碎屑岩天然气储集层次生孔隙的三种成因机理

碎屑岩天然气储集层次生孔隙的
三种成因机理
陈丽华(1) 赵澄林(2) 纪友亮(2) 王雪松(1)
(1)中国石油天然气集团公司石油勘探开发科学研究院　(2)石油大学
前 言
我国碎屑岩天然气储集层分布广泛,涉及的地层有石炭系、二叠系、三叠系、侏罗系、白垩系、第三系及第四系。

碎屑岩储气层以上古生界和中、新生界为主,仅少数为第四系生物气储集层。

碎屑岩天然气储集层有如下特点:①砂体类型多样,有三角洲、扇三角洲、浅水滩坝、湖底扇等;②较低的成分及结构成熟度,岩石类型以岩屑及长石砂岩为主;③填隙物对储集性能有影响,主要胶结物为CaC O3、SiO2、粘土、沸石;④成气与成岩作用有良好匹配关系,储气层成岩阶段多属晚成岩A2、B、C期,少量为早成岩A期;⑤孔隙类型以次生孔隙为主,少数为原生孔隙;⑥储集性能多数属低孔低渗、特低孔特低渗,孔隙度为10%～20%,渗透率小于10×10-3μm2。

次生孔隙形成机理
我国碎屑岩天然气储集层次生孔隙大致有3种形成机理。

1　煤系天然气储集层———有机酸及二氧化碳酸性水的溶解
以煤系地层为气源岩的天然气储集层,主要分布于鄂尔多斯盆地中部气田、文留气田、苏桥气田(以C—P煤系为气源岩)、吐哈盆地(以侏罗系煤系为气源岩)、崖1321气田(以第三系煤系为气源岩)。

其基本特点为:①低孔低渗(少数中孔中渗),孔大喉细,压实作用强,碳酸盐胶结物少,岩屑砂岩物性差。

由于这类储气层中存在有机酸及二氧化碳酸性水的溶解作用,加之产轻质油及气,所以仍有较高产能。

②有较好产能的煤系优质储集层必须具有有利的沉积相类型、粒度粗、抗压实强。

③处于晚成岩A2、B、C期成岩阶段。

④在酸性水介质条件下,自生矿物组合是石英次生加大以及高岭石发育。

⑤处于晚成岩A期的煤系地层有机酸浓度高,1g煤中的有机酸可达11～95mg/g(酸性水致使有机酸浓度高),长石硅酸盐不稳定矿物溶解是产生次生孔隙的原因。

如鄂尔多斯盆地上古生界石炭2二叠系天然气储集层的气源岩为中石炭统、上石炭统及下二叠统山西组的煤系地层,主要产气层段为山西组山1、山2段,下石盒子组盒7、盒8段。

主要产气层有以下特点:①属湖泊三角洲中的三角洲平原及三角洲前缘沉积;②以岩屑砂岩为主,还有少量石英砂岩,岩石成分成熟度低,岩屑以中酸性火山岩岩屑为主;③高岭石富集,还有伊利石、绿泥石、伊/蒙混层粘土,具有煤系地层粘土矿物组合特征,石英次生加大发育;④孔隙类型以次生溶孔及微缝为主,孔隙度多小于10%,以4%～8%为主,渗透率多小于1×10-3μm2,孔喉半径小,平均为4.94μm,属典型的致密储集层;⑤处于晚成岩A2、B、C期成岩阶段,有机质进入成熟、高成熟阶段,以产气为主。

此成岩阶段的煤系烃源岩正值排气时期,由于酸性水溶解产生的次生溶孔及微缝的存在改善了碎屑岩储气层的储、渗性能,有利于天然气的聚集,上覆地层上石盒子组及石千峰组泥岩发育,成为很好的盖层。

2　东部深层天然气储集层———热循环对流
东部深层油气藏位于3500m或4000m以下,是我国油气勘探的新领域。

如渤海湾地区孔店组、沙四段、东濮凹陷沙三段盐岩盖层之下的油气藏;其岩石类型包括砾岩、砂岩、粉砂岩、粘土岩、火山碎屑岩(济阳坳陷、辽河坳陷)、粉—细砂岩(东营凹陷),成分和结构成熟度均较低;其沉积相有湖泊相、三角洲相、浊积相(东濮凹陷深层)、扇三角洲相(辽河坳陷深层)、冲积平原分流河道相(松辽盆地深层)。

研究发现,东部深层碎屑岩中热循环对流是产生次生孔隙的主要原因。

(1)流体的流动方式及次生孔隙的分布
成岩流体的流动方式与次生孔隙的分布有关,常见的流动方式有下降流、上升流和热循环对流。

下降流主要指大气降水通过渗透性单元向下流动,特别在
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石　油　勘　探　与　开　发
1999年10月 PETRO LE UM EXP LORATI ON AND DE VE LOP ME NT V ol.26　N o.5
地形起伏较大地区,此种流动可在浅部岩层中形成淋
滤次生孔隙发育带。

上升流指地层流体从盆地凹陷负向构造单元部位向上或向外侧运移,其动力主要来自压实作用、粘土矿物脱水及流体的膨胀作用,主要发生在盆地的中—浅部位。

流体的热循环对流通称贝纳德2雷利热循环对流,是最有说服力的一种深部地层中搬运溶解物质机制。

借鉴这一理论(W ood 和Surdam ,1978,1982)用来解释东部深部次生孔隙发育带的形成已见效果。

有许多证据表明,在我国东部深层碎屑岩储集层中确实存在热循环对流,并且在深部产生了次生孔隙发育带,形成了成岩圈闭。

(2)成岩圈闭形成机理及实例
深层储集层中,由于超压带和封闭性断层的存在以及压实流体和粘土矿物脱水的消耗,使储集层中上升流的流动趋于终止。

而在地层倾角较大的部位,如负向构造单元向正向构造单元过渡的部位和盆地的斜坡带,流体的流动以热循环对流方式为主,造成构造翼部碳酸盐胶结物被携至构造顶部发生沉淀,形成致密带或遮挡层,从而形成深层成岩圈闭。

深层成岩圈闭的这种分布规律已被东濮凹陷、济阳坳陷的天然气勘探所证实。

例如,白庙沙三段第3～4亚段成岩圈闭位于白庙构造的翼部,白庙构造为依附于兰聊断层上的半背斜,并被兰聊断阶派生的断层所切割
(见图1),圈
图1　白庙构造成岩圈闭剖面图
闭面积30km 2,储集层由湖底扇辫状水道砂、中扇前缘
砂组成,砂体宽度为50～150m 。

砂岩中的石英含量平均为60%左右,长石含量20%左右,岩屑含量20%左右。

由于高含量的岩屑、长石易被酸性流体溶解,因此次生孔隙发育。

储集层的储集物性横向变化大,平面上含气不均匀。

构造翼部次生溶孔发育,物性好,构造顶部或地层上倾方向岩性致密,胶结物含量高,物性差,构成致密胶结带,形成上倾方向遮挡层。

例如钻于构造翼部的白16井3889.18～3941.84m 井段溶蚀特征明显,被溶物有长石颗粒及碳酸盐胶结物,其最高孔
隙度可达15.1%,渗透率达72.9×10-3μm 2;而钻于构
造顶部的白22井3453～3558.01m 井段,其(铁)方解石胶结物含量为27%,(铁)白云石胶结物含量为3%,孔
隙度5%,渗透率只有0.01×10-3μm 2。

值得指出的是,方解石具有反向溶解性(溶解度与温度呈反比关系),而石英具有正向溶解性,因此,循环流体使石英从热源带迁移到冷域,而方解石则从冷域迁移至热域。

最终的效应是,在石英向上运移的同时也会发生方解石向下运移,因此构造顶部或上倾方向的岩性致密也可以是由于石英胶结所致。

3　碎屑岩风化壳天然气储集层———表生淋滤及断裂带淋滤
东濮凹陷下第三系的沉积基岩为中生界碎屑岩、石炭2二叠系碎屑岩和奥陶系灰岩,这些基岩在凹陷的东西两侧及中央隆起带部位构成潜山。

在下第三系沉积前,基岩长期遭受淋滤、风化及构造运动,形成较有利的风化壳储集层;下第三系沉积之后的东营运动使本区地层普遍遭受风化、剥蚀,在西部斜坡带及中央隆起带部位,已经历早成岩阶段的半固结成岩的碎屑岩经受短期的淋滤,也形成新生界内部的碎屑岩风化壳储集层。

根据潜山风化壳与基岩构造的关系,东濮凹陷可划分为8个风化壳潜山带(长垣潜山带、徐集2马厂潜山带、三春集潜山带、东明集潜山带、毛岗2高庄集潜山带、龙王庄潜山带、中央隆起潜山带、胡状集2庆祖集潜山带),按其成因和构造形态可分为3种潜山风化壳类型,即残丘型、断块2侵蚀型和断块型。

黄河南以断块2侵蚀型为主,黄河北以断块型为主。

(1)中生界碎屑岩风化壳特征东濮凹陷于范古1井、胡古1井、濮深1井、卫7929井(文明寨、卫城、胡状集)钻遇中生界碎屑岩风化壳,岩性为:红色泥岩、致密泥质粉砂岩、粉砂质泥岩及砂岩,属浅水重力流的水道及水道间沉积。

岩石成分成熟度低,高岭石多,溶孔(长石溶解)发育。

风化淋滤痕迹包括:铁质浸染,黄铁矿褐铁矿化,褐铁矿氧化膜,泥岩裂缝中见钙质结核,高岭石发育,溶蚀发育,裂缝、溶洞及溶孔发育。

卫7929井沙四段风化壳获商业气流,3358.1～3431m 井段日产气3.5×104～4×104m 3;3562～3588m 井段中生界红层日产气1×104m 3。

(2)新生界碎屑岩风化壳特征
新生界风化壳层位为沙四段—孔店组和少量沙三段,岩性主要是红色砂岩、泥岩互层。

沙四段沉积期西部斜坡带为洪水—漫湖环境;沙三段沉积期西部斜坡带及中央隆起带发育扇三角洲和湖底扇。

第三纪末东营运动使下第三系形成剥蚀风化壳,西部斜坡及中央隆起带受淋滤溶蚀,形成大量次生孔隙及淋滤,上第三系馆陶组覆盖在早期风化壳之上。

下第三系风化壳储
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石油勘探与开发・综合 V ol.26　N o.5　
集层气源来自下第三系泥岩,通过断层与风化壳接触,
可形成新生古储、自生自储的油气藏。

(3)中、新生界碎屑岩风化壳气藏成藏条件
①有利的储集空间　储集空间类型多,有孔、洞、缝,储集物性好,为形成气藏准备了有利的储集条件。

②油气来源多,供气量充足　奥陶系碳酸盐岩和石炭2二叠系含煤地层均为良好的油气源岩。

奥陶系有机碳含量为0.17%～0.29%,母质类型属Ⅱ型干酪根,且大部分地区进入生气演化阶段;石炭2二叠系暗色泥岩厚约120～140m,煤层厚15～20m,基本上进入了生气阶段,生气强度达10×103～50×103m3/km2。

另外,卫城西侧的卫西断层下降盘的沙三段烃源岩直接与中生界风化壳储集层接触,亦可作为气源岩。

③良好的接触关系和运移通道　东濮凹陷内有3种(油)气源岩,即奥陶系碳酸盐岩、石炭2二叠系煤系地层和下第三系暗色泥岩,这些源岩可通过断层直接与风化壳储集层接触,所生成的天然气既可以通过断层作纵向运移,形成古生新储或自生自储(油)气藏,也可以沿不整合面作侧向运移,形成自生自储为主的(油)气藏。

在中、新生界风化壳中已见到油气显示或电测(气测)解释有油气层,应在这些地区加强勘探。

结 论
碎屑岩天然气储集层次生孔隙的形成有3种机理:①有机酸及二氧化碳酸性水的溶解,主要分布在煤系天然气储集层中;②深部地层热循环对流形成局部次生孔隙;③不整合面上的表生作用和断裂带附近的淋滤作用形成风化壳次生孔隙。

本文研究为天然气储集层有利孔隙段及有利孔隙带分布的预测提供了基础。

参　考　文　献
1　纪友亮(编译).深部碎屑岩储集层孔隙演化的两个模式.世界石油科学,1990,(3).
2　应凤祥.我国陆相碎屑岩中的自生矿物.见:中国油气储集层研究论文集.北京:石油工业出版社,1993.
3　赵澄林,刘孟慧.东濮凹陷下第三系碎屑岩沉积体系和成岩作用.北京:石油工业出版社,1994.
第一作者简介　陈丽华,女,56岁,教授级高级工程师,大学本科学历,现从事石油地质研究及管理工作。

地址:北京910信箱科研管理处,邮政编码100083。

收稿日期　1998209229
(编辑　邹冬平)
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1999年10月 陈丽华等:碎屑岩天然气储集层次生孔隙的三种成因机理
段和体系域的识别方法。

在此基础上识别出54个地层超覆圈闭和3套烃源层、4套储集层和3套盖层,进一步综合研究认为,安达—肇州背斜带是最有利的勘探区带。

在该区带共钻探井14口,均有良好显示,取得了良好的勘探效果。

图1表1参10(邹冬平摘)主题词　层序地层学　断陷盆地　陆相　松辽盆地
TE111.319990523淮南地区风暴岩特征及其沉积环境[刊]/周进高,赵宗举...∥石油勘探与开发.21999,26(5).273～76安徽淮南地区上元古界至下古生界海相建造赋存有大量的风暴沉积,分布层位为:青白口系刘老碑组,下震旦统寿县组、九里桥组,下寒武统馒头组的中上部;主要产于海侵体系域和高水位体系域中。

经研究,本区风暴岩包括原地、近源和远源三种风暴岩类型,可识别出十种剖面结构。

主要依据风暴岩的底面构造形态、流水构造及剖面层序特征,着重探讨了各种剖面结构类型的产出环境、水动力条件及其沉积模式,认为由潮坪向陆棚,风暴流具有由风暴潮流(旋涡流)→风暴回流(碎屑流与摆动浪兼具)→风暴浊流发展的规律。

图4参7(邹冬平摘)
主题词　风暴沉积　沉积环境　沉积特征　层序地层学　安徽
TE112.2119990524碎屑岩天然气储集层次生孔隙的三种成因机理[刊]/陈丽华,赵澄林...∥石油勘探与开发.21999,26(5).2 77～79
我国碎屑岩天然气储集层分布广泛,其储集性能多属低孔低渗、特低孔特低渗,储集物性差;孔隙类型以次生孔隙为主。

从实例出发,论述其次生孔隙的三种形成机制:有机酸及二氧化碳酸性水的溶解,这种机制形成的次生孔隙主要分布在煤系天然气储集层中;深部地层热循环对流形成局部次生孔隙,主要见于我国东部深层碎屑岩中;古风化壳的表生淋滤和断裂带附近的淋滤作用形成次生孔隙。

研究结果为天然气储集层有利孔隙段及有利孔隙带的预测打下了基础。

图1参3(邹冬平摘)
主题词　碎屑岩　天然气　储集层　次生孔隙　成因　机理
P631.445.919990525应用测井约束地震反演技术描述桩106断块储集层[刊]/刘磊,邢正岩...∥石油勘探与开发.21999,26 (5).280～82
桩106断块位于济阳坳陷埕东凸起北部缓坡带,是胜利油田近几年滚动勘探开发效果较好的产能建设区块。

该区属多期分流河窄道沉积,厚度薄,油层虽较单一,但成藏主要受岩性控制,因此勘探难度高,开发风险大。

测井约束地震反演用已知的地质信息和测井资料建立初始的波阻抗模型,然后采用模型优选迭代算法不断修改和更新波阻抗模型,使正演的合成地震记录与实际的地震记录达到最佳吻合,最终的模型便是反演的结果。

针对桩106断块的储集层发育情况,建立了一套适合本区特点的处理流程,包括测井资料的分析校正、地震子波的提取、控制层位的解释、初始波阻抗模型的建立、反演参数的选取等5个技术环节。

采用此方法精细描述储集层的空间展布,并与其它优化技术相结合,按照滚动程序高速高效勘探开发桩106断块,取得了较好的勘探开发效果。

图3参2 (邹冬平摘)
主题词　河流相　砂岩体　测井数据　地震数据　反演　老河口油田
・应力场研究・
P554　TE34419990526松辽盆地南部构造裂缝成因机制及分布方向[刊]/刘子良,梁春秀∥石油勘探与开发.21999,26(5).283～85松辽盆地南部主要油田类型是裂缝型低渗透砂岩油田,其储量占该地区已探明未开发总储量的75%。

预测对这类油田注水开发有影响的天然裂缝分布,直接影响油田开发部署和开发效果。

分析构造裂缝形成机制,认为主要储集层(扶余、杨大城子和高台子油层)在嫩江组沉积末期之后才成岩,裂缝的发育与登娄库组至姚家组沉积期间发育并控制沉积的生长断层没有明显关系,盆地南部中白垩统的裂缝是在大安组沉积之前太平洋板块向西俯冲波及松辽盆地导致的强烈挤压2剪切应力作用下形成的。

通过现今构造应力场分析、岩心地下归位、地层倾角测井及动态资料等方面的研究,综合分析裂缝方向,结果表明,存在两组张裂缝和两组共轭剪裂缝:一组为近东西向横张裂缝,一组为近南北向纵张裂缝;两组剪裂缝的方位角为35°～60°和120°～150°。

对油田注水开发有影响的为其中近东西向的横张裂缝。

图4参7(王孝陵摘)
主题词　松辽盆地　吉林油田　砂岩　低渗透储集层　构造应力　裂缝方位　分布　形成　机理　注水
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[ 石油勘探与开发・中文摘要 V ol.26　N o.5　
strategy to enhance the economic benefit.By doing s o we can decide on the best FDP am ong various reas onable candidates and av oid any economic loss arising from a technology2dominated FDP.I t is pointed out in the present paper that,in the market economy environment, economic benefit is the starting point and the g oal of all technical activities,which should be the principle and approach for w orking out FDP(including reserv oir engineering,production engineering and sur face facilities etc.)in overseas cooperation.This approach is als o meaning ful for FDP design of domestic oil fields.Subject heading: External cooperation,Development project,Petroleum industry economy,Investment,Economic benefit
F ault b asin sequence stratigraphy in eastern p art of Songliao b asin. Hu,Y ushuang;et al.(Daqing Petroleum Institute,Heilongjiang 151400,P.R.China).Shiyou Kantan Yu Kaifa1999,26(5),70272. Based on the sequence stratigraphy study of the faulted basins in eastern S ongliao,discriminating methods for the key elements of continental sequence stratigraphy,parasequence,parasequence sets and sequence boundary,are discussed in detail.The strata of S ongliao fault basins are divided into3supersequences and11sequences through correlation between the well sequences and the seismic sequences,and a sequence stratigraphic framew ork for the area is established as well.In addition the characteristics of condensed continental sequence stratigraphic section and systems tract and their identification methods are discussed. Based upon this,54stratigraphically overlapping traps,3sets of hydrocarbon s ource rocks,4sets of reserv oir beds and3sets of cap rocks are identified,and further com prehensive study recognizes that Anda2Zhaozhou anticlinal belt is the m ost fav orable belt for oil and gas exploration.14wells with g ood oil and gas shows are drilled in this belt,indicating a g ood explorational result is obtained.Subject heading:Sequence stratigraphics,Faulted basin,C ontinental facies, S ongliao basin
Upper Proterozoic2Low er P aleozoic tempestites ch aracters and their environmental significance to H u ainan region of Anhui.Zhou,Jingao;et al.(Hangzhou Institute of Petroleum G eology,Zhejiang 310023,P.R.China).Shiyou Kantan Yu Kaifa1999,26(5),73276. There are many tem pestites in Upper Proterozoic2Lower Paleozoic of Huainan region of Anhui.They exist in the Liulaobei F ormation, Shouxian F ormation,Jiuliqiao F ormation and Mantou F ormation and often distribute in highstand system tract(HST)and transgressive system tract(TST).The m ost of tem pestites concerning in this paper are first reported.According to our research,the tem pestites include3types of autochthonous,proximal and distal rock and can be classified into10 types of sectional texture.On the bases of the characters of basement structure,flooding structure and sectional textures,we mainly analyse the relations between the emerging environments,hydrodynamics condition and sedimentary m odel with various sectional textures, suggesting that the storm current w ould be from storm tidal current to storm rip current and then to storm turbidity current when it m ove from tidal flat to shelf.Subject heading:T em pestite,Sedimentary environment,Depositional feature,Sequence stratigraphics,Anhui
Three form ation mech anisms of second ary porosity in clastic gas reservoir rocks.Chen,Lihua;et al.(Research Institute of Petroleum Exploration and Development,C NPC,Beijing100083,P.R.China). Shiyou Kantan Yu Kaifa1999,26(5),77279.Clastic gas reserv oir beds are widely spread in our country,m ost of them are characterized by low porosity,low permeability or ultra2low porosity and ultra2low permeability,in ferior reserv oir properties;and secondary porosity is the main porosity type.3formation mechanisms of secondary porosity are discussed in this paper:①The diss olution of organic acids and C O2 acidic water.The secondary porosity formed by this mechanism distributes mainly in coaliferous gas reserv oir beds;②Local secondary porosity formed by a cyclic convection of heat in deep strata;this secondary porosity appear mainly in deep clastic rocks in the eastern part of China and③Secondary porosity formed by leaching in sur face leaching and faulting belts are near to a weathered paleocrust.Result of study gives a basis for prediction of fav orable porous zones and fav orable porous belts in gas reserv oir beds.Subject heading:Clastic rock,
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V ol.26　N o.5 ABSTRACT 。