渤海湾盆地东营凹陷古近系碎屑岩储层成岩研究

应用大量的钻井取心分析测试、薄片、X-衍射等资料,对渤海湾盆地东营凹陷古近系碎屑岩储层成岩序列和孔隙演化进行了研究。东营凹陷古近系埋深大于3000m的碎屑岩储层可划分为晚成岩A,B,C3期;储层孔隙演化的影响因素包括原始沉积作用、成岩作用、生物扰动和构造作用,其中沉积物性质、温压条件、水介质性质和流动方式又在一定程度上影响了成岩作用的强度。从晚成岩A期到晚成岩C期,有机质成熟过程、粘土矿物转化、烃类与硫酸盐矿物的热化学氧化还原反应等造成的酸性地层水介质,使东营凹陷古近系碎屑岩储层在不同构造部位分别发育3个次生孔隙发育带。这一结论对该区的油气勘探具有指导作用。     

东营凹陷古近系砂岩次生孔隙成因与纵向分布规律

东营凹陷古近系砂岩储集层的次生孔隙主要为不同期次的碳酸盐胶结物溶蚀成因,其次为长石溶蚀产生的次生孔隙,黏土矿物脱水促使这些溶蚀作用发生。早期方解石溶蚀作用为有机质成熟产生的有机酸所致,产生的次生孔隙分布深度较浅;晚期的含铁方解石和含铁白云石溶蚀作用与有机酸脱羧和有机质裂解产生的CO2有关,产生的次生孔隙主要分布于2500m以下深度。图3表1参22     

东营凹陷下第三系碎屑岩储层孔隙演化与次生孔隙成因

通过对铸体薄片、扫描电镜、阴极发光、物性、碳酸盐含量等大量资料研究,认为东营凹陷下第三系储层孔隙经历了由原生到次生的演化过程。在浅于1650m的深度,以原生孔隙为主;在1650～1900m的深度,溶蚀作用相对较弱,形成了溶蚀与原生孔隙并存的混合孔隙段;超过1900m深度以后,溶蚀和胶结作用占主导地位,以次生孔隙为主。在不同地区、不同深度次生孔隙的发育程度不同:北部陡坡带的次生孔隙主要发育于1650～2450m,特别是在2100m次生孔隙的发育程度最高;中央隆起带次生孔隙均从1600m深度以下比较发育,而在1850～2500m深度段最为发育;在南部缓坡带,次生孔隙总体上主要发育于1900～2600m深度段。因此,由北向南次生孔隙发育的深度有增大趋势,但发育程度则明显减弱。次生孔隙的形成主要与碳酸盐、长石的溶蚀以及粘土矿物的脱水作用密切相关,是无机成岩作用和有机热成熟演化产生的CO₂和有机酸溶蚀可溶组分的结果。东营凹陷碎屑岩次生孔隙的分布具有以下规律:在纵向上受控于烃源岩的成熟时间,平面上则受酸性水源区平面位置的控制;次生孔隙的发育程度与砂体所处的沉积相带密切相关,即水下沉积砂体的次生孔隙要比水上沉积砂体的发育;位于断裂带附近砂层中的次生孔隙比较发育。     

东营凹陷古近系碎屑岩成因类型及特征

东营凹陷在古近纪湖盆演化各阶段发育了不同成因类型的碎屑岩储集体，其沉积相主要是冲积扇、河流、近岸水下扇、扇三角洲、深水浊积扇、三角洲、三角洲前缘滑塌浊积扇以及滨浅湖滩坝，岩石类型主要是砾岩、含砾砂岩、中粗砂岩及粉砂岩。不同成因类型的碎屑岩储集体成分成熟度和结构成熟度差异较大，三角洲河口坝及滨浅湖滩坝砂体成分成熟度和结构成熟度最高。不同成因类型储集体的物性特征不同，河流相、(扇)三角洲前线水下分流河道及河口坝砂体储集物性最好，其次为(扇)三角洲前线席状砂及滨浅湖滩坝砂体，近岸水下扇和浊积扇砂体物性相对较差。图4表4参9     

东营凹陷古近系砂岩储集层特征对比

东营凹陷可分为北部陡坡带、中央隆起带和南部缓坡带，由于地质背景有差异，古近系砂岩储集层在不同地区的特征不同：北部陡坡带以近岸水下扇砂砾岩沉积为主，进入晚成岩期的时间早，深度浅，次生孔隙发育中等，主要分布在1650-2450m深度，3200-3500m深度存在第二次生孔隙带，碳酸盐溶蚀和胶结作用在垂向具有分带性；中央隆起带以浊积扇砂岩为主，但由于断裂发育，酸性水活跃，进入晚成岩期的时间也较早，次生孔隙最发育，又分布范围大，1800-3500m深度均发育次生孔隙，碳酸盐胶结弱，储集层物性最好；南部缓坡带以滨浅湖和三角洲沉积为主，进入晚成岩期的时间晚，次生孔隙发育少，北部和中部物性相对差。图4表1参31     

大气淡水在碎屑岩次生孔隙形成中的作用

在水岩反应的基础上,从岩石物性,长石、石英溶蚀形成的次生孔隙以及离子的浓度变化等证据出发,阐明大气淡水在碎屑岩次生孔隙形成中的作用,为深层碎屑岩储层中次生孔隙发育带的预测提供理论依据。实验结果表明,在开放环境中,水溶液变为不饱和,有利于矿物发生溶蚀,在有机质含量高的环境下,长石岩屑会大量溶解,最后长石的溶解速率在酸性区域随pH值增大而减小、在中性区域溶解速率低且受影响小、在碱性区域随pH值增大而增大,而在碱性环境下,石英也能发生溶蚀。     

东营凹陷页岩油储层孔隙演化

东营凹陷古近系沙河街组三段下亚段-沙河街组四段上亚段为一套较低成熟度陆相页岩层系,通过岩石薄片、氩离子抛光扫描电镜观察分析、核磁共振、高压压汞和低温氮气吸附实验,获取了页岩储层孔隙结构及孔隙度等信息,分析了矿物成分和有机质含量对孔隙度及孔径的影响,进一步结合成岩热模拟实验,探讨了主要孔隙类型的演化特征。结果表明：①页岩储层孔隙结构复杂,微米-纳米级储集空间具有保存液态烃类的储集能力,游离相原油主要分布在孔径较大的方解石晶间溶蚀孔隙、重结晶晶间孔、黏土矿物晶间收缩缝等孔隙中。②页岩储层孔隙度及孔径主要受控于架构矿物和有机质的含量;孔隙度与长英质矿物含量、有机质含量均呈线性正相关关系,与碳酸盐矿物含量呈负相关。③埋深2 500~3 500 m是孔隙演化的关键深度段,在此深度区间,有机质生烃排出的有机酸浓度以及压力系数增大区间与孔隙度高值段有良好的对应关系;页岩油储层储集空间的形成几乎都与黏土矿物的成岩演化有关;抗压实能力强的方解石等碳酸盐晶粒形成的架构空间,以及伴随生、排烃过程的溶蚀作用形成碳酸盐晶间和晶内溶蚀孔隙,均增加了储层孔隙度;生烃超压和溶蚀的匹配作用造成3 500~3 800 m出现孔隙度局部增大的现象,孔隙大小、分布及连通性明显变好。     

东营凹陷各构造区带下第三系成岩演化与次生孔隙发育规律研究

在研究东营凹陷各构造区带成岩系列和成岩特征的基础上,分析了各构造区带次生孔隙发育的特征和分布,探讨了影响各区带次生孔隙发育的主要原因,总结了各区带次生孔隙的基本发育规律。认为影响各构造区带次生孔隙发育的共同因素为有机质产生的羧酸和CO₂、粘土矿物转化过程中释放出的H+;各构造区带的其他影响因素不尽相同,北部陡坡带主要与大气水渗流、不整合面和深部地层水上升有关,南部缓坡带则主要与不整合面有关,中央隆起带则与深部地层水上升有关,洼陷带则受异常高压场的控制。     

东营凹陷古近系页岩成岩事件及其对页岩储集空间发育特征的影响

以东营凹陷古近系页岩为研究对象,通过岩心和岩石薄片观察、扫描电镜分析、电子探针分析及碳氧同位素测试等方法,研究页岩成岩事件及其对页岩储集空间发育特征的影响。结果表明:(1)东营凹陷页岩纹层特征显著,矿物岩石类型复杂,碳酸盐矿物尤其是方解石含量普遍较高,有机质含量高,镜质组反射率中等;纹层状泥质灰岩孔隙度相对较高;游离相油主要分布在微孔隙与裂缝中。(2)页岩主体处于中成岩阶段,3 000～3 600 m是孔隙发育演化的关键深度区间,黏土矿物收缩转化、碳酸盐矿物重结晶以及有机质持续生烃、酸性溶蚀等是页岩成岩史中的关键成岩事件,也是页岩成储的重要因素。(3)重结晶可形成解理缝及晶间孔,伴随生排烃过程的溶蚀作用产生碳酸盐矿物内部溶蚀孔,形成有效的储集空间组合,从而增加了储层孔隙度。(4)层理缝并不是严格意义上的裂缝,其发育与超压及超压引起的渗流力有关,当埋深大于3 000 m时,单纯靠流体超压无法克服上覆岩层压力将裂缝撑开,酸性溶蚀、有机质生烃超压及黏土矿物脱水收缩等成岩事件的继承与匹配,形成更易于流体流动的储集空间(组合),从而成为有效的渗流通道和储油空间。     

东营凹陷古近系红层储层成岩作用特征及形成机制

东营凹陷古近系孔店组一段（简称孔一段）-沙河街组四段下亚段（简称沙四下亚段）沉积时期发育了规模巨大的干旱气候条件下形成的红层沉积。综合利用钻井岩心、铸体薄片、物性及黏土矿物资料,并结合盆地埋藏演化史,对储层成岩作用特征及成因机制进行了系统研究。储层具有多重碱性成岩环境和酸性成岩环境作用特征。压实作用中等偏强,热压实效应明显。胶结物类型主要包括碳酸盐、铁碳酸盐、石膏、硬石膏和自生石英等,胶结作用在砂体边缘强,砂体内部较弱,砂体中部胶结物含量由断块下部向断块上部逐渐增加。溶解作用主要为碱性环境下形成的石英溶解和酸性环境下形成的长石、碳酸盐胶结物溶解,溶蚀孔隙含量由砂体边缘向砂体内部逐渐增加,由断块下部向断块上部逐渐降低。交代作用主要为碳酸盐、硫酸盐胶结物交代石英、长石颗粒及石英加大、铁碳酸盐交代碳酸盐。红层储层经历了早期碳酸盐及石膏胶结、早期石英溶解→长石及碳酸盐胶结物溶解、自生石英胶结→晚期碳酸盐及硬石膏胶结、晚期石英溶解→晚期少量碳酸盐胶结物、长石溶解的成岩演化序列。多重碱性及酸性成岩环境交替演化和上升流作用机制控制了储层的发育。     

东营凹陷古近系Paleodictyon遗迹化石的发现及意义

在东营凹陷纯梁地区古近系沙河街组中发现了Paleodictyon遗迹化石,其遗迹组构具有高丰度和低分异度的特征。观察发现,湖相Paleodictyon不仅比海相Paleodictyon的网孔长度和潜穴直径小得多,且网格形态趋于不规则化。通过对遗迹化石的遗迹组构分析,初步推测Paleodictyon形成于与浊流有关的深湖’半深湖环境,这一认识丰富了Paleodictyon遗迹化石的环境意义。     

渤海湾盆地东营凹陷古近系泥页岩孔隙特征及孔隙度演化规律

基于现代实验手段,对渤海湾盆地东营凹陷古近系沙河街组沙三下亚段和沙四上亚段泥页岩孔隙进行观察分析,研究其孔径分布和孔隙度与埋深的变化关系。指出黏土矿物晶间孔、方解石晶间孔、砂质粒间孔、黄铁矿晶间孔和有机孔隙等是东营凹陷古近系泥页岩的主要孔隙类型;泥页岩中纳米级孔隙非常发育,25 nm以下孔隙占孔隙总体积的49.7%~86.3%;并阐明了孔隙度随深度的变化规律。通过对东营凹陷古近系孔隙度演化特征和影响因素的系统研究,建立了泥页岩孔隙演化模式,把东营凹陷古近系泥页岩孔隙演化划分为基本面貌形成阶段、调整改造阶段和结构滞变阶段,深入剖析了各阶段孔隙度演化规律和主控因素,认为第二和第三阶段对页岩油气储集性能的影响最大;指出具有较大的厚度、较高的有机质丰度、黄铁矿较为发育、热硫酸盐还原作用较强是泥页岩储集空间发育的有利条件。     

东营凹陷古近系超高压成因及其特征

东营凹陷古近系存在 3 类超高压地层。根据“综合压实曲线”和“压力正演模拟”,确定欠压实和生烃作用是泥岩超高压的成因。“接触传递”使与超高压泥岩呈接触关系的Ⅰ类砂岩产生超高压,Ⅱ类超高压砂岩则是“连通传递”的结果。沙三中亚段较深井段泥岩发育弱超高压,沙三下亚段压力增强到中超高压,沙四段发育强超高压。泥岩超高压平面上以沉积中心为超高压中心,向盆地边缘超高压强度减弱,呈“环状分布”;浅层砂岩（埋深小于 3 000 m）极少发育超高压,只分布在部分断裂带、不整合面附近,砂岩超高压强度大于泥岩;3 000 m 以下,泥岩超高压强度大于砂岩。     

东营凹陷古近系红层油气来源及勘探潜力分析

利用沉积学和地球化学相结合的研究方法,分析了东营凹陷古近系Es4下、Es4上和Es3下3套烃源岩基本特征及其分布规律。在此基础上进一步研究了红层中已发现原油的物理性质、族组分和生物标志化合物特征,并对红层原油类型进行了划分,通过油源对比,明确了每类原油的来源。研究表明,红层原油的主力油源层不仅仅只有Es4上和Es3下2套烃源岩,以往认识较为薄弱的Es4下烃源岩也做出了较大贡献。综合分析认为,东营凹陷古近系红层具有较大的勘探潜力,为近期增储上产的主要领域。     

东营凹陷古近系烃源岩超压特征及分布规律

统计分析1307口探井实测压力系数和83l口探井使用的钻井液密度数据，发现东营凹陷古近系沙三段、沙四段普遍存在异常超压，超压(压力系数1．1-1．5)主要出现在2100-3500m深度，强超压(压力系数大于1．5)主要出现在2800-3500m深度。东营凹陷沙三段、沙四段主力烃源岩超压平面分布具有北高南低、东高西低的总体特点，超压主要分布在洼陷带、断裂构造带和中央背斜带上。烃源岩压力系数等值线北部陡坡带比较密集，南部缓坡带相对稀疏。生油洼陷中心附近异常高压带的分布与生油洼陷基本一致，洼陷深陷区压力系数很大，向周围斜坡和构造高部位呈辐射状逐渐减小至正常，压力分布带与洼陷、边缘斜坡和构造较高部位的欠压实与压实带发育、分布规律的一致性很好。图3表l参9     

东营凹陷北带古近系中深层异常高孔带类型及特征

异常高孔带类型不同,其成因机制和油气勘探思路也不相同。根据异常高孔隙度储层中原生孔隙和次生孔隙的相对含量,将原生孔隙相对含量大于50% 的异常高孔带定义为原生孔隙型异常高孔带,将次生孔隙相对含量大于50% 的异常高孔带定义为次生孔隙型异常高孔带。东营凹陷北部陡坡带古近系异常流体超压和油气的大量充注等有效保存原生孔隙的地质因素普遍存在,但目前东营凹陷中深层异常高孔带仅被界定为次生孔隙型异常高孔带,其合理性值得商榷。通过对东营凹陷北部陡坡带沙河街组四段和三段中亚段碎屑岩储层的研究,北部陡坡带胜坨地区在2 800~3 300 m和3 300~3 700 m存在2个异常高孔带,其储集空间以原生孔隙为主,原生孔隙含量达到50% ~90%,属原生孔隙型异常高孔带;民丰地区在4 250~4 400 m和4 750~4 900 m存在2个异常高孔带,其储集空间以次生孔隙为主,次生孔隙含量达到60% ~90%,属次生孔隙型异常高孔带。     

东营凹陷古近系砂岩储集层物性控制因素评价

东营凹陷古近系砂岩储集层物性主要受压实、碳酸盐胶结和溶蚀作用、沉积条件控制。根据铸体薄片和阴极发光薄片、扫描电镜、物性、碳酸盐含量等数据，分析了该区储集层物性的控制因素，对各因素的影响大小和程度进行较为定量的评价。结论是：压实作用对孔隙度的影响主要表现在埋藏早期或碳酸盐胶结程度低的阶段，埋深每增加1000m孔隙度降低约6．8％；胶结作用对储集层性质影响较大，碳酸盐含量小于15％时砂岩孔隙度一般大于20％，碳酸盐含量超过15％后，埋深每增加1000m碳酸盐胶结减孔约3％；溶蚀作用对储集层性质改善很大，产生的次生孔隙最大可达20％。溶蚀作用在宏观上受区域构造背景控制，断层较发育的地区溶蚀作用较强，粒度中一细、分选好、杂基少的中、细粒砂岩溶蚀作用最强；沉积条件对物性的影响主要表现在对原生孔隙的发育程度和溶蚀、胶结等成岩作用的控制方面。图4表3参27