澳大利亞Sahul向斜區(qū)Elang組儲層物性差異原因探討

盧景美 劉志國 陳景陽 駱宗強

(中海油研究總院)

澳大利亞Sahul向斜區(qū)Elang組儲層物性差異原因探討

盧景美 劉志國 陳景陽 駱宗強

(中海油研究總院)

Sahul向斜區(qū)主要含油氣層是 Elang組砂巖,鉆探結(jié)果表明南北部儲層物性存在很大差異,而儲層物性是目前制約該區(qū)油氣勘探的主要因素之一。文中從沉積環(huán)境和成巖作用兩個方面探討了影響Elang組儲層物性的因素。向斜區(qū)南北部Elang組雖發(fā)育相同的三角洲前緣分流河道和砂壩,但由于沉積時古地形不同,南北部砂體受水動力改造程度不同,因而北部砂巖泥質(zhì)含量較低、物性較好,而南部砂巖泥質(zhì)含量相對較高、物性稍差。受古地貌、古地溫和晚期構(gòu)造活動的多重影響,向斜區(qū)南北部Elang組砂巖所處成巖階段不同,成巖作用程度的差別加大了南北部Elang組儲層物性的差異性。

Sahul向斜區(qū) Elang組砂巖 儲層物性差異 沉積環(huán)境 成巖階段

Sahul向斜位于澳大利亞西北大陸架東北部,是Bonaparte盆地北部一個二級構(gòu)造單元,呈北西—南東向展布。Sahul向斜區(qū)(研究區(qū))包括Sahul向斜,以及Nancar海槽和Laminaria高地的部分區(qū)域(圖1),經(jīng)歷了古生代裂谷階段、早—中侏羅世熱沉降階段、晚侏羅世—早白堊世裂谷階段和晚白堊世—現(xiàn)今的熱沉降階段[1-3]。

圖1 研究區(qū)區(qū)域位置圖

上世紀80年代以來,BHPB、Shell和Woodside等石油公司在Sahul向斜區(qū)內(nèi)進行了多輪勘探,于 1994年在Elang-1井首次發(fā)現(xiàn)了Elang組原油。以后又相繼發(fā)現(xiàn)了 Kakatua、Kakatua North、Laminaria、Corallina等油田及Bayu凝析油氣田,主要儲層都是Elang組砂巖。

Elang組已發(fā)現(xiàn)油藏主要集中在研究區(qū)東北部,絕大部分都在評價和開發(fā)之中,其中Buffalo油田已經(jīng)開發(fā)完畢。鉆于Sahul向斜南部的Ra-1井在Elang組見到了油氣顯示,但測試結(jié)果表明儲層致密而沒有獲得油氣流。M.F.Killick和 P.H.Robinson[4]曾對Bonaparte盆地 Plover組儲層成巖作用進行過研究,但對于Sahul向斜Elang組儲層物性南北部存在很大差異的原因分析目前還未見報道。筆者基于單井沉積微相分析、測井解釋結(jié)果和薄片觀察、電鏡掃描等實驗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析,探討了研究區(qū)Elang組儲層物性南北部具有差異性的影響因素。

1 Elang組沉積微相展布及其對儲層物性的影響

Elang組形成于中晚侏羅世裂谷期開始的海侵作用階段,上覆在Callovian不整合面之上,巖性以大套淺灰色、灰白色砂巖為主,夾黑色中到薄層泥巖[5]。

1.1 Elang組巖性、電性特征和沉積微相展布

共計12口井的巖心或巖屑巖石薄片鑒定資料統(tǒng)計表明,研究區(qū)Elang組砂巖主要為石英砂巖,石英顆粒含量平均在80%以上,巖屑含量在0～18%,長石含量極低,砂巖成分成熟度很高。巖心觀察和薄片鑒定的粒度統(tǒng)計結(jié)果表明,研究區(qū) Elang組砂巖以細砂巖為主,中砂巖次之。

沉積環(huán)境的變化將引起沉積物物理性質(zhì)的改變而形成沉積旋回,這種沉積旋回會反映在測井曲線上。通過巖心觀察和分析,可將研究區(qū) Elang組自然伽馬曲線分為箱型、頂?shù)诐u變箱形、漏斗形、指狀、平直狀等5種類型,不同曲線類型代表不同的沉積微相。

頂?shù)诐u變的箱形自然伽馬曲線代表了水下分流河道和潮道沉積。水下分流河道是三角洲相中出現(xiàn)最多的一種微相,底部為細—中砂巖沉積,局部見粗砂巖。Bu2井Elang組3 777m處薄片顯示砂巖顆粒平均粒徑0.235mm,為成熟度高的細石英碎屑巖,顆粒分選為次圓—圓狀(圖2),孔隙度16.1%,滲透率1 458mD,屬中孔高滲型儲層;自然伽瑪曲線表現(xiàn)為頂部漸變的箱型,巖心分析認為其沉積微相是三角洲前緣被波浪改造的分流河道。

圖2 Bu2井3 777 m處薄片及電性特征

河口壩是三角洲中最具特色的砂體,它有兩種發(fā)育位置:一是在水下分流河道不發(fā)育的三角洲,其河口壩位于三角洲平原分流河道入海的河口處;二是在水下分流河道發(fā)育的三角洲,其河口壩位于水下分流河道的末端。研究區(qū)Elang組河口壩位于水下分流河道的末端,巖性主要是細砂巖和粉砂巖,有明顯的反韻律特征,自然伽瑪曲線呈漏斗形。

席狀砂是河口壩和遠砂壩經(jīng)海水沖刷后重新分布的砂層和粉砂巖,往往厚度不大,自然伽瑪曲線呈指狀。而高伽馬值的平直狀曲線代表了海灣泥沉積環(huán)境。

通過對研究區(qū)古地貌特征及區(qū)域沉積背景研究,結(jié)合Elang組砂巖成分成熟度指數(shù)分析和地震沉積特征解釋,認為Elang組三角洲物源來自Londonderry高地和 Tamar鼻狀高地,即來自西南方向,向北東方向進積;Elang組在Sahul向斜區(qū)總體上為淺海相三角洲前緣沉積,到Sahul臺地上相變?yōu)殚_闊海相泥巖沉積;Sahul向斜區(qū)主要沉積微相是三角洲前緣的水下分流河道和河口壩,但受岸線分布和河口環(huán)境的影響,向斜北部受波浪的影響作用比較強,被改造后的砂壩平行海岸線分布,而向斜南部砂巖受河口港灣潮汐和潮道的影響較大,砂體垂直海岸線分布,泥質(zhì)含量相對較高(圖3)。

圖3 研究區(qū)Elang組沉積微相展布

1.2 沉積微相與儲層物性的關(guān)系

研究區(qū)Elang組砂巖以細砂巖和中砂巖為主,主要孔隙類型是次生孔隙和剩余粒間孔。據(jù)巖心常規(guī)物性分析統(tǒng)計結(jié)果,中砂巖的孔隙發(fā)育較好;儲層物性較好的沉積微相是受波浪改造的三角洲前緣水下分流河道和河口壩,未經(jīng)改造的河口壩、河道和潮汐影響的河口壩次之,席狀砂物性最差(圖4)。相對而言,Sahul向斜區(qū)北部的砂巖受波浪改造影響較大,物性較好,南部處于河灣內(nèi)側(cè)的三角洲前緣水下分流河道和砂壩受潮汐的影響大,砂巖含量相對較低,物性稍差。

圖4 研究區(qū)不同沉積微相孔隙度和滲透率交會圖

2 Elang組差異成巖作用及其對儲層物性的影響

成巖作用是沉積物沉積后所經(jīng)歷的一種極其重要的地質(zhì)作用,它不僅使巖石成分、結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,而且對巖石的孔隙類型、孔隙度高低、滲透性強弱、孔隙結(jié)構(gòu)及分布等物理特征有著重要的影響[6]。研究認為,研究區(qū)Elang組砂巖經(jīng)歷的主要成巖作用為壓實、膠結(jié)、交代和溶蝕作用,而且受沉積微相、古地貌和古地溫及構(gòu)造活動等不同程度的影響,該組砂巖在Sahul向斜區(qū)南北部的成巖作用表現(xiàn)出較大的差異性(圖5)。

圖5 Sahul向斜區(qū)南北部Elang組砂巖差異成巖作用和孔隙演化階段對比

研究區(qū)Elang組砂巖早成巖階段的成巖礦物主要有海綠石、細粒黃鐵礦、泥晶—亮晶方解石等,南北部基本一致。所不同的是,白堊系發(fā)育北薄南厚的楔狀沉積,導(dǎo)致Sahul向斜區(qū)南部機械壓實作用發(fā)生的時間較北部早,在薄片上可以觀察到不同機械壓實作用的結(jié)果,例如南部鉆井砂巖薄片(埋深3 600～3 650m)顯示顆粒間多為凹凸—線接觸,部分巖屑顆粒呈鑲嵌式接觸,云母、巖屑因壓實變形強烈,而北部多口鉆井砂巖薄片(3 340～3 360m)顯示石英顆粒之間大多是點接觸,表明所受壓實作用弱。

研究區(qū)Elang組中成巖期成巖礦物主要有粗粒黃鐵礦、伊利石、自生高嶺石、絹云母、II級加大石英、鐵白云石和鐵方解石等(圖5)。因古地溫不同和受沉積環(huán)境的影響,膠結(jié)物成分在Sahul向斜區(qū)南北部表現(xiàn)也不同。自生粘土礦物在Sahul向斜區(qū)北部多為高嶺石,大部分為自生高嶺石,交代碎屑顆粒充填在孔隙中;而在Sahul向斜區(qū)中南部粘土礦物中多見伊利石粘土膠結(jié),在電鏡下伊利石呈絨球狀充填于孔隙之間,容易堵塞孔喉。另外,Sahul向斜區(qū)北部 Elang組砂巖石英次生加大級別在Ⅱ1級左右(圖6a),而南部的次生加大級別在Ⅱ2級,次生加大邊較寬,巖石顆粒間彼此多呈鑲嵌狀結(jié)構(gòu)(圖6b)。該時期的碳酸鹽巖膠結(jié)物主要表現(xiàn)為含鐵白云石和含鐵方解石交代碎屑物質(zhì)或膠結(jié),鐵白云石和含鐵方解石膠結(jié)物主要出現(xiàn)在研究區(qū)南部的鉆井上,是成巖作用中晚期的產(chǎn)物。

圖6 Sahul向斜區(qū)南北部Elang組砂巖石英次生加大作用對比

依據(jù)《碎屑巖成巖階段劃分規(guī)范》[7],研究區(qū)北部鉆井揭示從3 200～3 900m基本都處于中成巖階段A1期,縱向跨度大;而南部鉆井揭示在3 200～3 500m是處于中成巖階段A1期,在3 500～3 800 m進入中成巖階段A2期,在3 800m以后進入中成巖階段B期(圖7)。研究區(qū)Elang組頂部古地溫南北差別較大1)康洪全.澳大利亞西北陸架WA-406-P區(qū)塊地質(zhì)綜合研究及鉆探目標優(yōu)選.2009.,北部溫度在90°和120°之間,南部溫度最低為130°,最高為220°;結(jié)合Elang組地溫梯度和鉆井揭示的 Ro值分布特點以及標志性成巖礦物,研究區(qū)Elang組成巖相平面展布特點為:北部為溶蝕孔發(fā)育區(qū),成巖階段處于中成巖階段A1期,南部溶蝕孔不發(fā)育,成巖階段處于中成巖階段A2期(圖8)。

圖7 研究區(qū)Elang組成巖階段劃分(依據(jù)有機質(zhì)成熟度指標)

圖8 研究區(qū)Elang組儲層成巖相平面分布

造成研究區(qū)南北部成巖作用階段差異性的原因可以作如下解釋:

(1)Sahul向斜區(qū)北部Elang組埋藏深,機械壓實發(fā)生時間晚1),早成巖期的膠結(jié)作用比較充分,提高了巖石機械強度,增強了巖石的抗壓實能力,使得原生孔隙保存相對較好。中中新世以后受到與北部Timor島碰撞產(chǎn)生的拱張拉伸作用力的影響[8],在Sahul向斜區(qū)北部發(fā)育北北東向晚期斷裂,晚期斷裂的發(fā)育活化了中生代斷層[9];而Sahul向斜區(qū)北部熱流值低,烴類生成和運移發(fā)生時間較晚,Elang組處于有機質(zhì)大量脫羧而形成高濃度有機酸時期,酸性水容易沿著因晚期斷層活化而發(fā)育的裂隙中運移,儲層內(nèi)碳酸鹽巖和部分高嶺石以及不穩(wěn)定成分容易溶解,這些均為儲層內(nèi)部次生孔隙的發(fā)育提供了條件,次生孔隙北部相對發(fā)育。因此,北部鉆井揭示Elang組儲層為中孔中高滲型[10],最高孔隙度為18%,平均為9.17%,滲透率在0.05～5 129mD之間,孔、滲具有較好的相關(guān)性。

(2)對Sahul向斜區(qū)南部 Elang組儲層孔隙具有破壞性的作用是早成巖期的機械壓實和中成巖后期的膠結(jié)。Sahul向斜區(qū)南部 Elang組發(fā)生機械壓實的時間較早1),早成巖期的膠結(jié)作用還不夠充分[11],巖石的抗壓能力還很弱,對原生孔隙的保存很不利。Sahul向斜區(qū)南部熱流值高,砂巖泥質(zhì)含量偏高,膠結(jié)作用發(fā)育,尤其是中成巖后期的含鐵碳酸鹽巖的交代和膠結(jié)作用使得儲層的原生孔基本消失。此外,向斜區(qū)南部晚期斷層活動對中生代斷層影響較小,所以Elang組儲層內(nèi)部連通性差,有機質(zhì)脫羧產(chǎn)生酸性水時對儲層沒有太大改善作用。因此,南部鉆井揭示Elang組儲層為低孔低滲致密型,最高孔隙度為 13.6%,最低為 0.6%,平均為3.5%,滲透率在0～2.4mD之間。

3 結(jié)論

研究區(qū)南北部Elang組雖發(fā)育相同的三角洲前緣水下分流河道和河口壩等沉積微相,但因沉積時古地形不同,南北部水動力條件有所差異。北部砂體主要受波浪作用的影響,水動力改造程度較強,砂巖泥質(zhì)含量較低、物性較好;而南部砂體主要受潮汐作用的影響,水動力改造程度較弱,砂巖泥質(zhì)含量較高、物性稍差。受古地貌、古地溫和晚期構(gòu)造活動的影響,南北部成巖作用亦具有差異性。北部處于中成巖階段A1期,砂巖溶蝕孔發(fā)育;南部處于中成巖階段A2期,石英膠結(jié)含量高、含鐵白云石和鐵白云石膠結(jié)普遍,溶蝕孔不發(fā)育。成巖作用程度的差別加大了向斜區(qū)南北部Elang組儲層物性的差異性。

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(編輯:崔護社)

Abstract:Elang Formation sandstone is one of the main hydrocarbon-bearing intervals in Sahul Syncline area.Drilling results have indicated that its reservoir quality is quite different in the northern and southern Sahul Syncline area,and that the reservoir petrophysics is one of the key constraints on hydrocarbon exploration in the area.The factors to control reservoir quality in Elang Formation are analyzed from two aspects,i.e.sedimentary environmentand diagenesis. Although distributary channels and sandy bars on delta front developed in both the northern and southern area,the sandbodies are different in hydrodynamic modification due to different palaeotopography,resulting in the lower-clay sandstone with higher reservoir quality and the higher-clay sandstone with lower reservoir quality respectively in the northern and southern area.In addition,the sandstones are quite different in diagenetic stages between the northern and southern area due to multiple impacts from palaeotopography,paleo-temperature and late tectonism,which has enhanced the differences in reservoir quality of Elang Formation between the northern and southern area.

Key words:Sahul syncline area;Elang Formation sandstone;difference ofreservoir petrophysics; sedimentary environment;diagenetic stage

A discussion on the causes of different reservoir petrophysics in Elang Formation,Sahul Syncline area,Australia

Lu Jingmei Liu Zhiguo
Chen Jingyang Luo Zongqiang
(CNOOC Research Institute,Beijing,100027)

盧景美,女,工程師,1998年畢業(yè)于中國地質(zhì)大學(xué)(北京),2008年獲碩士學(xué)位,現(xiàn)主要從事海外勘探機會評價和井位目標研究工作。E-mail:lujm1@cnooc.com.cn。