澳大利亞Sahul向斜區Elang組儲層物性差異原因探討

盧景美 劉志國 陳景陽 駱宗強

(中海油研究總院)

澳大利亞Sahul向斜區Elang組儲層物性差異原因探討

盧景美 劉志國 陳景陽 駱宗強

(中海油研究總院)

Sahul向斜區主要含油氣層是 Elang組砂巖,鉆探結果表明南北部儲層物性存在很大差異,而儲層物性是目前制約該區油氣勘探的主要因素之一。文中從沉積環境和成巖作用兩個方面探討了影響Elang組儲層物性的因素。向斜區南北部Elang組雖發育相同的三角洲前緣分流河道和砂壩,但由于沉積時古地形不同,南北部砂體受水動力改造程度不同,因而北部砂巖泥質含量較低、物性較好,而南部砂巖泥質含量相對較高、物性稍差。受古地貌、古地溫和晚期構造活動的多重影響,向斜區南北部Elang組砂巖所處成巖階段不同,成巖作用程度的差別加大了南北部Elang組儲層物性的差異性。

Sahul向斜區 Elang組砂巖 儲層物性差異 沉積環境 成巖階段

Sahul向斜位于澳大利亞西北大陸架東北部,是Bonaparte盆地北部一個二級構造單元,呈北西—南東向展布。Sahul向斜區(研究區)包括Sahul向斜,以及Nancar海槽和Laminaria高地的部分區域(圖1),經歷了古生代裂谷階段、早—中侏羅世熱沉降階段、晚侏羅世—早白堊世裂谷階段和晚白堊世—現今的熱沉降階段[1-3]。

圖1 研究區區域位置圖

上世紀80年代以來,BHPB、Shell和Woodside等石油公司在Sahul向斜區內進行了多輪勘探,于 1994年在Elang-1井首次發現了Elang組原油。以后又相繼發現了 Kakatua、Kakatua North、Laminaria、Corallina等油田及Bayu凝析油氣田,主要儲層都是Elang組砂巖。

Elang組已發現油藏主要集中在研究區東北部,絕大部分都在評價和開發之中,其中Buffalo油田已經開發完畢。鉆于Sahul向斜南部的Ra-1井在Elang組見到了油氣顯示,但測試結果表明儲層致密而沒有獲得油氣流。M.F.Killick和 P.H.Robinson[4]曾對Bonaparte盆地 Plover組儲層成巖作用進行過研究,但對于Sahul向斜Elang組儲層物性南北部存在很大差異的原因分析目前還未見報道。筆者基于單井沉積微相分析、測井解釋結果和薄片觀察、電鏡掃描等實驗數據的統計分析,探討了研究區Elang組儲層物性南北部具有差異性的影響因素。

1 Elang組沉積微相展布及其對儲層物性的影響

Elang組形成于中晚侏羅世裂谷期開始的海侵作用階段,上覆在Callovian不整合面之上,巖性以大套淺灰色、灰白色砂巖為主,夾黑色中到薄層泥巖[5]。

1.1 Elang組巖性、電性特征和沉積微相展布

共計12口井的巖心或巖屑巖石薄片鑒定資料統計表明,研究區Elang組砂巖主要為石英砂巖,石英顆粒含量平均在80%以上,巖屑含量在0～18%,長石含量極低,砂巖成分成熟度很高。巖心觀察和薄片鑒定的粒度統計結果表明,研究區 Elang組砂巖以細砂巖為主,中砂巖次之。

沉積環境的變化將引起沉積物物理性質的改變而形成沉積旋回,這種沉積旋回會反映在測井曲線上。通過巖心觀察和分析,可將研究區 Elang組自然伽馬曲線分為箱型、頂底漸變箱形、漏斗形、指狀、平直狀等5種類型,不同曲線類型代表不同的沉積微相。

頂底漸變的箱形自然伽馬曲線代表了水下分流河道和潮道沉積。水下分流河道是三角洲相中出現最多的一種微相,底部為細—中砂巖沉積,局部見粗砂巖。Bu2井Elang組3 777m處薄片顯示砂巖顆粒平均粒徑0.235mm,為成熟度高的細石英碎屑巖,顆粒分選為次圓—圓狀(圖2),孔隙度16.1%,滲透率1 458mD,屬中孔高滲型儲層;自然伽瑪曲線表現為頂部漸變的箱型,巖心分析認為其沉積微相是三角洲前緣被波浪改造的分流河道。

圖2 Bu2井3 777 m處薄片及電性特征

河口壩是三角洲中最具特色的砂體,它有兩種發育位置:一是在水下分流河道不發育的三角洲,其河口壩位于三角洲平原分流河道入海的河口處;二是在水下分流河道發育的三角洲,其河口壩位于水下分流河道的末端。研究區Elang組河口壩位于水下分流河道的末端,巖性主要是細砂巖和粉砂巖,有明顯的反韻律特征,自然伽瑪曲線呈漏斗形。

席狀砂是河口壩和遠砂壩經海水沖刷后重新分布的砂層和粉砂巖,往往厚度不大,自然伽瑪曲線呈指狀。而高伽馬值的平直狀曲線代表了海灣泥沉積環境。

通過對研究區古地貌特征及區域沉積背景研究,結合Elang組砂巖成分成熟度指數分析和地震沉積特征解釋,認為Elang組三角洲物源來自Londonderry高地和 Tamar鼻狀高地,即來自西南方向,向北東方向進積;Elang組在Sahul向斜區總體上為淺海相三角洲前緣沉積,到Sahul臺地上相變為開闊海相泥巖沉積;Sahul向斜區主要沉積微相是三角洲前緣的水下分流河道和河口壩,但受岸線分布和河口環境的影響,向斜北部受波浪的影響作用比較強,被改造后的砂壩平行海岸線分布,而向斜南部砂巖受河口港灣潮汐和潮道的影響較大,砂體垂直海岸線分布,泥質含量相對較高(圖3)。

圖3 研究區Elang組沉積微相展布

1.2 沉積微相與儲層物性的關系

研究區Elang組砂巖以細砂巖和中砂巖為主,主要孔隙類型是次生孔隙和剩余粒間孔。據巖心常規物性分析統計結果,中砂巖的孔隙發育較好;儲層物性較好的沉積微相是受波浪改造的三角洲前緣水下分流河道和河口壩,未經改造的河口壩、河道和潮汐影響的河口壩次之,席狀砂物性最差(圖4)。相對而言,Sahul向斜區北部的砂巖受波浪改造影響較大,物性較好,南部處于河灣內側的三角洲前緣水下分流河道和砂壩受潮汐的影響大,砂巖含量相對較低,物性稍差。

圖4 研究區不同沉積微相孔隙度和滲透率交會圖

2 Elang組差異成巖作用及其對儲層物性的影響

成巖作用是沉積物沉積后所經歷的一種極其重要的地質作用,它不僅使巖石成分、結構發生變化,而且對巖石的孔隙類型、孔隙度高低、滲透性強弱、孔隙結構及分布等物理特征有著重要的影響[6]。研究認為,研究區Elang組砂巖經歷的主要成巖作用為壓實、膠結、交代和溶蝕作用,而且受沉積微相、古地貌和古地溫及構造活動等不同程度的影響,該組砂巖在Sahul向斜區南北部的成巖作用表現出較大的差異性(圖5)。

圖5 Sahul向斜區南北部Elang組砂巖差異成巖作用和孔隙演化階段對比

研究區Elang組砂巖早成巖階段的成巖礦物主要有海綠石、細粒黃鐵礦、泥晶—亮晶方解石等,南北部基本一致。所不同的是,白堊系發育北薄南厚的楔狀沉積,導致Sahul向斜區南部機械壓實作用發生的時間較北部早,在薄片上可以觀察到不同機械壓實作用的結果,例如南部鉆井砂巖薄片(埋深3 600～3 650m)顯示顆粒間多為凹凸—線接觸,部分巖屑顆粒呈鑲嵌式接觸,云母、巖屑因壓實變形強烈,而北部多口鉆井砂巖薄片(3 340～3 360m)顯示石英顆粒之間大多是點接觸,表明所受壓實作用弱。

研究區Elang組中成巖期成巖礦物主要有粗粒黃鐵礦、伊利石、自生高嶺石、絹云母、II級加大石英、鐵白云石和鐵方解石等(圖5)。因古地溫不同和受沉積環境的影響,膠結物成分在Sahul向斜區南北部表現也不同。自生粘土礦物在Sahul向斜區北部多為高嶺石,大部分為自生高嶺石,交代碎屑顆粒充填在孔隙中;而在Sahul向斜區中南部粘土礦物中多見伊利石粘土膠結,在電鏡下伊利石呈絨球狀充填于孔隙之間,容易堵塞孔喉。另外,Sahul向斜區北部 Elang組砂巖石英次生加大級別在Ⅱ1級左右(圖6a),而南部的次生加大級別在Ⅱ2級,次生加大邊較寬,巖石顆粒間彼此多呈鑲嵌狀結構(圖6b)。該時期的碳酸鹽巖膠結物主要表現為含鐵白云石和含鐵方解石交代碎屑物質或膠結,鐵白云石和含鐵方解石膠結物主要出現在研究區南部的鉆井上,是成巖作用中晚期的產物。

圖6 Sahul向斜區南北部Elang組砂巖石英次生加大作用對比

依據《碎屑巖成巖階段劃分規范》[7],研究區北部鉆井揭示從3 200～3 900m基本都處于中成巖階段A1期,縱向跨度大;而南部鉆井揭示在3 200～3 500m是處于中成巖階段A1期,在3 500～3 800 m進入中成巖階段A2期,在3 800m以后進入中成巖階段B期(圖7)。研究區Elang組頂部古地溫南北差別較大1)康洪全.澳大利亞西北陸架WA-406-P區塊地質綜合研究及鉆探目標優選.2009.,北部溫度在90°和120°之間,南部溫度最低為130°,最高為220°;結合Elang組地溫梯度和鉆井揭示的 Ro值分布特點以及標志性成巖礦物,研究區Elang組成巖相平面展布特點為:北部為溶蝕孔發育區,成巖階段處于中成巖階段A1期,南部溶蝕孔不發育,成巖階段處于中成巖階段A2期(圖8)。

圖7 研究區Elang組成巖階段劃分(依據有機質成熟度指標)

圖8 研究區Elang組儲層成巖相平面分布

造成研究區南北部成巖作用階段差異性的原因可以作如下解釋:

(1)Sahul向斜區北部Elang組埋藏深,機械壓實發生時間晚1),早成巖期的膠結作用比較充分,提高了巖石機械強度,增強了巖石的抗壓實能力,使得原生孔隙保存相對較好。中中新世以后受到與北部Timor島碰撞產生的拱張拉伸作用力的影響[8],在Sahul向斜區北部發育北北東向晚期斷裂,晚期斷裂的發育活化了中生代斷層[9];而Sahul向斜區北部熱流值低,烴類生成和運移發生時間較晚,Elang組處于有機質大量脫羧而形成高濃度有機酸時期,酸性水容易沿著因晚期斷層活化而發育的裂隙中運移,儲層內碳酸鹽巖和部分高嶺石以及不穩定成分容易溶解,這些均為儲層內部次生孔隙的發育提供了條件,次生孔隙北部相對發育。因此,北部鉆井揭示Elang組儲層為中孔中高滲型[10],最高孔隙度為18%,平均為9.17%,滲透率在0.05～5 129mD之間,孔、滲具有較好的相關性。

(2)對Sahul向斜區南部 Elang組儲層孔隙具有破壞性的作用是早成巖期的機械壓實和中成巖后期的膠結。Sahul向斜區南部 Elang組發生機械壓實的時間較早1),早成巖期的膠結作用還不夠充分[11],巖石的抗壓能力還很弱,對原生孔隙的保存很不利。Sahul向斜區南部熱流值高,砂巖泥質含量偏高,膠結作用發育,尤其是中成巖后期的含鐵碳酸鹽巖的交代和膠結作用使得儲層的原生孔基本消失。此外,向斜區南部晚期斷層活動對中生代斷層影響較小,所以Elang組儲層內部連通性差,有機質脫羧產生酸性水時對儲層沒有太大改善作用。因此,南部鉆井揭示Elang組儲層為低孔低滲致密型,最高孔隙度為 13.6%,最低為 0.6%,平均為3.5%,滲透率在0～2.4mD之間。

3 結論

研究區南北部Elang組雖發育相同的三角洲前緣水下分流河道和河口壩等沉積微相,但因沉積時古地形不同,南北部水動力條件有所差異。北部砂體主要受波浪作用的影響,水動力改造程度較強,砂巖泥質含量較低、物性較好;而南部砂體主要受潮汐作用的影響,水動力改造程度較弱,砂巖泥質含量較高、物性稍差。受古地貌、古地溫和晚期構造活動的影響,南北部成巖作用亦具有差異性。北部處于中成巖階段A1期,砂巖溶蝕孔發育;南部處于中成巖階段A2期,石英膠結含量高、含鐵白云石和鐵白云石膠結普遍,溶蝕孔不發育。成巖作用程度的差別加大了向斜區南北部Elang組儲層物性的差異性。

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(編輯:崔護社)

Abstract:Elang Formation sandstone is one of the main hydrocarbon-bearing intervals in Sahul Syncline area.Drilling results have indicated that its reservoir quality is quite different in the northern and southern Sahul Syncline area,and that the reservoir petrophysics is one of the key constraints on hydrocarbon exploration in the area.The factors to control reservoir quality in Elang Formation are analyzed from two aspects,i.e.sedimentary environmentand diagenesis. Although distributary channels and sandy bars on delta front developed in both the northern and southern area,the sandbodies are different in hydrodynamic modification due to different palaeotopography,resulting in the lower-clay sandstone with higher reservoir quality and the higher-clay sandstone with lower reservoir quality respectively in the northern and southern area.In addition,the sandstones are quite different in diagenetic stages between the northern and southern area due to multiple impacts from palaeotopography,paleo-temperature and late tectonism,which has enhanced the differences in reservoir quality of Elang Formation between the northern and southern area.

Key words:Sahul syncline area;Elang Formation sandstone;difference ofreservoir petrophysics; sedimentary environment;diagenetic stage

A discussion on the causes of different reservoir petrophysics in Elang Formation,Sahul Syncline area,Australia

Lu Jingmei Liu Zhiguo
Chen Jingyang Luo Zongqiang
(CNOOC Research Institute,Beijing,100027)

盧景美,女,工程師,1998年畢業于中國地質大學(北京),2008年獲碩士學位,現主要從事海外勘探機會評價和井位目標研究工作。E-mail:lujm1@cnooc.com.cn。