塔里木蘇蓋特布拉克地區肖爾布拉克組白云巖儲層特征分析

陳文玲,羅 平,單鈺銘,楊式升,宋金民

(1.“油氣藏地質及開發工程”國家重點實驗室·成都理工大學,四川成都610059;2.中國石油勘探開發研究院)

塔里木蘇蓋特布拉克地區肖爾布拉克組白云巖儲層特征分析

陳文玲1,2,羅 平2,單鈺銘1,楊式升2,宋金民2

(1.“油氣藏地質及開發工程”國家重點實驗室·成都理工大學,四川成都610059;2.中國石油勘探開發研究院)

通過野外觀察、薄片和鑄體薄片鑒定、物性測試等手段,對蘇蓋特布拉克地區下寒武統肖爾布拉克組巖石學特征、儲集空間特征以及物性特征進行了分析。認為肖爾布拉克組發育厚度大、巖性純的白云巖儲層,其巖石類型以殘余顆粒白云巖和紋層狀泥晶白云巖為主,儲集空間以溶蝕孔洞和構造溶蝕縫為主,儲層類型為孔洞-裂縫型。孔隙度平均值為3.5%,滲透率平均值為0.635×10-3μm2,儲層綜合評價為Ⅱ級儲層。影響研究區白云巖儲層發育的主控因素有沉積作用、白云石化作用和構造運動。

蘇蓋特布拉克地區;肖爾布拉克組;白云巖儲層;巖溶作用

1 地質背景

研究區塔里木盆地柯坪地區阿克蘇市烏什縣阿合雅鄉蘇蓋特布拉克地區,位于阿克蘇市西北約100km處,柯坪斷隆東北部(圖1)。

圖1 塔里木盆地蘇蓋特布拉克地區位置

塔里木盆地的寒武系除庫車坳陷、塔南隆起、東南坳陷以及鐵克力克斷隆局部缺失外,全區均有分布,主要出露于柯坪、巴楚和庫魯克塔格地區,在塔北英買力-牙哈地區、巴楚地區、塔中地區以及塔東地區井下均有鉆遇。本文對寒武系地層的劃分采用的是柯坪地區的分類。下寒武統地層從老到新依次為:玉爾吐斯組、肖爾布拉克組和吾松格爾組。蘇蓋特布拉克剖面主要出露震旦系至中上寒武統沙依里克組的地層,地層相對完整,出露較好,所測5條剖面中主要的巖性為紋層狀球粒灰巖、紋層狀殘余球粒白云巖和殘余顆粒結晶白云巖,肖爾布拉克組厚140m。該套白云巖巖性純、厚度大、物性好、是蘇蓋特布拉克地區下寒武統最好的儲層段。

2 巖石學特征

蘇蓋特布拉克剖面的肖爾布拉克組的巖石類型白云巖,白云石含量在93%～97%之間,方解石含量小于1%,泥質占3%～7%之間,為純白云巖。白云巖主要有兩種,還有其他巖石類型。

2.1 殘余顆粒粉-細晶白云巖

殘余顆粒白云巖是顆粒灰巖經過強烈或完全白云石化作用改造的產物。晶粒以粉晶為主,粒級從泥晶-粉細晶不等,晶形為它形到半自形。顆粒有球粒、砂屑、礫屑和凝塊。殘余球粒粉晶白云巖和殘余砂屑粉細晶白云巖是肖爾布拉克組的主要巖石類型。殘余礫屑在多層分布,磨圓度小,由于白云石化,顆粒邊界不清楚,仍能見到壓實壓溶微縫合線,由殘余球粒或砂屑組成,為近源搬運。殘余凝塊粉晶白云巖雖然只在某些層段發育,但易發生溶蝕作用,利于形成儲層。

2.2 紋層狀殘余球粒粉晶白云巖

常見到紋層構造的白云巖,紋層多為泥(鐵)質或有機質含量較多的泥晶層與粉晶層的互層。見殘余顆粒結構,球粒為主,砂屑次之。有少量白云巖的泥質含量占20%,定名為紋層狀殘余顆粒泥質白云巖。

2.3 其他巖石類型

①泥晶礫屑白云巖:有的礫屑由球粒組成,有的礫屑內顯示紋層構造,還含有少量的砂質,為長英質。礫屑磨圓度好,排列有定向性。②碎裂礫屑粉晶白云巖和垮塌角礫巖:礫屑由球粒組成,碎裂結構明顯,研究區不常見。顆粒由白云石球粒組成,角礫周圍充填粉晶方解石。這兩種巖石可能為孔洞垮塌沉積而成。③角礫狀殘余顆粒白云巖:由于裂縫非常發育,把原巖切割成角礫狀。原巖主要為殘余球粒粉晶白云巖。以上類型白云巖發育在斷層和破碎帶,如果形成早于油氣運移,將會成為好的儲集層段。

3 儲集空間類型及特征

研究區肖爾布拉克組儲層儲集空間分為孔洞型、孔洞-裂縫型和裂縫-孔洞型三種,主要為孔洞型,裂縫-孔洞型次之。孔隙類型以構造縫和溶蝕孔、洞、縫等次生孔隙為主,孔隙和裂縫主要有以下幾種。

3.1 孔隙

孔隙包括溶孔、溶洞、晶間孔和晶間溶孔等類型,一般直徑數微米-數百微米。

(1)粒間溶孔和粒內溶孔:主要分布于殘余顆粒白云巖中。它是區內最主要的孔隙類型,它的形成是溶蝕作用對顆粒間的亮晶填隙物選擇性溶蝕的結果。大小一般在0.5～1.5mm,分布不均,多被充填。充填物為方解石和白云石,有少量硅質充填在部分孔隙中。

(2)溶洞:非選擇性溶蝕而成,大小不等,充填或半充填。剖面白云巖露頭上可以看到很很多孔洞層,直徑主要在2～10mm之間,大的有50mm,巨晶方解石充填。

(3)晶間孔和晶間溶孔:研究區晶體之間多為致密鑲嵌接觸,晶間孔多分布在結晶較好的殘余顆粒粉細晶白云巖中。大小0.001～0.03mm,局部被灰泥或有機質充填-半充填。晶間溶孔是在白云石晶間孔的基礎上溶蝕擴大而成,巖心上常表現為“針孔狀”特征,鏡下可見到孔隙邊緣具明顯溶蝕的痕跡。大小約0.03mm,半充填或充填有機質。

3.2 裂縫

裂縫主要有構造縫、縫合線和構造溶蝕縫三種。

(1)構造縫:一般與褶皺、斷層有密切關系,并具多期性,是區內最主要的裂縫類型。縫壁平直,多數寬0.03mm,最寬可達1.5mm。早期縫被方解石和白云石充填,具備儲、滲性能的構造縫,以半充填有機質和少量泥質或未充填的晚期構造縫為主。多期不同產狀的裂縫相互交切形成網狀裂縫,使巖石破碎,大大提高了巖石孔滲性。

(2)縫合線:受壓實作用和壓溶作用形成,縫寬不到0.03mm,泥質或有機質充填,形狀多為波狀、不規則狀。低角度縫合線與常紋層伴生,與層面平行,呈鋸齒狀。高角度縫在殘余礫屑白云巖中分布較多。沿縫合線溶蝕可形成許多斷續溶孔,成為好的儲集空間。

(3)構造溶蝕縫:早期的構造縫溶蝕改造的結果,其縫寬一般在0.05～0.10mm,表現為破裂面的不規則溶蝕擴大,半充填或充填溶孔、溶洞多與其伴生。

4 物性特征

4.1 研究區物性特征

表1為研究區肖爾布拉克組孔洞層發育較好的層位8塊樣品物性表。其面孔率最低0.3%,最高2.8%,平均2.3%。孔隙度最小1.7%,最大6.4%,平均3.5%。滲透率最小0.022×10-3μm2,最大5.62×10-3μm2,平均 0.635×10-3μm2。其中 SP3-15-W1的滲透率值為5.62×10-3μm2,鏡下鑒定該層樣品的裂縫非常發育,為張開縫。其儲集空間類型為裂縫-孔洞型。

表1 研究區白云巖儲層物性統計

4.2 研究區與井區物性對比

根據前人研究,塔里木盆地下寒武統沿柯坪-方1井-和4井-巴東2井-塔參1井一線,發育有北西向展布的臺地相帶白云巖儲層[2]。根據測井和物性分析,對這些井的孔滲特征進行了統計,并與研究區物性特征進行對比,見表2。

各井下寒武統白云巖儲層的孔隙類型以晶間孔、溶蝕孔洞、裂縫和溶縫為主,好的儲層段發生在裂縫較多處。各井的儲層綜合評價為Ⅲ～Ⅰ型,研究區物性明顯優于各井,綜合評價為Ⅱ型。可見,研究區下寒武統白云巖儲層具有良好的儲集能力。

表2 研究區與井區儲層孔隙類型與物性對比

5 白云巖儲層主控因素分析

白云巖儲層的形成受多種因素制約,沉積相帶能起到決定性的控制作用;而成巖作用是疊加在沉積作用之上使儲層非均質性更加劇烈的另一重要因素:一般而言,白云石化作用產生的晶間孔可以增加約10%的儲集空間;構造作用在某種程度上能夠強烈改善儲層儲集物性;巖溶作用也是增大白云巖儲集空間的一個有效途徑。

5.1 沉積相帶

沉積相帶不同,儲集性能有明顯的差異。研究區位于局限臺地相帶的灘相和潮坪相帶。對于肖爾布拉克組白云巖儲層而言,儲集性能最好的是淺水較高能地帶的顆粒灘。由于水動力強,顆粒間的各種灰泥會被淘洗干凈,形成原生粒間孔。這類原生孔的存在,有利于流體的進入,為以后的白云石化和溶蝕奠定基礎。另外,由于水動力條件的不同,較高能的臺地相沉積的儲集性優于較低能的斜坡相和盆地相沉積。在鉆至塔里木盆地下寒武統的井中,沿柯坪-方1井-和4井-巴東2井-塔參1井一線為北西向展布的局限臺地相帶,發育好的白云巖儲層。而塔東2井-塔東1井-米蘭1井-英東2井一線為斜坡相和深水盆地相沉積,發育大段的泥巖或泥巖和薄的白云巖的夾層,不具備儲集意義。

5.2 白云石化作用

研究區肖爾布拉克組的巖性除個別紋層狀泥晶灰巖之外,均為白云巖。白云石化作用在成巖作用階段中占重要的位置。白云石化可以改善儲層的儲集性能,這是因為白云巖抗壓實和壓溶的能力比灰巖強。因此,隨著埋藏深度的增大,白云巖孔隙度的降低速度比灰巖小得多。在沒有外源的情況下,當富鈣白云石轉變為更穩定的化學計量的白云石時,其中過量的鈣將被帶走,在此過程中可以產生相當數量的晶間孔隙。在相同的自然條件下,白云巖比灰巖更容易產生裂縫。白云巖在發生去云化和選擇性溶蝕時,容易沿著原有的晶間縫隙形成晶間溶孔[2-5]。

研究區肖爾布拉克組的晶間溶孔一般發育在粉細晶-細晶白云巖中,井區下寒武統和4井以泥晶-粉晶為主,方1井以粉晶-細晶為主。從表2可以看出,方1井的孔隙度明顯優于和4井,說明白云石化程度對孔隙度有明顯影響。白云石化程度大,晶粒也變大,其孔隙度也較好。

5.3 構造運動

研究區肖爾布拉克組由于地層較老,歷史曾有過很多大的構造運動。由于白云巖巖性很脆,容易發生斷裂,而斷裂及其伴生的裂縫對酸性流體的通導和溶蝕作用也起著至關重要的作用。一方面,裂縫對改善儲層的孔、滲性至關重要,特別是由構造作用所形成的破裂縫,可大大提高滲透率。另一方面,構造斷裂體系可以限制流體(有機酸、地表水、地下水)運移的方向,這些流體不僅使早期形成的溶蝕孔洞進一步擴大,而且可以形成新的溶蝕孔洞,裂縫本身的溶蝕擴大也可以成為有利的儲集空間。因此,斷裂發育帶附近,尤其是多組斷裂交匯的地帶,往往能夠形成縫洞共生的較好的儲集層。

5.4 溶蝕作用

包括碳酸鹽巖在石化過程中的各種溶蝕作用以及石化后構造抬升至地表發生的巖溶現象。

5.4.1 早期大氣淡水溶蝕作用

蘇蓋特布拉克地區下寒武統碳酸鹽巖普遍經歷了早期大氣淡水成巖環境,這與頻繁的相對海平面升降和淺水碳酸鹽臺地易于暴露相關。經過顯微薄片觀察發現,在所有現在見到的粒間膠結物中,沒有纖狀方解石膠結物,僅有粒狀方解石膠結物。說明這期溶蝕作用發生在早期淺海海底膠結作用剛出現之后,即沉積物在海底只進行了微弱的膠結作用就受到大氣淡水的溶蝕。早期淡水溶蝕作用形成的溶蝕孔、洞、縫由于后來的充填作用,已喪失儲集意義。在后期埋藏白云石化過程中也發生白云石化,為一期孔、縫。

5.4.2 中晚期深埋藏有機溶蝕作用

在薄片觀察中發現,在晚期深埋藏成因的白云石晶間孔隙、或其它早期溶蝕孔隙中均有溶蝕擴大現象。晶間溶孔中半充填-充填有機質,早期溶孔被溶蝕后又充填方解石。這些溶蝕孔為第二期孔,規模不大,僅在少數薄片中出現,可見溶蝕作用是發生在深埋藏期白云石化作用之后的。白云巖在深埋成巖過程中,發育了具有儲集性能的次生孔隙,為油氣進入儲層提供了儲集空間。而油氣進入儲層后,有機質隨埋深發生熱演化,伴生有CO2、有機酸等物質,造成白云石溶解的物質主要是CO2,有機溶蝕作用產生的孔隙與油氣生成運移配套,可能成為好的自生自儲的油藏。

6 結論

(1)研究區肖爾布拉克組發育大段較純的白云巖儲層,其沉積相為臺地相。主要巖石學特征為殘余顆粒粉晶白云巖和紋層狀殘余顆粒泥晶白云巖。研究區發育大量的構造縫、溶孔、溶洞和溶蝕縫,儲層類型以孔洞-裂縫型為主,儲層評價為Ⅰ類儲層。井區下寒武統沿柯坪-方1井-和4井-巴東2井-塔參1井一線,發育北西向展布的臺地相帶白云巖儲層,這些井的儲層綜合評價為Ⅱ類儲層,是各井的主力產油(氣)層。

(2)肖爾布拉克組白云巖儲集空間的類型、發育程度以及空間展布受多種因素共同控制。沉積相帶中的顆粒灘體為儲集層展布和次生孔隙的發育奠定了基礎;成巖過程中的白云石化作用和溶蝕作用形成了較多的晶間孔、晶間溶孔和溶蝕孔洞。歷史上的構造運動使得構造縫非常發育,在構造縫基礎上進一步溶蝕,形成構造溶蝕縫,大大的提高了儲層的滲透性。總之,沉積作用、白云石化作用、構造作用、巖溶作用是研究區儲層發育的主控因素。

(3)塔里木盆地下寒武統有利的層段發育在肖爾布拉克組,塔里木下寒武統臺地相帶白云巖儲層具有良好的勘探前景。

致謝

楊式升老師在薄片鑒定部分進行指導并給予了很大的幫助,在此謹表謝意。

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編輯:吳官生

TE112.222

A

1673-8217(2010)01-0012-04

2009-07-20;改回日期:2009-09-04

陳文玲,1987年生,2007年畢業于成都理工大學能源學院,在讀碩士研究生,主要從事油氣儲層評價研究工作。

國家重點基礎研究發展規劃“973”項目(G2006CB202304)。