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川西北地區(qū)三疊系須家河組深層儲(chǔ)層特征及主控因素

2022-09-06 10:30蘇亦晴王志宏崔俊峰朱秋影武雪瓊白壯壯
巖性油氣藏 2022年5期
關(guān)鍵詞:砂體西北地區(qū)深層

蘇亦晴,楊 威,金 惠,王志宏,崔俊峰,朱秋影,武雪瓊,白壯壯

(中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院,北京 100083)

0 引言

近十年來(lái),深層碎屑巖油氣勘探取得了重要進(jìn)展,已成為油氣增儲(chǔ)上產(chǎn)的重要領(lǐng)域,在我國(guó)渤海灣盆地、四川盆地和塔里木盆地都有重要的油氣勘探發(fā)現(xiàn)[1-2]。不同學(xué)者在不同時(shí)期對(duì)深層的定義不同,根據(jù)《石油天然氣儲(chǔ)量計(jì)算規(guī)范》[3],將埋深為3 500~4 500 m的地層定義為深層,埋深大于4 500 m的地層定義為超深層。在我國(guó)東部盆地一般將埋深大于3 500 m 的地層作為深層,西部盆地一般將埋深大于4 500 m 的地層作為深層。四川盆地是我國(guó)重要的含油氣盆地,盆地內(nèi)上三疊統(tǒng)須家河組是重要的油氣產(chǎn)層,對(duì)該層系的天然氣勘探始于20世紀(jì)50 年代,且已取得了重要的勘探成果。根據(jù)第四次資源評(píng)價(jià)結(jié)果,四川盆地上三疊統(tǒng)須家河組天然氣資源量約為2.59×1012m3,截至2021 年底,天然氣探明地質(zhì)儲(chǔ)量約為7 220×108m3,探明率約為27.8%,剩余資源量為1.87×1012m3[2],勘探潛力較大。眾多學(xué)者對(duì)川西北地區(qū)須家河組深層儲(chǔ)層特征及成因做過(guò)大量的研究工作,從沉積作用、成巖作用和構(gòu)造作用等多角度分析了儲(chǔ)層特征及發(fā)育主控因素。朱如凱等[4]、于興河等[5]、呂正祥等[6]指出川西北地區(qū)三角洲平原分流河道、三角洲前緣水下分流河道等微相是儲(chǔ)集層發(fā)育的有利相帶;施振生等[2]強(qiáng)調(diào)了成巖作用對(duì)須家河組致密砂巖儲(chǔ)層形成所起的重要作用、成巖過(guò)程中礦物間的物質(zhì)交換是控制次生孔隙形成的主要原因以及機(jī)械壓實(shí)是導(dǎo)致巖石致密的主要原因;王志康等[7]、肖艷等[8]提出溶蝕作用能提高孔隙度,主要溶蝕礦物為長(zhǎng)石和巖屑,綠泥石可以保護(hù)原生孔隙;王雪柯等[9]發(fā)現(xiàn)川西北地區(qū)廣泛發(fā)育異常高壓;郭迎春等[10]、苗鳳彬等[11]、連麗霞等[12]提出川西北地區(qū)須家河組二段裂縫非常發(fā)育,對(duì)改善儲(chǔ)層滲透率效果明顯。由于資料欠缺,目前對(duì)川西北地區(qū)深層有效儲(chǔ)層發(fā)育的主控因素認(rèn)識(shí)不夠全面,且與構(gòu)造動(dòng)力學(xué)背景及演化過(guò)程聯(lián)系不緊密,對(duì)儲(chǔ)層發(fā)育成因機(jī)理的研究不夠深入。

近年來(lái),隨著勘探程度的深入和認(rèn)識(shí)的深化以及鉆井和地震資料的增加,對(duì)構(gòu)造演化的認(rèn)識(shí)更加清晰,為川西北地區(qū)深層有效儲(chǔ)層發(fā)育主控因素和成因模式的研究創(chuàng)造了條件。根據(jù)以往研究,綜合應(yīng)用巖心、露頭、地震和測(cè)井等資料,在深層儲(chǔ)層特征研究的基礎(chǔ)上,結(jié)合前陸盆地構(gòu)造演化特征,對(duì)川西北地區(qū)三疊系須家河組有效儲(chǔ)層發(fā)育的主控因素進(jìn)行詳細(xì)分析,明確有效儲(chǔ)層的形成模式,綜合評(píng)價(jià)有效儲(chǔ)層發(fā)育區(qū),以期為該區(qū)油氣勘探提供理論依據(jù)。

1 地質(zhì)概況

四川盆地地處青藏高原東緣、揚(yáng)子地臺(tái)西北側(cè),經(jīng)歷多期構(gòu)造演化后形成如今的疊合盆地,盆地周緣造山帶地勢(shì)較陡,向盆內(nèi)方向地勢(shì)逐漸趨于平緩[13]。根據(jù)四川盆地的形成和構(gòu)造演化特征,可以進(jìn)一步劃分為川西凹陷帶、米倉(cāng)山—大巴山前緣褶皺帶、川中低緩構(gòu)造帶、川東高陡構(gòu)造帶和川南低陡構(gòu)造帶。研究區(qū)位于川西凹陷帶北部,構(gòu)造上主要位于前陸地區(qū)(圖1a),包括龍門山逆沖推覆帶和川西坳陷帶,北面為米倉(cāng)山臺(tái)緣隆起帶,西側(cè)為龍門山斷裂帶,經(jīng)印支運(yùn)動(dòng)、燕山運(yùn)動(dòng)和喜馬拉雅期隆升剝蝕形成了現(xiàn)今西高、東低的地勢(shì)。研究區(qū)面積約為15 000 km2[4],區(qū)內(nèi)斷層較發(fā)育,主要集中于九龍山、老關(guān)廟及思依場(chǎng)一帶。經(jīng)過(guò)多年勘探,發(fā)現(xiàn)了中壩須二段氣田、文興場(chǎng)須家河組氣藏等??碧匠晒@示,研究區(qū)埋深大于4 500 m 時(shí)仍發(fā)育有效儲(chǔ)層和天然氣產(chǎn)層。

川西北地區(qū)三疊系須家河組為一套碎屑巖沉積組合,與下伏雷口坡組和上覆珍珠沖組呈不整合接觸,地層平均厚度為778.6 m,底部埋深為2 961.9~6 323.8 m,自下而上劃分為須一段(T3x1)(包括垮洪洞組、小塘子組及馬鞍塘組)至須六段(T3x6)[4,14]。研究區(qū)大部分區(qū)域須六段被剝蝕,須一至須五段(T3x5)全區(qū)均有分布。在前陸凹陷帶,須一段和須二段(T3x2)為主要儲(chǔ)層和產(chǎn)層段[8],埋深一般約為4 500 m,須一段、須三段(T3x3)和須五段以泥質(zhì)巖為主,須二段、須四段(T3x4)和須六段以砂巖為主,縱向分段清晰,呈“三明治”式的生儲(chǔ)蓋組合(圖1b)。

圖1 川西北地區(qū)構(gòu)造位置與沉積相分布(a)及三疊系須家河組巖性地層綜合柱狀圖(b)Fig.1 Structural location and sedimentary facies distribution(a)and stratigraphic column of Triassic Xujiahe Formation(b)in northwestern Sichuan Basin

川西北地區(qū)須家河組深層儲(chǔ)層主要發(fā)育在梓潼、文興場(chǎng)、雙魚石、劍門關(guān)以及龍崗一帶,主要涉及須一段和須二段,部分地區(qū)須三段也發(fā)育深層儲(chǔ)層。平面上,由龍崗向劍門關(guān)、柘壩場(chǎng)、文興場(chǎng)及魏城方向,沉積環(huán)境逐漸由水下分流河道、河道間灣、前緣席狀砂演化為前三角洲,砂體本應(yīng)隨著沉積環(huán)境的改變逐漸減薄,在三角洲前緣末端與泥巖形成指狀交叉,直至完全尖滅,但由于川西北地區(qū)遭到剝蝕,三角洲前緣砂體以柘壩場(chǎng)為中心向四周減薄。在沉積環(huán)境與構(gòu)造剝蝕的綜合作用下,柘壩場(chǎng)砂體厚度超過(guò)250 m,到劍閣砂體最薄僅約30 m。前三角洲區(qū)域,由魏城向東,砂體逐漸減薄,在WC1井處砂體厚度可達(dá)310 m;向東北方向至九龍山處,砂體減薄至約70 m。研究區(qū)須家河組砂體種類較多,其中水下分流河道砂體分選最好,雜基含量低,易于形成有效儲(chǔ)層,為最優(yōu)的勘探目標(biāo)。

2 儲(chǔ)層特征

2.1 巖石學(xué)與礦物學(xué)特征

川西北地區(qū)三疊系須一段巖性主要為頁(yè)巖、砂質(zhì)頁(yè)巖、砂巖及含礫砂巖,沉積環(huán)境普遍為三角洲前緣水下分流河道與河口砂壩。須二段巖性主要為頁(yè)巖、泥巖、砂巖及含礫砂巖,其中灰色砂巖夾部分灰黑色泥巖與灰色泥質(zhì)粉砂巖,上部發(fā)育平行層理,可見泥質(zhì)條帶(圖2a);泥巖與粉砂巖基本等比例發(fā)育(圖2b),以席狀砂和水下分流河道砂體為主,巖心可見大量水平裂縫(圖2c)。須三段巖性主要為泥頁(yè)巖、砂巖、含礫砂巖和礫巖,頁(yè)巖段和黑色泥巖段均可見粉砂質(zhì)條紋(圖2d),為水下分流河道與支流間灣環(huán)境。須四段巖性主要為含礫砂巖和砂巖,局部夾薄層頁(yè)巖;粗砂巖段為下粗上細(xì)的正粒序,上部發(fā)育平行層理,底部礫石定向排列(圖2e);細(xì)砂巖段局部可見礫石,為一套水下分流河道砂體(圖2f)。頂部須五段巖性主要為粉砂巖、頁(yè)巖和灰質(zhì)砂巖,沉積支流間灣砂體;須六段被廣泛剝蝕。

圖2 川西北地區(qū)三疊系須家河組深層儲(chǔ)層巖心照片F(xiàn)ig.2 Core photos of deep reservoirs of Triassic Xujiahe Formation in northwestern Sichuan Basin

對(duì)研究區(qū)8 口井322 個(gè)樣品的統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示,砂體巖性主要為巖屑砂巖和長(zhǎng)石巖屑砂巖,其次為巖屑石英砂巖(圖3),其中,石英、長(zhǎng)石和巖屑的含量變化較大。巖屑砂巖中石英的體積分?jǐn)?shù)為23.0%~74.0%,平均為57.7%;長(zhǎng)石的體積分?jǐn)?shù)為0~14.0%,平均為5.7%,以鉀長(zhǎng)石為主,偶見斜長(zhǎng)石;巖屑的體積分?jǐn)?shù)22.0%~72.0%,平均為36.6%。長(zhǎng)石巖屑砂巖中石英的體積分?jǐn)?shù)為41.0%~74.0%,平均為58.8%;長(zhǎng)石的體積分?jǐn)?shù)為8.0%~16.0%,平均為11.6%,主要為鉀長(zhǎng)石;巖屑的體積分?jǐn)?shù)為23.0%~38.0%,平均為29.6%。巖屑石英砂巖中石英的體積分?jǐn)?shù)為77.0%~85.0%,平均為82.0%;長(zhǎng)石的體積分?jǐn)?shù)為2.0%~10.0%,平均為4.4%,巖屑的體積分?jǐn)?shù)為10.0%~21.0%,平均為13.6%。總體而言,研究區(qū)深層儲(chǔ)層具有相對(duì)較高的石英含量,為物性較好的儲(chǔ)集巖的形成奠定了基礎(chǔ)。

圖3 川西北地區(qū)三疊系須家河組深層砂巖分類三角圖Fig.3 Triangular diagram showing deep sandstone classification of Triassic Xujiahe Formation in northwestern Sichuan Basin

2.2 儲(chǔ)集空間特征

研究區(qū)儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間主要為原生孔隙、次生溶蝕孔隙和裂縫。原生孔隙經(jīng)過(guò)壓實(shí)、膠結(jié)作用等改造后仍有殘余,其顆粒邊緣平直,孔隙形狀較為規(guī)則(圖4a);次生溶蝕孔隙主要為粒間溶孔和粒內(nèi)溶孔,孔隙連通性較差。粒間溶孔主要為可溶顆粒如長(zhǎng)石、巖屑的邊緣被溶蝕后形成的孔隙。川西北地區(qū)須家河組深層巖石組分中長(zhǎng)石的含量不高,但大多數(shù)長(zhǎng)石組分是在埋藏成巖過(guò)程中溶解消失的[15],長(zhǎng)石顆粒邊緣被溶蝕后呈鋸齒狀和凹凸不平狀。粒內(nèi)溶孔多為長(zhǎng)石和巖屑顆粒被不完全溶蝕而形成,長(zhǎng)石的溶蝕作用多沿解理面進(jìn)行(圖4b—4d)。構(gòu)造裂縫根據(jù)傾角大小可分為高角度裂縫(裂縫傾角大于70°)、傾斜裂縫(裂縫傾角為30°~70°)和低角度裂縫(裂縫傾角小于30°)[11]。研究區(qū)深層儲(chǔ)層裂縫發(fā)育,以水平縫和高角度縫為主。其中,水平縫形成于喜山期之前,大多被全充填或半充填,一般為0.1~1.0 mm 及1~2 mm 寬的小—中縫,縫間主要為炭質(zhì)和灰質(zhì)充填,此外也發(fā)育部分寬5~10 mm 的大縫,一般為方解石半充填;高角度縫主要形成于喜山期,基本未充填,普遍存在溶蝕擴(kuò)大的現(xiàn)象,呈筆直、樹枝或蛇曲狀,對(duì)改善儲(chǔ)層物性具有重要作用(圖4e—4i)。(a)殘余原生粒間孔,Z3 井,4 205.00 m,T3x2;(b)細(xì)粒鈣屑砂巖,見粒內(nèi)、粒間溶孔,SY1 井,4 323.00 m,T3x2;(c)次生溶蝕孔隙局部呈網(wǎng)狀分布,沿裂縫局部具溶蝕擴(kuò)大特征,JM102 井,4 574.00 m,T3x2;(d)中粒巖屑砂巖,局部見溶蝕孔呈線狀分布,JM1 井,4 320.00 m,T3x3;(e)鈣質(zhì)泥巖,破裂縫,JM104 井,4 419.90 m,T3x3;(f)藻生屑泥晶灰?guī)r礫,礫內(nèi)溶孔及溶縫,W6 井,4 076.62 m,T3x2;(g)構(gòu)造縫,寬0.15 mm,JM103 井,4 484.18 m,T3x2;(h)粒緣縫,ZT1 井,5 140.82 m,T3x1;(i)中砂巖,溶蝕縫,ZT1 井,3 669.93 m,T3x2。

圖4 川西北地區(qū)三疊系須家河組深層儲(chǔ)層巖石薄片照片F(xiàn)ig.4 Thin section photos of deep reservoir rocks of Triassic Xujiahe Formation in northwestern Sichuan Basin

2.3 儲(chǔ)層物性與類型

通過(guò)統(tǒng)計(jì)川西北地區(qū)須家河組1 425 個(gè)儲(chǔ)層樣品的孔隙度與滲透率(圖5)發(fā)現(xiàn),深層儲(chǔ)層孔隙度最高可達(dá)14.51%,平均為5.90%,孔隙度為2%~4% 的樣品約占總數(shù)的44.5%,孔隙度為4%~6%的樣品占25.8%,孔隙度為6%~8%的樣品占14.5%,孔隙度為8%~10%的樣品占9.5%,孔隙度大于10%的樣品約占5.7%。深層儲(chǔ)層滲透率為0.000 14~27.000 00 mD,平均為0.012 90 mD,滲透率為0.01~0.10 mD 的樣品數(shù)最多,占樣品總數(shù)的70.5%,滲透率為0.001~0.010 mD 的樣品占20.2%,滲透率為0.1~1.0 mD 的樣品占7.2%,滲透率大于1.0 mD 的樣品約占1.18%。由此表明,川西北地區(qū)須家河組深層儲(chǔ)層為低孔低滲儲(chǔ)層。通過(guò)孔隙度與滲透率相關(guān)圖可以判斷研究區(qū)儲(chǔ)層主要為孔隙型儲(chǔ)層,大部分樣品的孔滲相關(guān)性較好,且裂縫在儲(chǔ)層中具有較重要的作用。一般根據(jù)有效儲(chǔ)層孔隙度下限,可將儲(chǔ)層劃分為有效儲(chǔ)層和非有效儲(chǔ)層,其中非有效儲(chǔ)層地質(zhì)解釋為干層,有效儲(chǔ)層包含水層、油層、含油水層、油水同層和氣層[12]。結(jié)合研究區(qū)的實(shí)際情況,氣層發(fā)育層段的孔隙度普遍大于5%,因此將符合該條件的砂巖層段定義為有效儲(chǔ)層。

圖5 川西北地區(qū)三疊系須家河組深層儲(chǔ)層孔滲相關(guān)圖Fig.5 Correlation of permeability and porosity of deep reservoir of Triassic Xujiahe Formation in northwestern Sichuan Basin

3 儲(chǔ)層發(fā)育控制因素

通過(guò)對(duì)儲(chǔ)層儲(chǔ)集性能的分析,結(jié)合區(qū)域地質(zhì)特征[16],認(rèn)為川西北地區(qū)三疊系須家河組有效儲(chǔ)層發(fā)育的主要控制因素為沉積微相、溶蝕作用和構(gòu)造破裂作用,其中,沉積微相是基礎(chǔ),溶蝕作用是關(guān)鍵,構(gòu)造破裂作用產(chǎn)生的裂縫是重要因素。

3.1 沉積微相

川西凹陷深層儲(chǔ)層發(fā)育環(huán)境以水下分流河道為主[17],結(jié)合巖心資料與測(cè)井曲線分析結(jié)果,可將研究區(qū)須家河組沉積微相劃分為水下分流河道、水下分流河道間、前緣席狀砂及河口砂壩等。水下分流河道砂體主要為灰白色礫巖與灰色粗砂巖,發(fā)育平行層理和交錯(cuò)層理,GR曲線呈中—高幅齒化箱形;河口砂壩砂體巖性為分選好、質(zhì)純的中—細(xì)砂巖,呈下細(xì)上粗的反粒序,可見較發(fā)育的槽狀交錯(cuò)層理;前緣席狀砂砂體以細(xì)—粉砂巖為主,發(fā)育沙紋層理,GR曲線呈漏斗形。

以研究區(qū)BL1 井為例(圖6),其水下分流河道物性最好,沉積物以大套中—細(xì)砂巖為主,GR曲線為低值,形態(tài)上大多為低齒化箱形,儲(chǔ)層砂體孔隙度為1.00%~14.51%,平均為5.30%,大多為6.00%~9.99%,平均滲透率為0.074 mD,大多為0.010~0.100 mD;其次是水下分流河道間,由于其水動(dòng)力較弱,沉積物多以黏土為主,GR曲線靠近泥巖基線,儲(chǔ)層砂體孔隙度為1.00%~12.74%,平均為4.86%,大多為4.00%~9.99%,平均滲透率為0.069 mD,大多為0.010~0.100 mD;再次為前緣席狀砂,一般發(fā)育質(zhì)純、分選好的細(xì)砂巖,GR曲線呈明顯低值且高度齒化,儲(chǔ)層砂體孔隙度為1.04%~9.48%,平均為4.31%,大多為6.00%~9.99%,平均滲透率為0.044 mD,大多為0.010~0.100 mD;河口砂壩由分選好、質(zhì)純的細(xì)—粉砂巖組成,為下細(xì)上粗的反粒序,GR曲線為漏斗形,砂體儲(chǔ)層物性最差,孔隙度主要為1.00%~7.57%,平均僅為1.68%,絕大多數(shù)樣品的孔隙度小于4%,平均滲透率為0.175 mD(圖7)。

圖6 川西北地區(qū)BL1 井三疊系須家河組一、二段沉積相與巖性地層綜合柱狀圖Fig.6 Sedimentary facies and stratigraphic column of the first and second members of Triassic Xujiahe Formation of well BL 1 in northwestern Sichuan Basin

圖7 川西北地區(qū)三疊系須家河組深層儲(chǔ)層不同沉積微相孔隙度(a)與滲透率(b)統(tǒng)計(jì)Fig.7 Statistics of porosity(a)and permeability(b)of different sedimentary microfacies of deep reservoirs of Triassic Xujiahe Formation in northwestern Sichuan Basin

川西北地區(qū)須家河組深層儲(chǔ)層連井剖面對(duì)比結(jié)果(圖8)顯示:須三段河口砂壩砂體在Z5 井發(fā)育良好,呈相對(duì)厚層的塊狀,但在Z1 井近乎于尖滅,在Z2 井又重新發(fā)育,至Z4 井演化為與泥巖相互交叉發(fā)育的席狀砂,砂體呈薄層狀;須二段下部在Z5井、Z1 井及Z2 井發(fā)育良好的水下分流河道砂體,主要呈相對(duì)厚層的塊狀,而須二段上部?jī)H在Z5 井發(fā)育10 m 的席狀砂薄層砂體,在Z1井則完全尖滅,Z2 井發(fā)育多期席狀砂,砂體呈厚層塊狀,與Z4 井相互連通,發(fā)育穩(wěn)定;須一段下部在這4 口井中砂體的可對(duì)比性較好,相對(duì)厚層的砂巖夾薄層泥巖,物性更好,這些砂體往往來(lái)源于水下分流河道,而須一段上部的泥巖厚度與須二段下部的砂層厚度大致相等,提供了充足的油氣來(lái)源。礫巖、砂礫巖、中砂巖越發(fā)育,則純砂體的厚度就越大,儲(chǔ)層相對(duì)更發(fā)育。厚度大的中砂巖中的氣層和水層更發(fā)育,差的氣層普遍發(fā)育在厚度小于10 m 的細(xì)砂巖中。Z1 井、Z2 井、Z4 井、Z5 井均發(fā)育多期水下分流河道砂體,孔隙度高值區(qū)往往位于河道中部,砂體厚度大于20 m。以Z2 井為例,在3 930~4 086 m 層段,厚層砂巖發(fā)育的水下分流河道部位發(fā)現(xiàn)有多個(gè)氣層,日產(chǎn)氣量達(dá)60.83×104m3。

圖8 川西北柘壩場(chǎng)構(gòu)造三疊系須家河組砂體連井剖面Fig.8 Well-tie sand body profile of Triassic Xujiahe Formation in Zhebachang structure,northwestern Sichuan Basin

3.2 溶蝕作用

在低孔低滲致密儲(chǔ)層中,溶蝕作用是影響儲(chǔ)層物性的關(guān)鍵因素。在相對(duì)開放的成巖系統(tǒng)中,溶蝕作用的產(chǎn)物可隨地層流體排出,形成次生孔隙,配合構(gòu)造作用形成的裂縫促進(jìn)了有效儲(chǔ)層的形成,再加上后期流體可再次對(duì)儲(chǔ)層進(jìn)行改造,形成裂縫邊緣溶孔,可進(jìn)一步改善儲(chǔ)層物性。川西北地區(qū)須家河組埋藏深度大于4 000 m 的層段存在異常高孔段,可能與區(qū)域溶蝕作用有關(guān)。

川西北與川西南深層具有較為相似的沉積環(huán)境,但二者的孔隙度隨深度變化趨勢(shì)存在差異(圖9),尤其是埋深大于4 000 m 的砂體物性差異明顯。川西北地區(qū)大量?jī)?chǔ)層樣品孔隙度高于8%,甚至達(dá)到14.51%,但川西南地區(qū)僅有1 個(gè)樣品孔隙度略高于8%,其余儲(chǔ)層樣品孔隙度均小于8%,表明川西北須家河組深層優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的發(fā)育與溶蝕作用有關(guān)。

圖9 四川盆地三疊系須家河組深層儲(chǔ)層深度與孔隙度關(guān)系Fig.9 Relationship between deep reservoir depth and porosity of Triassic Xujiahe Formation in Sichuan Basin

研究區(qū)須家河組儲(chǔ)層共經(jīng)歷了3 期溶蝕作用,從印支中期到燕山中期,孔隙度最大可超過(guò)15%。第1 期為早期大氣淡水溶蝕,部分可溶顆粒被溶蝕形成粒內(nèi)溶孔。第2 期為油氣進(jìn)入儲(chǔ)層時(shí)有機(jī)酸溶蝕,形成了大量粒間溶孔,對(duì)研究區(qū)儲(chǔ)集空間的發(fā)育至關(guān)重要。中侏羅世中期川西北地區(qū)的生油巖逐漸進(jìn)入生油門限,生成大量油氣的同時(shí)釋放出有機(jī)酸,促進(jìn)了次生溶蝕孔隙的發(fā)育。原生孔隙被壓實(shí)并發(fā)生膠結(jié),使地下酸性水的循環(huán)流動(dòng)受到限制,但酸性水在可流動(dòng)的范圍內(nèi)對(duì)易溶礦物顆粒和膠結(jié)物進(jìn)行溶蝕,使砂巖的孔隙度增加10%~13%[18]。第3 期為深層富含H+的酸性水對(duì)易溶礦物和組分的溶蝕,形成了部分粒間溶孔、粒內(nèi)溶孔及溶蝕擴(kuò)大孔,使早期形成的裂縫經(jīng)酸性溶液溶蝕而擴(kuò)大。對(duì)研究區(qū)須家河組砂巖產(chǎn)生溶蝕改造的酸性流體來(lái)源較多,包括煤成酸、有機(jī)酸及大氣淡水中的碳酸等[19-20]。這些酸性流體沿不整合面、斷層和裂縫進(jìn)入原生孔隙保存良好的砂巖中,對(duì)長(zhǎng)石和巖屑等不穩(wěn)定組分進(jìn)行溶蝕,從而改善了儲(chǔ)層質(zhì)量。研究區(qū)在晚成巖階段晚期的溫度、壓力分別達(dá)到約180 ℃和53 MPa,此時(shí)巖石的溶蝕率增大到6%~8%,是低溫、低壓環(huán)境下的2~3倍[21],進(jìn)一步促進(jìn)了酸性流體對(duì)儲(chǔ)層的改造作用。有利儲(chǔ)層主要分布于長(zhǎng)石和巖屑含量相對(duì)較高的區(qū)域,長(zhǎng)石等易溶礦物在高溫、高壓條件下快速溶蝕,使深層碎屑巖儲(chǔ)層形成大量的溶蝕孔隙,進(jìn)而成為有效儲(chǔ)層[22]。研究區(qū)由于早期強(qiáng)烈的膠結(jié)作用和壓實(shí)作用,原生孔隙近乎被膠結(jié)物完全充填和壓實(shí),導(dǎo)致孔隙結(jié)構(gòu)基本靠構(gòu)造裂縫與溶蝕孔隙維持。根據(jù)薄片觀察,研究區(qū)須家河組長(zhǎng)石、方解石與巖屑內(nèi)部呈現(xiàn)不同程度的溶蝕作用(圖10a,10b),反映了溶蝕作用在儲(chǔ)層形成過(guò)程中的關(guān)鍵作用,特別是長(zhǎng)石經(jīng)過(guò)溶蝕作用產(chǎn)生粒內(nèi)溶孔,并向鑄??籽莼▓D10c),顯著改善了儲(chǔ)層的孔滲性質(zhì)。除形成次生溶孔外,溶蝕作用對(duì)裂縫的改造在研究區(qū)也非常明顯,構(gòu)造微裂縫邊緣的原始狀態(tài)較為平整,裂縫寬度較小(圖10d),經(jīng)過(guò)溶蝕作用改造,裂縫寬度加大,且由于各顆粒抗溶蝕作用的能力不同,溶蝕作用的差異使裂縫邊緣由平整變?yōu)殇忼X狀(圖10e,10f)。流體在裂縫中流動(dòng)使溶蝕作用更加明顯,且呈現(xiàn)出方向性,說(shuō)明先產(chǎn)生了微裂縫,流體沿著裂縫進(jìn)入儲(chǔ)層,并對(duì)裂縫進(jìn)行溶蝕改造(圖10g,10h),由此表明裂縫起到了溝通流體以及改善儲(chǔ)層物性的重要作用。

圖10 川西北地區(qū)三疊系須家河組深層儲(chǔ)層巖石溶孔薄片照片F(xiàn)ig.10 Thin section photos of dissolved pores of deep reservoir rocks of Triassic Xujiahe Formation in northwestern Sichuan Basin

3.3 構(gòu)造破裂作用

研究區(qū)須家河組由于埋藏深度較大,經(jīng)歷了強(qiáng)烈的壓實(shí)和膠結(jié)作用,因此破裂作用產(chǎn)生的裂縫在提升孔滲方面的作用顯得尤為重要[19-20,22]。川西北地區(qū)經(jīng)歷了強(qiáng)烈的構(gòu)造活動(dòng),以劍閣地區(qū)為例,劍閣古隆起經(jīng)歷了3 個(gè)階段的演化。須一段—須二段沉積期,川西北地區(qū)為凹陷地帶,自須三段沉積期開始進(jìn)入隆起期直到須六段沉積期結(jié)束,早侏羅世劍閣古隆起進(jìn)入衰亡階段[23]。根據(jù)裂縫交割關(guān)系、包裹體溫度、聲發(fā)射和電子自旋共振綜合判別,研究區(qū)共發(fā)育4 個(gè)期次的裂縫,除持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)的第1 期成巖縫外,其余3 期構(gòu)造縫分別對(duì)應(yīng)于印支晚幕、燕山晚幕和喜山運(yùn)動(dòng)[24]。其中,喜山期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)形成的大量裂縫有效改善了儲(chǔ)層物性,使儲(chǔ)層在經(jīng)歷了前期壓實(shí)和膠結(jié)作用后,孔隙度仍保持在8%左右。在一系列構(gòu)造活動(dòng)的影響下,構(gòu)造破裂作用在研究區(qū)廣泛發(fā)育。研究區(qū)須家河組取心資料顯示,印支期多形成低角度、水平小縫(圖11a—11d)和微裂縫(圖11e,11f),此類裂縫形成時(shí)間早,大多被方解石充填,偶見半充填水平大縫,具有一定連通性,呈交叉狀分布(圖11g)。中—高角度縫形成于喜山期構(gòu)造運(yùn)動(dòng),由于形成較晚,多未充填(圖11h,11i)。廣泛發(fā)育的水平裂縫和高角度裂縫既可以連通孔隙,提高孔隙度,又能提高儲(chǔ)層的滲透能力,滲透率一般可增大十倍至幾十倍。川西北地區(qū)斷裂發(fā)育的老關(guān)廟、白龍場(chǎng)、九龍山等地,孔隙度最高可達(dá)12.1%,平均為4.6%,均發(fā)育有效儲(chǔ)層,反映出構(gòu)造破裂作用的重要性。

圖11 川西北地區(qū)三疊系須家河組深層儲(chǔ)層巖心裂縫照片F(xiàn)ig.11 Photos of core fractures in deep reserviors of Triassic Xujiahe Formation in northwestern Sichuan Basin

4 深層有效儲(chǔ)層形成模式

不同含油氣盆地有效儲(chǔ)層的形成模式因地質(zhì)條件不同而存在差異。川西北地區(qū)深層儲(chǔ)層是在沉積作用、成巖作用、破裂作用、快速埋藏和異常高壓等因素相互作用并有效配置下形成的[25]。晚三疊世研究區(qū)深層主要沉積三角洲前緣水下分流河道砂體,這些分選好、質(zhì)純、雜基含量低的粗—中砂巖為儲(chǔ)層發(fā)育提供了良好的條件,地層原始孔隙度約為35%。同時(shí),須家河組沉積歷時(shí)6~10 Ma,平均厚度為778.6 m,且經(jīng)歷了快速埋藏,使得原生殘余孔縫未遭受強(qiáng)烈膠結(jié)填充,抵抗了部分成巖作用的破壞,有效保護(hù)了部分原生孔隙(圖12 a)。須家河組沉積后至早成巖B 期,研究區(qū)經(jīng)歷了以壓實(shí)作用和膠結(jié)作用為主的一系列破壞性成巖作用,地層砂體一方面遭受了強(qiáng)烈擠壓,使孔隙水排出,礦物顆粒致密接觸,大量原生孔隙被鈣質(zhì)膠結(jié)物和硅質(zhì)膠結(jié)物填充;另一方面,形成于壓實(shí)作用早期的碳酸鹽膠結(jié)物和綠泥石環(huán)邊膠結(jié)能夠在一定程度上保存原生粒間孔隙,對(duì)儲(chǔ)層物性起到一定的保護(hù)作用[25-29],該時(shí)期地層孔隙度快速下降至約5%。晚成巖A 期開始,研究區(qū)須家河組進(jìn)入生烴高峰期,大量的烴類充注使地層壓力不斷增大,在晚侏羅世到白堊紀(jì)達(dá)到峰值。根據(jù)以往研究,干酪根在轉(zhuǎn)化為液態(tài)烴、氣體和殘余物的過(guò)程中,生氣率每增加1%,生氣過(guò)程引起的增壓值達(dá)5.66 MPa[29]。生烴過(guò)程必然會(huì)引起地層內(nèi)流體體積的膨脹,烴類流體進(jìn)入巖石孔隙,導(dǎo)致孔隙的流體壓力增加,形成異常高壓。在通常情況下,部分層段的異常高壓可以抵抗上覆地層的壓力,不利于壓實(shí)作用的進(jìn)行。部分學(xué)者研究認(rèn)為異常高壓帶地層壓力每超過(guò)靜水壓力4 MPa,可多保存約1.1%的原生孔隙[30-32]。同時(shí),在有機(jī)質(zhì)熱演化生烴的過(guò)程中,伴隨著有機(jī)酸的排出,H+可以溶蝕易溶顆粒如長(zhǎng)石、巖屑以及前期形成的碳酸鹽膠結(jié)物,進(jìn)而形成大量次生溶蝕孔縫,該階段孔隙度可以達(dá)到15%(圖12b)。喜山期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的構(gòu)造裂縫則顯著提高了研究區(qū)致密儲(chǔ)層的連通性,裂縫與溶蝕孔隙的發(fā)育,使部分地區(qū)儲(chǔ)層在深埋藏的背景下平均孔隙度仍可超過(guò)8%(圖12c)。

圖12 川西北地區(qū)三疊系須家河組深層有效儲(chǔ)層發(fā)育模式Fig.12 Development model of deep effective reservoirs of Triassic Xujiahe Formation in northwestern Sichuan Basin

5 有利儲(chǔ)層發(fā)育區(qū)評(píng)價(jià)

根據(jù)有利儲(chǔ)層與巖性、孔隙度及滲透率的相關(guān)性[33],建立了川西北地區(qū)三疊系須家河組深層儲(chǔ)層評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(表1),并對(duì)深層碎屑巖儲(chǔ)層分布有利區(qū)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

表1 川西北地區(qū)三疊系須家河組深層儲(chǔ)層綜合分類評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Classification and evaluation criteria for deep reservoirs of Triassic Xujiahe Formation in northwestern Sichuan Basin

Ⅰ類儲(chǔ)層:發(fā)育于三角洲前緣水下分流河道,砂體厚度普遍大于110 m,巖性主要為粗砂巖—中砂巖,為有效儲(chǔ)層奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。儲(chǔ)層平均孔隙度大于4%,適合油氣儲(chǔ)存,異常高壓發(fā)育,壓力系數(shù)約為2.0,有利于儲(chǔ)層抵抗上覆壓力,區(qū)域可見裂縫,且連通孔隙,提高了儲(chǔ)層的滲透性。

Ⅱ類儲(chǔ)層:發(fā)育于前三角洲的砂體,砂體厚度大于90 m,巖性以細(xì)砂巖為主,孔隙度較低。裂縫在沉積區(qū)廣泛發(fā)育,連通孔隙,異常高壓發(fā)育。

根據(jù)上述標(biāo)準(zhǔn),對(duì)研究區(qū)的有利儲(chǔ)層發(fā)育區(qū)進(jìn)行評(píng)價(jià),優(yōu)選出六大區(qū)帶:老關(guān)廟—文興場(chǎng)—柘壩場(chǎng)、中臺(tái)山、黎雅廟、劍門關(guān)等4 個(gè)區(qū)帶發(fā)育Ⅰ類儲(chǔ)層,九龍山和魏城等2 個(gè)區(qū)帶發(fā)育Ⅱ類儲(chǔ)層(圖13)。①老關(guān)廟—文興場(chǎng)—柘壩場(chǎng)地區(qū):發(fā)育水下分流河道砂體,水動(dòng)力較強(qiáng),砂質(zhì)分選好,發(fā)育大套粗砂巖與中砂巖,砂體厚度為130~250 m,柘壩場(chǎng)砂體厚度局部大于250 m,取心分析顯示平均孔隙度約為5.1%,壓力系數(shù)大于2.2,異常高壓為儲(chǔ)集空間的保存提供了保障,裂縫十分發(fā)育,連通性較好,勘探潛力高,被評(píng)價(jià)為Ⅰ類儲(chǔ)層。②中臺(tái)山地區(qū):發(fā)育水下分流河道砂體,以細(xì)砂巖為主,砂質(zhì)分選好,砂體厚度為150~170 m,根據(jù)測(cè)井曲線計(jì)算得到的平均孔隙度約為6.7%,壓力系數(shù)大于1.8,局部大于2.3,為典型的異常高壓地區(qū),裂縫較發(fā)育,勘探潛力較高,被評(píng)價(jià)為Ⅰ類儲(chǔ)層。③黎雅廟地區(qū):發(fā)育水下分流河道砂體,巖性以中砂巖和細(xì)砂巖為主,測(cè)井曲線分析得到的孔隙度約為4.7%,壓力系數(shù)約為1.8,為異常高壓區(qū),裂縫發(fā)育,為有效儲(chǔ)層的形成提供了保障,被評(píng)價(jià)為Ⅰ類儲(chǔ)層。④劍門關(guān)地區(qū):發(fā)育水下分流河道砂體,砂礫巖、中砂巖及細(xì)砂巖均有沉積,砂體厚度為110~190 m,取心分析顯示平均孔隙度為1.7%,壓力系數(shù)大于2.2,為異常高壓發(fā)育區(qū),裂縫較發(fā)育,被評(píng)價(jià)為Ⅰ類儲(chǔ)層。⑤九龍山地區(qū):發(fā)育前三角洲砂體,砂質(zhì)分選較好,發(fā)育大套細(xì)砂巖,砂體厚度為90~210 m,取心分析顯示平均孔隙度約為4.7%,壓力系數(shù)約為2.0,為異常高壓地區(qū),抵抗了地層壓實(shí),有效保護(hù)了儲(chǔ)層,裂縫十分發(fā)育,被評(píng)價(jià)為Ⅱ類儲(chǔ)層。⑥魏城地區(qū):發(fā)育前三角洲砂體,沉積中砂巖與細(xì)砂巖,分選性較好,砂體厚度大于210 m,取心分析顯示平均孔隙度約為3.9%,局部大于6%,壓力系數(shù)約為2.0,被評(píng)價(jià)為Ⅱ類儲(chǔ)層。

圖13 川西北地區(qū)三疊系須家河組深層有利儲(chǔ)層發(fā)育區(qū)綜合評(píng)價(jià)圖Fig.13 Comprehensive evaluation of favorable deep reservoir development areas of Triassic Xujiahe Formation in northwestern Sichuan Basin

6 結(jié)論

(1)川西北地區(qū)須家河組深層致密砂巖儲(chǔ)層巖性以粗砂巖和含礫細(xì)砂巖為主,發(fā)育水下分流河道砂體、河口砂壩砂體和席狀砂砂體,具有良好的成分成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度;儲(chǔ)集空間為原生孔隙、次生溶蝕孔隙及裂縫;屬于低孔低滲致密砂巖儲(chǔ)層,埋深大于4 500 m 時(shí)仍發(fā)育有效儲(chǔ)層。

(2)研究區(qū)儲(chǔ)層發(fā)育的控制因素主要為沉積微相、溶蝕作用和構(gòu)造破裂作用。水下分流河道中沉積的中—粗砂巖是有效儲(chǔ)層發(fā)育的基礎(chǔ);溶蝕作用改善了儲(chǔ)層物性,形成的溶蝕孔隙有效提高了砂體的孔隙度和滲透率;破裂作用產(chǎn)生的構(gòu)造裂縫有效連通了孔隙,為有效儲(chǔ)層的形成提供了保障。

(3)研究區(qū)深層有效儲(chǔ)層形成模式主要為:沉積初期三角洲前緣水下分流河道砂體是有效儲(chǔ)層發(fā)育的基礎(chǔ),前陸凹陷帶未經(jīng)強(qiáng)烈膠結(jié)便快速埋藏,保留了大量原生孔隙;須家河組沉積后經(jīng)歷了強(qiáng)烈的壓實(shí)作用和膠結(jié)作用,致使孔隙度快速下降;燕山中幕至喜山中幕是研究區(qū)的生烴高峰期,大量烴類充注進(jìn)砂體,一方面使研究區(qū)形成異常高壓,具有一定的抗壓實(shí)作用,使得原生孔隙得以保存,另一方面巖石在有機(jī)酸的溶蝕作用下形成了次生溶蝕孔;喜山期是研究區(qū)主要的裂縫形成期,構(gòu)造運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的裂縫提高了儲(chǔ)層的連通性,有利于大面積有效儲(chǔ)層的形成。

(4)根據(jù)新建的有利儲(chǔ)層發(fā)育區(qū)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)將川西北地區(qū)須家河組深層有利勘探區(qū)帶劃分為兩大類:老關(guān)廟—文興場(chǎng)—柘壩場(chǎng)、中臺(tái)山、黎雅廟、劍門關(guān)等4 個(gè)區(qū)帶為Ⅰ類儲(chǔ)層發(fā)育區(qū),九龍山和魏城等2 個(gè)區(qū)帶發(fā)育Ⅱ類儲(chǔ)層。

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