陳浩如, 鄭榮才, 羅 韌, 文華國, 陳 章, 陳思锜, 韓 建
(1.油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(成都理工大學(xué)),成都 610059;2.中國石油西南油氣田分公司 川東北氣礦, 四川達(dá)州 635000;3.中國石油西南油氣田分公司 重慶氣礦,重慶 400021)
川東北地區(qū)作為重點(diǎn)油氣產(chǎn)區(qū)對整個(gè)四川盆地油氣儲量起著舉足輕重的作用,其主力產(chǎn)層主要分布在晚古生界-中生界中,其中以石炭系黃龍組氣藏對產(chǎn)量貢獻(xiàn)較大,是重要的勘探開發(fā)層位。目前對川東北石炭系研究主要集中在沉積相、古喀斯特作用以及同位素地球化學(xué)等方面[1-3],對于有別于大川東的川東北地區(qū)石炭系黃龍組儲層研究還相對較少。本文主要通過對川東北地區(qū)石炭系黃龍組儲層沉積相、巖石類型、儲集空間類型以及孔隙結(jié)構(gòu)特征等研究,總結(jié)儲層發(fā)育的控制因素,為川東北黃龍組油氣勘探提供依據(jù)。
圖1 區(qū)域構(gòu)造圖Fig.1 Regional structural map
川東北地區(qū)位于四川盆地東北部,地理位置北起城口,南抵大竹,東至馬槽壩,西到渠縣,面積約18 000 km2(圖 1);構(gòu)造上位于川東高陡褶皺帶北端。在川東六大構(gòu)造帶格局中[4],該地區(qū)橫跨了鐵山坡和七里峽構(gòu)造帶的北端及溫泉井構(gòu)造帶主體,可劃分出雷音鋪、沙罐坪、黃龍場、馬槽壩等次級含氣構(gòu)造。位于上揚(yáng)子地臺西部的四川盆地自震旦紀(jì)以來經(jīng)歷了多次地殼運(yùn)動,加里東運(yùn)動后北面大巴山古陸影響了整個(gè)川東北地區(qū)石炭系的沉積建造,隨后華南海由云陽—奉節(jié)一帶海侵到川東北地區(qū)。但由于云南運(yùn)動使地殼隆起,石炭系遭風(fēng)化剝蝕。中三疊世末的印支運(yùn)動,川東北南部的開江形成了北北東走向的古隆起,延伸到大巴山,隆起幅度約0.8~1.4 km。晚三疊世及其以后沉積了陸相含煤和紅色砂泥巖地層,開江古隆起繼承性發(fā)展,一直延伸至喜馬拉雅運(yùn)動,形成了現(xiàn)在川東北地區(qū)復(fù)雜的構(gòu)造格局。
川東北地區(qū)黃龍組主要發(fā)育塞卜哈和海灣陸棚相沉積(圖2),其沉積演化史可劃分為3個(gè)階段:早期(相當(dāng)于黃龍組第一段,C2hl1)為塞卜哈沉積環(huán)境,主要由潮上膏鹽湖、蒸發(fā)潮坪等亞環(huán)境組成,巖石類型主要為石膏、微晶白云巖和去膏去云化形成的次生灰?guī)r組合。中期(相當(dāng)于黃龍組第二段),隨著海水逐漸從鄂西-城口海槽以及甘孜海槽的雙向入侵影響,進(jìn)入局限海灣陸棚環(huán)境,受盆緣高地及古隆起控制的沉積相分異作用明顯,從北向南由潮坪逐漸向潟湖、顆粒灘和局限海灣陸棚潮下沉積環(huán)境過渡,巖石類型主要為泥-微晶白云巖、砂屑白云巖、顆?;?guī)r、生物碎屑白云巖組合。晚期(相當(dāng)于黃龍組第三段),隨著區(qū)域性海侵的進(jìn)一步擴(kuò)大,水體逐漸加深,研究區(qū)進(jìn)入開闊海灣陸棚沉積環(huán)境,由微晶灰?guī)r、生屑微晶灰?guī)r組合為主,夾微-亮晶生屑灰?guī)r。晚石炭世晚期因受云南運(yùn)動影響[5-8],川東北地區(qū)黃龍組在經(jīng)歷了較為短暫的淺-中等埋藏深度的成巖作用改造后,旋即發(fā)生大幅度構(gòu)造隆升和廣泛暴露,遭受到強(qiáng)烈的大氣水侵蝕改造,大部分地區(qū)黃龍組第三段侵蝕缺失,殘存的黃龍組頂部形成起伏不平的古喀斯特地貌和層內(nèi)古喀斯特儲層。至早二疊世早期重新接受梁山組煤系和二疊系碳酸鹽沉積,進(jìn)入逐漸加深的再埋藏成巖演化期。
根據(jù)鑄體薄片鑒定資料統(tǒng)計(jì),川東北地區(qū)黃龍組儲層孔隙類型主要有原生粒間孔、次生粒間溶孔、粒內(nèi)溶孔、晶間孔、晶間溶孔、鑄??缀蜆?gòu)造裂縫。其中最有效的儲集空間為晶間孔和粒間溶孔,其次為粒內(nèi)溶孔;構(gòu)造裂縫雖然提供的儲集空間較為有限,但作為疏導(dǎo)體對成藏過程提供了最重要和最有效的油氣運(yùn)移、聚集通道。
a.原生粒間孔。是指由于在顆粒堆積時(shí),由顆粒相互支撐形成的孔隙(圖3-A,B)。原生粒間孔多形成于缺乏灰泥基質(zhì)的中-高能沉積環(huán)境,發(fā)育程度受到顆粒的大小、分選性、粒度排列方式控制。
b.粒間溶孔。是黃龍組儲層重要的孔隙類型(圖3-C),一般以中孔、大孔為主,與碳酸鹽組構(gòu)有明顯的相關(guān)性,是選擇性溶蝕作用產(chǎn)物,也是發(fā)育優(yōu)質(zhì)儲層的關(guān)鍵。
c.粒內(nèi)溶孔。主要分布于部分生物碎屑中,如有孔蟲(圖3-D),受選擇性溶蝕控制,形態(tài)不規(guī)則,孔徑大小一般為0.1~0.5 mm,以中、小孔為主,是較為常見的孔隙類型。
d.晶間孔和晶間溶孔。晶間孔存在于成巖交代成因的粉-細(xì)晶白云石中,是白云石化的減體積效應(yīng)產(chǎn)物,具有白云石化程度越高孔隙越發(fā)育的特點(diǎn)。晶間孔多呈規(guī)則多面體狀(圖3-E,F),以中、小孔為主。由于此類孔隙連通性好,非常容易遭受后期的溶蝕作用改造而形成孔、滲性更好的晶間溶孔,因此,晶間孔和晶間溶孔是研究區(qū)內(nèi)最有效的孔隙類型。
圖2 川東北黃龍組沉積相綜合柱狀圖(Q126井)Fig.2 Comprehensive column of sedimentary facies of Huanglong Formation in Northeastern Sichuan
圖3 黃龍組的孔隙類型Fig.3 Pore types in the study area(A)粒間孔,砂屑白云巖,JS1井,175號,深度4 843.48 m,鑄體染色薄片,(-); (B)藻團(tuán)粒間的粒間孔,TD2井,360號,深度5 149.70 m,掃描電鏡照片; (C)粒間孔,生物碎屑砂屑微晶白云巖,Lei11井,195號,深度3 817.45 m,鑄體染色薄片,(-); (D)亮晶球粒有孔蟲白云巖,見亮晶膠結(jié)物,有孔蟲的粒內(nèi)溶孔較發(fā)育,TD2井,383號,深度5 152.58 m,鑄體染色薄片,(-); (E)晶間孔,粉-細(xì)晶白云巖,Lei6井,206號,深度3 664.21 m,鑄體染色薄片,(-); (F)白云石晶體晶間孔隙發(fā)育,WQ2井,453號,深度3 978.63 m,掃描電鏡照片; (G)介形蟲被溶蝕形成的鑄???,七里1井,373號,深度4 845.97 m,鑄體染色薄片,(-); (H)有孔蟲被溶蝕形成的鑄???,次生白云石晶體貼溶孔壁生長,溶孔中可見片狀碳化瀝青, TS8井, 227號, 深度4 106.01 m,掃描電鏡照片; (I)微晶白云巖,“X”形構(gòu)造裂縫,WQ5井,110號,深度4 807.48 m,鑄體染色薄片,(-)
e.鑄模孔。是由顆粒被全部溶蝕形成的次生孔隙。研究區(qū)的鑄模孔多出現(xiàn)在富含有孔蟲、腕足和介形蟲的生屑白云巖中,開始由生物體腔被局部溶蝕形成粒內(nèi)溶孔,當(dāng)溶蝕作用繼續(xù)進(jìn)行時(shí),粒內(nèi)溶孔進(jìn)一步擴(kuò)大,直到生物被全部溶蝕形成保持生屑外形的鑄???圖3-G,H),也是常見的孔隙類型。
f.裂縫和溶蝕縫。按成因可分為成巖期壓溶縫和構(gòu)造期破裂縫2種類型。其中成巖期壓溶縫較常見,多呈縫合線狀或粒緣縫狀分布。裂縫的連通性較差,縫內(nèi)通常被富含有機(jī)質(zhì)的泥質(zhì)物完全充填,因此其儲集意義不大。構(gòu)造裂縫較平直(圖3-I),縫內(nèi)充填有相對晚期的次生礦物,包括鐵方解石、石英、螢石、黃鐵礦等熱液礦物,充填作用一般不完全,而且在充填次生礦物的同時(shí)進(jìn)一步遭受溶蝕作用改造而形成彎曲不規(guī)則狀的、連通性更好的溶蝕縫,不僅對儲集空間有貢獻(xiàn),更重要的是可大幅度地提高儲層的滲透性。
根據(jù)川東北已鉆井取心段黃龍組物性分析資料,孔隙度分布范圍為0.11%~12.84%,平均值為1.6%;主峰位于<2%~4%之間(圖4),約占總量的81.51%。滲透率分布范圍為<0.01×10-3~69×10-3μm2,平均值為2.76×10-3μm2;主峰位于0.01×10-3~10×10-3μm2之間,約占總量的81.87%。由此可知,川東北地區(qū)黃龍組總體上屬于特低孔低滲儲層。
在孔隙度與滲透率相關(guān)圖中,黃龍組儲層孔隙度與滲透率呈弱正相關(guān)性(圖5),相關(guān)系數(shù)為0.394 5,說明孔喉對儲層滲流能力有較大影響;但在同一孔隙度范圍內(nèi),滲透率變化達(dá)2~3個(gè)數(shù)量級,說明裂縫對改善儲層滲流能力起關(guān)鍵作用,與好儲層中構(gòu)造裂縫和溶蝕裂縫較發(fā)育的特征相吻合。
與MFC相比,Qt具有明顯的優(yōu)勢;文獻(xiàn)[15]用Qt替代MFC進(jìn)行了服務(wù)器開發(fā)。另外,由于Qt的跨平臺特性,可以把Qt用于水下本體Linux系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì),從而保持在不同硬件的編程一致性。文獻(xiàn)[16]實(shí)現(xiàn)了在Linux下Qt自定義對話框設(shè)計(jì)。
圖4 川東北地區(qū)黃龍組儲層物性分布直方圖Fig.4 Distribution histogram of reservoir properties of Huanglong Formation in Northeastern Sichuan
圖5 川東北黃龍組孔滲相關(guān)圖Fig.5 Correlation of porosity and permeability of Huanglong Formation in Northeastern Sichuan
黃龍組儲層孔隙結(jié)構(gòu)特征參數(shù)、孔隙和喉道類型及孔喉組合類型等方面的特征如下。
a.喉道形態(tài)類型以孔隙小型、宿頸型、管狀喉道型與片狀喉道型為主,而點(diǎn)狀喉道基本未見。
b.喉道大小:最大連通孔喉半徑(rc10)為0.106~1.682 μm,平均值為0.432 μm;中值孔喉半徑(rc50)為0.025~0.026 μm,平均值為0.025 μm。
c.孔喉組合關(guān)系:黃龍組儲層的孔喉關(guān)系以中、小孔-中細(xì)喉組合占主導(dǎo),小孔-細(xì)、微喉型組合與小孔-微喉型組合次之,少部分為中、小孔-中喉組合,以及微孔-微喉型組合(圖6),而中、大孔-中、大喉型組合很少見??紫吨g的連通性較差。
圖6 川東北黃龍組孔喉大小分布直方圖Fig.6 Distribution histogram of pore-throat sizes of Huanglong Formation in Northeastern Sichuan
圖7 川東北地區(qū)黃龍組不同沉積微相孔滲分布直方圖Fig.7 Distribution histogram of porosity and permeability in different sedimentary microfacies of Huanglong Formation in Northeastern Sichuan
對川東北地區(qū)黃龍組碳酸鹽巖儲層中不同沉積微相的孔滲數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果(圖7),表明顆粒灘、砂屑灘、生屑灘的儲層物性最好,而潟湖微相和潮下靜水泥微相的儲層物性最差,說明儲層首先受到了原始沉積環(huán)境的控制。潟湖微相孔隙度分布范圍為0.56%~4.17%,平均值為1.97%;滲透率分布范圍為0.001×10-3~0.93×10-3μm2,都在1×10-3μm2以下。潮下靜水泥微相孔隙度分布范圍為0.12%~19.84%,平均值為2.57%;滲透率分布范圍為0.001×10-3~75.3×10-3μm2, 其中分布在0.01×10-3~10×10-3μm2的占98.49%。粒屑灘(復(fù)合顆粒灘)微相孔隙度分布范圍為0.24%~17.11%,平均值為4.63%;滲透率分布范圍為0.001×10-3~42×10-3μm2,其中分布在0.01×10-3~10×10-3μm2的占96.87%。砂屑灘微相孔隙度分布范圍為0.9%~14.79%,平均值為4.36%;滲透率分布范圍為0.001×10-3~38.6×10-3μm2,其中分布在0.01×10-3~10×10-3μm2的占97.01%。生屑灘微相孔隙度分布范圍為0.16%~10.78%,平均值為1.69%;滲透率分布范圍為0.001×10-3~18.9×10-3μm2,其中分布在<0.01×10-3μm2的占77.77%。
圖8 川東北地區(qū)黃龍組不同巖石類型孔滲分布直方圖Fig.8 Distribution histogram of different rock types in different sedimentary microfacies of Huanglong Formation in Northeastern Sichuan
對黃龍組各類碳酸鹽巖的孔滲數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果(圖8),表明不同巖石類型的儲層物性有較大似的差異,白云巖類孔滲普遍好于灰?guī)r類,而且以顆粒白云巖為最好。說明作為粒屑灘相標(biāo)志的顆粒巖在經(jīng)過了白云巖化作用后,儲集性得到了進(jìn)一步的改善。而近期眾多的研究成果也證明儲集性良好的黃龍組白云巖儲層,主要是早-中成巖階段熱液埋藏白云化作用的產(chǎn)物[9-11],且具有白云石化作用越強(qiáng),儲層物性越好的特點(diǎn)。研究區(qū)顆粒白云巖的孔隙度分布在0.80%~17.11%之間,平均值為4.56%;滲透率分布范圍為0.009×10-3~63.4×10-3μm2,其中滲透率>0.1×10-3μm2的樣品占57.69%。白云質(zhì)喀斯特角礫巖的孔隙度其次,分布在0.28%~16.34%之間,平均值為3.60%;滲透率分布在0.035×10-3~67.8×10-3μm2之間,其中滲透率>0.1×10-3μm2的樣品占55.03%。晶粒白云巖孔隙度在0.26%~19.48%之間,平均值為3.40%;滲透率分布范圍為0.001×10-3~69×10-3μm2,其中滲透率>0.1×10-3μm2的樣品占33.50%。在各種灰?guī)r樣品中,顆粒灰?guī)r孔隙度分布在0.36%~10.78%之間,平均值為1.84%;滲透率分布在0.001×10-3~18.9×10-3μm2之間,滲透率>0.1×10-3μm2的樣品占11.11%。灰質(zhì)喀斯特角礫巖孔隙度分布在0.61%~5.81%之間,平均值為1.16%;滲透率分布在0.001×10-3~7.77×10-3μm2之間,平均值為0.24×10-3μm2?;?guī)r孔隙度分布在0.17%~12.51%之間,平均值為1.65%;滲透率分布在0.001×10-3~75.3×10-3μm2之間,滲透率>0.1×10-3μm2的樣品占全部晶?;?guī)r樣品的19.71%。
川東及川東北地區(qū)黃龍組經(jīng)過淺-中等埋藏深度的成巖作用改造后,受云南運(yùn)動構(gòu)造隆升影響,整個(gè)川東地區(qū)進(jìn)入了長達(dá)15~20 Ma的古表生期喀斯特演化階段。由大氣水對黃龍組儲層進(jìn)行的喀斯特改造,使儲層物質(zhì)組分和原始地貌形態(tài)遭到不同程度的改造[12-15],溶蝕孔、洞、縫大量發(fā)育,對儲層的孔隙和連通性起到了積極的建設(shè)性作用[16],并明顯受溶蝕強(qiáng)度和古喀斯特地貌控制。
3.3.1 溶蝕強(qiáng)度與儲層發(fā)育的關(guān)系
按溶蝕強(qiáng)度與儲層的發(fā)育關(guān)系,可將研究區(qū)黃龍組喀斯特巖分為3類:①弱溶蝕喀斯特巖,由于溶蝕作用不強(qiáng),僅發(fā)育少量溶蝕孔和溶縫;孔隙度為2%~8%,滲透率為(0.1~5.3)×10-3μm2,多數(shù)屬于低孔、低滲儲層。②中等溶蝕溶孔狀喀斯特巖,溶蝕孔和溶縫都較發(fā)育,溶蝕作用較強(qiáng),可形成溶蝕洞,主要為白云巖遭受連續(xù)溶蝕作用的產(chǎn)物;孔隙度為5%~12%,滲透率為(0.1~10)×10-3μm2;物性普遍較好,往往為黃龍組氣藏主力儲層類型,主要發(fā)育于黃龍組第二段。③強(qiáng)溶蝕角礫狀喀斯特巖,是喀斯特洞穴的產(chǎn)物,基質(zhì)巖遭強(qiáng)烈溶蝕垮塌后的原地堆積體,角礫成分繼承了基巖的特性;角礫中常發(fā)育較多溶孔和溶縫,但由于后期泥炭質(zhì)充填,物性一般;孔隙度為2%~6%,滲透率為(1~10)×10-3μm2,為黃龍組氣藏次要儲層類型。
圖9 川東北地區(qū)黃龍組古巖地貌單元和儲層發(fā)育與對比圖Fig.9 Comparison chart of geomorphic units and reservoir development of Huanglong Formation in Northeastern Sichuan
川東北地區(qū)在晚石炭世末期隆升暴露,受差異風(fēng)化的影響,不同地貌單元的儲層發(fā)育也有所不同(圖9):①喀斯特高地以滲流溶蝕作用為主。由于位于高部位,剝蝕作用強(qiáng)烈,通常儲層難以保存。②喀斯特上斜坡地勢較陡,水流作用主要以下滲作用為主并伴隨有側(cè)向遷移,水中的CaCO3通常處于不飽和狀態(tài),所以溶蝕作用強(qiáng)烈,充填作用較弱,是各喀斯特地貌單元中儲層最發(fā)育的部位。③喀斯特下斜坡地勢同樣較陡,但由于位于潛水面附近,受基準(zhǔn)面往復(fù)上升、下降作用的影響,所以儲層發(fā)育往往不連續(xù),總體上看應(yīng)該為儲層發(fā)育的次有利區(qū)域。④喀斯特盆地地勢平坦,水流作用以側(cè)向遷移為主,垂向遷移基本不發(fā)育,由于地下水流動緩慢,CaCO3長期處于過飽和狀態(tài),膠結(jié)作用較強(qiáng),為地貌單元中最不利于儲層發(fā)育的區(qū)域。
a.川東北地區(qū)石炭系黃龍組3個(gè)巖性段分別為塞卜哈和局限海灣陸棚、開闊海灣陸棚環(huán)境沉積的產(chǎn)物,儲層主要發(fā)育在第二段的白云巖中,以低孔低滲儲層為主。
b.儲層的孔隙類型豐富,包括有原生粒間孔、粒間溶孔、粒內(nèi)溶孔、晶間孔、鑄??准皹?gòu)造破裂縫,最有效的儲集空間為晶間孔和粒間溶孔,次為粒內(nèi)溶孔。構(gòu)造裂縫不僅也為有效儲集空間,更重要的是作為疏導(dǎo)體還是儲層中最有效的運(yùn)移通道。
c.川東北地區(qū)黃龍組儲層的發(fā)育程度主要受沉積相類型、白云巖化程度和喀斯特作用3個(gè)因素控制。其中沉積相奠定了發(fā)育儲層的物質(zhì)基礎(chǔ)和空間位置,白云巖化決定了儲層基質(zhì)巖品質(zhì),喀斯特作用加大了儲層發(fā)育規(guī)模和提高了儲層質(zhì)量,再埋藏期的構(gòu)造破裂作用進(jìn)一步改善了儲層物性。
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