川西坳陷中部須家河組五段致密砂巖儲層特征及主控因素

林小兵，劉莉萍，田景春，彭順風，楊辰雨，蘇 林

(1.成都理工大學 油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點實驗室，四川 成都 610059； 2.中國石化 西南油氣分公司 勘探開發(fā)研究院，四川 成都 610041)

致密砂巖氣作為重要的非常規(guī)油氣資源類型，與頁巖氣、水溶氣、煤層氣等共同占據(jù)著油氣資源的重要位置。四川盆地致密砂巖氣資源量較為豐富，屬超深低-特低孔滲致密砂巖氣藏，致密砂巖儲層的研究工作已開展多年，并取得了一系列的成果，但主要集中在須家河組二段(T3x2)和四段(T3x4)[1-7]，而對主要作為蓋層和烴源層系的須家河組五段(T3x5)砂巖儲層，涉及較少，研究不多。川西地區(qū)中部90余口須五段過路井，其中81口鉆井鉆遇氣顯示，且2口井中途測試獲工業(yè)氣流，但仍未將其作為目的層進行研究及勘探開發(fā)。盡管有研究認為四川盆地須五段儲層物性較差，孔隙度主要分布在2%～5%[8]，并且氣水關(guān)系復(fù)雜[9]，然而2013年新場地區(qū)有6口鉆井在須五段砂巖層段獲大于3×104m3/d工業(yè)氣流，顯示須五段致密砂巖依然具有良好的勘探開發(fā)潛力。

隨著川西坳陷中段須五段勘探開發(fā)力度加大，對儲層特征的描述、相對優(yōu)質(zhì)儲層的識別及成因研究就顯得十分迫切。而目前，基于須五段儲層的研究幾乎處于空白階段，本文依據(jù)現(xiàn)有資料，利用巖心觀察、測井資料、物性分析、薄片鑒定、掃描電鏡等手段對研究區(qū)須五段致密砂巖儲層特征及相對優(yōu)質(zhì)儲層的影響因素進行探索，以期為新層位的井位部署、測試選層等提供地質(zhì)依據(jù)。

1 須五段致密砂巖儲層砂體賦存狀態(tài)

須五段沉積期，四川盆地沉降-沉積中心的主體由川西坳陷帶遷移到川東北坳陷[10]，川西地區(qū)的物源供應(yīng)遠不如須四時期充足，以發(fā)育濱-淺湖和沼澤相的雜色泥巖、暗色炭質(zhì)泥巖夾薄煤層、粉砂巖的互層組合為主，其中廣泛發(fā)育的大套泥頁巖構(gòu)成了區(qū)域性的烴源巖和蓋層，為侏羅系遠源氣藏的主力烴源巖[11-12]。

2 須五段致密砂巖儲層特征

2.1 致密砂巖儲層巖性特征

根據(jù)390余塊薄片鑒定資料統(tǒng)計表明，須五段主要發(fā)育的巖石類型包括砂礫巖、巖屑砂巖、石英砂巖、粉砂巖和泥巖等(圖2a)。粒度以細粒為主，也發(fā)育中、粗粒，其次為粉砂及泥。碎屑礦物成分以沉積巖巖屑、石英為主，偶見長石。膠結(jié)物以方解石、白云石為主，見少量硅質(zhì)、菱鐵礦膠結(jié)。其中作為致密儲層的巖石類型主要為巖屑砂巖，包括鈣屑砂巖及含碳酸鹽巖屑砂巖。

鈣屑砂巖為碳酸鹽巖屑大于50%的巖屑砂巖，碎屑礦物成分以碳酸鹽巖屑為主，石英含量低，幾乎不含長石(圖2b)。含碳酸鹽巖屑砂巖碎屑礦物成分復(fù)雜，石英含量最高，平均為57%，巖屑含量平均為42%，其中以沉積巖巖屑的碳酸鹽巖屑為主，少量長石(圖2c)。

2.2 致密砂巖儲層物性特征

須五段砂巖層段298個物性數(shù)據(jù)統(tǒng)計表明(圖3)，砂巖孔隙度分布在0.89%～6.65%，平均為2.06%，滲透率分布在(0.00 2～12.528)×10-3μm2，平均為0.162×10-3μm2，孔滲相關(guān)性較差。

從孔滲關(guān)系圖上可以看出，孔隙度主要集中在兩個區(qū)間：①大部分樣品孔隙度為1%～2%，滲透率小于0.1×10-3μm2；②另一部分樣品集中分布在2.5%～4%，滲透率為(0.01～1)×10-3μm2，認為這一部分儲層品質(zhì)相對較好，是須五段致密砂巖中的相對優(yōu)質(zhì)儲層，為研究的主要目的層。

2.3 致密砂巖儲集空間特征

鑄體薄片、掃描電鏡觀察可見，須五段主要砂巖儲層，碳酸鹽巖屑、石英顆粒之間被方解石、白云石膠結(jié)(圖4a,b)、粘土礦物充填(圖4c,d)，僅在巖屑石英砂巖中，粒間孔充填硅質(zhì)膠結(jié)(圖4e)，呈壓結(jié)-孔隙式、基底式膠結(jié)，巖性致密。但是，在巖性普遍致密的背景下，仍可見一定的儲集空間發(fā)育，其類型主要包括：粒間次生溶孔(圖4f—h)、長石粒內(nèi)(鑄模)孔(圖4i)、殘余粒間孔(圖4j)及微裂縫(圖4k,l)等，微裂縫順顆粒邊緣發(fā)育，溝通孔隙。溶蝕孔隙周圍及裂縫內(nèi)多見有機質(zhì)浸染或充填。

3 須五段相對優(yōu)質(zhì)儲層發(fā)育控制因素

3.1 相對優(yōu)質(zhì)致密砂巖儲層識別

通過物性數(shù)據(jù)、普通巖石及鑄體薄片觀察，在單井上可以識別出物性較好或微觀孔隙發(fā)育帶，即相對優(yōu)質(zhì)儲層段。對現(xiàn)有資料統(tǒng)計表明(表1)，相對優(yōu)質(zhì)儲層主要發(fā)育于厚度大于4m、測井曲線為“箱形”、“鐘形”、“漏斗形”的中-細粒鈣屑砂巖及碳酸鹽巖屑砂巖段的內(nèi)部，其中“平直箱形”河道砂體儲層品質(zhì)最好。在典型的X884井中，發(fā)育一套厚度約8米的總體上呈箱形特征的河道砂體，從測井曲線形態(tài)、碎屑礦物組分含量均可以看出該砂體由多期河道及河口壩砂體疊加而成，砂體內(nèi)部可以識別出3層厚1～2 m的相對優(yōu)質(zhì)儲層，共厚5.4 m(圖5)。

圖1 孝泉-新場地區(qū)須五段砂體縱、橫向分布特征Fig.1 Sandbodies correlation and distribution of T3x5 in Xiaoquan-Xinchang areaa.砂體對比；砂組單層厚度大于4 m砂巖累積厚度等值線砂組單層厚度大于4 m砂巖累積厚度等值線(m)

3.2 致密砂巖相對優(yōu)質(zhì)儲層發(fā)育控制因素

致密砂巖儲層發(fā)育到目前的狀態(tài)，首先是不同組合的礦物組分經(jīng)過不同水動力條件的搬運堆積，再通過埋藏成巖演化，包括破壞性及建設(shè)性成巖作用的改造而最終定型，而相對優(yōu)質(zhì)儲層應(yīng)是在建設(shè)性成巖作用主導(dǎo)下發(fā)育形成。因此分析致密砂巖發(fā)育主控因素，即是基于砂體沉積背景和沉積特征條件下，對有利于建設(shè)性成巖作用發(fā)生的控制因素的剖析。

圖2 川西坳陷中段須五段巖石類型及成分統(tǒng)計Fig.2 Statistics of rock types and composition of T3x5 in the central of Western Sichuan Depressiona.巖石類型統(tǒng)計；b.鈣屑砂巖中碎屑成分；c.含碳酸鹽巖屑砂巖中碎屑成分

圖3 川西坳陷中部須五段孔-滲相關(guān)性Fig.3 Relationship between porosity and permeability of T3x5 in the central of Western Sichuan Depression

1) 沉積水動力條件

沉積水動力條件決定了沉積物的顆粒大小和雜基含量等特征。對于須五段砂巖來說，相對低能水動力條件下，塑性顆粒(泥巖巖屑、變質(zhì)巖巖屑)、粘土雜基等含量高，相對缺乏早期膠結(jié)支撐而呈強壓實狀態(tài)，其對壓實、壓溶作用的抵抗能力較差，最終形成堆積緊密的致密砂體，是導(dǎo)致須家河組砂巖致密化的重要因素(圖4c,d)。

同時，須五段亦發(fā)育水動力條件較強的三角洲前緣水下分流河道及河口壩砂體。(水下)分流河道砂體測井曲線主要呈“箱形”和“鐘形”特征(圖1a，圖5)，其中“箱形”曲線砂體沉積時水動力條件表現(xiàn)為持續(xù)較強，物質(zhì)受到的沖刷、淘洗充分，粘土填隙物較少，利于原生孔隙的保存及溶蝕流體交換，形成相對優(yōu)質(zhì)儲層(圖4g)?！扮娦巍鼻€砂體，其沉積特征表明河道砂體沉積時水動力條件為從強變?nèi)醯倪^程，較粗粒砂先沉積，向上逐漸變細，同時泥質(zhì)含量也逐漸增多。相對“箱型”曲線砂體而言，“鐘形”曲線砂體非均質(zhì)性更強，有相對優(yōu)質(zhì)儲層發(fā)育，但單層厚度不大。

2) 巖石組分差異

前已述及，具有一定厚度的單層致密砂巖均是由多期河道疊加而成，即使是同一期河道由于水動力條件的改變也使得巖石組分包括碎屑礦物含量、膠結(jié)物類型及含量等出現(xiàn)較大差異。對致密砂巖儲層品質(zhì)的影響主要體現(xiàn)在兩方面，一方面膠結(jié)物發(fā)育使儲層變得致密，另一方面不穩(wěn)定礦物發(fā)育有利于溶蝕孔隙發(fā)育而形成相對優(yōu)質(zhì)儲層。

與須二段、須四段發(fā)育綠泥石(須二段發(fā)育于早期、須四段為晚期)、硅質(zhì)礦物、碳酸鹽礦物膠結(jié)不同，須五段主要發(fā)育碳酸鹽礦物膠結(jié)作用(圖4a)，充填了大量的孔隙空間。硅質(zhì)膠結(jié)主要在巖屑石英砂巖中發(fā)育(圖4e)，在鈣屑砂巖段或者含碳酸鹽巖屑砂巖段，可見具硅質(zhì)膠結(jié)的再旋回石英，而不是沉積后發(fā)育的次生加大(圖4d)。

圖4 川西坳陷中部須五段儲層微觀及儲集空間特征Fig.4 Microscopic and reservoir space characteristics of T3x5 in the central of Western Sichuan Depressiona.方解石、白云石膠結(jié)，CG561,3 539 m，染色片;b.方解石晶體充填粒間孔隙，XYHF-1，3 048.76 m；c.粘土礦物充填，長石顆粒偶見，X884，3 101.4 m；d.含碳酸鹽巖屑砂巖，具次生加大的再旋回石英，粘土雜基填隙，X884,3 108；e.巖屑石英砂巖，見硅質(zhì)次生加大膠結(jié)，CG561，3 267 m；f.灰色巖屑石英砂巖，粒間次生溶蝕孔隙，新頁HF-1，3 065.94 m；g.粒間溶孔，有機質(zhì)浸染，X884，3 104.38 m，藍色鑄體片；h.粘土礦物與方解石晶間次生溶孔，XYHF-1，3 048.76 m；i.長石鑄?？祝琗884,3 103.2 m,藍色鑄體片；j.殘余粒間孔，X884,3 107 m,藍色鑄體片；k.裂縫被有機質(zhì)充填，X884，3 097.78 m；l.裂縫溝通鑄模孔，X884，3 095.84 m,藍色鑄體片

須五段巖石組分中長石含量極低(<1%)，因此相對缺乏與須二段、須四段長石溶孔類似的儲集空間類型。盡管目前統(tǒng)計須二段、須四段長石含量也不高，分別為8%～10%和1%～3%，但陰極發(fā)光分析表明大多數(shù)的碎屑長石是在埋藏成巖過程中溶解消失的,并最終形成了長石粒內(nèi)溶孔、鑄模孔等[15]。因此，目前觀察到的須五的低長石特征，應(yīng)該也是長石被溶蝕后的結(jié)果，并且形成了少量的溶蝕孔隙，孔徑在0.08～0.3 mm之間(圖4i)。

3) 生烴增壓作用

烴類侵位在儲層成巖演化的過程中具有重要作用[16]。鏡下薄片可以觀察到孔隙發(fā)育帶多見有機質(zhì)浸染(圖4g)，微裂縫中多被有機質(zhì)充填(圖4i)。須五段泥頁巖作為優(yōu)質(zhì)烴源巖，其生烴強度大，烴類成熟大量排烴時必將產(chǎn)生巨大的壓力，使得烴源巖周圍的砂巖順著顆粒邊緣產(chǎn)生微裂縫，大量有機酸進入膠結(jié)物未充滿的殘余粒間孔，再次發(fā)生溶蝕擴大。

并且生烴增壓縫將孤立的溶蝕孔隙連通(圖4l)，雖然多數(shù)被有機質(zhì)充填，但在儲層改造過程中易于被壓開，有助于改善儲層的滲透能力。

表1 川西坳陷須五段相對優(yōu)質(zhì)儲層特征Table 1 Statistics of relatively favorable reservoir characteristics of T3x5 in the central of Western Sichuan Depression

圖5 X884井須五段相對優(yōu)質(zhì)儲層段綜合柱狀圖Fig.5 Composite histogram of relatively favorable reservoir of T3x5 in X884 well

4 結(jié)論

1) 川西坳陷須家河組五段烴源層系中發(fā)育單層厚2～25 m的三角洲前緣水下分流河道、河口壩砂體，縱向上主要發(fā)育于上、下亞段，中亞段局部地區(qū)發(fā)育；在孝泉-新場地區(qū)平面上呈三角洲前緣朵葉體特征，水動力較強的主河道呈鳥足狀、由北向南延伸，河道寬2～3 km，橫向展布范圍有限。

2) 作為致密儲層的巖石類型主要為巖屑砂巖，包括鈣屑砂巖及含碳酸鹽巖屑砂巖。為特低孔低滲儲層，孔隙度平均為2.06%，滲透率平均為0.162×10-3μm2，孔滲相關(guān)性較差。塑性顆粒(泥巖巖屑、變質(zhì)巖巖屑)、粘土雜基的高含量，碳酸鹽礦物膠結(jié)物的大量發(fā)育，是須五儲層巖性致密主要因素。在巖性普遍致密的背景下，仍可見一定的粒間次生溶孔、長石粒內(nèi)(鑄模)孔、殘余粒間孔及微裂縫等發(fā)育。

3) 相對強水動力條件沉積的中-細粒鈣屑砂巖、含碳酸鹽巖屑砂巖利于原生孔隙的保存及溶蝕流體交換，形成相對優(yōu)質(zhì)儲層；易溶礦物長石含量極低，應(yīng)是長石被溶蝕后的結(jié)果，并形成少量的溶蝕孔隙；烴源層系中獨有的生烴增壓縫利于大量有機酸進入膠結(jié)物未充滿的殘余粒間孔，再次發(fā)生溶蝕擴大。

4) 從儲集性能的角度考慮，與生氣強度大的優(yōu)質(zhì)烴源相鄰的具有一定厚度的三角洲前緣水下分流河道及河口壩砂體更有利于相對優(yōu)質(zhì)儲層發(fā)育，即是川西坳陷中段須五段鉆探的首選目標。

參 考 文 獻

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