断陷盆地深层优质碎屑岩储集层发育机理——以渤海湾盆地饶阳凹陷为例

断陷盆地深层优质碎屑岩储集层发育机理——以渤海湾盆地饶阳凹陷为例

金凤鸣;张凯逊;王权;牛新杰;于作刚;白国平;赵璇

【摘 要】基于岩心观察、显微镜和扫描电镜观察以及岩石物性测试结果,对渤海湾盆地饶阳凹陷古近系沙河街组三段砂岩储集层的基本特征进行分析,揭示深层优质碎屑岩储集层发育机理.地层超压、碎屑成分和结构成熟度、早期油气充注和溶蚀作用是控制深层储集层孔隙保存及形成的重要因素.压实作用是孔隙破坏的主要因素,地层超压作用可以有效地保存原生孔隙,同时较高的成分成熟度与中等的结构成熟度有助于提高岩石抗压实强度,也有利于保护原生孔隙.早期油气充注可使成岩作用暂时中止,从而抑制胶结作用对储集层孔隙的破坏.有机酸充注后,形成了相当数量的次生孔隙,局部改善储集空间物性.在进行深层勘探有利储集层区评价和预测时,应综合考虑地层超压、油气充注、沉积物原始组分与结构及成岩作用等多因素的叠合效应.%In order to reveal the development mechanism of deep quality

clastic rock reservoir,the basic characteristics of Sha-3 Member of the

Shahejie Formation in the Raoyang sag of Bohai Bay Basin are analyzed

based on observation of cores,observation of thin sections under

microscope and SEM,and test results of petrophysical properties.It is found

that high compositional and textural maturity,early oil charging,and

dissolution are the main factors controlling the formation and preservation

of pores in deep paction is the major factor destructing

pores,whereas formation overpressure is conducive to the preservation of

original pores,high compositional and medium textural maturity can

enhance the resistance of the formation to compaction and protect primary pores.Early oil charging could lead to temporary cessation of

diagenesis and thus inhibit the destructive impact of cementation on

pores.When organic acids entered reservoir formations,considerable

amounts of secondary pores were formed,leading to the improvement of

petrophysical properties in local parts.When predicting good quality belt in

exploration of deep formations,it is recommended that the superimposing

effects of the multiple factors (overpressure;early oil

charging;compositional and textural maturity;diagenesis) be taken into

consideration.

【期刊名称】《石油勘探与开发》

【年(卷),期】2018(045)002

【总页数】10页(P247-256)

【关键词】渤海湾盆地;饶阳凹陷;断陷盆地;沙河街组;成岩作用;高孔隙带;溶蚀作用

【作 者】金凤鸣;张凯逊;王权;牛新杰;于作刚;白国平;赵璇

【作者单位】中国石油大港油田公司,天津300280;中国地质科学院地质力学研究所,北京100081;中国石油大学(北京)地球科学学院,北京102249;中国石油华北油田公司,河北任丘062552;中国石油华北油田公司,河北任丘062552;中国石油华北油田公司,河北任丘062552;中国石油大学(北京)地球科学学院,北京102249;渤海钻探第二录井公司,河北任丘062552

【正文语种】中 文

【中图分类】TE122.2

0 引言

深层油气勘探面临的一个重要问题是储集层孔隙的发育机理[1-3]。渤海湾盆地饶阳凹陷深层（埋深超过3 500 m，古地温超过100 ℃）仍普遍发育有效储集层，目前亟需阐明储集层成因机制与优质储集层形成与分布控制因素[4-5]。前人针对深层优质砂岩储集层的成因机理取得诸多认识[6-17]，如东营凹陷深层储集层形成过程中，砂岩厚度对于储集层物性有至关重要的影响，而长石等不稳定矿物的溶蚀作用会导致矿物再次分配从而形成微孔，造成渗透率下降，影响储集层物性[6]。在研究优质储集层的成因机理时，不能仅考虑溶蚀作用增加孔隙度、改善储集层物性这一单一因素，应对多种因素及其综合控制效应进行研究。

本文选取饶阳凹陷古近系沙河街组三段现今埋深超过3 500 m、古地温大于100 ℃的砂岩储集层为研究对象，对研究区内25口取心井193件样品进行普通薄片鉴定，精选其中典型样品进行扫描电镜观察、X-射线衍射分析、阴极发光测试与物性测试，基于实验结果，系统分析研究区古近系砂岩成岩作用，揭示深部储集层低孔低渗背景下优质砂岩储集层的形成机理与主控因素。

1 研究区地质概况

位于渤海湾盆地西部的冀中坳陷是中、新生代沉积坳陷。冀中坳陷可划分出12个凹陷和7个凸起。其中，饶阳凹陷位于冀中坳陷中部（见图1），凹陷内普遍发育北北东向大型正断层[18-20]。

饶阳凹陷古近系、新近系和第四系地层发育齐全，且沉积厚度大。钻遇地层自下而上可划分为古近系孔店组、沙河街组、东营组和新近系的馆陶组、明化镇组以及第四系（见图1）。古近系—新近系总体表现为粗—细—粗的旋回特征，其沉积体系下部以湖盆初始形成期的河流相为主；中部以深凹陷期湖相泥质沉积为特征，湖水面积大；而上部地层沉积时期，湖水收缩，以河流或洪积相沉积为主[20-21]。 图1 研究区位置及地层柱状图

2 深层储集层岩石学及储集空间特征

2.1 岩石学特征

饶阳凹陷沙河街组三段砂岩岩性主要为岩屑长石砂岩及长石砂岩，成分成熟度高，而结构成熟度中等。其岩石矿物组成包括石英（含量平均值为46.50%）、长石（含量平均值为38.24%）和少量岩屑（含量平均值为15.26%），粒度以细砂、中砂为主，颗粒之间主要为点—线接触，分选性中等—好，磨圆类型以次圆状为主，多呈孔隙式胶结。填隙物中，杂基含量为1.33%～21.67%（见图2a），平均值为3.23%，成分以黏土矿物为主。胶结物含量变化较大，为1.63%～38.37%，类型以碳酸盐（见图 2b—图 2c）、硅质（石英加大及自形石英，见图2c—图2d）和次生黏土矿物为主。黏土矿物类型以伊利石为主（见图 2d—2f），可见少量伊蒙混层（见图 2g），粒间孔隙内可见高岭石充填（见图 2h），部分样品中可见绿泥石（见图2i）。扫描电镜观察发现部分黏土矿物以环边或薄膜形态发育于颗粒表面，而大部分黏土矿物形态以充填孔隙为主（见图2d—2i）。

研究区沙三段砂岩储集层目前处于中成岩阶段 A期[21-24]，先后经历了压实作用、胶结作用和溶蚀作用的综合改造。

2.2 储集层物性特征

图2 饶阳凹陷古近系沙三段储集层成岩矿物照片（a）留101井，3 697.04 m，假杂基（Pm）及自生伊利石（I），铸体薄片；（b）路43井，3 570.25 m，方解石（C）致密胶结，铸体薄片；（c）留101井，3 695.44 m，石英次生加大（Qv）、白云石（D）及铁白云石（An），铸体薄片；（d）留101井，3

696.64 m，颗粒表面存在绿泥石包壳（Cc），自生石英（Eq），铸体薄片；（e）留101井，3 642.02 m，长石溶孔中发育的丝状伊利石（I），铸体薄片；（f）留107井，3 674.50 m，长石砂岩，伊利石（I），扫描电镜；（g）留498井，3 778.50 m，长石砂岩，伊蒙混层（I/S），扫描电镜；（h）留101井，3

572.50 m，长石砂岩，高岭石（K），扫描电镜；（i）留107井，3 775.50 m，岩屑质长石砂岩，绿泥石（Ch），扫描电镜

岩心样品的物性分析结果表明，饶阳凹陷古近系沙三段砂岩孔隙度与渗透率变化范围较大，总体表现为低孔低渗（孔隙度小于15%），储集层非均质特征显著。孔隙度为15.00%～25.00%的中孔储集层占9.11%，孔隙度为10.00%～15.00%的低孔储集层占55.86%，孔隙度为5.00%～10.00%的特低孔储集层占24.75%，孔隙度小于5%的超低孔储集层占10.13%，总体上以低孔和特低孔储集层为主。渗透率变化范围较大，为（0.01～267.00）×10-3 μm2，平均值为 9.60×10-3

μm2，渗透率为（50.00～500.00）×10-3 μm2的中渗储集层占 3.37%，渗透率为（10～50）×10-3 μm2的低渗储集层占15.84%，渗透率为（1～10）×10-3

μm2的特低渗储集层占 39.30%，小于 1.00×10-3 μm2的超低渗储集层占33.00%，孔渗相关性较好。

2.3 孔隙类型

在饶阳凹陷深层储集层中，可见原生孔隙（见图3a—图 3b）、次生孔隙（见图

3c—图 3g）及少量微裂缝（见图3h）。

次生溶蚀孔隙（长石以及岩屑溶蚀）以粒内溶孔及粒间溶孔为主，此外，还可见少量的填隙物溶解孔隙。研究区粒内和粒间溶孔是主要的储集空间，长石和岩屑的溶蚀是次生孔隙形成的主要因素，可见铸模孔（见图3e）。高孔隙度区域可见沥青充填（见图3i），主要发育于石英次生加大与石英颗粒之间，部分炭质沥青发育于自形石英颗粒表面，该现象为发生两期油气运移或储集的直接证据[21-22]。

图3 饶阳凹陷深层储集层空间特征照片（a）楚22井，4 119.18 m，原生孔隙（PP），孔隙边缘呈棱角状，铸体薄片；（b）留101井，3 643.62 m，残余原生孔隙（Rpp），扫描电镜；（c）留412井，3 397.00 m，长石溶蚀孔隙