柴達木盆地鄂博梁Ⅲ號地區N21儲層特征

潘 星，黃成剛，景 茜，張世銘，李智勇，米海杰

(1.蘭州大學地質科學與礦產資源學院·甘肅省西部礦產資源重點實驗室，甘肅蘭州 730001；2.中國石油勘探開發研究院西北分院油藏描述重點實驗室；3.中國石油大學(北京)盆地與油藏研究中心；4.甘肅省地質礦產勘查開發局第二地質礦產勘查院)

柴達木盆地鄂博梁Ⅲ號地區N21儲層特征

潘 星1，黃成剛2，景 茜3，張世銘2，李智勇2，米海杰4

(1.蘭州大學地質科學與礦產資源學院·甘肅省西部礦產資源重點實驗室，甘肅蘭州 730001；2.中國石油勘探開發研究院西北分院油藏描述重點實驗室；3.中國石油大學(北京)盆地與油藏研究中心；4.甘肅省地質礦產勘查開發局第二地質礦產勘查院)

柴達木盆地鄂博梁Ⅲ號地區主要目的層N21為濱淺湖相沉積，粒度較細，以泥質粉砂巖、粉砂巖以及細砂巖為主；通過巖石薄片偏光顯微鏡觀察、常規物性測試、毛管壓力分析等一系列微觀儲層地質實驗研究，并結合巖心觀察、宏觀沉積相展布研究可以得出：儲層的平均孔隙度10%左右，滲透率(0.1～10)×10-3μm2，為“低孔-特低滲”型儲層，巖石孔喉半徑較小，但連通性較好；儲層質量主要受控于沉積環境和成巖作用兩大因素。濱淺湖沉積和遠距離搬運致使巖石主要由細粒沉積物組成，在湖泊作用的不斷篩選和分異下巖石的碎屑顆粒分選、磨圓普遍較好，較多的剛性顆粒組成和早期的碳酸鹽膠結作用在一定程度上增加了巖石的抗壓實能力。

柴達木盆地；鄂博梁Ⅲ號地區；儲層評價；殘余粒間孔；壓實作用

鄂博梁Ⅲ號地區位于柴達木盆地北緣西段第三排構造帶。近些年來，通過精細構造解釋發現，鄂博梁Ⅲ號地區緊鄰侏羅系沉積凹陷中心，氣源和成藏條件優越，經勘探證實該構造帶為侏羅系煤型氣勘探的有利地區[1-2]。近年來新部署的兩口探井(鄂深1井和鄂深2井)的鉆探結果顯示，目的層N21埋深較大(最大埋深達4 000 m)，壓實作用普遍較強，其儲集條件的好壞一直是勘探家們最大的疑慮。因此，對該地區儲層的精細研究顯得至關重要。

研究區勘探程度較低，前人關于該區的研究主要集中在區域上的氣源條件、構造精細解釋以及通過周緣其它探井的分析化驗資料來判斷其沉積、儲層特征等[3-6]，這些研究多以間接資料和合理推斷為基礎，從氣源、構造和儲層特征予以描述性研究。本次通過對研究區新鉆探井的巖心進行了精細儲層刻畫研究，包括大量巖石薄片鑒定、物性分析、孔隙類型及孔隙結構研究、儲層分級評價以及儲層質量的控制因素分析等。

1 沉積儲層特征

1.1 沉積展布

經過數十年的勘探，柴北緣地區沉積相的展布特征及物源供給方面的研究已經取得了豐碩成果[7-10]，研究區為濱淺湖相沉積(圖1)，其物源供給主要來自于三個方向：①北西向的牛鼻子梁-鄂博梁Ⅰ～Ⅱ號地區；②北部的冷湖六號地區；③北東向的馬海-南八仙-鴨湖地區。沉積物供給充足，經過遠距離搬運和湖泊的淘洗、分異作用，碎屑顆粒的分選、磨圓普遍較好，儲集巖較為發育。

圖1 鄂博梁Ⅲ號地區N21沉積相平面分布

1.2 巖石學特征

歷年的勘探成果表明鄂博梁Ⅲ號地區主要目的層為N21，以砂泥互層沉積為主，最大埋深可達4 000 m。通過鄂深1井和鄂深2井的鉆探研究發現，儲集層以分選磨圓較好、粒度較細的灰白色粉砂巖、泥質粉砂巖和細砂巖為主，巖石類型主要為巖屑石英砂巖，填隙物以泥質雜基和碳酸鹽膠結物為主。砂地比為15%～25%，砂巖單層厚度薄，絕大多數為1～2 m或以下，最大厚度不超過6 m。

1.3 物性特征

通過對研究區鄂深1井N21的“3 618～3 639 m”和“3 989～3 998 m”兩個取心層段的巖心進行物性測試可以得出，“3 618～3 639 m”層段的孔隙度主要分布于6%～10%，平均值7.9%；滲透率均小于2×10-3μm2,主要分布于0.2×10-3μm2以下, 個別數值大于1×10-3μm2，平均值為0.152×10-3μm2。該層段儲集層以粉砂巖和泥質粉砂巖為主，粒度較細和泥質含量較高是該段物性較差的主要原因。“3 989～3 998 m”層段的孔隙度主要分布于10%～16%，平均值13.2%；大多數樣品的絕對滲透率小于5×10-3μm2，主要分布于(2～7)×10-3μm2，平均值為3.786×10-3μm2。其中2個樣品的滲透率數值大于100×10-3μm2，與裂縫發育有關。該層段儲集層以細砂巖為主，物性普遍比“3989～3 998 m”層段好，其原因主要是粒度相對較大和泥質含量較少。

1.4 孔隙類型

通過鑄體薄片、掃描電鏡觀察，其孔隙類型主要包括殘余粒間孔、溶蝕孔(粒內、粒間)以及裂縫等，其中殘余粒間孔為研究區目的層最主要的孔隙類型，其主要受控于沉積環境等因素。濱淺湖沉積的粉砂巖、細砂巖因遠距離搬運和湖水的分選作用而使其結構成熟度較高，且巖石中剛性顆粒含量較多，抗壓實作用較強，雖然埋深較大但殘余粒間孔仍然得以大量保存。

薄片中溶蝕孔隙也較為常見，但其對巖石孔隙度和滲透率的貢獻與殘余粒間孔相比相對較小，發生溶蝕作用的礦物主要是長石和方解石的顆粒或膠結物。

裂縫是柴達木盆地儲集體中較為普遍的一種儲集空間類型[11]，研究區構造活動強烈、斷裂發育，構造復雜，原生油氣藏常遭到破壞而發生油氣逸散和再聚集，從而形成次生油氣藏[2，12]，儲集巖也常在構造應力作用下形成裂縫。

1.5 孔隙結構

通過對研究區目的層20塊砂巖進行毛管壓力測試可以得出，巖石中連通喉道半徑分布在0.3～5.3 μm，且小于1 μm的占50%，屬于較細的孔隙結構，這與其巖石中碎屑顆粒的粒度較小有關。以鄂深1井N21埋深為3 990.84 m處的灰白色含鈣細砂巖為例，物性測試得出其孔隙度為13.7%，滲透率為4.090×10-3μm2，為研究區中等偏好的儲集巖。其壓汞分析測試結果(圖2)顯示排驅壓力為0.214 MPa，汞飽和度中值壓力為0.672 MPa，最大汞飽和度為91.502%，未飽和孔隙體積為8.498%，顯示巖石的門檻壓力較小，孔隙連通性較好，死孔隙較少。孔隙半徑中值為1.095 μm，平均值為1.475 μm，最大值為3.442 μm，主要分布在0.03～2.5 μm，其中對滲透率貢獻最大的孔隙半徑分布在1～2.5 μm，按照行業標準[13]可將其劃歸為“細喉型”孔隙結構。

圖2 鄂博梁Ⅲ號地區N21孔隙結構分析

2 儲層評價

通過實測鄂深1井與鄂深2井N21的巖心物性可以得出，其平均孔隙度分別為9.4%和11.7%，滲透率多分布在(0.1～10)×10-3μm2。鄂深1井N21全井段的測井解釋成果顯示，其孔隙度值變化范圍為5.0%～18.3%，大多數分布在8%～12%，滲透率值變化較大，大多數分布在(0.1～5)×10-3μm2，與實測巖心物性結果基本相當。因此，按照行業標準[13]可將其劃歸為“低孔-特低滲”型儲層。雖然巖石粒度較細、孔喉半徑較小、物性較差，但孔喉連通性和滲透性較好，仍然不失為優質的天然氣儲集層。

3 儲層質量控制因素分析

3.1 沉積環境的影響

研究區物源及沉積相研究成果顯示，其沉積物主要來自于北東、北部和北西三個方向，三大河流三角洲均流向鄂博梁Ⅲ號地區，其碎屑物質供給充足，經過遠距離搬運，碎屑物質中不穩定礦物逐漸減少，石英等穩定礦物含量逐漸增加，使得巖石具有較強的抗壓實作用，因而當埋深達到4 000 m時部分儲集巖的孔隙度依然能達到10%以上，這與巖石中的剛性礦物組成密切相關。研究區主要為濱淺湖沉積，湖泊的分選作用使得巖石的結構成熟度和成分成熟度均較高，沉積物粒度較細，儲集巖雖然較為發育但是單層厚度較薄，普遍呈砂泥互層狀分布。在橫向分布上同層的砂巖之間連通性較好，因其孔隙類型以殘余粒間孔為主，滲透性較好，但縱向上由于泥巖層分割使得儲集層之間缺乏有效連通，通過對其泥巖夾層進行蓋層突破壓力測試，結果顯示其突破壓力達34 MPa，為Ⅰ類天然氣蓋層，因此儲集巖縱向上的分層性明顯。

3.2 成巖作用的影響

碎屑巖儲層中壓實作用是造成巖石物性減小的重要因素[14]，自沉積作用發生后，在成巖作用早期碎屑顆粒被快速壓實，其緊密堆積致使殘余粒間孔大量減少。壓實作用隨著埋深的加大而增強，研究區N21的最大埋深可達4 000余米，顆粒間的接觸較為緊密，以線接觸關系為主，部分為凹凸接觸，且在偏光顯微鏡下可見云母等塑性顆粒的膝折現象。而從前文研究可知研究區儲層以剛性顆粒為主，抗壓實作用較強，因而部分殘余粒間孔得以保存。

巖石中碳酸鹽膠結作用廣泛發育，通過染色薄片(鐵氰化鉀和茜素紅聯合染色)顯微鏡觀察得出該早期的碳酸鹽膠結作用占據了大量的粒間孔，降低了儲層物性。碳酸鹽膠結物的廣泛發育與其沉積環境有關，而據前人研究柴達木盆地自古新世以來為咸化湖盆沉積環境[15-16]，為碳酸鹽膠結類型提供良好解釋。

通過壓實作用與膠結作用相對重要性評價、應用Houseknecht評價圖[17]進行分析可以得出，研究區內壓實作用和膠結作用共同導致了儲層孔隙度的減少，并且二者中占主導地位的為壓實作用(圖3)，膠結作用占輔助地位。

圖3 壓實作用與膠結作用相對重要性評價

學者們通過油源對比研究發現[2，18]，鄂博梁Ⅲ號地區的天然氣主要來自于其緊鄰的伊北凹陷侏羅系烴源巖，其儲集巖在地質歷史時期與周緣烴源巖在有機質成熟過程中產生的有機酸發生著復雜的物理化學變化，其中原油微生物的降解、游離氧的氧化作用、石油的熱降解和由圍巖礦物中的高價元素組成的離子或化合物與有機質之間發生的作用均可產生有機酸，這些有機酸對儲集巖具有較強的溶蝕作用。朱國華認為[19]，在封閉環境中，長石等鋁硅酸鹽礦物首先溶解，在溶解過程中因一系列的化學反應產生一定量的碳酸鹽膠結物。這一結論與在研究區巖石薄片中觀察到的現象具有一致性。鑄體薄片中可觀察到長石發生了溶蝕作用形成了粒內溶孔，而方解石廣泛發育占據了殘余粒間孔，雖然研究區以殘余粒間孔隙為主、次生孔隙所占比例較小，但溶蝕作用總體上對巖石物性起到了積極的改善作用。

綜上所述，影響研究區儲層質量的諸多因素中，起主導作用的為沉積環境和壓實作用，遠距離搬運和湖泊的分選作用決定了儲層的物質組成和宏觀展布。碎屑顆粒分選、磨圓普遍較好,剛性顆粒含量多，粒度較細，單層厚度較薄，壓實作用較強，決定了巖石中原生粒間孔的保存程度。另外，成巖過程中膠結作用和溶蝕作用亦對儲層有所改造。

4 結論

(1)鄂博梁Ⅲ號地區勘探目的層N21為濱淺湖相沉積，受周緣三大物源沉積體系控制，碎屑沉積物供給充足，儲集巖較為發育，具有“埋深大、粒度細、單層薄、物性差”等特點。孔隙類型以殘余粒間孔為主，其平均孔隙度為10%左右，滲透率多分布在(0.1～10)×10-3μm2，為“低孔-特低滲”型儲層。孔喉半徑較小，但孔喉連通性較好，為較好的天然氣儲集體。

(2)儲層中殘余粒間孔保存較好的主要控制因素包括：①物源區碎屑顆粒經過遠距離搬運和湖泊的分選作用，結構成熟度和成分成熟度均較高，巖石中石英等剛性碎屑顆粒含量較高，因而巖石具有較強的抗壓實能力，但研究區目的層埋深較大，壓實作用較強是碎屑巖儲層沉積后的最重要減孔因素；②咸化湖沉積環境造成巖石中發育較多的早期的碳酸鹽膠結物，膠結作用占據了大量粒間孔，使得孔隙度降低，但在一定程度上提高了巖石的機械強度,增加巖石的抗壓實能力；③砂泥互層的湖相地層中，因有機質演化過程中釋放的有機酸會對相鄰儲層產生溶蝕作用，因而在巖石鑄體薄片中可觀察到發育的溶蝕孔，起到改善巖石物性的作用，但研究區目的層N21的殘余粒間孔起著明顯的主導作用。

(3)對研究區儲層特征及其孔隙保存機制的研究，突破了前人關于柴達木盆地儲層“死亡線”4 000 m的界限，擴大了盆地的深層勘探領域，地層埋深大小是影響儲層質量好壞的重要因素但不是唯一標準，其形成的沉積環境以及后期成巖作用的改造也具有重要影響。

致謝

感謝中國石油天然氣集團公司油藏描述重點實驗室的袁劍英教授和張小軍高級工程師在分析測試過程中提供的指導和幫助。

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編輯：吳官生

1673-8217(2015)02-0064-04

2014-08-27

潘星，1990年生，2013年畢業于西北大學地質學專業，礦物學、巖石學、礦床學專業在讀研究生。

國家自然科學基金(41173014)、國家油氣專項“前陸盆地油氣成藏規律、關鍵技術及目標評價”(2011ZX05003)和中國石油重大科技專項“柴達木盆地建設千萬噸油氣田綜合配套技術研究”(2011E-03)聯合資助。

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