松辽盆地大安油田葡萄花油层...渗储层成岩相特征与孔隙演化_何庆斌.pdf
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1、大庆石油地质与开发 Petroleum Geology Oilfield Development in Daqing2023 年 4 月 第 42 卷第 2 期Apr.,2023Vol.42 No.2DOI:10.19597/J.ISSN.1000-3754.202112056松辽盆地大安油田葡萄花油层特低渗储层成岩相特征与孔隙演化何庆斌1,2 张继红1 李金凤2(1.东北石油大学石油工程学院,黑龙江 大庆163318;2.中国石油吉林油田公司红岗采油厂,吉林 松原138000)摘要:松辽盆地大安油田葡萄花油层特低渗透储层成因及孔隙演化特征缺乏定量的研究。利用铸体薄片、扫描电镜、电子探针、X射
2、线衍射和全岩、物性、压汞等定性、定量资料对葡萄花油层成岩作用类型、成岩相进行定量研究并恢复各成岩相孔隙演化过程。结果表明:大安油田葡萄花油层经历了早成岩A期压实成岩、早成岩B期胶结成岩、中成岩A期溶蚀成岩和胶结交代成岩4个阶段;机械压实、伊利石和混层黏土胶结、碳酸盐胶结破坏原生孔隙,绿泥石和高岭石环边胶结有利于原生孔保存,长石和火山岩屑溶蚀改善物性;大安油田葡萄花油层可划分为长石溶蚀粒内溶孔相、黏土环边胶结残余粒间孔相、硅质胶结粒间溶孔相、方解石胶结晶间微孔相和黏土杂基充填晶间微孔相5种成岩相,各成岩相主要成岩作用类型、成岩强度影响孔隙组合,造成储层的强烈非均质性;长石溶蚀粒内溶孔相和黏土环边
3、胶结残余粒间孔相储层物性最好,是研究区最有利储层。研究成果为大安油田葡萄花油层效益开发和整体建产提供地质依据。关键词:成岩作用;特低渗砂岩;成岩相定量划分;孔隙演化;葡萄花油层;大安油田;松辽盆地中图分类号:TE122.2 文献标识码:A 文章编号:1000-3754(2023)02-0001-12Diagenetic facies and porosity evolution of ultralow permeability reservoir in Putaohua Reservoir in Da an Oilfield in Songliao BasinHE Qingbin1,2,ZHA
4、NG Jihong1,LI Jinfeng2(1.School of Petroleum Engineering,Northeast Petroleum University,Daqing 163318,China;2.Honggang Oil Production Company,PetroChina Jilin Oilfield Company,Songyuan 138000,China)Abstract:There are few quantitative studies on genesis of ultra-low reservoir and porosity evolution i
5、n Putaohua Reservoir in Da an Oilfield.Quantitative research on diagenesis types and diagenetic facies of Putaohua Reservoir is performed by using qualitative and quantitative parameters of cast thin section,SEM,electronic probe,XRD and whole rock,physical properties and mercury injection,and porosi
6、ty evolution processes of all diagenetic facies are restored.The result shows that Putaohua Reservoir in Da an Oilfield has experienced 4 diagenesis stages including compaction of early diagenesis stage A,cementation of early diagenesis stage B,and dissolution and metasomatism of middle diagenesis s
7、tage A.Mechanical compaction,illite and mixed layered clay cementation and carbonate cementation destroyed primary porosity,while chlorite and kaolinite rim cement improved primary porosity preservation,and dissolution of feldspar and debris improved reservoir property.There are 5 kinds of diageneti
8、c facies in 收稿日期:2021-12-18 改回日期:2022-06-15基金项目:国家科技重大专项“松辽盆地致密油开发示范工程”(2016ZX05001-002)。第一作者:何庆斌,男,1984年生,在读博士,高级工程师,从事油气田开发理论与技术研究。E-mail:通信作者:张继红,女,1969年生,教授,博士生导师,从事油气田开发理论与技术研究。E-mail:2023 年大庆石油地质与开发Da an Oilfield including feldspar dissolution intragranular dissolved pore facies,clay rim cemen
9、t residual intergranular pore facies,siliceous cement dissolved pore facies,calcite cement filling intercrystaline micro-pore facies and clay matrix filling intercrystaline micro-pore facies.The main diagenesis type and diagenesis strength of different diagenetic facies influence porosity combinatio
10、n,causing high reservoir heterogeneity.Feldspar dissolution intragranular dissolved pore facies and clay rim cement residual pore facies have best reservoir property,being the most favorable reservoir in studied area.The study provides geologic basis for beneficial development and overall productivi
11、ty construction of Putaohua Reservoir in Da an Oilfield.Key words:diagenesis;ultra-low permeability reservoir;quantitative classification of diagenetic facies;porosity evolution;Putaohua Reservoir;Da an Oilfield;Songliao Basin0引言松辽盆地是中国最大的陆相含油气盆地,长期以来松辽盆地南部油气开发的重点集中在萨尔图油层、高台子油层等构造油气藏,以葡萄花油层和扶余油层的低、特
12、低渗透砂岩为代表的岩性油藏由于储层致密、试油产能低、开发难度大、经济效益差而被视为“难采储量”,开发动用程度较低1。近年来,随着萨尔图、高台子等主力油层含水率持续攀升、陆续进入高含水开发中后期,葡萄花油层特低渗透砂岩油藏成为吉林油田产能接续和持续稳产的资源基础2。大安油田是松辽盆地南部葡萄花油层的主要发育区,位于红岗大安三角洲前缘3,砂体连续、厚度为 35 m,含油面积约为 110 km2,探明储量约为 2 500104 t。由于大安油田储层非均质性强、整体建产难度大,以局部动用为主,目前仅有23.7%的区域投入开发,储量动用率仅为 39.2%,平均含水率约为75%,仍具有较大的开发潜力,具备
13、规模建产的物质基础。前人45对大安油田的沉积、储层预测和分类评价进行了大量研究,认为葡萄花油层部分主体河道砂体物性好、含油性好,长期的开发实践也证实,葡萄花油层在整体低渗透背景下存在高产的“甜点”储层,尤其是大26、大50和大28等区块,单井日产油量最高可达2.2 t,而储层物性是葡萄花油层产能差异的主控因素,因此,明确低渗透砂岩储层成因和相对高渗储层分布是大安油田高效开发的关键。碎屑岩储层物性的形成和演化受沉积特征和成岩作用双重约束,尤其是埋藏成岩阶段强烈的成岩改造更是决定物性分布的关键。前人通过成岩作用特征定性描述来确定致密储层成因,对不同类型储层分布预测缺乏定量手段6。成岩相是特定成岩环
14、境中碎屑岩经受各种有机、无机反应形成的具有一定共生矿物组合和成岩组构特征并能够反映成岩演变结果的岩石单元7,自提出以来已广泛应用于优质储层预测。成岩相通过控制孔隙差异演化,在大面积低渗背景下形成相对高孔渗带810。因此,通过成岩相研究落实优质储层分布,就成为低、特低渗透油藏高效开发的关键。本文利用物性、薄片分析、全岩分析、X射线衍射和扫描电镜等资料,结合多种成岩强度指标进行成岩相定量划分,明确各成岩相特征及孔隙演化,为大安油田高效开发提供依据。1区域地质概况大安油田位于松辽盆地中央坳陷区南部,紧邻西部斜坡区,与长岭凹陷、古龙凹陷等盆地内最主要生油凹陷相邻,油源条件良好,是盆地南部连片发育的岩性
15、油藏富集区11(图1(a)。大安油田地层自下而上依次为上白垩统泉头组、青山口组、姚家组、嫩江组和四方台组,在姚家组萨尔图油层和葡萄花油层、泉头组扶余油层等见油气显示,其中葡萄花油层作为研究区的主要含油层位,自下而上可分为 P、P、P等 3个砂层组和9个小层。(图1(b)。葡萄花油层属河控浅水三角洲沉积,在稳定的构造背景和充足的物源供给下,在研究区形成以大面积分布的薄层分流河道、河口坝砂体为主的致密储层,与下伏青一、青二+三段烃源岩组成下生上储的源储组合,形成大面积准连续分布的致密岩性油气藏12。2第 42 卷 第 2 期何庆斌 等:松辽盆地大安油田葡萄花油层特低渗储层成岩相特征与孔隙演化2储层
16、特征大安油田葡萄花油层岩性复杂、粒度细,储层中粉砂岩和泥质粉砂岩含量高,细砂岩的比例仅为15.83%。薄片观察表明,葡萄花油层碎屑颗粒分选中好、磨圆中好,长石含量高,体积分数平均为 35.34%,火山岩岩屑次之,体积分数平均为32.40%,石英含量较低,体积分数平均为 15.18%,总体以长石岩屑砂岩为主,含少量岩屑长石砂岩。填隙物含量较高,体积分数平均为 17.08%,以泥质杂基(体积分数平均为 9.08%)、方解石(体积分数平均为 4.36%)、自生石英(体积分数平均为2.28%)为主。大 安 油 田 葡 萄 花 油 层 孔 隙 度 为 2.72%20.91%,普遍小于 15.00%,渗透
17、率为 0.0110-361.2110-3 m2,普遍小于 1.0010-3 m2,孔隙度平均为 13.07%,渗透率平均为 0.9410-3 m2,是典型的低孔特低渗型砂岩储层。3成岩作用类型及序列3.1成岩作用类型3.1.1机械压实机械压实作用是沉积物在上覆重力及静水压力的作用下将水分排出、碎屑颗粒紧密排列而使孔隙体积缩小、渗透性变差的成岩作用,也是造成物性损失的最主要的成岩作用类型13。葡萄花油层埋深为 1 5001 800 m,压实强度中等,镜下常见石英、长石表面挤压破裂,泥岩岩屑和火山岩岩屑、杂基发生塑性变形、定向排列等压实现象(图 2(a),当压实作用较强时,石英在 机 械 压 力
18、作 用 下 压 溶,呈 缝 合 线 接 触(图2(b)。图1研究区构造位置及葡萄花油层地层综合柱状图Fig.1 Structural location and comprehensive stratigraphic column of studied area32023 年大庆石油地质与开发3.1.2胶结研究区葡萄花油层胶结物含量高,胶结作用较强,发育黏土矿物、碳酸盐、硅质等多期次、多类型的胶结作用,不同类型胶结物控制了原生孔隙保存和破坏,是影响物性演化的重要因素。3.1.2.1黏土矿物胶结黏土矿物是研究区最主要的胶结物,含量最高,体积分数平均为 9.08%,以伊利石(体积分数平均为3.57%
19、)、绿泥石(体积分数平均为3.29%)、伊蒙混层(体积分数平均为 1.41%)和高岭石(体积分数平均为 0.81%)组成,其中伊利石、伊蒙混层封堵储层孔隙,绿泥石和高岭石对原生孔隙的保存具有一定贡献。伊利石形成较晚,主要为早成岩B期中成岩A期,富K+条件下高岭石、绿泥石不断向伊利石转化。全岩分析表明,葡萄花油层随埋深增加,伊利石含量也略有增加。扫描电镜下见片丝状、毛发状伊利石充填粒间体积(图 2(c),由于伊利石堵塞部分孔隙和喉道,造成物性变差,因此,随伊利石含量增加,孔渗呈下降趋势(图3)。伊蒙混层形态介于伊利石和蒙脱石之间,呈丝缕状、片丝状,形成时间较早,为早成岩 AB 期的产物,扫描电镜
20、下见絮状、丝状的伊蒙混层充填粒间孔隙,将大孔隙分隔成孤立的微小孔,增加了孔隙的迂回度,造成储层渗透能力下降。随埋深和地温增加,大部分伊蒙混层转化为伊利石,含量也图2大安油田葡萄花油层特低渗透砂岩成岩作用特征Fig.2 Digenesis characteristics of ultra-low permeability sandstone in Putaohua Reservoir in Da an Oilfield4第 42 卷 第 2 期何庆斌 等:松辽盆地大安油田葡萄花油层特低渗储层成岩相特征与孔隙演化随之减少。绿泥石常见于富铁的碱性环境。在浅水三角洲前缘环境中,葡萄花油层中火山岩岩屑中
21、的黑云母等暗色矿物水解释放出大量 Fe2+,在河口处发生絮凝形成丰富的含铁沉积物,为绿泥石的形成提供了良好的物质基础14。根据绿泥石中 Fe2+、Mg2+含量可将绿泥石分为早、晚 2 期。早期绿泥石是在富Fe2+环境中由黏土矿物转化而来(图 4(a),呈包膜、环边状覆盖在颗粒表面(图 2(d),厚度为 26 m,能有效减缓压实强度、保存部分原生孔隙15。普通薄片中见颗粒接触处绿泥石包膜不发育(图 2(e),表明绿泥石沉淀略晚于机械压实,是早成岩 A 期的产物。晚期绿泥石形成时随Fe2+的消耗 w(Fe2+)/w(Mg2+)逐渐降低,扫描电镜下见晚期绿泥石呈玫瑰花状充填残余粒间孔和次生溶孔,对物
22、性造成一定的破坏。图3大安油田葡萄花油层砂岩黏土矿物含量、方解石含量、孔隙度、渗透率与埋深的关系Fig.3 Relationship of clay mineral content,calcite content,porosity and permeability vs.burial depth of Putaohua Reservoir in Da an Oilfield1214161820w()/%MgO468101520303525晚期孔隙充填玫瑰花状绿泥石早期颗粒包膜环边状绿泥石w()/%FeO晚期亮晶方解石、铁方解石早期泥晶方解石255075755025755025100010001
23、000w()MgO/%www()+()+()MgOMnOFeOw()MnO/%www()+()+()MgOMnOFeOw()FeO/%www()+()+()MgOMnOFeO()b 碳酸盐胶结物、与关系www(MnO)(MgO)(FeO)()绿泥石胶结物与关系aww(FeO)(MgO)图4大安油田葡萄花油层绿泥石和碳酸盐胶结物中元素组成Fig.4 Elements composition in chlorite and carbonate cement in Putaohua Reservoir in Da an Oilfield52023 年大庆石油地质与开发高岭石晶型良好,呈假六方板状、蠕
24、虫状附着在颗粒表面(图 2(f),阻碍压实作用,中成岩A 期酸性流体通过高岭石晶间微孔组成的立体通道,形成大量次生溶蚀,薄片观察和物性统计表明,高岭石含量高的样品次生溶蚀作用相对发育,表明高岭石溶蚀是物性改善的重要原因。3.1.2.2碳酸盐胶结研究区碳酸盐胶结物含量较高,体积分数平均为 4.36%,是破坏葡萄花油层物性的重要因素。碳酸盐胶结可分为早、晚2期。早期碳酸盐胶结以方解石为主,Fe2+含量极低或不含 Fe2+,晶型细小,为泥晶、微晶状,多呈基底式胶结,阴极发光为暗橘黄色光(图 2(g),镜下见早期碳酸盐胶结物占据粒间孔隙的样品中,碎屑颗粒排列松散、彼此孤立,呈漂浮状分布(图 2(h),
25、无直接接触,虽然早期碳酸盐胶结占据大部分原生粒间孔隙,但也降低了压实强度16,同时为中成岩 A 期的酸性溶蚀提供了物质基础,铸体薄片中可见由方解石溶蚀形成粒间溶孔,可有效提高储层物性,是研究区葡萄花油层重要的储集空间类型之一。晚期碳酸盐为亮晶方解石、铁方解石和白云石,Fe2+、Mg2+含量较高,其中 FeO 质量分数为0.52%1.21%,MgO 质 量 分 数 为 0.22%0.43%(图4(b),是早期方解石重结晶过程中与富Fe2+流体进行离子交换的产物17。铁方解石阴极发光为橘黄色,发光强度中等,晶型粗大,多呈他形连晶状、嵌晶状充填粒间孔(图 2(i),部分或完全交代碎屑颗粒、早期方解石
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