砂岩储层致密化及其与油气充...斯盆地延安气田上古生界为例_赵子丹.pdf

第30卷第3期收稿日期：2022-11-02；改回日期：2023-03-31。第一作者：赵子丹，男，1992年生，工程师，硕士，现主要从事油气地质综合研究。E-mail：。通信作者：周进松，男，1979年生，高级工程师，硕士，现主要从事油气田勘探研究。E-mail：。引用格式：赵子丹，乔向阳，周进松，等.砂岩储层致密化及其与油气充注成藏的耦合关系：以鄂尔多斯盆地延安气田上古生界为例J.断块油气田，2023，30（3）：363-371.ZHAO Zidan，QIAO Xiangyang，ZHOU Jinsong，et al.The densification of sandstone reservoir and its coupling relationship with hydrocarboncharging and accumulation：a case study of the Upper Paleozoic in Yanan Gas Field，Ordos BasinJ.Fault-Block Oil&Gas Field，2023，30（3）：363-371.砂岩储层致密化及其与油气充注成藏的耦合关系以鄂尔多斯盆地延安气田上古生界为例赵子丹1，乔向阳1，周进松1，曹斌风2，尹锦涛1，徐云林1，曹军1，杨茜3（1.陕西延长石油（集团）有限责任公司研究院，陕西 西安710065；2.中国科学院地质与地球物理研究所，北京100029；3.延长油田股份有限公司杏子川采油厂，陕西 延安717400）基金项目：国家科技重大专项“延安地区陆相页岩气勘探开发关键技术”（2017ZX05039）；陕西延长石油（集团）有限责任公司揭榜挂帅项目“志丹西-吴起区域储层改造关键技术研究”（ycsy2022jb-A-03）摘要针对鄂尔多斯盆地延安气田上古生界致密砂岩储层，文中采用薄片鉴定、扫描电镜分析及流体包裹体测试等方法，开展储层特征、天然气成藏期次等研究，恢复孔隙度演化过程，讨论了各类砂岩储层致密化与油气充注成藏的耦合关系。研究表明：在早成岩阶段，凝灰质石英砂岩、高塑性岩屑砂岩及钙质胶结砂岩已演变为特低孔岩石，平均孔隙度为8%，不发生烃类充注，之后持续保持致密状态。石英砂岩、低脆性石英砂岩经历了早成岩机械压实、溶蚀及高岭石胶结作用，在第1期烃类充注时，平均孔隙度为23%，随后在石英压溶和胶结作用下孔隙度继续减小；在第2期大量烃类充注时，平均孔隙度为18%，随着烃类不断充注，储层越来越致密。因此，石英砂岩和低脆性石英砂岩储层在早期成藏阶段孔渗条件较好，且至成藏晚期储层致密化过程中仍发生广泛的油气充注，其致密化过程与油气充注成藏的耦合关系为“边成藏边致密化”。关键词岩石相；烃类充注；成岩演化；成藏耦合；上古生界；鄂尔多斯盆地中图分类号：TE122文献标志码：AThe densification of sandstone reservoir and its coupling relationship with hydrocarboncharging and accumulation:a case study of the Upper Paleozoic in Yanan Gas Field,Ordos BasinZHAO Zidan1,QIAO Xiangyang1,ZHOU Jinsong1,CAO Binfeng2,YIN Jintao1,XU Yunlin1,CAO Jun1,YANG Qian3(1.Research Institute of Shaanxi Yanchang Petroleum Co.,Ltd.,Xian 710065,China;2.Institute of Geology and Geophysics,Chinese Academy of Sciences,Beijing 100029,China;3.Xingzichuan Oil Production Plant,Yanchang Oilfield Co.,Ltd.,Yanan 717400,China)Abstract:For the tight sandstone reservoir of Upper Paleozoic in Yanan Gas Field of Ordos Basin,by using many methods suchas thin section identification,scanning electron microscope analysis and fluid inclusion testing,the reservoir characteristics andnatural gas accumulation period are studied,and the porosity evolution process is restored.The coupling relationship betweendensification of each type sandstone reservoir and hydrocarbon charging and accumulation are discussed.The research shows thatin the early diagenetic stage,the tuffaceous quartz sandstone,highly plastic lithic sandstone and calcareous cemented sandstoneevolve into ultra-low porosity rocks,with average porosity of 8%,without hydrocarbon charging,and then continue to maintain atight state.The quartz sandstone and low brittleness quartz sandstone undergo early diagenetic mechanical compaction,dissolution and kaolinite cementation,and the average porosity is 23%during the first stage of hydrocarbon charging.Then thequartz dissolution and cementation continue to reduce theporosity.Duringthesecondstageoflarge-scalehydrocarbon charging,the average porosity is 18%.Withthe continuous hydrocarbon charging,the reservoir isgradually densified.Therefore,the quartz sandstone andlowbrittlenessquartzsandstonehavegoodporosity断块油气田FAULT-BLOCK OIL GAS FIELDdoi:10.6056/dkyqt2023030022023年5月断块油气田2023年5月鄂尔多斯盆地延安气田显示了较好的致密气勘探开发前景，累计探明地质储量近8 000108m3。致密砂岩储层的勘探开发与储层物性密切相关，而储层物性受成岩作用影响较大，成岩作用的不均一性造成储层宏观物性和微观孔隙结构的非均质性，进而影响油气成藏1-6。上古生界致密砂岩埋深大、埋藏史长、成岩过程错综复杂，孔隙度演化和成岩演化紧密联系7-12。近年来，国内外众多学者通过分析砂岩沉积、成岩、孔隙度演化特征，结合埋藏史与成藏期，探讨了砂岩储层致密化与油气充注成藏的耦合关系13-21。但多是从致密化与成藏期关系来分析，缺乏对同一储层不同砂岩类型及骨架矿物成分引起的差异性砂岩储层致密化与油气充注成藏的耦合关系精细研究。为此，本文以鄂尔多斯盆地延安气田上古生界致密砂岩储层为例，通过多种分析测试手段，将不同岩石相成岩演化过程与埋藏史-热演化史、烃类充注过程相结合，准确恢复储层孔隙度演化过程，从而实现砂岩储层致密化与油气充注成藏的耦合关系的定量研究。1研究区概况研究区位于鄂尔多斯盆地陕北斜坡东南部（见图1），区内上古生界地层分布广泛，主力含气层位自下而上依次为石炭系本溪组、二叠系山西组和下石盒子组盒8段。其中：山西组分为山2段和山1段；山2段可进一步分为山23、山22和山21亚段。该区主力烃源岩为本溪组山2段煤层和暗黑色泥岩，生烃潜力大、强度高，具广覆式生烃特点22-23。图1研究区区域位置Fig.1Regional location of the study area2储层岩石相特征本研究通过岩心观察、显微薄片鉴定、孔隙结构和物性分析等方法，依据岩心、微观岩石组构、成岩作用及物性特征差异24，将储层划分为石英砂岩、低脆性石英砂岩、凝灰质石英砂岩、高塑性岩屑砂岩及钙质胶结砂岩等5种岩石相。不同岩石相刚性碎屑颗粒含量、塑性颗粒含量、碳酸盐胶结物含量、凝灰质杂基含量、粒径和物性等存在差异（见图2。图中N为样品数）。其中：本溪组和山23亚段的岩石相类型相似，主要发育石英砂岩、凝灰质石英砂岩及钙质胶结砂岩；山22亚段山1段主要发育低脆性石英砂岩、高塑性岩屑砂岩及钙质胶结砂岩；石盒子组主要发育石英砂岩、低脆性石英砂岩、高塑性岩屑砂岩及钙质胶结砂岩。1）石英砂岩岩石相。碎屑单晶石英质量分数为83.0%，不含碎屑长石和岩屑，燧石质量分数为1.1%，铁白云石质量分数为2.4%，个别样品见少量方解石，自生石英质量分数为8.0%，高岭石质量分数为2.0%，不发育绿泥石、伊利石。石英砂岩粒径主要为0.301.05 mm，中粗粒。该岩石相发育原生粒间孔，孔隙度为7.4%，渗透率为1.87210-3m2，孔喉半径主要为0.2532.625 m，中细喉道。2）凝灰质石英砂岩岩石相。单晶石英颗粒质量分数为76%，不含长石，燧石质量分数为3%，凝灰质杂基质量分数为13%，铁白云石质量分数为1%，零星发育自生石英，高岭石质量分数为4%。粒径主要为0.150.45 mm，中细粒。该岩石相不发育薄片状孔隙，孔喉半径主要为0.0120.054 m，微喉道。3）低脆性石英砂岩岩石相。单晶石英颗粒质量分数为74%，燧石质量分数为1%，少量方解石和铁白云石发育，自生石英质量分数仅4%，高岭石质量分数为2%，绿泥石微量发育，伊利石质量分数为3%。粒径主要为0.31.0 mm，中粗粒。该岩石相不发育原生粒间孔隙，孔喉半径主要为0.0600.461 m，微喉道。4）高塑性岩屑砂岩岩石相。单晶石英质量分数为50%，斜长石质量分数为1%，钾长石质量分数为1%，浅变质岩岩屑质量分数为24%，火成岩质量分数为1%，白云母质量分数为1%，燧石质量分数为2%，黏土杂基质量分数为12%，零星发育方解石、铁白云石，自生石英不发育，伊利石质量分数为3%，见零星高and permeability conditions in early accumulation stage,and extensive oil and gas charging can still occur in the process ofreservoir densification until the late accumulation stage,and the coupling relationship between the densification process andhydrocarbon charging is densification while hydrocarbon accumulation.Key words:lithofacies;hydrocarbo