四川盆地川西氣田雷口坡組氣藏儲層特征及其主控因素

肖開華 李宏濤 段永明 張 巖 劉莉萍

1.海相油氣藏開發重點實驗室?中國石化石油勘探開發研究院 2.中國石化西南油氣分公司

0 引言

2014年1月，位于四川盆地龍門山前構造帶石羊場—金馬—鴨子河構造帶上的PZ1井在中三疊統雷口坡組四段上亞段（以下簡稱“雷四上亞段”）測試獲天然氣產量121.05×104m3/d，發現了川西氣田雷四段氣藏。此后，先后實施了YS1、YSh1、PZ115、PZ113和PZ103等5口滾動評價井，對氣藏展開了評價，提交的預測儲量和控制儲量都超過千億立方米，川西氣田雷四段氣藏成為中國石化“十三五”天然氣勘探開發增儲上產的重點區塊。由于研究區雷口坡組碳酸鹽巖地層巖性組合多樣，儲集空間類型、孔隙結構與孔喉組合關系復雜，儲層非均質性強，因此，對川西氣田雷四段氣藏的儲層特征認識及其發育控制因素分析有待進一步加強，儲層基本巖石學、物性、儲集空間類型等基本特征研究是油氣儲層評價與預測的基礎與核心內容，是進行定量儲層表征的最基本參數，同時也是認識該氣藏的最基本的前提條件。

前人研究成果認為，川西地區雷四上亞段為潮坪相沉積，主要發育潮間帶和潮下帶亞相，廣泛發育厚度大、分布廣、物性優、含氣性好的白云巖溶蝕孔隙型儲層，縱向上巖性變化較頻繁，橫向上分布較為穩定[1-5]。龍門山前構造帶以白云巖類為主的下部儲層段呈多層疊置分布，儲集性能優于灰質含量較多的上部儲層段。

筆者利用巖心普通薄片、鑄體薄片、掃描電鏡觀察，開展巖心樣品物性與壓汞數據分析，結合測井解釋結果，對川西氣田雷四上亞段儲層特征進行詳細描述與分析，弄清儲層特征及其對儲層發育的控制作用，以期為氣藏的開發評價提供依據。

1 地質背景

1.1 構造特征

川西氣田構造位于四川盆地西緣龍門山前構造帶中段，由金馬構造、鴨子河構造和石羊場構造組成，石羊場構造和金馬構造、鴨子河構造整體為一受關口斷裂、彭縣斷裂挾持的斷背斜構造，總體上呈北東走向（圖1）。金馬—鴨子河構造雷四上亞段上、下儲層段頂面構造均表現為長軸狀斷背斜，背斜規模受彭縣斷層（逆沖推覆）和F42斷層（反沖斷層）控制，構造內發育金馬、鴨子河兩個局部構造。

圖1 川西氣田雷口坡組氣藏構造單元圖

1.2 地層及沉積特征

四川盆地中三疊世雷口坡期主要為局限或蒸發臺地沉積，按照巖性地層差異，自下而上劃分為雷一、雷二、雷三、雷四等4段。川西地區雷四段沉積期，隨著局部區域構造升降及干旱、潮濕氣候交替出現，海水進退頻繁，形成多套白云巖—硬石膏巖為主、石灰巖為輔的沉積旋回組合[5-9]。雷四段可進一步分為上、中、下三個亞段，中、下亞段以膏巖與白云巖互層沉積為主，上亞段則發育白云巖、石灰巖沉積。受印支運動的影響，雷口坡組頂部形成了區域性不整合面，川西地區雷四上亞段遭受了不同程度的剝蝕[3]，剝蝕厚度呈東厚西薄。

石羊場—金馬—鴨子河構造目的層為雷四上亞段，地層分布穩定，厚度介于130～140 m，可劃分為1個四級層序、4個五級高頻層序和21個六級高頻層序（由向上變淺的高頻沉積旋回組成）（圖2）。雷四上亞段總體為潮坪相沉積[5]，亞相類型包括潮上帶、潮間帶和潮下帶，其中，潮上帶包括潮上云膏坪、膏云坪、泥云坪/云坪、潮上灘等微相類型，潮間帶包括含膏云坪、（藻）云坪、灰云坪、云灰坪等微相類型，潮下帶包括灰云坪、云灰坪、（藻）灰坪、（藻）砂屑灘等微相類型。研究區主要發育潮間帶和潮下帶亞相，井間亞相類型對比良好，反映整體沉積地形比較平緩、橫向上分布相對穩定（圖2）。依據雷四上亞段儲層在層序中的分布，雷四上亞段又進一步可劃分為上儲層段、隔層段和下儲層段等3段。上儲層段以潮下帶的灰坪、灰云坪及云坪微相為主，巖性主要為泥微晶灰巖、藻砂屑灰巖、微晶云巖及云質灰巖，厚度介于28～46 m。隔層段主要為一套潮下帶的高電阻藻灰巖，厚度介于25～30 m。下儲層段以潮間帶的云坪、藻云坪微相為主，巖性主要為微—粉晶云巖、藻黏結云巖及灰質云巖，厚度介于70～80 m。

圖2 YSh1井—PZ115井—YS1井—PZ103井雷四上亞段沉積相及儲層對比圖

圖3 川西氣田雷四上亞段上、下儲層段巖石類型分布圖

2 儲層特征

2.1 巖性特征

研究區雷四上亞段儲層巖性主要為一套潮坪相的白云巖。6口鉆井巖心及679塊薄片資料統計表明，研究區雷四上亞段巖石類型多樣，以泥微晶灰巖、微—粉晶云巖、藻黏結云巖、藻砂屑灰巖、含灰質云巖、云質灰巖為主（占比大于15%），灰質云巖、含云質灰巖、砂屑云巖次之（占比小于15%）。上儲層段和下儲層段的巖性存在較明顯的差異性，下儲層段白云巖更發育（圖3），為主力產氣層。

下儲層段儲層巖性主要為殘余藻黏結（或藻屑）結構微—粉晶云巖、藻紋層（似層疊）結構云巖、粉晶云巖、藻團塊微晶云巖、砂屑云巖等（圖4-a～i），少部分為白云巖與石灰巖的過渡巖性，如灰質云巖也可構成儲層。根據不同巖性的物性統計結果，儲集巖孔隙度隨白云石含量的增加而變好，巖性對儲層物性控制明顯（圖5）。特別是殘余藻黏結（或藻屑）微—粉晶云巖、藻紋層結構微—粉晶云巖、粉晶云巖是最重要的儲集層巖石類型。上儲層段儲層巖性相對簡單，主要為微（粉）晶云巖、含灰（或灰質）微—粉晶云巖等（圖4-j～l），縱向上主要分布于上亞段的中下部，而中上部則以石灰巖、云質灰巖為主，少量灰質云巖、白云巖，橫向上，白云巖分布穩定。

圖4 川西氣田雷四上亞段儲層巖性特征與儲集空間類型照片

2.2 儲集空間類型

川西氣田雷四上亞段儲層儲集空間類型以白云石晶間溶孔、藻層疊格架溶孔、藻黏結粒間（溶）孔為主。雷四段上亞段下儲層段儲集巖類型多樣，儲集空間類型復雜[10-12]，主要為白云石晶間溶孔、藻紋層（或層疊石）格架溶孔、藻黏結（或藻屑）粒間（溶）孔、裂縫、溶洞、鑄模孔等（圖4-a～i），以前3種為主。（微）裂縫也相對發育，在巖心和薄片樣品上常見各種類型的微裂縫單獨或者呈組系出現，部分巖心呈酥餅狀或碎裂狀；在成像測井上，亦可發現多條裂縫，總體以低角度縫為主。溶洞相對較少，且縱向孔徑一般小于1 cm，部分溶洞與被溶蝕的裂縫相連接，表明可能為酸性流體對早期溶蝕孔隙進一步擴溶的結果[13]（圖4-h）。綜合分析儲集空間類型、孔隙和裂縫的相互間的配置關系，雷四上亞段下儲層段儲集類型主要為裂縫—孔隙型。雷四上亞段上儲層段巖石類型雖然也較多，但有效的儲層巖性則相對單一[以微（粉）晶云巖為主]，儲集空間類型以晶間孔或晶間溶孔為主（圖4-j～l），（微）裂縫與溶洞相對不發育，主要為孔隙型儲層。

圖5 川西氣田雷四上亞段物性特征圖

2.3 儲層物性特征

川西氣田雷四上亞段儲層總體表現為低孔、中—低滲特征，孔滲相關性較差。根據川西氣田5口井上、下儲層段共557塊樣品的統計結果，雷四上亞段下儲層段423個樣品巖心樣品孔隙度介于0.07%～20.20%，平均值為4.07%（圖5-a），孔隙度大于2%的有效儲層樣品314個（四川盆地碳酸鹽巖有效儲層的孔隙度標準為大于等于2%），占74.2%，平均孔隙度為5.09%。但僅18.9%的樣品孔隙度大于6%，多數樣品孔隙度介于2%～6%，表明有效儲集巖以特低孔為主。滲透率值變化范圍較大，介于7.0×10-4～710.0 mD（330個樣品），平均值為7.3 mD（圖5-b），44.6%的樣品小于0.1 mD，低滲—特低滲的特征明顯。部分孔隙度低于6%儲集巖樣品的滲透率大于1 mD，甚至大于10 mD，表明（微）裂縫可能為其重要的滲流通道（圖5-c中左側虛線框部分），這與儲集空間類型描述中含有（微）裂縫是一致的。314個有效儲層樣品的滲透率平均值為6.0 mD。

雷四上亞段上儲層段134個樣品的孔隙度介于0.09%～23.70%，平均值為2.96%，總體物性較差，孔隙度大于2%的有效儲層樣品40個，僅占30.4%（圖5-a），孔隙度平均值為8.16%。需要強調的是，上儲層段局部發育中孔優質儲層（孔隙度介于15%～25%，圖5-c中右側實線框部分）。樣品滲透率值變化范圍較大，介于1.0×10-3～19.4 mD（68個樣品），平均值為1.6 mD（圖5-b），滲透率分布特征與下儲層段相似，具有低滲—特低滲的特征。40個有效儲層樣品的滲透率平均值為1.9 mD。

總體上，雷四上亞段儲層孔隙度和滲透率的相關性較差（圖5-c），裂縫—孔隙型儲層發育。

2.4 孔隙結構特征

儲層孔隙結構主要是指巖石所具有的孔隙和喉道的大小、分布及其相互配置關系，是認識和評價儲層的關鍵因素之一[14-16]。

川西氣田雷四上亞段儲層孔喉組合以中孔細喉為主。按照儲集巖孔隙與喉道大小的劃分標準，對研究區5口井的87塊（下儲層段74塊，上儲層段13塊）有效儲層白云巖樣品的壓汞參數進行統計分析（表1、圖6）。結果表明，儲集巖中大孔、中孔、小孔和微孔均有發育，以中孔居多，喉道主要為細喉，微喉和中喉也較發育，粗喉少（圖6-a），孔喉組合類型多樣，主要包括大/中孔—細喉、中/小孔—微喉、大孔—中喉和微孔—中喉等（圖6-b）。

2.4.1 下儲層段孔隙結構特征

雷四上亞段下儲層段的排替壓力介于0.01～4.40 MPa（表1），平均值為0.63 MPa，小于1 MPa，排替壓力總體相對較低，顯示川西氣田存在一定數量粗喉道（或微裂縫），樣品中最大喉道半徑可達103.58 μm。但孔喉連通特征參數顯示儲集巖束縛水飽和度較高，孔喉連通性相對較差。以上樣品的矛盾性，反映了孔喉分布的不均勻性與復雜性。孔喉分布特征參數的分選系數平均值達3.33，按照分選級別標準，為典型分選差的特征（圖6-c）。物性參數（孔隙度和滲透率）與孔隙喉道參數基本無相關性，也反映儲集巖因巖石類型、儲集空間類型多樣，導致孔隙結構復雜的特征。

表1 川西氣田雷四段上亞段儲集巖物性和壓汞參數表

圖6 川西氣田雷四上亞段儲層孔隙結構特征圖

統計結果也顯示，孔隙度較高樣品（孔隙度大于6%）的最大進汞飽和度和退汞效率低于孔隙度較低樣品（孔隙度介于2%～6%）（表1、圖6-c），孔喉分布參數的分選系數、變異系數也較大，進一步反映這些孔隙度高的樣品可能存在部分連通性較差的孔隙，以及孔喉的非均質性更強，這與樣品發育孤立溶洞或鳥眼狀大孔隙有關（圖4-e）。

2.4.2 上儲層段孔隙結構特征

雷四上亞段上儲層段孔隙度介于2%～6%的樣品總體反映喉道偏細的特征。但相對孔隙度介于2%～6%的下儲層段樣品，上儲層的中值壓力較低，最大進汞飽和度和退汞效率較高，分選系數和變異系數較小，均值系數較大（表1），反映喉道分布相對均勻。值得關注的是，雷四上亞段上儲層段還發育物性較好微晶云巖，微晶白云石晶間（溶）孔發育，孔喉組合類型主要為微孔—中喉（圖6），孔隙度介于14.25%～23.78%，滲透率介于0.88～8.95 mD，喉道分選系數和變異系數明顯低于其他樣品，表明喉道分選好。以上參數顯示了上儲層段儲集巖孔隙喉道相對均勻，這與雷四上亞段上儲層段巖性和孔隙類型相對簡單相吻合。

2.5 儲層展布特征

川西氣田雷四上亞段下儲層段有效儲層較上儲層段發育。在儲層巖性、物性特征和儲層“四性”關系分析的基礎上，確定了儲層參數測井解釋模型和測井解釋標準[17-18]，對研究區完鉆井進行了儲層測井精細解釋與評價，其統計結果表明研究區雷四段上亞段在縱向上儲層非均性均較強，總體上表現為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類儲層呈薄互層交替出現（Ⅰ類儲層孔隙度大于12%，Ⅱ類儲層孔隙度介于6%～12%，Ⅲ類儲層孔隙度介于2%～6%）（圖2）。儲層單層厚度小，一般介于1.0～2.5 m，最大單層厚度為6.9 m，上、下儲層段單層平均厚度分別為1.4 m和1.9 m，雷四上亞段累計有效儲層厚度介于30.0～56.6 m（表2）。從縱向上看，各井下儲層段的有效儲層厚度明顯較上儲層段大，下儲層段物性也好于上儲層段，各井上、下儲層段內均表現出Ⅲ類儲層厚度最大、Ⅰ類儲層厚度最小的特征。下儲層段總體上均以Ⅱ類儲層和Ⅲ類儲層為主，平均加權孔隙度為5.12%，僅YSh1井和YS1井發育Ⅰ類儲層，其他4口井均無Ⅰ類儲層。上儲層段有效儲層以Ⅲ類儲層為主，但由于上儲層段中下部發育一層厚約2 m的優質Ⅰ類儲層，孔隙度介于12.2%～21.4%，且橫向較穩定，可對比和追蹤。因此，上儲層的平均加權孔隙度高達7.79%。從橫向上看，上、下儲層段的有效儲層橫向分布均較穩定，各井間具有較好的對比性（圖2）。

表2 川西氣田雷四上亞段測井解釋儲層厚度統計表

3 儲層發育的控制因素

3.1 云坪、藻云坪微相和白云石化作用控制了有利儲層的分布

川西氣田雷四上亞段主要為一套潮坪相碳酸鹽巖沉積體系[19]，以潮間帶和潮下帶沉積為主。物性統計表明（表3）：潮間帶云坪發育的晶粒云巖和藻云坪相發育的藻紋層云巖、藻砂屑藻凝塊云巖及含藻砂屑微—粉晶云巖孔隙度平均值均大于5%，儲集性能較好；潮下帶灰云坪、云灰坪和藻砂屑灘微相發育的（含）灰質云巖、（含）云質灰巖及微晶藻砂屑灰巖，平均孔隙度均小于4%，儲集性能中等—差。可見，潮間帶云坪、藻云坪、含灰云坪等微相形成的晶粒云巖和藻類云巖等構成了優質儲層的物質基礎。從儲層縱向疊置樣式上看，儲層縱向發育具有明顯的相控特征。上儲層段以潮下帶（藻）灰坪微相為主，夾潮間—潮上帶云坪微相，形成的儲層相對較薄；下儲層段整體以潮間帶云坪—藻云坪微相沉積為主，形成的儲層累計厚度較大。總體上看，沉積微相的差異決定了儲層的縱橫向分布。

云坪、藻云坪微相控制了白云巖儲層分布，同時也控制了白云石化作用。雷四上亞段沉積時，石羊場—金馬—鴨子河地區為蒸發型潮坪相沉積環境，在干旱炎熱氣候條件下，強烈的蒸發作用導致表層海水或孔隙水不斷濃縮堿化，形成高Mg2+/Ca2+值的鹵水，致使周圍石灰巖發生白云石化即為“準同生白云石化作用”；當過剩的鹵水向下滲透并向海方向回流，引起沿途的高孔滲的石灰巖發生白云石化即為“淺埋藏滲透回流白云石化作用”，形成區域性分布的泥—粉晶云巖[20]。其中，準同生白云石化作用奠定了大規模白云巖儲層形成的巖性基礎；淺埋藏滲透回流白云石化經過后期重結晶作用的改造，產生大量儲集空間。白云石化后產生的晶間孔，較好的改造了巖石的基質孔滲能力，同時，又為后期溶蝕性流體對儲層進行二次改造而形成晶間溶孔創造了有利條件，為孔隙型白云巖儲層發育奠定了重要巖性基礎[21,22]。

表3 川西氣田雷四上亞段儲層段巖性物性統計表

3.2 潮間帶高頻旋回控制的多期準同生溶蝕作用是優質儲層發育的關鍵因素

從儲層縱向上疊置樣式上看，雷四段上亞段優質儲層通常分布于五、六級高頻層序的中上部的潮間帶亞相各種白云巖中，反映了沉積高頻層序的位置控制儲層的發育分布，也是儲層縱向連續性相對較差和非均質性強的關鍵原因。潮間帶高頻旋回中上部容易發生準同生期溶蝕，控制了優質儲層在縱向上呈多層疊置分布。雷四上亞段沉積時，石羊場—金馬—鴨子河地區處于潮坪沉積環境潮間帶，由于水體較淺、相對海平面輕微升降就會造成沉積巖體受到大氣淡水的改造，甚至沉積巖體直接暴露于海平面之上接受溶蝕。通過對研究區多口井巖心觀察，發現大量準同生期暴露標志，如鈣結殼構造、滲流豆粒（圖4-e）、鳥眼構造、溶塌角礫及渣積層等，鏡下可見到平行于層面的溶蝕面、窗格孔和少量膏模孔、粒內溶孔、鑄模孔等早期溶蝕孔隙。滲流豆粒和鈣結殼層的出現，一般代表向上變淺的沉積旋回的頂界，揭示該地區出現過小型沉積暴露面，且縱向上可識別出多套。從薄片分析，這種完整的向上變淺并暴露的沉積旋回巖性自下向上為晶粒云巖、（藻）砂屑藻凝塊云巖、藻紋層云巖，頂部為沉積暴露面。優質儲層發育在緊鄰沉積暴露面之下的藻紋層云巖、藻砂屑藻凝塊云巖中，形成的儲層孔隙度均大于7%，且鳥眼、窗格孔和藻間溶孔密集發育，具層狀定向分布的特征。大量統計表明，準同生暴露溶蝕影響深度多小于6 m，因此，在縱向上，向上變淺沉積旋回越頻繁（單層旋回越薄），優質儲層連續性越好。這種向上變淺的沉積旋回主要分布于優質儲層發育的下儲層段中的純白云巖段。因此，多旋回的準同生期暴露溶蝕控制了優質儲層縱向上疊置分布。

3.3 埋藏期的油氣充注抑制了規模膠結物的形成，較好地保存了早期形成的孔隙

油氣充注導致孔隙中無機離子濃度降低，使原有的成巖環境發生改變。早期的油氣充注可抑制成巖作用的進行，在一定程度上減緩了膠結作用的進行，保護了儲層中早期形成的有效儲集空間[23]。烴類流體通過阻礙礦物與離子之間的質量傳遞來抑制礦物膠結作用，烴源巖在熱演化過程中產生的有機酸進入儲層后，溶蝕碳酸鹽中的易溶礦物，從而改善儲層[24]。

通過對孔隙空間類型統計認為，雷四上亞段儲層孔隙形成時間較早，大量早期孔隙未被后期膠結充填破壞，保存為現今有效儲集空間。根據石羊場—金馬—鴨子河地區雷四上亞段沉積—成巖背景分析認為，晚三疊世馬鞍塘組沉積至今，雷四上亞段儲層進入穩定的埋藏環境，發生了兩期膠結充填破壞，主要形成嵌晶方解石膠結和少量細—粗晶白云石。雖然埋藏期形成的膠結物對早期孔隙破壞作用明顯，但埋藏期膠結物分布極不均勻。膠結物的形成和分布受油氣充注的抑制。前人通過天然氣組分、烷烴氣碳氫同位素特征、儲層瀝青、天然氣運移分析認為新場構造帶為內源成藏組合，以內部油性氣為主，頂部混有其他氣源[1,25]；石羊場—金馬—鴨子河地區為混源成藏組合，為來自雷口坡組內部及二疊系的混源油型氣[25-26]。溫度—壓力—埋藏分析史分析表明，川西地區雷口坡組內部烴源巖在須三沉段積末期進入生烴門限，須五段沉積末期進入成熟演化階段，早侏羅世末到現今達到過成熟演化階段[25-26]。石羊場—金馬—鴨子河構造自印支晚期具備雛形，燕山期進一步發展，喜馬拉雅期定型[26-28]，長期處于構造高部位，長期處于油氣充注有利區，油氣充注后，抑制規模膠結物的形成，使得早期形成的孔隙得到較好的保存，同時，沿殘余孔（縫）和龍門山推覆擠壓產生的構造裂縫，進一步了改善了儲層的儲滲條件，提高儲層的品質。

4 結論

1）川西氣田雷四上亞段可以劃分為上、下兩個儲層段及一個隔層段；下儲層段儲層巖石類型多樣，殘余藻黏結（或藻屑）微—粉晶云巖、藻紋層結構微—粉晶云巖、粉晶云巖是最重要的儲集層巖石類型，儲層總體具有低孔—特低孔、低滲—特低滲特征，孔滲相關性較差；上儲層段儲層巖性相對簡單，以微（粉）晶云巖為主，局部發育薄層的中孔—低滲優質微晶云巖儲層。

2）川西氣田雷四上亞段下儲層段儲集空間類型多樣，發育殘余藻黏結白云石晶間溶孔、藻紋層（或層疊石）格架溶孔和微裂縫，為裂縫—孔隙型儲層，喉道以細喉為主；上儲層段儲集空間類型單一，主要為微晶晶間溶孔，為孔隙型儲層，孔喉組合類型以微孔—中喉為主。

3）雷四上亞段儲層縱向上非均質性較強，單層厚度小，呈Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類儲層薄互層。下儲層段的有效儲層均較上儲層發育，下儲層段的累計儲層厚度和物性均好于上儲層段。

4）云坪、藻云坪微相和白云石化作用控制了白云巖的分布，為儲層發育奠定了巖性基礎；潮間帶高頻旋回控制的多期準同生溶蝕作用是優質儲層發育的關鍵因素；埋藏期的油氣充注抑制了規模膠結物的形成，較好地保存了早期形成的孔隙。