库车坳陷北部阿合组致密砂岩储层特征及主控因素

2019-03-26王华超韩登林欧阳传湘周嘉义王倩倩

岩性油气藏 2019年2期

王华超，韩登林，欧阳传湘，周嘉义，王倩倩，马力

（1.长江大学地球科学学院，武汉430100；2.长江大学石油工程学院，武汉430100）

0 引言

近年来，全球油气勘探趋势由常规走向非常规、由浅层走向深层乃至超深层，深层储层逐渐成为油气专家关注的重点［1-7］。微孔隙是深层致密储层重要的孔隙类型，对深层致密砂岩气藏中天然气的运移及富集具有重要的影响，天然气主要以分子形式在微孔隙内以Knudsen扩散式黏性流动［8］。一般情况下，随着埋深增加，压实作用逐渐增大，对储层物性破坏较大［9-11］，储层的储集性能逐渐降低［12］，这时微孔隙的存在对天然气的富集就变得尤为重要［13-14］。在开发地质方面，微孔隙对油气藏开发也具有非常重要的影响，大多数微孔隙是由泥质杂基内微孔隙和黏土矿物晶间孔隙组成，具有孔喉较小、易被压实的特点，并且容易引起储层的应力敏感性［15］、水敏感性和盐度敏感性［16］。

不同学者根据各自的研究对象对微孔隙大小的界定有不同的标准，Loucks等［14］在研究泥页岩微孔隙时将孔隙直径小于0.75 μm的孔隙称为纳米孔，大于0.75 μm的孔隙称为微米孔。邹才能等［13］在研究非常规储层时将孔隙直径为1～1 000 μm的孔隙称为微米级孔隙，将孔隙直径小于1 μm的孔隙称为纳米级孔隙。刘春等［8］在研究库车前陆冲断带超深层致密砂岩储层时将孔隙直径小于30 μm的孔隙界定为微孔隙。库车坳陷北部构造带下侏罗统阿合组砂岩的成分成熟度较低，泥质杂基含量较高，较大的埋深和较强的侧向构造挤压使阿合组储层总体致密［17-18］，其实测基质孔隙度为4%～8%，平均为5.59%，实测基质渗透率为0.10～10.00 mD，中值为0.75 mD，为典型致密砂岩储层［19］。孔隙直径小于30 μm的微孔隙在阿合组致密砂岩内大量发育并为该层段主要的储集空间类型之一。众多学者［8，20-21］对微孔隙的成因类型做了较深入的研究，但很少涉及分布特征及主控因素的内容。

明确研究区微孔隙的成因类型、分布特征及其主控因素对油气勘探和开发具有重要意义。因此，深入分析库车坳陷北部构造带迪北段阿合组致密砂岩储层微孔隙的成因类型、分布特征，以期从压实效应的角度去探讨影响微孔隙分布的主控因素。

1 地质概况

库车坳陷位于塔里木盆地北部，北缘是南天山山前断裂带，向南是塔北隆起，呈NEE向展布，其构造具有南北分带、东西分段的特征。下侏罗统在区内广泛分布。北部构造带迪北段蕴藏着丰富的油气资源，著名的迪北气藏就位于区内，其中依南2井在侏罗系阿合组钻遇高产油气流［图1（a）］。阿合组以粗砂岩为主，自上而下依次为砂砾岩夹泥岩段（J1a1）、上砂砾岩段（J1a2）、下砂砾岩段（J1a3）［图1（b）］。阿合组主要沉积类型为辫状河三角洲平原河道沉积，砂体粒度较粗，以砂砾岩、中—粗粒砂岩为主，阿合组整个沉积时期距离沉积中心的距离先增大后减小，在上砂砾岩段（J1a2）沉积时期距离沉积中心最远。

图1 库车坳陷北部构造带迪北段构造位置图（a）和岩性剖面图（b）Fig.1 Structural location（a）and lithologic profile（b）of Dibei section of northern tectonic belt in Kuqa Depression

2 储层特征

2.1 岩石学特征

统计4口井450个薄片资料发现，北部构造带迪北段侏罗系阿合组主要发育岩屑砂岩，其次为长石岩屑砂岩，石英体积分数为30%～70%，平均为45.4%，长石体积分数为5%～25%，平均为10.3%，岩屑体积分数30%～65%，平均为44.3%。岩屑以变质岩岩屑为主，岩浆岩岩屑次之，沉积岩岩屑含量最少（图2）。

图2 库车坳陷北部构造带迪北段阿合组砂岩碎屑组份特征Ⅰ.石英砂岩；Ⅱ.长石质石英砂岩；Ⅲ.岩屑质石英砂岩；Ⅳ.长石岩屑质石英砂岩；Ⅴ.长石砂岩；Ⅵ.岩屑质长石砂岩；Ⅶ.长石质岩屑砂岩；Ⅷ.岩屑砂岩Fig.2 Characteristics of sandstone clastic components of JurassicAhe Formation in Dibei section of northern tectonic belt in Kuqa Depression

表1 库车坳陷北部构造带迪北段阿合组储集空间类型和不同粒度砂岩微孔隙平均值Table 1 Reservoir space types and average micropores content of sandstones with different sizes ofAhe Formation in Dibei section of northern tectonic belt in Kuqa Depression

2.2 储集空间类型

研究区储集空间类型以微孔隙为主，其次为常规孔隙，微裂缝普遍发育（表1），常规孔隙主要包括粒内溶孔和次生粒间孔，原生粒间孔不发育。其中微孔隙的分布并未受岩石粒度因素制约，其在层段内3种有代表性岩性样品中的分布没有明显差异（表 1）。

3 微孔隙特征及其成因类型

3.1 微孔隙特征

偏光显微镜是目前储层研究最常用的显微观察工具，但一般薄片厚度为30 μm，当孔喉小于薄片厚度时就无法准确地显示孔喉完整结构，而铸体颜色也变得不纯净，因此，利用偏光显微镜很难研究孔隙直径小于30 μm的孔隙特征，故将孔隙直径小于 30 μm 的孔隙定义为微孔隙［8］。

阿合组中变质岩岩屑中石英岩较为发育［图3（a）］，其微孔隙主要为黏土矿物晶间孔和泥质杂基内微孔隙，其基本特征是在铸体薄片（薄片经茜素红溶液染色，铸体颜色为红色）下呈铸体浸染色，铸体颜色较污浊，不如其他孔隙类型铸体颜色清澈透亮［图3（b）—（c）］，微孔隙大小为 2～30 μm，形态不规则，从长条状到次圆状均有出现［图 3（d）—（f）］。

3.2 微孔隙成因类型

众多学者［8，21-23］对微孔隙的成因做了比较深入的研究，其成因类型可分为4类：①黏土矿物晶间微孔隙；②细微残余原生孔；③长石、岩屑、粒间填隙物微弱溶蚀性微孔隙；④泥质杂基脱水收缩形成微孔隙。通过铸体薄片、扫描电镜、X射线衍射、CT扫描和激光共聚焦显微镜观察发现阿合组微孔隙成因类型主要有2种：

（1）黏土矿物晶间孔。这类微孔隙主要分布在粒间伊利石、伊/蒙混层晶体之间，以伊利石晶间孔为主［图 3（b），（e），（f）］，孔隙大小不一。

图3 库车坳陷北部构造带迪北段阿合组微孔隙微观特征（a）石英岩岩屑，依南4井，4 773.9 m，正交偏光；（b）伊利石晶间孔，微孔隙呈铸体浸染状，红色铸体，依南5井，5 008.64 m，单偏光；（c）粒间泥质杂基轻微溶蚀形成微孔隙，红色铸体，依南5井，4 935.93 m，单偏光；（d）泥质杂基溶蚀形成微孔隙，依南2井，4 841.00 m，扫描电镜；（e）粒间不规则状伊/蒙混层晶间孔，依南5井，4 846.4 m，扫描电镜；（f）弯曲片状伊利石晶间孔，依南5井，4 935.3 m，扫描电镜；（g）粒间泥质杂基轻微溶蚀形成微孔隙，依南2井，4 612.29 m，CT扫描；（h）泥质杂基微孔隙与溶蚀扩大缝，依南2井，4 841.85 m，激光共聚焦显微镜Fig.3 Microscopic micropore characteristics ofAhe Formation in Dibei section of northern tectonic belt in Kuqa Depression

（2）粒间填隙物（主要为杂基）轻微溶蚀改造形成微孔隙。这类微孔隙分布在流体易于流动的区域，如裂缝、次生粒间孔周围［图 3（c），（d），（g），（h）］，其大小主要受溶蚀作用强度控制，溶蚀作用强的区域微孔隙的直径较大，而溶蚀作用过强，微孔隙会逐渐向次生粒间孔转化。

3.3 微孔隙型储层物性特征

挑选在铸体薄片条件下只有微孔隙发育而其他孔隙类型都不发育的样品，分析其孔隙度和渗透率，这样得出的储层物性可代表微孔隙对储层物性的贡献。经过分析这类储层孔隙度为2%～6%，平均值为3.67%；渗透率为0.02～0.50 mD，平均值为0.194 mD（图4）。可见，微孔隙对储层物性具有一定的贡献，这有利于油气的运移及储集。

图4 库车坳陷北部构造带迪北段阿合组微孔隙发育型储层物性特征Fig.4 Physical properties of microporous reservoirs ofAhe Formation in Dibei section of northern tectonic belt in Kuqa Depression

4 微孔隙的分布特征及其主控因素

4.1 微孔隙分布特征

对库车坳陷北部构造带迪北段依南4、依南2、迪北102、依南5等4口井阿合组中砂岩—粗砂岩铸体薄片数据进行系统分析：平面上，在埋藏深度和构造应力均较小的依南4井微孔隙最为发育，微孔隙的平均体积分数为2.59%，随着埋藏深度和构造应力变大，微孔隙含量逐渐降低，在埋藏深度和构造应力较大的迪北102井微孔隙的平均体积分数仅为0.71%（图5）。

垂向上，微孔隙含量随着埋藏深度变大先增大后减小，即阿合组二段（J1a2）微孔隙含量大于阿合组一段（J1a1）和阿合组三段（J1a3）微孔隙含量（图6）。

图5 库车坳陷北部构造带迪北段阿合组微孔隙平面分布特征（最大主应力资料来源于文献［24］）Fig.5 Micropore distribution ofAhe Formation in Dibei section of northern tectonic belt in Kuqa Depression

图6 库车坳陷北部构造带迪北段阿合组泥质含量与微孔隙垂向分布特征Fig.6 Vertical distribution of micropores and shale content ofAhe Formation in Dibei section of northern tectonic belt in Kuqa Depression

4.2 主控因素分析

微孔隙具有易被压实的特性，因此本次研究引入视压实率来定量表示压实效应的强弱，视压实率能够反映压实作用对初始孔隙空间破坏程度的大小，能够准确地反映压实效应的强弱［25］。

式中：Ck为视压实率，%；Op为原始孔隙度，%；IGv为粒间体积，%。

其中：粒间体积（%）=面孔率+胶结物含量（%）；原始孔隙度采用Bear and Wey原始孔隙度计算公式进行恢复［26］：

式中：S0为Trask分选系数；Q1，Q3分别为粒度累积曲线25%和75%处粒径大小。

通过计算得到视压实率数据并与微孔隙、泥质含量建立相关关系（图7）。微孔隙主要赋存于具塑性特征的黏土矿物和泥质杂基内，易被压实，且微孔隙的直径较小，其含量随着视压实率增大而降低［图 7（a），（b）］。因此，压实效应是影响微孔隙分布的关键因素，影响压实效应的因素也会间接影响微孔隙的分布。影响储层压实效应的因素主要有垂向埋深、侧向构造挤压应力及岩石刚/塑性比等因素［25］。一般情况下，垂向压实效应随埋藏深度增大而增大，构造应力越大侧向构造压实效应也就越大［27］。泥质杂基的强塑性特征是影响岩石刚/塑性比的一个重要因素［28］，在埋深和构造应力相同的条件下，泥质杂基含量越高视压实率越大［图 7（c），（d）］。

4.2.1 平面分布特征主控因素

依南4井、依南2井、依南5井和迪北102井阿合组储层埋深大于4 500 m且不同小段资料相对丰富，是本次研究的重点。依南4井位于依奇克里克背斜带而其他3口井均位于迪北斜坡带（图5）。天山南缘自晚二叠世至新近纪经历了多次隆升，使得库车坳陷在整个埋藏过程中受到多期次自北向南的侧向挤压［29］，研究区具有较强的侧向构造应力，但在不同构造位置构造应力存在差异，其中位于依奇克里克背斜上的依南4井所受构造应力要小于迪北斜坡带的迪北102井，依南5井和依南2井［24］。前已叙及影响压实效应的因素主要为：埋藏深度、构造应力和泥质含量，这4口井目的层段泥质含量大致相同（图5），但是埋藏深度、所受构造应力存在差异，导致压实效应不同［图8（a）］，从而使微孔隙含量存在差异。

图7 库车坳陷北部构造带迪北段阿合组视压实率与微孔隙、泥质含量关系图Fig.7 Relationships of compaction rate with micropores and shale content ofAhe Formation in Dibei section of northern tectonic belt in Kuqa Depression

图8 库车坳陷北部构造带迪北段阿合组压实效应对比Fig.8 Comparison of compaction effect ofAhe Formation in Dibei section of northern tectonic belt in Kuqa Depression

依南4井埋藏深度最小且所受构造应力较小，相对较小的埋藏深度和构造应力使依南4井的压实效应较弱，微孔隙受压实减孔量小，保留下来的微孔隙含量高。迪北102井埋深最大，并且其所受构造应力相对较强，压实效应较强，微孔隙受压实减孔量较大，残余微孔隙含量最低。依南5井与依南2井埋藏深度大致相同，并且这2口井埋深介于依南4井与迪北102井之间，因此，这2口井所受构造应力的差异导致压实效应存在差异，如图5所示，可知依南2井所受最大主应力大于依南5井，从而使依南5井的压实效应小于依南2井［图8（a）］，使保留下来的微孔隙含量大于依南2井。因此，在埋藏深度和构造应力均较小的依南4井微孔隙最为发育，随着埋藏深度和构造应力变大微孔隙发育程度逐渐降低。

4.2.2 垂向分布特征主控因素

前已述及，泥质含量是影响压实效应的一个重要因素，通过统计普通薄片数据中泥质含量，发现阿合组二段泥质含量要小于其他两段（图6）。这是因为阿合组整体处于辫状河三角洲平原环境，但是不同沉积阶段研究区距离沉积中心的距离不同（图9），阿合组二段沉积时期研究区距离沉积中心的距离要大于其他两段，湖平面较低，水动力相对较强，流水对砂体的冲洗强烈，砂体内泥质含量较低。阿合组一段和阿合组三段沉积时期研究区距离沉积中心的距离大致相同，且均小于阿合组二段，湖平面较高，水动力相对较弱，泥质含量均大于阿合组二段。阿合组储层在单井的垂向压应力随埋深增大而增大，但是阿合组二段泥质含量低，最终保留下来的微孔隙含量也就大于其他两段（图 6）。