塔北隆起英买32潜山区白云岩储层特征及主控因素研究

2013-03-03罗日升中石油塔里木油田分公司勘探开发研究院新疆库尔勒841000中国石油大学华东地球科学学院山东青岛266555

石油天然气学报 2013年11期

罗日升（中石油塔里木油田分公司勘探开发研究院，新疆库尔勒 841000）中国石油大学（华东）地球科学学院，山东青岛 266555

袁玉春，邓兴梁陈方方，李文燕（中石油塔里木油田分公司勘探开发研究院，新疆库尔勒 841000）

英买32潜山区位于塔里木盆地塔北隆起轮台凸起西段，是一个古生界潜伏剥蚀单斜构造，白垩系卡普沙良群（K1kp）直接覆盖于下古生界志留系、奥陶系和寒武系之上。潜山地层自西南向东北依次为志留系（S）、奥陶系鹰山组（O1－2ys）、奥陶系蓬莱坝组（O1pl）、寒武系（∈），岩性依次为碎屑岩、灰岩、白云岩（图1）。东北部O1pl至上寒武统（∈3）的白云岩潜山目前共有9口开发井，已累计产油48×104t，开发效果良好，故潜山区白云岩储层是下步勘探开发的重点目标。

图1 英买32潜山区白垩系沉积前地层平面分布图

关于英买32潜山优质白云岩储层的成因，多认为与表生环境下的风化壳岩溶作用有关［1～3］，而何莹等［4］则认为整个英买力－牙哈地区优质碳酸盐岩储层是深埋藏热液白云岩经叠加风化溶蚀改造作用的结果。笔者在对英买32潜山区白云岩储层特征进行描述的基础上，进一步明确其主控因素，以期为研究区的储层预测和评价提供依据。

1 储层特征

1.1 岩石学特征

英买32潜山区O1pl～∈3白云岩储层的岩石类型主要有中晶白云岩、细晶白云岩、残余砂屑中－细晶白云岩和砂屑细－粉晶白云岩，以中晶白云岩和细晶白云岩为主，占全部样品的72%。部分岩石中含硅质，最高可达43%，白云岩中灰质体积分数普遍较低，一般小于2%，但在裂缝充填物中可见巨晶方解石。

1.2 储集空间类型

英买32潜山区白云岩储层存在洞穴、溶洞、孔隙、溶缝、构造裂缝等多种储集空间类型的。

1）洞穴在英买32潜山区白云岩的电测曲线和成像测井中常见中小型洞穴，直径1～6m，电性特征为高自然伽马、低电阻率、低密度，与白云岩低自然伽马，高电阻率、高密度的特征存在明显差异，而与白垩系卡普沙良群泥岩的电性特征一致，泥质充填特征明显。钻井过程中未见放空现象，但近85%的钻井发生漏失，单井最大漏失量2475m3，表明英买32潜山区也有大型未充填洞穴发育。

2）溶洞岩心中主要为中小型溶洞，洞径范围在2～30mm，一般为2～5mm。大多数的溶洞呈蜂窝状，分布较均匀（图2（a）），洞中常见石英晶体或玉髓充填（图2（b））。根据岩心溶洞的观察统计，溶洞主要发育在中晶白云岩、细晶白云岩中，面孔率一般为3%～12%；另外，部分溶洞也发育在泥粉晶白云岩中，主要沿水平溶缝、网状溶缝呈串珠状分布，面孔率一般为1.5%～4%。

3）溶孔主要为白云石晶间孔、晶间溶孔，孔隙呈多角状、不规则椭圆状（图2（c））。孔径大小约0.01～2mm，是该区储层主要的基质孔隙类型。晶间孔、晶间溶孔在中、细晶白云岩和泥粉晶白云岩中皆有不同程度的发育，矿物晶体越粗大，溶孔和晶间孔的孔径也越大。中、细晶白云岩中溶蚀孔面孔率为0.2%～3.1%，白云石以自形－半自形为主，晶间孔隙中常见硅质半－全充填（图2（d））。

4）溶缝在构造缝、层间缝或缝合线基础上经后期溶蚀扩大形成。也见于早期构造缝内充填物后期溶蚀形成的断续、弯曲、分枝状溶缝，宽度一般为0.02～0.5mm，有时成组出现。溶缝中可见铁方解石、黄铁矿充填（图2（e））。

5）构造裂缝主要由构造作用形成，具有多期性。早期构造缝多见有巨晶方解石、白云石、石英和陆源碎屑充填物。后期的构造缝多为有效的构造缝，缝中的充填物较少，呈半充填－未充填（图2（f）），形成于印支期至喜山期，分为高角度缝、X状斜交剪切缝、网状缝3种形态。高角度缝形成时间较晚，切割X状斜交剪切缝和网状缝，缝宽0.01～1.5mm，岩心上所见到的长度大于10cm；X状斜交剪切缝缝宽0.01～0.002mm左右，呈45°角共轭产出，裂缝长度大于10cm，切割网状缝裂缝；网状缝形成时间最早，缝宽0.01～0.015mm，呈30°角的相互切割的网状，单个裂缝的延伸长度一般5～10cm。从裂缝的开度统计结果来看，以缝宽0.01～0.1mm的窄缝最为发育，倾角上则以高角度裂缝为主。

1.3 储层物性特征

英买32潜山区钻遇的白云岩储层以孔洞型和裂缝－孔洞型为主，裂缝对储层物性，特别是渗透率的影响较大。除去含裂缝样品，共完成36个样品孔隙度分析，范围介于0.29%～11.36%，平均孔隙度3.33%；渗透率分析样品27个，基质渗透率分布范围0.009～26.7mD，平均渗透率为2.59mD。英买32潜山区白云岩岩心收获率仅为19.9%，岩心破碎严重，岩心成型部位往往相对较致密，因此岩心孔渗分析结果只反映相对致密段的基质孔、渗特征，实际储层物性要好于物性分析结果。根据白云岩区生产井试井资料解释的平均垂直渗透率达75.59mD。裂缝对储层渗透性影响明显，在3个含裂缝样品中，平均孔隙度为3.19%，与其他样品的孔隙度相近，但平均渗透率则明显高于其他样品，达26.9mD。

图2 英买32潜山区白云岩岩心及铸体薄片照片

1.4 储层孔隙结构特征

根据英买32潜山区白云岩岩心压汞曲线形态特征，可分为大孔中喉型（图3（a））、中细孔细喉型（图3（b））、细孔细喉型（图3（c））3种类型。

图3 英买32潜山区白云岩储层压汞曲线类型

大孔中喉型：样品数4个，平均孔隙度为7.63%，渗透率为6.41mD，排驱压力低，平均为0.017MPa，对应最大孔喉半径平均为47.66μm，分选系数大，平均为4.504，表明孔喉半径分选性差，溶洞、晶间孔、晶间溶孔等不同尺度的储集空间同时存在；样品的结构系数高，储层迂曲度大，孔、洞之间连通性差。

中细孔细喉型：样品数2个，平均孔隙度为6.40%，渗透率为5.80mD，排驱压力较低，平均为0.175MPa，对应最大孔喉半径平均为4.33μm，平均分选系数为0.516。与大孔中喉型储层相比，分选性明显变好，储集空间类型以晶间孔、晶间溶孔为主。

细孔细喉型：样品数4个，平均孔隙度为2.23%，渗透率为0.007mD，物性极差，排驱压力高达6.636MPa，对应最大孔喉半径平均为0.32μm。由于晶间孔和溶孔不发育，孔喉半径分选性进一步变好，平均分选系数为0.052。

英买32潜山区白云岩储层的毛细管压力曲线形态所反映的总体孔隙结构特征是：①在孔隙结构特征上表现为中小型溶洞和细小的晶间孔、晶间溶孔等多种类型并存，孔隙分选性差；②储集空间以中小型溶洞和溶缝为主，晶间孔等基质孔隙进汞困难，有效体积比较小；③大孔和溶洞之间连通性差，主要靠裂缝连通。

结合岩心缝洞观察、储集空间类型及组成、物性特征、孔隙结构特征综合判断，英买32潜山区白云岩总体上属裂缝－孔洞复合型储层，溶洞、溶缝为主要储集空间，经多期裂缝连通形成优质储层。

2 储层主控因素分析

通过岩性、薄片、储层物性等特征分析，英买32潜山区白云岩储层的发育受多种因素控制，主要有以下几种。

2.1 白云石化作用

塔里木盆地O1pl～∈3白云岩按形成机理可划分为4种类型：萨布哈白云岩，渗透回流白云岩，埋藏白云岩，热液白云岩［5］。英买32潜山区O1pl～∈3白云岩多见残余砂屑结构，泥粉晶白云岩少见，主要为半局限台地的台内滩沉积，不发育萨布哈型白云岩。白云石常见雾心亮边结构（见图2（c）），晶体较大，晶形较好，吴仕强等［6］认为这种白云石的雾心可能是在早期浅埋藏环境中由富镁孔隙水交代周围灰质所形成，亮边则形成于埋藏较深的环境，表明埋藏白云岩化是英买32潜山区白云岩的主要成因。方解石向较大密度的白云石转化时，最大可使孔隙度增加13%［7］，形成英买32潜山区白云岩储层中的部分晶间孔（见图2（c））。

2.2 热液作用

英买32潜山区白云岩岩心溶洞中常见石英晶体和隐晶质硅质充填物，是热液作用的重要证据之一［8～10］。对白云岩岩心中的流体包裹体均一温度的测定结果表明：残余砂屑粉、细晶白云石中均一温度分布于80～110℃之间，主峰位于90～100℃ （图4（a））；石英中的均一温度分布于80～160℃之间，存在90～100℃和120～130℃两个主峰（图4（b））。

图4 英买32潜山区白云岩流体包裹体均一温度分布直方图

沈安江等［5］将热液分为两类：一是埋藏热液，二是深源热液。前者是指正常埋藏背景下岩石－水相互作用形成的卤水、烃类成熟形成的有机酸和硫化氢等介质，随埋深加大形成的高温热流体；后者是指通过热液通道从深部运移来的热液。上述白云石的均一温度主要反映埋藏热液的温度，而石英的均一温度则主要反映深源热液的作用，可见英买32潜山区白云岩储层同时受2类热液的影响。埋藏热液对储层的作用包括白云石化作用、溶蚀作用；深源热液的作用则包括白云岩重结晶作用、溶蚀作用和硅质沉淀充填作用，其中硅质沉淀充填对储层发育有破坏性，而其他作用对储层发育主要起建设性作用。

埋藏热液作用下的白云石化可形成部分晶间孔，这种粉、细晶白云岩中的晶间孔多细小、孤立（见图2（c）），面孔率也很低，不能形成良好的白云岩储层。

深源热液的高温作用下白云岩重结晶后，白云石晶形变大，形成细、中晶白云岩，可以使白云岩晶间孔增大（见图2（d）），朱东亚等［9］认为其机理在于：①原来就存在的白云石晶间微孔在重结晶后连片扩大；②白云岩重结晶过程中多余的Ca以及Na等杂质被带走可形成新的孔隙；③白云岩重结晶后成分组成和晶体结构逐渐接近理想状态，单位晶胞体积变小可形成新的孔隙。

热液溶蚀作用是指酸性热液与白云岩中的残余灰质和白云石发生化学作用，形成晶间溶孔和溶洞。这种作用可形成毫米－厘米级的溶洞，在塔里木盆地的塔东、塔中、塔北、柯坪露头等地区均有报道［11～13］，在全盆地具有普遍性。溶蚀孔洞是英买32潜山区白云岩储层中的主要储集空间，热液溶蚀是储层形成过程中最重要的建设性作用之一。邢凤存等［13］认为H2S、CO2、有机酸是柯坪露头区白云岩溶蚀的主要介质，而塔北地区中、下寒武统烃源岩发育，石膏也常见［14］，这为形成有机酸，发生硫酸盐热还原反应（TSR）产生H2S提供了物质基础。英买32潜山区白云岩溶缝中可见黄铁矿（见图2（e）），是储层中发生过含H2S流体注入的证据。硅质沉淀充填也是英买32潜山区白云岩储层中的普遍现象，在岩心中可见石英晶体或玉髓半充填于溶洞中（见图2（b）），镜下可见隐晶质硅质半充填于白云石晶间孔隙中（见图2（d）），一定程度上破坏了储层，但整体仍以半充填为主，保留了部分有效储集空间。硅质沉淀主要来源于富含硅质的深源热液，陈永权等［10］认为塔里木盆地寒武系硅化流体可能为深部岩浆水或变质水，塔里木盆地在二叠纪经历了强烈而广泛的岩浆－火山活动，火山活动期间或火山活动之后较长时间都会有热液流体活动［9］，英买32潜山区白云岩储层中的硅质充填可能与该期火成岩活动有关。

2.3 构造作用

英买32潜山区多期构造作用使白云岩中形成了大量裂缝，尤其是中新生代高角度缝、X状斜交剪切缝和网状缝十分发育，裂缝相互切割。白云岩岩心物性分析结果表明，无裂缝岩心渗透率很低，裂缝的存在连通了孔洞，增加了储层的连通性，使实际渗透性变好。构造裂缝作用也是英买32潜山区白云岩形成优质储层的关键。

2.4 表生岩溶作用

英买32潜山区从志留纪～侏罗纪一直处于剥蚀阶段，暴露时间长，使储层得到淡水淋滤溶蚀作用的充分改造，进一步改善。除了沿裂缝和热液溶蚀孔洞进一步扩溶增大储集空间之外，还可能发育岩溶管道和大型洞穴。英买32潜山区白云岩钻井过程中钻遇的泥质充填洞穴和大型漏失现象均表明英买32潜山区在白垩系沉积前已经形成了较完整的岩溶管道体系。

白垩系沉积之前发育的断裂体系是表生岩溶水向下渗滤的重要通道，渗滤过程中淡水对断裂破碎带及其围岩进行溶蚀，可形成中、小型岩溶管道。此外，英买32潜山构造为向西南方向下倾的潜伏剥蚀单斜构造，古地貌恢复结果表明，白垩系沉积前潜山地层倾角为10～15°。在这种地层倾角下，大气淡水沿地层面、层序界面或相对高孔渗的层段顺层向下渗滤，溶蚀扩大，形成中、小型岩溶管道。沿断裂或顺岩层下渗的淡水到达潜水面附近，可进一步水平流动溶蚀形成大型岩溶管道（图5（a））。白垩系泥岩沉积过程中，容易沿地下河出水口、潜山面充填岩溶管道，若局部充填程度低，可保留大规模储集空间（图5（b）），形成大型洞穴、小型缝洞并存的优质白云岩储层。