準(zhǔn)西地區(qū)蘇13井區(qū)石炭系儲(chǔ)層發(fā)育特征研究

陳 林

(中國石化勝利油田分公司，山東 東營 257061)

0 引 言

目前，準(zhǔn)噶爾盆地在火山巖領(lǐng)域取得了豐碩的油氣勘探成果[1-3]，累計(jì)發(fā)現(xiàn)探明油氣當(dāng)量超過3.6×108t[4]，展現(xiàn)了火山巖儲(chǔ)層較好的勘探潛力。前人針對(duì)火山巖儲(chǔ)層的發(fā)育特征開展了大量研究[3-18]，對(duì)于車排子地區(qū)石炭系火山巖儲(chǔ)層，目前的研究熱點(diǎn)主要集中在勘探成度相對(duì)較高的凸起東翼[1，12-15]，很多學(xué)者從火山巖的巖相識(shí)別、火山旋回期次、儲(chǔ)層發(fā)育機(jī)制以及控制因素等方面開展了較為系統(tǒng)的研究，基本明確了車排子凸起東翼火山巖儲(chǔ)層的“三元控儲(chǔ)”機(jī)制，即有利儲(chǔ)層主要受巖性、構(gòu)造作用及風(fēng)化淋濾作用3種要素的控制[1，11-15]。而對(duì)于車排子凸起的西翼，由于主要為低磁分布區(qū)，認(rèn)為基本不發(fā)育火山機(jī)構(gòu)，長期以來沒有受到重視。近期鉆探也表明，該區(qū)石炭系的巖性與車排子凸起東翼具有較大差異，整體發(fā)育一套遠(yuǎn)離火山口的火山-沉積巖地層，并且?guī)r性復(fù)雜多變，這種火山-沉積巖儲(chǔ)層較典型的火山巖儲(chǔ)層和碎屑巖儲(chǔ)層在儲(chǔ)層發(fā)育機(jī)制和分布特征等方面更為復(fù)雜[17-18]。對(duì)于該區(qū)此類儲(chǔ)層的發(fā)育特征以及控制因素研究較少，對(duì)儲(chǔ)層的形成機(jī)制及分布規(guī)律認(rèn)識(shí)不清，制約了蘇13井區(qū)進(jìn)一步的勘探，因此，急需研究此類儲(chǔ)層的發(fā)育特征和控制因素，為有利儲(chǔ)層分布預(yù)測提供依據(jù)，為下步的勘探提供指導(dǎo)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

蘇13井區(qū)位于準(zhǔn)噶爾盆地西緣車排子凸起的西翼(圖1)，在構(gòu)造上為準(zhǔn)噶爾盆地的西部隆起區(qū)，其東面為車排子凸起的核部，西北部緊鄰扎伊爾山，南面則以艾-卡西斷裂帶為界，與四棵樹凹陷相鄰。該區(qū)自晚海西期隆升定型以來，長期保持著正向構(gòu)造形態(tài)，具有非常有利的聚油背景。

圖1 研究區(qū)構(gòu)造位置

2011年以來，中國石化勝利油田在車排子凸起東翼排66井區(qū)周緣的石炭系火山巖中累計(jì)發(fā)現(xiàn)了億噸級(jí)的石油地質(zhì)儲(chǔ)量[1]，2016年部署的蘇13井首次在車排子凸起西翼的石炭系中獲得突破，該井在石炭系鉆遇了100多米的油氣顯示，且中途測試獲得高產(chǎn)輕質(zhì)油流，拉開了車排子凸起西翼石炭系油氣勘探的序幕。

該區(qū)自下而上主要發(fā)育石炭系、新近系和第四系，僅在局部地區(qū)殘留侏羅系、白堊系和古近系。其中，石炭系厚度在5 000 m以上，自下而上可劃分為太勒古拉組(C1t)、包古圖組(C1+2b)和希貝庫拉斯組(C2x)。其中，C1t主要為一套火山巖地層，其地質(zhì)年齡約為358.0±4.6 Ma；C1+2b主要為一套火山沉積巖地層，地質(zhì)年齡約為326.8±3.4 Ma；C2x則主要為一套火山巖地層，地質(zhì)年齡約為308.8±6.0 Ma。根據(jù)古生物、測年以及巖性組合特征等綜合分析，認(rèn)為蘇13井區(qū)鉆井所揭示的石炭系均屬包古圖組(C1+2b)。

2 儲(chǔ)層發(fā)育特征

2.1 儲(chǔ)層巖石學(xué)特征

車排子凸起西翼蘇13井區(qū)石炭系巖性主要為火山沉積巖類，巖性較為復(fù)雜，巖屑錄井識(shí)別巖性的難度較大，巖性定名的不準(zhǔn)確性為后續(xù)研究增加了困難。該區(qū)石炭系取心井有9口，累計(jì)巖心長約為40 m，同時(shí)具有大量井壁取心資料。根據(jù)取心段的巖心觀察分析，結(jié)合鉆井及井壁取心的鏡下薄片鑒定等系統(tǒng)研究，綜合厘定了取心井段發(fā)育的巖石類型，整體可劃分為火山巖類和沉積巖類?；鹕綆r類巖性主要為凝灰?guī)r和沉凝灰?guī)r以及少量分布的玄武巖等；沉積巖類巖性則主要為凝灰質(zhì)砂巖、凝灰質(zhì)泥巖以及泥巖等(圖2)。

以巖心為標(biāo)定，結(jié)合測井敏感曲線統(tǒng)計(jì)，認(rèn)為密度和深感應(yīng)測井對(duì)研究區(qū)石炭系的巖性較為敏感，利用2種測井參數(shù)交會(huì)，建立了巖性識(shí)別圖版，進(jìn)而對(duì)研究區(qū)石炭系錄井資料進(jìn)行了系統(tǒng)校正。根據(jù)校正結(jié)果，選取平面分布位置不一、鉆遇石炭系厚度較大的9口井，對(duì)石炭系巖性發(fā)育特征進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)。結(jié)果表明：凝灰質(zhì)泥巖的累計(jì)厚度占鉆遇石炭系總厚度的30.15%，泥巖的累計(jì)厚度占鉆遇石炭系總厚度的14.96%，沉凝灰?guī)r的累計(jì)厚度占鉆遇石炭系總厚度的23.86%，凝灰?guī)r的累計(jì)厚度占鉆遇石炭系總厚度的24.31%，凝灰質(zhì)砂巖的累計(jì)厚度占鉆遇石炭系總厚度的5.68%，玄武巖的累計(jì)厚度占鉆遇石炭系總厚度的1.04%。綜上分析可知，車排子凸起西翼石炭系以遠(yuǎn)火山口相的火山沉積巖為主。

圖2 蘇13井區(qū)石炭系不同巖石類型及對(duì)應(yīng)鏡下微觀特征

2.2 儲(chǔ)集空間類型及儲(chǔ)層發(fā)育特征

綜合根據(jù)巖心、鑄體薄片、掃描電鏡等資料系統(tǒng)觀察，結(jié)合成像測井資料分析結(jié)果，發(fā)現(xiàn)研究區(qū)石炭系儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間類型以裂縫為主，并在凝灰?guī)r中見大量脫玻化孔，各類巖性的溶蝕作用均相對(duì)較弱，溶蝕孔相對(duì)較少，基本未見原生孔(圖3)。裂縫主要包括構(gòu)造縫和溶蝕縫等(圖3a—d)。其中，構(gòu)造縫大小不一，有些在巖心上可觀察到，縫寬可達(dá)0.5～2.0 cm(圖3a)，大部分構(gòu)造縫較小，一般為30～70 μm(圖3b—d)，常見裂縫被方解石或沸石等充填，也可見構(gòu)造縫被充填后沿裂縫發(fā)生不完全溶解(圖3c)。

而脫?；讋t主要發(fā)育于凝灰?guī)r中(圖3b、e、f)，為火山玻璃向晶體轉(zhuǎn)化的過程中(即脫?；饔?產(chǎn)生，并可見部分脫?；装l(fā)生溶解，進(jìn)而形成溶擴(kuò)孔(圖3c)。值得一提的是，脫?；字饕使铝罘植?，如果沒有裂縫的溝通，一般難以形成有效的儲(chǔ)集空間。正是由于脫?；椎拇嬖?，在構(gòu)造裂縫的溝通下，極大地改善了蘇13井區(qū)凝灰?guī)r儲(chǔ)層的儲(chǔ)集性能，因此，裂縫和脫?；椎牟⒋嬉彩翘K13井區(qū)石炭系至今能夠一直保持穩(wěn)產(chǎn)的重要原因。

圖3 車排子凸起西翼蘇13井區(qū)石炭系儲(chǔ)集空間類型及特征

綜合根據(jù)車排子凸起西翼石炭系14塊巖心樣品儲(chǔ)集物性測試分析發(fā)現(xiàn)，儲(chǔ)層孔隙度最高為12%～15%，大多分布在4%～12%，平均為9%左右；儲(chǔ)層的滲透率為0.3～6.0 mD。根據(jù)春風(fēng)油田石炭系儲(chǔ)集層分類評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，車排子凸起西翼石炭系儲(chǔ)層整體上屬于Ⅱ—Ⅲ類儲(chǔ)層，其中，有利儲(chǔ)層以Ⅱ類為主。

3 儲(chǔ)層發(fā)育控制因素

前人通過大量研究，綜合建立了車排子凸起東翼石炭系“三元控儲(chǔ)”的儲(chǔ)層發(fā)育模式，即有利儲(chǔ)層主要受巖性、風(fēng)化淋濾作用及構(gòu)造作用的控制[1，2，11-13]。而對(duì)蘇13井區(qū)石炭系儲(chǔ)層的綜合分析表明，該區(qū)石炭系火山沉積巖儲(chǔ)層的發(fā)育受構(gòu)造作用和巖性的控制作用較為明顯，而風(fēng)化淋濾作用對(duì)研究區(qū)儲(chǔ)層的控制作用不明顯。

3.1 構(gòu)造作用的控制

車排子凸起經(jīng)歷了海西、印支、燕山、喜山期等多期、多幕構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，這些構(gòu)造運(yùn)動(dòng)使得蘇13井區(qū)石炭系發(fā)育了多期次、多走向的斷裂體系，不同期次、不同走向的斷層相互切割組合，在平面上形成了網(wǎng)狀展布，在這些斷裂體系的形成過程中，斷裂帶周緣必將伴隨巖石的變形、破裂，勢(shì)必會(huì)形成大量的構(gòu)造裂縫。通過對(duì)蘇13井區(qū)以北達(dá)爾布特?cái)嗔褞е芫壥肯狄巴饴额^的系統(tǒng)觀察以及鉆井解剖發(fā)現(xiàn)，斷裂帶附近裂縫較為發(fā)育，并且不同走向斷裂的交匯處，或者斷裂的密集分布區(qū)常常為構(gòu)造裂縫的發(fā)育區(qū)。根據(jù)野外統(tǒng)計(jì)及鉆井解剖，斷裂控制裂縫的發(fā)育距離，可以達(dá)到2 km左右。同時(shí)，構(gòu)造作用產(chǎn)生的裂縫一方面可以溝通凝灰?guī)r中的脫?；祝蟠笤黾佑行Э?縫的發(fā)育程度；另一方面構(gòu)造作用產(chǎn)生的斷層及構(gòu)造裂縫網(wǎng)絡(luò)也可為地表水以及地層流體等提供流動(dòng)通道，使得這些區(qū)域的溶蝕作用得到進(jìn)一步增強(qiáng)，進(jìn)而改善了火山-沉積巖的儲(chǔ)集性能。

蘇13井在石炭系自上而下發(fā)育多條斷層，井-震標(biāo)定顯示，鉆遇上部5條斷層，結(jié)合測井解釋成果發(fā)現(xiàn)，垂向上斷層發(fā)育段為有利儲(chǔ)層的主要發(fā)育區(qū)，進(jìn)一步證明了斷層對(duì)儲(chǔ)層發(fā)育的控制作用。

3.2 巖性的控制

對(duì)蘇13井區(qū)9口井的石炭系測井解釋成果及對(duì)應(yīng)巖石類型進(jìn)行統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，各類巖性發(fā)育儲(chǔ)層的概率具有明顯的差異性(圖4)，如凝灰?guī)r和凝灰質(zhì)細(xì)砂巖，其Ⅰ、Ⅱ類儲(chǔ)層的發(fā)育概率相對(duì)較高，可達(dá)13.0%～15.0%，而其他巖性如凝灰質(zhì)泥巖、沉凝灰?guī)r和泥巖等，其Ⅰ、Ⅱ類儲(chǔ)層的發(fā)育概率較低，均小于2.5%(表1)。

表1 車排子凸起西翼不同巖性儲(chǔ)層發(fā)育概況

上述分析表明，石炭系有效儲(chǔ)集空間類型主要為裂縫以及部分裂縫溝通的脫?；?，基本不發(fā)育原生孔隙。因此，裂縫對(duì)儲(chǔ)層的發(fā)育起到重要控制作用，通過不同巖性的力學(xué)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，凝灰質(zhì)砂巖和凝灰?guī)r抵抗變形的能力明顯差于泥巖、沉凝灰?guī)r和凝灰質(zhì)泥巖，在強(qiáng)應(yīng)力擠壓下，凝灰質(zhì)砂巖和凝灰?guī)r主要發(fā)生剛性破裂，有利于裂縫的形成，而沉凝灰?guī)r、泥巖等巖性在強(qiáng)應(yīng)力擠壓下主要發(fā)生塑形變形，難以大量成縫。因此，不同巖性造縫能力差異懸殊是導(dǎo)致巖性控制儲(chǔ)層發(fā)育的內(nèi)在原因。

3.3 風(fēng)化淋濾作用

通過對(duì)研究區(qū)石炭系發(fā)育的巖石類型及成分分析，該區(qū)主要發(fā)育火山沉積巖類，其中，易溶礦物(如長石)的含量要遠(yuǎn)低于火山巖儲(chǔ)層。以車排子凸起東翼火山巖分析為例，安山巖中長石含量可達(dá)66.1%，玄武安山巖中長石含量為55.7%，玄武巖中長石含量相對(duì)偏低，為39.5%；噴發(fā)相的火山角礫巖中長石含量為50.0%，凝灰?guī)r中的長石含量為29.1%，沉凝灰?guī)r中長石含量為19.4%。而對(duì)于研究區(qū)蘇13井凝灰?guī)r、凝灰質(zhì)砂巖的X衍射及鏡下薄片分析顯示，其礦物含量中易溶組分(如長石類)的含量僅在5.5%左右，甚至更低。綜上所述，對(duì)于車排子凸起西翼石炭系發(fā)育的各類巖性中，其易溶組分的含量(主要為長石)均較低，不利于溶蝕作用的進(jìn)行。

此外，對(duì)蘇13井石炭系頂部不整合面以下地層的測井解釋物性進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)自不整合面向下200 m左右，其物性沒有明顯降低的趨勢(shì)，而有利儲(chǔ)層垂向的分布常呈層狀的尖峰式分布，這一現(xiàn)象與凸起東翼風(fēng)化殼儲(chǔ)層物性垂向分布特征具有顯著差異[1]。

綜上所述，由于蘇13井區(qū)石炭系各類巖性中易溶組分的含量均較少，導(dǎo)致各類巖性發(fā)生的溶蝕作用均較弱，因此，風(fēng)化淋濾作用對(duì)該區(qū)儲(chǔ)層的發(fā)育影響不大。

4 儲(chǔ)層發(fā)育模式

綜合上述分析，明確了車排子凸起西翼蘇13井區(qū)石炭系有利儲(chǔ)層主要受巖性和構(gòu)造作用的控制，進(jìn)而建立了研究區(qū)石炭系火山沉積巖儲(chǔ)層的發(fā)育模式：有利儲(chǔ)層主要發(fā)育巖性為凝灰?guī)r和凝灰質(zhì)砂巖，有效儲(chǔ)集空間類型為構(gòu)造成因的裂縫和裂縫溝通的脫?；?，地層及地表流體沿著斷層及裂縫滲流，可對(duì)裂縫以及脫?；装l(fā)生進(jìn)一步溶蝕，而裂縫分布受斷裂控制作用強(qiáng)烈，不同走向斷裂的交匯處或者斷層密集分布區(qū)為構(gòu)造應(yīng)力的集中區(qū)，也是構(gòu)造裂縫的密集發(fā)育區(qū)，是有利儲(chǔ)層的主要分布區(qū)(圖4)。

圖4車排子西翼石炭系巖-縫主導(dǎo)改造型儲(chǔ)層發(fā)育模式

5 結(jié) 論

(1) 蘇13井區(qū)石炭系巖性與車排子凸起東翼石炭系巖性具有明顯差異，不發(fā)育火山機(jī)構(gòu)，主要為一套相對(duì)低磁的火山沉積巖，如凝灰?guī)r、凝灰質(zhì)泥巖、沉凝灰?guī)r、凝灰質(zhì)細(xì)砂巖、泥巖以及少量的玄武巖。

(2) 蘇13井區(qū)石炭系儲(chǔ)層的儲(chǔ)集空間類型以裂縫型為主，并在凝灰?guī)r中發(fā)現(xiàn)大量脫玻化孔，整體不發(fā)育次生溶蝕孔隙。脫?；仔枰獦?gòu)造裂縫的溝通才能形成有效的儲(chǔ)集空間，構(gòu)造裂縫和脫?；紫嘟Y(jié)合可較好地改善儲(chǔ)層的儲(chǔ)集性能。

(3) 巖性與構(gòu)造作用是儲(chǔ)層發(fā)育的關(guān)鍵因素，凝灰質(zhì)細(xì)砂巖和凝灰?guī)r為有利儲(chǔ)層的主要發(fā)育巖性，構(gòu)造控制了斷裂及裂縫的發(fā)育程度，不同走向斷裂的交匯處或斷裂密集分布區(qū)為裂縫的有利發(fā)育區(qū)，而風(fēng)化淋濾作用對(duì)儲(chǔ)層發(fā)育的影響較小。