紅淺1井區(qū)砂礫巖稠油儲(chǔ)層特征與主控因素

周偉建，施小榮，王貴文，2，李雪松，李 輝

(1.中國(guó)石油大學(xué)，北京 102249;2.油氣資源與探測(cè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室中國(guó)石油大學(xué)，北京 102249;3.中國(guó)石油新疆油田分公司，新疆 克拉瑪依 834000)

0 引言

紅山嘴油田紅淺1井區(qū)砂礫巖稠油油藏是準(zhǔn)噶爾盆地西北緣重要的油藏類(lèi)型之一，更是油藏?zé)岵杉夹g(shù)先導(dǎo)實(shí)驗(yàn)對(duì)象之一。紅淺1井區(qū)位于準(zhǔn)噶爾盆地西北緣紅山嘴油田西段，距離克拉瑪依市西南約20 km處。從構(gòu)造上看，該區(qū)域地勢(shì)較平坦，平均地面海拔為313 m，整個(gè)紅山嘴地區(qū)位于準(zhǔn)噶爾盆地西北緣前陸疊合盆地的斜坡超覆帶，東南部則是中央坳陷區(qū)，為準(zhǔn)噶爾盆地西北緣車(chē)前斷裂帶與克拉瑪依逆掩斷裂的交匯部位[1]，總的構(gòu)造背景呈現(xiàn)西北高、東南低，具有三面高、中間低、一面向洼的地質(zhì)結(jié)構(gòu)。研究區(qū)砂礫巖儲(chǔ)層主要含油層系為侏羅系八道灣組(J1b)及齊口組(J3q)，也是研究的目的層系，其中八道灣組與下伏白堿灘組呈不整合接觸，齊口組與下伏頭屯河組、上覆吐谷魯群也呈不整合接觸。對(duì)該井區(qū)砂礫巖稠油油藏的研究，前人大多集中在開(kāi)發(fā)技術(shù)應(yīng)用、生產(chǎn)效果等開(kāi)發(fā)層面[2－3]，然而對(duì)儲(chǔ)層特征尚無(wú)系統(tǒng)性研究。為此，結(jié)合已收集到的相關(guān)資料，分析砂礫巖儲(chǔ)層巖石類(lèi)型、儲(chǔ)層孔隙、儲(chǔ)層質(zhì)量等儲(chǔ)層特征，探討沉積相和成巖作用對(duì)該井區(qū)砂礫巖稠油儲(chǔ)層的主控因素，以期為該區(qū)砂礫巖稠油儲(chǔ)層熱采開(kāi)發(fā)的適用性研究提供參考。

1 砂礫巖稠油儲(chǔ)層基本特征

1.1 巖石學(xué)特征

根據(jù)分析觀察資料，紅淺1井區(qū)砂礫巖稠油儲(chǔ)層巖石類(lèi)型主要為砂礫巖，其次為不等粒砂巖、粗砂巖、含礫砂巖、礫巖。其中，礫石成分以凝灰?guī)r為主，為29.4%，其次泥巖類(lèi)為14.2%，硅化巖為11.5%，變泥巖為7.6%，及少量的流紋巖、花崗巖等;砂巖成分主要為巖屑砂巖，成分成熟度低，砂屑含量占16.6%，其成分以凝灰?guī)r3.7%、石英3.0%為主，其次為變泥巖類(lèi)、硅化巖等。據(jù)掃描電鏡和X衍射資料分析，雜基中黏土礦物主要為高嶺石，其次為伊利石、蒙脫石、伊(蒙)混層及綠泥石。對(duì)該井區(qū)砂礫巖稠油儲(chǔ)層22塊樣品黏土礦物含量進(jìn)行X衍射資料分析統(tǒng)計(jì)，其中，高嶺石含量為45.45%，伊利石含量為13.63%，伊利石(蒙脫石)含量為31.83%，綠泥石含量為9.09%，該結(jié)果與鏡下觀察的結(jié)果基本一致。巖石碎屑顆粒表現(xiàn)出差—中等結(jié)構(gòu)成熟度，分選差，以粗粒為主，磨圓度為次棱角—次圓狀，膠結(jié)類(lèi)型以接觸式、接觸—孔隙式為主，膠結(jié)程度中等—疏松。總的看來(lái)，儲(chǔ)層距物源較近，為近源粗碎屑沉積。

1.2 儲(chǔ)集空間類(lèi)型

通過(guò)對(duì)紅淺1井區(qū)砂礫巖儲(chǔ)層的鑄體薄片鑒定及掃描電鏡分析發(fā)現(xiàn)，該區(qū)發(fā)育多種儲(chǔ)層孔隙類(lèi)型。按照孔隙產(chǎn)狀分類(lèi)方法，發(fā)現(xiàn)研究區(qū)以原生的粒間孔隙為主，其次為粒內(nèi)溶孔、粒間溶孔、雜基溶孔及少量微裂縫(圖1)。鏡下孔隙發(fā)育較好，孔隙連通中等—較好。

圖1 紅淺1井區(qū)砂礫巖儲(chǔ)層孔隙類(lèi)型

粒間孔隙大多呈不規(guī)則形狀，顆粒邊緣無(wú)明顯溶蝕現(xiàn)象，多呈現(xiàn)出較為規(guī)則的邊緣特征(圖1a)，為研究區(qū)主要的孔隙類(lèi)型。若長(zhǎng)石邊緣發(fā)生溶蝕或鈣質(zhì)膠結(jié)物經(jīng)溶蝕作用后，易形成較大孔徑，孔隙邊緣常呈鋸齒狀等不規(guī)則狀的次生溶蝕孔隙，即粒間溶孔(圖1b)。當(dāng)砂礫巖中長(zhǎng)石顆粒及巖屑顆粒等不穩(wěn)定組分經(jīng)溶蝕后[4]，便可見(jiàn)骨架顆粒內(nèi)部不均勻溶蝕形成的蜂窩狀顆粒及顆粒邊緣呈不規(guī)則的港灣狀、彎曲狀為主要識(shí)別特征的粒內(nèi)溶蝕孔(圖1c、d)。粒內(nèi)溶孔雖對(duì)儲(chǔ)層總孔隙度占有一定的比例，但因連通性較差，實(shí)際上儲(chǔ)層對(duì)儲(chǔ)集性的提高改善不大[5]。雜基微孔隙一般孔隙直徑小，在鑄體薄片中表現(xiàn)為鑄體呈分散的紅色斑點(diǎn)狀浸染(圖1e)。微裂縫主要是顆粒壓碎縫及構(gòu)造縫，其中粒緣收縮縫隨機(jī)分布在顆粒當(dāng)中，而構(gòu)造縫大多沿著應(yīng)力薄弱帶分布，可裂開(kāi)巖石顆粒并呈延伸狀出現(xiàn)在巖層中(圖1e、f)。這些微裂縫可作為油氣儲(chǔ)集空間及油氣運(yùn)移的良好通道，從而有效改善儲(chǔ)層的滲透性[5]。

1.3 儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)

孔隙結(jié)構(gòu)是指巖石內(nèi)的孔隙和喉道類(lèi)型、大小、分布及其相互連通關(guān)系，可作為衡量?jī)?chǔ)層滲透性好壞的標(biāo)準(zhǔn)之一[6]。依據(jù)樣品的壓汞分析結(jié)果和毛管壓力曲線，根據(jù)排驅(qū)壓力、飽和度中值壓力、束縛水飽和度、退汞效率等喉道定量特征參數(shù)，可將儲(chǔ)集層分為4種類(lèi)型:Ⅰ類(lèi)，好—較好;Ⅱ類(lèi)，較好—中等;Ⅲ類(lèi)，中等—較差;Ⅳ類(lèi)，差—非儲(chǔ)層。其中Ⅰ類(lèi)儲(chǔ)層巖心分析結(jié)果顯示其孔隙度大于29.9%，排驅(qū)壓力為0.0456～0.5200 MPa，飽和度中值壓力大于0.7100 MPa，毛管壓力曲線為分選較好的粗歪度類(lèi)型，表現(xiàn)為排驅(qū)壓力和中值壓力均較低，束縛水飽和度低，正態(tài)概率曲線反映出“兩頭短而陡，中間長(zhǎng)”的特點(diǎn)，屬于好儲(chǔ)層。

1.4 儲(chǔ)層物性

儲(chǔ)層的孔隙性和滲透性是決定儲(chǔ)層儲(chǔ)集性能的關(guān)鍵，其對(duì)應(yīng)的孔隙度反映儲(chǔ)層儲(chǔ)集性能的好壞，同時(shí)滲透率表現(xiàn)出滲濾條件的優(yōu)劣。據(jù)紅淺1井區(qū)488個(gè)樣品孔隙度及318個(gè)樣品滲透率化驗(yàn)分析資料統(tǒng)計(jì)，該區(qū)砂礫巖儲(chǔ)層孔隙度為3.83%～36.58%，平均為 24.09%;滲透率為0.03×10－3～5000.00 ×10－3μm2，平均為 603.46×10－3μm2，屬于中高孔、中高滲儲(chǔ)層。統(tǒng)計(jì)時(shí)發(fā)現(xiàn)，個(gè)別數(shù)據(jù)點(diǎn)離散性很大，孔隙度較小，但滲透率較高，反映出微裂縫改造了儲(chǔ)層物性。

2 儲(chǔ)層影響因素

2.1 沉積因素

巖石成分、結(jié)構(gòu)成熟度受控于沉積環(huán)境，不同的沉積環(huán)境有著不同的水動(dòng)力條件，導(dǎo)致不同沉積相帶的儲(chǔ)層有著不同的原始儲(chǔ)集條件。前人研究認(rèn)為紅淺1井區(qū)沉積相為辮狀河沉積[2，7]，但在結(jié)合取心井hT1010、h2097A、檢596井的巖心觀察后，認(rèn)為該區(qū)沉積相應(yīng)為扇三角洲沉積，同時(shí)從扇三角洲的主要識(shí)別標(biāo)志入手，探討該區(qū)沉積相類(lèi)型對(duì)儲(chǔ)層的影響。以3口密閉取心井揭示的扇三角洲相為例，扇三角洲平原亞相中主要發(fā)育有水上分流河道、河道間沼澤微相以及泥石流沉積。其中，水上分流河道多為正韻律的粗粒砂巖和砂礫巖夾灰綠色、淺灰色泥巖，泥巖表現(xiàn)出氧化環(huán)境特點(diǎn)，河道底部具有明顯的沖刷面(圖2a、h);河道間沼澤微相可見(jiàn)黑色的炭質(zhì)泥巖，反映河泛時(shí)期該相區(qū)為排水不暢的沼澤環(huán)境，適宜于植物生長(zhǎng)繁殖[8－9](圖2b);陸上泥石流沉積在巖心中表現(xiàn)為砂、礫、泥混雜的灰色不等粒砂礫巖，組分分選磨圓差(圖2c);對(duì)扇三角洲前緣亞相來(lái)講，水下分流河道的巖心沉積構(gòu)造豐富，發(fā)育斜層理、平行層理等，同時(shí)可見(jiàn)具復(fù)合正韻律的多期河道砂體(圖2d、g、i);水下分流河道間則以發(fā)育含植物莖桿化石、炭屑的淺灰色、灰色細(xì)粒砂巖及泥巖為主(圖2e、i);至于河口壩、席狀砂微相在觀察的3筒巖心中，現(xiàn)象不是特別明顯;前扇三角洲因處還原環(huán)境、水體能量較低，故沉積灰綠色、淺灰色泥巖并可見(jiàn)植物炭屑(圖3j)，尤其在湖平面動(dòng)態(tài)變化的過(guò)程中，也有弱氧化環(huán)境的出現(xiàn)，從而在大段灰綠色泥巖中有棕紅色泥巖的存在(圖2f)，同時(shí)可見(jiàn)重力流沉積(圖2k)。上述這些巖心特征都說(shuō)明了該區(qū)扇三角洲沉積是客觀存在的。

圖2 紅淺1井區(qū)扇三角洲巖心典型沉積特征及沉積構(gòu)造

調(diào)研前人關(guān)于扇三角洲沉積的研究[8－10]，重點(diǎn)考察優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層發(fā)育的沉積相環(huán)境，發(fā)現(xiàn)牽引流是控制砂礫巖儲(chǔ)層分布的關(guān)鍵。重力流成因砂礫巖因其沉積時(shí)存在大量泥質(zhì)雜基，故其物性較差，只在局部礫石顆粒間以砂質(zhì)成分堆積、膠結(jié)較弱的沉積物中見(jiàn)到油跡或油斑(圖2c)。以牽引流為主的強(qiáng)水動(dòng)力條件改造了粗粒沉積的水上分流河道及水下分流河道，碎屑顆粒在經(jīng)過(guò)滾動(dòng)、跳躍后，成分成熟度、結(jié)構(gòu)成熟度得到有效改善，但從兩者相比較來(lái)看，水上分流河道由于沒(méi)有湖水的反復(fù)淘洗，其內(nèi)部的雜基成分要高于水下分流河道，導(dǎo)致其物性稍差。含油性好的儲(chǔ)層，其儲(chǔ)層孔滲能力對(duì)應(yīng)呈現(xiàn)出正相關(guān)的關(guān)系，該認(rèn)識(shí)在3口密閉取心井的含油顯示得到直觀的反映。但值得注意的是，對(duì)河口壩、席狀砂的含油性在此處不能有所反映，不代表這2個(gè)微相的儲(chǔ)層發(fā)育情況差于前面所述的含油砂礫巖，還需后期擴(kuò)大研究來(lái)解釋其儲(chǔ)層質(zhì)量的優(yōu)劣。總之，沉積環(huán)境當(dāng)中的水動(dòng)力條件影響沉積物的正常沉積，改變其沉積時(shí)雜基含量，進(jìn)而達(dá)到影響儲(chǔ)層物性的作用。

2.2 成巖作用因素

破壞性成巖作用在該區(qū)主要為壓實(shí)作用及膠結(jié)作用，兩者共同作用降低儲(chǔ)層的儲(chǔ)集物性。壓實(shí)作用屬于早期成巖階段的物理成巖作用，與沉積物的結(jié)構(gòu)成熟度、成分成熟度有一定聯(lián)系[10]，即受到巖石中塑性組分含量、礦物顆粒的分選及磨圓程度影響。鏡下可觀察到砂礫巖儲(chǔ)層中，礦物顆粒之間多以點(diǎn)接觸為主，線接觸次之，部分顆粒呈游離狀態(tài)(圖1a)，儲(chǔ)層的孔隙類(lèi)型也多以粒間孔隙為主(圖1a、b)，部分顆粒內(nèi)部有壓裂縫出現(xiàn)(圖1f)，壓實(shí)作用中等。膠結(jié)作用是研究區(qū)儲(chǔ)層性能變差的主要因素，且以碳酸鹽膠結(jié)對(duì)儲(chǔ)層的影響最大，據(jù)hq13、J259井的分析化驗(yàn)資料顯示，其碳酸鹽平均含量為0.25% ～1.89%，硅質(zhì)及泥質(zhì)膠結(jié)并非特別強(qiáng)烈，但均可導(dǎo)致儲(chǔ)層孔滲能力明顯降低。巖心中有灰白色碳酸鹽膠結(jié)、硅質(zhì)膠結(jié)的部位，儲(chǔ)層孔隙基本被其堵死，含油性基本喪失(圖2g)。實(shí)際稠油生產(chǎn)開(kāi)發(fā)過(guò)程中，鈣質(zhì)膠結(jié)可形成隔夾層影響，如SAGD中的蒸汽超覆現(xiàn)象，從而降低泄油效率。

對(duì)于溶蝕作用及廣義的裂縫成巖作用這2個(gè)建設(shè)性成巖作用來(lái)講，可提供大量的次生孔隙，且可改善儲(chǔ)層的滲透能力[11]。該區(qū)儲(chǔ)層當(dāng)中溶蝕對(duì)象為長(zhǎng)石顆粒及雜基，鏡下觀察到部分礦物顆粒邊緣呈溶蝕港灣狀，內(nèi)部見(jiàn)“蜂窩狀”粒內(nèi)溶孔，嚴(yán)重者呈鑄模孔(圖1a～d)，雜基則被溶蝕成網(wǎng)狀溶孔(圖1e)。推測(cè)溶蝕孔隙發(fā)育的原因在于酸性流體通過(guò)主要的斷裂或裂縫通道進(jìn)入砂巖當(dāng)中，對(duì)其中的不穩(wěn)定組分進(jìn)行溶蝕[11]。工區(qū)范圍發(fā)育的主要逆斷裂及次級(jí)斷裂較多，進(jìn)而受構(gòu)造作用影響在儲(chǔ)層中發(fā)育不同尺度的裂縫，在鏡下及巖心中均能直觀表現(xiàn)(圖1e、f)，這些裂縫有效改善了儲(chǔ)集巖孔隙結(jié)構(gòu)，明顯提高了儲(chǔ)層的滲透性能。

3 結(jié)論

(1)紅淺1井區(qū)砂礫巖儲(chǔ)層主要是砂礫巖組分，砂質(zhì)成分主要是巖屑砂巖，雜基成分大多是泥質(zhì)，成分成熟度及結(jié)構(gòu)成熟度均較低。

(2)儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間類(lèi)型以剩余原生粒間孔隙為主，據(jù)孔隙結(jié)構(gòu)特征將儲(chǔ)油層劃為Ⅰ類(lèi)牽引流砂礫巖儲(chǔ)層及Ⅱ類(lèi)重力流砂礫巖后期受牽引流改造的儲(chǔ)層，且屬于淺埋深的中高孔、中高滲儲(chǔ)層。

(3)研究區(qū)儲(chǔ)層的發(fā)育情況受控于沉積環(huán)境及成巖作用。牽引流環(huán)境下的水上分流河道和水下分流河道是發(fā)育有利儲(chǔ)集相帶的優(yōu)勢(shì)分布區(qū)，是儲(chǔ)集性能好壞的地質(zhì)基礎(chǔ)。鈣質(zhì)膠結(jié)作用破壞原生孔隙結(jié)構(gòu)，降低儲(chǔ)層物性，導(dǎo)致巖心含油級(jí)別明顯變低;而溶蝕作用和裂縫有效改善了儲(chǔ)層的孔隙度和滲透性，是形成有效儲(chǔ)集層的積極因素之一。

(4)加強(qiáng)沉積相認(rèn)識(shí)及成巖作用的研究，對(duì)后期開(kāi)發(fā)部署井位的優(yōu)選及開(kāi)發(fā)技術(shù)適用性研究都具有一定積極作用。

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