塔里木盆地古城地区寒武系丘滩体储层特征及分类评价

2022-12-03张君龙何香香

大庆石油地质与开发 2022年6期

张君龙何香香秦佳张斌闫博

（1.中国石油大庆油田有限责任公司勘探开发研究院，黑龙江大庆 163712；2.中国石油天然气集团有限公司碳酸盐岩储层重点实验室大庆油田研究分室，黑龙江大庆 163712）

0 引言

丘滩体由于其特殊的沉积特征和成储过程，成为了复杂的新型油气资源载体，在全球范围内的勘探实践中展示出巨大的勘探潜力［1-4］。塔里木盆地下古生界寒武系微生物碳酸盐岩丘滩体沉积建造的相关研究主要集中在盆地西北部阿克苏-柯坪地区等露头区的下寒武统肖尔布拉克组。宋金民等［5-9］在露头中识别出丘滩体发育窗格孔、微生物体腔（溶）蚀孔、铸模孔、凝块间溶孔、晶间（溶）孔及裂缝等多种储集空间类型，指出丘滩体微生物岩储层岩石类型有差异，主要包括枝状石、凝块石白云岩等低孔、低渗型储集层。白莹等［10］把阿克苏地区下寒武统肖尔布拉克组台缘微生物丘滩相储集空间划分为微生物结构储集空间和非生物结构储集空间，并指出储层岩石类型和储集空间类型多样、具有很强的非均质性，导致对其储集性能认识的分歧。古城地区寒武系丘滩体储层分类评价方法和标准尚未见报道。近几年，针对塔里木盆地台盆过渡带寒武系台缘丘滩体开展了风险勘探，钻遇丘滩体溶蚀孔洞缝优质储层，见到较好的气测显示。古城地区寒武系台缘丘滩体规模大、储层优，具有良好的勘探潜力，是塔里木盆地重要的碳酸盐岩天然气勘探接替领域［11］。丘滩体不同岩相储集空间的多样性造就了复杂的非均质性特征，储层发育有利相带不明确，加大了勘探的难度。为此开展丘滩体储层特级研究及分类评价，深化丘滩体储层发育规律认识，为探寻规模储层提供地质依据。

1 区域地质概况

古城地区位于塔里木盆地古城低凸起东南部（图1），面积约3 000 km2，早寒武世至中奥陶世稳定且连续发育的碳酸盐岩沉积层是主要的勘探目的层系。古城地区整体处于塔西台地与塔东盆地的台盆过渡区，寒武系碳酸盐岩台地类型由缓坡型向镶边型演化，中晚寒武世是碳酸盐岩台缘沉积建隆的鼎盛时期，发育大规模沿台缘带南北向展布的台缘丘滩体［12-13］。

图1 塔里木盆地构造单元及研究区位置Fig.1 Structural units in Tarim basin and the location of studied area

古城地区共识别出4 期进积的台缘丘滩体（图2），划分为加积型和前积型2 种类型，第1、2 期加积型丘滩体属于中寒武统（图2（a）），第3、4期前积型丘滩体属于上寒武统（图2（b）），4 期丘滩体整体叠合面积约1 600 km2，每期丘滩体平均建隆420 m，先后实施的风险探井CT1、CT2、CT3 井分别揭示第3 期、第4 期和第2 期丘滩体［14-15］。

图2 古城地区中、上寒武统沉积相类型Fig.2 Sedimentary facies types of Middle-Upper Cambrian in Gucheng area

2 储集层特征

2.1 岩石结构特征

寒武系台缘丘滩体是多种微生物白云岩及颗粒白云岩组构而成的复合沉积建造。微生物白云岩主要包括与微生物群落自身格架生长有关的枝状石白云岩，还有与微生物捕获黏结作用有关的凝块石白云岩、球粒白云岩等；颗粒结构白云岩主要为含鲕粒、藻砂屑、砾屑白云岩，砾屑内含有枝状石、凝块石等微生物碎屑。根据不同岩石结构特征，可将丘滩体划分为丘基、丘翼、丘坪及丘核4 种微相类型［15］。丘基、丘翼及丘坪相主要发育与微生物岩有关的颗粒结构白云岩，具有典型波浪作用为主的“滩”相沉积特征，丘坪相沉积能量较高，而丘核相主要发育微生物结构白云岩与颗粒结构白云岩组合，是丘滩体建隆的主体，为抗浪习性微生物生长的浅水高能“丘”相沉积。

2.2 储集空间类型

通过野外露头、岩心、薄片及成像测井等多尺度丘滩体储集空间发育特征的厘定，依据P.W.Choquette 等［16］基于孔隙成因及演化的经典划分方案，古城地区丘滩体储集空间类型可归纳为溶洞、组构选择性溶蚀孔隙、非组构选择性溶蚀孔隙及裂缝4 种类型（表1），其中溶洞、组构选择性溶蚀孔隙及裂缝是主要的储集空间类型。

表1 古城地区寒武系丘滩体储集空间类型Table 1 Accumulation space types of Cambrian mound-shoal complexes in Gucheng area

2.2.1 溶洞

在野外露头剖面、岩心、成像测井图像上表征，溶洞是丘滩体形成优质储层最重要的储集空间类型。丘滩体露头从厘米级溶洞—米级溶蚀洞穴均有发育，呈蜂窝状较均匀分布，具有微生物格架孔经溶蚀扩溶的特征，丘核的中上部局部发育大型洞穴，洞内一般有方解石部分充填或全部充填。CT1 井丘坪相取心段上部溶洞较下部更为发育（图3（a）、（b））；CT2 井丘坪相取心原始较大尺寸的溶蚀孔洞已经完全被硅化岩或方解石充填，残留部分小砾间孔洞（图3（c）、（d））；CT3 井丘坪相取心段溶洞具有顺层分布特征（图3（e）），丘核相溶洞表现出生物凝块格架孔扩溶特征（图3（f）、（g）），局部发育高角度构造裂缝（图3（h））。

图3 古城地区寒武系丘滩体储集空间特征岩心照片Fig.3 Accumlation space characteristics of core photos of Cambrian mound-shoal complexes in Gucheng area

2.2.2 组构选择性溶蚀孔隙

丘滩体普遍发育大量溶蚀孔隙，薄片镜下可见孔隙分布较均匀，主要发育残余颗粒结构白云岩晶（粒）间溶孔、粒内溶孔、生物铸膜孔、生物体腔孔，表现出这些溶蚀孔隙与原始沉积结构密切相关（图4（a）—（d）），具有典型组构选择性。微生物体腔孔、粒内溶孔被多期硅质世代充填，呈现示底构造（图4（e）、（f））；电镜下微孔内沿孔壁生长石英或白云石，残留部分微米级溶蚀孔隙（图4（g）—（i））。

2.2.3 非组构选择性溶蚀孔隙

常与开启未充填或部分充填的裂缝或缝合线伴生。孔洞缝充填的鞍形白云石、中粗晶白云石边缘局部参差不齐，具有扩溶蚀特征（图4（j）、（k）），沿缝合线伴有机质、沥青充填并对围岩有溶蚀，不均质发育晶间溶孔（图4（l））。

图4 古城地区寒武系丘滩体储集空间特征微观图像Fig.4 Microscopic characteristics of accumulation space of Cambrian mound-shoal complexes in Gucheng area

2.2.4 裂缝

裂缝是丘滩体中最为重要的储集空间类型之一，以高角度裂缝和近水平裂缝居多，少见网状缝，主要发育构造缝、成岩缝以及溶蚀缝3 种类型。构造缝是由构造应力作用下产生的机械破裂而形成的裂缝，是裂缝最主要的类型。裂缝形态较规则，缝面平整，裂缝倾角较大，一般在40°～70°，裂缝通常被方解石、鞍状白云石、硅质及沥青等部分—完全充填，高角度缝内往往未被充填（图3（h）），成像测井图像表现为暗色正弦连续条纹特征（图5）；成岩缝主要是由压溶成岩作用产生的缝合线，缝面弯曲齿状交错，形状极其不规则，局部受压溶作用扩溶明显，沿缝合线形成溶蚀缝孔，常被有机质、沥青或方解石部分充填；溶蚀缝是早期构造缝经成岩流体水岩反应发生扩大溶蚀，改变了原有结构面貌的裂缝，但仍基本保留了原来裂缝的形态和分布特征，裂缝面边缘不平整，往往呈断续发育特征，缝宽大小不等，局部扩溶为较大的溶蚀缝孔，部分被方解石、石英等次生矿物充填，成像测井上一般为不连续暗色正弦较宽不规则边缘条纹特征，周边常发育暗色豹斑状特征的溶蚀孔洞。

图5 古城地区CT3井寒武系丘滩体储集空间特征测井成像Fig.5 FMI logging of accumulation space characteristics of Cambrian mound-shoal complexes in Well CT3 in Gucheng area

2.3 储层物性特征

古城地区3 口井寒武系台缘丘滩体岩心测试孔隙度分布为0.3%～8.17%，平均值为1.57%，绝大多数都在4%以下；渗透率分布为0.008×10-3～13×10-3μm2，平均值为0.942×10-3μm2，绝大多数为0.001×10-3～0.01×10-3μm2，整体上表现低-特低孔、低-特低渗特征（图6）。一般情况下，较为均质的基质孔隙的渗透率与孔隙度呈现正相关特性，但随着溶蚀缝孔洞的发育程度增加，孔隙度和渗透率相对变大的同时，其相关性也会变差，尤其当裂缝作为主要储集空间时，其孔隙度相对较低，而渗透率将大幅提高。古城地区丘滩体岩心测试的孔隙度与渗透率相关性较差，表现出其缝孔洞储集层极强的储层非均质性，即使储层孔隙度很低时，但仍有较高的渗透率，反映了裂缝是丘滩体储层渗流条件的贡献主体。丘坪与丘核储层岩心物性较好，个别样品属低孔、中低渗，丘翼储层物性最差，整体均表现为特低孔-特低渗特征。

图6 古城地区寒武系丘滩体储层岩心孔渗交会Fig.6 Cross plot of core porosity and permeability of Cambrian mound-shoal complexes in Gucheng area

3 储层类型

依据具有“丘”和“滩”岩相特征的不同沉积微相类型中各种储集空间类型发育程度及其组合特征的差异性，古城地区寒武系丘滩体储层可划分为“丘”相缝孔洞型、“滩”相缝孔洞型、“滩”相缝孔隙型3 种类型。

3.1 “丘”相缝孔洞型

在浅水高能丘核相沉积中，无论在野外露头、还是古城地区钻井取心及成像测井图像等宏观尺度，都发育大量藻凝块格架间孔洞扩溶形成的溶洞、构造缝（局部具有溶蚀缝特征）。同时薄片镜下微观尺度储集空间发育以选择性溶蚀孔隙为主，溶蚀裂缝也比较发育，局部具有鞍状白云石、石英等充填的溶蚀孔洞发育段，非选择性溶蚀特征比较突出。因此，把以发育较大尺度缝洞体系为主的、具有典型“丘”相沉积特征的丘核相储层划分为“丘”相缝孔洞型储层。

3.2 “滩”相缝孔洞型

具有“滩”相沉积特征且大尺度的溶蚀孔洞、裂缝比较发育的丘坪相储层划分为“滩”相缝孔洞型储层。丘坪相储层顺层溶洞发育段镜下具有典型的组构选择性溶蚀特征，成岩缝等裂缝比较发育，多为未完全充填的有效缝；局部具有鞍状白云石、石英等部分充填的溶蚀孔洞发育段，溶蚀缝及非组构选择性溶蚀孔隙发育；有些构造缝被方解石、鞍状白云石等完全充填。

3.3 “滩”相缝孔隙型

丘滩体微相类型中的丘基、丘翼，大尺度的溶蚀孔洞相对不发育，储集空间类型以溶蚀孔隙、裂缝为主，零星发育溶蚀孔洞，相对于丘坪相储层，其溶蚀孔隙虽也具有组构选择性溶蚀特征，但明显小于并少于丘坪相溶蚀孔隙，原始海底胶结特征更为显著。这些主要发育溶蚀孔隙、裂缝的“滩”相沉积特征的储层划分为“滩”相缝孔隙型储层。

4 储层分类评价及有利储集相带

4.1 产能法储集性能分类

对于古城地区寒武系台缘丘滩体这样的超深层勘探目标，往往由于工程技术等方面因素，取心受限，岩石物性测试数据少，制约了几百米厚层状沉积的丘滩体储层的全面认识，因此，需要充分发挥测井资料长井段连续、高分辨率的优势，利用相关敏感性参数进行储层分类评价。对于孔洞、孔隙及裂缝发育的碳酸盐岩储层，测井评价中广泛应用测井解释孔隙度及裂缝孔隙度来表征储层储集性能，并结合实际试气情况，确定与产能相关的储层分级标准，即产能法储集性能分类。通过建立区内自然工业、措施工业、措施低产及措施干层4 个级别的试气层测井解释孔隙度及裂缝孔隙度建立的交会图版，按照目前有限的不同产能试气层的孔隙度及裂缝孔隙度最优化界限值，或临近级别测试层中值（如自然工业与措施工业产层的裂缝孔隙度界限）确定产能界限标准，分别确定出从好至差的Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类及Ⅳ类储集性能分类界限区间（表2），进而对丘滩体不同储层类型进行分类评价。

表2 古城地区寒武系丘滩体储层类别划分标准及储地比Table 2 Reservoir classification criteria and reservoir/gross thickness ratio of Cambrian mound-shoal complexes in Gucheng area

4.2 储集性能评价

从古城地区产能法储集性能分类图版可以看出（图7），寒武系丘滩体储层具有强烈的非均质性特征，虽然同一种类型储层的储集性能从Ⅰ类至Ⅳ类均有发育，不同类型储层的储集性能仍具有很好的区分性。Ⅰ、Ⅱ类优质储层主要发育在“滩”相缝孔洞型和“丘”相缝孔洞型储层中，且后者Ⅰ类更发育，“滩”相缝孔隙型储层以Ⅲ、Ⅳ类为主（表2，图7），反映了“滩”相缝孔洞型和“丘”相缝孔洞型储层是有利储层类型，其中“丘”相缝孔洞型储层储集性能最优，“滩”相缝孔洞型储层次之，“滩”相缝孔隙型储层储集性能最差。

图7 古城地区丘滩体储层物性类别划分图版Fig.7 Classification chart of reservoir properties of mound-shoal complexes in Gucheng area

4.3 有利储集相带

储层物性参数只是对储集性能的基本判断，地层单元内储层发育的厚度，即储地比则是对比评价各类储层发育规模的重要指标。丘滩体不同类型储层的储地比统计结果表明（图8），虽然丘核相发育优质储层的比例较高，但其Ⅱ类以上优质储层储地比也不过35.2%，而“滩”相缝孔隙型储层Ⅱ类以上优质储层储地比仅7.5%，可见厚层建隆沉积的丘滩体整体具有较强的储层非均质性特征；整体上“丘”相和“滩”相缝孔洞型储层中Ⅱ类以上优质储层储地比显著高于“滩”相缝孔隙型储层，其中“丘”相缝孔洞型储层中Ⅰ类储层储地比最高，进一步说明丘核相是丘滩体发育规模储层的有利微相类型，丘坪相次之，“滩”相缝孔隙型储层Ⅲ、Ⅳ类储层的储地比较大，不利于规模发育Ⅱ类以上优质储层（表2）。勘探实践表明，CT3 井钻遇的加积型丘滩体丘核相发育Ⅰ类储层，而丘坪相主要发育Ⅱ类储层，但相对于CT1、CT2 井钻遇的前积型丘滩体，相同微相类型，加积型丘滩体Ⅰ、Ⅱ类好储层发育比例明显高于前积型丘滩体，反映了加积型丘滩体是有利储集相带。