馬朗凹陷沉凝灰?guī)r致密儲集層特征及主控因素

陳 旋，司學(xué)強，劉書強，王 鑫，姚夢多

(1.中國石油吐哈油田分公司，新疆 哈密 839009；2.中國石油杭州地質(zhì)研究院，浙江 杭州 310023)

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馬朗凹陷沉凝灰?guī)r致密儲集層特征及主控因素

陳 旋1，司學(xué)強2，劉書強1，王 鑫2，姚夢多1

(1.中國石油吐哈油田分公司，新疆 哈密 839009；2.中國石油杭州地質(zhì)研究院，浙江 杭州 310023)

馬朗凹陷條湖組發(fā)育沉凝灰?guī)r致密油儲集層，基于電子探針、X衍射、CT掃描及壓汞數(shù)據(jù)等實驗分析，開展致密油儲集層巖性、物性、儲集空間和孔隙結(jié)構(gòu)等方面的研究。研究表明，儲集體巖性為中酸性晶屑玻屑沉凝灰?guī)r，具有中高孔、特低滲和高含油飽和度的特征，脫?；⒖缀途既芪g微孔是主要的儲集空間，納米級喉道發(fā)育。水體安靜的淺湖—半深湖區(qū)是該套沉凝灰?guī)r形成的有利環(huán)境，中酸性的火山灰和空降成因的沉積方式是優(yōu)質(zhì)儲集層形成的內(nèi)在控制因素，后期的脫?；腿芪g作用有效地改善了儲集空間。儲層反演結(jié)果表明，Ma15井東南和Ma702井所在區(qū)塊儲集層厚度大，是下一步區(qū)域擴展的有利區(qū)帶。

致密油；沉凝灰?guī)r；儲集層特征；主控因素；馬朗凹陷

0 引 言

致密油是指以吸附或游離狀態(tài)賦存于生油巖中，或與生油巖互層，緊鄰致密砂巖、致密碳酸鹽巖等儲集巖，未經(jīng)過大規(guī)模長距離運移的石油聚集[1]。目前，致密油已經(jīng)成為國內(nèi)外油氣勘探的熱點[2-6]，美國已經(jīng)成功進行了致密油的商業(yè)化開采[7]。中國致密油勘探起步晚，總體勘探程度與地質(zhì)認識程度低。隨著勘探的深入，已證實鄂爾多斯盆地三疊系延長組致密砂巖、松遼盆地白堊系青山口組粉細砂巖等儲集層中蘊含豐富的致密油資源[4-6]。儲集層巖性粒度細和儲集層致密是致密儲集層區(qū)別于常規(guī)儲集層的重要特征[1，4-6]，已發(fā)現(xiàn)的致密儲集層巖性主要為細砂巖、白云巖、云質(zhì)巖及泥灰?guī)r等，而沉火山碎屑巖作為致密油儲集層的論述鮮見。

2012年，三塘湖盆地馬朗凹陷的M55井在中二疊統(tǒng)條湖組火山碎屑巖儲集層中試油壓裂獲得12.7 t/d的工業(yè)油流，之后相繼在M56、M706H等井相同層位獲得突破，分析認為，油藏為一套分布廣泛、受巖性和物性控制的致密油藏。開展該油藏儲集層巖性、物性、儲集空間、孔隙結(jié)構(gòu)以及有效儲集層主控因素的研究，對該區(qū)的勘探具有一定的指導(dǎo)意義，同時也對豐富致密油儲集層類型、表征致密油儲集層特征有一定的理論和實踐意義。

1 研究區(qū)概況

三塘湖盆地位于新疆東北部的巴里坤哈薩克自治縣與伊吾縣，呈NW—SE向條帶狀夾持于莫欽烏拉山與蘇海圖山之間。盆地西臨準(zhǔn)噶爾盆地，南臨吐哈盆地，東北部與蒙古國接壤。經(jīng)歷了海西期、燕山期及喜馬拉雅期構(gòu)造運動，分為北部沖斷隆起帶、中央坳陷帶和南緣逆沖推覆帶3個一級構(gòu)造單元，馬朗凹陷屬于中央坳陷帶的次一級構(gòu)造單元，沉積地層自下而上包括石炭系、二疊系、三疊系—第四系等，其中二疊系分為蘆草溝組和條湖組。條湖組沉積時期，受印支運動影響，發(fā)育一套富含火山巖的湖相沉積。凹陷內(nèi)條湖組地層南厚北薄，自下而上分為3段，一段、三段是一套以噴溢相為主的火山巖，二段是一套火山間歇期湖相沉積，下部發(fā)育一套約20 m厚的沉凝灰?guī)r。目前，鉆遇條湖組沉凝灰?guī)r的M55、Lu1和M58H等多口探井在沉凝灰?guī)r層段獲得高產(chǎn)工業(yè)油流，展現(xiàn)了條湖組沉凝灰?guī)r致密油良好的勘探前景，已成為三塘湖盆地油氣勘探的重要接替領(lǐng)域。

2 儲集層特征

選取Lu1、Ma15、M55等9口井198塊樣品，應(yīng)用掃描電子顯微鏡、電子探針、X衍射、激光共聚焦顯微鏡和CT掃描等分析方法，結(jié)合壓汞實驗數(shù)據(jù)，系統(tǒng)開展沉凝灰?guī)r致密油儲集層的巖石學(xué)特征、孔隙結(jié)構(gòu)和物性特征研究。

2.1 儲集層巖石學(xué)特征

巖心觀察顯示，巖石中碎屑顆粒細小，具波狀層理，含油級別以油跡—油斑為主，部分為油浸級別(圖1a)，顏色為灰色、深灰色。鑄體薄片鏡下顯示大部分顆粒粒級細，單偏光下呈無色透明，正交偏光下顆粒呈麻點狀，顆粒直徑一般小于15 μm，少量可達50 μm左右，極細的顆粒占總組分的85%左右，無法有效確定其成分。此外，可見少量相對較大的顆粒，主要為長石晶屑，以鈉長石晶屑為主，其次為鉀長石晶屑，晶屑直徑為20～200 μm，占總組分的5%，同時可見長條狀生物碎屑(圖1b)。針對鑄體薄片鏡下無法確定成分的細顆粒，應(yīng)用掃描電鏡分析，顯示顆粒直徑為1～16 μm，形狀不規(guī)則，可見石英、長石的隱晶或微晶，分析認為該生物碎屑由長英質(zhì)玻屑脫?；饔卯a(chǎn)生(圖1c)，化學(xué)元素主要為O和Si，其次為Al、Na和K，此外包含微量的Mg、Fe和Ca等，為中酸性長英質(zhì)玻屑。

圖1 馬朗凹陷條湖組巖心及顯微照片

通過對7口井94塊巖石樣品進行全巖X衍射分析。結(jié)果表明，礦物組成主要為石英和長石，石英含量為30%～75%，長石含量為20%～60%，石英+長石含量為70%～98%，此外，含有少量的碳酸鹽礦物，黏土礦物含量極少。綜合以上研究，確定該類沉凝灰?guī)r為中酸性晶屑玻屑沉凝灰?guī)r，鑄體薄片鏡下可見到內(nèi)碎屑、碳酸鹽礦物充填的泄水縫以及粒序?qū)永淼人鲁练e特征(圖1d～f)，結(jié)合巖心特征，推測該套沉凝灰?guī)r為以玻屑為主的火山灰，經(jīng)空中漂移后降落，在水下沉積而成。

2.2 儲集層物性特征

國內(nèi)外不同的機構(gòu)和學(xué)者對致密油做過定義[8-9]，主要強調(diào)致密油儲集層的滲透性極低，并沒有對致密油儲集層的孔隙度進行描述，而眾多研究表明，致密油儲集層孔隙度一般小于10%，滲透率小于1×10-3μm2[10-11]。對該層段7口井191個樣品的孔隙度、滲透率及含油飽和度進行測定(表1)，條湖組沉凝灰?guī)r致密油儲集層的孔隙度為7.07%～19.13%，孔隙度大于18%的占46.3%以上，大于14%的占68.3%左右，大于6%的占97.2%，說明沉凝灰?guī)r儲集層具有中高孔隙度的特征；各井滲透率平均值均較低，普遍小于0.50×10-3μm2，小于0.10×10-3μm2的占66.8%左右，小于0.05×10-3μm2的占58.0%左右，具有特低滲的特征，含油飽和度為36.10%～87.58%。由此看出，該儲集層孔隙度和含油飽和度具有正相關(guān)關(guān)系?？傊?，該儲集層表現(xiàn)為中高孔、特低滲、高含油飽和度的特征。

表1 馬朗凹陷條湖組致密油儲集層物性及含油飽和度統(tǒng)計

2.3 儲集層孔隙結(jié)構(gòu)特征

選取6口井85塊樣品，應(yīng)用掃描電鏡、激光共聚焦顯微鏡和CT掃描等實驗方法，結(jié)合壓汞分析數(shù)據(jù)，確定該套儲集層主要發(fā)育火山灰粒間微孔、脫?；⒖准熬既芪g微孔3類微孔隙及微縫。

火山灰粒間微孔屬于原生微孔，是火山灰顆粒沉積后在顆粒間形成的微孔，由于一定體積內(nèi)火山灰顆粒數(shù)量非常多，粒間孔數(shù)量也較多，直徑普遍小于10 μm(圖2a)；脫玻化微孔是玻屑發(fā)生脫?；饔眯纬傻奈⒖紫禰12]。巖石學(xué)特征表明，大部分的火山灰顆粒是玻屑，極易發(fā)生脫?；饔?，原玻屑所占據(jù)的部分空間被少量轉(zhuǎn)化來的石英和長石微晶充填，大部分空間未被充填，從而形成脫玻化微孔，脫?；⒖字睆綖?～16 μm，鏡下顯示脫?；⒖讛?shù)量較多，直徑大于火山灰粒間微孔，是該區(qū)儲集層中最主要的微孔類型；晶屑溶蝕微孔是指火山灰顆粒里的晶屑發(fā)生溶蝕后形成的微孔，微孔大小取決于晶屑的大小和晶屑的溶蝕程度(圖2b)，鏡下顯示，晶屑溶蝕微孔直徑大小為14～60 μm，該類微孔直徑大于火山灰粒間微孔和脫玻化微孔，但數(shù)量較少；微縫是指火山灰中的玻屑邊緣發(fā)生脫?；饔茫沟孟噜?個顆粒體積縮小，從而在玻屑之間形成了收縮性的微縫，也稱為成巖微縫，這種微縫直徑大小一般小于10 μm(圖2c)。

通過對Ma15井的樣品進行CT掃描顯示，儲集層中微孔隙數(shù)量大，且分布均勻(圖2d)，孔隙半徑為0.403～13.130 μm，平均為2.554 μm，受CT掃描分辨率的限制(儀器的分辨率為0.600 μm)，實際孔徑應(yīng)更小。Ma15井壓汞數(shù)據(jù)分析，孔喉半徑中值平均為0.05 μm，孔喉半徑為0.05～0.10 μm，具有納米級喉道的特征，進汞曲線形態(tài)為細歪度，孔隙分選好。綜合評價認為，該套儲集層具有孔隙小、數(shù)量多、分布均勻和喉道細小的特征。

圖2 馬朗凹陷條湖組儲集層孔隙結(jié)構(gòu)微觀照片

3 沉凝灰?guī)r致密油儲集層主控因素

3.1 沉凝灰?guī)r的成分是形成儲集層的關(guān)鍵

巖石學(xué)研究認為，條湖組沉凝灰?guī)r是以中酸性晶屑玻屑為主的火山灰顆粒經(jīng)一定距離空中漂移后，降落在安靜的水體中形成的，其成分是形成優(yōu)質(zhì)致密油儲集層的關(guān)鍵因素。

中酸性火山噴發(fā)有利于形成富Si、K、Na、Fe、Mg的玻屑及長石晶屑等細?；鹕交椅镔|(zhì)，中酸性的玻屑為剛性顆粒，其化學(xué)成分主要為SiO2，隨玻屑含量增加，巖石的剛性程度增加，抗壓能力增強，儲集層脆性增強[13]，顆粒質(zhì)點間孔隙保存機會增加，同時在后期的脫?；^程中易于向石英轉(zhuǎn)化，巖石脆性指數(shù)與儲集層物性呈較好的正相關(guān)關(guān)系。長石晶屑或顆粒為脆性成分，雖受壓易碎但不變形，在上覆地層壓力未達到其破裂壓力之前，對儲集層起支撐作用，但由于長石質(zhì)成分易溶蝕，鏡下均可見長石晶屑溶蝕的現(xiàn)象，利于顆粒溶蝕孔隙的形成。此外，沉凝灰?guī)r中含少量塑性的黏土，受壓易變形，含量越多，對儲集層孔隙保存越不利。研究認為，其含量與物性呈負相關(guān)關(guān)系，說明成分對儲集層物性影響較大。

3.2 火山灰空降和安靜水體保存是儲集層連續(xù)穩(wěn)定分布的基礎(chǔ)

火山灰顆粒經(jīng)空中漂移后直接落入水體中，避免了風(fēng)化搬運可能造成的成分流失，由于火山灰顆粒極細，以粉砂級、泥級為主，在陸源輸入及水動力較強的濱湖地帶不易保存，不利于形成連續(xù)穩(wěn)定分布的儲集層。目前發(fā)現(xiàn)的沉凝灰?guī)r普遍發(fā)育波狀層理或粒序?qū)永?，證實了其形成時期水動力較弱。此外，巖心中有泥質(zhì)紋層、方解石充填的泄水構(gòu)造和生物碎屑，進一步說明了沉凝灰?guī)r沉積時期陸源碎屑影響較小[14]。分析認為，有效的沉凝灰?guī)r致密油儲集層的形成環(huán)境為淺湖—半深湖。同時，由于馬朗凹陷條湖組沉積時期，坡度相對較緩的凹陷北部淺湖—半深湖區(qū)域發(fā)育多個局部低洼部位，也為大面積連續(xù)性沉凝灰?guī)r致密油儲集層的形成和保存提供了有利場所。

3.3 脫玻化作用和溶蝕作用是儲集層微儲集空間形成的主要因素

孔隙結(jié)構(gòu)研究表明，條湖組沉凝灰?guī)r致密油儲集層發(fā)育火山灰粒間微孔、脫?；⒖准熬既芪g微孔3類微孔隙及微縫，其中脫?；⒖资侵饕膬臻g，其次是晶屑溶蝕微孔。

玻屑是極不穩(wěn)定組分，受時間、溫度和壓力等因素的影響，容易發(fā)生蝕變，一部分成分隨孔隙水流失，剩余組分發(fā)生重組[15]。當(dāng)玻屑中Mg、Fe含量高時，玻屑易于向綠泥石轉(zhuǎn)化；而當(dāng)Si、Na、K含量高時，玻屑易于向石英和長石轉(zhuǎn)化，特別是在酸性成巖環(huán)境下，可同時形成石英和長石微晶[16]。掃描電鏡和電子探針分析表明，條湖組的沉凝灰?guī)r呈中酸性，長英質(zhì)含量高，玻屑脫?；Ｐ纬蓧A性長石(鉀長石、鈉長石)、石英微晶及少量綠泥石黏土礦物，同時由于體積變小，釋放出大量的微孔隙。條湖組沉積時期，湖盆中有機質(zhì)豐富，沉凝灰?guī)r層段的上部和下部均發(fā)育富有機質(zhì)的泥巖，且已處于低成熟至中成熟階段，在熱演化過程中釋放出的有機酸對玻屑、長石質(zhì)晶屑及早期脫?；纬傻拈L石進行溶蝕，形成次生溶蝕孔隙，最終形成了中高孔、特低滲和高含油飽和度的致密油儲集層。

4 勘探潛力評價

綜合鉆測井、分析化驗資料及三維地震解釋成果，精細恢復(fù)條湖組二段沉積期古構(gòu)造圖，同時結(jié)合試油資料，采用Jason軟件的多井約束條件下的約束稀疏脈沖反演，系統(tǒng)開展馬朗凹陷條湖組沉凝灰?guī)r儲集層反演預(yù)測(圖3)。結(jié)果可以看出，沉凝灰?guī)r儲集層厚度較大的區(qū)域主要分布在凹陷北部斜坡，厚度普遍大于20 m，具有連片的趨勢，目前已發(fā)現(xiàn)的沉凝灰?guī)r油藏主要位于該區(qū)域，鉆探的M56、Lu1等井已經(jīng)獲得成功，從反演效果看，Ma15井東南和Ma702井所在區(qū)塊沉凝灰?guī)r厚度較大，且該區(qū)帶均處于淺湖—半深湖沉積，是有利勘探區(qū)帶。

5 結(jié) 論

(1) 馬朗凹陷條湖組致密油儲集層為中酸性晶屑玻屑沉凝灰?guī)r，玻屑以長英質(zhì)為主，是火山灰經(jīng)一定距離漂移后空降于安靜水體中形成的，具有中高孔、特低滲和高含油飽和度的特征，火山灰粒間微孔、脫?；⒖住⒕既芪g微孔及微縫是主要的儲集空間。

(2) 條湖組沉積時期，水體安靜的淺湖—半深湖區(qū)域是穩(wěn)定、連續(xù)的沉凝灰?guī)r儲集層形成的有利場所，中酸性的火山灰和空降成因的沉積方式是其形成的內(nèi)在控制因素，后期的脫?；饔煤腿芪g作用是其形成的必要條件。

(3) 反演預(yù)測表明，沉凝灰?guī)r儲集層厚度較大的區(qū)域主要分布在凹陷北部斜坡，反演效果與鉆探結(jié)果吻合性好，Ma15井東南和Ma702井所在區(qū)塊是有利的勘探區(qū)帶。

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編輯 黃華彪

20150522；改回日期：20151026

國家科技重大專項“巖性地層油氣藏成藏規(guī)律、關(guān)鍵技術(shù)及目標(biāo)評價”(2011ZX05001-002-004)；中國石油天然氣股份有限公司科技重大專項“新疆和吐哈油田油氣持續(xù)上產(chǎn)勘探開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)研究”(2012E-34-04)

陳旋(1974-)，男，高級工程師，1997年畢業(yè)于中國石油大學(xué)(華東)勘查地球物理專業(yè)，現(xiàn)主要從事油氣勘探評價工作。

10.3969/j.issn.1006-6535.2015.06.009

TE112.23

A

1006-6535(2015)06-0040-05