碱性长石溶蚀微孔发育特征及其对致密砂岩储层物性的改造作用 以鄂尔多斯盆地华庆地区三叠系延长组6段3亚段为例.docx
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1、碱性长石溶蚀微孔发育特征及其对致密砂岩储层物性的改造作用以鄂尔多斯盆地华庆地区三叠系延长组6段3亚段为例致密储层孔隙结构的精细表征是近年来国内外学者的研究热点,也是评价储层有效性的重要内容之一 l-2o致密砂岩储层纳米级孔喉网络广泛发育,主体孔径分布在40700nm 3o长石作为砂岩储层中分布最广泛的易溶骨架颗粒,次生溶孔广泛发育,在北海盆地Brent组,McArthur盆 地BarneyCreek组,渤海湾盆地沙河街组,鄂尔多斯盆地延 长组及准嚼尔盆地百口泉组储层中,均发现长石溶蚀产生的 次生孔隙4-8。前人研究结果说明,碎屑岩储集层中的碱性长石差异溶蚀现 象十分普遍,在不同地质条件下各类长
2、石受元素组成与晶体 结构特征的影响溶蚀孔隙特征具有差异性,导致不同地区储 层次生孔隙发育特征主要受矿物组构特征制约通 常对于储层物性具有建设意义。目前针对长石溶蚀的次生孔 隙研究要从直观描述和定量计算角度分析,包括溶蚀孔隙发 育特征、形成与演化、成岩作用及流体等成因机制等,前人 研究主要从长石溶孔与孔喉半径关系、长石溶蚀孔增长模型 及自生矿物含量与物性关系等定量计算角度分析5, 17-20。 此外,也有学者倾向于利用溶解反响式对次生孔隙体积和孔 别对应图5中的“ax”)Fig.6Theproportionsoforthoclaseandalbiteinwavyperth itefromtypi
3、calsamplesinChang- 63tightsandstonereser voir , Huaqingarea , OrdosBasin (samplenumbers “1-24” correspondingto a-x” inFig.5respectively)2. 2斑块状条纹长石与波状条纹长石类似,文中描述的斑 块状条纹长石是在低温条件下,当完全解理和不完全解理同 时发育时,钾长石与钠长石是不完全类质同象体或有限互溶 的固溶体,从而形成相互交代的斑块状结构(图7),为钠长 石与钾长石的互溶系列。根据钾长石和钠长石含量占比,可 分为斑块状正条纹长石和斑块状反条纹长石。图7图7鄂尔多
4、斯盆地华庆地区长63亚段致密砂岩储层FE-SEM 电镜下斑块条纹状长石发育特征照片ae. Y284 井,埋深 2188. 08m; fh. Y295 井,埋深 2176. 71m; i1. Y414 井,埋深 1978. 7m; m, n. Y284 井,埋深 2191. 30m; o, p. Y416 井,埋深 2143. 5m; q. Y295 井,埋深 2176. 71m; r. Y424 井,埋深 1982. 45m; s, t. GJ141 井,埋深 2223. 43m; u, v. GJ143 井,埋深 2204. 70m; w, x. GJ141 井,埋深 2205. 54mFi
5、g. 7FE-SEMimagesshowingthedevelopmentcharacteristicsofmottledperthitefromtheChang_ 63tightsandstonere servoir, Huaqingarea, OrdosBasin对具有典型特征的斑块状条纹长石进行图像处理和统计(图 8)发现以钾长石为主导的斑块状正条纹长石占比拟高,达 75%,而以钠长石为主的斑块状反条纹长石仅占比25%。其中 斑块状正条纹长石中钾长石面积占比拟大,介于51. 72% 81. 46%,平均65. 12%,而钠长石面积占比拟小,介于18. 54% 48. 28%,平均34.
6、88%;斑块状反条纹长石中钠长石面积占比 较大,介于54. 76%72. 19%,平均64. 40%,钾长石面积占 比介于 27. 81%45. 24%,平均 35. 60%。图8图8鄂尔多斯盆地华庆地区长63亚段致密砂岩储层典型样 品斑块状条纹长石中钾长和石钠长石占比(样品编号 “124”分别对应图7中的“ax”)Fig. 8Theproportionsoforthoclaseandalbiteinmottledpe rthitefromtypicalsamplesinChang_ 63tightsandstonere servoir , Huaqingarea , OrdosBasin (
7、samplenumbers “1-24 correspondingto ax inFi g.7respectively)3碱性长石溶蚀微孔发育特征2. 1基于图像处理分析溶蚀微孔发育特征研究区长63亚段致密砂岩储层中的碱性长石具有差异溶蚀 的特征,钾长石会发生大量溶蚀,产生溶蚀孔隙,而钠长石 溶蚀现象不常见,溶蚀孔隙发育较少。局部样品仅发生初步 溶解,形成的条带状溶蚀孔隙占比拟少,另一局部长石那么溶 蚀强烈,形成较大孔隙,局部甚至只剩下长石残骸。一局部 溶蚀微孔被新生粘土矿物和碳酸盐矿物充填,而另一局部未 被充填,溶蚀后的溶液被迁移他处,典型样品图像分析处理 结果显示,由碱性长石溶蚀形成的孔隙
8、面积占比为12. 82% 40. 15%,平均 24. 40%。溶蚀孔隙的形态特征取决于钾长石与钠长石的互溶状态及 元素分布特征。波状条纹长石中常见有条带状孔隙,溶蚀沿 着一组解理优先发育,形成平行于双晶接合面方向的条带状 孔隙,是长石溶蚀孔隙的主要类型,其宽度为0. 05-6. 00 um, 平均2.00 um (图9ac);在斑块状条纹长石那么发育蜂窝状 孔隙,由于两组解理发育,长石溶蚀呈不规那么的半连通状, 孔隙半径为0.210. 00 um,平均可达4. 00 Pm(图9df)o 图9图9鄂尔多斯盆地华庆地区长63亚段致密砂岩储层长石溶 蚀微孔FE-SEM照片a. Y284井,埋深21
9、88. 08m,条带状溶蚀孔隙;b.Y295井, 埋深2176. 71m,条带状溶蚀孔隙;C.Y284井,埋深2191. 30m, 条带状溶蚀孔隙;d. GJ414井,埋深1978. 70m; e. Y295井, 埋深2176. 71m,蜂窝状溶蚀孔隙;f.埋84井,埋深2191. 30m, 蜂窝状溶蚀孔隙Fig. 9FE-SEMimagesshowingdissolvedmicro- nanoporesinfeldsparfromtheChang- 63tightsandstonereservoir,Huaqingarea, OrdosBasin3. 2基于理论计算分析溶蚀微孔发育特征随着长
10、石矿物的溶蚀,产生大量的溶蚀产物,主要包括伊利 石、高岭石。前人研究说明,根据钾长石和钠长石发生的溶 蚀作用,前期的溶蚀先生成自生粘土矿物高岭石,主要反响 方程式如下:2KA1Si3O8+H2O+2H+=A12Si205 (OH)4+2K+4Si022KAlSi308+ H20+2H+=A12S i 2050H4+2K+4S i 02(1)2NaAlS i 308+H20+2H+=A12S i 205(OH)4+2Na+4Si022NaAlSi3 08+H20+2H+=A12S i 2050H4+2Na+4S i 02(2)CaAl2S i 208+H20+2H+=A12S i 205(OH)
11、4+Ca+CaA12Si208+H20+ 2H+=A12Si2050H4+Ca+ (3)随着溶蚀产生的K+和Na+浓度增加,高岭石逐渐向伊利石转 化。钾长石溶蚀沉淀出大量的伊利石,反响方程式如下: 3KAlSi308+2H+=KA13Si3010 (OH)2+6SiO2+2K+3KAlSi3O8+2H +=KA13S i 30100H2+6S i 02+2K+(4)3NaA1S i 308+2H+K+=KA13S i 3010(OH)2+6SiO2+3Na+3NaAlSi 3O8+2H+K+=KA13S i 30100H2+6S i 02+3Na+(5)3CaA12Si208+4H+2K+=2
12、KA13Si3010(OH)2+3Ca2+3CaA12Si2 08+4H+2K+=2KA13Si30100H2+3Ca2+ (6)根据质量守恒定律,利用反响关系式中溶蚀反响前后的产物 类型和单矿物摩尔体,可得到反响前后的物质体积差,将体 积差与总反响体积做比值计算从而得到理论溶蚀孔隙度。从 表2中可以看出,不同类型的长石溶蚀理论孔隙度差异较大, 钾长石钠长石钙长石28-29,当反响产物不同时,同类长 石溶蚀孔隙度也存在差异,通常伊利石大于高岭石,计算结 果与镜下列图像观测结果一致。表2致密储层长石次生溶孔孔隙度理论计算结果24-25 Table2Secondarydissolutionporo
13、sityoffeldsparintheti ghtsandstonereservoirbasedontheoreticalcalculation 24-25矿物类型长石溶蚀过程反响式反响前、后矿物体积差/cm3 参加反响矿物总体积/cm3理论溶蚀孔隙度/%钾长石初期: Imol 钾长石-l/2mol 高岭石+2mol 石英-14. 05109. 112. 88 后期:lmol钾长石-4/31noi伊利石+2mol石英 -16. 80109. 115. 40钠长石初期:lmol钠长石-l/2mol高岭 石+2mol 石英-5. 15100.25. 14 后期:lmol 钠长石-l/3mol 伊利
14、石+2mol石英-7.93100. 27. 91钙长石初期:lmol钙长石 一 lmol 高岭石T. 40100. 71. 39 后期:lmol 钙长石一2/3mol 伊利石-6. 97100. 76. 92注:单矿物摩尔体积钾长石 109. Icm3/mol,钠长石 100. 2cm3/mol,钙长石 100. 7cm3/mol, 石 英22.7cm3/mol ,高岭石99.3cm3/mol ,伊利石140. 6cm3/mol03. 3碱性长石溶孔发育程度定量化评价方法论文采用溶蚀强度对长石溶蚀孔隙发育状况进行表征:长石 溶孔在总孔隙中占比越大,其对致密储层物性的改善贡献越 大,溶蚀强度越大
15、。基于前人研究,结合研究区长石溶蚀状 况,将溶蚀强度划分为弱溶蚀(015%)、中溶蚀(15%30%)、 强溶蚀(30%50%)及极强溶蚀(50%)。结果如表3所示, 长石溶蚀孔贡献率为2. 06%35. 20%,平均为13.99%,钾长 石通常对溶蚀孔隙的贡献程度更大。鄂尔多斯盆地华庆地区 长63亚段致密砂岩储层的溶蚀强度以弱溶蚀为主,占64. 3%, 其次为中溶蚀,占28. 6%,强溶蚀现象较少,仅占7. 1%,并 未出现极强溶蚀强度的现象。表3鄂尔多斯盆地华庆地区长63亚段致密砂岩储层长石溶 孔率与溶蚀强度判定Table3DissoIvedporositycontributionanddi
16、ssolutionin tensityoffeldsparinChang- 63tightsandstonereservoir ,Huaqingarea,OrdosBasin样品编号溶孔率/%总孔隙度/%溶孔贡献率/%总溶孔贡献率/%溶蚀强度判定钾长石钠长石 钾长石 钠长石20. 700. 3310. 906. 433.039. 45弱溶蚀 40. 600. 285. 9510. 144. 7814. 92 弱 溶 蚀71. 160. 558. 8413. 166. 2022. 37110. 220. 1015. 381.400. 662. 06360, 1714. 032. 531. 193
17、. 73140. 790. 377, 8210. 154. 7814. 93840. 408. 0010. 514. 9515. 46170. 480. 237. 496. 473. 059. 52630. 776. 8323. 9311. 2835. 20190. 610, 2910. 405. 912. 788. 69230.270. 138. 583. 181. 504. 68250. 950. 4510. 708. 864. 1813. 04261. 310. 628. 0816. 187. 6323. 81中溶蚀弱溶蚀弱溶蚀弱溶蚀中溶蚀弱溶蚀强溶蚀弱溶蚀弱溶蚀弱溶蚀中溶蚀中溶蚀271
18、. 530. 7210. 7414. 286. 7321. 01 4讨论4. 1粘土矿物发育特点与长石溶孔发育程度研究区样品的自生伊利石含量较高,而高岭石含量普遍较低 (图3),说明在钾长石溶蚀过程中,存在高岭石向伊利石的 转化,反响方程如方程式(7)所示,并与方程式(5)有协 同作用。KAlSi308+A12Si205(OH)4=KA13Si3010(OH)2+2SiO2+H2OKAlSi308+A12Si2050H4=KA13Si30100H2+2Si02+H20 (7)蒙脱石的伊利石化是耗K+过程,只要蒙脱石存在,钾长石就 会持续溶蚀,而且Na+的产生抑制了钠长石的溶蚀作用,产 生明显的
19、钠长石次生加大现象,反响过程如下:蒙脱石+K+A13+=伊利石+Na+Ca2+Fe3+Mg2+Si4+蒙脱石+K+A13+=伊利石+Na+Ca2+Fe3+Mg2+Si4+ (8)而样品中伊/蒙混层含量较高,且主要分布在粒间孔隙的中 间部位,说明在长石溶蚀过程中,发生了蒙脱石向伊利石的 转化。但其中的自生伊利石比例不大,主要分布在溶蚀孔隙 中间和颗粒周边。通过电镜图像观察和EDS矿物元素面扫分析发现,研究区长石所含的金属元素主要为钠离子和钾离子。根据溶蚀反响方 程式,可对钾长石、钠长石反响前、后的体积差进行计算, 并得到溶蚀自生矿物与长石溶孔率之间的关系公式(9), 公式(10)。自生伊利石含量
20、140. 6二自生石英含量136. 2二钾长石溶孔率 50. 5自生伊利石含量140. 6二自生石英含量136. 2二钾长石溶 孔率50. 5 (9)自生伊利石含量140. 6二自生石英含量136. 2= 钠长石溶孔率23.8自生伊利石含量140. 6二自生石英含量 136. 2二钠长石溶孔率23. 8 (10)图10显示了 14个样品的溶孔率理论值计算结果,样品的钾 长石溶蚀孔隙率为0.22%1.63%,平均0.82%,钠长石溶蚀 孔隙率为0. 10%0.77%,平均0.39%,且不同样品的结果变 化较大。钾长石溶孔对长石溶孔的贡献率高达68%,钠长石 溶孔对长石溶孔的贡献率32%,说明钾长
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