第一作者简介 臧士宾,男,1965年生,高级工程师,1987年毕业于华东石油学院,获工学学士学位。现在中国石油青海油田勘探开发研究院主要从事油气田勘探与开发实验研究工作。联系电话:18993710012;E-mail: zsbqh@petroChina.com.cn。
通过岩心观察、薄片鉴定并借助 X衍射全岩矿物分析,对柴达木盆地南翼山油田新近系油砂山组储集层特征进行分析。该区岩石中泥质含量高,岩性复杂,可划分为泥岩、碳酸盐岩、砂岩和混积岩 4种类型。储集层中发育粒间孔、溶蚀孔、微孔隙和微裂缝等,形成了具有双重孔隙介质的储集空间特征。微裂缝是该区主要渗流通道,而微孔隙是主要储集空间,储集层物性总体较差。该区微裂缝类型包括构造缝、溶蚀缝和成岩缝。储集层岩石纹层发育,砂质纹层和泥灰质纹层交互出现,沉积和成岩作用过程中岩石受力不均衡、碳酸盐矿物的溶解以及泥岩收缩是形成微裂缝的主要原因。该区储集层物性受压实作用明显变差,溶蚀和胶结作用同时存在,对储集层物性影响较大。储集层岩石毛管压力曲线由近似垂直的斜线段和近似水平的曲线段两部分组成,中间存在较为明显的拐折点。斜线段反映了微裂缝特征,近似水平曲线反映了微孔隙特征。利用毛管压力曲线求取的排驱压力和平均孔喉半径无法真实地表述此类微裂缝储集层的孔隙结构特征,提出了有效孔喉半径概念,可以合理表述该区微裂缝储集层孔隙结构特征。
About the first author Zang Shibin,born in 1965,graduated from East China Petroleum Institute in 1987.Now he is a senior engineer and mainly engaged in petroleum geological experimental research.Tel: 18993710012;E-mail: zsbqh@petrochina.com.cn.
The reservoir characteristics of the Youshashan Formation of the Neogene in Nanyishan Oilfield were analyzed according to core observation,thin section identification and X-ray diffraction.The lithology of the reservoir can be classified as mudstone,carbonate rocks,sandstone and hunji rock.The clay content of the rock is high and the reservoir properties are complex.Intergranular pores,dissolution pores,micro-pores and micro-fractures are developed,so the reservoir has the characteristics of dual porous media.In general,the physical properties of the Nanyishan reservoir are poor.It is pointed out that the micro-fractures play an important role in the flowing of formation fluids,but micro-pores contribute little to the flowing.The micro-fractures in the reservoir include tectonic micro-fracture,dissolution micro-fracture,and diagenetic micro-fracture.Sandy lamination and argillic or marlaceous lamination are developed alternately in the rock.The unbalanced force,dissolution and shrinkage of reservoir rock during sedimentation and diagenesis resulted in the formation of micro-fractures which improve physical properties of the reservoir.However,compaction and cementation happened simultaneously,which destruct the reservoir properties.The mercury injection curves of the reservoir are composed of two parts: Inclined upward curve and approximately horizontal curve.The tilted curve represents the micro-fracture,and nearly horizontal curve represents micro-pores.Parameters such as threshold pressure and mean pore radius cannot be used to evaluate the reservoir correctly.So,a parameter of effective pore radius is put forward in this paper and can be applied to evaluate the reservoir properly.
南翼山油田位于青海省柴达木盆地西部北区, 油田的西北为红沟子和小梁山构造, 东北为尖顶山构造, 东南为油泉子构造, 西南为咸水泉构造(图 1)。该构造自上而下钻遇5套地层, 分别为:狮子沟组(
该油田上油砂山组— 下油砂山组(
尽管对南翼山油田的储集层进行过大量分析研究, 但由于不同的研究者出发点和侧重点不同, 且储集层自身的复杂性, 研究得出的结论仍存在一定的差异。南翼山
通过大量岩心观察、岩石薄片鉴定, 并借助X衍射全岩矿物分析将该区储集层岩性划分为泥岩、碳酸盐岩、砂岩和混积岩4种类型, 其中混积岩是该区主要岩石类型, 占全部岩性的70%以上。此类岩石微裂缝发育, 构成了该区储集层的渗流通道。作者就南翼山上油砂山组(
南翼山
从岩石矿物组合上看, 该区石英和长石、碳酸盐矿物及黏土矿物平均含量均没有超过50%。化学分析碳酸盐含量与X衍射全岩分析碳酸盐含量虽然有所差异, 但总体上具有较好的一致性。按照一般岩石命名原则, 黏土矿物含量大于等于50%者可定为泥岩、碳酸盐含量大于等于50%者可定为碳酸盐岩、石英长石含量大于等于50%者定为砂岩。对于三者含量均不超过50%的大多数岩石, 镜下鉴定也难以区分哪种组分占优势, 难以定名为砂岩、碳酸盐岩或泥岩等。
梁宏斌等(2007)提出 “ 泥灰岩” 属一类特殊的岩石类型组合, 既非典型的碳酸盐岩, 又非经典的碎屑岩, 而是一套具自身特征的湖泊 “ 混积岩” 。南翼山油田新近系岩石与冀中坳陷束鹿凹陷古近系沙河街组三段中的 “ 混积岩” 极其类似, 且张宁生等(2006)及罗芳等(2009)指出南翼山储集层为碳酸盐岩与砂岩的混合沉积, 因此在此也用 “ 混积岩” 的概念表示三者矿物含量均不超过50%的岩石。
统计该区1600余块薄片鉴定资料, 该油田岩性可分为泥岩、砂岩、碳酸盐岩和混积岩4种类型, 其中碳酸盐岩包括颗粒灰(云)岩和泥晶灰(云)岩, 混积岩包括纹层发育的混积岩和纹层不发育的混积岩。岩性分类结果见图2。
泥岩在该区所占比例仅为1%, 岩石一般为灰色和深灰色, 无层理构造, 储集层物性差, 一般为无效储集层, 为典型深— 较深湖相沉积。砂岩在该区约占4.3%, 一般为粉砂岩, 且含有较多灰质和泥质, 镜下鉴定可分为泥质粉砂岩和灰质粉砂岩等。在岩性剖面上(图 3), 砂岩主要呈细条带状分布, 多见于上油砂山组(
南翼山油田储集空间类型多种多样, 通过大量岩心观察和薄片镜下鉴定, 这些储集空间类型包括原生粒间孔、粒间溶孔、粒内溶孔、晶间微孔、晶间溶孔、基质内微孔和微裂缝等。
南翼山主要岩性包括泥岩、碳酸盐岩、砂岩和混积岩4种岩石类型。该区泥岩仅占1%, 微裂缝不发育, 渗透率一般小于0.1× 10-3μ m2, 为无效储集层(表 2)。该区砂岩所占比例为4.3%, 以泥灰质粉砂岩为主, 孔隙度分布在5%~30%, 渗透率介于(0.1~50.0)× 10-3μ m2之间, 一般为有效储集层。砂岩类岩石孔隙结构相对简单, 微裂缝不发育, 主要发育粒间孔隙和微孔隙。该区泥岩和砂岩所占比例小, 微裂缝不发育, 不存在双重孔隙介质, 在此不再分析讨论。
碳酸盐岩和混积岩是南翼山油田
岩心观察和铸体薄片鉴定表明, 该区主要的储集空间类型以微孔隙为主, 而渗流通道以微裂缝为主, 存在双重孔隙介质类型, 尤其在纹层发育的混积岩中更是如此。在颗粒灰(云)岩中, 一般发育粒间孔隙和溶蚀孔隙, 但也存在较为发育的微裂缝, 主要为溶蚀缝和少量构造缝。
分析表明, 南翼山油田储集层微裂缝类型包括构造缝、溶蚀缝和成岩缝3种类型, 其中以成岩缝为主。构造缝、溶蚀缝一般存在于颗粒灰(云)岩中, 而成岩缝多存在于纹层发育的混积岩中, 具体特征描述见表3。
构造缝和溶蚀缝在该区仅发育于碳酸盐岩中, 尤其发育在具扰动构造或变形层理的颗粒灰(云)岩或藻灰(云)岩中。
构造缝是由岩石所受应力不均衡导致岩石破裂而形成(于兴河, 2009)。曹海防等(2008)认为, 南翼山地区的构造作用及其产生的断裂是该区形成构造裂缝最主要的外部应力, 从而形成了大量的与断层和褶皱相关的构造微裂缝, 主要集中分布于构造背斜轴部。本次通过镜下观察, 该区构造缝从形态上看主要包括斜缝、立缝和网状缝。该区构造缝一般为张裂缝, 主要形成于成岩阶段局部构造应力作用下岩石破裂。具有此种裂缝的岩石一般是具有扰动构造或变形层理构造的藻灰岩和颗粒灰岩。此类岩石主要形成于浅湖— 半深湖咸水环境, 相对频繁的构造运动以及浅湖环境下的风浪或风暴潮等作用造成岩石受力不均引起岩石破裂产生构造微裂缝。
构造微裂缝两壁易分开, 缝面不平呈锯齿状, 常绕开颗粒破裂而延伸, 但延伸不远。网状缝常呈分叉状, 斜缝和立缝常切割围岩穿层而过(图 4-A, 4-B)。此类微裂缝一般仅能提供1%~2%的孔隙度, 但却能较大地提高储集岩的渗流能力。
由于碳酸盐矿物的易溶性, 溶蚀缝存在于各类碳酸盐岩储集层中, 尤其是在该区藻灰(云)岩中较为发育, 而泥晶灰(云)岩和部分混积岩中也见到较为发育的溶蚀缝。南翼山油田储集层中普遍存在溶蚀缝, 包括单一溶蚀缝和构造溶蚀缝2种类型。单一溶蚀缝主要发育于藻灰(云)岩和泥晶灰(云)岩中, 均为碳酸盐矿物的溶蚀形成, 裂缝呈弯曲状延伸, 无方向性(图 4-C)。构造溶蚀缝延伸方向相对平直, 缝面凹凸不平, 为碳酸盐矿物的溶蚀和岩石局部所受应力产生破裂共同作用而形成(图 4-D)。藻灰(云)岩一般为靠近台地的浅湖— 半深湖咸水环境, 由于构造运动或其他因素, 沉积物易暴露于大气淡水环境, 遭受大气淡水的淋滤溶蚀而产生溶蚀缝。
成岩缝在该区广泛分布, 是该区最主要的微裂缝类型, 包括层间缝、层内缝和收缩缝。曹海防等(2008)认为, 南翼山地区成岩作用形成的裂缝规模一般较小, 但数量较大, 分布广泛, 以近于水平的微裂缝为主。甘贵元等(2002)认为南翼山地区的裂缝发育程度受构造应力、岩性、沉积及成岩作用等因素的控制, 岩性对裂缝发育的控制作用表现为不同岩性在相同环境下裂缝发育程度不同, 碳酸盐岩中裂缝最发育, 而泥质岩中裂缝少得多, 粉砂岩中裂缝最少。
作者通过岩心观察和铸体薄片镜下鉴定, 认为成岩缝一般发育在具有纹层的混积岩中。岩石中微细水平或微波状层理发育, 层间缝和层间— 溶蚀缝一般分布在这些微细水平层理之间(图 4-E, 4-F)。此种岩石砂质、泥质和灰(云)质薄互层交替出现, 微裂缝顺层分布, 岩石极易沿层面裂开形成类似 “ 千层饼” 状, 层面平整而互不粘连, 常闻到浓浓的油味, 说明具有良好的储集空间并能形成横向油气渗流通道。
沉积作用差异导致沉积物组分发生变化或形成季节性沉积, 成岩收缩作用的差异又使差异沉积物间产生脆弱界面或收缩缝, 为构造应力作用和溶蚀作用下裂缝的进一步发育奠定了基础。另外, 沉积物明显受季节和气候的控制, 形成了砂、泥和灰互层的特殊岩性, 加之不同岩性力学性质存在差异, 导致层间及层内形成大量微裂缝。
南翼山油田储集层微裂缝发育, 此类储集层物性除受沉积因素外, 成岩过程中的压实、溶解及胶结充填作用对储集层物性影响很大。
由于该区岩石颗粒细小, 灰泥成分较多, 石英和长石等刚性颗粒少, 因此受压实作用影响较大, 埋藏浅的岩石物性明显好于埋藏深的岩石。孔隙度和渗透率随埋深增加下降幅度明显(图 3)。
混积岩由于颗粒更加细小, 一般含有大量微孔隙, 因此孔隙度相对较高。南翼山
南翼山油田储集层碳酸盐矿物含量高, 且含有较多硬石膏及沸石等胶结物, 碳酸盐矿物的溶蚀作用产生了大量溶蚀孔和溶蚀缝, 改善了储集层性质。孔隙水进入岩石原有裂缝, 部分碳酸盐矿物溶蚀使得裂缝扩大。但在孔隙水进入裂缝过程中, 溶蚀和胶结充填往往是相互的。当溶解占优势时, 微裂缝扩大; 当胶结充填占优势时, 原有裂缝被充填而丧失其渗流能力。在镜下观察到普遍存在胶结充填现象, 充填矿物大多为方解石和白云石, 其次为硬石膏和方沸石, 从而使得许多微裂缝变为无效裂缝, 储集层物性变差。
南翼山油田储集空间类型包括粒间孔隙、微孔隙和微裂缝等, 具有双重孔隙介质的特征, 微裂缝是主要的渗流通道。借助岩石压汞分析对南翼山油田微裂缝储集层孔隙结构特征进行定量描述。
统计该区106块岩石压汞资料, 其毛管压力曲线如图5所示, 由毛管压力曲线计算的各项特征参数见表4。
观察该区毛管压力曲线及特征参数, 具有以下特征:
1)毛管压力曲线具有 “ 二段式” 特点, 即毛管压力曲线由斜线(OA)段和近似水平段(AB)两部分组成, 曲线存在一个较为明显的拐折点(A点)。OA段即反映微裂缝特征, 属有效渗流空间; AB段反映微孔隙特征, 对渗流基本无贡献, 但却占据大部分储集空间。
2)具有高排驱压力特征, 排驱压力分布在0.42~69.0 MPa之间, 平均20.8 MPa, 对应的最大联通孔喉半径介于0.01~1.74, μ m之间, 平均为0.04, μ m, 排驱压力与岩石渗透率之间不存在相关性。通过加权平均求取的平均孔喉半径在0.03~1.091, μ m之间, 平均为0.35 μ m。求取的平均孔喉半径大于最大连通孔喉半径, 这显然是矛盾的。
3)选取的106块压汞样品孔隙度为5.0%~23.7%, 平均为12.1%; 渗透率为(0.1~35.4)× 10-3μ m2, 平均为3.63× 10-3μ m2; 最大汞饱和度为51.6%~98.0%, 平均为80.3%。显然所选样品反映了该区储集层特征, 具有较好的代表性。而压汞分析求取的排驱压力却平均高达20.8 MPa, 对应的最大孔喉半径平均仅为0.04, μ m, 平均孔喉半径为0.35 μ m。在压汞毛管压力曲线应用中, 排驱压力、最大连通孔喉半径及平均孔喉半径均是表述储集层孔隙结构特征的常用参数(罗蛰潭和王允诚, 1986; 郝明强等, 2007; 于兴河, 2009)。显然, 对于具有微裂缝的岩石, 利用这3项参数无法合理评价储集层性质。
对于类似南翼山油田以微裂缝和微孔隙为储集空间的储集层岩石, 如何利用压汞毛管压力曲线合理表征其孔隙结构特征呢?在此提出了 “ 有效孔喉半径” 的概念, 记作Re。由于南翼山微裂缝储集层毛管压力曲线上的OA段反映的是有效渗流通道, 因此OA段对应的孔喉半径即可认为有效孔喉半径。其计算公式如下:
Re为储集层有效孔喉半径, μ m; Ri为进汞曲线上任意毛管压力下对应的孔喉半径, μ m; △ Si为进汞饱和度梯度, %; m为毛管压力曲线OA段区间进汞实验点数。
对南翼山106块具微裂缝储集层岩石的毛管压力曲线进行分析计算, OA段对应的累计汞饱和度介于1.73%~21.0%之间, 平均为10.3%; 按公式(1)计算的有效孔喉半径为0.29~7.81, μ m, 平均为3.32 μ m。利用此方法求取的有效孔喉半径与渗透率之间存在较好相关性(图 6)。
由于OA段反映的是储集层微裂缝特征, 是有效渗流通道, 对渗透率贡献起主要作用。按照累计渗透率贡献计算方法(于兴河, 2009), 106块样品的微裂缝对渗透率累计贡献值在84.2%~99.99%之间, 平均达99.8%。尽管OA段汞饱和度平均仅为10.3%(即所占全部孔隙空间平均为 10.3%), 但对渗透率贡献平均达到了99.8%; 而AB段反映微孔隙特征, 尽管所占孔隙空间接近90%, 但对渗透率的贡献仅为0.2%, 因此可看作无效渗流通道。
南翼山油田
该区储集层物性受压实作用明显, 随着埋藏深度的增加, 孔隙度和渗透率明显降低。碳酸盐矿物的溶蚀改善了储集层, 但方解石、白云石、硬石膏及沸石的胶结充填普遍存在, 在很大程度上使储集层物性变差。南翼山储集层岩石毛管压力曲线由近似垂直的斜线段和近似水平的曲线段两部分组成。近似垂直斜线段反映了微裂缝特征, 而近似水平的曲线段反映了微孔隙的特征。尽管微裂缝占全部孔隙空间的10.3%, 但对渗透率的贡献平均高达99.8%, 可看作有效渗流通道, 其有效孔喉半径平均为3.32, μ m; 而微孔隙占全部孔隙空间的90%左右, 但对渗透率的贡献仅为0.2%, 可看作无效渗流通道。
作者声明没有竞争性利益冲突.
作者声明没有竞争性利益冲突.
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