超压封存箱内碱性成岩作用的发现——以车66扇体为例

滕建彬，谢忠怀，王伟庆

(中国石化胜利油田分公司地质科学研究院，山东东营 257015)

超压封存箱内碱性成岩作用的发现
——以车66扇体为例

滕建彬，谢忠怀，王伟庆

(中国石化胜利油田分公司地质科学研究院，山东东营 257015)

对车镇凹陷车66井区深部储层岩石学研究发现，石英溶蚀显著、碳酸盐矿物稳定赋存，揭示了砂砾岩体超压封存箱内处于典型的碱性成岩环境。石英溶蚀型孔隙占储层总孔隙的50%左右，其形成机制分为三步：碱性环境的塑造、石英矿物的溶蚀、黏土矿物间的转化。超压封存箱内的碱性成岩环境对储层的影响具有两面性：一是形成石英溶蚀孔隙，对储集性起建设作用；二是易于沉淀大量方解石胶结物，充填部分微裂缝和次生孔隙，起破坏性作用。粒缘缝和构造缝组成的裂缝系统作为早期超压释放和水-岩作用的流体通道，改善了深部储层的储集物性，利于油气运聚，促使处于高压封存箱内的车66沙三下砂砾岩储层成为优质储层。

车镇凹陷;砂砾岩;碱性成岩作用;超压封存箱

1 地质概况

车镇凹陷北部陡坡带发育多类型、多期次的砂砾岩扇体，处于油气运移的路径之上，蕴藏着巨大的勘探潜力。车66井区位于车镇凹陷西部，车66井在沙三段的深水浊积扇体钻遇含油砂砾岩体，埋深4 300～4 465 m，8 mm油嘴试油237 m3/d，气2.5×104m3，是继车古201、车古204、车571井后又一口百吨高产井，也是车西北带碳酸盐砾岩体首次突破百吨的高产井。

车66井区具备形成异常高压的地质条件，多口井钻遇异常高压层，车66井出油井段压力系数高达1. 72。生产勘探压力测试证实，在研究区沙三段下亚段底部存在异常高压流体封存箱(图1)[1-3]，封存箱是沉积盆地发展演化过程中由于岩石非均质性，不平衡压实作用和不均一成岩作用的产物[4-7]，具有复杂的成岩作用。

图1 车西北带车66井区超压流体封存箱[3]

2 碱性成岩环境的证据

目前对酸碱性成岩环境的认定主要基于两方面：一是参考地层水的分析资料[7]；二是基于埋藏成岩过程中水-岩作用生成矿物所体现的岩石学特征进行判识[8-10]。现今的地层水是水-岩反应后的残液，大多已达化学平衡，故一般呈中性，不利于储层成岩过程中酸碱环境的认定，有鉴于此，本文从研究区的岩石学特征方面揭示其碱性环境，发现主要存在三方面的证据。

2.1 石英溶蚀现象

石英是储层中最稳定的组分之一，在碱性水的作用下，石英易于直接溶解形成次生孔隙已被众多学者所认同[3,11]。车66井区石英等碎屑颗粒边缘溶蚀非常显著。主要溶蚀现象包括：①被明显溶蚀的石英岩岩屑“悬浮”在碳酸盐胶结物中；②石英岩岩屑粒内溶孔发育；③形成狭长状溶蚀孔隙，后期多被方解石充填；④溶蚀型石英颗粒残余、石英颗粒具有港湾状或不规则状溶蚀边缘 。

假如这些溶蚀现象属于石英的间接溶蚀，那么邻近的碳酸盐岩屑或胶结物也必然遭受强烈的改造。而在车66井区砂砾岩储层中，即使在石英岩岩屑被明显溶蚀的位置，仍然出现晶型保存完好的白云石自形晶粒，石英岩岩屑和溶蚀孔隙直接接触，菱形晶白云石胶结物无明显溶解痕迹，说明薄片中所见的溶解现象并不是石英间接溶解交代的结果[3]。

由于石英的化学稳定性较强，方解石一般从其颗粒边缘进行溶蚀交代，形成锯齿状或港湾状边缘。从结构上看，石英颗粒“漂浮”于碳酸盐胶结物中，这种“漂浮”结构部分归因于方解石对石英碎屑的溶蚀交代。关于石英被方解石交代机理较一致的认识是：当孔隙水pH值由低变高，大于8.5时，石英呈不稳定状态，发生溶蚀作用，如果此时Ca2+浓度适中，则进一步发生碳酸盐交代石英的反应[12]。

2.2 长石未发生溶蚀

酸性环境中长石属于不稳定组分，容易在酸性水的作用下发生溶蚀，传统的酸性地层水的理论推测地层中酸性条件的塑造主要来源于四方面：①有机质成熟排除大量的有机酸；②有机质脱羧作用生成CO2，使流体呈酸性；③深部来源的CO2使流体呈酸性；④硫酸盐热分解效应。

长石的溶蚀实验表明：长石溶蚀速度受控于所处水体的离子浓度和矿物化学平衡，随反应趋于平衡而减慢，最终达到溶解与沉淀的动态平衡[13]。若使矿物继续溶解，则必须改变温压条件，打破此平衡。相较于常压储层，超压封存箱内具有更大的压力，相对更有利于长石的溶解，这也是其他洼陷深部储层长石溶蚀发育的主要原因。而研究区深部砂砾岩储层内充填的斜长石边缘未见被溶蚀的现象，斜长石的破裂缝边缘也未发生溶蚀，说明研究区储层中地层水的性质与酸性地层水作用理论格格不入，而应该是碱性地层水。

2.3 碳酸盐胶结物无溶蚀现象

一般认为温压增大有利于碳酸盐的溶解[14]，但在车66井区深部砂砾岩储层的勘探实践中发现：碳酸盐的溶蚀作用并没有因为深部储层温压条件的增大而加强，主要有两方面的原因：其一，以碱性地层水为主的强烈改造，导致未见碳酸盐溶蚀现象；常见白云岩岩屑保存完好，而与之对应的石英颗粒及石英质岩屑被强烈溶蚀交代，表明储层必然经过以碱性水为主的地层水的强烈改造；其二，由于处于异常高压的压力封存箱内，流体与外界交换能力减弱，碳酸盐矿物的溶解速率大幅降低。

碳酸盐胶结物溶解现象不明显，特别是与油气等地层流体直接接触的碳酸盐晶体晶型完好(图2)，表明其处于碱性流体环境。刘宝珺(1992)[15]认为方解石的沉淀需要pH值较高的碱性环境，一般pH值大于8～9。埋深的加大及环境温度的升高促进了水-岩反应的进行，白云质成分中的碱金属离子和碱土金属离子活度加大并随矿物水解进入地层水中，使溶液的pH值进一步升高，碱性程度进一步增强，这极可能是研究区碳酸盐胶结物非常发育的主要原因之一。

图2 碳酸盐晶型完好

3 碱性成岩机制探讨

车66井区的深层砂砾岩在沉积期遭受碱湖水的改造，碱湖沉积的泡碱类(Na2CO3·10H2O)，芒硝(Na2CO3·NaHCO3·2H2O)等矿物塑造了强碱性的地层流体，在后期中和了烃类有机质生成的有机酸，导致地层中地层流体的冷凝液碱性十分强。参考史宏才等(1998)[16]的水岩作用实验，推测研究区石英溶蚀作用主要分以下三步：

第一步：碳酸氢盐在100～150℃发生热分解：

HCO3-→CO32-+ CO2↑+ H2O

(1)

H2O + CO32-→OH-+ CO2

(2)

(1)和(2)叠加HCO3-→OH-+ CO2↑(碱性环境的塑造)。

第二步：SiO2+Ca2++2H2O+HCO3-→

CaCO3+H4SiO4+H+

(3)

W.D.Gunter、G.W.Bird、Z.Zhou等人研究[17]证明:

M++高岭石+ H2O+SiO2(石英)→蒙脱石+ H++ H2O

高岭石+白云石+石英→蒙脱石+方解石+H2O+CO2↑

第三步：蒙脱石向伊利石转化，造成储层内伊利石含量高，而蒙脱石和高岭石含量低(表1)，该脱水反应可以引起地层增压。

5K++8Al3++蒙脱石→伊利石+Na++Ca2++Mg2++Fe3++Si4++H2O

表1 车660井沙三段岩样X衍射黏土矿物分析数据

Ca2+、Mg2+、Fe3+与前述过程产生的CO2一起在晚成岩期形成(含铁)白云石或(含铁)方解石(方解石脉体)，在研究区的储层中发现的大量方解石脉体也是碱性环境对埋藏期的成岩起到决定性作用的极好证据。CO2过量时进而生成碳酸氢盐，使得反应持续进行，由于碱性环境的存在，Si4+一般不能形成次生石英，多被黏土化，而Fe3+和Mg2+则形成自生绿泥石，这些成岩效应在薄片中已被发现。

综上，岩石学特征分析表明车66井区的沙三下砂砾岩体所处的地层流体环境总体上呈碱性，经历的是强碱性成岩作用改造。研究区砂砾岩储层中含有较多的灰岩和白云岩，在埋藏成岩过程中，伴随着有机质盐化程度的升高产生有机酸和CO2，使地层水pH值降低，但碱性地层水及碱性矿物的存在使得有机质演化产生的有机酸和CO2迅速被中和，趋于并保持碱性成岩环境。

此外，超压流体使得岩石易于形成砾缘缝和微裂缝，加之碱性环境下石英溶蚀孔的发育，形成了孔缝系统发育的优质储层(图3)。车66井区沙三、沙四段储层中，石英颗粒、石英岩岩屑的溶蚀作用提高了孔隙度和渗透率，80块薄片孔隙图像分析的平均总面孔率为10.5%，石英溶蚀型孔隙约为5%，角砾间孔、颗粒间孔及晶间约为3%，砾缘缝等占2.5%。

4 结论

(1)通过对车66井区超压储层的岩石学特征研究，首次认定了车66井区深部砂砾岩储层经历了碱性流体成岩作用的改造，主要证据包括：石英矿物具有显著的溶蚀边缘、长石矿物未发生溶蚀、碳酸盐矿物自形晶赋存等。

(2)高压封存箱内超压流体泄压过程的多次幕式释放使得岩石易于形成砾缘缝、微裂缝，而碱性成岩作用利于形成石英溶蚀孔，孔缝系统发育是车66沙三下砂砾岩储层成为优质储层主要原因，这也是对车西深部超压砂砾岩储层成岩作用及储层评价的最新认识。

(3)车西北带深部砂砾岩寻找优质储层的重要方向和突破口之一是：加大对埋深大于3 600 m深层碳酸盐砾石为主的深水浊积扇、近岸水下扇勘探力度，因为这些砂砾岩沉积体在超压碱性成岩环境中易于形成油气优质储层。

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图3 车66井区碱性成岩作用与酸性成岩作用主要特征对比

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编辑：吴官生

1673-8217(2015)01-0004-04

2014-08-22

滕建彬,工程师，硕士，1980年生，2004年毕业于中国地质大学(武汉)石油工程专业，2007年毕业于中科院研究生院石油地质专业，现主要从事石油储层综合研究工作。

中石化科技重点攻关项目“致密砂砾岩储层伤害机理与保护改造措施研究”(P14019)和“断陷湖盆碎屑岩储层成岩演化与评价-以济阳坳陷为例”(P06010)联合资助。

TE111.3

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