謝格云 田云英 劉 柏 樊世海 馬宇含 張祎蕾
中國(guó)石油西南油氣田公司川西北氣礦
四川盆地西南部(以下簡(jiǎn)稱川西南部地區(qū))中侏羅統(tǒng)沙溪廟組氣藏是典型的致密砂巖氣藏,沙溪廟組不具生烴能力,氣藏?zé)N源來(lái)自下伏上三疊統(tǒng)須家河組烴源巖,須家河組烴源巖生成的天然氣主要賦存在上三疊統(tǒng)和侏羅系碎屑巖地層中[1]。據(jù)2016年《第四次油氣資源評(píng)價(jià)》,川西南部地區(qū)須家河組天然氣資源總量為5 694×108m3,探明率僅6.29%,致密氣勘探潛力巨大,是天然氣增儲(chǔ)上產(chǎn)的重要領(lǐng)域。
1977年在四川盆地大興西構(gòu)造發(fā)現(xiàn)沙溪廟組氣藏以來(lái),川西南部地區(qū)沙溪廟組致密氣勘探雖不斷有所發(fā)現(xiàn),但一直沒(méi)有取得重大突破,也未實(shí)現(xiàn)規(guī)?;б婊_(kāi)發(fā)。而且前人對(duì)沙溪廟組的研究也只是集中在各個(gè)構(gòu)造或者局部區(qū)塊,研究?jī)?nèi)容主要集中在沉積特征、儲(chǔ)層特征等方面,并認(rèn)為沙溪廟組為河流—湖泊交替環(huán)境下沉積地層,儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng),為致密砂巖儲(chǔ)層,沉積微相、碎屑組分及成巖作用等對(duì)儲(chǔ)層物性具有明顯的控制作用[2-5]??傮w來(lái)看,關(guān)于川西南部地區(qū)沙溪廟組研究的程度較低,特別是對(duì)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層形成條件及其控制因素的認(rèn)識(shí)有待深化。為此,筆者在對(duì)川西南部地區(qū)沙溪廟組儲(chǔ)層巖石類(lèi)型與儲(chǔ)集性能分析的基礎(chǔ)上,利用不同類(lèi)型巖石在測(cè)井響應(yīng)特征上的差異,通過(guò)測(cè)井標(biāo)定建立巖屑類(lèi)砂巖與長(zhǎng)石類(lèi)砂巖交會(huì)圖版,研究了儲(chǔ)集性能更優(yōu)的長(zhǎng)石類(lèi)砂巖縱橫向分布特征;再結(jié)合沉積微相、成巖作用與儲(chǔ)層物性分析,明確儲(chǔ)層控制的主要因素,落實(shí)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層發(fā)育區(qū),以期為該區(qū)下一步致密氣勘探開(kāi)發(fā)部署提供技術(shù)支撐。
川西南部地區(qū)位于四川盆地西南部,構(gòu)造位置屬于上揚(yáng)子地臺(tái)西緣的龍門(mén)山山前斷褶構(gòu)造帶、川西低緩構(gòu)造帶和峨眉—瓦山前緣斷褶構(gòu)造帶(圖1)。印支運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致川西地區(qū)的地殼運(yùn)動(dòng)由古生代至中三疊世的拉張運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)閿D壓褶皺運(yùn)動(dòng),由被動(dòng)大陸邊緣淺海碳酸鹽巖為主的沉積轉(zhuǎn)化為龍門(mén)山山前前陸盆地碎屑巖為主的沉積[6-8]。由于龍門(mén)山的多期“幕”式推覆發(fā)展,形成了現(xiàn)今的龍門(mén)山山前斷褶構(gòu)造,沉積了巨厚的須家河組和侏羅系碎屑巖地層。沙溪廟期發(fā)育河流—湖泊相沉積體系[9-11],河道砂體發(fā)育,縱向上多期次河道砂體相互疊置,是川西南部地區(qū)致密氣勘探開(kāi)發(fā)的重要目標(biāo)砂體。根據(jù)沙溪廟組巖性組合特征、電性特征和地震標(biāo)定對(duì)比,沙溪廟組自下而上可劃分為沙一段、沙二段,其中沙二段自下而上又細(xì)分4個(gè)亞段,儲(chǔ)層主要分布在沙一段、沙二1亞段、沙二2亞段和沙二3亞段(圖1)。
圖1 研究區(qū)區(qū)域位置及沙溪廟組地層柱狀圖
大量巖心、巖屑薄片鑒定成果表明,川西南部地區(qū)沙溪廟組砂巖類(lèi)型可分為長(zhǎng)石類(lèi)砂巖(占分析樣品總數(shù)的75%)和巖屑類(lèi)砂巖(占分析樣品總數(shù)的25%)兩大類(lèi),長(zhǎng)石類(lèi)砂巖主要有長(zhǎng)石砂巖、巖屑長(zhǎng)石砂巖,巖屑類(lèi)砂巖主要為以碳酸鹽巖巖屑為主的巖屑砂巖、長(zhǎng)石巖屑砂巖;砂巖儲(chǔ)層以長(zhǎng)石砂巖和巖屑長(zhǎng)石砂巖為主,次為巖屑砂巖、長(zhǎng)石巖屑砂巖,少量巖屑石英砂巖、長(zhǎng)石石英砂巖(圖2)。長(zhǎng)石砂巖粒度以中粒為主,細(xì)粒次之;長(zhǎng)石含量較高,介于30.0%~45.0%,以正長(zhǎng)石為主,少量斜長(zhǎng)石及微斜長(zhǎng)石,大多黏土化程度較深;少量變質(zhì)巖、火成巖巖屑,含量介于5.0%~10.0%;膠結(jié)物主要為方解石和綠泥石,方解石含量變化大,含量介于1.0%~15.0%,常呈帶狀分布,次為綠泥石,含量介于1.0%~5.0%,部分含量高達(dá)10.0%,少量硅質(zhì),常為自生石英充填粒間,含量介于0.5%~1.5%;雜基主要為水云母,含量介于0.5%~2.0%,部分層段見(jiàn)少量高嶺石膠充填物(圖2-a、b)。巖屑砂巖粒度以中粒為主,細(xì)粒次之;巖屑含量變化大,介于30.0%~60.0%,主要為碳酸鹽巖巖屑,少量泥頁(yè)巖、粉砂巖巖屑,偶見(jiàn)千枚巖等淺變質(zhì)巖巖屑;長(zhǎng)石含量介于1.0%~5.0%,以正長(zhǎng)石為主,偶見(jiàn)斜長(zhǎng)石及微斜長(zhǎng)石,大多黏土化較深;膠結(jié)物主要為方解石,含量介于10.0%~30.0%;少量雜基,主要為水云母,含量介于0.5%~1.0%(圖2-c、d)。
圖2 川西南部地區(qū)沙溪廟組砂巖儲(chǔ)層特征照片
據(jù)川西南部地區(qū)沙溪廟組871塊巖心樣品分析,長(zhǎng)石類(lèi)砂巖的儲(chǔ)集性能明顯優(yōu)于巖屑類(lèi)砂巖。長(zhǎng)石類(lèi)砂巖平均孔隙度為13.03%,峰值介于12.00%~16.00%,巖屑類(lèi)砂巖平均孔隙度為3.37%,峰值介于0~4.00%(圖3-a);長(zhǎng)石類(lèi)砂巖平均滲透率為0.160 mD,峰值介于0.010~0.100 mD,巖屑類(lèi)砂巖平均滲透率為0.040 mD,峰值介于0~0.001 mD(圖3-b)。兩類(lèi)砂巖孔隙度與滲透率交會(huì)圖揭示,長(zhǎng)石類(lèi)砂巖的孔滲條件及儲(chǔ)集性能均優(yōu)于巖屑類(lèi)砂巖,長(zhǎng)石類(lèi)砂巖儲(chǔ)層類(lèi)型為孔隙型,巖屑類(lèi)砂巖儲(chǔ)層類(lèi)型為裂縫—孔隙型(圖3-c)。
圖3 川西南部地區(qū)沙溪廟組砂巖物性特征圖
薄片鑒定結(jié)果顯示,長(zhǎng)石類(lèi)砂巖孔隙發(fā)育,面孔率一般介于6%~12%,主要孔徑介于0.1~0.2 mm,孔隙類(lèi)型主要為殘余粒間孔和粒間溶孔為主,次為粒內(nèi)溶孔(圖2-a、b),少量黏土礦物晶間微孔(雜基微孔),殘余粒間孔一般介于4%~8%,粒間溶孔一般介于1%~3%。巖屑類(lèi)砂巖孔隙不發(fā)育(圖2-c、d),面孔率一般小于1%,為粒間孔及粒內(nèi)溶孔。
壓汞及核磁共振分析化驗(yàn)結(jié)果揭示,儲(chǔ)層毛細(xì)管曲線特征表現(xiàn)為中孔、細(xì)喉,孔喉配位數(shù)0~3,儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)較差,排驅(qū)壓力(1.33~9.02 MPa)、中值壓力(8.14~45.34 MPa)高,孔隙喉道、連通有效孔隙體積?。ū?)。
表1 川西南部地區(qū)沙溪廟組儲(chǔ)層分類(lèi)參數(shù)統(tǒng)計(jì)表
通過(guò)區(qū)內(nèi)沙溪廟組砂地比特征、砂巖粒度變化趨勢(shì)、巖石組分平面分布特征及地震剖面結(jié)構(gòu)特征等分析,可以確定沙溪廟組沉積期具雙物源特征[12-14]。
3.1.1 物源特征
沉積相平面展布特征研究結(jié)果揭示,川西南部地區(qū)沙溪廟組由北至南分別發(fā)育河流—三角洲平原相、三角洲前緣相、前三角洲—淺湖相。砂巖粒度整體上表現(xiàn)為由北部的中—粗粒砂巖向南逐漸變化為細(xì)粒砂巖、粉粒砂巖,各亞段砂地比整體具北高南低的變化趨勢(shì),高值區(qū)多呈指狀由北西、北東向南延伸匯聚,反映出川西南部地區(qū)具北西、北東向兩個(gè)物源(圖4)。
圖4 川西南部地區(qū)沙二1亞段砂地比平面分布圖
川西南部地區(qū)4條野外剖面和10口井的巖心薄片分析結(jié)果表明,龍門(mén)山山前地區(qū)沙溪廟組砂巖具有富石英(50%~70%)、多巖屑(10%~40%)、貧長(zhǎng)石(1%~15%)特征,巖屑以碳酸鹽巖巖屑為主,次為變質(zhì)巖巖屑,偶見(jiàn)火成巖巖屑、石英巖巖屑及粉砂巖巖屑。盆內(nèi)沙溪廟組砂巖具有貧石英(40%~50%)、富長(zhǎng)石(20%~40%)、少巖屑(10%~20%)特征[15-16],長(zhǎng)石以正長(zhǎng)石為主,少量斜長(zhǎng)石,巖屑成分中沉積巖巖屑和火成巖巖屑含量相當(dāng),變質(zhì)巖巖屑較少,與龍門(mén)山山前地區(qū)不同的是沉積巖巖屑以粉砂巖巖屑、泥巖巖屑及火成巖巖屑較多,碳酸鹽巖巖屑極少見(jiàn)(圖5)。
圖5 川西南部地區(qū)沙溪廟組砂巖碎屑組分特征及其分布圖
區(qū)內(nèi)多條地震剖面分析結(jié)果表明,川西南部地區(qū)沙溪廟組具北西至南東向和北東至南西向兩個(gè)方向的前積結(jié)構(gòu)特征(圖6),前積反射結(jié)構(gòu)具有物源運(yùn)移指向意義[17],說(shuō)明沙溪廟組沉積時(shí)有來(lái)自北西、北東兩個(gè)方向的物源。
圖6 川西南部地區(qū)沙溪廟組前積反射結(jié)構(gòu)特征圖
沉積相展布特征、砂巖碎屑組分分布特征、粒度變化分布特征及地震前積反射結(jié)構(gòu)特征綜合分析結(jié)果表明,區(qū)內(nèi)沙溪廟組沉積受到雙物源影響,以碳酸鹽巖為主的龍門(mén)山剝蝕區(qū),控制了巖屑類(lèi)砂巖分布范圍,盆地北部的米倉(cāng)山—大巴山火成巖剝蝕區(qū)控制了長(zhǎng)石類(lèi)砂巖的展布特征[18]。其中龍門(mén)山山前的雅安—大邑地區(qū)發(fā)育巖屑類(lèi)砂巖,東部簡(jiǎn)陽(yáng)—彭山—青神地區(qū)發(fā)育長(zhǎng)石類(lèi)砂巖,中部郫縣—邛崍—洪雅地區(qū)受雙物源共同影響,為巖屑類(lèi)砂巖與長(zhǎng)石類(lèi)砂巖過(guò)渡區(qū)(圖5)。
3.1.2 長(zhǎng)石類(lèi)砂巖測(cè)井識(shí)別及分布特征
鑒于長(zhǎng)石類(lèi)砂巖儲(chǔ)集性能明顯優(yōu)于巖屑類(lèi)砂巖,明確長(zhǎng)石類(lèi)砂巖縱橫向分布特征,對(duì)確定勘探有利區(qū)分布具重要作用。因兩類(lèi)砂巖在巖石組分、膠結(jié)物方解石含量及孔隙發(fā)育程度等存在差異,其測(cè)井響應(yīng)特征也存在明顯差異[19],其中以電阻率(RT)和聲波時(shí)差(AC)特征表現(xiàn)最為明顯。根據(jù)川西南部地區(qū)10口井沙溪廟組巖屑、巖心薄片巖石類(lèi)型鑒定成果,通過(guò)測(cè)井標(biāo)定,建立了巖屑類(lèi)砂巖與長(zhǎng)石類(lèi)砂巖交會(huì)圖版,圖版揭示長(zhǎng)石類(lèi)砂巖RT≤30 Ω·m、AC≥ 65 μs/ft(1 ft=0.304 8 m,下同)(圖7)。
圖7 川西南部地區(qū)沙溪廟組砂巖類(lèi)型交會(huì)圖
通過(guò)測(cè)井識(shí)別沙溪廟組長(zhǎng)石類(lèi)砂巖,邛崍及其西南地區(qū)長(zhǎng)石類(lèi)砂巖主要分布在沙二1亞段;彭山—簡(jiǎn)陽(yáng)地區(qū)長(zhǎng)石類(lèi)砂巖主要分布在沙二1亞段和沙二2亞段,其次是沙一段及沙二3亞段。川西南部地區(qū)沙溪廟組長(zhǎng)石類(lèi)砂巖在簡(jiǎn)陽(yáng)—彭山—青神及其東部地區(qū)最發(fā)育,厚度介于80~170 m,新津—邛崍—丹棱地區(qū)相對(duì)發(fā)育,厚度介于10~80 m,龍門(mén)山山前及工區(qū)西南部地區(qū)欠發(fā)育,厚度小于10 m(圖8)。
圖8 川西南部地區(qū)沙溪廟組長(zhǎng)石類(lèi)砂巖厚度圖
沙溪廟組砂巖以中—細(xì)砂巖為主,其次為粉砂巖,少量粗砂巖。區(qū)內(nèi)大量巖心薄片鑒定和物性的統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明,中砂巖孔隙度最好,其次是細(xì)砂巖,細(xì)砂巖孔隙度又普遍好于粉砂巖和粗砂巖,滲透率也有相同的特征。一般隨著粒度增大物性變好,但粗砂巖物性卻很差。分析認(rèn)為,粗砂巖一般形成于河道底部,屬于河道滯留,分選較差,后期的成巖作用特別是鈣質(zhì)膠結(jié)作用,導(dǎo)致粗砂巖更致密。中粒和細(xì)粒砂巖形成于較強(qiáng)的水動(dòng)力環(huán)境,分選相對(duì)較好,雜基較少,因此物性較好。
沙溪廟組砂巖儲(chǔ)層發(fā)育在多種沉積微相中,其中以三角洲前緣相水下分流河道和河口壩砂巖的儲(chǔ)集性能最好[20],其次為三角洲平原相分流河道砂巖(表2)。河道形成的單層砂體厚度大,一般大于5.0 m,粒度以細(xì)粒、中粒砂巖為主,泥質(zhì)含量低,孔隙發(fā)育,孔隙結(jié)構(gòu)好,儲(chǔ)層物性好。區(qū)內(nèi)河口壩發(fā)育較少,單層砂體厚度較薄。決口扇等沉積環(huán)境形成的砂體單層厚度較小,介于0.5~3.0 m,粒度較細(xì),以粉砂巖為主,泥質(zhì)含量高,孔隙欠發(fā)育,砂體平面分布僅存在于局部小范圍??傮w上,區(qū)內(nèi)曲流河河道、分流河道及水下分流河道砂巖儲(chǔ)層分布廣、規(guī)模大。
表2 川西南部地區(qū)沙溪廟組沉積微相與砂體孔隙度關(guān)系表
成巖過(guò)程中,與砂巖孔隙演化密切相關(guān)的主要有壓實(shí)、膠結(jié)、溶蝕、交代等成巖作用,前兩者具負(fù)面作用,溶蝕作用是建設(shè)作用,交代作用則對(duì)砂巖孔隙的影響不大[21-23]。
壓實(shí)作用在區(qū)內(nèi)主要表現(xiàn)為塑性碎屑的形變、顆粒緊密接觸及定向排列、孔隙度減小(圖9-a)。該成巖作用主要發(fā)育在分流河道間低能微環(huán)境的泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖中,表現(xiàn)為泥質(zhì)或雜基含量高,膠結(jié)物含量少,孔隙不發(fā)育,偶見(jiàn)粒內(nèi)溶孔。沙溪廟組儲(chǔ)層砂巖的壓實(shí)作用屬中—強(qiáng),壓實(shí)損失孔隙度介于10%~23%,平均值為17%。
圖9 川西南部地區(qū)沙溪廟組砂巖成巖作用特征照片
區(qū)內(nèi)沙溪廟組砂巖儲(chǔ)層中發(fā)育碳酸鹽類(lèi)、硅質(zhì)類(lèi)、綠泥石等膠結(jié)物。碳酸鹽膠結(jié)物主要為方解石(圖9-b),少量白云石和菱鐵礦,呈細(xì)—中晶沿孔隙內(nèi)緣生長(zhǎng),形成連晶狀膠結(jié),導(dǎo)致砂巖孔隙大量喪失。綠泥石膠結(jié)物有兩種產(chǎn)出形式:①以碎屑環(huán)邊方式產(chǎn)出,厚度介于0.01~0.02 mm;②以淀晶雜基充填于孔隙中。區(qū)內(nèi)東部高長(zhǎng)石含量區(qū)綠泥石膠結(jié)較為發(fā)育(圖9-c),綠泥石環(huán)邊的形成有抑制石英次生加大邊形成的作用。硅質(zhì)膠結(jié)常以石英加大邊形式出現(xiàn)(圖9-d),少量為自生石英充填粒間,石英含量高的砂巖硅質(zhì)膠結(jié)相對(duì)發(fā)育。
溶蝕作用在區(qū)內(nèi)沙溪廟組砂巖儲(chǔ)層中較普遍,以長(zhǎng)石和巖屑的溶蝕作用為主[24],主要出現(xiàn)在分流河道和河口壩中—細(xì)粒長(zhǎng)石砂巖、巖屑長(zhǎng)石砂巖中,形成以粒內(nèi)溶孔和粒間溶孔為主的孔隙類(lèi)型(圖9-e、f),孔隙度增加3%~6%,最大增加可達(dá)10%。
川西南部地區(qū)沙溪廟組優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層形成條件與控制因素研究結(jié)果表明,長(zhǎng)石類(lèi)砂巖是優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層發(fā)育的物質(zhì)基礎(chǔ),有利于后期溶蝕作用對(duì)儲(chǔ)層孔滲條件的改善,優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層受沉積作用控制明顯,三角洲前緣沉積微相中以河口壩、水下分流河道沉積的細(xì)—中粒長(zhǎng)石砂巖物性最佳,河流—三角洲平原相河道和分流河道砂巖儲(chǔ)層分布廣,規(guī)模大。沙溪廟組致密氣藏為下生上儲(chǔ)、烴源斷層提供油氣上移通道、河道砂體儲(chǔ)層提供油氣聚集場(chǎng)所的次生巖性氣藏[25],氣藏受發(fā)育優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的長(zhǎng)石類(lèi)砂巖、有利沉積相帶及保存條件等多重因素控制。
依據(jù)長(zhǎng)石類(lèi)砂巖發(fā)育程度、有利沉積相類(lèi)型、儲(chǔ)蓋組合完整性及斷層保存條件,對(duì)川西南部地區(qū)沙溪廟組勘探有利區(qū)進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)如表3所示。評(píng)價(jià)結(jié)果表明,Ⅰ類(lèi)有利區(qū)分布在熊坡斷裂東側(cè)的彭山—簡(jiǎn)陽(yáng)地區(qū),面積為7 744 km2;Ⅱ類(lèi)有利區(qū)分布在邛崍—丹棱、青神及龍泉驛西等地區(qū),面積為3 739 km2;Ⅲ類(lèi)有利區(qū)分布在研究區(qū)西北及西南地區(qū),面積為4 263 km2;Ⅳ類(lèi)有利區(qū)分布在通天斷層發(fā)育、沙溪廟組上覆地層剝蝕殆盡及長(zhǎng)石類(lèi)砂巖缺失地區(qū),面積為6 805 km2(圖10)。Ⅰ類(lèi)有利區(qū)長(zhǎng)石類(lèi)砂巖發(fā)育,處于砂體儲(chǔ)集性能優(yōu)越的有利沉積相帶內(nèi),保存條件好,是區(qū)內(nèi)最有利的勘探區(qū)。
表3 川西南部地區(qū)沙溪廟組勘探有利區(qū)分級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)
圖10 川西南部地區(qū)沙溪廟組有利區(qū)帶綜合評(píng)價(jià)圖
1)川西南部地區(qū)沙溪廟組沉積受雙物源控制,砂巖巖石類(lèi)型以長(zhǎng)石砂巖和巖屑長(zhǎng)石砂巖為主,次為巖屑砂巖、長(zhǎng)石巖屑砂巖,巖屑類(lèi)砂巖物源來(lái)自西部龍門(mén)山碳酸鹽巖剝蝕區(qū),長(zhǎng)石類(lèi)砂巖物源來(lái)自東北部米倉(cāng)山—大巴山火成巖剝蝕區(qū)。
2)長(zhǎng)石類(lèi)砂巖儲(chǔ)集性能明顯優(yōu)于巖屑類(lèi)砂巖,邛崍及其西南地區(qū)長(zhǎng)石類(lèi)砂巖主要分布在沙二1亞段,彭山—簡(jiǎn)陽(yáng)地區(qū)長(zhǎng)石類(lèi)砂巖主要分布在沙二1亞段和沙二2亞段,其次是沙一段及沙二3亞段;平面上簡(jiǎn)陽(yáng)—彭山—青神及其東部地區(qū)長(zhǎng)石類(lèi)砂巖最發(fā)育。
3)區(qū)內(nèi)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層受沉積作用控制明顯,物性以河口壩、水下分流河道沉積的細(xì)—中粒長(zhǎng)石砂巖最佳,河道和分流河道砂巖儲(chǔ)層分布廣,規(guī)模大;溶蝕作用是孔隙增大的主要成巖作用,壓實(shí)作用和膠結(jié)作用是儲(chǔ)層致密化、孔隙減小的主要因素,綠泥石環(huán)邊膠結(jié)對(duì)原生孔隙具一定的保護(hù)作用。
4)川西南部地區(qū)沙溪廟組三角洲平原分流河道、三角洲前緣水下分流河道及河口壩等相帶的長(zhǎng)石砂巖發(fā)育區(qū)是優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層分布有利區(qū);最有利勘探區(qū)分布在熊坡斷裂東側(cè)的彭山—簡(jiǎn)陽(yáng)地區(qū),較有利的勘探區(qū)為邛崍—丹棱、青神及龍泉驛西等地區(qū)。