侯振學(xué),王興志,張 帆,宋光建,余海濤,李 波

(1.西南石油大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院,四川成都610500;2.中國石油新疆油田公司風(fēng)城油田作業(yè)區(qū))

開江-梁平海槽兩側(cè)長興組生物礁儲層研究

侯振學(xué)1,王興志1,張 帆1,宋光建2,余海濤1,李 波1

(1.西南石油大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院,四川成都610500;2.中國石油新疆油田公司風(fēng)城油田作業(yè)區(qū))

對開江-梁平海槽兩側(cè)長興組生物礁儲層特征和控制因素作了較為深入的探討,研究認(rèn)為開江-梁平海槽兩側(cè)長興組生物礁儲層主要由礁灰(云)巖、泥-粉晶白云巖和細(xì)-中晶白云巖構(gòu)成,其中以細(xì)-中晶白云巖的儲集性能最好。儲集空間主要以生物體腔孔、晶間孔、晶間溶孔及不規(guī)則溶孔、溶洞為主。儲層類型存在裂縫-孔隙型和孔隙型兩種。這些儲層的形成與演化主要受到沉積和成巖作用的共同影響,其中沉積作用是儲層形成的基礎(chǔ),沉積作用不僅決定了儲層的大致分布范圍,還影響著后期成巖作用的類型、強(qiáng)度及特征;成巖作用是儲層形成的關(guān)鍵,只有經(jīng)過混合水白云石化和埋藏溶解作用等建設(shè)性成巖作用改造的生物礁才有可能形成優(yōu)質(zhì)的儲層。

開江-梁平海槽;長興組;生物礁;儲層特征;控制因素

四川盆地開江-梁平海槽兩側(cè)二疊系長興組生物礁的白云巖儲層具有儲層孔、滲條件好、儲層厚度大、含油氣豐度高、產(chǎn)能大的特點,一直是勘探家們追求的勘探目標(biāo)。前人對其儲層已作過較為深入的研究,并取得了顯著的進(jìn)展[1-5]。本文希望以研究區(qū)內(nèi)七里北、鐵山、板東等生物礁所取得的資料為例,對開江-梁平海槽兩側(cè)長興組生物礁儲層特征及主要控制因素進(jìn)行研究,能為今后四川盆地生物礁天然氣的進(jìn)一步勘探開發(fā)提供有益的地質(zhì)資料。

根據(jù)前人研究,晚二疊世長興期,四川盆地北部為受控于開江-梁平海槽和城口-鄂西海槽的臺地沉積。在溫暖潮濕的氣候背景下,由于環(huán)境、水體能量、海平面變化的影響,開江-梁平海槽兩側(cè)長興組沉積了一套以碳酸鹽巖臺地相為主的沉積物,在臺地邊緣發(fā)育了較多的平行海岸線,呈帶狀和串珠狀分布的臺地邊緣生物礁,如普光、七里北、龍崗生物礁,臺地內(nèi)部的局部高地,也形成一定數(shù)量的臺內(nèi)點礁(圖 1)[6-7]。

圖1 開江-梁平海槽兩側(cè)長興組沉積相及生物礁分布

1 儲層特征

1.1 主要儲集巖類

(1)泥-粉晶白云巖 分布于長興組生物礁頂部,中-薄層狀,褐灰色,主要由半自形-它形粉晶白云石構(gòu)成,常見灰質(zhì)生物屑?xì)堄??？梢姼闪押网B眼等暴露構(gòu)造。

(2)細(xì)-中晶白云巖中-厚層塊狀,灰白、褐灰色。白云石含量大于50%,主要半自形、自形的細(xì)-中晶白云石構(gòu)成,局部為粉晶-微晶;晶體內(nèi)部含有較多的粘土等不溶殘余物,表明模糊,并見霧心亮邊結(jié)構(gòu)和生物(屑)殘余結(jié)構(gòu)。該類巖性屬于生物礁中上部的生物屑灘和潮坪灰?guī)r經(jīng)過后期云化和溶解作用而成,晶間孔、晶間溶孔和蜂窩狀溶孔洞較為發(fā)育,面孔率一般5%～15%,局部可達(dá)20%以上,是四川盆地長興組生物礁中最好的一類儲集巖。其儲集性能具有隨云化強(qiáng)度的增強(qiáng)而變好的趨勢。

(3)礁灰(云)巖研究區(qū)長興組生物礁灰?guī)r分布于長興組中上部,主要由海綿灰?guī)r構(gòu)成。海綿灰?guī)r中串管海綿和腦紋狀海綿較為發(fā)育,珊瑚和苔蘚較少,個體完整,含量15%～70%,附礁生物主要為管殼石、腹足、瓣鰓和有孔蟲等,破碎—完整,含量5%～10%;充填于格架孔中的雜基含量20～30%,由籃綠藻粘結(jié)泥屑和細(xì)粒生屑組成。

礁灰?guī)r中常發(fā)生或強(qiáng)或弱的白云石化形成礁云巖。由半自形—它形粉晶、細(xì)晶白云石優(yōu)先交代,灰泥基質(zhì)呈花斑狀,棘屑等生物最后被交代;多數(shù)格架孔邊緣分布有半自形-它形中晶白云石,內(nèi)部被中-粗晶或連晶方解石基本全充填,幾乎無殘余格架孔的存在。因此,一般說來,礁灰?guī)r的儲集性能較差,但如果后期發(fā)生強(qiáng)的白云石化后,可形成良好的生物礁儲層。

1.2 儲集空間

(1)生物體腔孔。這類孔隙多與泥晶生物(屑)灰?guī)r,含生物(屑)灰?guī)r和生物礁灰?guī)r中的生物體腔孔和格架孔密切相關(guān)。多位于較為完整的介形蟲、腹足和海綿等生物內(nèi)部,屬于這些生物內(nèi)部的體腔孔被多種物質(zhì)充填后的殘余空間。這類孔隙在該研究層段中偶見,屬于次要的儲集空間。

(2)晶間孔。主要位于自形—半自形的白云石晶粒之間,常呈三面或多面體形態(tài),一般隨晶粒粒徑的增大而變大,局部被灰泥或瀝青充填—半充填;一般來說,晶間孔在生物礁中、上部白云巖中有較多的分布,面孔率一般2%～5%,局部可達(dá)7%以上,是長興組儲層中最常見和重要的孔隙之一。晶間孔即可以是原生孔隙,又可是次生孔隙,一般原生晶間孔細(xì)小,次生晶間孔較大。區(qū)內(nèi)晶間孔多屬次生孔隙。

(3)晶間溶孔。晶間溶孔是在晶間孔基礎(chǔ)上,經(jīng)后期溶蝕擴(kuò)大而成,孔隙邊緣具明顯溶蝕的港灣狀、孤島狀痕跡,部分顆粒內(nèi)部的粉晶白云石晶體間、裂縫和溶洞亮晶膠結(jié)物之間亦存在少量該類孔隙。這類孔隙在區(qū)內(nèi)生物礁中上部白云巖內(nèi)的面孔率局部可達(dá)3%～5%,是研究層段儲層中常見的一類儲集空間。

(4)不規(guī)則溶孔、溶洞。這類溶孔、溶洞是在早期晶間孔、晶間溶孔和裂縫等孔隙基礎(chǔ)上進(jìn)一步溶蝕擴(kuò)大而成,屬于非選擇性溶蝕空間,大小一般1～5mm,產(chǎn)狀多樣。白云巖中的溶孔和溶洞常構(gòu)成蜂窩狀和炭渣狀,孔隙中僅見少量瀝青微充填,幾乎未見其它化學(xué)充填物。這類孔隙在區(qū)內(nèi)長興組生物礁白云巖中尤為發(fā)育,局部宏觀面孔(洞)率局部可達(dá)10%～20%,其它層段偶見。

1.3 物性特征

構(gòu)成長興組生物礁地層的巖性類型雖多,但儲集性能有著較大的差異。根據(jù)研究區(qū)20口井取心段的宏觀、微觀觀察及物性分析表明,巖性對儲集性能有著明顯的控制(表1)。其中細(xì)-中晶白云巖儲集性能最好,其次為泥-粉晶白云巖和礁云巖,其他巖類儲集性能相對較差。

表1 研究區(qū)生物礁主要巖性與物性關(guān)系

1.4 儲層類型

生物礁作為一種巖性圈閉,其儲層類型主要是孔隙型的,但因所處的地質(zhì)條件的差異而有所不同。目前,在長興組生物礁儲層中尚未取得其儲層的裂縫孔隙度和裂縫滲透率資料,因此本文試以已經(jīng)投入開發(fā)或試采的生物礁氣藏為例,根據(jù)其試井資料說明生物礁儲層類型。

1.4.1 裂縫—孔隙型

鐵山生物礁氣藏為構(gòu)造—巖性復(fù)合圈閉氣藏,該氣藏巖心測試孔隙度一般在1.5%～4.4%,平均孔隙度1.8%。氣體滲透率一般在(0.01～2.00)×10-3μm2,屬低孔低滲型儲層,但微裂縫發(fā)育,測試產(chǎn)能日產(chǎn)天然氣數(shù)萬至數(shù)十萬立方米,經(jīng)酸化后有的日產(chǎn)氣量超過一百萬立方米。這表明儲層中的裂縫在滲流過程中起了重要作用。氣井的不穩(wěn)定試井資料也說明其儲層具有雙重介質(zhì)的典型特征,其壓力恢復(fù)曲線出現(xiàn)兩個直線段(圖2)。鐵山生物礁氣藏儲層的這些特征,是與該氣藏位于鐵山背斜南高點軸部,位于裂縫發(fā)育的有利部位有關(guān)。

圖2 鐵山X井壓力恢復(fù)曲線

1.4.2 孔隙型

與鐵山生物礁氣藏儲層情況完全不同的是板東生物礁氣藏。該氣藏細(xì)—中晶白云巖儲層巖心孔隙度平均高達(dá)10.65%、平均滲透率為63.32×10-3μm2,屬于高孔、高滲型儲層,其儲層發(fā)育段自然伽馬低值,聲波、中子呈現(xiàn)高值,電阻率在100～1000 Ω·m之間。但從其儲層取心段來看,裂縫偶見,測試產(chǎn)量為80余萬立方米、凝析油16t,表明其儲層屬于孔隙型。根據(jù)其壓力恢復(fù)曲線(圖3)來看,其氣藏的儲層性質(zhì)也屬于單一介質(zhì)的孔隙型儲層。

圖3 板東x井壓力恢復(fù)曲線

2 控制因素

控制開江-梁平海槽兩側(cè)長興組生物礁儲層發(fā)育的主要因素有沉積作用和成巖作用。其中,沉積作用不僅決定了該套儲層的大致分布范圍,還影響著后期成巖作用的類型、強(qiáng)度和特征;成巖作用決定了儲層的最終分布范圍和儲層質(zhì)量的優(yōu)劣[6-9]。

2.1 沉積作用

目前的勘探表明,研究區(qū)生物礁儲層主要分布在開闊臺地相與臺地邊緣相,生物礁儲層與沉積微相關(guān)系密切,研究表明,與生物礁儲層關(guān)系最為密切的是高能生屑灘相,其次為礁核相。

根據(jù)對研究區(qū)長興組有效儲層段的巖心樣品孔隙度及樣品滲透率與沉積微相關(guān)系統(tǒng)計發(fā)現(xiàn),高能生屑灘和礁核儲層物性最好,其平均孔隙度和平均滲透率分別為 7.21%、6.43%和 5.08×10-3μm2、3.23×10-3μm2;其次為礁內(nèi)灘,孔隙度和滲透率平均值分別為4.47%和1.56×10-3μm2;低能生屑灘和低能粒屑灘最差,平均孔隙度分別為3.87%和3.82%;礁角礫物性僅次于礁核和高能生屑灘。這十分明顯地表現(xiàn)出沉積相的控制作用。但并非所有的礁組合中都有儲層發(fā)育,在有儲層發(fā)育的礁體中也并非所有的灘相都成為儲層,這說明礁相的控制作用不是唯一的,但它對形成儲層有利的成巖作用是有明顯控制。

2.2 成巖作用

沉積環(huán)境為長興組礁灘儲層發(fā)育提供了物質(zhì)基礎(chǔ),控制了原生孔隙形成[10]。但礁灘沉積能否成為有效儲層,成巖作用是關(guān)鍵,成巖作用類型及其強(qiáng)度決定了現(xiàn)今儲層的質(zhì)量和分布。對區(qū)內(nèi)長興組生物礁儲層形成具有建設(shè)性作用的成巖作用有白云石化作用和溶蝕作用。

2.2.1 白云石化作用

關(guān)于研究區(qū)長興組白云巖的成因存在較大的爭議,從九十年代后期開始,部分學(xué)者認(rèn)為長興組生物礁白云巖儲層是成巖期埋藏白云巖化產(chǎn)物[11-12]。但是經(jīng)研究表明大多數(shù)的生物礁白云巖有序度為0.8～0.95,平均值為0.82,較埋藏白云巖有序度(一般大于0.9)要低,比同生期有序度(一般小于0.7)要高,說明其形成環(huán)境介于準(zhǔn)同生和埋藏環(huán)境之間,可能為混合水環(huán)境。且微量元素分析表明,白云巖中 Sr、Na元素含量相對正常海水含量要低,為近地表環(huán)境下的改造的產(chǎn)物,不符合埋藏白云化模式。最近幾年的勘探也表明長興組生物礁白云巖完全受相帶的控制,即臺地邊緣白云石化,其他部分白云石化弱或未云化,因此本文認(rèn)為混合水白云化作用才是區(qū)內(nèi)長興組生物礁優(yōu)質(zhì)儲層形成的關(guān)鍵。

2.2.2 埋藏溶解作用

礁氣藏中白云石化儲層的主要有效孔隙是埋藏溶解作用產(chǎn)生的。目前發(fā)現(xiàn)的氣藏的儲層中大多數(shù)含有瀝青。在古油藏?zé)峤馄茐臅r,有少數(shù)孔隙為瀝青全充填,也有一些孔隙在古油藏破壞后又被晚期方解石充填,但在多數(shù)情況下形成古油藏的生物礁圈閉并未破壞。后期埋藏溶解孔的發(fā)育增加了儲層先前的孔隙度,使形成氣藏的生物礁圈閉的容量和有效性增加。

埋藏溶解作用主要表現(xiàn)為各種白云石晶粒的溶解和方解石膠結(jié)物的溶解,形成白云石晶間溶孔(溶孔孔徑明顯小于白云石晶粒)、晶粒溶孔(溶孔孔徑與白云石晶粒相近)、超大溶孔(溶孔孔徑明顯大于白云石晶粒)、鑄模孔及溶縫等。從溶解孔隙、裂縫與儲層瀝青關(guān)系來看,埋藏溶解作用可分成先于瀝青侵位的早期埋藏溶解作用和遲于瀝青侵位的晚期埋藏溶解作用兩期。

(1)早期埋藏溶解作用。早期埋藏溶解作用所溶蝕的礦物主要是白云石,形成的溶解孔和溶縫的一個可靠識別特征是其內(nèi)充有儲層瀝青。這些瀝青可能全充填溶解孔隙,也可能呈團(tuán)塊狀、碎片狀分散于孔隙中或在孔緣形成襯里。瀝青侵位后孔隙中剩余的空間有的保存下來,有的則被后來的粗粒-塊狀晶方解石全部充填?？紫吨械倪@些焦瀝青有的具有半球狀或乳突狀起伏的表面,說明它們是原孔隙中的液烴因深埋熱解后殘留在孔隙中的。因此可以推斷早期埋藏溶解孔是在古地溫達(dá)到120℃以前形成的,也即是早期埋藏溶解作用發(fā)生在古地溫達(dá)到120℃以前。

(2)晚期埋藏溶解作用。晚期埋藏溶解作用發(fā)生在儲層瀝青在孔隙中形成之后。因此晚期埋藏溶解孔是在深埋期高溫階段形成的。識別這種晚于儲層瀝青形成的晚期埋藏溶解孔隙和裂縫,最特征的識別標(biāo)志是未充填瀝青的溶孔、溶縫系統(tǒng)切割充填有瀝青的早期埋藏溶解孔縫系統(tǒng)。有時也可以根據(jù)其它一些特征區(qū)別早期和晚期埋藏溶解孔。如有瀝青的溶孔和無瀝青的溶孔在形態(tài)上或大小上或類型上形成明顯不同的兩個群體。此外,對于高溫期形成的自生礦物如螢石等溶解形成的溶孔,也可判別其屬于晚期埋藏溶解孔。晚期埋藏溶解孔也可以在早期埋藏溶解孔的基礎(chǔ)上經(jīng)再次溶解擴(kuò)大而成,有時它們很難區(qū)別。

3 結(jié)論

(1)構(gòu)成開江-梁平海槽兩側(cè)長興組生物礁的眾多巖類中,細(xì)-中晶白云巖的儲集性能最好,主要發(fā)育在礁體中上部。泥-粉晶白云巖與生物礁云巖也具有一定的儲集空間,是次一級的儲集巖。

(2)研究區(qū)長興組儲層空間類型主要有生物體腔孔、晶間孔、晶間溶孔及不規(guī)則溶孔、溶洞。

(3)區(qū)內(nèi)生物礁儲層的裂縫發(fā)育情況有著明顯的差異,生物礁儲層類型存在裂縫-孔隙型和孔隙型兩種。

(4)儲層的形成與演化主要受到沉積、成巖作用的共同影響。其中沉積作用是儲層形成的基礎(chǔ),成巖作用是儲層形成的關(guān)鍵,對儲層的形成最有利的成巖作用有混合水白云化作用及埋藏溶蝕作用。

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編輯:吳官生

TE112.22

A

2010-08-23;改回日期:2010-10-11

侯振學(xué),1986年生,2008年畢業(yè)于西南石油大學(xué)資源勘查工程專業(yè),在讀碩士生,現(xiàn)主要從事沉積學(xué)和儲層地質(zhì)學(xué)方面的研究。

1673-8217(2011)01-0024-04