準(zhǔn)噶爾盆地西北緣二疊系下烏爾禾組儲(chǔ)層控制因素分析*

梅華平，陳玉良，龔福華，陳開研，劉明軍，胡志鵬，紀(jì) 璇，甯 濛

(1.長(zhǎng)江大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢430100;2.長(zhǎng)江大學(xué) 油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢430100;3.長(zhǎng)安大學(xué) 地球科學(xué)與資源學(xué)院，陜西 西安710054)

0 引 言

準(zhǔn)噶爾盆地西北緣是盆地四大含油氣區(qū)帶之一，準(zhǔn)噶爾盆地西北緣位于西準(zhǔn)噶爾造山帶與準(zhǔn)噶爾地塊之間，是西北部重要的油氣產(chǎn)區(qū)，其西北邊界大型逆沖斷裂帶，從南西到北東，主要有紅-車斷裂帶、克-烏斷裂帶、烏-夏斷裂帶等大型斷裂帶，八區(qū)下烏爾禾組位于準(zhǔn)噶爾盆地西北緣西部隆起帶克烏逆掩斷裂南白堿灘斷裂的下盤，整體構(gòu)造形態(tài)為東南傾的單斜［1-8］。其北部毗鄰南白堿灘斷裂帶，東北部與百口泉探區(qū)相接，東南部為瑪湖凹陷(圖1)。

下烏爾禾組發(fā)育有大套厚層的砂礫巖，為主要的開發(fā)層位，勘探開發(fā)潛力巨大。對(duì)于該區(qū)儲(chǔ)層特征的研究也逐漸引起專家學(xué)者們的重視。文中通過現(xiàn)場(chǎng)的巖心觀察，結(jié)合取樣分析所得的巖石薄片、鑄體薄片、掃描電鏡、陰極發(fā)光、壓汞分析數(shù)據(jù)等資料對(duì)儲(chǔ)層巖石學(xué)特征、物性和孔隙結(jié)構(gòu)特征、儲(chǔ)集空間類型及其影響因素進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究和評(píng)價(jià)。

圖1 準(zhǔn)噶爾盆地西北緣八區(qū)地理位置圖Fig.1 Geographical location in eight area in northwestern margin of Junggar Basin

1 儲(chǔ)層巖石學(xué)特征

現(xiàn)場(chǎng)巖心和地表露頭表明，準(zhǔn)噶爾盆地西北緣八區(qū)二疊系下烏爾禾組下烏爾禾組主要以砂礫巖、細(xì)礫巖、砂質(zhì)礫巖沉積為主，巖性組合為(泥質(zhì))砂礫巖、泥質(zhì)含礫砂巖與砂質(zhì)泥巖、泥巖。典型巖心照片如圖2 所示。

通過對(duì)薄片資料的統(tǒng)計(jì)分析，P2w 礫石成分礫石成分(體積分?jǐn)?shù)約占61.25%)以火山碎屑巖礫石(體積分?jǐn)?shù)約占36.23%，包括凝灰?guī)r礫石、沉凝灰?guī)r礫石)和火山巖礫石(體積分?jǐn)?shù)約占20.52%，包括安山巖、流紋巖、霏細(xì)巖和花崗巖礫石)為主，變質(zhì)巖礫石體積分?jǐn)?shù)約占0.07%，沉積巖礫石體積分?jǐn)?shù)約占4. 43%;砂質(zhì)成分(體積分?jǐn)?shù)約占28.29%)以火山碎屑巖砂質(zhì)(體積分?jǐn)?shù)約占16.12%，包括凝灰?guī)r、沉凝灰?guī)r和火山灰砂質(zhì))為主，其次為火山巖砂質(zhì)(體積分?jǐn)?shù)約占5.83%，石英類體積分?jǐn)?shù)約為2.19%，長(zhǎng)石類體積分?jǐn)?shù)約為2.44%)和沉積巖砂質(zhì)(體積分?jǐn)?shù)約為1.19%)，變質(zhì)巖砂質(zhì)體積分?jǐn)?shù)僅占到了0.52%.

圖2 下烏爾禾組典型巖芯照片F(xiàn)ig.2 Typical core photos of Xiawuerhe formation

研究區(qū)P2w 雜基成分以泥質(zhì)為主，體積分?jǐn)?shù)約為2. 43%，其次為黏土礦物，體積分?jǐn)?shù)約為0.74%(綠泥石占0.65%、方解石占0.05%、方沸石占0.04%)。膠結(jié)物體積分?jǐn)?shù)為7.29%，以方解石、方沸石、鈉長(zhǎng)石為主，其次為鐵方解石、鐵白云石、白云石等，其中方解石、方沸石、鈉長(zhǎng)石體積分?jǐn)?shù)分別占到了2.54%，2.51%，1.02%.

整體來講，P2w 以發(fā)育砂礫巖、細(xì)礫巖為特征，整體粒度較粗，分選差，磨圓次棱角-次圓狀，顆粒間以線接觸為主，膠結(jié)類型多為孔隙-接觸式膠結(jié)，次為孔隙式和壓嵌式。

2 儲(chǔ)層物性及孔隙結(jié)構(gòu)特征

2.1 儲(chǔ)層物性特征

通過對(duì)下烏爾禾組27 口井2514 個(gè)樣品實(shí)驗(yàn)分析的孔隙度和滲透率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析表明，孔隙度分布區(qū)間為0. 71% ～50. 05%，平均孔隙度為9.58%，滲透率平均值為4.43 ×10-3μm2.

具有低孔低滲的特征。滲透率和孔隙度表現(xiàn)為正相關(guān)性，滲透率在一定程度上受到孔隙度發(fā)育程度的制約。下烏爾禾組為大套厚層的砂礫巖沉積為主，巖性較為致密，主要以微裂縫與孔隙的組合作為儲(chǔ)集空間。

2.2 孔隙結(jié)構(gòu)特征

通過13 口井136 個(gè)壓汞數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析得到如下表格(表1)，可以得出，下烏爾禾組排驅(qū)壓力比較高，儲(chǔ)層的孔喉連通性不好，滲透性較差。雖然中值半徑的平均值相對(duì)較大，但中值壓力平均值較高，達(dá)到11.08 MPa，儲(chǔ)層的原始產(chǎn)能相對(duì)較低。分選系數(shù)達(dá)到了1.77，孔喉的分選性不是很好。

表1 下烏爾禾組壓汞數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表Tab.1 Mercury injection data statistics of Xiawuerhe Formation

3 儲(chǔ)集空間類型

巖心觀察、薄片觀察、掃描電鏡分析發(fā)現(xiàn)，下烏爾禾組砂礫巖儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間可分為原生孔隙、次生孔隙、裂縫，以原生孔隙為主(圖3)。

圖3 下烏爾禾組儲(chǔ)集空間類型及其百分比柱狀圖Fig.3 Reservoir space types and percentage histogram of Xiawuerhe Formation

3.1 原生孔隙

原生孔隙作為下烏爾禾組主要儲(chǔ)集空間類型之一，包括原生粒間孔和剩余原生粒間孔。原生粒間孔隙受巖性以及沉積環(huán)境等控制因素的影響，很難保存下來;在經(jīng)受來自上覆地層的壓實(shí)或膠結(jié)充填作用之后，其孔徑會(huì)變小，原生孔隙度會(huì)降低［9］，原生孔隙便轉(zhuǎn)變成了剩余原生孔隙。因此，原生孔隙也可稱為剩余原生孔隙，主要受砂巖成分、組構(gòu)和成巖作用的控制。下烏爾禾組以剩余粒間孔占主要地位(圖4(a)、圖4(b))。此外，碎屑巖粘土礦物中的晶間孔隙也屬于一種原生孔隙類型，在下烏爾禾組也比較發(fā)育，占到孔隙總體積的11.7%左右，主要為方沸石晶間孔，其次為方解石晶間孔隙。

3.2 次生孔隙

圖4 下烏爾禾組儲(chǔ)集空間類型照片F(xiàn)ig.4 Reservoir space types of Xiawuerhe Formation

碎屑顆粒、填隙物隨埋藏環(huán)境變化而被溶蝕、交代或原生孔隙被改造后所形成的孔隙［10］。下烏爾禾組儲(chǔ)層次生孔隙包括粒間溶孔、粒內(nèi)溶孔、晶間溶孔、晶內(nèi)溶孔、晶?？住㈣T?？缀突|(zhì)溶孔等等。

粒間溶孔(圖4(c)):顆粒間由于顆?；蛘咛钕段镏锌扇芙M分發(fā)生選擇性溶蝕而形成的一種孔隙類型，此類孔隙連通性較好，孔隙形狀不規(guī)則，常呈鋸齒狀、港灣狀［10］。下烏爾禾組地層中一般以0. 04 ～0. 15 mm 的小孔為主，其次是粒徑為0.15 ～0.25 mm 的中孔，局部出現(xiàn)大孔，占到孔隙總體積的3.84%.

粒內(nèi)溶孔(圖4(d)):碎屑顆粒內(nèi)部所含的可溶性礦物組分發(fā)生溶蝕形成的一類孔隙，常與粒間溶孔相伴生，且互相連通，但分布很不均勻［11］。下烏爾禾組粒內(nèi)溶孔主要以方沸石的粒內(nèi)溶孔為主，占孔隙總體積的13.06%，對(duì)儲(chǔ)層的貢獻(xiàn)性也不是很大。

晶間、晶內(nèi)溶孔(圖4(e)，圖4(f)):易溶填隙物內(nèi)部發(fā)生不完全溶解而形成的溶蝕孔隙，研究區(qū)多為方沸石、長(zhǎng)石晶體間或者晶內(nèi)的溶蝕。晶間、晶內(nèi)溶孔在下烏爾禾組非常發(fā)育，占到了孔隙總體積的29.2%.此類孔隙雖然孔徑較小，但其連通性較好、分布廣泛、數(shù)量較多，并且多與溶蝕粒間孔相伴生，往往形成孔徑較大的儲(chǔ)集空間，對(duì)儲(chǔ)層的貢獻(xiàn)很大。

晶?？住㈣T?？?圖4(g)):晶體或者易溶碎屑組分完全被溶解而保留其晶體或者碎屑顆粒形態(tài)假象所產(chǎn)生的一類次生孔隙［10］。只要由于巖屑以及長(zhǎng)石、方沸石的溶蝕形成，在砂礫巖儲(chǔ)層中此類孔隙總體上不發(fā)育，只占孔隙總體積的5.12%，不是主要的儲(chǔ)集空間類型。

基質(zhì)溶孔:易溶基質(zhì)成分內(nèi)部發(fā)生局部溶解而形成的溶蝕孔隙，此類孔隙孔徑不大，常與其他孔隙類型相伴生，對(duì)儲(chǔ)層貢獻(xiàn)非常有限，僅僅只占到孔隙總體積的1.27%.

3.3 裂縫

構(gòu)造裂縫(圖4(h)):受構(gòu)造作用影響而形成的裂縫，常切穿碎屑顆粒及填隙物延伸。

礫緣縫:是指粒徑大、磨圓好、表面干凈的礫巖儲(chǔ)層在成巖壓實(shí)作用過程中泥質(zhì)填隙物脫水收縮的形成的一種成巖裂縫，即礫緣縫。是礫巖儲(chǔ)層中一種典型的建設(shè)性的儲(chǔ)集空間，對(duì)儲(chǔ)層貢獻(xiàn)較大。

4 儲(chǔ)集空間控制因素分析

4.1 原生孔隙

1)成巖壓實(shí)。沉積物在埋藏過程中，隨著成巖壓實(shí)作用的進(jìn)行，原生孔隙的數(shù)量會(huì)大大減少。八區(qū)二疊系下烏爾禾組儲(chǔ)層礫石成分和砂質(zhì)成分均以火山碎屑巖成分(即沉凝灰?guī)r、凝灰?guī)r)為主，抗壓實(shí)能力很弱，極易被壓實(shí)，在成巖壓實(shí)作用早期便有大量的原生孔隙消失或向微孔轉(zhuǎn)化。原始孔隙空間被壓實(shí)程度通常用視壓實(shí)率來表示(圖5)，可以看出視壓實(shí)率程度主要集中在70% ～90%之間，其次為40% ～70%之間。壓實(shí)作用中等-較強(qiáng)。

2)膠結(jié)作用。如圖6 所示，視膠結(jié)率程度主要集中在10% ～30%之間，膠結(jié)程度中等。膠結(jié)物主要為方解石、方沸石、鈉長(zhǎng)石及少量鐵方解石、鐵白云石、白云石、硅質(zhì)等，膠結(jié)物的存在使得原生孔隙開始轉(zhuǎn)化或者消失，導(dǎo)致儲(chǔ)層孔隙度、滲透率大大降低。

3)礫石支撐作用。礫巖、砂礫巖儲(chǔ)層在成巖壓實(shí)過程中，礫石格架之間相互支撐，起到了一定的抗壓實(shí)作用，使得充填于礫石之間的砂質(zhì)成分或者基質(zhì)組分得到了比較好的保護(hù)，這樣部分原生孔隙可以很好的保存下來。

圖5 下烏爾禾組視壓實(shí)率直方圖Fig.5 Frequency histogram of apparent compacting rate of Xiawuerhe Formation

圖6 下烏爾禾組視膠結(jié)率直方圖Fig.6 Frequency histogram of apparent cementing rate of Xiawuerhe Formation

4.2 溶蝕孔隙

溶解作用是形成次生孔隙的主要作用，溶蝕流體早期主要為下滲的大氣水，主要發(fā)生于淺層或鄰近不整合面附近的儲(chǔ)層中。晚期為有機(jī)質(zhì)熱成熟過程中產(chǎn)生的有機(jī)酸，主要發(fā)生于生油門限溫度之上的深度范圍內(nèi)。下烏爾禾組溶蝕作用主要受到碎屑顆粒成分、膠結(jié)物組分以及孔隙流體性質(zhì)等因素的影響，可導(dǎo)致其儲(chǔ)層平均新增孔隙3% ～5%左右。

4.2.1 碎屑顆粒成分

沉凝灰?guī)r和凝灰?guī)r為下烏爾禾組砂礫巖儲(chǔ)層中礫石和砂質(zhì)的主要成分，導(dǎo)致礫石和砂質(zhì)成分中不穩(wěn)定組分比較多。大量巖石薄片、鑄體薄片以及掃描電鏡資料表明，該區(qū)礫巖、砂礫巖儲(chǔ)層中礫內(nèi)、礫間溶孔和晶內(nèi)溶孔均較發(fā)育，這些都與不穩(wěn)定組分當(dāng)中的方沸石、鈉長(zhǎng)石(如圖7)等易溶礦物組分有關(guān)。因此，方沸石和鈉長(zhǎng)石等易溶礦物富集的儲(chǔ)集相帶，溶蝕孔隙往往都很發(fā)育。

4.2.2 膠結(jié)物成分

膠結(jié)物一方面是讓大量原生孔隙遭到破壞，儲(chǔ)層物性變差;另一方面，在一定的條件下，膠結(jié)物當(dāng)中的方解石、方沸石等可溶組分也會(huì)發(fā)生一定程度上的溶蝕，形成相當(dāng)數(shù)量的次生孔隙。

圖7 下烏爾禾組典型溶蝕類型照片F(xiàn)ig.7 Typical dissolution types of Xiawuerhe Formation

4.2.3 孔隙流體性質(zhì)

在成巖過程中，隨著地層埋藏深度的不斷增加和有機(jī)酸的釋放，孔隙流體逐漸轉(zhuǎn)變成酸性，使得大量的酸敏礦物組分，如方解石、鈉長(zhǎng)石等發(fā)生溶蝕，改善儲(chǔ)集空間。

4.3 裂縫

4.3.1 構(gòu)造運(yùn)動(dòng)

八區(qū)二疊系下烏爾禾組同沉積斷裂發(fā)育，以一級(jí)和二級(jí)斷裂為主。斷裂伴隨的破裂作用會(huì)伴隨一些裂縫的形成，這樣不僅改善了儲(chǔ)層的儲(chǔ)集性能，還為大氣淡水、酸性流體進(jìn)入砂礫儲(chǔ)集空間提供了運(yùn)移通道，通過溶蝕作用或交代作用形成次生孔隙，改善了儲(chǔ)層的物性。

4.3.2 火山作用

下烏爾禾組下伏風(fēng)城組和佳木河組火山爆發(fā)比較頻繁，火山巖體中由于可揮發(fā)組分富集，造成局部壓力急劇增加，導(dǎo)致隱蔽爆炸產(chǎn)生，進(jìn)而形成裂縫。

4.3.3 差異壓實(shí)作用

在成巖過程中，由于礫與礫之間、礫石與基質(zhì)之間抗壓實(shí)能力不同，導(dǎo)致差異壓實(shí)，在礫石周緣普遍形成一些形態(tài)不規(guī)則、彎曲度較大的礫緣縫。

5 結(jié) 論

1)準(zhǔn)噶爾盆地西北緣八區(qū)二疊系下烏爾禾組主要以一套砂礫巖、細(xì)礫巖沉積為主，礫石和砂質(zhì)成分均以火山碎屑巖為主，整體粒度較粗，分選差，磨圓次棱角-次圓狀;

2)下烏爾禾組砂礫巖儲(chǔ)層巖性較為致密，物性較差，孔喉的分選性不好，非均質(zhì)性強(qiáng)，屬低孔-低滲型儲(chǔ)層;

3)儲(chǔ)集空間以原生孔隙為主，次為次生孔隙中晶內(nèi)溶孔和粒內(nèi)溶孔;其它孔隙類型也起到較好連通作用，形成良好的儲(chǔ)集空間組合;

4)成巖壓實(shí)、膠結(jié)作用以及礫石支撐控制著下烏爾禾組儲(chǔ)層原生孔隙的形成與保存;碎屑顆粒組分和孔隙流體性質(zhì)往往是能否形成次生孔隙的關(guān)鍵因素;裂縫的形成多受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、火山作用和差異壓實(shí)作用的影響。

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