准噶尔盆地阜康凹陷阜东斜坡齐古组储层控制因素及有利区预测
2018-06-22卢炳雄文华国朱永才于景维钦州学院资源与环境学院广西钦州000成都理工大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室四川成都6009中国地质科学院岩溶地质研究所广西桂林00中国石油新疆油田公司勘探开发研究院新疆克拉玛依8000中国石油大学北京克拉玛依校区新疆克拉玛依8000
卢炳雄,文华国,淡 永,陈 洪,朱永才,于景维[.钦州学院 资源与环境学院,广西 钦州 000; .成都理工大学 油气藏地质及开发工程 国家重点实验室,四川 成都 6009;.中国地质科学院 岩溶地质研究所,广西 桂林 00; .中国石油 新疆油田公司 勘探开发研究院 ,新疆 克拉玛依 8000;.中国石油大学(北京)克拉玛依校区 ,新疆 克拉玛依 8000]
近年来,随着中国西部地区油气勘探不断深入,大量成果的涌现促进使勘探思路由“构造向斜坡方向”的转变,位于生烃凹陷附近的斜坡区越来越受到勘探地质工作者的重视。勘探过程中储集砂体的成因、成岩作用及其有利成藏区的预测已成为研究的主要内容。
准噶尔盆地阜康凹陷被认为是该盆地最重要的生烃区,凹陷附近的斜坡也逐渐得到关注,尤其是东部斜坡带下侏罗统三工河组、中侏罗统头屯河组已发现的高产工业油气流,为侏罗系进一步勘探增添信心[1-10]。2012年,阜东16井首次在阜东斜坡带上侏罗统齐古组钻获工业油气流,自此齐古组被认为是接替三工河组和头屯河组的有效层系。虽然少数学者对研究区齐古组储层特征[11-12]及高分辨层序格架内的砂体分布[8]进行了研究,但工作仍较薄弱,对齐古组储层特征的整体认识仍很模糊,导致勘探效率低下。在前人研究基础之上,本次研究主要针对齐古组储层特征和储层控制因素进行深入分析,结合已出油井的相关资料,对齐古组有利成藏区域进行预测。
1 地质概况
阜康凹陷是准噶尔盆地主要的生烃凹陷之一,下侏罗统八道湾组和三工河组暗色泥岩有机质丰富,类型为Ⅱ2-Ⅲ型,属于低成熟的中等烃源岩[13-15]。阜康凹陷东部的阜东斜坡带面积近800 km2,整体呈现鼻状构造轮廓(图1),齐古组为该斜坡带新发现的含油气层系。齐古组沉积期物源主要来自于东北部克拉美丽山,东部北三台凸起以及南部博格达山,发育湖泊-辫状河三角洲沉积体系,厚度为100~400 m。自下而上划分为齐一段、齐二段和齐三段,其中齐一段是目前主要的勘探目标层。受燕山运动影响,研究区附近的北三台地区和南部博格达地区强烈抬升[16],导致研究区内齐古组遭受不同程度的剥蚀。钻井显示出上部的齐三段缺失最为严重,而下部的齐一段保存相对完整,在横向分布上具有西厚东薄的特点。齐一段由西向东的厚度变化为12~200 m,主要发育辫状河三角洲沉积体系,岩性为细-中粒砂岩、砂质细砾岩夹泥质粉砂岩、粉砂质泥岩和泥岩组合,砂、砾岩中常见大型交错层理、平行层理和底冲刷构造,为齐一段主要的储集岩类。
2 储层特征
2.1 岩石学特征
阜东斜坡区齐古组一段储集砂体类型主要为细-中粒和含细砾的岩屑砂岩,次为长石岩屑砂岩(图2a)。Q/(F+R)比值为0.305,稳定组分含量较低。其中,石英碎屑含量很低,平均值仅占碎屑总量的23.4%,以单晶石英为主;长石含量平均值占碎屑总量的14.4%,以正长石为主,部分为斜长石和条纹长石;岩屑含量最高,类型丰富,包括有沉积岩,占碎屑总量的12.2%,类型主要为泥岩和砂岩。变质岩,占碎屑总量15.4%,类型以千枚岩为主,少量片岩。火山岩岩屑,占碎屑总量的34.6%,类型主要为凝灰岩,少量安山岩(表1)。杂基含量较低,平均值仅占岩石总量的0.2%,主要由粘土矿物组成,伴有少量的凝灰物质。胶结物含量较高,平均值占岩石总量的11.6%,包括有高岭石、绿泥石等粘土矿物和方解石,自生矿物主要为微量黄铁矿。碎屑磨圆度较差,主要为次棱角状,分选好-中等。颗粒以点接触为主,次为线接触。胶结类型以孔隙型为主,次为孔隙-压嵌型和等厚环边薄膜型。砂岩总体表现出成分成熟度低而结构成熟度较高的特点,反映齐古组一段沉积期研究区距离物源较近,沉积物搬运介质能量较强,沉积速率较高的辫状河三角洲分流河道砂体的成因特点。
2.2 储集性特征
2.2.1 储集空间类型
据大量铸体薄片鉴定的图像分析资料,显示齐一段砂岩储层的储集空间主要为原生粒间孔和剩余原生粒间孔,约占储层所有储集空间的80%,其次为次生孔隙,约为20%,其类型较丰富,包括有粒间溶孔、岩屑和长石的粒内溶孔及铸模孔,以及仅占0.2%的碳酸盐胶结物溶孔。此外,与成岩压实破裂有关的微裂缝也较为发育。
2.2.2 储集层物性
据大量物性分析资料统计,研究区齐一段砂岩孔隙度分布范围为3.1%~31.3%,主要分布于15%~25%,平均值为渗透率在18.7%;渗透率分布范围为0.02×10-3~5 000×10-3μm2,平均值为369.4×10-3μm2,渗透率在50×10-3~500×10-3μm2。孔隙度与渗透率相关性较好(图2b),相关系数0.733 9。表明渗透性主要依赖基质孔隙与喉道,总体反映中孔-中、高渗孔隙型储层性质。
图1 准噶尔盆地阜康凹陷阜东斜坡构造位置Fig.1 Tectonic location of the Fudong slope,Fukang Sag,Junggar Basin
图2 准噶尔盆地阜东斜坡齐一段储层砂岩三角投点图(a)及孔隙度与渗透率相关性(b)Fig.2 Ternary diagram of reservoir sandstone classification in the Qigu 1 Member,Fudong slope,Juggar Basin(a),and the corrleation of its porosity and permeability(b)
表1 准噶尔盆地阜东斜坡齐一段储层砂岩碎屑组分含量Table 1 Component and content of the reservoir sandstone clastics in the Qigu 1 Member of Fudong slope,Juggar Basin
2.2.3 孔隙结构特征
压汞曲线的形态可在一定程度上表征孔喉的分选性、分布歪度及平均孔喉半径的影响,是孔隙结构最直观的反映(表2)。研究区齐一段砂岩储层的中值半径(R50)平均值为0.16 μm,反映喉道总体偏细,以细管喉道为主;分选系数平均值为2.9,反映孔隙大小较均匀;变异系数平均值为0.3,反映出孔隙结构较好。综上所述,齐一段砂岩储层具有孔喉分选性较好的中、小孔细喉结构。
3 储集层控制因素
3.1 物源和物质组分
中-晚侏罗世燕山运动使克拉美丽山、北三台凸起及博格达山持续隆升为研究区齐古组沉积提供直接的物质来源。通过砂岩储层的碎屑组分特征、稀土元素及Sr同位素地球化学特征的分析,确定研究区齐一段沉积物母岩性质为具有大陆岛弧性质的岩浆岩,与野外和钻井岩心中看到砂岩储层中含有大量长石碎屑和火山岩与千枚岩为代表的岩浆岩和变质岩岩屑组分相吻合。此外,砂岩储层中普遍含有少量的凝灰质组分,成因与燕山运动期间伴随有多次火山喷发有关。
物源对于储层砂体的影响,主要表现在碎屑组分的抗压实性和易溶性两个方面。首先是石英和长石含量,因为石英和长石颗粒能在压实背景下起到支撑作用,可为原生孔隙的保存提供抗压实的骨架组分[17-18]。研究区内齐一段砂体储层的石英含量有顺主物源方向自北向南明显增多的变化趋势(15%±3%增至22%±5%),长石含量也有类似的增多变化趋势,而塑性岩屑则具有减少的变化趋势(68%±5%减小至40%±5%),此特征被被认为是顺物源方向砂体的抗压实性增强和物性变好的原因之一。其次是岩屑含量,虽然岩屑的可塑性在早成岩期的压实过程中不利于原生孔隙的保存,对于孔隙之间的喉道也有一定程度的破坏,但它为溶蚀作用提供了易溶组分,为次生孔隙的发育提供了物质基础,约有65%的次生孔隙为岩屑被溶蚀而形成;长石也是有利于次生孔隙发育的易溶组分,约有34%的次生孔隙为长石被溶蚀形成的溶孔。从总体上看,岩屑和长石的溶蚀不仅有利于孔隙的增加,对渗透率的改善也有贡献。
表2 准噶尔盆地阜东斜坡一段砂岩储集层压汞特征Table 2 Mercury injection characteristics of the sandstone reservoir in the Qigu 1 Member,Fudong slope,Juggar Basin
3.2 古地貌及沉积相
古地貌控制着沉积相的分布[9],而沉积相直接控制着储层的展布和储集性能。利用地震资料对研究区齐一段的古地貌进行恢复,结合由野外剖面、钻井岩心及测井资料对沉积相展布特征进行分析,发现靠近剥蚀线附近,暖色调面积逐渐增大,反映砂体分布面积逐渐增大[20-21],为后续有利储集层的预测提供依据。
研究区齐一段发育辫状河三角洲沉积体系,包括辫状河三角洲平原和辫状河三角洲前缘,储集砂体主要为水上和水下分流河道及天然堤砂体。通过对各沉积微相和岩石类型与储集层物性的相关性分析,可确定以水上和水下分流河道砂体的物性为最好(图3)。
图3 准噶尔盆地阜东斜坡齐一段不同沉积相孔渗特征Fig.3 Porosity and permeability for different sedimentary facies in the Qigu 1 Member,Fudong slope,Juggar Basin
3.3 成岩作用
前人对研究区齐一段的成岩作用已十分详尽,依据齐一段干酪根镜质体反射率、粘土矿物的转化、自生粘土矿物组合及岩石结构构造等证据,结合齐一段孔隙型储层的胶结类型、埋藏深度及压实强度等背景,确定齐一段仅处于中成岩阶段A期[11-12]。同时认为压实作用是砂岩储层物性变差的主要因素,其次是胶结作用。绿泥石薄膜还边胶结的抗压性虽然非常有利于原生孔隙的保存,但因其占据了部分孔隙和喉道,对降低储层的孔、渗性仍有较强的影响[22];但由于绿泥石的含量不高,对砂岩储层物性的总体影响有限。基于齐一段成岩作用仅处于中成岩阶段A期,压实和胶结作用总体不强,因而大部分原生粒间孔和剩余原生粒间孔得以较好的保存。对改善齐一段砂岩储层物性最有意义的成岩作用,是发生在成岩阶段A期较完时齐的、来自生烃凹陷的酸性热液溶蚀作用[3,11],由长石和岩屑等不稳定组分的溶蚀形成的各类次生孔隙占据孔隙总量的20%,其中包括了由碳酸盐胶结物溶解形成的仅为0.2%的胶结物溶孔,以及不甚发育的微裂缝,此二者对改善齐一段储层物性的贡献是非常有限的。
3.4 异常压力
利用多口井实测压力资料,发现研究区齐一段普遍存在异常高压(图4a),压力系数分布于1.4~1.9(图4b),异常高压的存在对原生粒间孔隙具有重要的保护性[23],其机理主要是减慢机械压实作用的速率[24]。同时,异常高压带也使流体活动性变弱,限制了胶结作用范围,为原生孔隙创造良好的保存条件。
4 成藏有利区预测
研究发现,阜东斜坡齐一段油气藏类型主要为透镜状岩性油气藏,油气来源主要为二叠系以及侏罗系烃源岩;储层主要为齐一段水上-水下分流河道砂体;盖层为分流间湾泥岩,局部为钙质泥岩隔层。有效储层的确定对成藏有利区的预测十分重要,因而了解储层的控制因素是必要的。基于储层发育控制因素的分析,是建立在仅从储层方面所考虑的各项单因素前提条件下,仅有好的“储层仓库”,而缺乏可进入“储层仓库”的烃源和运移通道,“储层仓库”就成了摆设。因此,对于成藏作用最主要的控制因素还是在于烃源能否进入“储层仓库”的问题。
通过对研究区内出油井分析,发现储层物性好,储集砂体质量好只是成藏的一个条件,关键还是在于油源与储层的接触关系。以阜东13井为例,该井通过井震标定显示,发现齐一段有一套规模较大、物性很好的分流河道砂体,可试油结果却是全井段无油气显示,究其原因是砂体无运移通道沟通烃源,使油气运不进“储层仓库”。而其附近的阜东022井,由于砂体与构造断裂为主的运移通道匹配良好,使油气可直接运到“储层仓库”里。因此,油源、油气运移和储层是油气富集成藏缺一不可的前提,尤其是砂体与不整合、断裂构成的有效疏导体系,在研究区起到连接油源及运输油气的作用[25-26],更是控制成藏的一个综合因素。
阜东054井齐一段的砂体储层质量好,同时又有断裂构造连通了砂体与油源,但试油结果还是无油气显示,究其原因发现该井区缺乏油气注入动力——压力差。压力差的大小可直接影响油气的运移方向及油气藏的分布。理论上,油气从高势区向低势区运移,因此,编制齐古组与下伏头屯河组地层压力差平面图显得必要(图5a)。编图结果表明,研究区中上侏罗统的地层压力差都在4 MPa以上,局部压力差达到8 MPa以上,压力差等值线与剥蚀线和区域物源搬运方向近似[27-28],结合研究区试油资料发现,出油井的中上侏罗统压力差均在8 MPa以上。
根据上述分析,主要利用齐一段砂岩储层孔、渗分布图(图5b,c)、断裂和不整合的发育程度(见图1)以及压力差分布图(图5a),对成藏有利区进行预测(图5d)。结果发现,研究区东部靠近剥蚀线的顺物源方向为最有利成藏区,该区运移通道主要为不整合与砂体的匹配体系,砂体厚度较大,孔隙度在15%以上,渗透率大于30×10-3μm2;在研究区中部也发育有一个较大的有利成藏区,断裂构造发育,为主要的油气运移通道,砂体厚度较大,孔隙度在8%以上,渗透率大于30×10-3μm2。以上两个有利成藏区都具备较大的地层压力差,可为油气运移提供动力,结合储集砂体物性,认为是研究区最有利的2个勘探区域。此外,在研究区中南部还发育有两个面积较小的有利成藏区,砂体厚度虽然很大,但储集物性相对较差,孔隙度在5%左右,渗透率大于10×10-3μm2,断裂构造相对不发育,运移通道主要为较远深大断裂与渗透性较好砂体匹配体系,为勘探风险较大的区域。
图5 准噶尔盆地阜东斜坡齐一段成藏有利区预测Fig.5 Prediction of favorable accumulation regions in the Qigu 1 Member,Fudong slope,Juggar Basina.中-上侏罗统压力差平面分布;b.齐一段孔隙度平面分布;c.齐一段渗透率平面分布;d.齐一段有利区分布
5 结论
1) 准噶尔盆地阜东斜坡区齐一段储层主要为细-中粒和含细砾的岩屑砂岩,具有成分成熟度低但结构成熟度高的特点,储集空间主要为原生粒间孔,孔喉结构以细喉为主,总体上属于中孔-中、高渗孔隙型储层。
2) 物源、古地貌和沉积相、成岩作用及异常压力共同控制了储层发育及质量。物源为储层发育提供了物质基础;古地貌和沉积相共同控制了储层的分布;仅处于中成岩阶段A期的压实和胶结作用虽然对储层有一定的破坏性,但溶蚀作用对对改善储层物性有主要意义;异常压力不仅对原生孔隙的保存起到至关重要的作用,而且也是油气运移、聚集、成藏的主要驱动力。另外砂体与断裂和不整合组合的输导体系匹配关系及压力差大小也是研究区有利成藏控制因素。
3) 结合试油资料,对研究区齐一段有利成藏控制因素进行汇总,预测了4个有利成藏区域,其中断裂发育的斜坡中部和靠近剥蚀线的斜坡北东部为最有利勘探区域。
参 考 文 献
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