扎哈泉储层致密史与致密油聚集关系探讨

2016-12-20石金华李仕远

特种油气藏 2016年4期

关键词：干柴距今成岩

石金华，杨成，李仕远，王鹏

(1.中国地质大学(北京)，北京 100083；2.中国石油青海油田分公司，甘肃敦煌 736202)

扎哈泉储层致密史与致密油聚集关系探讨

石金华1，杨成2，李仕远2，王鹏2

(1.中国地质大学(北京)，北京 100083；2.中国石油青海油田分公司，甘肃敦煌 736202)

扎哈泉是柴达木盆地西南部致密油勘探新区域，为深入认识致密油聚集规律，通过储层成因机理控制因素、成岩作用致密史模拟、致密油气充注及聚集成藏史分析，对储层致密史与致密油聚集关系进行了研究。结果表明：沉积作用的岩石学特征奠定了储层形成的物质基础，是致密储层形成的内因；压实、胶结等成岩作用是储层致密的重要外因；储层致密化时间为距今7 Ma；距今5 Ma致密油开始成藏，为Ⅰ期成藏。综合分析认为，扎哈泉致密油具有储层先致密油气后聚集、晚期成藏的地质特征。该研究对致密油地质认识及勘探具有重要指导意义。

致密油；储层致密史；油气聚集；油气成藏；柴达木盆地

0 引言

致密油以吸附或游离状态赋存在烃源岩中，或是与烃源岩互层、紧邻致密砂岩或碳酸盐岩等储层，未经长距离、大规模运移的石油聚集，其渗透率小于1×10-3μm2，孔隙度小于10%[1]。致密储层形成主要受控于沉积作用和成岩作用。前人研究认为储层致密史与油气聚集有3种关系：即先致密后聚集、先聚集后致密、边致密边聚集[2-4]。扎哈泉上干柴沟组是柴达木盆地勘探发现致密油的重要新区域[5-6]，根据物性资料统计表明，研究区孔隙度为6.5%，渗透率为0.43×10-3μm2，储层致密史与致密油聚集关系不甚明确。通过致密储层形成机理、控制因素与油气聚集成藏研究，探讨储层致密史与油气充注聚集的时间匹配关系。

1 致密储层形成的控制因素

1.1 沉积作用

扎哈泉上干柴沟组沉积时，受东柴山与铁木里克2个沉积物源的作用[7]，矿物成分复杂，形成岩屑长石砂岩和长石岩屑，其中，砂岩石英含量为32.3%，长石含量为25.4%，岩屑含量为42.7%(火成岩为16.20%，变质岩为6.20%，碳酸盐岩为12.10%，泥质为3.70%，硬石膏为0.95%，沸石为0.60%，内碎屑为2.90%)。刚性颗粒的石英、长石含量偏低，非刚性碎屑物的岩屑含量较高，在成岩作用中抗压性能差。岩石粒度分析、薄片观察显示：岩石的粒径为0.05～0.45 mm，岩性以粉细砂岩为主，成分成熟度为0.46，岩石结构为次棱角—次圆状，分选为中等—差，颗粒支撑。储集空间以原生孔为主，其次为溶蚀孔，见少量微裂缝(图1a—c)。沉积作用特征决定了成岩作用中岩石的孔隙变化及抗压实能力，沉积岩石学特征奠定了成岩演化基础，对致密储层形成起决定性作用。

1.2 成岩作用

1.2.1 压实作用

随着埋深增加，在上覆压力持续作用下，碎屑颗粒重新紧密排列、压实、胶结甚至颗粒变形，压实作用下孔隙大幅度降低。石英、长石含量低而岩屑含量高，在上覆压力下易发生塑性变形，或以假杂基状充填于颗粒之间，接触方式随着压实作用增加发生变化，以点接触至点—线接触至线状接触为主(图1d)，压溶作用不强烈。岩屑物质与刚性颗粒紧密胶结，大部分原生孔隙丧失，不利于次生孔隙保存，压实作用是导致孔隙减少的最直接、最重要的外部因素。

图1 扎哈泉上干柴沟组储层微观特征

1.2.2 胶结作用

扎哈泉上干柴沟组储层砂岩中，胶结物和杂基含量中等，胶结物含量为8.30%，主要成分为方解石，存在少量沸石类及硬石膏，杂基平均含量为3.75%，主要为黏土和灰泥质。方解石、白云石含量为23.15%，主要分布于碳酸盐岩屑、方解石胶结物及内碎屑中，白云石主要以岩屑组分存在。黏土矿物占15.30%，主要分布于泥质杂基、浅变质岩岩屑、长石及云母等颗粒溶蚀产物、泥砾中。研究区储层主要有3种胶结作用：①碳酸盐岩胶结。自生胶结物细晶与粉晶方解石呈粒状、镶嵌状、栉壳状多形式充填于颗粒间及粒内孔隙，其含量越高堵塞孔隙越多(图1e)，减小孔隙空间作用越明显，是导致孔隙减少的重要胶结矿物。②硫酸盐岩胶结。主要矿物成分是硬石膏，呈晶粒状、板条状或连晶块状充填于粒间、粒内孔隙中，使储层固结致密(图1f)，碳酸盐岩与硫酸盐岩含量高表明沉积时水体处于咸化环境中。③二氧化硅胶结作用。岩石薄片镜下阴极发光观察到石英以自生加大边胶结物形式充填(图1g)，减少储集孔隙空间。胶结物与杂基含量越高则胶结作用越强，反之则胶结作用弱，持续的胶结作用使储层更为致密。

1.2.3 溶蚀作用

研究区主要有2种溶蚀作用：一是对碳酸盐岩溶蚀作用，成岩作用过程中排出的油田水及其他液体或有机酸等使碳酸盐岩产生粒内溶孔、粒间溶孔(图1b)；二是对长石原生粒内孔、粒间孔溶蚀作用，原生粒内、粒间孔在有机酸的溶蚀作用下，对矿物颗粒边缘(主要是长石成分)产生了部分溶蚀作用，形成溶蚀扩大孔(图1h、i)。溶蚀作用增加了孔隙，改善了储集空间。

成岩过程的压实、胶结作用导致孔隙大幅度减少，是形成致密储层关键因素；而溶蚀作用虽增加了储集空间，改善了储层物性，但作用有限。

2 储层致密史与油气充注聚集耦合关系

2.1 致密储层形成时间的确定

储层形成时间确定方法有矿物成分测年法、包裹体测温法、古孔隙度演化模拟法[8]。此次采用古孔隙度演化模拟方法来确定致密储层形成时间。碎屑物质在沉积作用后，经历压实、胶结、溶蚀溶解等各种成岩作用，最终形成致密储层。根据不同成岩作用阶段对孔隙演化的控制，建立各成岩作用孔隙演化模型，通过孔隙度分析确定储层致密时间。

应用构建的孔隙演化总模型，模拟了扎哈泉上干柴沟组碎屑砂岩孔隙在不同地质历史时间、不同埋藏深度、历经各种成岩作用的演化历程(图2)。

图2 扎哈泉上干柴沟组储层孔隙演化

由图2可知，扎哈泉上干柴沟组(N1)自40 Ma开始沉积，原始孔隙度为33.87%；距今24 Ma埋深为800 m时，沉积速率第1次开始呈增加趋势，压实作用加强；距今22 Ma埋深为1 000 m时，孔隙度为24.83%；在22～11 Ma期间总体平稳；距今11 Ma埋深达到2 000 m时，综合作用下总孔隙度减少至13.53%，若仅单一压实作用影响压实后孔隙度为21.27%，因此，胶结作用使孔隙度减少了7.74%；距今11～5 Ma持续平稳，在5 Ma时沉积速率第2次出现增强趋势。古地温达到80～100 ℃时，溶蚀作用导致孔隙度增加1.98%，压实胶结作用导致孔隙度减少至9.09%，综合成岩作用后孔隙度为11.07%，在穿越了酸化溶蚀窗之后，溶蚀作用减弱。胶结成岩与时间效应继续发生作用，沉积至距今5 Ma后，孔隙度减少至5.36%，表明溶蚀作用后胶结作用继续发生，致使储层物性更差。

根据致密储层定义，把成岩过程中储层孔隙度为10%时作为致密储层划分界限，孔隙度小于10%时为致密储层。应用总孔隙度演化模型分析，沉积至距今7 Ma时孔隙度为10.15%，达到致密储层临界点附近，表明距今7 Ma时储层已经致密化，随着埋深增加，持续的成岩作用导致储层更致密。

2.2 储层致密史与油气聚集史耦合关系

孔隙演化模型判定，扎哈泉上干柴沟组储层致密于距今7 Ma开始形成，距今5 Ma开始油气充注聚集，表明油气充注聚集之前储层已经致密，即储层致密史与致密油聚集关系为储层先致密油气后充注聚集。

2.3 研究意义与应用

扎哈泉上干柴沟组勘探区域面积达800 km2，仍处于前期勘探评价阶段，勘探前景广阔[6]。通过储层致密史、孔隙演化史、致密油聚集充注时间及期次研究，揭示了储层致密性与油气充注的先后顺序及聚集机理，提高了致密油储层形成机理、源储关系、致密油甜点区等基础地质特征认识，指明了致密油聚集规律。为致密油勘探井位部署提供重要依据，对指导致密油勘探具有重要意义。结合此次研究成果及前期研究认识，在扎哈泉上干柴沟组部署勘探及评价井Z3、Z201、Z202，单井平均解释油层厚度为13.3 m。试油层段储层均无自然产量，压裂措施改造后试油分别获得了18、22、10 m3/d的工业油流，展示了该区致密油勘探具有广阔前景。