塔河10區(qū)奧陶系顆粒灘灰?guī)r儲(chǔ)層發(fā)育特征

范卓穎，林承焰，任麗華，鞠傳學(xué)

(中國(guó)石油大學(xué)，山東 青島 266580)

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塔河10區(qū)奧陶系顆粒灘灰?guī)r儲(chǔ)層發(fā)育特征

范卓穎，林承焰，任麗華，鞠傳學(xué)

(中國(guó)石油大學(xué)，山東 青島 266580)

塔河油田10區(qū)奧陶系發(fā)育大量的顆粒灘灰?guī)r致密儲(chǔ)層，在早期的勘探開發(fā)中往往忽視了其重要性，對(duì)其儲(chǔ)層物性與分布規(guī)律研究較少。通過巖心、薄片等多種方法，結(jié)合地震資料研究，系統(tǒng)地分析了該類儲(chǔ)層的巖性、物性和含油性等特征。研究認(rèn)為，塔河10區(qū)奧陶系顆粒灘灰?guī)r分布廣泛，厚度大，含油性好，其中發(fā)育原生微孔隙和裂縫，在后期的溶蝕作用下成為良好的油氣儲(chǔ)集空間和運(yùn)移通道，使顆粒灘灰?guī)r成為優(yōu)質(zhì)的碳酸鹽巖儲(chǔ)層。通過生產(chǎn)數(shù)據(jù)的分析和儲(chǔ)層研究認(rèn)為，目前開發(fā)的油氣不完全來源于縫洞儲(chǔ)層，而有相當(dāng)一部分來源于顆粒灘基質(zhì)灰?guī)r。顆粒灘灰?guī)r儲(chǔ)層的勘探開發(fā)對(duì)提高塔河油田產(chǎn)量和剩余油的挖潛具有重要的意義。

顆粒灘灰?guī)r；基質(zhì)微孔隙；優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層；碳酸鹽巖；塔河油田

0 引 言

許多學(xué)者認(rèn)為，高能臺(tái)地邊緣生物礁是非常有利的碳酸鹽巖儲(chǔ)集體[1-3]。但在古碳酸鹽巖臺(tái)地上，顆粒灘的分布比生物礁更廣泛，其在水動(dòng)力強(qiáng)、能量高的臺(tái)地邊緣和廣闊臺(tái)地內(nèi)部高能量沉積區(qū)大規(guī)模發(fā)育[4-8]。因此，顆粒灘是相控優(yōu)質(zhì)碳酸鹽巖儲(chǔ)集體最重要的沉積相類型之一[9-12]。塔里木盆地奧陶系儲(chǔ)集體類型多樣，溶蝕孔洞型儲(chǔ)層和裂縫型儲(chǔ)層一直被認(rèn)為是最有利的儲(chǔ)層，但其形成和發(fā)育受多種條件的約束，發(fā)育規(guī)模有限且在勘探開發(fā)初期已被開發(fā)，產(chǎn)量增長(zhǎng)空間有限。而在受原始沉積相帶控制的顆粒灘灰?guī)r儲(chǔ)層中，微孔隙儲(chǔ)集體普遍發(fā)育，雖然相比于巖溶洞縫型儲(chǔ)集體物性條件較差，但其呈條帶狀或似層狀大面積發(fā)育，是塔河油田10區(qū)開發(fā)中后期最有潛力的儲(chǔ)集體。

前人對(duì)顆粒灘灰?guī)r儲(chǔ)集空間的認(rèn)識(shí)仍然存在很多不足，特別是在勘探開發(fā)上往往忽視其存在，從而制約了進(jìn)一步的挖潛。對(duì)比整個(gè)塔河油田的開發(fā)現(xiàn)狀可以看出，10區(qū)油井整體具有中等產(chǎn)能，但90%以上的油井需要壓裂才能求產(chǎn)，且天然能量不足，與以典型縫洞型儲(chǔ)層為主的4區(qū)、6區(qū)等開發(fā)特征差異較大，說明該區(qū)除了巖溶縫洞型儲(chǔ)集體外還存在著大量潛在的原油賦存空間。通過觀察塔河油田10區(qū)奧陶系顆粒灘灰?guī)r儲(chǔ)集體巖心、薄片、鑄體和熒光資料，結(jié)合地震、測(cè)井等資料，對(duì)生物灘灰?guī)r儲(chǔ)層的巖性、物性及含油性等進(jìn)行了研究，認(rèn)為優(yōu)質(zhì)顆粒灘灰?guī)r致密儲(chǔ)層可作為后期勘探開發(fā)的主要潛力區(qū)，為進(jìn)一步的勘探開發(fā)提供了依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

沉積環(huán)境是影響碳酸鹽巖儲(chǔ)層原生孔隙形成的重要條件，低能環(huán)境沉積的泥微晶灰?guī)r更容易發(fā)生壓實(shí)和膠結(jié)作用，而高能環(huán)境沉積的顆?；?guī)r則會(huì)保存較多的原始孔隙空間[13]，擁有較高的孔隙度。塔河油田10區(qū)位于塔里木盆地沙雅隆起中段阿克庫(kù)勒凸起西南部[14]。奧陶系沉積初期氣候較干旱，海平面上升較快且上升速率超過臺(tái)地碳酸鹽形成速度。因此，從早奧陶世至中晚奧陶世碳酸鹽巖臺(tái)地面積逐漸縮小，呈退積—緩坡樣式，發(fā)育大面積的淺灘[15]。特別是中下奧陶統(tǒng)的一間房組和鷹山組沉積期經(jīng)歷多期海平面升降旋回，每一期旋回的下部均為相對(duì)低能環(huán)境沉積的泥(微)晶灰?guī)r，而中上部為相對(duì)高能環(huán)境沉積的藻粘結(jié)灰?guī)r、生屑灰?guī)r和砂屑灰?guī)r等，為典型的碳酸鹽巖臺(tái)地邊緣、緩坡到開闊臺(tái)地相沉積。顆粒灘灰?guī)r儲(chǔ)層是受古地理環(huán)境下沉積作用控制形成的一類以顆粒支撐、原生粒內(nèi)孔、晶間孔和殘余粒間孔為主的典型沉積型灘相碳酸鹽巖儲(chǔ)層，主要分布于臺(tái)緣高能相帶。

2 儲(chǔ)集體基本特征

通過對(duì)塔河油田10區(qū)鉆井取心觀察和物性分析等研究認(rèn)為，95%以上的儲(chǔ)集層發(fā)育在相對(duì)高能沉積環(huán)境的顆粒灘灰?guī)r中，僅有不到5%的儲(chǔ)集層發(fā)育在斷層附近的泥微晶灰?guī)r中。

2.1 巖石組分特征

顆粒灘灰?guī)r主要由微晶—亮晶生屑灰?guī)r、微晶—亮晶砂屑灰?guī)r、微晶—亮晶礫屑生物屑灰?guī)r和球粒生物屑灰?guī)r等組成。儲(chǔ)層巖石微觀結(jié)構(gòu)主要以砂屑、生物屑、礫屑和藻屑等組成的顆粒結(jié)構(gòu)為主。其中，砂屑占75%，生物屑主要為海綿骨針、腕足類、棘屑和雙殼類等，部分生物屑有硅化現(xiàn)象。顆粒間主要被粒狀亮晶方解石膠結(jié)物充填，膠結(jié)物含量為15%～35%，生屑藻屑顆粒大小較均勻，粒徑主要為200～600 μm，藻屑含量為25%，生屑含量為10%，生屑內(nèi)被方解石充填，部分硅化，少見大于1 000 μm的生物碎屑顆粒，相當(dāng)于中細(xì)砂級(jí)別(圖1)。

圖1 典型巖性特征

2.2 儲(chǔ)集體微觀孔隙特征

通常碳酸鹽巖儲(chǔ)集體在經(jīng)歷膠結(jié)、壓實(shí)、溶蝕和重結(jié)晶等成巖作用改造后原生孔隙殘存較少，多為次生成因的溶蝕孔洞和裂縫。但通過鑄體和熒光薄片等鏡下研究認(rèn)為，塔河10區(qū)顆粒灘灰?guī)r中存在著大量基質(zhì)型儲(chǔ)集空間，可劃分為以殘余原生孔、粒間和粒內(nèi)溶孔、鑄?？?、晶間溶孔為主的微孔隙型和以縫合線和微裂縫等為主的微裂縫型兩大類(表1)。在陰極發(fā)光顯微鏡下可以看出，微裂縫受溶蝕作用的影響，其兩側(cè)的碳酸鹽巖顆粒和膠結(jié)物均遭受溶蝕，不僅增大了裂縫的儲(chǔ)集空間，而且還溝通了附近的縫合線和孔隙，形成了有效的顆粒灘灰?guī)r儲(chǔ)集體。

表1 基質(zhì)型儲(chǔ)集空間特征

2.3 儲(chǔ)集體物性特征

碳酸鹽巖臺(tái)地往往受波浪和風(fēng)暴浪作用影響，整體處于動(dòng)蕩—弱動(dòng)蕩環(huán)境。海平面升降造成的海水深度變化、海水動(dòng)蕩程度以及其他水動(dòng)力條件控制著臺(tái)內(nèi)灘垂向疊置關(guān)系[16-18]。塔河10區(qū)一間房組和鷹山組沉積期發(fā)育多期小規(guī)模的沉積旋回，顆粒灰?guī)r垂向上呈多期連續(xù)疊置發(fā)育或與致密泥微晶灰?guī)r隔層相間發(fā)育，單層厚度較大，約為10～30 m，且具有明顯的垂向分帶性。常規(guī)小巖心樣品測(cè)試的孔隙度為0.50%～2.70%，平均為1.96%，滲透率為0.001×10-3～10.000×10-3μm2。全直徑樣品測(cè)試的孔隙度為1.0%～6.0%，平均為2.3%，滲透率為0.010×10-3～10.000×10-3μm2。從測(cè)試結(jié)果來看，全直徑樣品孔隙度和滲透率跟小巖心的孔隙度和滲透率基本一致，但全直徑樣品更能夠反映微裂縫和溶蝕孔洞等較大孔隙的貢獻(xiàn)，因此，孔滲范圍相比小巖心的測(cè)試結(jié)果偏大。雖然顆粒灘灰?guī)r儲(chǔ)層為特低孔、低滲致密儲(chǔ)層，但孔滲條件明顯好于泥微晶灰?guī)r儲(chǔ)層。根據(jù)顆?；?guī)r高壓壓汞毛細(xì)管壓力曲線分析可知，毛管壓力曲線整體偏向右上方，中間主進(jìn)汞段平緩且長(zhǎng)，進(jìn)汞飽和度平均大于70%，但退汞效率較低，退汞效率為37.1%。進(jìn)汞壓力為30～100 MPa時(shí)，進(jìn)汞曲線與水平段近似平行，進(jìn)汞量大，約占總進(jìn)汞量的65%，表明顆粒灘灰?guī)r中半徑為5～30 nm的孔隙非常發(fā)育。因此，通過壓汞參數(shù)計(jì)算出該區(qū)的孔隙度一般小于2%，飽和度中值半徑為5.2～29.1 nm，平均為11.0 nm，喉道中值半徑一般小于0.029 μm，即顆粒灘灰?guī)r儲(chǔ)層中細(xì)喉孔隙普遍存在，且微孔、小孔與中孔呈串聯(lián)配置，孔喉比小，連通性差，該孔隙結(jié)構(gòu)有利于油氣的聚集，但不利于油氣的運(yùn)移和開采。

2.4 儲(chǔ)集體含油性特征

顆粒灘灰?guī)r整段儲(chǔ)集體熒光顯示較強(qiáng)，顆粒內(nèi)溶孔呈斑點(diǎn)狀淺黃色熒光，粒間溶孔呈棕黃色或黃褐色熒光，縫合線或微裂縫為暗色[19]，而大孔隙和微裂縫等稍大的儲(chǔ)集空間為瀝青質(zhì)瀝青或炭質(zhì)瀝青充填，且因濃度消光而不發(fā)熒光，呈暗黑色(圖2)。通過巖心觀察可以看出，塔河10區(qū)的微孔隙和微裂縫主要為瀝青質(zhì)充填。樣品取心從地下高溫高壓到地表常溫常壓環(huán)境，輕組分被氧化、揮發(fā)或流失，僅殘留重組分或輕組分的氧化殘留物。結(jié)合巖心資料和儲(chǔ)層熒光特征綜合分析認(rèn)為，塔河10區(qū)顆粒灘灰?guī)r儲(chǔ)層的粒內(nèi)孔和粒間孔為油質(zhì)瀝青充填，微裂縫和縫合線主要被瀝青充填。

圖2 顆粒灘灰?guī)r儲(chǔ)集空間組合特征

塔河油田10區(qū)顆粒灘灰?guī)r儲(chǔ)層物性較差，為特低孔、低滲致密儲(chǔ)集層。但儲(chǔ)層含油級(jí)別較高，可達(dá)飽含油—含油級(jí)別。顆粒灘灰?guī)r地層后期受巖溶風(fēng)化、斷裂改造和埋藏作用影響，常形成狹長(zhǎng)的溶蝕孔洞和微裂縫，彼此相互連通，數(shù)量較大時(shí)可形成近網(wǎng)狀孔隙結(jié)構(gòu)，還易形成大型溶蝕孔洞和裂縫，成為有效的儲(chǔ)集空間。因此，該區(qū)顆粒灘灰?guī)r儲(chǔ)層具有較好的儲(chǔ)集條件，是優(yōu)質(zhì)的碳酸鹽巖儲(chǔ)層。

3 后期差異性優(yōu)化改造及有利儲(chǔ)集區(qū)帶預(yù)測(cè)

塔里木盆地是在前震旦紀(jì)陸殼基底上發(fā)展起來的大型疊合復(fù)合盆地，地層受巖溶作用、后期構(gòu)造斷裂作用和埋藏溶蝕作用影響較強(qiáng)烈[20]。前人研究認(rèn)為巖溶縫洞儲(chǔ)層的發(fā)育主要受巖溶期次和巖溶類型影響，具有明顯的垂向分帶性[21-28]。

表層巖溶受風(fēng)化剝蝕作用影響沿不整合面附近發(fā)育，內(nèi)幕溶蝕儲(chǔ)層常沿構(gòu)造高部位和暗河河道成層狀發(fā)育，區(qū)域上具有一定的規(guī)律。但研究區(qū)的巖心觀察和測(cè)井解釋結(jié)果表明，該區(qū)巖溶縫洞型儲(chǔ)層主要分布在一間房組上部和鷹山組中下部，與顆粒灘灰?guī)r的分布層位較為一致，在受到相同巖溶作用等后生作用改造時(shí)，顆粒灘灰?guī)r發(fā)育的層位更容易發(fā)生溶蝕作用，形成有利的儲(chǔ)集空間。同時(shí)，塔河10區(qū)的溶洞型儲(chǔ)層在平面上也是選擇性發(fā)育，且在不同井區(qū)差異較大。以T752井區(qū)為例，該井區(qū)主要巖性為泥微晶灰?guī)r，雖然構(gòu)造位置相對(duì)較高，深大斷裂發(fā)育且古暗河分支水道發(fā)育較好，卻少見巖溶縫洞型儲(chǔ)集體發(fā)育，和前人研究觀點(diǎn)不一致，其原因可能與顆粒灘的差異發(fā)育有關(guān)。與泥微晶灰?guī)r相比，顆粒灘灰?guī)r中具有較多原生殘余孔隙和通道，流體和溶蝕產(chǎn)物遷移相對(duì)順暢。溶蝕流體通過儲(chǔ)層時(shí)，巖石顆粒和膠結(jié)物之間的流體流速不同導(dǎo)致溶蝕速率差別較大，當(dāng)流體充足且流速較快時(shí)，顆粒灘灰?guī)r中的易溶礦物優(yōu)先被溶蝕，形成溶蝕微裂縫，改善了儲(chǔ)集層。塔河10區(qū)的溶蝕微裂縫在局部呈網(wǎng)狀發(fā)育，區(qū)域上呈“花斑”狀連通。當(dāng)巖溶系統(tǒng)內(nèi)的溶蝕產(chǎn)物全部遷移且后期填充物不發(fā)育時(shí)，往往形成不規(guī)則的溶洞。塔河10區(qū)顆粒灘灰?guī)r在鏡下和巖心上均可觀察到大量相對(duì)孤立的小型溶洞，溶洞形狀以不規(guī)則的圓形、橢圓形為主，排列方式具有定向性，表明該類小型溶洞可能與生物碎屑等易溶物質(zhì)被流體溶蝕有關(guān)。如T752井無縫洞型儲(chǔ)層發(fā)育多次酸化壓裂均未建產(chǎn)，其側(cè)鉆水平井T752CH也因產(chǎn)能低關(guān)井。對(duì)比顆粒灘灰?guī)r發(fā)育情況發(fā)現(xiàn)，該井正好處于臺(tái)內(nèi)灘欠發(fā)育的灘間海相中，顆粒灘灰?guī)r發(fā)育較少，與生產(chǎn)狀況一致性好。

此外，多期次的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)也會(huì)對(duì)儲(chǔ)層的發(fā)育進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整。從塔河10區(qū)的鉆井巖心可以看出，在致密的泥微晶灰?guī)r中，構(gòu)造裂縫常形成孤立發(fā)育的高角度裂縫，裂縫周圍很少發(fā)育溶洞，難見溶蝕擴(kuò)大現(xiàn)象；而構(gòu)造裂縫發(fā)育在顆?；?guī)r中時(shí)，多沿儲(chǔ)集層呈網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)發(fā)育，不僅連通了早期形成的原生孔洞，還有利于后期溶蝕流體的通過并溶蝕顆粒灘灰?guī)r儲(chǔ)集層，從而增加了儲(chǔ)集空間，改善了儲(chǔ)層結(jié)構(gòu)。

從圖3可以看出，利用地震資料提取振幅變化率等屬性，結(jié)合測(cè)井解釋結(jié)果，可較好地預(yù)測(cè)儲(chǔ)層的平面展布特征。通過分析顆粒灘灰?guī)r儲(chǔ)層平面分布特點(diǎn)可以看出，雖然塔河油田經(jīng)歷多次巖溶改造作用且斷層古水系普遍發(fā)育，但巖溶縫洞型優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層與顆粒灘灰?guī)r的發(fā)育厚度關(guān)系一致性較好。因此，顆粒灘灰?guī)r儲(chǔ)層不僅是有利的致密灰?guī)r儲(chǔ)層，還更容易受巖溶、斷裂、地表水、大氣水和暗河地下水等溶蝕流體的溶蝕、擴(kuò)大改造，增加了儲(chǔ)層的孔、洞、縫規(guī)模，形成油氣的運(yùn)移通道，使其成為優(yōu)質(zhì)的碳酸鹽巖儲(chǔ)集層。

圖3 振幅變化率屬性和顆粒灰?guī)r厚度疊合

4 結(jié) 論

(1) 顆粒灘灰?guī)r在塔河10區(qū)主要發(fā)育在一間房組上部和鷹山組中下部，平面上分布廣泛，垂向上呈多期連續(xù)疊置發(fā)育或與致密泥微晶灰?guī)r隔層相間發(fā)育，單層厚度較大，約為10～30 m，具有明顯的垂向分帶性。

(2) 顆粒灘灰?guī)r致密儲(chǔ)層是受古地理環(huán)境下高能沉積作用控制的一類殘余原生孔、粒間粒內(nèi)溶孔、縫合線等微孔隙和微裂縫普遍發(fā)育的典型特低孔、低滲致密儲(chǔ)層。

(3) 顆粒灘灰?guī)r致密儲(chǔ)集體含油性較好，巖心可見大孔隙和微裂縫等稍大的儲(chǔ)集空間被瀝青質(zhì)瀝青或炭質(zhì)瀝青充填，鏡下顆粒內(nèi)溶孔呈斑點(diǎn)狀淺黃色熒光，粒間溶孔呈棕黃色或黃褐色熒光，縫合線或微裂縫為暗色。

(4) 顆粒灘灰?guī)r致密儲(chǔ)集體受后期溶蝕改造作用影響，形成有效的儲(chǔ)集空間，在巖心上表現(xiàn)為網(wǎng)狀、“花斑”狀不規(guī)則溶洞，是碳酸鹽巖優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的主要發(fā)育區(qū)。且受巖溶斷層等控制的巖溶縫洞型優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層與顆粒灘灰?guī)r儲(chǔ)層的發(fā)育層位和厚度關(guān)系一致性較好。

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編輯 黃華彪

10.3969/j.issn.1006-6535.2016.01.002

20150826；改回日期：20151130

國(guó)家自然科學(xué)基金“縫洞儲(chǔ)集體雙側(cè)向測(cè)井響應(yīng)的物理模擬及特征分析”(41404086)和國(guó)家科技重大專項(xiàng)“復(fù)雜油藏精細(xì)表征及剩余油分布預(yù)測(cè)”(2011ZX05009-003)聯(lián)合資助

范卓穎(1987-)，女，2009年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)(華東)資源勘查工程專業(yè)，現(xiàn)為該校地質(zhì)資源與地質(zhì)工程專業(yè)在讀博士研究生，主要從事儲(chǔ)層測(cè)井評(píng)價(jià)及油藏描述研究。

TE122.3

A

1006-6535(2016)01-0006-05