川東地區(qū)臺洼邊緣二疊系生物礁灘儲層特征及控制因素

蔣裕強，刁志龍，徐昌海，馮 亮，谷一凡，易娟子

(1.西南石油大學，四川 成都 610500；2.中國石油非常規(guī)油氣重點實驗室非常規(guī)儲層評價實驗室，四川 成都 610500；3.中國石油西南油氣田分公司，四川 成都 610051)

0 引 言

由抗浪造架和底棲生物構成的生物礁灘，以其極高的原生孔洞發(fā)育程度和較好的抗壓實能力而成為世界范圍內不同地質時期油氣勘探的重點關注目標[1]。中國川東地區(qū)二疊系長興組為海相碳酸鹽巖油氣藏，是中國生物礁灘氣藏勘探開發(fā)的典型代表[2-3]。截至目前，已相繼在建南、黃龍場、七里北、元壩等環(huán)開江-梁平海槽臺緣帶取得重要發(fā)現(xiàn)，探明天然氣地質儲量超過6×1010m3[4]。相比之下，開江-梁平海槽以西的臺地內部地區(qū)，其生物礁灘分布面積不亞于開江-梁平海槽，可達10 000 km2，二維地震成果表明，僅武勝—石柱地區(qū)生物礁異常體面積達468 km2，實鉆井測試成果顯著，展現(xiàn)出巨大的勘探潛力[5]。然而，由于勘探程度較低，加之沉積演化規(guī)律、儲層特征及控制因素等方面的研究匱乏，嚴重制約了臺地內部礁灘氣藏的未來勘探部署。在對臺內地區(qū)沉積格局及沉積演化進行系統(tǒng)性研究的基礎上[5]，通過巖心觀察、鏡下薄片鑒定、物性分析等手段，研究川東地區(qū)二疊系長興組生物礁灘儲層特征，探討其控制因素，對進一步拓展四川盆地生物礁灘氣藏勘探領域具有積極作用。

1 區(qū)域地質概況

研究區(qū)地理位置位于四川盆地東部大竹和涪陵之間，晚二疊紀末期，屬于開江-梁平海槽以西地區(qū)。區(qū)內長興組、大隆組與上覆飛仙關組和下伏龍?zhí)督M整合接觸。結合前人研究成果[4-5]認為，受二疊紀末期峨嵋“地裂運動”影響，區(qū)內長興組沉積早期發(fā)育碳酸鹽緩坡，而中—晚期則發(fā)育碳酸鹽臺地的沉積模式，可細分為臺內洼地、臺洼邊緣、臺坪與臺地邊緣4類沉積亞相類型[5]，臺洼邊緣作為沉積環(huán)境高能帶，適宜生物礁灘沉積，從而形成沿臺洼邊緣帶呈帶狀不連續(xù)的礁灘有利微相，是油氣勘探的有利目標(圖1)。

圖1 研究區(qū)長興組中—晚期沉積相平面分布及地層柱狀示意圖(據(jù)文獻[5]修改)Fig.1 Plane distribution of sedimentary facies and columnar schematic diagram of strata in the middle-late deposit period of Changxing Formation in the study area (Modified from reference [5])

2 儲層基本特征

2.1 儲集巖與儲集空間類型

巖心描述、薄片觀察、測井儲層解釋結果表明，研究區(qū)臺洼邊緣長興組儲層主要發(fā)育于長興組中上部的生屑云巖、生物礁云巖中(圖2)，具有厚度薄、孔洞發(fā)育、物性好、氣顯示極為豐富的特點。生屑云巖在巖心上孔洞極發(fā)育(圖2a)，面孔(洞)率約為10%，鏡下鑒定表明其由粉-細晶白云石構成(圖2b)，原巖為泥晶生屑灰?guī)r或亮晶生屑灰?guī)r，由于強烈的白云石化改造，僅保留有生物碎屑的殘余結構；白云石晶體大小為80～150 μm，普遍具有霧心亮邊結構，生屑類型以棘皮類為主，生屑含量普遍大于60%(圖2b)。鏡下鑒定表明，生屑云巖孔隙類型為晶間孔、晶間溶孔(圖2b)和非組構選擇性溶孔(洞)(圖2c)，孔隙間普遍充填瀝青。生物礁云巖在巖心上縫洞極發(fā)育(圖2d)，面孔(洞)率約為15%～20%(圖2e)，鏡下鑒定表明其同樣由粉-細晶白云石構成，即生物礁灰?guī)r被白云石化作用改造后形成的儲集巖，造礁生物以纖維海綿為主。該類型儲集巖孔隙類型主要為生物格架孔(圖2f)、非組構選擇性溶孔(洞)(圖2d)。

圖2 研究區(qū)長興組生物礁灘儲層巖性特征Fig.2 Lithologic characteristics of reef beach reservoir in Changxing Formation in the study area

2.2 物性特征

為了研究川東地區(qū)長興組碳酸鹽巖儲層的孔隙度和滲透率分布特征，對研究區(qū)包括張21、張23、臥102、板東4井等在內的8口取心井210個儲層段巖心樣品孔滲數(shù)據(jù)進行了分析。區(qū)內長興組儲層孔隙度為2.0%～23.9%，主要集中在2.0%～4.0%(占比39%)，平均為4.8%。根據(jù)碳酸鹽巖氣藏勘探開發(fā)行業(yè)標準[6]，氣藏孔隙度屬低孔—中孔儲層。滲透率變化范圍較大，0.001～0.010 mD的樣品數(shù)占樣品總數(shù)的32%，0.010～0.100 mD的樣品僅占2%，0.100～1.000 mD的樣品占27%，1.000～10.000 mD的樣品占28%，大于10.000 mD的樣品占11%(表1)。孔隙度、滲透率分析結果表明，研究區(qū)長興組儲層整體表現(xiàn)為低孔—中孔、低滲特征。其中，生物礁云巖因少量裂縫參與滲流而表現(xiàn)為低孔、中滲的巖樣分布特征；生屑云巖與生物礁云巖相比而言，生屑云巖則缺少微裂縫溝通，孔隙度和滲透率呈明顯的線性相關，隨著孔隙度的增加滲透率明顯增高，具有孔隙型儲層的典型特征，呈現(xiàn)出中孔、低滲的巖樣分布特征(圖3，圖中樣品數(shù)為210個)。

表1 研究區(qū)長興組礁灘儲層孔隙度、滲透率發(fā)育特征Table 1 Porosity and permeability development characteristics of reef beach reservoir in Changxing Formation in the study area

圖3 研究區(qū)長興組生物礁灘儲層孔隙度、滲透率交會圖Fig.3 Porosity and permeability crossplot of reef beach reservoir in Changxing Formation in the study area

3 儲層成因機理及控制因素

3.1 礁灘沉積提供物質基礎

長興組生物礁灘氣藏主要是一種典型的構造-巖性氣藏，其儲層發(fā)育及分布受沉積環(huán)境中高能邊緣帶礁灘體分布制約，為典型的相控型儲層。川東地區(qū)臺洼邊緣類似于臺地邊緣[7-9]，屬于沉積水體能量較高的相帶[8]，該相帶內部海水循環(huán)通暢、營養(yǎng)豐富，適宜生物礁灘生長發(fā)育。在此基礎上，生物礁灘大致沿臺洼邊緣帶分布[5]。生物礁灘中骨架生物的支撐作用、生物碎屑之間的顆粒支撐作用，均可導致生物礁灘具有高原始孔隙度、強抗壓實能力特征，為成巖期白云石化流體交代作用提供了物質基礎，也為白云石化流體的運移提供了絕佳通道。

3.2 成巖改造是成儲關鍵

大量顯微薄片分析和巖心觀察表明,川東地區(qū)臺洼邊緣生物礁灘依次經(jīng)歷了第1期方解石膠結作用、滲透回流白云石化作用及第2期方解石充填作用(圖4)。第1期方解石膠結作用使得原生孔、洞發(fā)育的生物礁灘物性變差，而滲透回流白云石化作用是研究區(qū)形成優(yōu)質白云巖儲集層的關鍵因素。

圖4 研究區(qū)長興組破壞性成巖作用微觀特征Fig.4 Microscopic characteristics of destructive diagenesis of Changxing Formation in the study area

第1期方解石膠結物主要為纖維狀或櫛殼狀(Cc1)，第2期方解石膠結物為粒狀(Cc2)。第1期方解石膠結物晶體直徑為20～50 μm，沿生物碎屑和造礁生物(圖5)的邊緣生長，呈等厚環(huán)邊狀。第2期方解石膠結物的晶體直徑普遍大于100 μm，其形成于第1期膠結作用之后，對第1期膠結作用后殘余的孔隙進行充填。

滲透回流白云石化作用對長興組儲層的形成起關鍵性作用。研究區(qū)儲集巖類型表明，只有經(jīng)過白云石化改造后形成的生物礁云巖、生屑云巖才具有較好的孔隙度和滲透率，而未經(jīng)白云石化作用改造的生物礁灘灰?guī)r，則由于海底成巖環(huán)境中，同生成巖階段的方解石膠結物將生物礁格架孔、洞和生物碎屑之間的孔隙幾乎完全充填(圖5)，導致未經(jīng)白云石化作用改造的生物礁灘灰?guī)r孔隙度均不足2.0%，無法形成儲集巖。鉆井取心資料表明，川東地區(qū)未見石膏巖、白云質膏巖或膏質云巖等蒸發(fā)巖的沉積記錄。因此，與蒸發(fā)巖沉積相關的白云石化模式，包括蒸發(fā)泵模式、超鹽度海水的滲透回流模式不適用于研究區(qū)長興組[10]；顯微薄片、巖心觀察均未見熱液礦物組合，白云石自形程度高，均表明構造-熱液白云石化模式也不適用于研究區(qū)長興組；而混合水白云石化模式已被諸多研究者認為很難形成類似研究區(qū)長興組的大規(guī)模白云巖體[10-12]。

圖5 研究區(qū)長興組儲層成巖改造示意圖Fig.5 Schematic diagram of reservoir diagenesis transformation of Changxing Formation in the study area

巖石學特征研究表明，川東地區(qū)長興組白云石自形程度較高，原巖組構保存完好(圖2)，因此，白云石化作用發(fā)生在低溫條件下的同生—準同生成巖階段。越來越多的研究實例證明，中等鹽度或輕微蒸發(fā)(未達到石膏飽和)的海水，在滲透回流模式的水文動力條件下，同樣具備白云石化作用的潛力[13-14]，研究區(qū)長興組沉積期未見蒸發(fā)巖，由于輕微蒸發(fā)作用產生的中等鹽度流體在同生—準同生期發(fā)生回流作用，交代生物礁灘形成礁灘白云巖儲集層。

方解石充填作用發(fā)生在白云石化作用之后，該期形成的方解石充填物(Cc3)晶體粗大，普遍超過200 μm(圖4c),呈單晶或嵌晶狀，充填于白云石化后所形成的孔、洞、縫內部(圖4d),雖然含量不高,但往往導致原生孔隙、次生孔隙儲集性能降低。

4 勘探意義

隨著勘探程度的不斷深入，尋找高能優(yōu)勢相帶生物礁灘氣田難度日趨明顯。在臺地邊緣礁灘氣藏認知的基礎上，可為探尋新類型礁灘儲層、擴充油氣儲備資源提供了有利方向。截至2020年1月，沿川東地區(qū)長興組臺洼邊緣帶鉆遇長興組的鉆井數(shù)僅18口，具有儲層厚度大(5.63～54.10 m)、單井測試產量高(5.16×104～102.70×104m3/d)、硫化氫含量低(0.08～4.43 g/m3)等特點(表2)。未鉆探生物礁異常體多達43個，總面積達468 km2,資源量約為1 339.73×108m3，展示了臺洼邊緣生物礁灘勘探的良好前景。礁灘儲層特征及控制因素的研究可為深化臺洼邊緣礁灘氣藏勘探、加大三維地震部署提供重要地質依據(jù)。

表2 研究區(qū)長興組生物礁灘氣藏鉆井數(shù)據(jù)Table 2 Drilling data of reef beach gas reservoir of Changxing Formation in the study area

5 結 論

(1) 川東地區(qū)臺洼邊緣二疊系長興組儲層為典型的生物礁灘相白云巖儲集層，其主要儲集巖類型有生屑云巖、生物礁云巖，其中以生屑云巖的儲滲性能最好；生屑云巖孔隙類型為晶間孔、晶間溶孔和非組構選擇性溶孔(洞)，生物礁云巖孔隙類型主要為生物格架孔、非組構選擇性溶孔(洞)。

(2) 長興組儲層孔隙度為2.0%～23.9%，平均為4.8%，整體表現(xiàn)為低孔—中孔、低滲特征。

(3) 長興組儲集層的成因與控制因素表現(xiàn)為：沉積階段，沿臺洼邊緣高能帶沉積作用形成了帶狀不連續(xù)生物礁灘，為后期白云石化改造提供了物質基礎；同生成巖階段形成的中等鹽度海水，沿著未被第1期、第2期方解石完全膠結的礁灘原生孔洞空間，對礁灘進行白云石化改造是礁灘白云巖儲層形成的關鍵因素。