孤北低潜山前第三系煤成气储集空间成因机理分析
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【摘 要】孤北低潜山煤成气田的发现对于煤成气的勘探具有重要意义。本文从岩心观察入手，通过薄片鉴定、扫描电镜等多项室内测试分析，结合测井、录井等资料，对孤北低潜山二叠系煤成气储层的储集空间类型、次生孔隙成因机理进行了深入研究。
【关键词】孤北低潜山；煤成气；有机酸
煤成气是渤海湾盆地较大规模天然气的主要类型，孤北煤成气田的发现标志着济阳坳陷煤成气勘探的重大突破。孤北地区钻遇上古生界探井14口，其中已有4口探井在上古生界获工业气流，已基本控制上古生界有利含气面积44km2，煤成气储量128×108m3，预测上古生界有利含气面积约58km2，煤成气储量268×108m3。由于储集空间类型、储层形成机理、发育状况及分布规律等多种地质问题还不完全清楚，生产上迫切需要对该区储集层的特征及其与油气分布的关系等做深入研究。
1.区域地质概况
孤北地区位于沾化凹陷中部，北以埕南、埕东断层与埕东凸起相连，南以孤北断层与孤岛凸起相隔，西以孤西断层与渤南洼陷相连，向东缓坡过渡至孤北洼陷，勘探面积约200km2；孤北低潜山的边界断层活动时期长、定型晚，其差异升降程度决定了潜山产状。除上述边界断层外，孤北低潜山还发育有多条NNW、SN向两组断层，受边界基底断裂和次级断层控制，自西向东将孤北低潜山切割成四排山，层面构造具有中间高东西两翼低的鼻状构造特点。总体上孤北低潜山呈现以渤93井区为最高点的南高北低复杂断鼻形态；孤北低潜山带的主要目的层段是上古生界的石炭～二叠系地层，该层段自上而下发育的主要地层有二叠系的石千峰组、上石盒子组、下石盒子组和山西组，石炭系的太原组，本溪组。主要储层集中在二叠系的上、下石盒子组，山西组及太原组为主要含煤层系。
2.储集空间类型
孤北低潜山煤成气主要储集在二叠系的上、下石盒子组中。根据岩心以及铸体薄片的观察鉴定、结合扫描电镜等发现：由于该层段埋深大、埋藏时间长、成岩作用强烈，原生孔隙在强烈的压实和胶结作用下已丧失殆尽，全区的储集空间类型以次生溶蚀孔隙为主，构造裂缝和成岩裂缝次之。次生溶蚀孔隙根据溶蚀的成分和部位不同，可分为溶蚀格架颗粒的粒内溶孔和溶蚀杂基的粒间溶孔。构造裂缝和成岩裂缝在有些储气层段也是重要的储集空间类型。但大部分情况下是以次生溶蚀孔隙为主。通过岩心观察发现大部分为完全充填，不具有储集能力，但对于渗透率提高是不容忽视的。
3.储层物性特征分析
储层的物性特征是决定储层储集性能的关键，直观表征是孔隙度和渗透率大小。通过对孤北低潜山孝妇河段、奎山段、下石盒子组和山西组储层物性样品统计发现：总体上砂岩孔隙度为1.5%～18.1%，平均孔隙度为8%；渗透率分布在(0.003～69.73)×10-3μm2之间，平均渗透率为0.865×10-3μm2。按储层划分标准，主要为致密储层Ⅲ、致密储层Ⅰ，低渗透层次之，再次为致密储层Ⅱ，高渗透率层很少，总体上为低孔低渗致密砂岩储层。该区储层孔隙度与渗透率呈正相关，孔隙度低而渗透率中等。该特征说明区内储集空间以孔隙为主，但裂缝有可能提高了渗透率，总体上为孔隙性储层。
4.次生孔隙成因
对本区的储层次生孔隙成因，利用显微镜、扫描电镜、流体包裹体实验等手段观察分析次生孔隙的形成和控制因素，研究区内次生孔隙类型岩屑、胶结物和粘土矿物的溶蚀形成的次生孔隙，其中长石溶蚀是次生孔隙形成的主要原因之一。根据对薄片及相关资料的分析，认为大气淡水淋滤作用和煤系地层中有机质演化形成的有机酸和CO2酸性水有关。
4.1大气淡水淋滤作用
从大构造背景上看，孤北低潜山地区经历了两次大的构造抬升作用，一次是印支运动时期，济阳坳陷全面抬升，大区域的缺失中生代三叠纪沉积，石炭－二叠系地层遭受了较长时间的风化剥蚀作用；在燕山运动末期又经历了一次构造抬升作用，使中生界地层及局部的上古生界地层暴露地表，再一次经受了风化剥蚀作用。其次，大气淡水淋滤作用在研究区内的物性及微观特征也比较明显。主要有：a)在孤北古1、2、3三口井中，同一口井距不整合面的距离越近，孔隙度越高，结合薄片观察，不整合面附近的溶蚀孔隙明显比埋藏较深的孔隙发育要好。b)通过薄片观察发现，在距离不整合面较近的深度中有明显的褐铁矿。c)通过X射线衍射粘土矿物含量分析结果发现，同一口井在不整合面附近次生孔隙发育的地区，高岭石的含量普遍增高。d)通过对上下石盒子组的岩石类型对比可以发现，上石盒子组的长石含量比下石盒子组要低的多。
4.2有机酸及CO2酸性水
煤系地层有机质演化过程中生成的有机酸和CO2酸性水的溶解作用也是次生孔隙的一个重要成因。其表现主要有：从大的沉积背景上，山西组和太原组是煤成气的主要的烃源岩。根据前人的实验发现，在煤中的有机酸浓度比同重量的泥岩有机酸的浓度高的多；根据部分油田水干酪根中有机酸的研究结果，煤系地层在80-120℃有机酸浓度最大。在有机质演化过程中经历了这个温度范围，因此断定有机质演化中的酸性水在该地区是大量存在过的。
在储层物性及微观特征等主要包括：a)石英自生加大边的形成与地下流体的性质密不可分。研究区内石英次生加大边中包裹体均一温度分为两期，其中一期在110℃左右。在此阶段油气充注过程中，有机酸的出现使长石等组分溶解，形成了二氧化硅，同时有机酸也使二氧化硅溶解度增大，当有机酸浓度降低时又发生了二氧化硅沉淀，形成了石英的次生加大。b)本区上古生界在纵向上煤系、砂泥岩交互，随着地层埋深不断加大，温度升高，产生大量有机酸，为长石的溶蚀提供了条件，同时蒙脱石脱水反应释放的水成为运载有机酸的有效载体。含有机酸的流体的存在可造成储集层的异常高压，抑制压实作用。伴随微斜长石的溶蚀作用，虽有二氧化硅充填、石英的次生加大、自生高岭石形成，但溶蚀产生的次生孔隙仍有利于改善储集层物性。根据薄片观察，在储气层段的碳酸盐岩的含量普遍少，且不整合面以下几百米也存在孔隙度升高现象，从薄片观察中可看出主要还是以次生溶蚀孔隙为主。在义155井中的4670～4750m段内，孔隙度增大，在4696.3～4706.7m处日产气量为1.426×104m3/d，距离山西组煤层为23.3m，距离不整合面为480m左右，大于大气淡水淋滤作用所影响的范围。可确定与煤系地层形成的酸性水有关系。c)通过对铸体薄片观察，在孤北古1井4402.5m处溶蚀作用强烈。该段距离不整合面为350m左右，受大气淡水淋滤作用较小；同样也为砂岩与煤层互层，根据热演化史分析，在该深度经历过有机质演化并生成酸性水阶段，因此判定为酸性水的溶蚀作用。
5.结论
（1）研究区内的储集空间类型主要是次生溶蚀孔隙，并伴有少量的构造微裂缝和溶蚀缝。其中粒间溶孔占储集空间的48.55%，粒内溶孔占储集空间的31.48%，构造裂缝和成岩缝共占15.62%。
（2）孤北低潜山砂岩孔隙度为1.5%～18.1%，平均孔隙度为8%；渗透率分布在(0.003～69.73)×10-3μm2之间，平均渗透率为0.865×10-3μm2，属于低孔低渗致密砂岩储层。不同层段其孔渗特点也不相同，奎山段物性最好，下石盒子组和孝妇河段的物性次之，山西组物性条件最差。
（3）大气淡水淋滤作用和有机质演化形成的有机酸和二氧化碳酸性水的溶解作用是研究区内次生孔隙生成成因。构造作用为储层内酸性流体的渗入和流动提供了通道，形成的裂缝对提高储层的渗透率也起了极大作用。 [科]
【参考文献】
［１］胡宗全，周新科，张玉兰．济阳坳陷前第三系油气勘探前景．石油与天然气地质，2005．
［２］彭传圣．济阳坳陷孤北低潜山煤成气成藏条件及特征．中国海洋大学学报，2005．