四川盆地西部雷口坡组第四段储层非均质性

2020-10-14康保平钟玉梅刘昊年

天然气勘探与开发 2020年3期

康保平钟玉梅刘昊年宋进

中国石化西南油气分公司勘探开发研究院

0 引言

四川盆地西部是中国石化西南油气分公司（以下简称分公司）油气勘探开发的主要区块，该区建立了新场等中浅层气田，也是分公司开发的主战场。相对于陆相勘探开发，该区的海相勘探起步较晚。从2006年开始，分公司在川西海相地区开展了以“四川盆地西部石油地质综合研究与选区评价”为代表的一系列研究，取得了一些认识：四川盆地西部雷四3亚段发育上下两套储层，弄清了储层分布情况，研究了上下储层基本特征及控制因素。由于钻井比较少，受限于岩心实验分析资料，对四川盆地西部雷口坡组四段储层非均质性未曾涉及。随着近年来海相勘探的持续推进，部署在龙门山构造带的海相A1井、B1井和C1井先后在雷四段获得高产工业气流，展示了四川盆地西部雷口坡组巨大的油气勘探开发潜力[1]。之后部署的B2、B3井等海相井未获得理想的钻探成果，储层表现出很强的非均质性[2]，严重制约着分公司海相气井规模建产。为此，以A1井、B1井、C1井等井实验分析数据为基础，应用石油地质、成藏演化等专业知识，分析四川盆地西部雷四段储层的非均质性，为该区海相气田规模建产提供技术支撑。

1 概况

四川盆地西部坳陷北接西秦岭褶皱带，西以龙门山断裂带为界，南接峨眉、瓦山断块，东与川中隆起平缓相接。根据沉积和构造变形特征[3]，四川盆地西部坳陷中段分为6个构造区带，即成都凹陷、梓潼凹陷2个凹陷，龙门山前构造带、新场构造带、龙泉山构造带和中江斜坡带4个构造带（图1）。

图1 四川盆地西部坳陷构造单元划分图

在雷四段获得高产工业气流的A1井、B1井和C1井及未获得理想钻探的B2、B3井等海相井均分布于龙门山前构造带，龙泉山构造带和中江斜坡带在海相地层未获得油气成果。根据勘探成果，龙门山前构造带是川西雷口坡组天然气勘探最有利的区带之一，也是分公司“十三五”海相油气勘探的主力阵地，因此，本次研究区域为龙门山前构造带和新场构造带。

2 雷四段储层储集非均质性

截至目前，四川盆地西部雷四段获高产海相井，产层段均为雷口坡组四段上亚段下储层段，因此，以下描述的雷四段储层均指雷四段上亚段下储层（图2）。

2.1 不同储层岩性组成

根据分公司四川盆地西部雷四段储层类型分类标准（表1），统计了A1井、B1井及C1井等6口井不同类型储层646个样品。

统计结果表明，Ⅰ类、Ⅱ类储层组成岩性主要为白云岩[4]，Ⅲ类储层组成的岩性有白云岩和石灰岩。构成Ⅰ—Ⅲ类储层的白云岩均有粉晶白云岩、亮晶白云岩、泥晶白云岩和微晶白云岩（表2），但各类白云岩在Ⅰ—Ⅲ类储层中所占比率各不相同（图3）。Ⅰ类储层粉晶白云岩含量最高，其次为泥晶白云岩，亮晶白云岩等；Ⅱ类储层泥晶白云岩含量最高，其次为粉晶白云岩，微晶白云岩等；Ⅲ类储层泥晶白云岩含量最高，其次为亮晶白云岩、粉晶白云岩等[2]。总体上，从Ⅰ类储层到Ⅲ类储层白云岩泥质含量越来越高，颗粒越来越细，说明形成Ⅰ类储层的水动力强于Ⅱ类、Ⅲ类储层。Ⅰ—Ⅲ类储层形成的环境水动力逐渐变弱，水体逐渐加深。

单从组成Ⅰ—Ⅲ类储层岩性组成分析，白云岩颗粒越粗，泥晶含量越小，越有利于形成好的储层。但从组成Ⅰ—Ⅲ类储层的白云岩类型分析，其种类基本一致。因此，有必要详细分析组成I—Ⅲ类储层各类白云岩的储集空间特征。

2.2 储集空间类型

统计以上各井雷四段下储层储集空间，储集空间主要有孔隙和裂缝[4-5]，种类多样，类型丰富；孔隙所占比率为70.74%，裂缝所占比率为29.26%；孔隙中，不规则溶孔所占比率39.31%，其次为晶间溶孔[6]，比率为19.98%，晶间孔比率11.45%；裂缝中，溶蚀缝所占比率最高，为14.58%，成岩缝、构造缝等比率均比较低（图4）。

总体上，雷四段下储层储集空间以孔隙为主，主要有不规则溶孔、晶间溶孔[7]、晶间孔；裂缝在整个雷四段下储层储集空间类型中所占比率不大，主要有溶蚀缝和成岩缝[8]。这说明孔隙是影响雷四段下储层类型的主要因素，而溶蚀作用和成岩作用扮演着重要角色。

图2 四川盆地西部雷四段层序地层柱状图

表1 四川盆地西部雷四段储层类型分类标准（中国石化西南油气分公司，2016）

表2 四川盆地西部雷四段不同类型储层岩性统计表（按所占比率顺序）

图3 四川盆地西部雷四段Ⅰ—Ⅲ类储层岩性组成图

图4 四川盆地西部雷四段下储层储集空间类型图

为此，分别统计Ⅰ—Ⅲ类储层储集空间发育情况，结果表明：Ⅰ—Ⅲ类储层溶孔普遍发育，晶间孔Ⅰ类储层最为发育，Ⅰ—Ⅱ类储层溶蚀缝和成岩缝发育；Ⅲ类储层则发育溶蚀缝和构造缝（图5）。由此可见，Ⅰ—Ⅱ类储层主要受溶蚀作用和成岩作用的影响，而Ⅲ类储层受溶蚀作用和构造作用影响。这与石灰岩只能形成裂缝型储层相吻合（表1）。

分析Ⅰ—Ⅲ类储层岩性特征及储集空间类型可知，构成Ⅰ—Ⅲ类储层的岩性大体相同，但各岩性所占比率不同，造成了Ⅰ—Ⅲ类储层储集空间类型不同；而储集空间类型不同是由于Ⅰ—Ⅲ类储层所受溶蚀作用、成岩作用和构造作用差异造成的。

2.3 孔喉结构特征

图5 四川盆地西部雷四段Ⅰ—Ⅲ类储层储集空间图

四川盆地西部雷四段下储层压汞曲线表明Ⅰ类储层进汞压力最小，进汞饱和度最大，储集空间主要为孔隙，孔喉结构简单，非均质性不强；Ⅱ类储层进汞压力增大，进汞饱和度变小，储集空间有孔隙及裂缝，孔喉结构比较复杂，非均质性增强；Ⅲ类储层进汞压力最大，进汞饱和度最小，储集空间为孔隙和裂缝，孔喉结构复杂，非均质性强[9]（图6）。

为此，总结四川盆地西部雷四段下储层Ⅰ—Ⅲ类储层孔隙结构特征：Ⅰ—Ⅲ类储层储集空间逐渐复杂，进汞压力逐渐增高，进汞饱和度逐渐降低，孔喉组合逐渐变细，分选性越来越差，分布越来越不均匀（表3）。

在分析了储层岩性、储集空间及孔喉结构的基础上，结合实钻资料，分析造成产量差异或者失利的真正原因。对比获产井A1井、B1井、C1井及失利井B2井，其中A1井、B1井、C1井测试产量分别为60.32×104m3/d、121.05×104m3/d和48.5×104m3/d，分析发现，A1井、B1井、C1井产层储层均为Ⅰ、Ⅱ类储层，而失利井B2井储层类型为Ⅲ类储层或者含气层（图7）。由此可知，不同的储层类型造成了各井产气差异大，储层类型是决定产气的主要因素，Ⅰ、Ⅱ类储层能获得理想的产量。通过之前储集空间分析可知，Ⅰ、Ⅱ类储层受溶蚀作用和成岩作用的影响，Ⅲ类储层受溶蚀作用和构造作用的影响。因此，溶蚀作用和成岩作用对储层形成起着关键作用[9]，也是造成储层非均质性强的主要原因。

3 成岩作用非均质性

图6 四川盆地西部雷口坡组四段Ⅰ—Ⅲ类储层压汞曲线图

表3 四川盆地西部雷四段下储层Ⅰ—Ⅲ类储层孔隙结构特征表

图7 四川盆地西部雷四段获产井与非获产井测试段对比图

对于成岩作用的分析，利用四川盆地西部雷四段下储层薄片资料（表4）。结果表明，石灰岩类白云石化弱—中，白云石化作用不强，白云岩类白云石化普遍强。由于形成四川盆地西部雷四段下储层的主要岩性为各类白云岩，因此，白云石化作用是四川盆地西部雷四段下储层的主要成岩作用。溶蚀作用在石灰岩类和白云岩类均普遍发育。综上所述，白云石化、溶蚀作用是影响四川盆地西部雷四段下储层的关键因素[10]。下面对白云石化、溶蚀作用进行深入的分析。

3.1 白云石化

通常情况下，碳酸盐岩中碳、氧同位素示踪古海洋（湖泊）、古气候、古地理特征及演化。白云石有序度则是从白云石分子结构入手，通过X-射线衍射分析，探讨在不同的成岩作用和不同的白云石化模式中白云石分子结构上发生的变化。有序度介于0～1之间，有序度的高低反映不同的沉积环境。一般情况下，在高盐度环境快速结晶的白云石其有序度低；在盐度较低环境缓慢结晶的白云石其有序度高。已有研究认为（曾理等），白云石化成因模式主要有蒸发模式、渗透—回流模式、混合水模式、海水模式、埋藏模式及热液成因模式[11]。

孟万斌根据白云石有序度、碳氧同位素、锶同位素及稀土元素等研究了川北元坝地区白云石化作用模式，即，准同生期蒸发泵白云石化作用模式、准同生期渗透—回流白云石化作用模式、成岩早期浅埋藏状态下的地层水白云石化作用模式和成岩晚期热液白云石化作用模式[11-12]。蒸发白云石化模式白云石有序度最低，其次为渗透—回流白云化模式，埋藏白云石化模式形成的白云石和鞍状白云石的有序度δ值较高。这对利用白云石有序度、碳氧同位素等手段确定白云石化作用模式提供了便利。

表4 四川盆地西部雷四段下储层各类岩性成岩作用表

四川盆地西部雷四段白云石有序度总体较低，δ值为0.44～0.73，其碳氧同位素主要分布于2个集中区域（图8）。结合四川盆地西部雷四段沉积环境研究及前人白云石化成因模式认识，综合判定四川盆地西部雷四段白云石化为蒸发泻湖环境中的蒸发泵作用—准同生白云石化作用（蓝色圈区域）和渗透—回流白云石化作用（图红色圈区域），即；准同生白云石化和浅埋藏(渗透—回流)白云石化。蒸发泵作用—准同生白云石化作用其白云石有序度δ值为0.44～0.56；渗透—回流白云石化作用其白云石有序度δ值为0.62～0.73（图8）。

图8 四川盆地西部雷四段碳氧同位素特征图及对应白云石有序度分布图

3.1.1 准同生白云石化

四川盆地中三叠统雷口坡组为一套较浅水的碳酸盐岩台地相沉积体系，主要发育局限台地、蒸发台地、台地边缘和开阔台地等[13]，雷四段为潮坪相沉积，主要发育潮间带和潮下带亚相[14]。随着海平面不断降低，蒸发台地中的滩体不断生长并部分出露海面[15]，形成潮坪环境。海水通过毛细管作用向潮坪沉积物渗透运动，蒸发浓缩发生白云石化作用，形成准同生泥—微晶白云岩[16]（图9）。

准同生白云石化形成的泥—微晶白云岩，其晶体以非平直晶面、它形晶为主，晶面混浊，晶缘港湾紧密相嵌接触；阴极射线下，发光较暗；锶同位素检测结果，87Sr/86Sr=0.708 25；白云石有序度比较低；电子探针微量元素分析无铁无锰或低铁低锰的特征。

图9 准同生白云石化、渗透回流白云石化机理示意图

3.1.2 浅埋藏（渗透回流）白云石化

四川盆地西部雷四段沉积期为局限台地沉积环境，沉积水体浅且海平面变化相对频繁，白云石化流体主要为同时期海水[17]。由于受环境所限，蒸发作用强烈，水体盐度增高、相对密度增大，水体在重力作用下向下运动，渗透进入到潮坪沉积物的下部，发生浅埋藏(渗透—回流)白云石化[12]（图9），形成了横向展布稳定的大厚度白云岩[17-18]。由于成岩介质盐度较高，白云石化速度较快，形成粉—细晶白云石，以平直晶面自形晶的菱面体为主，表面粗糙，常具亮边雾心之特征，晶形不好，表面较脏。白云石有序度较准同生期白云石化高；阴极射线下，晶体中心(雾心部分)发光相对较暗，晶体边部(亮边部份)发橘红色光；探针微量元素分析，雾心部分Fe2+含量略高于核部，Mn2+含量显著低于核部。这些特征表明白云石化发生于浅埋藏(渗滤回流)成岩环境的早成岩阶段，亮边与白云石的共轴生长（胶结）有关。

3.2 溶蚀作用

3.2.1 表生溶蚀作用

印支运动早期，四川盆地西部整体抬升[1,6-7]，雷四上亚段进入表生成岩环境，岩石暴露地表遭受风化剥蚀、形成不整合界面[1,19]，在强烈的大气水作用下，岩石发生表生溶蚀。

表生溶蚀作用使得晶粒结构白云岩的晶间孔、晶缘缝被溶蚀形成扩大的晶间孔与不规则溶孔；孔、缝不发育的白云岩则发生白云石表面溶蚀，使致密的泥晶白云岩经强烈的溶蚀作用改造成岩溶角砾白云岩，也使得颗粒结构碳酸盐岩的颗粒或骨架及其间的填隙物发生非选择性溶蚀，形成粒间溶孔、粒间溶蚀扩大孔、体腔充填物溶孔，在构造应力释放造成的裂缝基础上发生溶蚀，形成溶蚀扩大缝。总之，表生溶蚀作用在一定程度上增加了岩石的面孔率和面缝率，对川西雷四段孔隙起到了加强和巩固的作用[2]，也为后续埋藏溶蚀作用提供了流体进出的通道和接纳反应生成物沉淀的空间。

3.2.2 再埋藏溶蚀作用

四川盆地西部雷四段在表生成岩阶段后便进入了漫长的再埋藏成岩阶段[3]。印支期，地层有机酸沿着表生溶蚀和构造运动产生的孔缝运移，对岩石进一步溶蚀，发生埋藏溶蚀作用[6,20]。埋藏溶蚀作用主要表现为粒屑颗粒被溶蚀，各种储集岩中的早期（准同生期—埋藏溶蚀前）充填物被溶蚀，呈非选择性溶蚀，这样产生了大量的次生溶蚀孔缝[7]，这些孔缝大多保存至进气期，是储集岩中最为有效的孔缝类型。

4 有利区探讨

四川盆地西部雷口坡组为局限台地相沉积环境[6]，主要发育潮间带和潮下带亚相，横向上分布较为稳定[14]。在沉积和成岩过程中，雷口坡组四段下储层发生准同生—浅埋白云石化作用并形成大规模的白云岩[17]。印支早期运动使得四川盆地整体抬升[7]，海平面下降、地表水的脱离、地层有机酸的进入，使得雷四段发生表生溶蚀作用[6-7]。之后四川盆地西部雷口坡组进入了埋藏成岩阶段，地层有机酸沿着表生溶蚀和构造运动产生孔、缝运移，产生大量的次生溶蚀孔缝，形成有效的孔隙[10]。随着继续埋深，雷四段部分地层受到一定程度的深部热液的控制，热液对岩性进行蚀变与改造，进入了深埋藏溶蚀期[21]。深埋藏溶蚀期可发生热液白云石化模式并形成油气的有利储集体[22-23]；主要表现为晚期形成的粗晶胶结物在深埋藏条件下被溶蚀形成孔隙，封闭的地质流体环境能保持储集空间[24]。

由于四川盆地构造具有继承性[25]，准同生—浅埋白云石化作用、表生溶蚀作用均易在构造高部位发生，而深层埋藏溶蚀作用可为深层油气向上运移提供良好的输导条件[21]，有利于油气的聚集。因此，分析实钻资料及构造区带，龙门山前及四川盆地西部斜坡带相对高部位是油气聚集的有利区域，也是四川盆地西部雷四段勘探的有利区带及下一步继续勘探的方向（图10）。