塔中地区顺托果勒低隆起志留系柯坪塔格组下段致密砂岩储层控制因素分析

2015-07-02马中远杨红彩夏永涛张海燕

石油地质与工程 2015年2期

关键词：柯坪砂坝塔格

马中远，杨红彩，张黎，夏永涛，黄苇，张海燕

(中国石化西北油田分公司勘探开发研究院，新疆乌鲁木齐 830011)

塔中地区顺托果勒低隆起志留系柯坪塔格组下段致密砂岩储层控制因素分析

马中远，杨红彩，张黎，夏永涛，黄苇，张海燕

(中国石化西北油田分公司勘探开发研究院，新疆乌鲁木齐 830011)

塔中地区顺托果勒低隆起志留系柯坪塔格组下段储层为致密砂岩储层，应用镜下薄片、孔渗分析、X衍射及扫描电镜等分析化验资料分析了该区致密砂岩储层的基本特征。在区域构造特征、断裂发育特征、沉积及成岩作用研究的基础上，探讨了该套储层致密化成因，并分析了致密砂岩储层中“甜点”发育的控制因素。研究表明，柯坪塔格组下段致密砂岩储层为一套滨岸砂坝砂体，岩石类型为细粒岩屑砂岩、粉砂岩；结构成熟度高，成份成熟度低。柯坪塔格组下段砂岩储层致密化受控于沉积作用和成岩作用，高频沉积旋回、储层非均质性、碎屑组成、岩石粒度等沉积作用控制了储层致密化的基础条件；压实作用、胶结作用等成岩作用进一步加速了储层致密化的进程。该套致密砂岩储层中“甜点”的发育受多重因素的控制，其中，沉积相决定了“甜点”发育的物质基础；储层中超压的存在延缓储层致密化进程；裂缝和深部流体溶蚀为改善“甜点”的储渗性能起到了一定的作用。

塔中地区；顺托果勒低隆起；柯坪塔格组下段；致密砂岩；沉积作用；成岩作用

致密砂岩是一个相对的概念，没有统一的划分标准和界限，目前国内通用标准是将孔隙度小于10%、渗透率小于0.5×10-3μm2的储层定义为致密砂岩储层[1]。中国在四川盆地等诸多含油气盆地的致密砂岩气勘探取得了显著成果[2-4]。致密砂岩油藏的研究相对偏少，主要是以鄂尔多斯盆地的陆相致密砂岩油藏为代表[5-6]，而对于海相沉积的砂岩油藏中，致密砂岩储层的研究相对薄弱。近期，中石化西北油田分公司在塔中地区顺托果勒低隆起部署的SH9井在志留系柯坪塔格组下段致密砂岩油藏获得突破，该井直井眼加砂压裂日产油5.52 m3，含水30%，进一步展现了塔里木盆地海相致密砂岩油藏的勘探前景。

1 区域地质概况

顺托果勒区块位于塔里木盆地顺托果勒低隆中南部，南紧邻塔中隆起与古城墟隆起，东部为满加尔坳陷，西部为阿瓦提坳陷，在漫长的形成演化过程中，与邻近的隆起坳陷一起，历经多次构造变动，最终形成向北西延伸缓倾的大型斜坡构造。在此构造背景之下，中-晚奥陶世末，加里东中期Ⅲ幕构造运动，塔北、塔中古陆形成，海域退缩至古陆之间。古陆形成物源区，志留纪海盆周围陆源碎屑供给充分，沉积物以海相碎屑岩沉积为主，顺托果勒地区地势平坦，海岸坡度较缓，为滨岸-潮坪-浅海陆棚沉积体系。

图1 塔中顺托果勒地区区域位置

顺托果勒低隆起柯坪塔格组从下往上可分为下、中、上三段，柯坪塔格组上段从下往上又可分为上砂岩亚段、中泥岩亚段和下砂岩亚段，下砂岩亚段也称沥青砂岩段，前人对其研究成果十分丰富[7-8]。柯坪塔格组中段为灰色泥岩、粉砂质泥岩，局部夹薄层粉砂岩。然而针对柯坪塔格组下段的研究十分有限，自SH9井揭开该套地层之后，才逐步认识到该套含油层系。柯坪塔格组下段岩性主要以灰色细砂岩、粉砂岩和泥岩互层为主，在其顶部发育一套厚层砂体，SH9井钻遇该套砂体，厚度为30 m，油气显示好。本文所论述的致密砂岩储层也主要为该套砂体，近期研究认为它是一套海侵背景下的退积滨岸砂体，并受到一定程度的风暴改造，砂体间连通性差，为泥岩分隔而相互独立。

2 致密砂岩储层基本特征

2.1 岩石学特征

柯坪塔格组下段含油砂体为滨岸砂坝砂，岩石类型为灰色细粒岩屑砂岩、粉砂岩；结构成熟度高，成份成熟度低，偶夹灰绿色泥质条带，局部见泥砾。石英含量30%～57%，长石含量5%～10%，岩屑含量38%～62%；岩屑类型丰富，主要有火成岩岩屑(凝灰岩、中酸性喷出岩)和变质岩岩屑(黑云母、千枚岩、石英岩、片岩)，沉积岩岩屑较少，见少量泥岩岩屑。岩石颗粒多定向排列，颗粒分选中-好，次棱-次圆，颗粒支撑，颗粒接触关系多为线状和凹凸接触，胶结类型以石英、长石次生加大和孔隙式胶结为主，岩石填隙物成分复杂，有酸性喷出岩、中基性喷出岩、千枚岩、泥岩等。扫描电镜观察，常见石英Ⅰ级加大，粒表及粒间分布有绿泥石、绿蒙混层、伊利石等。

2.2 储集空间类型

通过研究区内大量扫描电镜和岩石铸体薄片观察表明，SH9井区志留系柯坪塔格组下段砂岩储层储集空间以残余粒间孔为主，见少量粒内微孔、溶蚀孔、裂缝，孔隙在岩石薄片中分布不均匀，目测面孔率为3%～4%。通过对志留系柯坪塔格组下段压汞数据统计分析表明，排驱压力介于0.4～5.0 MPa，平均1.49 MPa；中值压力1.57～57.44 MPa，平均15.55 MPa；平均喉道半径介于0.03～0.47 μm，均值为0.2 μm。储层分选性一般，平均分选系数2.04，略细歪度，孔径、吼道偏细，连通性一般，表现为细孔喉储层特征。

2.3 物性特征

顺托果勒低隆起志留系柯坪塔格组下段长期经受连续埋藏压实压溶作用，原生孔隙损失量大，残余孔隙度和少量溶蚀孔是现今孔隙度的主要贡献者。岩心物性分析数据表明，SH9井区志留系柯坪塔格组上段物性整体好于下段，对于柯坪塔格组下段含油砂体物性而言，实测孔隙度主要分布在5%～6%，平均值5.5%，最大值9.5%；实测渗透率主要分布在(0.05～0.5)×10-3μm2，平均值1.28×10-3μm2，最大值76.7×10-3μm2，具有致密砂岩的基本特征；从深度-孔隙度演化特征来看，尽管柯坪塔格组下段不存在明显的次生孔隙发育带，但铸体薄片镜下鉴定可见少量的溶蚀孔，在一定程度上改善了该含油砂体的储层物性。

3 储层致密化的成因

3.1 沉积作用

SH9井区柯坪塔格组下段含油砂体沉积环境为受风暴浪影响的滨岸相沉积，沉积构造可见平行层理、小型交错层理、波痕、潜穴、生物扰动，C-M图及粒度概率曲线反映出为海滩砂特征，分选较好，其中滨岸砂坝沉积微相发育的砂体物性好。

3.1.1 高频沉积旋回的控制作用

在储层致密化进程的初期，高频沉积旋回控制了砂坝的沉积过程及其纵横向展布特征，滨岸砂垂向相序自下而上以粒度由细变粗的反旋回为主，局部存在正旋回。一个完整砂坝高频沉积旋回的下部沉积构造可见水动力强度弱的平行层理、泥质条带、黄铁矿等，向上逐渐过渡为水动力较强的小型交错层理，与其对应的孔隙度表现为反旋回由下至上物性变好的特征；储层油气显示级别也是反旋回的上部优于下部。因此，在可容空间和沉积物供给等沉积条件发生变化时，反旋回的上部储层优于下部储层，后者更易致密化。

3.1.2 储层非均质性的差异影响

沉积条件的差异使得海相滨岸砂坝坝体层内、层间及其平面非均质性较强，尤其是砂坝坝体的几何形态、规模、横向上的连续性的平面变化造成储层强烈的非均质性，也正因此砂坝的不同部位储层的孔渗条件有区别，致密化程度也变存在差异[9]。SH901和SH904H井是SH9井区的两口探评井，SH901井钻探在砂坝的主体部位，实测孔隙度平均值5.3%，最大值9.5%；SH904H井钻探在砂坝侧翼，实测孔隙度平均值4.8%，最大值8.4%(图2)；由此可以看出砂坝的主体物性优于砂坝侧翼，发映出不同沉积部位储层物性不同，储层致密化程度也相应存在差异。

3.1.3 碎屑组成、岩石粒度的影响

SH9井区柯坪塔格组下段含油砂体致密砂岩碎屑由石英、长石和岩屑组成。岩屑含量多寡与类型的差异影响岩石抗压实能力和胶结作用的演化，进而影响储层物性，研究区内岩屑含量明显高于石英和长石含量，而岩屑中的酸性喷出岩、云母等抗压实能力相对偏弱的矿物容易发生挤压变形，阻塞孔喉、孔隙。长石含量与孔隙度呈正相关关系，直接影响到储层质量的好坏[10]，研究区内长石含量偏低，不利于储层质量的改善。由此可知，岩屑和长石碎屑组成的差异影响了储层致密化的进程。众所周知，岩石粒度与储层质量息息相关，粒度的差异与储层致密化关系密切，细砂岩物性优于粉砂岩。研究区内柯坪塔格组下段含油砂体岩性为细砂岩、粉砂岩，岩石粒度大的细砂岩抗压能力强与粉砂岩，因此不同岩石粒度的砂岩的致密化过程也存在差异。

图2 SH901、SH904H井柯坪塔格组下段含油砂体储层质量对比

3.2 成岩作用

顺托果勒低隆起志留系柯坪塔格组下段含油砂体储层在埋藏过程中历经压实压溶作用、胶结作用、溶蚀作用、交代和重结晶作用。储层致密化主要与压实作用和胶结作用有关。

3.2.1 压实作用

从SH9井区镜下薄片的统计来看，压实作用是本区孔渗演化的最重要的控制因素，压实减孔严重，而化学压溶作用不明显。本区岩石矿物成分含有较多的岩屑、抗压实能力弱的填隙物等以塑性为主的碎屑矿物组成，容易遭受强烈的压实成岩作用。压实作用主要表现在以下4个方面：①颗粒间接触关系主要为线-凹凸接触，石英、长石碎屑颗粒排列十分紧密；②凝灰岩、中酸性喷出岩、黑云母、千枚岩、石英岩、片岩等岩屑发生压实变形；③储集空间类型存在粒间、粒内微孔隙，喉道孔隙结构偏细；④岩石致密，物性较差等。

3.2.2 胶结作用

SH9井区胶结物主要为硅质胶结、自生黏土矿物和碳酸盐岩胶结。硅质胶结主要为石英次生加大和自生石英雏晶，石英次生加大主要出现在缺失绿泥石薄膜处，往往晶型较好，多呈集合体状产出，硅质胶结的出现大大降低了储层的孔隙度。自生黏土矿物胶结物以绿泥石、伊蒙混层为主，其次为伊利石、高岭石、绿蒙混层。伊利石、伊蒙混层在电镜下观察多呈蜂窝状生长于孔隙中。自生绿泥石以集合体的形式产出，晶体自形程度高，电镜下观察发现绿泥石大多以孔隙衬垫式分布于颗粒表面或呈朵状充填孔隙中。自生高岭石以蠕虫状、书页状分布在粒间孔或颗粒表面，晶型较好。碳酸盐胶结较普遍，主要为方解石胶结。方解石胶结物在成岩早、晚期均有形成，充填于碎屑粒间。总之，多类型而复杂的胶结作用导致储层进一步致密化。

从SH9井区志留系柯坪塔格组下段成岩阶段划分标志的统计分析来看，黏土矿物中缺乏蒙脱石和高岭石，普遍以混层形势出现，黏土矿物中伊蒙混层和伊利石含量相对较高，还出现了一定含量的绿泥石，均表明柯坪塔格组下段成岩程度相对较高，结合前文所述的成岩现象，综合分析认为顺托果勒区块志留系柯坪塔格组下段处于中成岩A-B期成岩阶段(图3)。

4 致密砂岩储层中“甜点”发育控制因素

在柯坪塔格组下段含油砂体普遍致密的背景下，寻找“甜点”发育区对于勘探而言显得至关重要，综合分析认为该区“甜点”的发育受到沉积相、超压、裂缝和深部流体等因素的控制。

图3 SH9井区志留系柯坪塔格组成岩阶段划分

4.1 沉积相对“甜点”的控制作用

相控储层，沉积相控制着储层的发育。SH9井区柯坪塔格组下段含油层系为一套滨岸相沉积，砂坝沉积微相储层最好，砂坪、混合坪的物性依次变差。SH9井钻遇典型的滨岸砂坝砂体，储层物性好，孔隙度主要分布在5%～7%，最大孔隙度为9.5%，而SH1井钻遇混合坪砂体，呈砂泥薄互层，砂岩物性大多在5%以下，物性差。SH901、SH902H、SH903H均钻遇砂坝砂体，储层物性也都相对较好。总而言之，沉积相是“甜点”发育的最基本、最重要的条件。

4.2 超压的存在延缓储层致密化，利于“甜点”的发育

超压与储层孔隙度的保存具有一定的关联。国内外的实例均证实异常高压带与异常高孔渗具有良好的对应关系。顺托果勒低隆起地区在海西期沉积之后，构造相对稳定，地层持续埋藏使得柯坪塔格组下段地层呈现为欠压实状态，加之上覆柯坪塔格组中段泥岩的区域性封盖作用，可以抑制超压系统内流体活动和能量交换，减缓成岩作用，久而久之，柯坪塔格组下段地层出现超压地层，进而保存了一定的原生孔隙。SH9井和SH901井油层段地层压力系数分别为1.33和 1.27，为超压地层，对延缓储层的致密化起到了一定的作用，利于“甜点”的发育。

4.3 裂缝的发育改善“甜点”的储渗性能

致密砂岩储层中“甜点”储渗性能与裂缝的发育程度息息相关。顺托果勒区块发育北东向走滑断裂带及与之伴生的次级断裂(图1)，为裂缝的发育创造了有利条件。岩心观察表明该走滑断裂带附近可见高角度裂缝，延伸长度长，缝面为原油所浸染，薄片中也可观察到构造裂缝及成岩收缩缝；从岩心孔渗关系可看出有裂缝的岩心实测孔隙度变化不大，而渗透率相对较高(图4)，表明裂缝孔隙度对储层的贡献不明显，但提高了渗透率，总体上对“甜点”储渗性能的改善有所贡献。

图4 柯坪塔格组下段裂缝与储层物性关系

4.4 深部流体溶蚀对“甜点”的影响

根据顺托果勒低隆起志留系柯坪塔格组下段成藏史分析可知，烃源岩在加里东晚期已开始生烃，并产生大量有机酸，酸液沿着油气源断裂运移至上覆储层之中，对其进行溶蚀改造，有机酸的浓度决定了改造的强度，随着生烃过程的持续，在海西晚期，有机酸的产率开始下降，而此时油气开始在此前为有机酸所溶蚀改造的储层中聚集，也就是在这个时期柯坪塔格组下段油藏开始大规模成藏，深部流体溶蚀与油气成藏形成了良好的时空匹配关系。

5 结论

(1)柯坪塔格组下段含油砂体为滨岸砂坝，岩石类型为灰色细粒岩屑砂岩、粉砂岩；结构成熟度高，成份成熟度低，岩屑类型主要有火成岩岩屑和变质岩岩屑；孔隙以残余粒间孔为主，含少量粒内微孔、溶蚀孔、裂缝，为细孔喉储层，孔隙度主要分布在5%～6%，渗透率主要分布在(0.05～0.5)×10-3μm2，为致密砂岩储层。

(2)该套砂岩储层致密化受控于沉积作用和成岩作用。高频沉积旋回、储层非均质性、碎屑组成、岩石粒度等沉积作用控制了储层致密化的基础条件；压实作用、胶结作用等成岩作用进一步加速了储层致密化的进程。柯坪塔格组下段致密砂岩储层中“甜点”的发育受多重因素的控制，其中，沉积相对"甜点"的控制是最重要的控制因素，它决定了“甜点”发育的物质基础；储层中超压的存在延缓储层致密化，利于“甜点”的发育；裂缝为改善"甜点"的储渗性能发挥了作用；深部流体(以生烃过程中产生的有机酸为主)对储层溶蚀建孔起到了一定的积极作用。

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编辑：吴官生

1673-8217(2015)02-0059-05