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      元壩地區(qū)須二段下亞段儲層特征及優(yōu)質(zhì)儲層主控因素

      2014-10-10 02:46:24李宏濤肖開華
      東北石油大學(xué)學(xué)報 2014年5期
      關(guān)鍵詞:砂組亞段儲集

      賈 爽,李宏濤,肖開華

      (中國石化石油勘探開發(fā)研究院,北京 100083)

      元壩地區(qū)須二段下亞段儲層特征及優(yōu)質(zhì)儲層主控因素

      賈 爽,李宏濤,肖開華

      (中國石化石油勘探開發(fā)研究院,北京 100083)

      元壩地區(qū)須家河組須二段下亞段Ⅰ砂組、Ⅱ砂組具有較好的含氣潛力.通過巖心觀察、巖礦成分分析、壓汞實(shí)驗(yàn)、巖石薄片分析、鑄體薄片分析等方法,分析元壩地區(qū)須家河組須二段下亞段儲層特征.結(jié)果表明:元壩地區(qū)須家河組須二段下亞段巖性為三角洲前緣水下分流河道、河口壩、席狀砂的巖屑砂巖、長石巖屑砂巖及濱淺湖砂壩石英砂巖、巖屑石英砂巖,屬于低孔低滲儲層,具有復(fù)雜的孔喉結(jié)構(gòu),其中石英砂巖孔喉結(jié)構(gòu)較好.基質(zhì)儲集空間類型以次生溶蝕孔為主,裂縫以水平縫和低角度縫為主,縫寬較小.儲層特征受沉積和成巖作用的控制,不同的沉積微相控制儲層碎屑顆粒成分及結(jié)構(gòu),從而影響強(qiáng)烈的成巖作用下原生孔隙的保存及次生孔隙的發(fā)育.壓實(shí)作用是破壞原生孔隙的主要因素,膠結(jié)作用主要形成于中晚成巖階段,主要對孔隙空間起破壞作用,部分黏土膠結(jié)作用有保持孔隙空間的作用,溶蝕作用是形成次生孔隙,改善儲集空間,形成優(yōu)質(zhì)儲層最主要的控制因素.該研究為氣藏的開發(fā)和評價提供依據(jù).

      元壩地區(qū);須家河組;儲層特征;主控因素

      0 引言

      隨著油氣勘探開發(fā)的深入,川東北地區(qū)海相長興組—飛仙關(guān)組已成為重要的天然氣勘探開發(fā)領(lǐng)域[1-2].近年來,在海相地層勘探過程中,在鉆遇上覆陸相須家河組地層中,部分井發(fā)現(xiàn)較好的油氣顯示.其中須家河組須二段下亞段因砂體厚度較大,被認(rèn)為是有利的勘探區(qū)域,在氣藏開發(fā)前期評價中,元壩22井測試無阻流量為22.06×104m3/d,元陸11井測試產(chǎn)量為10.40×104m3/d,產(chǎn)氣層集中在須二段下亞段中上的Ⅰ砂組、Ⅱ砂組.

      在勘探開發(fā)過程中發(fā)現(xiàn)氣井產(chǎn)能差異大的問題,可能是由儲層巖性和物性的差異引起的,因此需要對儲層特征進(jìn)行研究,為氣藏開發(fā)評價提供依據(jù).目前,對于元壩地區(qū)須二段儲層的研究主要是在沉積相演化、儲層物性特征及儲層致密化過程等方面,缺少對儲層特征控制因素的分析.秦華等結(jié)合巖心觀察、測井資料、粒度分析等識別元壩須二段大型三角洲砂體及分布[3].陳波等結(jié)合鉆井、測井資料分析元壩地區(qū)石英砂巖的分布及成因[4].王喻等研究表明元壩須二段氣藏儲層孔隙類型主要是微孔隙,裂縫對滲流起促進(jìn)作用,物性相對較好的須二段下亞段是較有利區(qū)域[5].王威通過對元壩須二段儲層成巖、孔隙演化與天然氣成藏的關(guān)系研究,認(rèn)為它為先致密,后成藏[6].筆者基于測試高產(chǎn)段儲層特征研究,結(jié)合巖心觀察、巖心樣品實(shí)驗(yàn)結(jié)果,分析元壩地區(qū)須二段下亞段儲層的巖性、物性、儲集空間、孔喉結(jié)構(gòu)特征及優(yōu)質(zhì)儲層控制因素,為有利儲層的優(yōu)選提供依據(jù).

      1 地質(zhì)概況

      元壩地區(qū)構(gòu)造上位于四川盆地川東北部,其南為川中低緩構(gòu)造帶北部斜坡,東為通南巴構(gòu)造帶西南端、北為九龍山背斜南端(見圖1).

      元壩地區(qū)須二段發(fā)育一套辮狀河三角洲—濱淺湖沉積,在須二段中部發(fā)育一套湖相的灰黑色泥頁巖和煤層,即“腰帶子泥頁巖”,代表一次全區(qū)范圍的次級湖泛[7-8],將須二段分為上下2個亞段.

      圖1 元壩地區(qū)區(qū)域構(gòu)造位置Fig.1 The tectonic location of Yuanba area

      須二段下亞段地層巖性組合為灰色—淺灰色細(xì)、中砂巖,夾深灰色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖,自上而下分為3個砂組,研究目的層為含氣潛力較好的Ⅰ砂組和Ⅱ砂組.Ⅱ砂組為三角洲前緣沉積,發(fā)育水下分流河道、席狀砂、河口壩微相.Ⅰ砂組沉積時期仍發(fā)育辮狀河三角洲相,但隨著基準(zhǔn)面的上升,在工區(qū)西南部及東部出現(xiàn)典型的濱淺湖砂壩沉積.

      2 儲層特征

      2.1 巖石學(xué)

      須二段下亞段儲層巖性有石英砂巖、巖屑石英砂巖、巖屑砂巖、長石巖屑砂巖,除石英砂巖外,礦物成分總體上具有巖屑含量高、長石含量低的特點(diǎn).

      石英砂巖、巖屑石英砂巖發(fā)育在須二段下亞段Ⅰ砂組濱淺湖砂壩,巖屑砂巖、長石巖屑砂巖主要發(fā)育在須二段下亞段Ⅰ砂組、Ⅱ砂組三角洲前緣水下分流河道、席狀砂、河口壩(見圖2).

      圖2 元壩地區(qū)須二段下亞段儲層巖性特征Fig.2 The lithology characterization in the lower 2th member sand beds of Xujiahe formation in Yuanba area

      2.2 儲層物性

      巖心物性分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果反映須二段下亞段儲層具有“低孔低滲”特征.Ⅰ砂組平均孔隙度為4.33%,平均滲透率為0.076 3×10-3μm2,孔滲相關(guān)性較好;Ⅱ砂組平均孔隙度為4.93%,平均滲透率為0.337 2×10-3μm2,隨著孔隙度的增大滲透率呈上升趨勢,揭示儲集空間主要為孔隙,也存在異常高值滲透率,具有孔隙型及裂縫—孔隙型儲層的特點(diǎn)(見圖3).

      圖3 元壩地區(qū)須二段下亞段Ⅰ砂組、Ⅱ砂組物性特征Fig.3 The physical property in the lower 2th member sand beds I and II of Xujiahe formation in Yuanba area

      2.3 基質(zhì)儲集空間類型

      基質(zhì)儲集空間以次生溶蝕孔為主,包括粒間溶孔、粒內(nèi)溶孔(見圖4).粒間溶孔是工區(qū)儲層中廣泛發(fā)育的孔隙類型,粒內(nèi)溶孔較為常見,分布不均勻.此外,可見少量殘余粒間孔,主要分布于石英砂巖.

      圖4 元壩地區(qū)須二段下亞段儲層主要儲集空間類型及分布Fig.4 The type and distribution of reservoir space in the lower 2th member sand beds of Xujiahe formation in Yuanba area

      2.4 孔隙結(jié)構(gòu)

      根據(jù)巖心樣品壓汞實(shí)驗(yàn)結(jié)果,元壩地區(qū)須二段下亞段儲層具有低孔隙度、低滲透率、排驅(qū)壓力大、進(jìn)汞飽和度較低、退汞效率低的復(fù)雜孔喉結(jié)構(gòu)特征.

      工區(qū)儲層發(fā)育的4種巖石類型中,以石英砂巖的孔喉結(jié)構(gòu)較好(見圖5).元壩204井石英砂巖樣品壓汞實(shí)驗(yàn)排驅(qū)壓力p為1 MPa,進(jìn)汞飽和度SHg為90%,孔喉結(jié)構(gòu)屬于中孔細(xì)喉型,孔喉比中等,孔隙喉道大小分選較好,偏細(xì)歪度.元壩104井巖屑砂巖樣品壓汞實(shí)驗(yàn)進(jìn)汞飽和度為80%,孔喉結(jié)構(gòu)屬于小孔微喉型,孔喉比低,孔隙喉道大小分選不好,偏細(xì)歪度.

      圖5 元壩地區(qū)須二段下亞段儲層孔喉結(jié)構(gòu)特征Fig.5 The pore and throat structure characterizations in the lower 2th member sand beds of Xujiahe formation in Yuanba area

      2.5 裂縫發(fā)育

      破裂作用形成的裂縫可以改善儲層的滲透性[9],在巖心薄片上可觀察到微裂縫發(fā)育、切割石英顆粒的特征,可成為有效儲集空間(見圖6).

      圖6 元壩須二段下亞段微裂縫特征Fig.6 The micro fracture characterization of the lower sub second interval sand beds of Xujiahe formation in Yuanba area

      巖心及裂縫觀察表明,裂縫密度較小,平均裂縫密度為0.89條/m.根據(jù)裂縫產(chǎn)狀,將裂縫分為垂直縫(不小于85°)、高角度縫(45°~85°)、低角度縫(5°~45°)、水平縫(不大于5°)四類[10],須二段下亞段儲層裂縫主要以水平縫和低角度縫為主(見圖7).巖心裂縫寬度較小,縫寬多集中在0.1~1.0 mm之間,最大縫寬為5.0 mm,縫寬與裂縫成因有關(guān),一般剪切裂縫寬度較小,張裂縫寬度較大[11],工區(qū)發(fā)育的裂縫主要是在區(qū)域應(yīng)力場作用下,在褶皺擠壓過程中沿巖石沉積界面形成的剪切裂縫.裂縫的充填程度以半充填為主,充填物以方解石和有機(jī)質(zhì)為主,有少量的泥質(zhì)、黃鐵礦等其他物質(zhì)充填.

      圖7 須二段下亞段儲層裂縫產(chǎn)狀與寬度分布Fig.7 The fracture type and occurrence distributions in the lower member of Xujiahe formation in Yuanba area(from core observations)

      3 主控因素

      3.1 沉積

      沉積相帶決定儲層巖石顆粒大小、填隙物含量、巖石孔隙結(jié)構(gòu)等微觀特征,從而控制儲層原生孔隙的大小和滲流能力[12-13].有利的沉積相帶是形成低孔低滲砂巖儲層的基本條件.

      3.1.1 沉積相帶

      在三角洲前緣、濱淺湖沉積背景下,疊加的水下分流河道及濱淺湖砂壩物性相對較好.巖心物性分析結(jié)果顯示,水下分流河道、濱淺湖砂壩平均孔隙度較高,分別為6.12%、4.68%,席狀砂、河口壩儲層平均孔隙度較低,為2.59%(見表1).

      表1 元壩陸相須二段下亞段不同相帶與儲層物性關(guān)系Table 1 The relationship between physical property and sedimentary facies in the lower 2th member sand beds of Xujiahe formation in Yuanba area

      3.1.2 砂巖碎屑成分及結(jié)構(gòu)成熟度

      薄片觀察結(jié)果表明:各沉積微相碎屑顆粒圓度相近,為次圓—次棱角狀;分流河道與席狀砂、河口壩分選程度接近,均為中等—較好,濱淺湖砂壩沉積物為石英砂巖、巖屑石英砂巖,石英體積分?jǐn)?shù)為75%~95%,分選性好,說明它形成于強(qiáng)水動力條件;分流河道與濱淺湖砂壩碎屑顆粒以中細(xì)粒為主,主要粒徑范圍為0.15~0.50 mm,席狀砂、河口壩主要沉積巖屑砂巖,因水動力條件相對較弱,粒度較小,主要粒徑范圍為0.1~0.3 mm,填隙物中雜基體積分?jǐn)?shù)較高,為10%~15%.

      不同沉積環(huán)境下的水動力條件控制沉積物的碎屑礦物成分及結(jié)構(gòu)成熟度,從而影響原生孔隙的保存及次生孔隙的發(fā)育.濱淺湖砂壩石英砂巖、巖屑石英砂巖成分及結(jié)構(gòu)成熟度較高,碎屑顆粒成分單一(見圖8(a)),石英顆??箟簩?shí)能力強(qiáng),有利于原生孔隙的形成和保存,在薄片中可見少量的殘余原生孔隙(見圖4(c));但隨著成巖作用進(jìn)入中晚期,純凈的石英砂巖易發(fā)生石英加大膠結(jié)作用使儲集空間減小,同時因其成分穩(wěn)定,形成的次生溶蝕孔隙比較有限.分流河道巖屑砂巖、長石巖屑砂巖成分、結(jié)構(gòu)成熟度中等,巖屑體積分?jǐn)?shù)較高(見圖8(b)),在壓實(shí)作用下易產(chǎn)生破碎的微粒,使儲層致密化且具有更復(fù)雜的孔喉結(jié)構(gòu),影響儲層的滲流能力,但長石和巖屑是選擇性溶蝕作用的主要對象,形成的次生溶蝕孔可有效增加孔隙度,使其成為優(yōu)質(zhì)儲層.席狀砂、河口壩碎屑巖顆粒較細(xì),雜基體積分?jǐn)?shù)較高(見圖8(c)),在強(qiáng)成巖作用下堵塞孔隙,阻礙酸性液體流動及溶蝕作用發(fā)生,難以形成有效的儲集空間.

      圖8 元壩地區(qū)須二段下亞段各沉積微相碎屑巖成分與結(jié)構(gòu)特征Fig.8 Clastic constituents and texture features of different microfacies in the lower 2th member sand beds of Xujiahe formation in Yuanba area

      3.2 成巖作用

      3.2.1 壓實(shí)—壓溶

      壓實(shí)作用是導(dǎo)致巖石孔隙度迅速減小的主要原因.工區(qū)內(nèi)壓實(shí)作用比較強(qiáng)烈,巖石薄片觀察結(jié)果表明:泥質(zhì)巖屑變形、云母彎曲或斷裂,石英顆粒因強(qiáng)壓實(shí)—壓溶作用呈縫合接觸(見圖9).

      圖9 元壩地區(qū)須二段下亞段儲層強(qiáng)壓實(shí)作用Fig.9 The strong compaction features in the lower 2th member sand beds of Xujiahe formation in Yuanba area

      3.2.2 膠結(jié)

      膠結(jié)作用是使儲層孔隙空間發(fā)生變化的另一原因.如果膠結(jié)作用發(fā)生在巖石因壓實(shí)作用而完全固結(jié)、顆粒相對位置完全固定前的較早成巖階段,且相對分散,則對儲層原生孔隙有保持作用[14-15];發(fā)生在壓實(shí)作用已經(jīng)較強(qiáng)的晚成巖階段的膠結(jié)作用對儲層孔隙有破壞作用.

      (1)硅質(zhì)膠結(jié)作用.硅質(zhì)膠結(jié)作用主要以石英自生加大的形式表現(xiàn)(見圖10(a)),由于長石體積分?jǐn)?shù)小,硅質(zhì)來源主要為石英顆粒的壓溶作用及黏土礦物轉(zhuǎn)化,須二段下亞段石英顆粒體積分?jǐn)?shù)可達(dá)50%以上,特別是Ⅰ砂組的石英砂巖,石英體積分?jǐn)?shù)可達(dá)80%以上,石英顆粒在壓溶作用下提供豐富的硅質(zhì)來源,來自沉積巖屑和雜基的黏土礦物在一定溫度下發(fā)生轉(zhuǎn)化也可以提供豐富的硅質(zhì).壓溶作用多發(fā)生在強(qiáng)壓實(shí)階段,黏土礦物的轉(zhuǎn)化量也與溫度相關(guān)[16],所以工區(qū)內(nèi)的硅質(zhì)膠結(jié)作用多在中晚成巖階段加深儲層的致密性.

      (2)碳酸鹽膠結(jié)作用.方解石膠結(jié)作用主要以成巖中晚期膠結(jié)為主,呈連晶狀或鑲嵌狀分布于碎屑顆粒粒間(見圖10(b));少部分方解石膠結(jié)物形成于深埋藏成巖時期,為鐵方解石膠結(jié)物的特征,常分布于碳酸鹽膠結(jié)物的中心.另外,還可見自生的鐵白云石(見圖10(c)).巖石薄片顯示方解石膠結(jié)物占據(jù)粒間孔隙,降低孔隙連通性,為破壞性的成巖作用.

      (3)黏土礦物膠結(jié)充填.黏土礦物膠結(jié)充填主要以綠泥石膠結(jié)為主,呈環(huán)邊狀分布于碎屑顆粒,特別是石英顆粒的周圍(見圖10(d)).這種自生綠泥石形成于早成巖階段,可減少壓實(shí)作用對孔隙空間的破壞,隨著埋深增加,已形成的綠泥石繼續(xù)生長而增強(qiáng)巖石顆粒的抗壓能力,也能抑制晚成巖階段的石英膠結(jié)作用[17],因此這些環(huán)邊狀自生綠泥石有保持孔隙空間的作用.也有一部分黏土是在搬運(yùn)介質(zhì)中,或者是在沉積環(huán)境中由于膠體溶液的凝聚作用與碎屑物同時沉積下來的,或者是在成巖過程中由于孔隙水中含有的滲流泥;盡管這些黏土礦物并非真正的膠結(jié)物,但它們使原生孔隙空間減少,在砂巖致密化過程中有一定作用.

      圖10 元壩地區(qū)須二段下亞段儲層膠結(jié)作用Fig.10 The cementation features of the lower sub second interval sand beds

      3.2.3 溶蝕

      在強(qiáng)烈的壓實(shí)、膠結(jié)作用下形成的致密儲層中,溶蝕作用是形成次生孔隙、改善儲層質(zhì)量、形成優(yōu)質(zhì)儲層的主要機(jī)制.工區(qū)儲層溶蝕作用主要表現(xiàn)在溶蝕以非選擇性和選擇性溶蝕存在的特征.非選擇性粒間溶蝕孔隙具有明顯切割顆粒邊緣特征,分布于幾個顆粒的結(jié)合處,這類孔隙是對早期粒間孔隙的進(jìn)一步改造形成的,多呈不規(guī)則狀、港灣狀,是工區(qū)儲層中廣泛發(fā)育的孔隙類型,具有較好的連通性(見圖4(a)),有效地增加儲集空間體積.選擇性溶蝕主要針對一些不穩(wěn)定的碎屑巖礦物如長石、巖屑等溶蝕[18],工區(qū)常見長石粒內(nèi)溶孔,巖屑粒內(nèi)溶孔較少,多呈斑點(diǎn)狀或蜂窩狀,少數(shù)長石顆粒完全溶解而只保留原顆粒形態(tài)(見圖4(b)),在微裂縫的溝通下,粒內(nèi)溶孔可形成有效儲集空間.

      4 結(jié)論

      (1)元壩地區(qū)須二段下亞段儲層巖石類型有石英砂巖、巖屑石英砂巖、長石巖屑砂巖、巖屑砂巖.儲層儲集空間以粒間溶孔、粒內(nèi)溶孔、殘余粒間孔為主.儲層致密,為“低孔低滲”儲層,孔喉結(jié)構(gòu)復(fù)雜,以石英砂巖孔喉結(jié)構(gòu)最好.基質(zhì)儲集空間以次生溶蝕孔為主,包括粒間溶孔、粒內(nèi)溶孔.

      (2)不同的沉積微相控制儲層碎屑顆粒成分及結(jié)構(gòu),從而在強(qiáng)烈的成巖作用下影響原生孔隙的保存及次生孔隙的發(fā)育.濱淺湖砂壩碎屑巖成分及結(jié)構(gòu)成熟度高,在強(qiáng)烈的壓實(shí)作用下仍保存少量原生孔隙,但因其成分穩(wěn)定,次生溶蝕孔發(fā)育有限.分流河道碎屑巖成分及結(jié)構(gòu)成熟度中等,在強(qiáng)烈的壓實(shí)和膠結(jié)作用下原生孔隙被破壞,而長石等不穩(wěn)定礦物易被溶蝕,形成次生溶蝕孔發(fā)育的優(yōu)質(zhì)儲層.席狀砂、河口壩碎屑巖結(jié)構(gòu)成熟度較低,主要體現(xiàn)在雜基含量較高,難以形成有效的次生溶蝕孔隙.

      (3)壓實(shí)作用是破壞原生孔隙的主要因素.膠結(jié)作用主要形成于中晚成巖階段,主要對孔隙空間有破壞作用,部分黏土膠結(jié)作用有保持孔隙空間的作用.溶蝕作用是形成次生孔隙,改善儲集空間,形成優(yōu)質(zhì)儲層最主要的控制因素,包括沿孔隙邊緣發(fā)生的非選擇性溶蝕和針對長石、巖屑等易溶物的選擇性溶蝕.

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      TE121.2

      A

      2095-4107(2014)05-0015-08

      DOI 10.3969/j.issn.2095-4107.2014.05.003

      2014-05-29;編輯陸雅玲

      賈 爽(1987-),女,碩士,助理工程師,主要從事油氣田開發(fā)地質(zhì)方面的研究.

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