塔里木盆地秋里塔格构造带深部碎屑岩储层特征及控制因素

2019-05-13赵继龙杨宪彰

天然气工业 2019年4期

陈戈赵继龙杨宪彰刘春邓毅

1.中国石油杭州地质研究院 2.中国石油勘探开发研究院塔里木盆地中心 3.中国石油塔里木油田公司

0 引言

塔里木盆地库车坳陷油气资源丰富，已成为该盆地加快寻找大型油气田的主攻区块，目前该坳陷含油气储集层主要为下白垩统巴什基奇克组。秋里塔格构造带属于库车坳陷的一个二级构造单元[1]，目前已完钻5口探井，其中3口井获得了油气显示。2018年12月，中秋1井在巴什基奇克组获得高产工业油气流，测试日产天然气33.44×104m3、日产凝析油21.4 m3，展示该构造带优越的油气地质条件和巨大的油气勘探潜力。但是，该构造带巴什基奇克组埋深普遍超过5 000 m，加之区内构造条件复杂，储层形成机制和控制因素尚不十分清楚，给构造带内的深部油气勘探带来了诸多困难，增大了勘探的风险性和不确定性[2-3]。为此，笔者利用该构造带内已取得的钻井、岩心录井、薄片分析等资料，结合测井和生产测试资料，研究巴什基奇克组深部储层特征及储层控制因素，并提出深部储层的发育模式，以期为下一步的勘探目标优选与油气开发提供技术支撑。

1 区域地质背景

秋里塔格构造带地理位置位于新疆维吾尔自治区阿克苏地区，区域构造位置位于库车坳陷南部，呈NEE向展布，北邻拜城凹陷、克拉苏构造带，南部与南部斜坡带和阳霞凹陷相接，东西长300 km，南北宽10～30 km（图1）。受喜山中晚期南天山强烈隆升与快速挤压推覆的影响，盆地内盐下白垩系地层形成一系列强烈变形逆冲冲断带，发育大量盐下背斜及断鼻构造[4-5]。

库车坳陷自中生代以来，受南天山造山带多期次复合隆升、陆内造山作用的影响，形成北山南盆的区域古地理格局，该地理格局控制了白垩纪沉积期沉积相带与砂体的展布。秋里塔格构造带巴什基奇克组沉积早期，南天山造山带发生了短期较强烈的构造抬升，沉积坡度变陡，发源于北部天山物源区的河流携带大量碎屑物出山口后，水体能量快速减弱，在秋里塔格地区沉积了一套扇三角洲前缘的粗粒碎屑岩，岩性主要为含砾中—粗砂岩；巴什基奇克组沉积中晚期，构造趋于稳定，坡降逐渐变小，沉积沉降中心南移，在此背景下秋里塔格地区沉积了以细砂岩为主的辫状河三角洲前缘砂体。垂向上表现为多期三角洲朵体相互叠置，平面上则表现为多个朵体侧向拼接的扇（或辫状）三角洲复合体，形成了巴什基奇克组时期厚度大且分布广泛的砂体[6-7]。

2 储层岩石学特征

2.1 储层岩电特征

秋里塔格构造带目前已钻遇地层自下而上依次为白垩系、古近系、新近系与第四系。其中，白垩系自下而上发育舒善河组、巴西改组和巴什基奇克组，油气层主要分布在下白垩统巴什基奇克组砂岩中[8]。根据地层的岩性—电性组合特征，巴什基奇克组自上而下可分为巴什基奇克组一段（K1bs1，以下简称巴一段）、巴什基奇克组二段（K1bs2，以下简称巴二段）、巴什基奇克组三段（K1bs3，以下简称巴三段）共3段，秋里塔格构造带主力储层段为巴一段与巴二段（图2）。巴一段遭受不同程度剥蚀，地层厚度相差较大。

巴一段：秋里塔格构造带白垩系顶部遭受剥蚀，残余厚度介于55～76 m，平均厚度为65.5 m。以厚层—巨厚层状褐色细粒砂岩为主，局部夹薄层泥岩。自然伽马曲线整体呈箱形，局部呈尖峰状，为较纯的泥岩夹层；高分辨率感应深、浅电阻率曲线多呈小幅度正差异，曲线形态表现为小尖峰、中等圆齿状。

图1 库车坳陷构造单元划分图

图2 中秋1井巴什基奇克组综合柱状图

巴二段：厚度介于88～201 m。岩性为厚—巨厚层状棕褐色砂岩夹中薄层泥岩、粉砂质泥岩。粒度同巴一段岩性基本相似，以细砂岩为主，但砂岩中含泥砾。薄泥岩夹层较纯，其自然伽马较巴一段泥岩自然伽马值高；高分辨率感应深、浅电阻率曲线呈小幅度正差异、下部见中幅度正差异，局部重叠，曲线形态表现为尖峰状或槽齿状。

巴三段：目前仅东秋5井钻穿该段，厚度为124 m。岩性以中—厚层状细砂岩夹薄层泥岩、粉砂质泥岩为特征。细砂岩中普遍含泥砾，泥岩层频繁发育，自然伽马曲线表现为严重齿化钟形特征；高分辨率感应深、浅电阻率曲线差异性小，曲线形态呈块齿状。

2.2 储层岩石矿物组构特征

根据秋里塔格构造带巴什基奇克组的岩心薄片观察及岩石矿物组成分析，研究区巴什基奇克组砂岩类型主要为岩屑砂岩，少量长石岩屑砂岩，粒度以细粒为主，次为中砂与粉粒。石英含量介于40%～56%，平均值为55%；长石含量介于7%～17%，平均值为9.5%，钾长石为主，含少量斜长石；岩屑含量介于22%～52%，平均值为35.4%，主要为变质岩岩屑（13%～30%），其次为沉积岩屑（3%～28%），少量岩浆岩岩屑（1%～13%）；砂岩填隙物含量介于4%～18%，平均值为9.6%，其中杂基主要为铁泥质（2%～10%），平均值为4.2%；胶结物类型以白云石、黄铁矿、石膏为主，总体含量介于2%～16%，平均值为5.6%，呈孔隙式或连晶—孔隙式胶结为主；颗粒呈点—线接触，局部呈镶嵌状，压实程度较强，砂岩碎屑颗粒分选中等，磨圆度主要为次棱—次圆。黏土矿物组分中以伊/蒙间层最高（25%～63%），平均值为48.2%；其次是伊利石（15%～40%），平均值为25.6%，高岭石含量（4%～12%）平均值为7.6%，绿泥石含量（3%～27%）平均值为11.1%，伊/蒙间层比含量（15%～25%）平均值为19.5%，部分样品中检出绿/蒙间层含量（2%～24%）平均值为16.8%。

3 储层物性特征

3.1 常规储层物性

秋里塔格构造带巴什基奇克组砂岩储层岩心样品实测孔隙度均大于9.0%，介于9.1%～20.8%，平均值为15.3%，渗透率介于0.06～1 355.00 mD，平均值为123.23 mD，孔渗相关性好，为孔隙型储层。巴一段21个岩心样品的孔隙度介于9.1%～16.2%，平均值12.3%，渗透率介于0.06～9.18 mD，平均值为1.21 mD（图3-a、b）；巴二段17个岩心样品的孔隙度介于16.9%～20.8%，平均值为19.0%，渗透率介于22.50～1355.00 mD，平均值为266.78 mD（图3-a、b）。中秋1井1352个测井解释样本的孔隙度平均值为11.8%，主峰区介于9.0%～15.0%，占93.2%，大于9.0%的占约96.8%；渗透率平均值为1.23 mD，主峰区介于0.1～10.0 mD，占99.5%（图3-c、d）。综合岩心实测与测井解释成果分析，认为巴什基奇克组储层为低孔隙度、低渗透率储层。

3.2 储集空间类型

图3 巴什基奇克组孔渗直方图

根据钻井岩心与岩屑镜下铸体薄片鉴定及测井综合分析结果，秋里塔格构造带巴什基奇克组储层储集空间可分为孔隙与裂缝两种类型。其中孔隙较发育，且以原生粒间孔、粒间溶蚀孔为主，少量粒内溶孔和微孔隙（图4），裂缝主要为构造缝和压碎缝，不同岩性段各类孔隙类型发育程度略有不同（表1）。

3.2.1 孔隙

3.2.1.1 原生孔隙

秋里塔格构造带巴什基奇克组储层埋深较大，由于强烈的压实压溶作用，现存主要为残余原生孔隙，包括压实作用下缩小的剩余粒间孔、石英次生加大后的剩余原生粒间孔与白云石胶结后的剩余原生孔（图4-a、b），总体占面孔率的60%以上。

3.2.1.2 次生孔隙

该区次生孔隙主要有粒内溶孔、粒间溶孔两大类。粒间溶孔主要指长石、岩屑颗粒边缘的溶蚀起主导作用，粒间原生充填物的溶蚀，引起原生孔隙空间的扩大，此类孔隙边缘常呈锯齿状、不规则状等（图4-b、c）；粒内溶孔主要为岩屑颗粒不均匀溶蚀形成的蜂窝状结构，这类孔隙形态极不规则（图4-d）。次生溶蚀孔隙约占面孔率的30%，是研究区重要的储集空间类型。

3.2.2 裂缝

秋里塔格构造带巴什基奇克组储层裂缝发育，主要为构造缝、压碎缝等（图4-e、f）。构造缝以北西向、北东向高角度裂缝为主，一般延伸较长且缝壁平直，半充填—未充填，裂缝密度较大（0.6～4.0条/m），裂缝极大地提高了研究区低孔、低渗储层的渗流能力。压碎缝是指脆性颗粒在埋深过程中受地层压力和构造应力作用下颗粒破碎形成的裂缝[9-10]，形态多样，且缝宽窄不等，多伴有分支，常见沿压碎缝的溶蚀现象。

图4 巴什基奇克组储集空间类型照片图

表1 秋里塔格构造带巴什基奇克组不同类型储集空间面孔率统计表

3.3 孔隙结构特征

根据秋里塔格构造带巴什基奇克组13块样品储层高压压汞分析结果，储层基质孔隙排驱压力介于0.034～1.272 MPa，平均值为0.870 MPa，排驱压力与储层孔渗无明显相关性（图5-a），与储层最大孔喉半径、平均孔喉半径呈强烈负相关关系（图5-b）；储层最大孔喉半径介于0.59～21.89 μm，平均值为9.30 μm；平均孔喉半径介于0.23～8.14 μm，平均值为2.58 μm，最大孔喉半径、平均孔喉半径与储层孔隙度呈正相关关系，与渗透率相关性较差（图5-c、d）。反映巴什基奇克组储层排驱压力较高、孔喉半径小、进汞量小、细孔喉的特点。

4 储层发育控制因素

秋里塔格构造带巴什基奇克组储层由于受南天山多物源影响，虽同为辫状河三角洲前缘相带，但岩相类型丰富，且地层经历了喜马拉雅期多幕构造运动和后期成岩作用改造，储层储集性能除受深部储层特有的埋深影响外，主要受岩相、成岩作用、构造运动等多因素的控制。

4.1 岩相是最基本决定因素

图5 巴什基奇克组储层基质物性与排驱压力、孔喉半径关系图

沉积环境控制了岩石粒度、填隙物和刚性颗粒含量，不同微相砂体的储层物性差异相对明显[11-12]。东秋8井取心段砂岩物性统计表明：秋里塔格构造带发育各类型交错层理的中—细砂岩硅质含量较高、分选磨圆好，储层孔隙度最高；含灰含泥细—粉砂岩由于胶结物含量高，孔隙度最小；发育块状及平行层理的粉砂岩孔隙度居中。同样，中秋1井巴什基奇克组不同类型岩石的测井物性分析来看，中砂岩硅质刚性颗粒含量高、分选磨圆均较好，其物性最好；细砂岩、含砾细砂岩中岩屑含量较高，分选磨圆中等—较差，物性次之；粉砂岩与泥质粉砂岩，由于泥质含量高导致抗压实能力弱，物性最差（图6）。

图6 中秋1井巴什基奇克组不同岩相孔渗直方图

4.2 成岩作用

秋里塔格构造带巴什基奇克组对储层物性影响最为显著的成岩作用主要为压实作用、胶结作用和溶蚀作用。

4.2.1 溶蚀作用是储层增孔的关键因素

白垩纪沉积期的干旱蒸发环境使得地层水呈弱酸性，在燕山期末白垩纪地层遭抬升暴露部分剥蚀后至二次深埋前（距今23 Ma）地层水介质环境总体由弱酸性转变为弱碱性[13]。抬升暴露期，碎屑组分中的长石颗粒、硅酸盐类胶结物（主要为方沸石、钠长石）及碳酸盐类胶结物遭受淡水淋滤和溶蚀作用；早埋藏期，在弱碱性地层水作用下，碎屑组分中的长石质、石英质颗粒及胶结物持续进行溶蚀作用，自生高岭石、次生石英、碳酸盐胶结物及钠长石的出现与此密切相关[14-16]。

薄片观察、扫描电镜等微观分析表明，该区明显可见多期溶蚀作用的产生。早期溶蚀发生在早成岩期，沉积物从沉积—浅埋藏的过程中，受压实作用的影响，砂岩排除同沉积期的孔隙水，导致孔隙水与长石、云母等颗粒的相互作用，使得储层孔隙中各类易溶产物随孔隙水排除，形成粒间孔，而各类硅铝酸盐矿物如长石等也不同程度地遭受溶蚀改造，形成大量粒内溶孔（图7-a）。后期溶蚀主要为白垩系晚期受构造抬升剥蚀的影响，储层岩石暴露遭受大气淡水淋滤溶蚀，造成储层胶结物不同程度的溶蚀，早期硅铝酸盐矿物颗粒粒内溶孔继续扩大溶蚀，形成大量溶蚀残余（图7-b）。

4.2.2 晚期胶结充填作用是孔隙度降低的主因

研究区胶结物主要以石膏为主，少量白云石、钠长石及各种自生黏土矿物，对储层孔隙与喉道起直接破坏作用，使孔隙度与渗透率变差。虽然胶结作用在一定程度上抑制了压实，但在后期缺乏溶蚀介质时胶结作用对储层的影响主要以破坏性为主[17]。研究区巴什基奇克组储层在抬升遭受剥蚀淋滤溶蚀改造后，进入快速沉积埋藏期，古近系高含硫酸钙的沉积水的向下渗流是区内硬石膏的主要来源，充填了早期粒间孔或粒间溶孔（图7-c），此外强烈的斜长石溶蚀造成大量的方解石胶结物和钠长石胶结物堵塞溶蚀孔隙，导致储层孔隙度大幅度下降，反映了胶结作用是储层减孔的主要因素。

4.3 晚期构造挤压造缝是改善储层储集性能的关键

深层储层主要受地球动力作用、热力学及深部热流体场的影响，岩性较致密、物性较差，但是，每期大规模构造运动均会产生相应裂缝，因此，每一次大规模的油气运移均发生在主要构造运动之后[18-19]。秋里塔格构造带位于库车前陆冲断带，受晚期喜马拉雅运动强烈的挤压，虽使该区储层遭受一定的挤压减孔，但也导致区内断层和储层裂缝较发育（图4-e、f），特别是晚期构造破裂作用形成的裂缝基本未充填，裂缝沟通孔隙形成了有效的油气运移、储集通道。根据中秋1井测试结果，储层在埋深超过6 000 m还能获取高产油气流，表明在强压实致密岩石的背景下产生了大量裂缝，裂缝的产生极大地提高了储层的渗流能力，有效沟通了孔隙空间[20-21]。因此，构造挤压产生的破裂效应整体上改善了储层的渗滤通道，储层渗透率显著提高。综上表明，构造运动是改善储层渗流能力的主要原因。

4.4 巨厚膏盐层对深部储层孔隙的保护

图7 巴什基奇克组溶蚀增孔与胶结减孔特征照片图

秋里塔格构造带形成优质储层的另一控制因素是上覆古近系巨厚膏盐层。该区白垩系上覆古近系发育有近千米的巨厚膏盐层，其流动性可作为良好的“盖浇”披覆式盖层，同时膏盐层具有密度高且稳定、热导率高的特点，其盐下滑脱易形成异常高压且伴随裂缝的产生[22]。因此该区巨厚膏盐层保护了其下部的白垩系储层的孔隙。据统计，在埋深相当的情况下膏盐层厚度每增加300 m，其下伏储层孔隙度增加量约1%[23]。此外，膏盐岩在埋深过程中易产生石膏转化为硬石膏的胶水作用，期间会伴随大量溶蚀作用的产生。因此，秋里塔格构造带储层埋深超过5 000 m还存在规模有效储层，与上覆巨厚膏盐层、膏泥岩层有直接关系。