川西北地区双鱼石区块二叠系栖霞组气藏储层特征及高产模式

2020-01-02李荣容王旭丽尹孙志昀

天然气勘探与开发 2019年4期

李荣容杨迅张亚曾琪王旭丽尹宏胡欣谢忱孙志昀

1. 中国石油西南油气田分公司川西北气矿 2.中国石油西南油气田分公司勘探开发研究院

0 引言

双鱼石区块位于四川省广元市剑阁县境内，构造位置处于龙门山北段前缘隐伏带。自2014年ST1井在中二叠统栖霞组获得历史性勘探突破以来，陆续实施勘探井10口，开发井4口，提交控制储量811.30 108m3，2019年11月21日，SYX131井栖霞组测试获得天然气123.97 104m3/d，创造了该区栖霞组钻获首口百万立方米级气井的历史纪录。

目前，该气藏处于试采阶段，随着勘探和研究的持续深入，栖霞组的勘探实践资料愈丰富，该区白云岩储层的研究也逐渐成为国内油气地质学领域的热点。然而在开发过程中发现区内存在一系列影响产能的不确定性问题：①有关控储因素和白云岩储层形成机理方面的认识仍然存在较大争议[1-3]；②井间产能差异大，单井测试产量介于3.25 104～87.61 104m3/d，其平面分布及与构造的关系尚未找到统计学规律。要实现后续井高产，首先需要明确双鱼石地区栖霞组气藏高产主控因素。笔者主要在岩心和薄片的观察基础上，通过对测井资料的深入分析，总结归纳了影响单井产能的控制因素。

1 区域背景

1.1 地质背景

双鱼石地区位于四川盆地川西北部龙门山断褶带与川北古中拗陷低缓带的过渡区，受龙门山推覆作用的影响，区内发育多个北东南西向断背斜及断鼻构造，由西至东可划分为6个构造高带，栖霞组顶界发育圈闭24个，累计圈闭面积235 km2。区内地腹断层主要断开二、三叠系，向上大多消失于嘉陵江组内；向下消失于古生界志留系或寒武系之中，断距以二叠系最大（图1）。

区内中二叠统包括梁山组、栖霞组、茅口组，为一套海侵背景下的碳酸盐岩沉积[4-5]。栖霞组分布稳定，埋深7 000～8 000 m，平均厚度120 m，纵向上分为2个岩性段，栖一段主要是开阔台地相的一套低能沉积，以深灰色中—薄层含生物泥晶石灰岩为主，平均厚度58 m；栖二段主要是台缘滩相的一套高能沉积，以浅灰色厚块状亮晶生物石灰岩和白云岩为主，顶部常见“豹斑”白云质石灰岩，平均厚度64 m。

1.2 钻探简况

区内已完成测试井10口，其中9口获工业气流，单井测试产量3.25～87.61 104m3/d，累计测试产量397.89 104m3/d，平均测试产量44.21 104m3/d。已获气井在局部圈闭与局部圈闭外均有分布，但测试产量差异较大。

基于已获气井与构造位置分析，钻探在圈闭内的井共6口，平均测试产量55.65 104m3/d，在圈闭外的井共4口，平均测试产量21.31 104m3/d。钻探在圈闭内构造高点附近，应力相对集中，裂缝较发育，因此，在构造高点附近的气井往往能获得高产。钻探在圈闭外的井，产能差异较大，说明构造位置对单井产量有一定影响，但主要因素仍与储层发育情况相关（表1）。

图1 四川盆地双鱼石区块构造图

表1 双鱼石栖霞组不同构造位置与测试产量关系统计表

2 储集层基本特征

2.1 岩性特征

根据双鱼石地区7口取心井共计182 m岩心资料以及岩屑薄片分析结果（图2）表明，研究区栖霞组主要储集岩类有白云岩和石灰岩2大类型。其中，白云岩分为孔隙型白云岩、溶洞型白云岩和“豹斑”白云岩3类，孔隙型白云岩再细分为针孔颗粒白云岩和疏松白云化充填物，溶洞型白云岩亦细分为溶洞颗粒白云岩和角砾白云岩；石灰岩类则多为溶洞石灰岩（图2、表2）。

2.2 储集空间

区内栖霞组主要储集空间类型有孔、洞、缝3种类型。其中，“孔”有残余粒间孔、生物体腔孔、晶间（溶）孔（图3）；“洞”则主要为溶蚀洞穴；“缝”则有溶蚀缝、构造缝、压溶缝3种类型（表3）。

图2 双鱼石区块栖霞组储集岩岩心特征对比图

1）残余粒间孔主要发育在针孔颗粒白云岩和溶洞颗粒白云岩中，在岩心上呈“针孔”状，镜下则发育于颗粒幻影之间

2）晶间（溶）孔为白云石晶粒间相互支撑形成的孔隙，常呈三角形或多边形，在疏松云化充填物、角砾白云岩、豹斑白云岩中均有发育。疏松云化充填物和角砾白云岩中的晶间（溶）孔均发育在岩溶系统中充填的疏松碳酸盐岩砂云化物之间，这些晶间（溶）孔相对粗大，直径0.1～0.5 mm。而豹斑白云岩中的晶间（溶）孔却非常细小，扫描电镜下其孔径介于0.01～0.05 mm。

表2 双鱼石区块栖霞组储集岩类及储集性能简表

图3 ST8井岩心薄片镜下储集空间展示图

3）溶蚀洞穴主要发育在溶洞颗粒白云岩、角砾白云岩和溶洞石灰岩之中。溶洞颗粒白云岩中溶蚀洞穴形成于残余粒间孔的扩溶，有圆状、椭球状和不规则囊状—串珠状等形状；角砾白云岩的溶蚀洞穴主要发育在角砾内部，以及角砾所处的岩溶洞穴中充填物的溶蚀孔。

表3 双鱼石区块栖霞组储集空间类型简表

4）区内裂缝类型有构造缝、压溶缝和扩溶缝。裂缝虽有一定的储集作用，但该区裂缝主要起改善储层渗透性的作用。

2.3 物性特征

栖霞组储层非均质性强，整体具有低孔隙、中—低渗透率，但同时存在中孔中高渗透率储层。据全直径样物性统计结果，孔隙度介于2.05%～13.38%，平均为4.0%，主要集中在2%～4% ；渗透率介于0.003～27.200 mD，平均2.260 mD，主要集中在0.010～10.000 mD。岩心小柱塞样物性统计结果，孔隙度介于2%～16.51%，平均为3%，主要集中在2%～4% ；渗透率介于0.001～784.000 mD，平均2.260 mD，主要集中在0.010～10.000 mD（图4）。

2.4 有利储层类型

研究区栖霞组储集层物性良好。储层主要分布于栖二段，以白云岩为主，储层段内孔、洞、缝等储集空间类型均有发育，总体上为低孔低渗，局部存在高孔中渗层段。结合物性分析资料，根据白云岩储层的岩类学特征和不同岩类的储集空间组合，将双鱼石栖霞组有利储层类型划分为孔洞型储层和溶洞型储层。

2.4.1 孔洞型储层

图4 双鱼石区块栖霞组岩心主要物性特征对比图

该类型储层的储集岩类为针孔颗粒白云岩和疏松云化充填物。针孔颗粒白云岩指岩心上可见大量“针孔状”孔隙的残余颗粒白云岩，镜下可见“针孔”主要为残余颗粒白云岩的残余粒间孔，且颗粒多为生屑，强烈云化后局部仍可见其幻影。疏松云化充填物指岩溶系统中充填的疏松碳酸盐岩进一步白云石化后形成的产物，其原生孔隙因白云石化作用增强了抗压实压溶溶能力而大量保存。岩心上，早成岩期岩溶形成的岩溶系统呈肠状、洞状，为“针孔”大量发育的黑色疏松云化颗粒充填。镜下可见疏松云化颗粒间为晶间（溶）孔。物性统计表明，孔洞型储层平均孔隙度介于2.95%～4.39%，平均渗透率介于1.970～8.131 mD。

2.4.2 溶洞型储层

该类型储集岩类以角砾白云岩和溶洞颗粒白云岩为主，普遍遭受了更强的岩溶改造。溶洞颗粒白云岩是以溶蚀孔洞大量发育为特征的残余颗粒白云岩。溶蚀孔洞以圆状、椭球状及不规则囊状为主。其中，圆状和椭球状溶蚀孔洞直径多介于2～4 mm；圆状和椭球状孔洞进一步扩溶可形成不规则囊状溶洞，尤其是在裂缝的连通下形成串珠状分布的囊状溶洞。囊状溶洞大小不一，直径介于4 mm～1 cm。角砾白云岩为早成岩溶作用中溶洞垮塌或近地表角砾化而成。岩心上可见大小不一、分选较差、圆状—棱角状的角砾混杂堆积，角砾间为云化碳酸盐岩砂和鞍状白云石胶结物充填。物性统计表明，溶洞型储层平均孔隙度为2.76%～3.70%，平均渗透率为1.160～2.231 mD。

2.5 储层白云石化类型及成因

栖一段时期沉积环境从水动力条件较弱、泥质含量较高的深水开阔台地逐渐转变为海水循环良好、盐度正常、生物繁盛的较浅水开阔台地，栖二段时期亚环境则改变为水体能量强、海水通畅的台地边缘沉积，并发育大量颗粒滩[6-7]。通过对双鱼石地区镜下薄片详细分析，部分白云岩具幻影结构，并且栖霞组有利储层厚度与其颗粒滩厚度呈明显正相关，为此，采用原岩恢复技术识别了白云岩的原始沉积结构显示，证实栖霞组白云岩的原岩以（生屑）颗粒石灰岩为主（图5）。双鱼石地区处于古地貌高带，栖霞区沉积时期为台地边缘环境，水体能量较强，沉积了一套孔渗性较好的颗粒滩。随着海平面下降滩体暴露在大气下，接受大气淡水溶蚀和白云化作用，为后期储层的改造和演化提供了物质基础。双鱼石地区栖霞组岩心储层段见大量的溶蚀孔洞，且多顺层分布，表明受岩溶作用改造显著。研究表明[8-18]，白云化作用不仅在石灰岩中交代产生了孔隙，并且为地层提供了较石灰岩更抗压的岩石骨架，使得孔洞系统在埋藏过程中最大限度地保存下来，为之后的埋藏岩溶流体和油气运移提供了空间和通道。白云岩化作用决定了下二叠统栖霞组白云岩储层的品质。

图5 双鱼石区块栖霞组白云岩原岩恢复特征对比图

3 高产模式分析

3.1 储层对单井产量的影响

利用岩心以及全井段岩屑薄片统计单井不同类型储层厚度，与孔隙度、测试产量对比分析结果（表4）表明：孔洞型储层发育程度是单井产量高低的主控因素。若单井的孔洞型储层段厚度较薄，即使整体储层厚度大、孔隙度高，测试产量均低于厚层孔洞型储层发育井。如ST12井测井解释储层厚度22.2 m，其孔洞段仅有4.17 m，孔隙度3.6%，测试产量仅22.11 104m3/d，而ST8井以孔洞型储层为主，测井解释厚度为18.7 m，孔隙度3.3%，测试产量却达60.39 104m3/d。虽然ST10井钻遇局部封存水体，导致测试产量不高，但产大水也从侧面反应孔洞型储层厚度是影响单井产量的重要因素。

3.2 高产井测井模式

在明确栖霞组储集层为白云岩储层的基础上，孔洞型储层和溶洞型储层是栖霞组气藏产能的主要贡献者，为准确识别这2类储层，结合储层基本地质特征，总结提炼了高产井测井响应特征模式（图6）。

白云岩储层在常规测井曲线上表现为“两低三高”的特点，即低自然伽马、低电阻率、相对较高的声波时差及高中子、密度相对围岩增大[19]。对于双鱼石地区栖霞组白云岩这类由颗粒灰岩交代的产物来说，由于沉积时水动力强，导致沉积的颗粒相对较粗，加上水体的冲刷，细粒的黏土物质偏少，吸附放射性物质较少，自然伽马曲线就表现为低值，一般在15 API以下。当储层发育时深、浅双侧向电阻率降低，且与三孔隙度曲线有较好的相关性。低角度缝和溶洞使电阻率降低的幅度较大，其双侧向曲线形状呈尖刺状。

按照两类储层孔洞发育程度分级，建立声波与中子交汇，确定声波及中子的储层参数。其中孔洞型储层的常规测井曲线表现为低伽马，明显较高电阻率背景下的低电阻率，深浅侧向呈“正差异”，具有相对较高的声波测井值（47.1～48.8 μs/ft）、较高的中子值（3.39%～5.41%）和较高的密度值（2.75～2.83 g/cm3）；而溶洞型储层常规测井曲线上同样为低伽马，低电阻率，深浅侧向“正差异”，但却具有更高的声波测井值（49.3～50.7 μs/ft）、更高的中子值（5.40%～6.47%）和较低的密度值（2.71～2.77 g/cm3）。

表4 双鱼石栖霞组不同储层与测试产量关系统计表

图6 双鱼石区块栖霞组不同储层类型测井响应对比图

不同类型储层在成像测井上体现出更直观的差异[20]，并且可以根据此类模式，在取心资料有限的情况下，对于没有取心的井则根据建立的测井模式进行系统解释。孔洞型储层成像测井上总体为亮色，能呈现十分明显的斑状，动态图像上则更加清晰，整体表现为较多暗色斑点；溶洞型储层由于砾石相较于砾间填隙物电阻率更高，砾石分选性和磨圆度差，呈不定向排列，电成像测井表现为暗色、亮色的斑块混杂特征，而溶洞的电阻率较低，静态图像上为暗色，在动态图像上表现为亮块模式，因此此类储层整体表现为暗、亮斑状混杂的特征。

非储层段岩性较为致密，致使测井电阻率很高，成像测井静态图像上表现为亮块状，同时由于两者的电阻率大致相同，成像上不会产生差异化图像，故图面显得十分干净，因此非储层段在成像测井上表现为均一亮块。