordissolutionandC:ementationandauthigenicminerals willdeterminethepropertyofreservoir.Unconformitysurfaceandfaultsinactivestructurearefavourof thepropertyofreservoir,andcanaffecttoformtheprofitablereservoir.