準噶爾盆地烏—夏地區(qū)二疊系風城組致密油儲層特征

劉英輝，朱筱敏，朱 茂，廖宗寶，王小軍，王俊懷

（1.中國石油大學（北京）地球科學學院，北京102249；2.中海石油（中國）有限公司 上海分公司，上海200030；3.中海石油（中國）研究總院，北京100027；4.中國石油新疆油田分公司勘探開發(fā)研究院，新疆 克拉瑪依834000）

0 引言

近年來，致密油、致密氣、頁巖油和頁巖氣等非常規(guī)資源已成為國內(nèi)外油氣勘探的新亮點，其中致密油被國外學者贊譽為“黑金”［1-4］。致密油通常是指空氣滲透率＜2mD或覆壓基質(zhì)滲透率＜0.2mD的砂巖、粉砂巖、灰?guī)r和白云巖等作為儲層的油氣資源，以分布面積大及臨近優(yōu)質(zhì)烴源巖為特征，單井基本無自然產(chǎn)能，或自然產(chǎn)能無商業(yè)價值，但在一定的經(jīng)濟和技術(shù)條件下能夠?qū)崿F(xiàn)商業(yè)開發(fā)［3，5-8］。

在美國，致密油的勘探與開發(fā)技術(shù)均已成熟，目前已在19個盆地發(fā)現(xiàn)了致密油，可采儲量高達23 億 t［4，7］。 目前，我國石油對外依存度高達 50% 以上，急需取得油氣勘探領(lǐng)域的重大突破，因此，致密油勘探受到人們的重視［3，5］。準噶爾盆地西北緣二疊系風城組油層巖性復雜，埋深大（4 000～5 000m），裂縫和溶孔均發(fā)育，孔隙度＜10%，滲透率＜2mD，孔喉半徑多＜1μm，是典型的致密儲層。2009年，風城1井在風城組獲得高產(chǎn)油流（試油日產(chǎn)油109.8 t），并提交石油控制儲量3 575萬t；2011年，風南7井再獲突破，經(jīng)壓裂日產(chǎn)油8.65～10.38 t。但是，準噶爾盆地西北緣二疊系風城組致密油勘探目前仍處于起步探索階段，對其儲層特征，特別是儲集空間類型及“甜點”區(qū)分布影響因素研究程度均低。筆者利用巖心、常規(guī)薄片、鑄體薄片及孔滲壓汞等數(shù)據(jù)，分析準噶爾盆地烏—夏地區(qū)二疊系風城組致密油儲層巖石學特征、儲集空間特征和物性特征，探討優(yōu)質(zhì)儲層影響因素，以期為該區(qū)致密油勘探提供依據(jù)。

1 地質(zhì)概況

準噶爾盆地位于新疆維吾爾自治區(qū)北部，現(xiàn)今構(gòu)造處于哈薩克斯坦板塊、西伯利亞板塊和塔里木板塊的交會地帶，屬前陸盆地。烏—夏地區(qū)位于準噶爾盆地西北緣，北靠哈拉阿拉特山，南臨瑪湖凹陷，西起扎伊爾山，東至紅旗壩地區(qū)，勘探面積約2 000 km2（圖1）。研究區(qū)逆掩構(gòu)造活動強烈，深層斷裂發(fā)育，同時伴生眾多與主斷裂平行或斜交的次生斷裂，構(gòu)成一系列斷階帶，為油氣運移成藏提供了優(yōu)質(zhì)通道［9-11］。

圖1 準噶爾盆地烏—夏地區(qū)位置及風城組沉積相平面展布圖Fig.1 Location of the Wu-Xia area and sedimentary facies of Fengcheng Formation in Junggar Basin

準噶爾盆地在早石炭世末期發(fā)生洋/陸轉(zhuǎn)換，晚石炭世—早二疊世盆地發(fā)生劇烈周緣碰撞，形成二疊紀前陸盆地沉積格局［10，12］。二疊系自下而上依次發(fā)育佳木河組（P1j）、風城組（P1f）、夏子街組（P2x）以及下烏爾禾組（P2w）［13-14］，目的層風城組厚度為400～1 400m，自下而上可分為風一段、風二段和風三段，地層向東尖滅。風城組發(fā)育期，研究區(qū)構(gòu)造活動劇烈，氣候炎熱，蒸發(fā)作用較強，淡水補給相對匱乏，同時火山活動頻繁，形成了一套與扇三角洲—湖泊—火山巖相關(guān)的巖層（參見圖1），為半深湖暗色白云石化泥巖與灰綠色白云石化凝灰?guī)r間互的地層組合，僅北東部近源區(qū)見扇三角洲前緣粉—細砂巖（圖 2）。

圖2準噶爾盆地烏—夏地區(qū)風城組風南1井巖性序列及沉積環(huán)境Fig.2 Lithological column and sedimentary environment of Fengnan 1 well of Fengcheng Formation in Wu-Xia area of Junggar Basin

2 致密油儲層特征

2.1 巖石學特征

據(jù)巖心觀察、顯微薄片鑒定及X射線衍射全巖分析，準噶爾盆地烏—夏地區(qū)二疊系風城組主要發(fā)育5種巖石類型：云質(zhì)巖類、凝灰?guī)r類、砂巖類、泥巖類和鹽巖類，并以云質(zhì)巖類為主。

2.1.1 云質(zhì)巖類

研究區(qū)風城組巖石普遍發(fā)育白云石化作用，其中白云石質(zhì)量分數(shù)為2.2%～57.3%，平均為24.4%，巖性主要為云質(zhì)凝灰?guī)r、凝灰質(zhì)白云巖、云質(zhì)泥巖和云質(zhì)粉砂巖等（圖版Ⅰ-1～Ⅰ-4），其中云質(zhì)凝灰?guī)r最富集。云質(zhì)巖類主要發(fā)育于烏爾禾斷褶區(qū)及瑪湖西斜坡，其中烏爾禾斷褶區(qū)風4、風7和風南3井區(qū)均較發(fā)育，厚度為300～600m（參見圖2）。

2.1.2 凝灰?guī)r類

研究區(qū)風城組發(fā)育期，火山活動頻繁，形成了大量的火山細粒物質(zhì)，常見沉凝灰?guī)r、熔結(jié)凝灰?guī)r、粉砂質(zhì)凝灰?guī)r和泥質(zhì)凝灰?guī)r，它們大部分發(fā)生白云石化作用，呈灰色和灰黑色，巖性致密，常呈紋層狀和塊狀分布?；鹕侥椅镔|(zhì)可漂移數(shù)百公里，剝蝕區(qū)多為火山凝灰物質(zhì)。研究區(qū)凝灰?guī)r類分布面積和厚度均較大，其中瑪湖西斜坡厚度最大，為1 000m。

2.1.3 砂巖類

研究區(qū)北西部發(fā)育規(guī)模較小的扇三角洲—湖泊沉積體系（參見圖1），巖性以凝灰質(zhì)粉砂巖和泥質(zhì)粉砂巖為主，多發(fā)生白云石化。砂巖類儲層僅分布于北西部風城1和風城011等井區(qū)近物源區(qū)，厚度可達數(shù)十米。

2.1.4 泥質(zhì)巖類

多為泥質(zhì)凝灰?guī)r，少量為凝灰質(zhì)泥巖和硅質(zhì)泥巖。X射線衍射分析表明，研究區(qū)細粒沉積物中黏土礦物含量很低，平均質(zhì)量分數(shù)為7.6%［15］。研究區(qū)泥質(zhì)巖類主要分布于扇三角洲遠端的湖盆沉積區(qū)，且分布范圍較小。

2.1.5 鹽巖類

研究區(qū)發(fā)育一套鹽巖組合，主要有硅硼鈉石（NaBSi3O8）（圖版Ⅰ-5）、碳鈣鈉石［Na2Ca2（CO3）3］、碳鎂鈉石［Na2Mg2（CO3）3］、硬石膏和石膏等。 鹽巖富集說明地層水中富含大量的Na+，Ca2+和Mg2+，為咸化湖泊濃縮蒸發(fā)所致。鹽巖富集區(qū)見異常高壓網(wǎng)狀縫（圖版Ⅰ-6），可能與深部熱水沿斷裂上升有關(guān)［16］。鹽巖類在湖盆中心水深最大處異常富集，厚度可達300～500m。

2.2 儲集空間類型

據(jù)巖心觀察、鑄體薄片及掃描電鏡分析，研究區(qū)風城組儲層主要的儲集空間類型為裂縫、溶孔、晶間孔和原生孔，其中裂縫是最重要的儲集空間類型，溶孔次之。致密油藏為裂縫-溶孔型。

2.2.1 裂縫

烏—夏地區(qū)風城組致密油儲層中，裂縫是最主要的儲集空間（圖版Ⅱ-1～Ⅱ-4），占儲集空間的53%，對致密油有效儲層的發(fā)育起到了決定性的作用。研究區(qū)主干斷裂主要為百—烏斷裂、夏紅北斷裂及烏蘭林格斷裂等一系列北東向和北北東向斷裂（參見圖1）。風城組裂縫主要為構(gòu)造作用形成的構(gòu)造縫，壓實作用形成的泄水縫（圖版Ⅱ-3）和縫合線（圖版Ⅱ-4）及異常高壓形成的網(wǎng)狀縫［17-18］（圖版Ⅰ-6）；以高角度裂縫（40°～70°）為主，水平縫（＜ 10°）和垂直縫（＞70°）次之。宏觀裂縫（開度為0.2mm左右）僅在風26和風7等井區(qū)主斷裂附近可見；微裂縫（開度為0.003～0.025mm）全區(qū)發(fā)育，靠近主斷裂區(qū)富集。裂縫主要發(fā)育于云質(zhì)巖類和凝灰?guī)r類儲層中，白云石為脆性礦物，故發(fā)生白云石化的地區(qū)裂縫最富集。裂縫常被白云石、方解石、石膏、硅硼鈉石或瀝青等充填（圖版Ⅱ-2～Ⅱ-4）。微裂縫產(chǎn)生的面孔率平均高達1.7%，不僅大大改善了儲層的連通性，而且為溶蝕流體的流動提供了通道，有利于溶孔的形成。

2.2.2 溶蝕孔隙

研究區(qū)風城組致密油儲層中溶孔占儲集空間的35%，常見有晶間溶孔、粒內(nèi)溶孔和基質(zhì)溶孔。溶孔主要發(fā)育于白云石化強烈的烏爾禾半封閉湖灣區(qū)及風城1井區(qū)云質(zhì)砂巖類儲層中，被溶蝕的礦物主要有白云石、方解石以及鹽類礦物（圖版Ⅱ-5～Ⅱ-7）。溶蝕流體在構(gòu)造擠壓及熱對流的驅(qū)動下常沿構(gòu)造縫和層理面等構(gòu)造薄弱面流動，故裂縫發(fā)育區(qū)溶蝕作用較為強烈。例如，風城1井的云質(zhì)粉砂巖中溶孔為最主要的儲集空間類型，占儲集空間的70%以上［15］。溶孔的發(fā)育不僅改善了儲層物性，而且增大了儲集空間，對研究區(qū)致密儲層“甜點”區(qū)的形成產(chǎn)生了重要作用。

2.2.3 晶間孔隙

研究區(qū)風城組致密油儲層中晶間孔僅占儲集空間的11%，且孔隙較小，一般不超過幾微米，多由白云石化和重結(jié)晶作用等后期成巖交代作用形成。晶間孔于自生礦物中較常見，如方解石和白云石等結(jié)晶體礦物之間形成的孔隙，構(gòu)造作用形成的裂縫充填物中也常見晶間孔（圖版Ⅱ-8～Ⅱ-9）。晶間孔分布不均勻，常與裂縫帶共生，對致密儲層“甜點”的形成有一定的貢獻。

2.2.4 原生孔隙

研究區(qū)風城組沉積于半封閉湖灣環(huán)境，沉積物粒度較細，并由于埋深較大（4 000～5 000m），原生孔已基本不存在，且孔隙連通性差。原生孔主要為原生剩余粒間孔，僅占儲集空間的1%，常見于砂巖類致密油儲層中，單獨的原生孔很難形成有利儲層。

2.3 儲層物性特征

據(jù)研究區(qū)風城組500余塊儲層樣品的統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，儲層基質(zhì)孔隙度較低，最小值為0.04%，最大值為27.3%，一般為1%～10%，平均為3.86%，孔隙度＞10%的樣品僅占樣品總數(shù)的5%左右；儲層空氣滲透率數(shù)值變化很大，最小值＜0.01mD，最大值為1 016.01mD，平均為0.17mD，＜2mD的樣品占樣品總數(shù)的 85% 左右（圖 3），屬致密儲層［3，19］。 由圖3可看出，研究區(qū)風城組致密油儲層孔隙度和滲透率沒有明顯的線性關(guān)系，說明其孔隙類型主要為次生孔隙和裂縫，原生孔所占比例較低；滲透率的波動范圍極大，說明裂縫的存在至關(guān)重要，是改善儲層物性的主要因素。

圖3 準噶爾盆地烏—夏地區(qū)風城組致密油儲層孔滲關(guān)系（據(jù)文獻［3］修改）Fig.3 Porosity and permeability of tight oil reservoirs ofFengcheng Formation in Wu-Xia area of Junggar Basin

研究區(qū)不同巖石類型的儲層物性差異較大。其中云質(zhì)粉砂巖平均孔隙度為5.23%，凝灰質(zhì)白云巖平均孔隙度為6.63%，均高于風城組碎屑巖儲層平均孔隙度3.86%（表1）。云質(zhì)粉砂巖物性相對較好，這是由于粉砂質(zhì)的分選、磨圓及抗壓實能力均好于凝灰質(zhì)，后期的溶蝕作用也較凝灰質(zhì)強。凝灰質(zhì)白云巖發(fā)生了強烈的白云石化作用，使巖石脆性加大，裂縫更發(fā)育。根據(jù)研究區(qū)取心段不同巖性儲層的含油氣性分析，云質(zhì)粉砂巖和凝灰質(zhì)白云巖含油性均相對較高（表2）。

表1 準噶爾盆地烏—夏地區(qū)風城組不同巖性孔隙度Table 1 Porosity of different lithologies of FengchengFormation in Wu-Xia area of Junggar Basin

表2 準噶爾盆地烏—夏地區(qū)風城組不同巖性儲層巖心的含油氣性Table 2 Cores fluorometric analysis of different rock types of Fengcheng Formation in Wu-Xia area of Junggar Basin

研究區(qū)風城組儲層排驅(qū)壓力一般＞3MPa，孔喉半徑＜1μm，主要為0.03～1.00μm，退汞效率較差。風城組孔滲數(shù)據(jù)及喉道特征均表明研究區(qū)發(fā)育致密儲層。

3 儲層物性影響因素分析

準噶爾盆地烏—夏地區(qū)二疊系風城組致密油儲層具有裂縫-溶孔雙重介質(zhì)特征，儲層物性主要受白云石化作用強度、裂縫和溶孔發(fā)育程度及其耦合關(guān)系等因素影響。

3.1 白云石化作用

據(jù)巖石薄片和X射線衍射分析（參見圖2），風城組云質(zhì)巖類的礦物組成復雜，其中白云石的質(zhì)量分數(shù)為2.2%～57.3%，很少超過50%，平均24.4%，巖性主要為云質(zhì)凝灰?guī)r、凝灰質(zhì)白云巖、云質(zhì)泥巖和云質(zhì)粉砂巖等，以云質(zhì)凝灰?guī)r最富集，統(tǒng)稱云質(zhì)巖類。

云質(zhì)巖類的產(chǎn)狀以紋層狀、條帶狀（圖版Ⅰ-1～Ⅰ-2）、團塊狀、絲絮狀和星散狀為主，常沿層理和裂隙充填分布，鏡下呈半自形—自形，以粉晶—細晶為主，常見霧心亮邊和環(huán)帶交代殘余結(jié)構(gòu)（圖版Ⅰ-3～Ⅰ-4）。其中紋層狀微晶白云石推測為準同生成因，以晶形差、顆粒小和層狀分布為特征［20］；星散狀與絲絮狀粉—細晶白云石為中埋藏成因，以粉—細晶、半自形—自形和霧心亮邊發(fā)育為特征；團塊狀細—中晶白云石可能為中—深埋藏成因或與熱液活動密切相關(guān)，以晶面不規(guī)則緊密接觸為特征。

白云石不僅脆性大，而且易發(fā)生溶蝕，巖石白云石化有利于產(chǎn)生有效儲集空間（參見表1）。研究區(qū)風城組泥巖、粉砂巖和凝灰?guī)r的平均孔隙度分別為0.6%，3.64%和2.71%，發(fā)生白云石化后分別為3.35%，5.23%和6.63%，儲層物性得到了改善。巖心、測井及地震反演綜合研究均表明，風城組云質(zhì)巖類主要分布于烏爾禾—風城地區(qū)。

3.2 裂縫發(fā)育程度及其影響因素

在風城組致密油儲層中，裂縫對有效儲層的形成和分布均起到?jīng)Q定性的作用，是研究區(qū)致密油儲層高產(chǎn)最重要的影響因素。裂縫的識別可通過巖心觀察、成像測井及地震方法來進行。儲層裂縫的成因不同，分布規(guī)律和影響因素也均不相同?？v向上，裂縫發(fā)育主要受巖性影響，巖石發(fā)生白云石化后，其脆性普遍變大，在構(gòu)造作用力下極易發(fā)產(chǎn)破裂；平面上，裂縫發(fā)育程度主要受構(gòu)造條件影響，一般情況下主斷裂附近為裂縫發(fā)育的密集區(qū)。烏爾禾斷褶帶深層斷裂異常發(fā)育，加之白云石化程度最大，巖石脆性大，為研究區(qū)裂縫最富集的地帶。

裂縫的存在不僅可以作為致密油的儲集空間，而且為油氣及溶蝕流體均提供了優(yōu)質(zhì)運移通道。裂縫的發(fā)育程度直接影響著原油產(chǎn)量，如風3井風城組凝灰質(zhì)白云巖距斷裂近，裂縫密度達10.6條/m，日產(chǎn)原油100 t以上；遠離斷裂的風南4井風城組凝灰質(zhì)白云巖裂縫密度小，僅0.5條/m，日產(chǎn)原油2 t。

3.3 溶孔發(fā)育程度及其與裂縫配置關(guān)系

風城組致密油儲層（特別是砂巖類儲層）溶孔的發(fā)育程度決定了儲層的有效性。溶孔的發(fā)育主要受巖性影響，砂巖類儲層最易發(fā)育溶孔，白云石、方解石、硅硼鈉石和鹽巖等自生礦物均易發(fā)生溶蝕。其次，裂縫是溶蝕流體運移的優(yōu)良通道，溶孔經(jīng)常伴隨裂縫發(fā)育。有機質(zhì)生烴排放出大量有機酸，這些有機酸是溶蝕流體的主要來源。溶孔在云質(zhì)粉砂巖中最為發(fā)育，在主斷裂帶附近也較發(fā)育。

溶孔發(fā)育程度及其與裂縫配置關(guān)系的優(yōu)劣均極大地影響致密油儲層的產(chǎn)量，如烏355井在井深3 177～3 197m裂縫和溶孔發(fā)育且配置關(guān)系較好，溶孔被裂縫有效連通，日產(chǎn)油23 t；烏351井在井深3 310～3 322m溶孔孤立，裂縫不發(fā)育，溶孔未被有效連通，日產(chǎn)油不足 1 t［15］。

4 結(jié)論

（1）準噶爾盆地西北緣二疊系風城組油層巖性復雜，以云質(zhì)巖類為主；儲集空間類型以裂縫和溶孔為主，埋深大（4 000～5 000m），原生孔不發(fā)育；孔隙度為1%～10%，滲透率＜2mD，孔喉半徑多＜1μm，為典型的致密型儲層。

（2）白云石化作用、裂縫和溶孔的形成作用共同影響研究區(qū)風城組相對優(yōu)質(zhì)儲層的發(fā)育，尤其是裂縫局部異常發(fā)育的地區(qū)，儲層被改造，連通性變好，可形成“甜點”。其分布主要受以下因素影響：①巖石發(fā)生白云石化作用的強度。強烈的白云石化作用導致巖石脆性變大，更易產(chǎn)生裂縫，且白云石容易發(fā)生溶蝕。②主斷裂的發(fā)育強度。伴隨主斷裂產(chǎn)生的眾多裂縫和微裂縫，不僅增大了儲層的儲集空間，并且為溶蝕流體的運移提供了優(yōu)質(zhì)通道。③溶蝕作用的強度。白云石和云質(zhì)粉砂巖均容易發(fā)生溶蝕作用，產(chǎn)生一定的儲集空間。

［1］ 雷群，王紅巖，趙群，等.國內(nèi)外非常規(guī)油氣資源勘探開發(fā)現(xiàn)狀及建議［J］.天然氣工業(yè)，2008，28（12）：7-10.

［2］ 李玉喜，張金川.我國非常規(guī)油氣資源類型和潛力［J］.國際石油經(jīng)濟，2011，19（3）：61-67.

［3］ 賈承造，鄒才能，李建忠，等.中國致密油評價標準、主要類型、基本特征及資源前景［J］.石油學報，2012，33（3）：343-350.

［4］ 付鎖堂，張道偉，薛建勤，等.柴達木盆地致密油形成的地質(zhì)條件及勘探潛力分析［J］.沉積學報，2013，31（4）：672-682.

［5］ 匡立春，唐勇，雷德文，等.準噶爾盆地二疊系咸化湖相云質(zhì)巖致密油形成條件與勘探潛力［J］.石油勘探與開發(fā)，2012，39（6）：657-667.

［6］ 姚涇利，鄧秀芹，趙彥德，等.鄂爾多斯盆地延長組致密油特征［J］.石油勘探與開發(fā)，2013，40（2）：150-158.

［7］ 林森虎，鄒才能，袁選俊，等.美國致密油開發(fā)現(xiàn)狀及啟示［J］.巖性油氣藏，2011，23（4）：25-30.

［8］ Arthur J D，Bohm B，Coughlin B J ，et al. Evaluating the environmentalimplications of hydraulic fracturing in shale gas reservoirs ［C］. SPEAmericas E&P Environment and Safety Conference：San Antonio，Texas，2008.

［9］ 馮建偉，戴俊生，鄢繼華，等.準噶爾盆地烏夏前陸沖斷帶構(gòu)造活動-沉積響應［J］.沉積學報， 2009，27（3）：494-502.

［10］ 陳發(fā)景，汪新文.準噶爾盆地的原型和構(gòu)造演化［J］.地學前緣，2005，12（3）：77-89.

［11］ 曲江秀，邱貽博，時振峰，等.準噶爾盆地西北緣烏夏斷裂帶斷裂活動與油氣運移［J］.新疆石油地質(zhì)，2007，28（4）：403-405.

［12］ 陳新，盧華復，舒良樹，等.準噶爾盆地構(gòu)造演化分析新進展［J］.高校地質(zhì)學報，2002，8（3）：257-267.

［13］ 牛海青，陳世悅，張鵬，等.準噶爾盆地烏夏地區(qū)二疊系儲集層特征及影響因素分析［J］.古地理學報，2009，11（4）：425-434.

［14］ 馮有良，張義杰，王瑞菊，等.準噶爾盆地西北緣風城組白云巖成因及油氣富集因素［J］.石油勘探與開發(fā)，2011，38（6）：685-692.

［15］ 朱世發(fā).混積地層儲層發(fā)育機理和主控因素分析——以準噶爾盆地烏—夏地區(qū)二疊系風城組為例［D］.北京：中國石油大學（北京），2011.

［16］ 蔣宜勤，文華國，祁利祺，等.準噶爾盆地烏爾禾地區(qū)二疊系風城組鹽類礦物和成因分析［J］.礦物巖石，2012，32（2）：105-114.

［17］ 潘曉添，鄭榮才，文華國，等.準噶爾盆地烏爾禾地區(qū)風城組云質(zhì)致密油儲層特征［J］.成都理工大學學報：自然科學版，2013，40（3）：315-325.

［18］ 潘曉添.準噶爾盆地西北緣風城組湖相熱液白云巖形成機理［D］.成都：成都理工大學，2013.

［19］ 趙靖舟，吳少波，武富禮.論低滲透儲層的分類與評價標準——以鄂爾多斯盆地為例［J］.巖性油氣藏，2007，19（3）：28-31.

［20］ 殷建國，丁超，辜清，等.準噶爾盆地西北緣烏風地區(qū)風城組白云質(zhì)巖類儲層特征及控制因素分析［J］.巖性油氣藏，2012，24（5）：83-88.

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