張君龍 何香香 秦 佳 張 斌 閆 博
(1.中國(guó)石油大慶油田有限責(zé)任公司勘探開(kāi)發(fā)研究院,黑龍江 大慶 163712;2.中國(guó)石油天然氣集團(tuán)有限公司碳酸鹽巖儲(chǔ)層重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室大慶油田研究分室,黑龍江 大慶 163712)
丘灘體由于其特殊的沉積特征和成儲(chǔ)過(guò)程,成為了復(fù)雜的新型油氣資源載體,在全球范圍內(nèi)的勘探實(shí)踐中展示出巨大的勘探潛力[1-4]。塔里木盆地下古生界寒武系微生物碳酸鹽巖丘灘體沉積建造的相關(guān)研究主要集中在盆地西北部阿克蘇-柯坪地區(qū)等露頭區(qū)的下寒武統(tǒng)肖爾布拉克組。宋金民等[5-9]在露頭中識(shí)別出丘灘體發(fā)育窗格孔、微生物體腔(溶)蝕孔、鑄???、凝塊間溶孔、晶間(溶)孔及裂縫等多種儲(chǔ)集空間類(lèi)型,指出丘灘體微生物巖儲(chǔ)層巖石類(lèi)型有差異,主要包括枝狀石、凝塊石白云巖等低孔、低滲型儲(chǔ)集層。白瑩等[10]把阿克蘇地區(qū)下寒武統(tǒng)肖爾布拉克組臺(tái)緣微生物丘灘相儲(chǔ)集空間劃分為微生物結(jié)構(gòu)儲(chǔ)集空間和非生物結(jié)構(gòu)儲(chǔ)集空間,并指出儲(chǔ)層巖石類(lèi)型和儲(chǔ)集空間類(lèi)型多樣、具有很強(qiáng)的非均質(zhì)性,導(dǎo)致對(duì)其儲(chǔ)集性能認(rèn)識(shí)的分歧。古城地區(qū)寒武系丘灘體儲(chǔ)層分類(lèi)評(píng)價(jià)方法和標(biāo)準(zhǔn)尚未見(jiàn)報(bào)道。近幾年,針對(duì)塔里木盆地臺(tái)盆過(guò)渡帶寒武系臺(tái)緣丘灘體開(kāi)展了風(fēng)險(xiǎn)勘探,鉆遇丘灘體溶蝕孔洞縫優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層,見(jiàn)到較好的氣測(cè)顯示。古城地區(qū)寒武系臺(tái)緣丘灘體規(guī)模大、儲(chǔ)層優(yōu),具有良好的勘探潛力,是塔里木盆地重要的碳酸鹽巖天然氣勘探接替領(lǐng)域[11]。丘灘體不同巖相儲(chǔ)集空間的多樣性造就了復(fù)雜的非均質(zhì)性特征,儲(chǔ)層發(fā)育有利相帶不明確,加大了勘探的難度。為此開(kāi)展丘灘體儲(chǔ)層特級(jí)研究及分類(lèi)評(píng)價(jià),深化丘灘體儲(chǔ)層發(fā)育規(guī)律認(rèn)識(shí),為探尋規(guī)模儲(chǔ)層提供地質(zhì)依據(jù)。
古城地區(qū)位于塔里木盆地古城低凸起東南部(圖1),面積約3 000 km2,早寒武世至中奧陶世穩(wěn)定且連續(xù)發(fā)育的碳酸鹽巖沉積層是主要的勘探目的層系。古城地區(qū)整體處于塔西臺(tái)地與塔東盆地的臺(tái)盆過(guò)渡區(qū),寒武系碳酸鹽巖臺(tái)地類(lèi)型由緩坡型向鑲邊型演化,中晚寒武世是碳酸鹽巖臺(tái)緣沉積建隆的鼎盛時(shí)期,發(fā)育大規(guī)模沿臺(tái)緣帶南北向展布的臺(tái)緣丘灘體[12-13]。
圖1 塔里木盆地構(gòu)造單元及研究區(qū)位置Fig.1 Structural units in Tarim basin and the location of studied area
古城地區(qū)共識(shí)別出4 期進(jìn)積的臺(tái)緣丘灘體(圖2),劃分為加積型和前積型2 種類(lèi)型,第1、2 期加積型丘灘體屬于中寒武統(tǒng)(圖2(a)),第3、4期前積型丘灘體屬于上寒武統(tǒng)(圖2(b)),4 期丘灘體整體疊合面積約1 600 km2,每期丘灘體平均建隆420 m,先后實(shí)施的風(fēng)險(xiǎn)探井CT1、CT2、CT3 井分別揭示第3 期、第4 期和第2 期丘灘體[14-15]。
圖2 古城地區(qū)中、上寒武統(tǒng)沉積相類(lèi)型Fig.2 Sedimentary facies types of Middle-Upper Cambrian in Gucheng area
寒武系臺(tái)緣丘灘體是多種微生物白云巖及顆粒白云巖組構(gòu)而成的復(fù)合沉積建造。微生物白云巖主要包括與微生物群落自身格架生長(zhǎng)有關(guān)的枝狀石白云巖,還有與微生物捕獲黏結(jié)作用有關(guān)的凝塊石白云巖、球粒白云巖等;顆粒結(jié)構(gòu)白云巖主要為含鮞粒、藻砂屑、礫屑白云巖,礫屑內(nèi)含有枝狀石、凝塊石等微生物碎屑。根據(jù)不同巖石結(jié)構(gòu)特征,可將丘灘體劃分為丘基、丘翼、丘坪及丘核4 種微相類(lèi)型[15]。丘基、丘翼及丘坪相主要發(fā)育與微生物巖有關(guān)的顆粒結(jié)構(gòu)白云巖,具有典型波浪作用為主的“灘”相沉積特征,丘坪相沉積能量較高,而丘核相主要發(fā)育微生物結(jié)構(gòu)白云巖與顆粒結(jié)構(gòu)白云巖組合,是丘灘體建隆的主體,為抗浪習(xí)性微生物生長(zhǎng)的淺水高能“丘”相沉積。
通過(guò)野外露頭、巖心、薄片及成像測(cè)井等多尺度丘灘體儲(chǔ)集空間發(fā)育特征的厘定,依據(jù)P.W.Choquette 等[16]基于孔隙成因及演化的經(jīng)典劃分方案,古城地區(qū)丘灘體儲(chǔ)集空間類(lèi)型可歸納為溶洞、組構(gòu)選擇性溶蝕孔隙、非組構(gòu)選擇性溶蝕孔隙及裂縫4 種類(lèi)型(表1),其中溶洞、組構(gòu)選擇性溶蝕孔隙及裂縫是主要的儲(chǔ)集空間類(lèi)型。
表1 古城地區(qū)寒武系丘灘體儲(chǔ)集空間類(lèi)型Table 1 Accumulation space types of Cambrian mound-shoal complexes in Gucheng area
2.2.1 溶洞
在野外露頭剖面、巖心、成像測(cè)井圖像上表征,溶洞是丘灘體形成優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層最重要的儲(chǔ)集空間類(lèi)型。丘灘體露頭從厘米級(jí)溶洞—米級(jí)溶蝕洞穴均有發(fā)育,呈蜂窩狀較均勻分布,具有微生物格架孔經(jīng)溶蝕擴(kuò)溶的特征,丘核的中上部局部發(fā)育大型洞穴,洞內(nèi)一般有方解石部分充填或全部充填。CT1 井丘坪相取心段上部溶洞較下部更為發(fā)育(圖3(a)、(b));CT2 井丘坪相取心原始較大尺寸的溶蝕孔洞已經(jīng)完全被硅化巖或方解石充填,殘留部分小礫間孔洞(圖3(c)、(d));CT3 井丘坪相取心段溶洞具有順層分布特征(圖3(e)),丘核相溶洞表現(xiàn)出生物凝塊格架孔擴(kuò)溶特征(圖3(f)、(g)), 局部發(fā)育高角度構(gòu)造裂縫(圖3(h))。
圖3 古城地區(qū)寒武系丘灘體儲(chǔ)集空間特征巖心照片F(xiàn)ig.3 Accumlation space characteristics of core photos of Cambrian mound-shoal complexes in Gucheng area
2.2.2 組構(gòu)選擇性溶蝕孔隙
丘灘體普遍發(fā)育大量溶蝕孔隙,薄片鏡下可見(jiàn)孔隙分布較均勻,主要發(fā)育殘余顆粒結(jié)構(gòu)白云巖晶(粒)間溶孔、粒內(nèi)溶孔、生物鑄膜孔、生物體腔孔,表現(xiàn)出這些溶蝕孔隙與原始沉積結(jié)構(gòu)密切相關(guān)(圖4(a)—(d)),具有典型組構(gòu)選擇性。微生物體腔孔、粒內(nèi)溶孔被多期硅質(zhì)世代充填,呈現(xiàn)示底構(gòu)造(圖4(e)、(f));電鏡下微孔內(nèi)沿孔壁生長(zhǎng)石英或白云石,殘留部分微米級(jí)溶蝕孔隙(圖4(g)—(i))。
2.2.3 非組構(gòu)選擇性溶蝕孔隙
常與開(kāi)啟未充填或部分充填的裂縫或縫合線伴生??锥纯p充填的鞍形白云石、中粗晶白云石邊緣局部參差不齊,具有擴(kuò)溶蝕特征(圖4(j)、(k)),沿縫合線伴有機(jī)質(zhì)、瀝青充填并對(duì)圍巖有溶蝕,不均質(zhì)發(fā)育晶間溶孔(圖4(l))。
圖4 古城地區(qū)寒武系丘灘體儲(chǔ)集空間特征微觀圖像Fig.4 Microscopic characteristics of accumulation space of Cambrian mound-shoal complexes in Gucheng area
2.2.4 裂縫
裂縫是丘灘體中最為重要的儲(chǔ)集空間類(lèi)型之一,以高角度裂縫和近水平裂縫居多,少見(jiàn)網(wǎng)狀縫,主要發(fā)育構(gòu)造縫、成巖縫以及溶蝕縫3 種類(lèi)型。構(gòu)造縫是由構(gòu)造應(yīng)力作用下產(chǎn)生的機(jī)械破裂而形成的裂縫,是裂縫最主要的類(lèi)型。裂縫形態(tài)較規(guī)則,縫面平整,裂縫傾角較大,一般在40°~70°,裂縫通常被方解石、鞍狀白云石、硅質(zhì)及瀝青等部分—完全充填,高角度縫內(nèi)往往未被充填(圖3(h)),成像測(cè)井圖像表現(xiàn)為暗色正弦連續(xù)條紋特征(圖5);成巖縫主要是由壓溶成巖作用產(chǎn)生的縫合線,縫面彎曲齒狀交錯(cuò),形狀極其不規(guī)則,局部受壓溶作用擴(kuò)溶明顯,沿縫合線形成溶蝕縫孔,常被有機(jī)質(zhì)、瀝青或方解石部分充填;溶蝕縫是早期構(gòu)造縫經(jīng)成巖流體水巖反應(yīng)發(fā)生擴(kuò)大溶蝕,改變了原有結(jié)構(gòu)面貌的裂縫,但仍基本保留了原來(lái)裂縫的形態(tài)和分布特征,裂縫面邊緣不平整,往往呈斷續(xù)發(fā)育特征,縫寬大小不等,局部擴(kuò)溶為較大的溶蝕縫孔,部分被方解石、石英等次生礦物充填,成像測(cè)井上一般為不連續(xù)暗色正弦較寬不規(guī)則邊緣條紋特征,周邊常發(fā)育暗色豹斑狀特征的溶蝕孔洞。
圖5 古城地區(qū)CT3井寒武系丘灘體儲(chǔ)集空間特征測(cè)井成像Fig.5 FMI logging of accumulation space characteristics of Cambrian mound-shoal complexes in Well CT3 in Gucheng area
古城地區(qū)3 口井寒武系臺(tái)緣丘灘體巖心測(cè)試孔隙度分布為0.3%~8.17%,平均值為1.57%,絕大多數(shù)都在4%以下;滲透率分布為0.008×10-3~13×10-3μm2,平均值為0.942×10-3μm2,絕大多數(shù)為0.001×10-3~0.01×10-3μm2,整體上表現(xiàn)低-特低孔、低-特低滲特征(圖6)。一般情況下,較為均質(zhì)的基質(zhì)孔隙的滲透率與孔隙度呈現(xiàn)正相關(guān)特性,但隨著溶蝕縫孔洞的發(fā)育程度增加,孔隙度和滲透率相對(duì)變大的同時(shí),其相關(guān)性也會(huì)變差,尤其當(dāng)裂縫作為主要儲(chǔ)集空間時(shí),其孔隙度相對(duì)較低,而滲透率將大幅提高。古城地區(qū)丘灘體巖心測(cè)試的孔隙度與滲透率相關(guān)性較差,表現(xiàn)出其縫孔洞儲(chǔ)集層極強(qiáng)的儲(chǔ)層非均質(zhì)性,即使儲(chǔ)層孔隙度很低時(shí),但仍有較高的滲透率,反映了裂縫是丘灘體儲(chǔ)層滲流條件的貢獻(xiàn)主體。丘坪與丘核儲(chǔ)層巖心物性較好,個(gè)別樣品屬低孔、中低滲,丘翼儲(chǔ)層物性最差,整體均表現(xiàn)為特低孔-特低滲特征。
圖6 古城地區(qū)寒武系丘灘體儲(chǔ)層巖心孔滲交會(huì)Fig.6 Cross plot of core porosity and permeability of Cambrian mound-shoal complexes in Gucheng area
依據(jù)具有“丘”和“灘”巖相特征的不同沉積微相類(lèi)型中各種儲(chǔ)集空間類(lèi)型發(fā)育程度及其組合特征的差異性,古城地區(qū)寒武系丘灘體儲(chǔ)層可劃分為“丘”相縫孔洞型、“灘”相縫孔洞型、“灘”相縫孔隙型3 種類(lèi)型。
在淺水高能丘核相沉積中,無(wú)論在野外露頭、還是古城地區(qū)鉆井取心及成像測(cè)井圖像等宏觀尺度,都發(fā)育大量藻凝塊格架間孔洞擴(kuò)溶形成的溶洞、構(gòu)造縫(局部具有溶蝕縫特征)。同時(shí)薄片鏡下微觀尺度儲(chǔ)集空間發(fā)育以選擇性溶蝕孔隙為主,溶蝕裂縫也比較發(fā)育,局部具有鞍狀白云石、石英等充填的溶蝕孔洞發(fā)育段,非選擇性溶蝕特征比較突出。因此,把以發(fā)育較大尺度縫洞體系為主的、具有典型“丘”相沉積特征的丘核相儲(chǔ)層劃分為“丘”相縫孔洞型儲(chǔ)層。
具有“灘”相沉積特征且大尺度的溶蝕孔洞、裂縫比較發(fā)育的丘坪相儲(chǔ)層劃分為“灘”相縫孔洞型儲(chǔ)層。丘坪相儲(chǔ)層順層溶洞發(fā)育段鏡下具有典型的組構(gòu)選擇性溶蝕特征,成巖縫等裂縫比較發(fā)育,多為未完全充填的有效縫;局部具有鞍狀白云石、石英等部分充填的溶蝕孔洞發(fā)育段,溶蝕縫及非組構(gòu)選擇性溶蝕孔隙發(fā)育;有些構(gòu)造縫被方解石、鞍狀白云石等完全充填。
丘灘體微相類(lèi)型中的丘基、丘翼,大尺度的溶蝕孔洞相對(duì)不發(fā)育,儲(chǔ)集空間類(lèi)型以溶蝕孔隙、裂縫為主,零星發(fā)育溶蝕孔洞,相對(duì)于丘坪相儲(chǔ)層,其溶蝕孔隙雖也具有組構(gòu)選擇性溶蝕特征,但明顯小于并少于丘坪相溶蝕孔隙,原始海底膠結(jié)特征更為顯著。這些主要發(fā)育溶蝕孔隙、裂縫的“灘”相沉積特征的儲(chǔ)層劃分為“灘”相縫孔隙型儲(chǔ)層。
對(duì)于古城地區(qū)寒武系臺(tái)緣丘灘體這樣的超深層勘探目標(biāo),往往由于工程技術(shù)等方面因素,取心受限,巖石物性測(cè)試數(shù)據(jù)少,制約了幾百米厚層狀沉積的丘灘體儲(chǔ)層的全面認(rèn)識(shí),因此,需要充分發(fā)揮測(cè)井資料長(zhǎng)井段連續(xù)、高分辨率的優(yōu)勢(shì),利用相關(guān)敏感性參數(shù)進(jìn)行儲(chǔ)層分類(lèi)評(píng)價(jià)。對(duì)于孔洞、孔隙及裂縫發(fā)育的碳酸鹽巖儲(chǔ)層,測(cè)井評(píng)價(jià)中廣泛應(yīng)用測(cè)井解釋孔隙度及裂縫孔隙度來(lái)表征儲(chǔ)層儲(chǔ)集性能,并結(jié)合實(shí)際試氣情況,確定與產(chǎn)能相關(guān)的儲(chǔ)層分級(jí)標(biāo)準(zhǔn),即產(chǎn)能法儲(chǔ)集性能分類(lèi)。通過(guò)建立區(qū)內(nèi)自然工業(yè)、措施工業(yè)、措施低產(chǎn)及措施干層4 個(gè)級(jí)別的試氣層測(cè)井解釋孔隙度及裂縫孔隙度建立的交會(huì)圖版,按照目前有限的不同產(chǎn)能試氣層的孔隙度及裂縫孔隙度最優(yōu)化界限值,或臨近級(jí)別測(cè)試層中值(如自然工業(yè)與措施工業(yè)產(chǎn)層的裂縫孔隙度界限)確定產(chǎn)能界限標(biāo)準(zhǔn),分別確定出從好至差的Ⅰ類(lèi)、Ⅱ類(lèi)、Ⅲ類(lèi)及Ⅳ類(lèi)儲(chǔ)集性能分類(lèi)界限區(qū)間(表2),進(jìn)而對(duì)丘灘體不同儲(chǔ)層類(lèi)型進(jìn)行分類(lèi)評(píng)價(jià)。
表2 古城地區(qū)寒武系丘灘體儲(chǔ)層類(lèi)別劃分標(biāo)準(zhǔn)及儲(chǔ)地比Table 2 Reservoir classification criteria and reservoir/gross thickness ratio of Cambrian mound-shoal complexes in Gucheng area
從古城地區(qū)產(chǎn)能法儲(chǔ)集性能分類(lèi)圖版可以看出(圖7),寒武系丘灘體儲(chǔ)層具有強(qiáng)烈的非均質(zhì)性特征,雖然同一種類(lèi)型儲(chǔ)層的儲(chǔ)集性能從Ⅰ類(lèi)至Ⅳ類(lèi)均有發(fā)育,不同類(lèi)型儲(chǔ)層的儲(chǔ)集性能仍具有很好的區(qū)分性。Ⅰ、Ⅱ類(lèi)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層主要發(fā)育在“灘”相縫孔洞型和“丘”相縫孔洞型儲(chǔ)層中,且后者Ⅰ類(lèi)更發(fā)育,“灘”相縫孔隙型儲(chǔ)層以Ⅲ、Ⅳ類(lèi)為主(表2,圖7),反映了“灘”相縫孔洞型和“丘”相縫孔洞型儲(chǔ)層是有利儲(chǔ)層類(lèi)型,其中“丘”相縫孔洞型儲(chǔ)層儲(chǔ)集性能最優(yōu),“灘”相縫孔洞型儲(chǔ)層次之,“灘”相縫孔隙型儲(chǔ)層儲(chǔ)集性能最差。
圖7 古城地區(qū)丘灘體儲(chǔ)層物性類(lèi)別劃分圖版Fig.7 Classification chart of reservoir properties of mound-shoal complexes in Gucheng area
儲(chǔ)層物性參數(shù)只是對(duì)儲(chǔ)集性能的基本判斷,地層單元內(nèi)儲(chǔ)層發(fā)育的厚度,即儲(chǔ)地比則是對(duì)比評(píng)價(jià)各類(lèi)儲(chǔ)層發(fā)育規(guī)模的重要指標(biāo)。丘灘體不同類(lèi)型儲(chǔ)層的儲(chǔ)地比統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明(圖8),雖然丘核相發(fā)育優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的比例較高,但其Ⅱ類(lèi)以上優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層儲(chǔ)地比也不過(guò)35.2%,而“灘”相縫孔隙型儲(chǔ)層Ⅱ類(lèi)以上優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層儲(chǔ)地比僅7.5%,可見(jiàn)厚層建隆沉積的丘灘體整體具有較強(qiáng)的儲(chǔ)層非均質(zhì)性特征;整體上“丘”相和“灘”相縫孔洞型儲(chǔ)層中Ⅱ類(lèi)以上優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層儲(chǔ)地比顯著高于“灘”相縫孔隙型儲(chǔ)層,其中“丘”相縫孔洞型儲(chǔ)層中Ⅰ類(lèi)儲(chǔ)層儲(chǔ)地比最高,進(jìn)一步說(shuō)明丘核相是丘灘體發(fā)育規(guī)模儲(chǔ)層的有利微相類(lèi)型,丘坪相次之,“灘”相縫孔隙型儲(chǔ)層Ⅲ、Ⅳ類(lèi)儲(chǔ)層的儲(chǔ)地比較大,不利于規(guī)模發(fā)育Ⅱ類(lèi)以上優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層(表2)。勘探實(shí)踐表明,CT3 井鉆遇的加積型丘灘體丘核相發(fā)育Ⅰ類(lèi)儲(chǔ)層,而丘坪相主要發(fā)育Ⅱ類(lèi)儲(chǔ)層,但相對(duì)于CT1、CT2 井鉆遇的前積型丘灘體,相同微相類(lèi)型,加積型丘灘體Ⅰ、Ⅱ類(lèi)好儲(chǔ)層發(fā)育比例明顯高于前積型丘灘體,反映了加積型丘灘體是有利儲(chǔ)集相帶。
圖8 古城地區(qū)丘灘體儲(chǔ)層不同微相類(lèi)型儲(chǔ)地比Fig.8 Reservoir/gross thickness ratio of different microfacies of mound-shoal complexes in Gucheng area
(1)古城地區(qū)寒武系臺(tái)緣丘灘體是多種微生物白云巖及顆粒白云巖組構(gòu)而成的復(fù)合沉積建造,丘基、丘翼及丘坪相主要發(fā)育與微生物巖有關(guān)的顆粒結(jié)構(gòu)白云巖,具有“灘”相沉積特征,丘核相主要發(fā)育微生物結(jié)構(gòu)白云巖與顆粒結(jié)構(gòu)白云巖組合,是丘灘體丘形建隆的主體,為淺水高能“丘”相沉積。
(2)古城地區(qū)寒武系丘灘體儲(chǔ)層可識(shí)別出溶洞、組構(gòu)選擇性溶蝕孔隙、非組構(gòu)選擇性溶蝕孔隙及裂縫4 種儲(chǔ)集空間類(lèi)型,以溶洞、裂縫為主,整體上表現(xiàn)低—特低孔、低—特低滲特征,丘坪與丘核儲(chǔ)層物性較好。
(3)古城地區(qū)寒武系丘灘體儲(chǔ)層可劃分為“丘”相縫孔洞型、“灘”相縫孔洞型、“灘”相縫孔隙型3 種類(lèi)型,Ⅰ、Ⅱ類(lèi)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層主要發(fā)育在“灘”相縫孔洞型和“丘”相縫孔洞型儲(chǔ)層中,后者優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層更發(fā)育,加積型丘灘體丘核相沉積厚度更大,是發(fā)現(xiàn)規(guī)模氣藏的重要基礎(chǔ)。