楊 寧,王貴文,李潮流,信 毅,于峰丹,年 濤

(1.中國石油長城鉆探工程有限公司,北京 100101;2.中國石油大學(xué)油氣資源與探測國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 102249; 3.中國石油大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院,北京 102249;4.中國石油勘探開發(fā)研究院測井所,北京 100083; 5.中國石油塔里木油田公司勘探開發(fā)研究院,新疆庫爾勒 841000;6.中國地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心,陜西西安 710054)

塔里木盆地大北地區(qū)巴什基奇克組成巖相測井識別

楊 寧1,王貴文2,3,李潮流4,信 毅5,于峰丹6,年 濤2,3

(1.中國石油長城鉆探工程有限公司,北京 100101;2.中國石油大學(xué)油氣資源與探測國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 102249; 3.中國石油大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院,北京 102249;4.中國石油勘探開發(fā)研究院測井所,北京 100083; 5.中國石油塔里木油田公司勘探開發(fā)研究院,新疆庫爾勒 841000;6.中國地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心,陜西西安 710054)

依據(jù)成巖序列和成巖階段劃分原理,結(jié)合儲層巖心觀察、鑄體薄片、陰極發(fā)光,掃描電鏡、X射線衍射等資料,對塔里木盆地大北地區(qū)巴什基奇克組成巖相定量劃分及測井表征進(jìn)行研究。結(jié)果表明:塔里木盆地大北地區(qū)巴什基奇克組劃分為強(qiáng)壓實(shí)相、不穩(wěn)定組分溶蝕相、鈣質(zhì)膠結(jié)相、構(gòu)造裂縫相4種成巖相類型;將綜合成巖系數(shù)作為成巖相表征的參數(shù),相比前人的研究方法能夠很好地解決成巖相定量劃分的問題;綜合成巖系數(shù)的測井資料計(jì)算可以實(shí)現(xiàn)測井資料模塊化處理定量識別成巖相;提出的成巖相識別新方法與巖心分析資料形成良好的印證,方法準(zhǔn)確可靠。

大北氣田;成巖相;綜合成巖系數(shù);定量表征;測井識別

在油氣勘探開發(fā)的實(shí)踐中,人們逐漸認(rèn)識到儲層物性是沉積相、成巖相以及構(gòu)造綜合作用的結(jié)果,在特定的構(gòu)造、沉積背景下,成巖相的研究在儲層的評價和預(yù)測中就顯得尤為重要。目前,對成巖相的研究主要是通過觀察巖心、鑄體等資料方法進(jìn)行,集中在定性描述,未能實(shí)現(xiàn)對成巖相定量化表征,導(dǎo)致各種成巖相之間界限不明確,限制了成巖相的使用范圍。筆者以塔里木盆地大北地區(qū)白堊系巴什基奇克組為研究對象,建立一種以綜合成巖系數(shù)為參數(shù),利用測井資料來定量劃分成巖相的方法。

1 地質(zhì)概況

大北氣田位于庫車坳陷的克深構(gòu)造帶西緣,南天山造山帶與塔北隆起之間,是一個以中、新生界沉積為主的前陸盆地,迄今為止發(fā)現(xiàn)的氣藏儲層主要集中在白堊系(圖1)。研究區(qū)白堊系主要發(fā)育下白堊統(tǒng),自下而上可分為亞格列木組、舒善河組、巴西蓋組、巴什基奇克組。巴什基奇克組為一套扇三角洲—辮狀河三角洲相沉積陸源碎屑巖層,總體上屬于低孔低滲—特低孔特低滲儲層。巴什基奇克組以長石巖屑砂巖、巖屑長石砂巖為主。成分成熟度低—中等,結(jié)構(gòu)成熟度中等;膠結(jié)物以方解石為主;儲集空間為溶孔和構(gòu)造形成的微裂縫。儲層形成受成巖相控制[1-2]。

圖1 研究區(qū)位置Fig.1 Location of Dabei gas field

2 成巖作用序列與成巖階段

研究區(qū)巴什基奇克組普遍經(jīng)歷了較強(qiáng)的壓實(shí)作用,長石次生溶孔發(fā)育,并發(fā)育大量裂縫,包裹體均一溫度為90～155℃,伊/蒙混層中的蒙皂石層平均為20%。其主要成巖作用次序?yàn)闄C(jī)械壓實(shí)→早期方解石膠結(jié)→火山巖屑、長石顆粒溶蝕→晚期方解石、白云石、含鐵白云石沉淀。根據(jù)自生礦物組合、分布、演化及形成順序,黏土礦物及混層黏土礦物的轉(zhuǎn)化,以及巖石結(jié)構(gòu)、構(gòu)造特征及孔隙類型等指標(biāo),并結(jié)合研究區(qū)的區(qū)域地質(zhì)特征、包裹體溫度、成巖作用類型及特點(diǎn)等綜合判斷,巴什基奇克組已處于晚成巖A2期[3-6]。

3 成巖作用類型及特征

塔里木盆地大北氣田巴什基奇克組在漫長地質(zhì)歷史中,經(jīng)歷了復(fù)雜的成巖作用,形成如今的致密砂巖,可以明顯識別出4種成巖作用:機(jī)械壓實(shí)、碳酸鹽膠結(jié)、溶蝕作用和構(gòu)造擠壓破裂。

3.1 機(jī)械壓實(shí)作用

塔里木盆地白堊系巴什基奇克組常見的壓實(shí)特征:碎屑顆粒線－凹凸緊密接觸,出現(xiàn)火山巖屑等柔性顆粒的塑性變形,云母類片狀礦物的彎曲變形,原生孔隙近乎喪失殆盡。巴什基奇克普遍發(fā)育強(qiáng)壓實(shí)作用,是儲層原生孔隙度大幅降低、儲層致密的一個重要原因,且砂巖粒度越細(xì),壓實(shí)作用越強(qiáng)(圖2 (a)、(b))。

3.2 鈣質(zhì)膠結(jié)作用

巴什基奇克組經(jīng)歷了兩期的鈣質(zhì)膠結(jié)作用:白堊紀(jì)末期地層整體抬升暴露,遭受地表水淋濾,形成早期碳酸鹽膠結(jié)(主要是無鐵方解石),膠結(jié)率一般為5%～20%,最大可達(dá)80%,阻礙壓實(shí)作用進(jìn)行。深埋藏晚期(5.3 Ma～現(xiàn)今),以鈣質(zhì)膠結(jié)作用為主,方解石、鐵方解石、白云石、鐵白云石主要呈現(xiàn)孔隙式膠結(jié)(2(c)～(h))。

3.3 溶蝕作用

巴什基奇克組砂巖孔隙類型有次生溶蝕孔隙、殘留原生孔隙以及微裂縫,其中次生溶蝕孔隙是主要孔隙類型。溶蝕作用經(jīng)歷了3期:庫姆格列木期,三疊系與侏羅系烴源巖生成的油氣進(jìn)入儲層,產(chǎn)生相應(yīng)的溶蝕作用,并沉淀高嶺石膠結(jié)物(1%),溶蝕強(qiáng)度弱;深埋藏早期(25～5.3 Ma),經(jīng)歷了堿性環(huán)境下石英和巖屑的弱溶蝕,產(chǎn)生少量的長石次生加大邊(約1%);有機(jī)質(zhì)成熟產(chǎn)生的大量有機(jī)酸沿?cái)嗔炎⑷?使得成巖環(huán)境為酸性,對長石和巖屑的溶蝕形成新的作用(溶蝕量為1%～2%),鏡下觀察被溶組分主要是火山巖屑以及長石,常見顆粒邊緣被溶解成港灣狀(圖2(i))。

3.4 構(gòu)造作用

大北氣田所處的庫車坳陷在海西晚期(晚二疊世)開始發(fā)育,經(jīng)歷了多期構(gòu)造運(yùn)動:第一期為白堊紀(jì)燕山運(yùn)動,使北部天山抬升,向南形成較大的水平擠壓力,形成一系列北傾逆斷層,是坳陷內(nèi)斷裂和構(gòu)造的重要發(fā)育期;第二期為第三紀(jì)的喜馬拉雅運(yùn)動,北部天山繼續(xù)抬升,燕山期斷裂繼續(xù)活動,形成了天山山前大型逆沖褶皺帶及一系列逆沖斷層。構(gòu)造作用產(chǎn)生大量的斷層和裂縫,巖心觀察可見較多剪性和張剪性高角度裂縫呈雁列式或共軛排列,最小間距僅幾厘米、均為方解石質(zhì)充填、半充填或未充填;斷層和裂縫為流體提供運(yùn)移通道和容納空間,也為次生孔隙的形成和儲層的滲透性創(chuàng)造了有利條件,鑄體薄片中也可見較強(qiáng)的沿裂縫溶蝕現(xiàn)象(圖2 (j)、(k)、(l))。

圖2 巴什基奇克組成巖特征Fig.2 Reservoir diagenetic characteristics of Bashijiqike Formation

4 成巖相的分類和命名

成巖相是成巖環(huán)境的物質(zhì)表現(xiàn),即反映成巖環(huán)境的巖石學(xué)特征、地球化學(xué)特征和巖石物理特征的總和,也是反映各種成巖事件的相對強(qiáng)度、成巖環(huán)境與成巖產(chǎn)物的綜合表現(xiàn)[22]。目前關(guān)于成巖相劃分及命名國內(nèi)外尚無統(tǒng)一的方案,主要根據(jù)成巖產(chǎn)物、成巖作用劃分和命名,故成巖相包含兩方面的內(nèi)容,即成巖作用及該作用下的成巖產(chǎn)物。成巖作用和成巖產(chǎn)物具有共存性和繼承性,巖石都經(jīng)歷了極其復(fù)雜的多種成巖作用的疊加與改造,只能以現(xiàn)今儲層觀察到的主要成巖作用和成巖產(chǎn)物來命名成巖相。由此將巴什基奇克組儲層劃分為強(qiáng)壓實(shí)相、鈣質(zhì)膠結(jié)相、構(gòu)造裂縫相、不穩(wěn)定組分溶蝕相4種成巖相[7-10]。

4.1 強(qiáng)壓實(shí)相

巴什基奇克組強(qiáng)壓實(shí)相主要發(fā)生在軟性巖屑含量高和雜基含量高的砂巖中。統(tǒng)計(jì)此類成巖相的雜基含量平均為6.6%,軟性巖屑中變質(zhì)巖屑平均含量為9.0%,居各成巖相之首。儲層物性差,平均孔隙度為2.2%,平均滲透率為0.03×10－3μm2,砂巖中僅見少量粒間孔和溶蝕孔。致密強(qiáng)壓實(shí)相主要發(fā)育于水下分流河道間沉積環(huán)境。

4.2 鈣質(zhì)膠結(jié)相

巴什基奇克組鈣質(zhì)膠結(jié)相主要發(fā)生在含礫砂巖、礫狀砂巖、粗—中砂巖、鈣質(zhì)含量較高的砂巖中。儲層物性差,平均孔隙度為3.2%,平均滲透率為0.05×10－3μm2。膠結(jié)物含量與物性呈明顯負(fù)相關(guān)系,當(dāng)碳酸鹽膠結(jié)物含量大于15%,儲層物性小于下限。少數(shù)層段還出現(xiàn)了碳酸鹽的致密膠結(jié),碳酸鹽膠結(jié)物含量大于20%,使孔隙幾乎完全消失。鈣質(zhì)膠結(jié)相主要發(fā)育于水下分流河道沉積環(huán)境。

4.3 構(gòu)造裂縫相

構(gòu)造裂縫相發(fā)育受主要受構(gòu)造運(yùn)動控制,多為石英含量低,粒度較細(xì)的細(xì)砂巖、粉砂質(zhì)細(xì)砂巖。石英含量為35%～41%,平均為38%。構(gòu)造裂縫相孔隙度平均孔隙度為3.9%,滲透率可達(dá)1.28×10－3μm2。

4.4 不穩(wěn)定組分溶蝕相

不穩(wěn)定組分相主要發(fā)生在雜基含量少、塑性巖屑和碳酸鹽巖巖屑含量少、長石含量高的較成熟砂巖中。多為中粗粒、中粒巖屑砂巖、長石巖屑砂巖,石英含量為50%～64%,平均為60.7%,泥質(zhì)含量小于1%。不穩(wěn)定組分溶蝕相次生溶蝕孔隙發(fā)育,孔隙度平均為6.6%,滲透率主要分布在0.2×10－3μm2,主要發(fā)育于辮狀河三角洲水下分流河道沉積環(huán)境、扇三角洲河口壩沉積環(huán)境。

5 成巖相的定量評價

常用成巖相分類方法只是簡單區(qū)分成巖相類型,結(jié)果準(zhǔn)確性依賴研究者的經(jīng)驗(yàn);有必要選擇合適的參數(shù),建立一套成巖相定量劃分評價方法,消除主觀判斷產(chǎn)生的多解性。

5.1 成巖相定量評價參數(shù)

成巖相命名和分類中,表征成巖作用參數(shù)的精度高于表征成巖礦物的參數(shù),成巖相定量化表征實(shí)質(zhì)是通過成巖作用實(shí)現(xiàn)。定量化表征成巖作用的參數(shù)很多(壓實(shí)率、膠結(jié)率、溶蝕率)。巴什基奇克組的填集密度為77.3%～90%,壓實(shí)率為60.0%～91%,膠結(jié)率一般為10%～40%,同時具有強(qiáng)壓實(shí)、鈣質(zhì)膠結(jié)程度高、微孔隙發(fā)育的多種成巖作用疊加特征。任何一個參數(shù)增大,不表征其所代表的成巖作用增強(qiáng),可能是其他成巖作用間接增強(qiáng)結(jié)果。單純依靠某個參數(shù)變化難以準(zhǔn)確判斷成巖作用強(qiáng)弱,劃分成巖相類型,需要綜合各種成巖作用影響的參數(shù)來實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。

利用綜合的成巖參數(shù)實(shí)現(xiàn)對成巖相的劃分,前人做過大量的工作。張一偉等[11]在研究遼河油田冷東－雷家地區(qū)巖石物理相時,為了定量描述各類成巖作用對儲集性能的綜合影響,即成巖作用的綜合效應(yīng),首先引入成巖系數(shù)“C”,相比膠結(jié)率、壓實(shí)率、微孔隙率等單個參數(shù)只針對成巖過程中一種或幾種作用,綜合的成巖系數(shù)能夠全面反映各種作用下成巖作用的效果:

其中C為成巖系數(shù);m、Rp、Rc和Rm分別為面孔率、視壓實(shí)率、視膠結(jié)率、微孔隙率;Vp、Vc、Vφ和φf分別為粒間體積、膠結(jié)物體積、粒間孔體積和物性孔隙率。

其后,許多研究者根據(jù)實(shí)際情況開展應(yīng)用并取得一些成果,證實(shí)成巖系數(shù)“C”在比單個參數(shù)評價方面更有優(yōu)勢[12-16]。這些研究者計(jì)算的成巖系數(shù)從0.05%到38.78%,利用成巖系數(shù)建立成巖相評價標(biāo)準(zhǔn)也不同。因此,有必要在探討計(jì)算成巖系數(shù)“C”的各參數(shù)物理和地質(zhì)意義基礎(chǔ)上,尋找能夠?qū)崿F(xiàn)統(tǒng)一表征成巖相的參數(shù)。

視壓實(shí)率主要反映機(jī)械壓實(shí)作用對原始孔隙體積的影響程度,視膠結(jié)率主要反映膠結(jié)作用對原始孔隙體積的影響程度,微孔隙率主要反映溶蝕、溶解及交代作用對原始孔隙體積的影響程度。任何一個參數(shù)的計(jì)算都在假定其他參數(shù)為恒量,即儲層的改造只在其中一種成巖作用下完成,其他成巖作用不參與。這一假設(shè),造成對某一成巖作用強(qiáng)度估算加大,忽視了多種因素共同作用下有效成巖作用的評價。

為了更加準(zhǔn)確地反映儲層的有效成巖作用,同時刻畫各種成巖作用對儲層真實(shí)影響,在成巖系數(shù)基礎(chǔ)上,對成巖系數(shù)“C”改進(jìn),引入了表征實(shí)際成巖作用對原始孔隙體積影響程度的參數(shù)——填集密度,得到了綜合成巖系數(shù)“Cg”:

其中Cg為綜合成巖系數(shù);Df為填集密度,%;式(5)中第一部分“分子”代表實(shí)際各種成巖作用強(qiáng)度疊加,“分母部分”代表理論計(jì)算的各種成巖作用代數(shù)和。兩者比值為成巖作用的分異程度,其值越大表示各種成巖作用疊加程度越低,將其乘以面孔率得到Cg,壓制多種成巖作用疊加造成影響,突出某一成巖作用,使改造后的綜合成巖系數(shù)能夠定量反映成巖相的變化。

5.2 成巖相的定量劃分標(biāo)準(zhǔn)

在確定成巖相定量化表征參數(shù)的基礎(chǔ)上,借助于巴什基奇克組56個樣品的鑄體薄片、常規(guī)物性分析資料計(jì)算得到壓實(shí)率、膠結(jié)率、微孔隙率和面孔率;同時結(jié)合巖心描述、掃描電鏡等確定樣品的成巖相類型(表1)。

表1 大北氣田巴什基奇克組綜合成巖系數(shù)與物性參數(shù)(部分結(jié)果)Table 1 Comprehensive diagenetic coefficient and physical parameters

利用聚類分析法分析顯示,成巖相類型對應(yīng)不同的綜合成巖系數(shù):強(qiáng)壓實(shí)相的綜合成巖系數(shù)小于0.06,膠結(jié)相為0.06～0.39,構(gòu)造裂縫相的綜合成巖系數(shù)為0.39～0.72,不穩(wěn)定組分溶蝕相的綜合成巖系數(shù)一般大于0.72,由此建立利用綜合成巖系數(shù)進(jìn)行成巖相定量劃分的標(biāo)準(zhǔn)(表2)。

表2 成巖相定量劃分標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Diagenetic facies quantitative criteria for classification

5.3 成巖相的測井表征

利用豐富的測井資料計(jì)算綜合成巖系數(shù),可以拓寬定量劃分成巖相應(yīng)用范圍。綜合成巖系數(shù)與巖心分孔隙度、水平滲透率之間具有良好的相關(guān)性(圖3)。可利用孔隙度、滲透率進(jìn)行回歸計(jì)算綜合成巖系數(shù),但考慮到滲透率不能通過原始測井曲線獲得,與孔隙度相關(guān)的測井曲線包含密度、中子、聲波,利用多條測井曲線進(jìn)行回歸,可以彌補(bǔ)單一測井

曲線產(chǎn)生的誤差,提高綜合成巖系數(shù)精度。用最小二乘法計(jì)算回歸系數(shù),建立回歸相關(guān)方程:

其中DEN、AC、CNL分別為密度、聲波、中子測井;復(fù)相關(guān)系數(shù)R=0.75,標(biāo)準(zhǔn)誤差0.6004,回歸方差與剩余方差之比F=21.70。

圖3 綜合成巖系數(shù)與物性關(guān)系Fig.3 Relations between comprehensive diagenetic coefficient and physical properties

5.4 應(yīng)用效果分析

選取大北101和大北102井5個巖心鑄體薄片鑒定結(jié)果,利用本文建立的方法對測井資料進(jìn)行處理,將識別結(jié)果與薄片鑒定結(jié)果進(jìn)行對比,以驗(yàn)證本文提出方法的可靠性。大北101井5.79111 km處,測井計(jì)算綜合成巖系數(shù)為0.045,判斷為強(qiáng)壓實(shí)相;薄片鑒定顯示該井段方解石含量為8%,面孔率為0.43%,顆粒之間點(diǎn)線接觸,壓實(shí)率為60.98%,屬于典型的強(qiáng)壓實(shí)相,與基于本文方法結(jié)果一致。大北101井5.80062 km計(jì)算綜合成巖系數(shù)為0.11,判斷為鈣質(zhì)膠結(jié)相;薄片鑒定顯示方解石含量為15%,面孔率為0.75%,顆粒之間方解石呈孔隙－基底式膠結(jié),膠結(jié)率為31.7%,為典型的鈣質(zhì)膠結(jié)相,與本文方法一致(圖4(a))。

大北102井5.320 67、5.320 86和5.324 00 km深度點(diǎn)測井計(jì)算結(jié)果綜合成巖系數(shù)分別為1.37、1.05和0.95,判斷為不穩(wěn)定組分溶蝕相。薄片鑒定結(jié)果為:方解石含量小于4%,面孔率為4.5%、4.87%和5.83%,孔隙類型粒間溶蝕孔、粒內(nèi)溶蝕孔,為典型的不穩(wěn)定組分溶蝕相;與本文方法一致(圖4(b))。

圖4 成巖相測井識別應(yīng)用效果分析Fig.4 Diagenetic facies logging identify application effect analysis

6 結(jié) 論

(1)塔里木盆地大北地區(qū)巴什基奇克組劃分為強(qiáng)壓實(shí)相、不穩(wěn)定組分溶蝕相、鈣質(zhì)膠結(jié)相、構(gòu)造裂縫相4種成巖相類型。

(2)綜合成巖系數(shù)作為成巖相表征的參數(shù),相比前人的研究方法,很好地解決了成巖相定量劃分的問題;綜合成巖系數(shù)的測井資料計(jì)算可以實(shí)現(xiàn)測井資料模塊化處理定量識別成巖相。

(3)本文提出的成巖相識別新方法,與巖心分析資料形成良好的印證,經(jīng)過多井段驗(yàn)證,方法準(zhǔn)確可靠。

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(編輯 徐會永)

Reservoir diagenetic facies of Bashijiqike Formation in Dabei gas field compartmentalization and quantitative evaluation

YANG Ning1,WANG Guiwen2,3,LI Chaoliu4,XIN Yi5,YU Fengdan6,NIAN Tao2,3
(1.CNPC Greatwall Drilling Company,Beijing 100101,China; 2.State Key Laboratory of Petroleum Resource and Prospecting in China University of Petroleum,Beijing 102249,China; 3.College of Geosciences in China University of Petroleum,Beijing 102249,China; 4.RIPED Logging Institutes,Beijing 100083,China; 5.Exploration and Development Research Institute of CNPC Tarim Oilfield Company,Korla 841000,China; 6.Xi'an Center of Geology Survey,CGS,Xi'an 710054,China)

Based on the division principle of diagenetic sequence and diagenetic stage,this paper studied the quantitative division and logging identification of diagenetic facies for Bashijiqike Formation in Dabei area of Tarim Basin using reservoir data of core observations,and methods such as cast thin,cathodoluminescence,SEM and X－ray diffraction.The results show that the diagenetic facies can be divided into four types:compaction density facies,corrosion of unstable components facies, calcareous cementation facies,and structural fracture facies.Compared to previous methods,the method used here with comprehensive diagenetic coefficient as characterization parameters can be a good solution to the problem of quantitative division.Comprehensive diagenetic coefficient can be used in logging data processing to identify diagenetic facies.The results obtainedfrom the method agree well with the core analysis data,and the method is accurate and reliable.

Dabei gas field;diagenetic facies;diagenetic integrated coefficient;quantitative identification;logging identification

TE 122.2

A

1673-5005(2014)05-0018-07

10.3969/j.issn.1673-5005.2014.05.003

2014－02－17

國家大型油氣田及煤層氣開發(fā)科技重大專項(xiàng)(2011ZX05020－008)

楊寧(1982－),男,博士,主要從事沉積學(xué)和測井地質(zhì)學(xué)方面的研究。E－mail:0726008@163.com。

王貴文(1966－),男,教授,博士生導(dǎo)師,主要從事測井地質(zhì)學(xué)、儲層沉積學(xué)等領(lǐng)域的研究工作。E－mail:wanggw@cup.edu.cn。

楊寧,王貴文,李潮流,等.塔里木盆地大北地區(qū)巴什基奇克組成巖相測井識別[J].中國石油大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2014,38(5):18-24.

YANG Ning,WANG Guiwen,LI Chaoliu,et al.Reservoir diagenetic facies of Bashijiqike Formation in Dabei gas field compartmentalization and quantitative evaluation[J].Journal of China University of Petroleum(Edition of Natural Science), 2014,38(5):18-24.