發(fā)布時(shí)間：2021-09-03所屬分類：工程師職稱論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要：柴達(dá)木盆地北緣(簡(jiǎn)稱柴北緣)深層勘探程度低，資源潛力大，為明確柴北緣深層砂巖儲(chǔ)層特征和控制因素，利用鑄體薄片、掃描電鏡、物性數(shù)據(jù)和測(cè)錄井資料等對(duì)柴北緣深部下干柴溝組儲(chǔ)層進(jìn)行了綜合研究。結(jié)果顯示：柴北緣深部下干柴溝組儲(chǔ)集巖主要以長(zhǎng)石巖屑
摘要：柴達(dá)木盆地北緣(簡(jiǎn)稱柴北緣)深層勘探程度低，資源潛力大，為明確柴北緣深層砂巖儲(chǔ)層特征和控制因素，利用鑄體薄片、掃描電鏡、物性數(shù)據(jù)和測(cè)錄井資料等對(duì)柴北緣深部下干柴溝組儲(chǔ)層進(jìn)行了綜合研究。結(jié)果顯示：柴北緣深部下干柴溝組儲(chǔ)集巖主要以長(zhǎng)石巖屑砂巖和巖屑長(zhǎng)石砂巖為主，分選好，磨圓中等，成分成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度較高，原生孔隙發(fā)育，孔—滲相關(guān)性較好，平均孔隙度和滲透率可達(dá)10.7%和25.74×10-3μm2。孔隙喉道中等—偏細(xì)，連通性好。辮狀河三角洲前緣水下分流河道砂和濱湖—淺湖席狀砂是形成優(yōu)良儲(chǔ)層的基礎(chǔ)條件;碳酸鹽膠結(jié)物在成巖階段早期長(zhǎng)期淺埋藏，晚期快速深埋，有效保護(hù)了原生孔隙;部分長(zhǎng)石顆粒和早期碳酸鹽膠結(jié)物在成巖階段后期被溶蝕，形成了一定量的粒內(nèi)和粒間溶蝕孔隙，對(duì)儲(chǔ)集巖物性也有一定程度的改善;儲(chǔ)集砂巖上、下部發(fā)育大套厚層泥巖，在沉積—成巖并快速埋藏的過程中，儲(chǔ)集巖中的孔隙流體排出受阻而滯留在孔隙空間，孔隙流體承擔(dān)了部分負(fù)荷，從而消弱了正常壓實(shí)作用對(duì)儲(chǔ)集巖的影響，保存了大部分原生孔隙。柴北緣腹部地區(qū)古近系下干柴溝組地層辮狀河三角洲欠壓實(shí)泥巖發(fā)育的異常高壓帶是天然氣勘探開發(fā)的有利區(qū)帶。
關(guān)鍵詞：碳酸鹽膠結(jié);異常壓力;沉積環(huán)境;深部?jī)?chǔ)層;柴達(dá)木盆地
0引言
深部?jī)?yōu)質(zhì)儲(chǔ)層一般是指埋深大于3000m，孔隙度大于10%、滲透率大于10×10−3μm2的儲(chǔ)層[1]。近年來，隨著全球油氣勘探的不斷深入，勘探技術(shù)的日益成熟，深層油氣田已經(jīng)成為油氣勘探的重要領(lǐng)域[2-3]。準(zhǔn)噶爾盆地、塔里木盆地、松遼盆地等均在深部?jī)?chǔ)層取得了重大油氣勘探突破[4-6]。埋深大于3000m的碎屑巖儲(chǔ)層已經(jīng)成為我國(guó)油氣增長(zhǎng)的新關(guān)鍵點(diǎn)[1]。柴達(dá)木盆地先后在埋深大于4000m的仙西1井[7]和埋深大于6000m的昆2井發(fā)現(xiàn)深部?jī)?yōu)質(zhì)碎屑巖儲(chǔ)層，在冷湖Ⅳ、Ⅴ號(hào)深層也有一定突破[8-10]，但是由于深部?jī)?chǔ)層埋藏較深，油氣藏成因復(fù)雜，儲(chǔ)層特征、形成機(jī)理以及主控因素等方面的研究相對(duì)緩慢。因此對(duì)柴達(dá)木盆地深層碎屑巖儲(chǔ)層特征、形成機(jī)理和控制因素等研究迫在眉睫。筆者在巖石學(xué)特征和沉積環(huán)境研究的基礎(chǔ)上，利用鑄體薄片、掃描電鏡、測(cè)錄井?dāng)?shù)據(jù)等資料解決上述問題，對(duì)柴達(dá)木盆地北緣下干柴溝組深部碎屑巖儲(chǔ)層特征及儲(chǔ)層類型進(jìn)行研究，并將沉積環(huán)境和成巖作用對(duì)儲(chǔ)層物性的影響機(jī)制有機(jī)地結(jié)合起來，分析研究區(qū)優(yōu)質(zhì)碎屑巖儲(chǔ)層的分布規(guī)律和范圍，以期為后續(xù)天然氣的勘探開發(fā)提供地質(zhì)依據(jù)。
1地質(zhì)背景
柴達(dá)木盆地位于青藏高原北部，面積約為12×104km2，整體呈菱形，是我國(guó)西部一個(gè)大型的中—新生帶陸相含油氣盆地[9-10]。柴達(dá)木盆地構(gòu)造變形與印度—歐亞板塊碰撞作用有密切的關(guān)系，并主要受周緣山系斷裂系統(tǒng)的控制：西北邊界為阿爾金斷裂，東北邊界為祁連南緣逆沖斷層帶，南界為祁漫塔格逆沖斷層帶[11](圖1)，具有特殊的盆山構(gòu)造格局和地球動(dòng)力學(xué)背景，這些斷裂系統(tǒng)控制了柴達(dá)木盆地的展布方向、盆地內(nèi)次級(jí)斷裂的形成和分布、沉積中心的遷移及油氣聚集帶的分布。柴達(dá)木盆地北緣構(gòu)造帶位于南祁連山前，是盆地北部的一級(jí)構(gòu)造單元[12]。受燕山及喜馬拉雅期運(yùn)動(dòng)的影響，柴北緣構(gòu)造復(fù)雜，發(fā)育賽什騰—祁連山前構(gòu)造帶、冷湖—馬海構(gòu)造帶、鄂博梁—鴨湖及阿爾金等多個(gè)構(gòu)造帶，深層砂巖儲(chǔ)層主要分布在鄂博梁地區(qū)和冷湖構(gòu)造帶。從老到新，該區(qū)依次發(fā)育侏羅統(tǒng)(J)、古近系的路樂河組(E1+2)、下干柴溝組(E3)和新近系的上干柴溝組(N1)、下油砂山組(N21)、上油砂山組(N22)、獅子溝組(N23)以及第四系的七個(gè)泉組(Q1+2)。本文研究目的層為下干柴溝組(E3)地層，分為上下兩段，分別為下干柴溝組下段(E31)和下干柴溝組上段(E31)。沉積相由山前至腹部依次為辮狀河河流相、辮狀河三角洲平原、辮狀河三角洲前緣和濱淺湖相(圖1)，碎屑巖沉積范圍廣，厚度大，勘探前景廣闊。
2儲(chǔ)層特征及分類
2.1巖石學(xué)特征
柴北緣深部?jī)?chǔ)層主要位于古近系下干柴溝組(E3)，發(fā)育多種巖性，包括灰色礫巖、灰色含礫砂巖、棕紅色粉砂質(zhì)泥巖、棕紅色泥巖等，中細(xì)粒砂巖疊置連篇，巖心觀察可見塊狀層理、板狀、槽狀交錯(cuò)層理，垂向發(fā)育下粗上細(xì)的間斷性正粒序特征，在礫巖或含礫砂巖底部常出現(xiàn)底沖刷現(xiàn)象，儲(chǔ)層砂體薄，蓋層好[圖2(a)—圖2(c)]。粒度概率曲線特征表現(xiàn)為懸浮和跳躍組成的兩段式，缺少滾動(dòng)組分，跳躍部分斜率較大(圖3)，說明具有較好的分選性，成熟度高，反映河道沉積特征的特點(diǎn)。測(cè)井曲線形態(tài)主要包括箱形、漏斗形、微齒化鐘形、齒化線形及線形。通過對(duì)重點(diǎn)鉆井巖芯樣品進(jìn)行薄片鑒定和X射線-衍射等實(shí)驗(yàn)，根據(jù)趙澄林等[10]劃分碎屑巖的標(biāo)準(zhǔn)，得出深部?jī)?chǔ)集巖巖性主要為長(zhǎng)石巖屑砂巖和巖屑長(zhǎng)石砂巖(圖4)。碎屑顆粒粒徑在0.10~0.50mm之間，以細(xì)砂巖、中—粗砂巖和含礫砂巖為主，分選—磨圓較好，碎屑顆粒之間主要以點(diǎn)接觸為主，膠結(jié)類型主要是以顆粒支撐為主的孔隙型(圖2)。
雜基含量較低，粒度較細(xì)，分選較好，成分成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度較高。結(jié)合測(cè)井曲線認(rèn)為研究區(qū)儲(chǔ)集巖主要為三角洲沉積砂體(圖1)，沉積相主要為辮狀河三角洲，部分地區(qū)為濱淺湖相沉積，沉積微相包括辮狀河三角洲前緣和平原。其中辮狀河三角洲前緣砂體呈現(xiàn)出單層厚度小、分布廣、分選好，泥質(zhì)雜基含量低的特點(diǎn)，具有優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)集巖發(fā)育的條件。
2.2物性特征
2.2.1孔滲特征
柴北緣深層砂巖儲(chǔ)層物性分析表明，儲(chǔ)層孔隙類型以原生孔隙為主[圖5(a)]，孔隙度平均為10.72%，頻率分析顯示，孔隙度分布在5%~10%的樣品最多，約占總數(shù)的45.45%，屬于特低孔;其次孔隙度<5%的樣品占27.88%，屬于超低孔;孔隙度分布在10%~15%之間的低孔樣品約占22.73%;孔隙度>15%的中—高孔樣品占3.94%。總之，柴北緣深部?jī)?chǔ)層特低孔—超低孔樣品累計(jì)占73.33%，低孔樣品約占22.73%，樣品總體表現(xiàn)為以特低—超低孔為主，低孔為輔的特征[圖5(b)]。儲(chǔ)層滲透率平均為25.74×10-3μm2，頻率分析顯示，滲透率小于10×10-3μm2的樣品數(shù)最多，占分析樣品數(shù)的98.18%，屬于特低—超低滲;滲透率分布在(10~50)×10-3μm2的低滲透樣品占1.21%;其余滲透率在大于50×10-3μm2的中—高滲樣品占0.61%。這說明柴北緣深部?jī)?chǔ)層砂巖儲(chǔ)層總體表現(xiàn)以致密儲(chǔ)層為主，低滲為輔的特征[圖5(c)]。以上儲(chǔ)層物性分類是根據(jù)石油行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(SY/T6285—2011)來劃分的。儲(chǔ)層物性條件整體偏差，仙西1井E32深部砂巖儲(chǔ)層平均孔隙度為8%左右，但埋深超過4000m也發(fā)育優(yōu)良儲(chǔ)層。通過對(duì)柴北緣深部?jī)?chǔ)層樣品孔隙度和滲透率的相關(guān)性分析，顯示孔隙度和滲透率在對(duì)數(shù)坐標(biāo)中具有較好的正相關(guān)關(guān)系[圖5(d)]，說明柴北緣地區(qū)第三系深部砂巖優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的孔隙類型仍以原生粒間孔為主(原生孔隙含量達(dá)65%)，孔滲相關(guān)性較好。
2.2.2孔喉特征
根據(jù)巖心樣品鑄體薄片及掃描電鏡分析(圖2)，發(fā)現(xiàn)深部?jī)?yōu)質(zhì)儲(chǔ)層主要發(fā)育原生孔隙(平均含量>60%)，以壓實(shí)—膠結(jié)剩余粒間孔為主;其次為次生孔隙，以粒間溶蝕孔和粒內(nèi)溶蝕孔為主;另外還發(fā)育少量壓裂縫，儲(chǔ)層較薄且非均質(zhì)強(qiáng)，但孔隙度大于10%的有效儲(chǔ)層發(fā)育。壓汞曲線可以用來評(píng)價(jià)儲(chǔ)層的孔隙結(jié)構(gòu)，壓汞曲線形態(tài)主要受孔隙分布的歪度以及分選性2個(gè)因素控制，因此壓汞曲線的形態(tài)在一定程度上反應(yīng)孔喉的分選性、分布歪度及平均孔喉半徑的影響，更全面地反映了儲(chǔ)層的儲(chǔ)集性能，直觀地體現(xiàn)了孔隙結(jié)構(gòu)特征[13]。根據(jù)柴北緣深部?jī)?chǔ)集巖樣品的壓汞數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析可以看出(圖6)，孔隙喉道中等—偏細(xì)，連通性好，平均喉道分布于0.03~2.0μm之間，飽和度大且進(jìn)汞效率高，進(jìn)汞壓力較高，退汞效率中等—偏低;壓汞曲線出現(xiàn)近似的平臺(tái)，喉道分選性較好，曲線形態(tài)以略細(xì)歪度為主。反映了儲(chǔ)層物性整體較好，可以為油氣儲(chǔ)層和運(yùn)移提供良好的條件。
3主控因素
有效儲(chǔ)層的形成受到沉積環(huán)境、成巖作用、構(gòu)造作用共同控制。其中沉積環(huán)境控制了儲(chǔ)層的非均質(zhì)性，是形成有效儲(chǔ)層的基礎(chǔ)條件，成巖作用是控制有效儲(chǔ)層形成的關(guān)鍵因素，和構(gòu)造作用一樣，對(duì)有效儲(chǔ)層的形成具有雙重影響[7]。根據(jù)柴北緣腹部深部?jī)?chǔ)層的發(fā)育情況，認(rèn)為柴北緣腹部碎屑巖深部?jī)?chǔ)層主控因素包括沉積相、膠結(jié)作用和壓實(shí)作用、異常高壓等幾個(gè)方面。
3.1沉積相
沉積相是有效儲(chǔ)層形成的基礎(chǔ)條件。不同沉積環(huán)境的沉積砂體、沉積作用等對(duì)儲(chǔ)層物性起決定性作用的因素不同，儲(chǔ)層物性也會(huì)存在很大的差異，即使同一沉積環(huán)境不同沉積相帶，砂體的展布、規(guī)模、疊置樣式也會(huì)不同。因此，不同的沉積相對(duì)儲(chǔ)層的影響大小不一，是有效儲(chǔ)層形成的先決條件[7]。柴北緣腹部地區(qū)古近紀(jì)以來沉積環(huán)境主要以濱淺湖—辮狀河三角洲前緣相為主，發(fā)育濱淺湖席狀砂、水下分流河道和水下分流河道間，泥質(zhì)含量整體較高，泥地比均大于2/3，大多為3/4～4/5[7]。砂巖多位于厚層泥巖段中，形成典型的“泥包砂”，成分成熟度高，具有較好的分選和磨圓，砂巖中泥質(zhì)含量低，測(cè)井曲線顯示高自然電位，高聲波時(shí)差，低自然伽馬的特征。“泥包砂”特征可以有效地保存深部?jī)?chǔ)層的原生孔隙，使儲(chǔ)層在埋深大于3000m的深部地層依然發(fā)育大量的原生粒間孔，物性較好，有利于油氣藏聚集。
3.2成巖作用
狹義的碎屑巖成巖作用主要有壓實(shí)和壓溶作用、膠結(jié)作用、交代作用、重結(jié)晶作用、溶解作用、礦物多形轉(zhuǎn)變作用等，這些作用相互聯(lián)系、相互影響，共同影響和控制著碎屑沉積物(巖)的發(fā)育歷史[14]。柴北緣深部?jī)?chǔ)集巖壓實(shí)作用較強(qiáng)，膠結(jié)作用中等，溶蝕作用發(fā)育，黏土礦物多樣，柴北緣下干柴溝組(E31和E32)深部砂巖儲(chǔ)層見有多種黏土礦物，主要有絲狀伊利石、針狀綠泥石及蜂巢狀蒙脫石及伊蒙混層礦物[圖2(g)，圖2(h)]，主要充填于孔隙和喉道，對(duì)儲(chǔ)層的滲透率有一定的影響。
3.2.1壓實(shí)作用
一般情況下，砂巖儲(chǔ)層在埋藏成巖演化的過程中會(huì)遭受強(qiáng)烈的機(jī)械壓實(shí)作用，主要表現(xiàn)為碎屑顆粒的變形、重排以及產(chǎn)生裂縫等，其作用的強(qiáng)度主要取決于碎屑巖的原始成分和埋藏過程[15]。壓實(shí)作用是儲(chǔ)層物性變差的最主要的因素。在壓實(shí)作用過程中巖石的礦物成分對(duì)儲(chǔ)集層物性有不同的影響：剛性組分具有較強(qiáng)的抗壓實(shí)性，若巖石中含有較多剛性組分，在壓實(shí)作用之后仍可保留大部分原生孔隙。
在砂巖碎屑顆粒中，石英顆粒的抗壓能力最強(qiáng)，長(zhǎng)石次之，巖屑的抗壓能力較差，特別是泥巖巖屑，在壓實(shí)過程中常發(fā)生塑性變形。但是石英顆粒容易發(fā)生的壓溶形成次生加大而使一部分粒間孔隙喪失，在一定程度上會(huì)使儲(chǔ)層物性變差。此外，長(zhǎng)石比石英容易發(fā)生溶蝕，在一定條件下，長(zhǎng)石的次生溶蝕會(huì)改善儲(chǔ)集層的物性。若巖石中含有較多韌性組分，在壓實(shí)作用過程中對(duì)原生孔隙具有較大的破壞作用。如云母等塑性巖屑在壓實(shí)作用下可擠壓變形形成假雜基，構(gòu)成無膠結(jié)物式膠結(jié)類型而減少原生粒間孔隙。
相關(guān)期刊推薦：《天然氣地球科學(xué)》主要刊登天然氣地質(zhì)學(xué)、天然氣地球化學(xué)、天然氣地球物理勘探和國(guó)內(nèi)外典型氣田實(shí)例分析研究等方面的文章，同時(shí)報(bào)道國(guó)內(nèi)外有關(guān)天然氣研究和開發(fā)方面的新理論、新技術(shù)、新方法和新成果，另外，對(duì)一些非常規(guī)氣資源(如天然氣水合物、煤層氣、深盆氣、未熟—低熟烴等)的研究論文在刊物中也占有一定比例。
研究區(qū)砂巖成分成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度普遍較高，砂礫巖中的顆粒碎屑中石英、長(zhǎng)石和巖漿巖或石英巖等剛性碎屑成分含量較高，同時(shí)早期碳酸鹽膠結(jié)物發(fā)育，由于早期膠結(jié)物的支撐作用，大大減緩了壓實(shí)作用對(duì)砂礫巖儲(chǔ)層粒間孔隙的破壞，這類膠結(jié)物具有易溶特征，也為后期溶蝕作用的發(fā)育創(chuàng)造了有利條件。壓實(shí)作用在研究區(qū)砂巖儲(chǔ)層中表現(xiàn)為以點(diǎn)接觸、點(diǎn)—線接觸為主[圖2(e)，圖2(i)]。
3.2.2膠結(jié)作用
膠結(jié)作用是沉積物轉(zhuǎn)變成沉積巖的重要作用，也是使沉積層中孔隙度和滲透率降低的主要原因之一[16]。柴北緣深部?jī)?chǔ)集巖在成巖過程中膠結(jié)作用中等，雜基含量較低，膠結(jié)物含量不高(<10%)，主要為硅質(zhì)、方解石和黏土礦物[圖2(g)—圖2(i)]。
研究區(qū)砂巖中可常見硅質(zhì)膠結(jié)物，主要呈次生態(tài)生長(zhǎng)于石英碎屑顆粒邊緣，比較常見的硅質(zhì)膠結(jié)是自形石英小晶體產(chǎn)出于碎屑顆粒邊緣的粒間孔隙表面、粒間孔壁或粒內(nèi)溶孔中。硅質(zhì)膠結(jié)物主要通過在碎屑石英顆粒表面上同軸生長(zhǎng)的石英次生加大邊和碎屑顆粒表面的自形晶體形式來破壞粒間孔和粒內(nèi)溶孔。總體來說是起到減小孔隙度的作用，但一定量的硅質(zhì)膠結(jié)物的形成，也可以增強(qiáng)砂巖的抗壓實(shí)強(qiáng)度，阻止壓實(shí)作用對(duì)剩余原生粒間孔的破壞，從這一方面講，還是具有一定的積極意義。
碳酸鹽膠結(jié)物包括方解石、鐵方解石、白云石、鐵白云石、菱鐵礦、菱鎂礦、文石、高鎂方解石等。在此研究區(qū)中分布最廣和最常見的是含鐵方解石和方解石[17]。碳酸鹽膠結(jié)物可以形成于成巖作用的各個(gè)階段，同生—早成巖階段形成的碳酸鹽膠結(jié)物一般為結(jié)晶程度較差、含鐵低的泥晶—微晶方解石，常圍繞碎屑顆粒呈環(huán)邊狀分布，或分布于松散接觸的碎屑顆粒之間;早成巖晚期和晚成巖期形成的膠結(jié)物則一般晶粒較大、含鐵較高，粉晶—粗晶常見，因形成時(shí)間較晚，沉積物已遭受明顯或強(qiáng)烈壓實(shí)，膠結(jié)物充填于較緊密接觸及緊密接觸的粒間孔中，并常對(duì)碎屑顆粒有不同程度的交代作用。而研究區(qū)內(nèi)方解石膠結(jié)物分布范圍較廣，呈粒狀、鑲嵌狀、襯邊狀或櫛狀產(chǎn)出，也可呈次生加大環(huán)邊出現(xiàn)。
碳酸鹽膠結(jié)物對(duì)儲(chǔ)集層的影響具有雙重性，即在成巖早期膠結(jié)作用較發(fā)育時(shí)，顆粒間孔隙內(nèi)沉淀方解石后致使沉積物成巖，可有效地增強(qiáng)巖石的抗壓實(shí)能力，使壓實(shí)作用對(duì)巖石的影響大為減弱，并保存較大的粒間體積。在晚成巖階段A期，烴源巖中有機(jī)質(zhì)開始生成有機(jī)酸和CO2酸性流體，碳酸鹽膠結(jié)物溶蝕后，可形成次生孔隙為油氣聚集提供儲(chǔ)集空間。
3.2.3溶蝕作用
一般情況下，溶蝕作用是深部?jī)?chǔ)層物性改善的重要因素，碎屑顆粒、膠結(jié)物和雜基等組分特征，以及顆粒裂紋和成巖縫都是影響形成次生溶蝕孔隙的關(guān)鍵因素[7，18]。深部砂巖儲(chǔ)層溶蝕作用較發(fā)育，常見粒間溶孔和粒內(nèi)溶孔，優(yōu)良儲(chǔ)層常發(fā)育較強(qiáng)的長(zhǎng)石溶蝕作用[圖2(e)，圖2(f)]。
控制柴達(dá)木盆地北緣腹部地區(qū)深部?jī)?chǔ)層的主要成巖作用為膠結(jié)作用和壓實(shí)作用，其次為溶蝕作用。柴北緣埋深大于3000m的深部?jī)?chǔ)層原生孔隙異常發(fā)育，孔隙度主要分布在5%~10%，顆粒間點(diǎn)接觸—線接觸，孔—滲相關(guān)性較好，主要得益于碳酸鹽膠結(jié)作用的影響，早期碳酸鹽膠結(jié)作用發(fā)育，碳酸鹽膠結(jié)物以基底式膠結(jié)充填于砂巖顆粒周圍，抵擋了壓實(shí)作用對(duì)儲(chǔ)層的破壞作用，晚期由于溶蝕作用，碳酸鹽膠結(jié)物溶蝕后產(chǎn)生次生粒間孔，對(duì)儲(chǔ)層物性起到明顯的改善作用[17]。除此之外，碳酸鹽膠結(jié)物隨深度變化曲線表明(圖7)，柴北緣深部?jī)?yōu)質(zhì)儲(chǔ)層中碳酸鹽膠結(jié)物含量一般小于15%，如果碳酸鹽膠結(jié)物含量大于15%，孔滲條件急劇下降，儲(chǔ)層物性也會(huì)變差(圖8)。——論文作者：田繼先1，紀(jì)寶強(qiáng)2，曾旭1，王曄桐3，4，李曜良3，孫國(guó)強(qiáng)3
