川东地区台洼边缘二叠系生物礁滩储层特征及控制因素

2020-12-03蒋裕强刁志龙徐昌海谷一凡易娟子

特种油气藏 2020年5期

蒋裕强，刁志龙，徐昌海，冯亮，谷一凡，易娟子

(1.西南石油大学，四川成都 610500；2.中国石油非常规油气重点实验室非常规储层评价实验室，四川成都 610500；3.中国石油西南油气田分公司，四川成都 610051)

0 引言

由抗浪造架和底栖生物构成的生物礁滩，以其极高的原生孔洞发育程度和较好的抗压实能力而成为世界范围内不同地质时期油气勘探的重点关注目标[1]。中国川东地区二叠系长兴组为海相碳酸盐岩油气藏，是中国生物礁滩气藏勘探开发的典型代表[2-3]。截至目前，已相继在建南、黄龙场、七里北、元坝等环开江-梁平海槽台缘带取得重要发现，探明天然气地质储量超过6×1010m3[4]。相比之下，开江-梁平海槽以西的台地内部地区，其生物礁滩分布面积不亚于开江-梁平海槽，可达10 000 km2，二维地震成果表明，仅武胜—石柱地区生物礁异常体面积达468 km2，实钻井测试成果显著，展现出巨大的勘探潜力[5]。然而，由于勘探程度较低，加之沉积演化规律、储层特征及控制因素等方面的研究匮乏，严重制约了台地内部礁滩气藏的未来勘探部署。在对台内地区沉积格局及沉积演化进行系统性研究的基础上[5]，通过岩心观察、镜下薄片鉴定、物性分析等手段，研究川东地区二叠系长兴组生物礁滩储层特征，探讨其控制因素，对进一步拓展四川盆地生物礁滩气藏勘探领域具有积极作用。

1 区域地质概况

研究区地理位置位于四川盆地东部大竹和涪陵之间，晚二叠纪末期，属于开江-梁平海槽以西地区。区内长兴组、大隆组与上覆飞仙关组和下伏龙潭组整合接触。结合前人研究成果[4-5]认为，受二叠纪末期峨嵋“地裂运动”影响，区内长兴组沉积早期发育碳酸盐缓坡，而中—晚期则发育碳酸盐台地的沉积模式，可细分为台内洼地、台洼边缘、台坪与台地边缘4类沉积亚相类型[5]，台洼边缘作为沉积环境高能带，适宜生物礁滩沉积，从而形成沿台洼边缘带呈带状不连续的礁滩有利微相，是油气勘探的有利目标(图1)。

图1 研究区长兴组中—晚期沉积相平面分布及地层柱状示意图(据文献[5]修改)Fig.1 Plane distribution of sedimentary facies and columnar schematic diagram of strata in the middle-late deposit period of Changxing Formation in the study area (Modified from reference [5])

2 储层基本特征

2.1 储集岩与储集空间类型

岩心描述、薄片观察、测井储层解释结果表明，研究区台洼边缘长兴组储层主要发育于长兴组中上部的生屑云岩、生物礁云岩中(图2)，具有厚度薄、孔洞发育、物性好、气显示极为丰富的特点。生屑云岩在岩心上孔洞极发育(图2a)，面孔(洞)率约为10%，镜下鉴定表明其由粉-细晶白云石构成(图2b)，原岩为泥晶生屑灰岩或亮晶生屑灰岩，由于强烈的白云石化改造，仅保留有生物碎屑的残余结构；白云石晶体大小为80～150 μm，普遍具有雾心亮边结构，生屑类型以棘皮类为主，生屑含量普遍大于60%(图2b)。镜下鉴定表明，生屑云岩孔隙类型为晶间孔、晶间溶孔(图2b)和非组构选择性溶孔(洞)(图2c)，孔隙间普遍充填沥青。生物礁云岩在岩心上缝洞极发育(图2d)，面孔(洞)率约为15%～20%(图2e)，镜下鉴定表明其同样由粉-细晶白云石构成，即生物礁灰岩被白云石化作用改造后形成的储集岩，造礁生物以纤维海绵为主。该类型储集岩孔隙类型主要为生物格架孔(图2f)、非组构选择性溶孔(洞)(图2d)。

图2 研究区长兴组生物礁滩储层岩性特征Fig.2 Lithologic characteristics of reef beach reservoir in Changxing Formation in the study area

2.2 物性特征

为了研究川东地区长兴组碳酸盐岩储层的孔隙度和渗透率分布特征，对研究区包括张21、张23、卧102、板东4井等在内的8口取心井210个储层段岩心样品孔渗数据进行了分析。区内长兴组储层孔隙度为2.0%～23.9%，主要集中在2.0%～4.0%(占比39%)，平均为4.8%。根据碳酸盐岩气藏勘探开发行业标准[6]，气藏孔隙度属低孔—中孔储层。渗透率变化范围较大，0.001～0.010 mD的样品数占样品总数的32%，0.010～0.100 mD的样品仅占2%，0.100～1.000 mD的样品占27%，1.000～10.000 mD的样品占28%，大于10.000 mD的样品占11%(表1)。孔隙度、渗透率分析结果表明，研究区长兴组储层整体表现为低孔—中孔、低渗特征。其中，生物礁云岩因少量裂缝参与渗流而表现为低孔、中渗的岩样分布特征；生屑云岩与生物礁云岩相比而言，生屑云岩则缺少微裂缝沟通，孔隙度和渗透率呈明显的线性相关，随着孔隙度的增加渗透率明显增高，具有孔隙型储层的典型特征，呈现出中孔、低渗的岩样分布特征(图3，图中样品数为210个)。

表1 研究区长兴组礁滩储层孔隙度、渗透率发育特征Table 1 Porosity and permeability development characteristics of reef beach reservoir in Changxing Formation in the study area

图3 研究区长兴组生物礁滩储层孔隙度、渗透率交会图Fig.3 Porosity and permeability crossplot of reef beach reservoir in Changxing Formation in the study area

3 储层成因机理及控制因素

3.1 礁滩沉积提供物质基础

长兴组生物礁滩气藏主要是一种典型的构造-岩性气藏，其储层发育及分布受沉积环境中高能边缘带礁滩体分布制约，为典型的相控型储层。川东地区台洼边缘类似于台地边缘[7-9]，属于沉积水体能量较高的相带[8]，该相带内部海水循环通畅、营养丰富，适宜生物礁滩生长发育。在此基础上，生物礁滩大致沿台洼边缘带分布[5]。生物礁滩中骨架生物的支撑作用、生物碎屑之间的颗粒支撑作用，均可导致生物礁滩具有高原始孔隙度、强抗压实能力特征，为成岩期白云石化流体交代作用提供了物质基础，也为白云石化流体的运移提供了绝佳通道。

3.2 成岩改造是成储关键

大量显微薄片分析和岩心观察表明,川东地区台洼边缘生物礁滩依次经历了第1期方解石胶结作用、渗透回流白云石化作用及第2期方解石充填作用(图4)。第1期方解石胶结作用使得原生孔、洞发育的生物礁滩物性变差，而渗透回流白云石化作用是研究区形成优质白云岩储集层的关键因素。

图4 研究区长兴组破坏性成岩作用微观特征Fig.4 Microscopic characteristics of destructive diagenesis of Changxing Formation in the study area

第1期方解石胶结物主要为纤维状或栉壳状(Cc1)，第2期方解石胶结物为粒状(Cc2)。第1期方解石胶结物晶体直径为20～50 μm，沿生物碎屑和造礁生物(图5)的边缘生长，呈等厚环边状。第2期方解石胶结物的晶体直径普遍大于100 μm，其形成于第1期胶结作用之后，对第1期胶结作用后残余的孔隙进行充填。

渗透回流白云石化作用对长兴组储层的形成起关键性作用。研究区储集岩类型表明，只有经过白云石化改造后形成的生物礁云岩、生屑云岩才具有较好的孔隙度和渗透率，而未经白云石化作用改造的生物礁滩灰岩，则由于海底成岩环境中，同生成岩阶段的方解石胶结物将生物礁格架孔、洞和生物碎屑之间的孔隙几乎完全充填(图5)，导致未经白云石化作用改造的生物礁滩灰岩孔隙度均不足2.0%，无法形成储集岩。钻井取心资料表明，川东地区未见石膏岩、白云质膏岩或膏质云岩等蒸发岩的沉积记录。因此，与蒸发岩沉积相关的白云石化模式，包括蒸发泵模式、超盐度海水的渗透回流模式不适用于研究区长兴组[10]；显微薄片、岩心观察均未见热液矿物组合，白云石自形程度高，均表明构造-热液白云石化模式也不适用于研究区长兴组；而混合水白云石化模式已被诸多研究者认为很难形成类似研究区长兴组的大规模白云岩体[10-12]。

图5 研究区长兴组储层成岩改造示意图Fig.5 Schematic diagram of reservoir diagenesis transformation of Changxing Formation in the study area

岩石学特征研究表明，川东地区长兴组白云石自形程度较高，原岩组构保存完好(图2)，因此，白云石化作用发生在低温条件下的同生—准同生成岩阶段。越来越多的研究实例证明，中等盐度或轻微蒸发(未达到石膏饱和)的海水，在渗透回流模式的水文动力条件下，同样具备白云石化作用的潜力[13-14]，研究区长兴组沉积期未见蒸发岩，由于轻微蒸发作用产生的中等盐度流体在同生—准同生期发生回流作用，交代生物礁滩形成礁滩白云岩储集层。

方解石充填作用发生在白云石化作用之后，该期形成的方解石充填物(Cc3)晶体粗大，普遍超过200 μm(图4c),呈单晶或嵌晶状，充填于白云石化后所形成的孔、洞、缝内部(图4d),虽然含量不高,但往往导致原生孔隙、次生孔隙储集性能降低。

4 勘探意义

随着勘探程度的不断深入，寻找高能优势相带生物礁滩气田难度日趋明显。在台地边缘礁滩气藏认知的基础上，可为探寻新类型礁滩储层、扩充油气储备资源提供了有利方向。截至2020年1月，沿川东地区长兴组台洼边缘带钻遇长兴组的钻井数仅18口，具有储层厚度大(5.63～54.10 m)、单井测试产量高(5.16×104～102.70×104m3/d)、硫化氢含量低(0.08～4.43 g/m3)等特点(表2)。未钻探生物礁异常体多达43个，总面积达468 km2,资源量约为1 339.73×108m3，展示了台洼边缘生物礁滩勘探的良好前景。礁滩储层特征及控制因素的研究可为深化台洼边缘礁滩气藏勘探、加大三维地震部署提供重要地质依据。