準(zhǔn)噶爾盆地阜東斜坡頭屯河組二段儲(chǔ)層自然產(chǎn)能控制因素分析

文華國(guó)，賈斌，蔣宜勤，靳軍，祁利祺，李璐璐

準(zhǔn)噶爾盆地阜東斜坡頭屯河組二段儲(chǔ)層自然產(chǎn)能控制因素分析

文華國(guó)1，賈斌1，蔣宜勤2，靳軍2，祁利祺2，李璐璐2

（1.成都理工大學(xué)沉積地質(zhì)研究院，成都610059；2．中國(guó)石油新疆油田分公司實(shí)驗(yàn)檢測(cè)研究院，新疆克拉瑪依834000）

阜東斜坡頭屯河組是新疆油田重要的巖性圈閉勘探層系之一。大多數(shù)鉆井在頭屯河組二段儲(chǔ)層試油獲得高產(chǎn)，但壓裂改造后產(chǎn)油量迅速衰減，甚至未見(jiàn)油，一定程度上制約了油氣藏的深化勘探。因此，關(guān)于壓裂前后自然產(chǎn)能存在較大差異的原因剖析就顯得尤為重要和緊迫。利用鉆井、測(cè)井、巖心、試油及分析化驗(yàn)等資料進(jìn)行了綜合研究，結(jié)果表明：沉積微相、凝灰質(zhì)巖屑含量、黏土礦物相對(duì)含量、孔喉半徑、儲(chǔ)層敏感性和地層壓力是控制阜東斜坡單井儲(chǔ)層自然產(chǎn)能高低的關(guān)鍵因素；高含量的伊/蒙混層包膜削弱了水敏傷害，加上弱酸敏、弱速敏和較大的平均孔喉半徑，是直接導(dǎo)致阜東斜坡頭屯河組二段儲(chǔ)層自然產(chǎn)能高的主要原因。上述研究為深化準(zhǔn)噶爾盆地阜東斜坡頭屯河組巖性油氣藏勘探提供了重要的理論依據(jù)和生產(chǎn)指導(dǎo)。

自然產(chǎn)能；控制因素；儲(chǔ)層；頭屯河組；阜東斜坡；準(zhǔn)噶爾盆地

0 引言

產(chǎn)能是油氣儲(chǔ)層動(dòng)態(tài)特征的一個(gè)綜合指標(biāo)，是儲(chǔ)層生產(chǎn)潛力和各種影響因素之間在互相制約的過(guò)程中達(dá)到的某種動(dòng)態(tài)平衡［1］，可分為3類：自然產(chǎn)能、改造產(chǎn)能和潛在產(chǎn)能，其中自然產(chǎn)能是指打開(kāi)產(chǎn)層之后的自然產(chǎn)出能力［2］。產(chǎn)能的研究必須遵循先自然形成后人工干預(yù)（時(shí)間的先后）的順序，因此，對(duì)于巖性、物性、含油性或流體性質(zhì)復(fù)雜的儲(chǔ)層，自然產(chǎn)能的研究顯得尤為重要。針對(duì)自然產(chǎn)能的相關(guān)研究，絕大多數(shù)都集中在自然產(chǎn)能的預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)方面［2-7］。除此之外，李傳亮等［8］剖析了低滲透儲(chǔ)集層自然產(chǎn)能衰減快的原因，劉雙蓮等［9］探討了沉積微相與儲(chǔ)層產(chǎn)能的關(guān)系。通過(guò)系統(tǒng)的文獻(xiàn)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，針對(duì)自然產(chǎn)能主控因素分析的相關(guān)報(bào)道微乎其微。阜東斜坡位于準(zhǔn)噶爾盆地東部，中侏羅統(tǒng)頭屯河組為該斜坡最重要的勘探層位［10］，特別是在阜東5、阜東7及阜東8等井頭屯河組鉆獲高產(chǎn)工業(yè)油流后，阜東斜坡侏羅系成為新疆油田公司2012年巖性圈閉勘探領(lǐng)域的重大發(fā)現(xiàn)之一。隨著勘探的深入，尋找有利儲(chǔ)層成為關(guān)鍵，然而大多數(shù)鉆井試油高產(chǎn)，但壓裂改造后產(chǎn)油量迅速衰減，甚至未見(jiàn)油。為什么不同井在壓裂前后的自然產(chǎn)能存在較大差異？筆者嘗試?yán)勉@井、測(cè)井、巖心、試油及分析化驗(yàn)等資料，系統(tǒng)分析造成儲(chǔ)層自然產(chǎn)能高低的先天性因素，為深化準(zhǔn)噶爾盆地阜東斜坡頭屯河組巖性油氣藏勘探提供理論依據(jù)和生產(chǎn)指導(dǎo)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

阜康凹陷屬于準(zhǔn)噶爾盆地東部的次級(jí)凹陷構(gòu)造單元，研究區(qū)位于該凹陷東部斜坡帶（圖1），簡(jiǎn)稱阜東斜坡，面積約800 km2，整體為一簡(jiǎn)單的低緩隆起鼻狀構(gòu)造。早侏羅世，阜東斜坡呈向南西傾斜的穩(wěn)定斜坡并接受相對(duì)較深水的湖盆沉積［11-12］；中侏羅世頭屯河期，各構(gòu)造單元的持續(xù)隆升導(dǎo)致了湖盆的急劇萎縮與消亡，除阜東斜坡中西部發(fā)育了局限的小型湖泊外，廣大地區(qū)為辮狀河三角洲所占據(jù)，地層呈北薄南厚狀［11-13］；晚侏羅世，燕山運(yùn)動(dòng)Ⅱ幕以垂直升降運(yùn)動(dòng)為主，北三臺(tái)凸起及南部地區(qū)強(qiáng)烈抬升［14］，使侏羅系遭到嚴(yán)重剝蝕；白堊紀(jì)時(shí)期，研究區(qū)大致繼承了晚侏羅世的沉積格局，以淺湖—河流相沉積為主，屬干旱或半干旱氣候［15］；喜山運(yùn)動(dòng)期，研究區(qū)發(fā)育巨厚的古近系、新近系及第四系沖積扇體沉積。阜東斜坡頭屯河組以發(fā)育辮狀河三角洲前緣亞相沉積為主，油藏類型主要為受水下分流河道砂體控制的地層-巖性復(fù)合油藏，埋藏深度為2 100～3 000 m。

圖1 阜東斜坡構(gòu)造位置及井位分布圖Fig.1 The structural location and wells distribution of eastern Fukang slope

2 儲(chǔ)層巖石學(xué)特征

阜東斜坡頭屯河組自下而上可劃分為3段：頭一段（J2t1）、頭二段（J2t2）和頭三段（J2t3）（圖2），其中頭二段是阜東斜坡主力儲(chǔ)集層，地層厚度為0～200m，巖性以細(xì)粒長(zhǎng)石巖屑砂巖為主，其次為細(xì)—中粒巖屑砂巖。碎屑骨架組分以巖屑為主，石英含量低，巖屑組分以凝灰?guī)r為主，同時(shí)含有較多的安山巖和千枚巖（圖版Ⅰ-1），成分成熟度很低。碎屑分選好—中等，次棱角狀，顆粒支撐，以孔隙型、壓嵌型膠結(jié)為主，結(jié)構(gòu)成熟度中等。填隙物類型較多，以泥質(zhì)為主，其次為方解石，見(jiàn)少量高嶺石、水白云母和方沸石，局部見(jiàn)綠泥石，其中泥質(zhì)填隙物以伊/蒙混層為主（圖版Ⅰ-2），其次為高嶺石、伊利石和綠泥石，并以充填粒間孔隙（圖版Ⅰ-3）和薄膜狀包裹顆粒2種方式賦存。膠結(jié)物類型多，除自生黏土礦物外，還含有方解石（圖版Ⅰ-3）、黃鐵礦、方沸石和片沸石等，但總體含量低。碎屑顆粒以點(diǎn)接觸為主，局部為點(diǎn)—線接觸，孔隙式膠結(jié)，反映砂巖在成巖過(guò)程中經(jīng)歷了較弱的壓實(shí)作用。砂巖的孔隙保存好，以原生粒間孔為主（圖版Ⅰ-1），其次為剩余粒間孔和粒間溶孔組合。孔隙結(jié)構(gòu)具有分選性較好、中等偏粗—細(xì)喉及略粗歪度等特征?？诐B相關(guān)性好，整體上阜東斜坡頭屯河組二段屬中孔、中滲孔隙型儲(chǔ)層。

圖2 阜東7井儲(chǔ)層綜合柱狀圖Fig.2 Integrated column of reservoir of Fudong 7 well

3 儲(chǔ)層產(chǎn)能控制因素

通過(guò)阜東斜坡頭屯河組二段儲(chǔ)層物性與試油結(jié)果對(duì)比（表1），發(fā)現(xiàn)試油為干層的儲(chǔ)層物性明顯好于試油為油層的儲(chǔ)層，說(shuō)明儲(chǔ)層物性好并不代表儲(chǔ)層產(chǎn)能就好。筆者從沉積微相、碎屑組分、黏土礦物含量、孔喉半徑、儲(chǔ)層敏感性及地層壓力等6個(gè)方面來(lái)剖析造成阜東斜坡不同井頭屯河組儲(chǔ)層自然產(chǎn)能高低的原因。

3.1沉積微相對(duì)儲(chǔ)層產(chǎn)能的控制作用

已有的研究表明，物質(zhì)供給和沉積水動(dòng)力條件的組合關(guān)系是影響沉積微相產(chǎn)能分布的重要因素，如物質(zhì)供給充分、穩(wěn)定的強(qiáng)水動(dòng)力條件下的分流河道微相的中心位置，測(cè)試產(chǎn)能相對(duì)穩(wěn)定，主要發(fā)育中高產(chǎn)層，而分流河道微相邊緣和毗鄰的河口壩微相，測(cè)試產(chǎn)能有不穩(wěn)定的特點(diǎn)［9］。阜東斜坡頭屯河組二段試油層段沉積微相與日產(chǎn)液量相關(guān)性統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，水下分流河道微相自然產(chǎn)能最好，其次是河口壩微相（表2）。

表1 阜東斜坡頭屯河組二段試油段物性與日產(chǎn)液量對(duì)比Table 1 The reservoir properties of oil test section and the comparative statistics of daily fluid production of the second member of Toutunhe Formation in eastern Fukang slope

表2 阜東斜坡頭屯河組二段沉積微相與儲(chǔ)層產(chǎn)能關(guān)系Table 2 The relationship between sedimentary microfacies and reservoir productivity of the second member of Toutunhe Formation in eastern Fukang slope t/d

3.2碎屑組分與日產(chǎn)油量密切相關(guān)

不同井位、不同層段或不同井位、相同層段的碎屑成分含量、黏土礦物類型及含量對(duì)儲(chǔ)層的發(fā)育和開(kāi)發(fā)效果具有明顯的影響。以碎屑組分中的凝灰?guī)r巖屑含量對(duì)日產(chǎn)油量的影響為例，其表現(xiàn)為在早成巖期，凝灰?guī)r巖屑極易蝕變?yōu)槊擅撌?、?蒙混層等黏土礦物，并包裹在碎屑顆粒周圍，形成早期的黏土礦物包殼；在開(kāi)采早期，凝灰?guī)r蝕變的伊/蒙混層含量越高，產(chǎn)能則越好，但是經(jīng)過(guò)壓裂后，碎屑組分中的凝灰?guī)r巖屑含量則可能是導(dǎo)致產(chǎn)能下降的重要因素。如阜東7井2 821～2 894 m試油段，在壓裂前，其原始平均孔隙度為14.93%，原始平均滲透率為39 mD；壓裂后，其核磁孔隙度為14%，核磁滲透率卻降低至2.92 mD，下降幅度達(dá)97.5%。此外，該試油段水敏中等偏強(qiáng)，酸敏中等偏弱，速敏弱，其凝灰?guī)r巖屑體積分?jǐn)?shù)較高，達(dá)56%，嚴(yán)重堵塞孔喉，因此，凝灰質(zhì)含量越高，儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)就越差，相應(yīng)的滲透率就越低，水敏性就越強(qiáng)。

阜東斜坡頭屯河組二段砂巖儲(chǔ)層凝灰質(zhì)含量與儲(chǔ)層物性相關(guān)性分析結(jié)果表明，孔隙度與凝灰質(zhì)含量無(wú)相關(guān)性，而滲透率與凝灰質(zhì)含量則呈明顯的負(fù)相關(guān)性（圖3），這與阿爾凹陷砂巖儲(chǔ)層中凝灰質(zhì)含量較高是導(dǎo)致儲(chǔ)層滲透率降低的主要原因［16-17］的認(rèn)識(shí)相一致。

圖3 阜東斜坡頭屯河組二段凝灰質(zhì)含量與滲透率相關(guān)性Fig.3 The correlation between tuffaceous content and permeability of the second member of Toutunhe Formation in eastern Fukang slope

3.3黏土礦物含量與產(chǎn)油量關(guān)系

阜東斜坡評(píng)價(jià)井試油段的統(tǒng)計(jì)表明，日產(chǎn)油量與蒙脫石、高嶺石和伊利石含量呈負(fù)相關(guān)性（表3），即當(dāng)蒙脫石、高嶺石和伊利石含量較高時(shí)不利于日產(chǎn)油量的增加；此外，綠泥石含量與產(chǎn)能的負(fù)相關(guān)性尤為明顯，而伊/蒙混層相對(duì)含量則與產(chǎn)能呈正相關(guān)性（表3）。盡管伊/蒙混層和蒙脫石會(huì)造成儲(chǔ)層水敏傷害，但研究區(qū)伊/蒙混層主要以包膜形態(tài)產(chǎn)出，可以保護(hù)原生孔隙，使得儲(chǔ)層物性變差，一定程度上削弱了水敏的傷害。

表3 重點(diǎn)評(píng)價(jià)井頭屯河組二段儲(chǔ)層綜合對(duì)比解剖一覽表Table 3 A list of reservoir comprehensive comparison of for focus appraisal wells of the second member of Toutunhe Formation in eastern Fukang slope

3.4孔喉半徑與產(chǎn)油量和出油方式關(guān)系

統(tǒng)計(jì)表明，試油段平均孔喉半徑與日產(chǎn)油量呈正比，當(dāng)平均孔喉半徑大致為3 μm時(shí)產(chǎn)能最好［圖4（a）］；最大孔喉半徑與油層出油方式密切相關(guān)，最大孔喉半徑越大，儲(chǔ)層可以以自噴方式出油，而稍小時(shí)則需采用壓裂的方式，更小時(shí)則可能表現(xiàn)為干層［圖4（b）］。

圖4 阜東斜坡頭二段試油段平均孔喉半徑與日產(chǎn)油量關(guān)系（a）及最大孔喉半徑與開(kāi)發(fā)方式關(guān)系（b）Fig.4 Relationship between the average pore throat radius and daily oil production（a）and relationship between the maximum pore throat radius and development model（b）of the oil test section of the second member of Toutunhe Formation in eastern Fukang slope

3.5儲(chǔ)層敏感性與日產(chǎn)油量密切相關(guān)

儲(chǔ)層敏感性分析是油氣田開(kāi)發(fā)過(guò)程中的一項(xiàng)重要工作，對(duì)于鉆井過(guò)程中的儲(chǔ)層保護(hù)、開(kāi)發(fā)方案部署及其調(diào)整均具有重要的指導(dǎo)作用。儲(chǔ)層敏感性分析一般包括水敏、酸敏、堿敏、鹽敏和速敏等方面。從總體上看，阜東斜坡頭屯河組二段不同位置具有不同的敏感性和敏感性強(qiáng)度（圖5）：北43井—阜東071井—阜東12井以弱—中鹽敏為主，阜東7井以中—強(qiáng)速敏和酸敏為主，阜東6井以弱速敏為主，阜東2井和阜東021井以強(qiáng)速敏為主，北62井和阜東9井以弱速敏為主，阜東022井、阜東052井、阜東10井、阜東5井和阜東051井以中—弱鹽敏和酸敏為主，阜東8井和阜東081井以強(qiáng)酸敏為主，阜東11井以強(qiáng)水敏和鹽敏為主，北38井和西泉13井以強(qiáng)鹽敏、堿敏和速敏為主。結(jié)合試油結(jié)果，綜合分析后發(fā)現(xiàn)，平面上儲(chǔ)層敏感性損害率越小，日產(chǎn)油量越高（圖5）。

圖5 阜東斜坡頭屯河組二段敏感性與試油結(jié)果平面分布Fig.5 The plane distribution of reservoir sensitivity and oil test results of the second member of Toutunhe Formation in eastern Fukang slope

3.6地層壓力與產(chǎn)油量關(guān)系

準(zhǔn)噶爾盆地東部地區(qū)的地層異常壓力與區(qū)帶分布有關(guān)，發(fā)育3種類型的異常壓力：南部斷褶帶在深部為高幅度的異常高壓，中部斜坡帶為低幅度的異常高壓，北部凹陷區(qū)則為低幅度的負(fù)壓［18］。阜東斜坡侏羅系的試油層位較多，實(shí)測(cè)壓力資料較豐富，但該區(qū)壓力大小與層位、深度沒(méi)有直接的關(guān)系，而主要與各井所處的地理位置和構(gòu)造位置有關(guān)［19］。壓力系數(shù)統(tǒng)計(jì)表明，阜東斜坡地層壓力系數(shù)為1.2～1.7，以異常高壓—超壓為主，平面上具有自東向西、自南向北壓力系數(shù)明顯降低的趨勢(shì)（圖6）。由于砂巖的壓實(shí)作用是不可逆轉(zhuǎn)的過(guò)程［20］，地層超壓可以減慢機(jī)械壓實(shí)作用的速率，但不會(huì)導(dǎo)致巖石原生孔隙度的增加［21］。當(dāng)淺層流體超壓一旦形成，并在地質(zhì)歷史中繼續(xù)存在，那么在埋藏過(guò)程中流體超壓將持續(xù)保護(hù)砂巖的原生孔隙，避免砂巖遭受更大程度的機(jī)械壓實(shí)作用，目前很多有意義的原生孔隙保存通常被認(rèn)為是砂巖中出現(xiàn)流體超壓的結(jié)果［22-24］。

開(kāi)采早期，阜東斜坡地層的高—超高壓有利于儲(chǔ)層原生粒間孔隙的保存。阜東高產(chǎn)井往往處于高—超高壓區(qū)（圖6），但隨著油氣的開(kāi)采，儲(chǔ)層孔隙流體壓力的釋放，可能導(dǎo)致儲(chǔ)層原有的孔滲結(jié)構(gòu)被破壞，而不能繼續(xù)開(kāi)采［25-26］。當(dāng)?shù)貙訅毫ο禂?shù)過(guò)大時(shí)，開(kāi)井壓差就相應(yīng)增加，泄壓時(shí)流體流速過(guò)快，導(dǎo)致儲(chǔ)層中的黏土顆粒等微小粒子堵塞孔隙和喉道，從而降低滲透率，影響產(chǎn)能；同時(shí)，泄壓時(shí)的流體流速過(guò)快，也會(huì)使油水呈乳狀，或使溶解在油中的氣體逸出，發(fā)生賈敏效應(yīng)，從而對(duì)油氣產(chǎn)能產(chǎn)生消極影響［27］。因此，并非地層壓力越大，油氣產(chǎn)能就越高。

圖6 阜東斜坡與西泉地區(qū)地層壓力等值線圖Fig.6 Isogram of strata pressure in eastern Fukang slope and Xiquan area

4 結(jié)論

（1）沉積微相、凝灰質(zhì)巖屑含量、黏土礦物相對(duì)含量、孔喉半徑、儲(chǔ)層敏感性和地層壓力是控制阜東斜坡單井儲(chǔ)層自然產(chǎn)能高低的關(guān)鍵因素。

（2）穩(wěn)定的強(qiáng)水動(dòng)力條件下的水下分流河道微相自然產(chǎn)能高，其次是河口壩微相。

（3）壓裂開(kāi)采階段，高—超高壓地層和高凝灰質(zhì)巖屑含量會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)能遞減。

（4）高含量的伊/蒙混層包膜削弱了水敏傷害，加上弱酸敏、弱速敏和較大的平均孔喉半徑是直接導(dǎo)致阜東斜坡頭屯河組二段儲(chǔ)層自然產(chǎn)能高的主要原因。

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Controlling factors for natural productivity of the second member of Toutunhe Formation in eastern Fukang slope,Junggar Basin

WEN Huaguo1，JIA Bin1，JIANG Yiqin2，JIN Jun2，QI Liqi2，LI Lulu2
（1.Institute of Sedimentary Geology，Chengdu University of Technology，Chengdu 610059，China；2.Research Institute of Experiment and Detection，PetroChina Xinjiang Oilfield Company，Karamay 834000，Xinjiang，China）

The Toutunhe Formation in eastern Fukang slope is one of the most important exploration layers of lithologic traps for Xinjiang Oilfield Company.Most drilling oil production tests show that the reservoir of the second member of Toutunhe Formation is high yield oil layer.However,if they were reformed by fractures,the oil yield decreased rapidly, even cannot see any oil,which restricts the further exploration in reservoir to some extent.Therefore,it is of importance and urgency to analyze how the fracture can make natural productivity differently.Trough the comprehensive research of drilling,logging,lithology,oil production test and analysis assay data,this paper suggested that:sedimentary microfacies, contents of tuffaceous fragments,relative content of clay minerals,radius of pore throat,reservoir sensitivity and strata pressure are the key factors to control reservoir natural productivity of single well in Fudong slope.High content of illite and smectite mixed layer coating,which weakens the water sensitivity damage,the weak acid and velocity sensitivity, and the average radius of the pore throat,those are the main reasons caused the high productivity in the second member of Toutunhe Formation in eastern Fukang slope.This study will provide important theoretical foundation and productioninstruction for the further lithologic reservoir exploration of Toutunhe Formation in eastern Fukang slope.

naturalproductivity；controllingfactor；reservoir；ToutunheFormation；easternFukangslope；JunggarBasin

TE122.2+3

A

1673-8926（2014）02-0009-06

2013-11-05；

2013-12-18

中國(guó)石油新疆油田分公司項(xiàng)目“準(zhǔn)東阜東及西泉地區(qū)侏羅系頭屯河組儲(chǔ)層對(duì)比研究”（編號(hào)：C4006-2012）資助

文華國(guó)（1979-），男，博士，副教授，主要從事沉積學(xué)和石油地質(zhì)學(xué)方面的教學(xué)和科研工作。地址：（610059）四川省成都市成華區(qū)二仙橋東三路1號(hào)成都理工大學(xué)沉積地質(zhì)研究院。E-mail：wenhuaguo@qq.com。