（地质学专业论文）大牛地气田致密砂岩储层成因及评价研究.pdf

中图分类号：t e l 2 1 3 寸闺石油六学 单位代码：1 0 4 2 5 学号：s 0 7 0 1 0 1 0 0 硕士学位论文 c h i n au n i v e r s i t yo fp e t r o l e u mm a s t e rd e g r e et h e s i s 大牛地气田致密砂岩储层成因 及评价研究 a s t u d yo nt h eg e n e s i sa n de v a l u a t i o no ft i g h ts a n d r e s e r v q ) i r 。d a n i u d ig a s f i e l d r e s eo i ri ni 学科专业：地质学 研究方向：储层地质学及沉积盆地流体矿产 作者姓名：王光强 指导教师：邱隆伟( 教授) 二。一。年五月 a s t u d yo nt h eg e n e s i sa n de v a l u a t i o no ft i g h ts a n d r e s e r v o i r d a n i u d ig a s f i e l d r e s eo l ri n 1r a s l l e l d at h e s i ss u b m i t t e df o rt h ed e g r e eo fm a s t e r c a n d i d a t e ：w a n gg u a n g q i a n g s u p e r v i s o r ：p r o f q i ul o n g w e i c o l l e g eo f g e o r e s o u r c e sa n di n f o r m a t i o n c h i n a u n i v e r s i t yo fp e t r o l e u m ( e a s t c h i n a ) 06舢9洲7 7m7，iiiil洲y 关于学位论文的独创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在指导教师指导下独立进行研究工作所取得的 成果，论文中有关资料和数据是实事求是的。尽我所知，除文中已经加以标注和致谢外， 本论文不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含本人或他人为获得中国石油 大学( 华东) 或其它教育机构的学位或学历证书而使用过的材料。与我一同工作的同志 对研究所做的任何贡献均已在论文中作出了明确的说明。 若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。 学位论文作者签名： 日期：坷p 年月 学位论文使用授权书 7 日 本人完全同意中国石油大学( 华东) 有权使用本学位论文( 包括但不限于其印 刷版和电子版) ，使用方式包括但不限于：保留学位论文，按规定向国家有关部门( 机 构) 送交学位论文，以学术交流为目的赠送和交换学位论文，允许学位论文被查阅、 借阅和复印，将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，采用影印、 缩印或其他复制手段保存学位论文。 保密学位论文在解密后的使用授权同上。 学位论文作者签 指导教师签名： 日期：歹o o 年 日期：劾年 日 日 7， 、，7 月 月 6 以现代沉积学理论 分析化验等资料， 对石炭系一二叠系地层的储层特征、有效储层控制因素及储层评价进行了全面系统的研 究。 工区沉积背景为辫状河三角洲沉积，微相类型有辫状河三角洲平原和辨状河三角洲 前缘沉积。研究认为储层类型主要为碎屑岩，包括砾岩、砂砾岩及砂岩等，表现为较高 的成份成熟度和较低结构成熟度。储层成岩阶段可划分为早成岩b 期、中成岩a 。、a ：亚 期和中成岩b 期，主要发育压实作用、胶结及交代作用、自生粘土矿物胶结、溶解作用 等成岩事件。储集空间按成因分为原生孔隙、次生孔隙和裂缝，其中以次生孔隙为主。 随深度增加，原生孔隙减少，次生孔隙及裂缝增加，纵向上主要发育两个次生孔隙发育 带。微裂缝一方面使砂岩中的各种孔隙连通，提高了砂岩的储集性能，另一方面充当了 流体运移的输导管的作用。 石炭一二叠系储层孔隙结构主要为中小孔一微喉型，属低孔特低渗储层。储层物性宏 观上受构造作用的控制；纵向上，主要受成岩作用的影响；平面上，主要受沉积作用影 响。压实作用强，杂基含量高的储层，岩石较致密、储层物性较差，反之，储层物性较 好。在储层物性主控因素研究的基础上，建立了储层评价分类标准并将研究区储层整体 分为四类，其中i 和i i 类储层为有效储层。结果表明，有利储层多集中分布在工区的中 部和西南部地区，沉积环境以辫状河三角洲前缘为主，砂体类型主要为水下分流河道砂 体，岩石类型多以粗粒到中粒的石英砂岩、岩屑石英砂岩为主。 关键词：鄂尔多斯盆地，大牛地气田，成岩作用，控制因素，储层评价 a s t u d y o nt h eg e n e s i sa n de v a l u a t i o no ft i g h ts a n d r e s e r v o i ri nd a n i u d ig a s f i e l d w a n gg u a n g q i a n g ( g e o l o g y ) d i r e c t e db yp r o f q i ul o n g w e i a b s t r a c t t h er e s e a r c h e so nr e s e r v o i ro fd a n i u d ig a s f i e l do fo r d o sb a s i na r en o ts y s t e m a t i c b yt h e t h e o r yo fp r e s e n t s e d i m e n t a t i o na n dr e s e r v o i rg e o l o g y , b a s e do nt h ec o m p r e h e n s i v e a p p l i c a t i o n o fc o r e ，w e l l l o g g i n g ，l o g g i n g ，p r o d u c t i o n t e s t i n g ，a n da n a l y t i c d a t a ，t h e s e d i m e n t a t i o nc h a r a c t e r i s t i c s ，r e s e r v o i rc h a r a c t e r i s t i c s ，c o n t r o l l i n gf a c t o r sa n de v a l u a t i o no f e f f e c t i v er e s e r v o i r so fc a r b o n i f e r o u s p e r m i a nf o r m a t i o nw e r es y s t e m a t i c a l l ys t u d i e d t h ed e p o s i t i o n a ls e t t i n go fd a n i u d ig a s f i e l di sb r a i dr i v e rd e l t as e d i m e n ts y s t e m s ，t y p e s o fm i c r o f a c i e si n c l u d eb r a i dr i v e rd e l t ap l a i na n df r o n td e p o s i t i o n t h er e s u l t ss h o wt h a tt h e r e s e r v o i r sm a i n l yi se l a s t i ca n dc o n s i s to fc o n g l o m e r a t e ，g l u t e n i t ea n ds a n d s t o n e t h er e s e r v o i r h a sh i g hc o m p o s i t i o n a lm a t u r i t ya n dl o wt e x t u r em a t u r i t y t h ed i a g e n e t i cs t a g eo fr e s e r v o i r s i sd i v i d e di n t oe a r l yd i a g e n e t i cs t a g eb ，m i d d l ed i a g e n e t i cs u b s t a g ea 1a n da 2a n dm i d d l e d i a g e n e t i c s t a g eb ，m a i n l y d e v e l o p e dc o m p a c t i o n ，c e m e n t a t i o n ，m e t a s o m a s i s a n d d i s s o l u t i o n t h ep o r eo fr e s e r v o i ri sd i v i d e di n t op r i m a r yp o r e ，s e c o n d a r yp o r ea n df r a c t u r eb y o r i g i n ，t h em o s t l yi ss e c o n d a r yp o r e f o l l o w i n gd e p t hi n c r e a s i n gp r i m a r yp o r e s d e c r e a s e w h e r e a ss e c o n d a r yp o r e sa n df r a c t u r e si n c r e a s ea n dd e v e l o p e dt w os e c o n d a r yp o r e sz o n e si n v e r t i c a l l y m i c r - f r a c t u r e so n o n eh a n d m a k et h ep o r e sc o n n e c ti m p r o v et h er e s e r v o i rq u a l i t yo ft h e s a n d s t o n e s o nt h eo t h e rh a n d ，a c ta st h er o l et h a tt r a n s p o r t i n gf l u i dm e d i u m p o r o s i t ya n dp e r m e a b i l i t yo fc a r b o n i f e r o u s p e r m i a nr e s e r v o i ri sl o wa n dp o r et e x t u r ei s m i d m i c r o b o r e m i c r o t h r o a t t h ec o n t r o l l i n gf a c t o r so fp h y s i c a lp r o p e r t yo fr e s e r v o i r i n m a c r o s c o p i ci st e c t o n i s m ，o nv e r t i c a l l yi sd i a g e n e s i sa n do np l a n e i ss e d i m e n t a t i o n h i g h c o m p a c t i o na n da r g i l l a c e o u s c o n t e n tm a d er e s e r v o i rb e c a m em o r et i g h ta n dh a sap o o rp h y s i c a l p r o p e r t y , o t h e r w i s e ，h a sag o o dp h y s i c a lp r o p e r t y c o n s i d e r i n gt h e s ec o n t r o l l i n gf a c t o r s ，t h e e v a l u t i o n s t a n d a r do fr e s e r v o i ri se s t a b l i s h e da n dc l a s s i f i e di n t of o u rc a t e g o r i e s ，o fw h i c h ，ia n d i ii s e f i e c t i v er e s e r v o i r s t h er e s u l ti n d i c a t et h a tt h ee f f e c t i v er e s e r v o i r sc o n c e n t r a t ei nt h ec e n t r a l a n ds o u t h w e s to fd a n i u d ig a s f i e l d t h es e d i m e n t a t i o no fe f f e c t i v er e s e r v o i r sm a i n l yi s b r a i d r i v e rd e l t af r o n ta n ds a n db o d ym o s t l yi ss u b a q u e o u sd i s t r i b u t a r yc h a n n e l r e s e r v o i rm a i n l yi s s i l i c a r e n i t ea n dl i t h i cs i l i c a r e n i t ew i t hm a c r o g r a i na n dm e s o g r a i n k e y w o r d s ：o r d o sb a s i n ，d a n i u d ig a s f i e l d ，d i a g e n e s i s ，c o n t r o l l i n gf a c t o r , r e s e r v o i re v a l u a t i o n 1 1 目录 第一章前言。1 1 1 研究目的及研究意义一1 1 2 工区研究现状及存在问题2 1 2 1 工区研究现状2 1 2 2 存在主要问题3 1 3 研究内容、研究方法及技术路线3 1 3 1 研究内容3 1 3 2 研究方法及技术路线5 1 4 完成的工作量及主要成果认识。6 1 4 1 完成的主要工作量6 1 4 2 主要成果认识7 第二章区域地质概况9 2 1 区域构造概况9 2 2 地层发育情况。9 2 2 1 石炭系太原组1 0 2 2 2 二叠系山西组1o 2 2 3 二叠系下石盒子组10 2 3 区域沉积背景1 1 第三章储层岩石学特征1 2 3 1 岩石类型及组分特征1 2 3 1 1 太原组岩石类型及组分特征1 2 3 1 2 山西组岩石类型及组分特征13 3 1 3 下石盒子组岩石类型及组分特征1 4 3 2 成分成熟度15 3 3 结构成熟度1 6 第四章成岩作用特征1 7 4 1 成岩作用类型1 7 4 1 1 压实作用1 7 4 1 2 胶结与交代作用18 4 1 3 自生粘土矿物2 0 4 1 4 溶蚀作用2 l 4 2 成岩序列及成岩环境2 2 4 3 成岩阶段划分2 4 4 3 1 划分依据2 4 4 3 2 划分结果及主要特征2 5 第五章储集层物性及孔隙结构特征2 8 5 1 储集层的物性特征2 8 5 1 1 物性总体特征2 8 5 1 2 储层物性的纵向演化3 l 5 2 储层孔隙结构特征3 2 5 2 1 储层孔隙类型3 2 5 2 2 次生孔隙形成机理3 6 5 2 3 孔隙结构特征3 8 5 2 4 孔隙结构分类4 0 第六章储集层物性影响因素及储层评价预测4 3 6 1 储层物性影响因素4 3 6 1 1 岩石类型对物性的影响4 3 6 1 2 沉积微相对储层物性的影响4 4 6 1 3 成岩作用对物性的影响4 8 6 1 4 微裂缝对物性的影响5 2 6 2 储层评价及有利区带预测5 3 6 2 1 储层综合评价5 3 6 2 2 有利区带预测5 5 结论6 0 参考文献。6 2 攻读硕士学位期间取得的学术成果6 6 致谢6 7 中国石油大学( 华东) 硕二七学位论文 第一章前言弟一早日l ji 1 1 研究目的及研究意义 致密砂岩是一种特殊的砂岩，它由比较致密的碎屑岩构成，主要包括粉砂岩、细砂 岩和部分中一粗砂岩( 杨晓宁，2 0 0 5 ) 。美国联邦能源管理委员会( f e r c ) 在2 0 世纪8 0 年 代曾对低渗透储集层，特别是低渗透含气砂岩和致密性做过定量规范，按f e r c 标准，气 藏气层段平均渗透率等于或小于0 1 1 0 q um 2 的，属于低渗透储集层，也可称为致密含 气砂岩( 王金琪，2 0 0 0 ) 。国内一般也将基质渗透率低于0 1 1 0 1i jm 2 的储层称为低渗 致密储层或称致密储层。致密砂岩与深盆气藏、盆地中心气藏及持续聚集型气藏 ( c o n t i n u o u s t y p ea c c u m u l a t i o n s ) 有着密切的关系( 杨晓宁，2 0 0 5 ) 。 致密砂岩气是一类重要的非常规天然气藏。研究表明致密砂岩中含有的天然气，其 储量巨大( s p e n c e r ，1 9 8 9 ；关德师等，1 9 9 5 ) 。估计全球有致密砂岩气6 0 0 1 0 1 2 - - 3 0 0 0 1 0 1 2 m 3 ，是常规天然气资源的l 5 倍。近十几年来，随着油气勘探开发理论和技术的不 断提高，致密碎屑岩油气藏的巨大经济价值逐渐被人们所认识。中国常规储层气藏数量 有限，今后将较多地面临致密砂岩含气区( 王金琪，2 0 0 0 ) 。 尽管长期以来，由于开采工艺和地球物理探测( 包括测井) 技术的困难，这一领域的 勘探和开发进展缓慢，在我国多数油区甚至尚未将致密储层作为勘探目标，相关油气地 质研究有待深入( 李忠，2 0 0 0 ) ，但是其潜在的巨大资源量，可以有效弥补常规天然气 的储量递减，因此在气藏的勘探开发领域致密砂岩气藏业已成为国内外众多学者的研究 热点和前沿问题( 李健，2 0 0 2 ) 。 致密砂岩储层具有岩性致密、低孔低渗、气藏压力系数低、圈闭幅度低、自然产能 低等典型特征( s p e n c e r ，1 9 8 5 ，1 9 8 9 ；赵澄林，1 9 9 9 ；曾大乾，1 9 9 4 ) 。致密砂岩天 然气存在于世界许多盆地中，资源量巨大，这种资源的开发活动主要集中于美国和加拿 大，例如美国致密气产量1 9 9 4 年就已达至1 j 7 0 5 3 1 0 8 3 m ，2 0 0 3 年达1 2 7 4 1 0 8 3 m 。我国四 川、陕甘宁、松辽、塔里木、准噶尔、柴达木等盆地是致密气勘探开发的远景区域，中 国致密砂岩气资源量约为1 2 1 0 挖m 3 ，近年来，在我国的四川笳地西部、鄂尔多斯盆地、 准噶尔盆地南部等地，相继发现了储量可观的致密砂岩气资源。然而，目前我国致密砂 岩气探明储量和生产规模与巨大的资源量相比极不相称( 康毅力，2 0 0 0 ) ，以四川盆地 西部坳陷为例，其致密气资源量达( 0 6 1 4 ) x1 0 1 2 m 3 ，“八五”以来，尽管相继发现新 场等一批大中型气田及含气构造，浅层、中深层致密气勘探开发技术取得重大突破，2 0 0 4 第一章前言 年天然气产量也仅达到1 7 x1 0 8 m 3 ，随着勘探程度逐渐加深，低渗透致密砂岩中的油气资 源在我国油气资源中的比例还将不断扩大( 刘吉余，2 0 0 8 ) 。 目前致密砂岩气藏天然气产量占中国天然气总年产量的1 5 左右，已成为天然气供 应的一支重要力量，并将继续成为储量和产量增长的亮点。就探明储量而言，致密砂岩 气藏是中国最具现实勘探开发意义的非常规天然气领域( 康毅力，2 0 0 7 ) 。在能源需求日 益紧张的今天，致密砂岩气藏在我国的能源结构中正发挥着越来越重要的角色，已成为 一种重要的天然气来源( 唐海发，2 0 0 6 ) 。 随着我国多数含油气盆地的油气勘探开发进入中后期，勘探难度愈来愈大，致密储 层所占比例迅速扩大。认识低渗致密储层的特点及控制因素，查明相关致密砂岩油气藏 的成因，并对其进行有效评价和预测，已成为我国油气勘探开发二次创业的重要任务， 而加强对致密砂岩储层物性的主控因素分析，揭示优质储层的分布规律，对致密砂岩油 气藏的勘探开发则更显出其重要性。 1 2 工区研究现状及存在问题 1 2 1 工区研究现状 大牛气田位于鄂尔多斯盆地北部。鄂尔多斯盆地在构造上位于华北地台西部，面积 为2 8 1 0 4 k m 2 ，是一个长期发育的多旋回稳定的大型克拉通叠合盆地。在大地构造位置 上，它处于中国东部构造稳定区和西部构造活动带之间，现如今盆地轮廓为一不对称的 矩形向斜笳地。鄂尔多斯盆地大牛地气田主要目的层段为石炭系太原组和二叠系山西 组、下石盒子组。整体沉积环境为海相、海陆过渡相到陆相沉积。 前人研究表明大牛地气田主要的沉积类型太原组太2 段为辫状河沉积，山西组为辫 状河三角洲平原沉积，下石盒子组为辫状河三角洲前缘沉积，其中以前缘相最为发育， 三角洲前缘砂体是研究区主要的储集砂体；研究区太原组岩石类型以纯石英砂岩为主， 山西组和下石盒子组岩石类型均以岩屑砂岩和岩屑石英砂岩为主，砂岩粒级以中一粗粒 为主，大多数砂岩分选较差；大牛地气田成岩作用主要有：引起孔隙度增大的或形成次 生孔隙的溶解作用、白云化作用、岩石破裂作用及裂缝作用；导致储层孔隙度损失的机 械压实、胶结作用和粘土化作用；研究区砂岩孔隙类型主要以次生孔隙为主，原生孔极 少，按孔隙分布的位置及颗粒和填隙物之间的关系可分为粒间孔、粒内溶孔、铸模孔、 贴粒溶缝、杂基溶孔和晶间孔、矿物晶间微孔以及构造裂隙裂缝等数种；以孔隙度和渗 透率为主要参数将大牛地气田储层划分为四类( 表卜1 ) 。总体上看，研究区储层以i i 、 i i i 类为主，i 类储层较少。 2 中国石油大学( 华东) 硕士学位论文 表1 - ! 大牛地气田储层分类评价表 标准 i 类型 孔隙度( ) 64 - 63 - 4 0 10 1 0 0 50 0 1 - 0 0 5 7 0 未成熟 0 3 5 4 3 0 2 成 深黄 b 渐变带 半成熟 0 5 4 3 56 0 7 0 岩 s 层7 0 - 5 0 8 0 ，退出效率小于5 0 。压汞曲线平台比较明显，粗歪度，孔喉分选 好，孔喉连通性好。 、低排驱压力一微喉道一分选差型 排驱压力较小，一般小于0 8 m p a ，中值压力1 0 一3 0 m p a ，孔喉中值一般小于0 1p - m ， 最大进汞饱和度7 0 - 8 0 ，退出效率大于4 0 。压汞曲线平台不明显，细歪度，孔喉分选 差，孔隙较小，喉道较细，孔喉连通性较差。 中国自油大学( 华东) 硕士学位论文 1 0 0 0 l o o 卫1 0 互 1 3 31 o 1 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 卫1 0 互 勺 巴1 o 1 o 0 1 1 0 0 0 1 0 0 1 2 1 0 互 卫 巴1 o 1 o 0 1 1 0 08 06 04 0 i 1 0 0 0 1 0 0 勺1 0 互 卫 31 0 1 o 0 1 2 0o1 0 08 0 s h g ( ) 1 0 08 06 04 0 i i i 1 0 0 0 1 0 0 卫1 0 互 卫 巴1 o 1 o 0 1 6 04 0 i i 2 0o s h g ( ) 2 0ol o o8 0 s h g ( ) 1 0 08 06 04 0 v 1 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 王 屯 31 0 1 0 0 1 6 04 0 2 00 s h g ( ) 2 001 0 0 s h g ( ) 8 0 图5 1 4 大牛地气田压汞曲线类型 4 1 6 04 0 2 00 s h g ( ) 第五章储集层物性及孔隙结构特征 i i i 、中排驱压力一微喉道一分选较好型 排驱压力一般介于0 8 - 1 o m p a ，中值压力一般小于2 0 m p a ，孔喉中值半径介于 0 0 5 0 1um ，最大进汞饱和度 9 0 ，退出效率4 0 - 5 0 。压汞曲线平台区狭窄，孔喉分 选较好，略粗歪度，孔喉分布较均匀，喉道较细，孔喉连通性较好。 、高排驱压力一微喉道一分选差型 排驱压力大于1 o m p a ，中值压力大于4 0 m p a ，孔喉中值半径小于0 0 2hm ，最大进 汞饱和度7 0 8 0 ，退出效率小于3 5 。压汞眭线平台不明显，孔喉分选差，细歪度，孔 喉分布不均匀，喉道较细，孔喉连通性较差。 v 、高排驱压力一吸附喉道一分选差型 排驱压力1 m p a 左右，中值压力5 0 - 7 0 m p a ，孔喉中值半径小于o 0 2 | l