阿爾及利亞A區(qū)塊三疊系砂巖儲(chǔ)層特征及其影響因素

翁望飛 李 爭(zhēng) 季紅軍 馬 成 張金華

(1.中國(guó)石化江蘇油田分公司物探技術(shù)研究院 2.中國(guó)石化江漢油田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院 )

阿爾及利亞A區(qū)塊三疊系砂巖儲(chǔ)層特征及其影響因素

翁望飛1李 爭(zhēng)2季紅軍1馬 成1張金華1

(1.中國(guó)石化江蘇油田分公司物探技術(shù)研究院 2.中國(guó)石化江漢油田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院 )

三疊系砂巖儲(chǔ)層是阿爾及利亞A區(qū)塊最主要的勘探目的層,研究其儲(chǔ)層特征及控制因素對(duì)區(qū)塊內(nèi)油氣勘探及井位部署有著重要的指導(dǎo)意義。通過(guò)巖心觀察,結(jié)合區(qū)域地質(zhì)資料及樣品實(shí)驗(yàn)室分析測(cè)試資料,認(rèn)為阿爾及利亞 A區(qū)塊三疊系砂巖儲(chǔ)層以中粒、細(xì)粒巖屑石英砂巖為主,成分成熟度高,結(jié)構(gòu)成熟度中等,分選好,顆粒圓度為次棱角—次圓,發(fā)育有原生粒間孔、次生溶蝕粒間孔,孔喉組合類型以大孔 -細(xì)喉道為主。受機(jī)械壓實(shí)作用、化學(xué)壓溶作用、膠結(jié)作用、溶蝕作用等成巖作用影響和沉積環(huán)境、構(gòu)造作用控制,阿爾及利亞 A區(qū)塊三疊系砂巖儲(chǔ)層屬于低孔、特低孔 -中低滲、特低滲儲(chǔ)層。圖 4表 2參 4

三疊系 儲(chǔ)層特征 物性 孔隙結(jié)構(gòu) 成巖作用 影響因素 阿爾及利亞

阿爾及利亞A區(qū)塊位于非洲撒哈拉地臺(tái)的中北部,橫跨了三個(gè)一級(jí)構(gòu)造單元,區(qū)塊北部屬圖古爾特低隆起,西南為韋德邁阿盆地,東南為哈西邁斯歐德隆起的部分區(qū)域,面積約為 6865.57km2[1]。沉積盆地的整個(gè)演化過(guò)程主要經(jīng)歷了加里東、海西、早阿爾卑斯和晚阿爾卑斯 4個(gè)構(gòu)造階段[2,3],各構(gòu)造階段不同的褶皺幕運(yùn)動(dòng)對(duì)盆地產(chǎn)生了不同程度的影響,形成了目前的構(gòu)造面貌和沉積地層。早三疊世,地層停止抬升剝蝕,在海西不整合面上接受沉積,發(fā)育了三疊系陸相河流 -三角洲地層,為一套棕紅色、灰色細(xì)砂—粉砂巖與棕紅色、灰綠色、灰色泥巖互層。

A區(qū)塊油氣發(fā)現(xiàn)始于上個(gè)世紀(jì)八十年代,MEK-1和 EHC-1井在三疊系下統(tǒng) SI段砂巖儲(chǔ)層中獲得有高產(chǎn)油流,其中MEK-1井穩(wěn)產(chǎn)至今,平均產(chǎn)量可達(dá) 130m3/d。但從上世紀(jì) 90年代以來(lái),該區(qū)塊油氣勘探再?zèng)]有大的突破,其中儲(chǔ)層的研究力度不足,是一個(gè)很大的制約因素。在對(duì)區(qū)塊內(nèi) 9口探井巖心描述及砂巖分布研究基礎(chǔ)上,采集了 90余塊砂巖巖心及巖屑樣品,通過(guò)常規(guī)物性、鑄體薄片、掃描電鏡、X-射線衍射、壓汞實(shí)驗(yàn)等多項(xiàng)測(cè)試方法,對(duì)儲(chǔ)集巖的巖石學(xué)特征、儲(chǔ)集物性、孔隙發(fā)育特征及其影響因素進(jìn)行了細(xì)致的探討。

1 儲(chǔ)層特征

1.1 碎屑巖石學(xué)特征

A區(qū)塊三疊系砂巖儲(chǔ)層分為 SI砂巖段和 T1砂巖段,兩者巖石學(xué)特征相似,巖性以中砂巖和細(xì)砂巖為主,其次為粉砂巖,含極少量礫巖。粒徑的分布區(qū)間為0.13Pmm ～0.3Pmm,碎屑巖結(jié)構(gòu)成熟度中等,顆粒圓度為次棱角—次圓,分選好;砂巖為顆粒支撐,顆粒間的接觸方式以點(diǎn) -線、線 -凹凸接觸為主,少量點(diǎn)、線接觸。碎屑中石英含量高,為 76.7%～96.0%,平均87.8%,巖屑 2.0%～18.7%,平均 10.1%,長(zhǎng)石 1.0%～4.7%,平均 2.1%,主要為沉積巖、變質(zhì)巖類巖屑,含少量的云母。成分成熟度介于 3.3～24.0之間,平均為 8.84。按福克分類[4],砂巖類型主要為巖屑石英砂巖 (圖 1)。膠結(jié)物主要為白云石、硅質(zhì)、硬石膏,自生粘土等,少量為氧化鐵及菱鐵礦。膠結(jié)類型有接觸 -壓嵌、接觸 -孔隙、壓嵌 -孔隙、接觸、壓嵌等。砂巖 X-射線衍射分析結(jié)果也表明碎屑物顆粒以石英為主,平均含量 86.7%,鐵白云石 5.3%,硬石膏 5.0%,斜長(zhǎng)石 2.3%,鉀長(zhǎng)石 3.7%,粘土礦物 4.6%。

1.2 儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)特征

(1)孔隙類型

鑄體薄片和掃描電鏡分析表明,該區(qū)塊三疊系砂巖儲(chǔ)層孔隙類型以次生孔隙和原生孔隙混合發(fā)育為特點(diǎn),砂巖儲(chǔ)層面孔率在 1.13%～8.40%之間,平均4.21%。主要的孔隙類型有原生粒間孔 (圖 2-1)、溶蝕 粒間孔 (圖 2-2)、鑄模孔 (圖 2-3)、粒內(nèi)溶孔(圖 2-4)、裂縫孔隙及局部微孔隙 (圖 2-5)等。

圖1 A區(qū)塊三疊系砂巖類型三角分類圖

鑄體薄片顯示原生粒間孔形態(tài)呈三角形、多邊形,孔隙邊緣平直,未見(jiàn)有明顯的溶蝕現(xiàn)象。而溶蝕粒間孔則形態(tài)呈不規(guī)則狀、多邊形狀、長(zhǎng)條狀、孤立狀等,孔隙邊緣見(jiàn)明顯的溶蝕現(xiàn)象,部分呈溶蝕港灣狀。掃描電鏡下顯示粒間溶蝕主要由骨架顆粒、膠結(jié)物和粘土基質(zhì)溶蝕形成,粒間孔多分布伊利石、埃洛石、自生石英、綠泥石、水云母等溶蝕產(chǎn)物。粒內(nèi)溶孔主要是由長(zhǎng)石、易溶巖屑等碎屑顆粒局部溶蝕形成,部分孔隙內(nèi)充填有伊利石、水云母、石英等自生礦物。鑄?？紫涤刹环€(wěn)定顆粒完全被溶蝕掉后所形成的孔隙,常通過(guò)原來(lái)的泥質(zhì)包殼而保留其外形,常見(jiàn)長(zhǎng)石和巖屑溶蝕而形成的鑄模孔隙。

(2)孔隙結(jié)構(gòu)特征

三疊系儲(chǔ)層砂巖樣品鑄體薄片孔隙特征圖像分析顯示喉道以片狀、彎片狀為主,次為可變斷面的收縮部分,粘土集中處為管束狀喉道。平均孔隙半徑分布在 17.6μm～74.4μm之間 ,均值 32.5μm,平均喉道半徑分布在 8.1μm～23.4μm之間,均值15.5μm,孔喉配位數(shù)一般在 1～2,平均配位數(shù) 0.52,平均孔喉比 2.11。根據(jù)樣品壓汞資料可以看出 (表1),三疊系儲(chǔ)層砂巖排驅(qū)壓力主要分布在 0.03 MPa～2.90MPa,平均 0.49MPa,該壓力值所反映的孔滲特征與物性測(cè)試獲得的結(jié)果相符合。中值孔喉半徑2.09μm,歪度 2.14,分選系數(shù) 2.29,變異系數(shù) 0.27,均值系數(shù) 9.01,最大進(jìn)汞飽和度 89.13%,束縛水飽和度 10.09%,退出效率 20.51%。

1.3 儲(chǔ)層物性特征及分類評(píng)價(jià)

根據(jù) A區(qū)塊探井巖心柱樣品物性資料統(tǒng)計(jì) (圖3),三疊系砂巖儲(chǔ)層孔隙度值分布穩(wěn)定,集中在 5%～15%之間,平均 8.8%,而滲透率則有明顯的局部變化,數(shù)值可從小于 0.1mD快速增加至 200mD以上,平均可達(dá) 26.23mD(表 2)。依據(jù)壓汞、鑄體薄片、巖心物性分析結(jié)果,按中華人民共和國(guó)石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《SY/T 6285-1997油氣儲(chǔ)層評(píng)價(jià)方法》可以將儲(chǔ)層劃分為 4類。

(1)低孔 -中滲型:這是本區(qū)最好的一種孔隙結(jié)構(gòu),但在平面上分布較少,物性顯示平均孔隙度12.8%,平均滲透率 157.4mD,排驅(qū)壓力多數(shù)小于0.1MPa,平均孔喉半徑為 1μm ～25μm,孔隙類型以連通性好,孔大喉粗的粒間溶孔、原生粒間孔為主。

(2)低孔 -低滲型:該類儲(chǔ)層平均孔隙度10.1%,平均滲透率 21.3mD,壓汞資料顯示排驅(qū)壓力集中在 0.1 MPa～0.4MPa,平均孔喉半徑為 2μm～4μm,孔隙類型為連通性略差,大孔細(xì)喉的粒間溶孔、原生粒間孔。

(3)特低孔 -特低滲型:該類儲(chǔ)層在本區(qū)分布廣泛,物性差,孔喉偏細(xì),平均孔隙度 9.2%,平均滲透率 3.5mD,排驅(qū)壓力 0.4 MPa～1MPa,平均孔喉半徑為 0.6μm ～3μm,孔隙類型包括連通性差的粒間溶孔、原生粒間孔及粒內(nèi)溶孔。

(4)特低孔 -超低滲型:該類儲(chǔ)層在本區(qū)同樣分布廣泛,為最差的一種孔隙結(jié)構(gòu)類型。平均孔隙度 6.14%,平均滲透率 0.34mD,排驅(qū)壓力大于1MPa,平均孔喉半徑更小,孔隙極不發(fā)育,粒間溶孔、原生粒間孔少,多發(fā)于粒內(nèi)溶蝕微孔。

表明A區(qū)塊三疊系砂巖儲(chǔ)層主要孔隙結(jié)構(gòu)類型為特低孔 -特低滲型和特低孔 -超低滲型,其次為低孔 -低滲型,評(píng)價(jià)較好的低孔 -中滲型少見(jiàn)。

2 儲(chǔ)層影響因素分析

影響一個(gè)地區(qū)儲(chǔ)層發(fā)育的因素很多,是各種復(fù)雜地質(zhì)事件綜合作用的結(jié)果。A區(qū)塊三疊系儲(chǔ)層各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)資料分析表明,控制儲(chǔ)層性質(zhì)的主要因素是沉積環(huán)境、成巖作用和構(gòu)造作用。

2.1 沉積環(huán)境對(duì)儲(chǔ)集性能的影響

沉積環(huán)境對(duì)儲(chǔ)層性質(zhì)的影響主要表現(xiàn)在:宏觀上其控制著儲(chǔ)層的厚度、規(guī)模及空間展布;微觀上則決定著碎屑顆粒的大小、填隙物的種類和含量及砂巖巖石結(jié)構(gòu)的好壞,甚至對(duì)后期成巖作用的強(qiáng)度都有著重要的影響,它對(duì)儲(chǔ)層的控制作用是先天的。

圖2 薄片鑒定圖版

圖3 A區(qū)塊三疊系砂巖孔 -滲直方圖

表1 A區(qū)塊三疊系砂巖孔隙結(jié)構(gòu)

表2 A區(qū)塊三疊系砂巖孔隙度、滲透率及喉道統(tǒng)計(jì)表

阿爾及利亞 A區(qū)塊三疊系儲(chǔ)層地層古老,經(jīng)歷過(guò)多幕次的構(gòu)造運(yùn)動(dòng),后期成巖作用強(qiáng)烈,導(dǎo)致沉積環(huán)境對(duì)成巖作用主次和強(qiáng)弱的影響作用大幅度減退,沉積環(huán)境對(duì)儲(chǔ)層物性的影響作用也相對(duì)較小。三疊系砂巖孔 -滲之間呈“帶狀”正相關(guān)關(guān)系 (圖 4),但從圖中可以看出孔隙度數(shù)值范圍變化小,表明其分布相對(duì)穩(wěn)定,不管在單井的縱向不同深度,還是在平面上的不同相帶內(nèi),孔隙度平均值為 8.8%左右;而滲透率數(shù)值則跨度明顯較大,從小于 0.1mD變化至 100mD以上,說(shuō)明砂巖滲透性不僅在同一口井的不同深度,即使是短距離的不同橫向砂體,數(shù)值變化也很迅速。從孔 -滲關(guān)系可以看出沉積環(huán)境對(duì)儲(chǔ)層物性的影響較小,而后期成巖改造及因構(gòu)造運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的裂縫對(duì)儲(chǔ)層物性起著重大控制作用。

2.2 成巖作用對(duì)儲(chǔ)層性質(zhì)的影響

巖石薄片、掃描電鏡、X-射線衍射、儲(chǔ)層物性等測(cè)試分析結(jié)果顯示,阿爾及利亞 A區(qū)塊三疊系砂巖儲(chǔ)層處于晚成巖階段 A期,成巖作用對(duì)儲(chǔ)層的物性起著重大的影響。其中壓實(shí)作用、膠結(jié)作用主要是降低儲(chǔ)層孔滲,使物性變差,而溶蝕作用則提高儲(chǔ)層的孔隙度和滲透率,使物性得以改善。

圖4 A區(qū)塊三疊系砂巖孔 -滲半對(duì)數(shù)相關(guān)關(guān)系圖

(1)成巖階段劃分

依據(jù)中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《SY/T 5477-92油氣儲(chǔ)層評(píng)價(jià)方法》,認(rèn)為 A區(qū)塊三疊系砂巖儲(chǔ)層主要處于晚成巖階段A期。

巖石薄片顯示三疊系儲(chǔ)層碎屑顆粒之間以點(diǎn) -線、線 -凹凸接觸為主,在機(jī)械壓實(shí)下表現(xiàn)出一定的壓實(shí)或壓溶定向;砂巖巖性較致密,孔隙以次生溶蝕粒間孔為主,低孔隙度,有被后期成巖改造的痕跡。

掃描電鏡發(fā)現(xiàn)巖樣中石英具有明顯的次生加大,級(jí)別 II～I(xiàn)II(圖 2-7),長(zhǎng)石普遍發(fā)生溶蝕,常見(jiàn)有白云石、硬石膏等鹽類自生產(chǎn)出。

非粘土礦物 X-衍射分析結(jié)果顯示,有鐵白云石存在,表明成巖作用較強(qiáng)。粘土礦物 X-衍射定量分析結(jié)果則表明,粘土礦物含量以伊利石最高,平均含量 55.3%,其次為綠泥石 8.7%和高嶺石8.6%,伊利石 /蒙脫石混層中蒙脫石含量為 14%,屬有序混層帶,儲(chǔ)層處于晚成巖階段。

根據(jù)區(qū)塊 HJS-1井儲(chǔ)層試油資料,三疊系平均地溫為 108℃,其下伏志留系暗色泥巖 Ro值為0.55%～0.95%,據(jù)此判斷儲(chǔ)層處于晚成巖階段。

(2)機(jī)械壓實(shí)和化學(xué)溶蝕

機(jī)械壓實(shí)和化學(xué)壓溶是導(dǎo)致儲(chǔ)層物性變差的主要因素之一,隨著埋藏深度的增加,碎屑顆粒之間接觸方式主要以點(diǎn) -線,線 -凹凸方式為主,部分發(fā)育有縫合線。受顆粒間壓溶作用影響,巖石成巖期的硅質(zhì)組分增多,從而促使石英的次生加大和自生石英的形成,同時(shí)巖石中的塑性顆粒,如云母、泥巖巖屑等被擠壓彎曲變形 (圖 2-6),使得顆粒緊密鑲嵌,導(dǎo)致物性變差。

(3)膠結(jié)作用

從對(duì)儲(chǔ)層性質(zhì)的影響程度來(lái)看,最重要的是碳酸鹽巖膠結(jié),此類膠結(jié)物主要為白云石,鏡下多呈細(xì)晶—粉晶,邊緣部分含氧化鐵,少數(shù)白云石呈連晶狀分布于粒間,多交代碎屑顆粒邊緣及石英次生加大邊,呈鋸齒狀和港灣狀;硅質(zhì)膠結(jié)主要表現(xiàn)為石英的次生加大和自生石英晶體的形成。石英的次生加大作用無(wú)論在垂向上還是橫向上都較發(fā)育,加大級(jí)別 II～I(xiàn)II,部分石英次生加大形成自形晶面。次生加大強(qiáng)烈時(shí),顆粒間會(huì)彼此形成緊密鑲嵌狀接觸;粘土礦物在儲(chǔ)層中表現(xiàn)為孔隙充填式和顆粒包裹式。前者在掃描電鏡中表現(xiàn)為粘土礦物,以多種形式充填于砂巖粒間孔隙中,包括伊利石呈片狀、絲狀,伊 /蒙混層呈絲縷狀、蜂窩狀,高嶺石呈書(shū)頁(yè)狀集合體,綠泥石呈葉片狀 (圖 2-8)、絨球狀等。粘土礦物,產(chǎn)狀呈薄膜狀或櫛殼狀,包裹在碎屑顆粒的周圍;硫酸鹽膠結(jié)物主要為硬石膏,斑塊狀分布,多呈它形充填于孔隙中。

(4)溶蝕作用

A區(qū)塊三疊系儲(chǔ)層中存在著不同程度的顆粒溶蝕作用,其對(duì)形成次生孔隙,改善儲(chǔ)集層物性起著積極的作用。作用方式有兩類:格架顆粒的溶蝕和粒間擴(kuò)大溶蝕。前者主要是對(duì)長(zhǎng)石顆粒沿解理或裂縫進(jìn)行不同程度的溶蝕,作用強(qiáng)烈時(shí)可將長(zhǎng)石顆粒全部溶蝕掉,形成鑄模孔,僅殘留粘土包殼;后者是在原生粒間孔的基礎(chǔ)上,對(duì)周圍碎屑顆?；蚰z結(jié)物進(jìn)行溶蝕,使碎屑顆粒邊緣不規(guī)則收縮,形成溶蝕擴(kuò)大的粒間孔。

(5)構(gòu)造作用對(duì)儲(chǔ)層性質(zhì)的影響

阿爾及利亞A區(qū)塊自三疊系沉積以后,經(jīng)歷了阿爾卑斯等構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的多次改造,形成了對(duì)儲(chǔ)層物性影響較大的斷裂及裂縫。鉆井巖心描述及照片顯示,三疊系儲(chǔ)層中分布有裂縫,對(duì)儲(chǔ)層滲透性的改善是積極明顯的。從裂縫溝通油氣性能上來(lái)看,可以分為無(wú)效縫和有效縫,前者在裂縫發(fā)育之后,被充填有方解石、石英等自生礦物,堵塞縫道,對(duì)儲(chǔ)層物性的改善并不起實(shí)際作用。而有效縫在形成后,沒(méi)有被充填和膠結(jié),溝通性能良好,能極大的提高儲(chǔ)層滲透性,對(duì)油氣的運(yùn)移及儲(chǔ)集起到了重要作用。

3 結(jié)論

(1)A區(qū)塊三疊系儲(chǔ)層巖石類型為巖屑石英砂巖,成分成熟度高,結(jié)構(gòu)成熟度中等,分選好,顆粒圓度為次棱角—次圓,發(fā)育有原生粒間孔、次生溶蝕粒間孔,孔喉組合類型以小孔 -細(xì)喉道為主。

(2)A區(qū)塊三疊系砂巖儲(chǔ)層孔隙度分布穩(wěn)定,平均值 8.8%左右,而滲透性能縱向、橫向變化均較大,在有效裂縫的溝通改善下,滲透性可以達(dá)到200mD以上的中滲。

(3)A區(qū)塊三疊系砂巖儲(chǔ)層性質(zhì)主要受沉積環(huán)境、成巖作用和構(gòu)造運(yùn)動(dòng)等因素的影響,各種因素間存在一定的相關(guān)關(guān)系。其中成巖作用的機(jī)械壓實(shí)、化學(xué)壓溶、礦物膠結(jié)與交代、溶蝕作用是最重要的,其次是構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和沉積條件。

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2 李大榮,黎發(fā)文,唐紅 .阿爾及利亞三疊盆地、韋德邁阿次盆地石油地質(zhì)特征及油氣勘探中應(yīng)注意的問(wèn)題[J].海相油氣地質(zhì),2006,11(3):19-26.

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RESERVOIR CHARACTERISTICS OF TRIASSIC SANDSTONE AND ITS INFLUENCING FACTORS,ALGERIA A BLOCK

WENGWangfei1,LIZheng2,J IHongjun1,MA Cheng1and ZHANG Jinhua1(1.Research Institute of Geophysical Prospecting,Sinopec Jiangsu Oilfield Company;2.Research Institute of Exploration and Development,Sinopec Jianghan Oilfield Company).

Triassic Sandstone is the main target formation in Algeria A block.So,to study its reservoir characteristics and influencing factors is significant for both hydrocarbon exploration and wellsite deployment.Based on core observation,regional geology data analysis and sample experimental test,we consider that(1)Triassic Sandstone ismainly composed ofmiddle-to fine-grained lithic quartz sandstone with a high compositionalmaturity and a middle texture maturity;(2)it is well-sorted and its particle is of both subangular and subcircular roundness;(3)primary intergranularpore and secondary dissolved intergranularpore are developed in Triassic Sandstone with a type of large pore and fine throat as the soul;(4)it is affected by diagenesis of mechanical compaction,chemical pressure solution,cementation and dissolution,meanwhile it's controlled by sedimentary environment and tectonism;and(5)Triassic Sandstone is one reservoirwith low porosity,extra low porosity and middle to low permeability,extra low per meability.

Triassic,reservoir characteristics,physical property,pore structure,diagenesis,influencing factor,Algeria

翁望飛,男,1980年出生,浙江金華人,工程師;西北大學(xué)碩士研究生,現(xiàn)從事油氣地質(zhì)研究。地址:(210046)江蘇省南京市棲霞區(qū)堯化門江蘇油田物探技術(shù)研究院(計(jì)算中心)。電話:13951622001,(025)83503173。E-mail:fiyan@163.com

NATURALGAS EXPLORAT ION&DEVELOPMENT.v.33,no.2,pp.6-10,4/25/2010

(修改回稿日期 2009-08-14 編輯 王曉清)