塔中地區(qū)順托果勒低隆起志留系柯坪塔格組下段致密砂巖儲(chǔ)層控制因素分析

馬中遠(yuǎn)，楊紅彩，張 黎，夏永濤，黃 葦，張海燕

(中國石化西北油田分公司勘探開發(fā)研究院，新疆烏魯木齊 830011)

塔中地區(qū)順托果勒低隆起志留系柯坪塔格組下段致密砂巖儲(chǔ)層控制因素分析

馬中遠(yuǎn)，楊紅彩，張 黎，夏永濤，黃 葦，張海燕

(中國石化西北油田分公司勘探開發(fā)研究院，新疆烏魯木齊 830011)

塔中地區(qū)順托果勒低隆起志留系柯坪塔格組下段儲(chǔ)層為致密砂巖儲(chǔ)層，應(yīng)用鏡下薄片、孔滲分析、X衍射及掃描電鏡等分析化驗(yàn)資料分析了該區(qū)致密砂巖儲(chǔ)層的基本特征。在區(qū)域構(gòu)造特征、斷裂發(fā)育特征、沉積及成巖作用研究的基礎(chǔ)上，探討了該套儲(chǔ)層致密化成因，并分析了致密砂巖儲(chǔ)層中“甜點(diǎn)”發(fā)育的控制因素。研究表明，柯坪塔格組下段致密砂巖儲(chǔ)層為一套濱岸砂壩砂體，巖石類型為細(xì)粒巖屑砂巖、粉砂巖；結(jié)構(gòu)成熟度高，成份成熟度低?？缕核窠M下段砂巖儲(chǔ)層致密化受控于沉積作用和成巖作用，高頻沉積旋回、儲(chǔ)層非均質(zhì)性、碎屑組成、巖石粒度等沉積作用控制了儲(chǔ)層致密化的基礎(chǔ)條件；壓實(shí)作用、膠結(jié)作用等成巖作用進(jìn)一步加速了儲(chǔ)層致密化的進(jìn)程。該套致密砂巖儲(chǔ)層中“甜點(diǎn)”的發(fā)育受多重因素的控制，其中，沉積相決定了“甜點(diǎn)”發(fā)育的物質(zhì)基礎(chǔ)；儲(chǔ)層中超壓的存在延緩儲(chǔ)層致密化進(jìn)程；裂縫和深部流體溶蝕為改善“甜點(diǎn)”的儲(chǔ)滲性能起到了一定的作用。

塔中地區(qū)；順托果勒低隆起；柯坪塔格組下段；致密砂巖；沉積作用；成巖作用

致密砂巖是一個(gè)相對(duì)的概念，沒有統(tǒng)一的劃分標(biāo)準(zhǔn)和界限，目前國內(nèi)通用標(biāo)準(zhǔn)是將孔隙度小于10%、滲透率小于0.5×10-3μm2的儲(chǔ)層定義為致密砂巖儲(chǔ)層[1]。中國在四川盆地等諸多含油氣盆地的致密砂巖氣勘探取得了顯著成果[2-4]。致密砂巖油藏的研究相對(duì)偏少，主要是以鄂爾多斯盆地的陸相致密砂巖油藏為代表[5-6]，而對(duì)于海相沉積的砂巖油藏中，致密砂巖儲(chǔ)層的研究相對(duì)薄弱。近期，中石化西北油田分公司在塔中地區(qū)順托果勒低隆起部署的SH9井在志留系柯坪塔格組下段致密砂巖油藏獲得突破，該井直井眼加砂壓裂日產(chǎn)油5.52 m3，含水30%，進(jìn)一步展現(xiàn)了塔里木盆地海相致密砂巖油藏的勘探前景。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

順托果勒區(qū)塊位于塔里木盆地順托果勒低隆中南部，南緊鄰塔中隆起與古城墟隆起，東部為滿加爾坳陷，西部為阿瓦提坳陷，在漫長的形成演化過程中，與鄰近的隆起坳陷一起，歷經(jīng)多次構(gòu)造變動(dòng)，最終形成向北西延伸緩傾的大型斜坡構(gòu)造。在此構(gòu)造背景之下，中-晚奧陶世末，加里東中期Ⅲ幕構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，塔北、塔中古陸形成，海域退縮至古陸之間。古陸形成物源區(qū)，志留紀(jì)海盆周圍陸源碎屑供給充分，沉積物以海相碎屑巖沉積為主，順托果勒地區(qū)地勢平坦，海岸坡度較緩，為濱岸-潮坪-淺海陸棚沉積體系。

圖1 塔中順托果勒地區(qū)區(qū)域位置

順托果勒低隆起柯坪塔格組從下往上可分為下、中、上三段，柯坪塔格組上段從下往上又可分為上砂巖亞段、中泥巖亞段和下砂巖亞段，下砂巖亞段也稱瀝青砂巖段，前人對(duì)其研究成果十分豐富[7-8]?？缕核窠M中段為灰色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖，局部夾薄層粉砂巖。然而針對(duì)柯坪塔格組下段的研究十分有限，自SH9井揭開該套地層之后，才逐步認(rèn)識(shí)到該套含油層系?？缕核窠M下段巖性主要以灰色細(xì)砂巖、粉砂巖和泥巖互層為主，在其頂部發(fā)育一套厚層砂體，SH9井鉆遇該套砂體，厚度為30 m，油氣顯示好。本文所論述的致密砂巖儲(chǔ)層也主要為該套砂體，近期研究認(rèn)為它是一套海侵背景下的退積濱岸砂體，并受到一定程度的風(fēng)暴改造，砂體間連通性差，為泥巖分隔而相互獨(dú)立。

2 致密砂巖儲(chǔ)層基本特征

2.1 巖石學(xué)特征

柯坪塔格組下段含油砂體為濱岸砂壩砂，巖石類型為灰色細(xì)粒巖屑砂巖、粉砂巖；結(jié)構(gòu)成熟度高，成份成熟度低，偶夾灰綠色泥質(zhì)條帶，局部見泥礫。石英含量30%～57%，長石含量5%～10%，巖屑含量38%～62%；巖屑類型豐富，主要有火成巖巖屑(凝灰?guī)r、中酸性噴出巖)和變質(zhì)巖巖屑(黑云母、千枚巖、石英巖、片巖)，沉積巖巖屑較少，見少量泥巖巖屑。巖石顆粒多定向排列，顆粒分選中-好，次棱-次圓，顆粒支撐，顆粒接觸關(guān)系多為線狀和凹凸接觸，膠結(jié)類型以石英、長石次生加大和孔隙式膠結(jié)為主，巖石填隙物成分復(fù)雜，有酸性噴出巖、中基性噴出巖、千枚巖、泥巖等。掃描電鏡觀察，常見石英Ⅰ級(jí)加大，粒表及粒間分布有綠泥石、綠蒙混層、伊利石等。

2.2 儲(chǔ)集空間類型

通過研究區(qū)內(nèi)大量掃描電鏡和巖石鑄體薄片觀察表明，SH9井區(qū)志留系柯坪塔格組下段砂巖儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間以殘余粒間孔為主，見少量粒內(nèi)微孔、溶蝕孔、裂縫，孔隙在巖石薄片中分布不均勻，目測面孔率為3%～4%。通過對(duì)志留系柯坪塔格組下段壓汞數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析表明，排驅(qū)壓力介于0.4～5.0 MPa，平均1.49 MPa；中值壓力1.57～57.44 MPa，平均15.55 MPa；平均喉道半徑介于0.03～0.47 μm，均值為0.2 μm。儲(chǔ)層分選性一般，平均分選系數(shù)2.04，略細(xì)歪度，孔徑、吼道偏細(xì)，連通性一般，表現(xiàn)為細(xì)孔喉儲(chǔ)層特征。

2.3 物性特征

順托果勒低隆起志留系柯坪塔格組下段長期經(jīng)受連續(xù)埋藏壓實(shí)壓溶作用，原生孔隙損失量大，殘余孔隙度和少量溶蝕孔是現(xiàn)今孔隙度的主要貢獻(xiàn)者。巖心物性分析數(shù)據(jù)表明，SH9井區(qū)志留系柯坪塔格組上段物性整體好于下段，對(duì)于柯坪塔格組下段含油砂體物性而言，實(shí)測孔隙度主要分布在5%～6%，平均值5.5%，最大值9.5%；實(shí)測滲透率主要分布在(0.05～0.5)×10-3μm2，平均值1.28×10-3μm2，最大值76.7×10-3μm2，具有致密砂巖的基本特征；從深度-孔隙度演化特征來看，盡管柯坪塔格組下段不存在明顯的次生孔隙發(fā)育帶，但鑄體薄片鏡下鑒定可見少量的溶蝕孔，在一定程度上改善了該含油砂體的儲(chǔ)層物性。

3 儲(chǔ)層致密化的成因

3.1 沉積作用

SH9井區(qū)柯坪塔格組下段含油砂體沉積環(huán)境為受風(fēng)暴浪影響的濱岸相沉積，沉積構(gòu)造可見平行層理、小型交錯(cuò)層理、波痕、潛穴、生物擾動(dòng)，C-M圖及粒度概率曲線反映出為海灘砂特征，分選較好，其中濱岸砂壩沉積微相發(fā)育的砂體物性好。

3.1.1 高頻沉積旋回的控制作用

在儲(chǔ)層致密化進(jìn)程的初期，高頻沉積旋回控制了砂壩的沉積過程及其縱橫向展布特征，濱岸砂垂向相序自下而上以粒度由細(xì)變粗的反旋回為主，局部存在正旋回。一個(gè)完整砂壩高頻沉積旋回的下部沉積構(gòu)造可見水動(dòng)力強(qiáng)度弱的平行層理、泥質(zhì)條帶、黃鐵礦等，向上逐漸過渡為水動(dòng)力較強(qiáng)的小型交錯(cuò)層理，與其對(duì)應(yīng)的孔隙度表現(xiàn)為反旋回由下至上物性變好的特征；儲(chǔ)層油氣顯示級(jí)別也是反旋回的上部優(yōu)于下部。因此，在可容空間和沉積物供給等沉積條件發(fā)生變化時(shí)，反旋回的上部儲(chǔ)層優(yōu)于下部儲(chǔ)層，后者更易致密化。

3.1.2 儲(chǔ)層非均質(zhì)性的差異影響

沉積條件的差異使得海相濱岸砂壩壩體層內(nèi)、層間及其平面非均質(zhì)性較強(qiáng)，尤其是砂壩壩體的幾何形態(tài)、規(guī)模、橫向上的連續(xù)性的平面變化造成儲(chǔ)層強(qiáng)烈的非均質(zhì)性，也正因此砂壩的不同部位儲(chǔ)層的孔滲條件有區(qū)別，致密化程度也變存在差異[9]。SH901和SH904H井是SH9井區(qū)的兩口探評(píng)井，SH901井鉆探在砂壩的主體部位，實(shí)測孔隙度平均值5.3%，最大值9.5%；SH904H井鉆探在砂壩側(cè)翼，實(shí)測孔隙度平均值4.8%，最大值8.4%(圖2)；由此可以看出砂壩的主體物性優(yōu)于砂壩側(cè)翼，發(fā)映出不同沉積部位儲(chǔ)層物性不同，儲(chǔ)層致密化程度也相應(yīng)存在差異。

3.1.3 碎屑組成、巖石粒度的影響

SH9井區(qū)柯坪塔格組下段含油砂體致密砂巖碎屑由石英、長石和巖屑組成。巖屑含量多寡與類型的差異影響巖石抗壓實(shí)能力和膠結(jié)作用的演化，進(jìn)而影響儲(chǔ)層物性，研究區(qū)內(nèi)巖屑含量明顯高于石英和長石含量，而巖屑中的酸性噴出巖、云母等抗壓實(shí)能力相對(duì)偏弱的礦物容易發(fā)生擠壓變形，阻塞孔喉、孔隙。長石含量與孔隙度呈正相關(guān)關(guān)系，直接影響到儲(chǔ)層質(zhì)量的好壞[10]，研究區(qū)內(nèi)長石含量偏低，不利于儲(chǔ)層質(zhì)量的改善。由此可知，巖屑和長石碎屑組成的差異影響了儲(chǔ)層致密化的進(jìn)程。眾所周知，巖石粒度與儲(chǔ)層質(zhì)量息息相關(guān)，粒度的差異與儲(chǔ)層致密化關(guān)系密切，細(xì)砂巖物性優(yōu)于粉砂巖。研究區(qū)內(nèi)柯坪塔格組下段含油砂體巖性為細(xì)砂巖、粉砂巖，巖石粒度大的細(xì)砂巖抗壓能力強(qiáng)與粉砂巖，因此不同巖石粒度的砂巖的致密化過程也存在差異。

圖2 SH901、SH904H井柯坪塔格組下段含油砂體儲(chǔ)層質(zhì)量對(duì)比

3.2 成巖作用

順托果勒低隆起志留系柯坪塔格組下段含油砂體儲(chǔ)層在埋藏過程中歷經(jīng)壓實(shí)壓溶作用、膠結(jié)作用、溶蝕作用、交代和重結(jié)晶作用。儲(chǔ)層致密化主要與壓實(shí)作用和膠結(jié)作用有關(guān)。

3.2.1 壓實(shí)作用

從SH9井區(qū)鏡下薄片的統(tǒng)計(jì)來看，壓實(shí)作用是本區(qū)孔滲演化的最重要的控制因素，壓實(shí)減孔嚴(yán)重，而化學(xué)壓溶作用不明顯。本區(qū)巖石礦物成分含有較多的巖屑、抗壓實(shí)能力弱的填隙物等以塑性為主的碎屑礦物組成，容易遭受強(qiáng)烈的壓實(shí)成巖作用。壓實(shí)作用主要表現(xiàn)在以下4個(gè)方面：①顆粒間接觸關(guān)系主要為線-凹凸接觸，石英、長石碎屑顆粒排列十分緊密；②凝灰?guī)r、中酸性噴出巖、黑云母、千枚巖、石英巖、片巖等巖屑發(fā)生壓實(shí)變形；③儲(chǔ)集空間類型存在粒間、粒內(nèi)微孔隙，喉道孔隙結(jié)構(gòu)偏細(xì)；④巖石致密，物性較差等。

3.2.2 膠結(jié)作用

SH9井區(qū)膠結(jié)物主要為硅質(zhì)膠結(jié)、自生黏土礦物和碳酸鹽巖膠結(jié)。硅質(zhì)膠結(jié)主要為石英次生加大和自生石英雛晶，石英次生加大主要出現(xiàn)在缺失綠泥石薄膜處，往往晶型較好，多呈集合體狀產(chǎn)出，硅質(zhì)膠結(jié)的出現(xiàn)大大降低了儲(chǔ)層的孔隙度。自生黏土礦物膠結(jié)物以綠泥石、伊蒙混層為主，其次為伊利石、高嶺石、綠蒙混層。伊利石、伊蒙混層在電鏡下觀察多呈蜂窩狀生長于孔隙中。自生綠泥石以集合體的形式產(chǎn)出，晶體自形程度高，電鏡下觀察發(fā)現(xiàn)綠泥石大多以孔隙襯墊式分布于顆粒表面或呈朵狀充填孔隙中。自生高嶺石以蠕蟲狀、書頁狀分布在粒間孔或顆粒表面，晶型較好。碳酸鹽膠結(jié)較普遍，主要為方解石膠結(jié)。方解石膠結(jié)物在成巖早、晚期均有形成，充填于碎屑粒間?？傊?，多類型而復(fù)雜的膠結(jié)作用導(dǎo)致儲(chǔ)層進(jìn)一步致密化。

從SH9井區(qū)志留系柯坪塔格組下段成巖階段劃分標(biāo)志的統(tǒng)計(jì)分析來看，黏土礦物中缺乏蒙脫石和高嶺石，普遍以混層形勢出現(xiàn)，黏土礦物中伊蒙混層和伊利石含量相對(duì)較高，還出現(xiàn)了一定含量的綠泥石，均表明柯坪塔格組下段成巖程度相對(duì)較高，結(jié)合前文所述的成巖現(xiàn)象，綜合分析認(rèn)為順托果勒區(qū)塊志留系柯坪塔格組下段處于中成巖A-B期成巖階段(圖3)。

4 致密砂巖儲(chǔ)層中“甜點(diǎn)”發(fā)育控制因素

在柯坪塔格組下段含油砂體普遍致密的背景下，尋找“甜點(diǎn)”發(fā)育區(qū)對(duì)于勘探而言顯得至關(guān)重要，綜合分析認(rèn)為該區(qū)“甜點(diǎn)”的發(fā)育受到沉積相、超壓、裂縫和深部流體等因素的控制。

圖3 SH9井區(qū)志留系柯坪塔格組成巖階段劃分

4.1 沉積相對(duì)“甜點(diǎn)”的控制作用

相控儲(chǔ)層，沉積相控制著儲(chǔ)層的發(fā)育。SH9井區(qū)柯坪塔格組下段含油層系為一套濱岸相沉積，砂壩沉積微相儲(chǔ)層最好，砂坪、混合坪的物性依次變差。SH9井鉆遇典型的濱岸砂壩砂體，儲(chǔ)層物性好，孔隙度主要分布在5%～7%，最大孔隙度為9.5%，而SH1井鉆遇混合坪砂體，呈砂泥薄互層，砂巖物性大多在5%以下，物性差。SH901、SH902H、SH903H均鉆遇砂壩砂體，儲(chǔ)層物性也都相對(duì)較好?？偠灾?，沉積相是“甜點(diǎn)”發(fā)育的最基本、最重要的條件。

4.2 超壓的存在延緩儲(chǔ)層致密化，利于“甜點(diǎn)”的發(fā)育

超壓與儲(chǔ)層孔隙度的保存具有一定的關(guān)聯(lián)。國內(nèi)外的實(shí)例均證實(shí)異常高壓帶與異常高孔滲具有良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。順托果勒低隆起地區(qū)在海西期沉積之后，構(gòu)造相對(duì)穩(wěn)定，地層持續(xù)埋藏使得柯坪塔格組下段地層呈現(xiàn)為欠壓實(shí)狀態(tài)，加之上覆柯坪塔格組中段泥巖的區(qū)域性封蓋作用，可以抑制超壓系統(tǒng)內(nèi)流體活動(dòng)和能量交換，減緩成巖作用，久而久之，柯坪塔格組下段地層出現(xiàn)超壓地層，進(jìn)而保存了一定的原生孔隙。SH9井和SH901井油層段地層壓力系數(shù)分別為1.33和 1.27，為超壓地層，對(duì)延緩儲(chǔ)層的致密化起到了一定的作用，利于“甜點(diǎn)”的發(fā)育。

4.3 裂縫的發(fā)育改善“甜點(diǎn)”的儲(chǔ)滲性能

致密砂巖儲(chǔ)層中“甜點(diǎn)”儲(chǔ)滲性能與裂縫的發(fā)育程度息息相關(guān)。順托果勒區(qū)塊發(fā)育北東向走滑斷裂帶及與之伴生的次級(jí)斷裂(圖1)，為裂縫的發(fā)育創(chuàng)造了有利條件。巖心觀察表明該走滑斷裂帶附近可見高角度裂縫，延伸長度長，縫面為原油所浸染，薄片中也可觀察到構(gòu)造裂縫及成巖收縮縫；從巖心孔滲關(guān)系可看出有裂縫的巖心實(shí)測孔隙度變化不大，而滲透率相對(duì)較高(圖4)，表明裂縫孔隙度對(duì)儲(chǔ)層的貢獻(xiàn)不明顯，但提高了滲透率，總體上對(duì)“甜點(diǎn)”儲(chǔ)滲性能的改善有所貢獻(xiàn)。

圖4 柯坪塔格組下段裂縫與儲(chǔ)層物性關(guān)系

4.4 深部流體溶蝕對(duì)“甜點(diǎn)”的影響

根據(jù)順托果勒低隆起志留系柯坪塔格組下段成藏史分析可知，烴源巖在加里東晚期已開始生烴，并產(chǎn)生大量有機(jī)酸，酸液沿著油氣源斷裂運(yùn)移至上覆儲(chǔ)層之中，對(duì)其進(jìn)行溶蝕改造，有機(jī)酸的濃度決定了改造的強(qiáng)度，隨著生烴過程的持續(xù)，在海西晚期，有機(jī)酸的產(chǎn)率開始下降，而此時(shí)油氣開始在此前為有機(jī)酸所溶蝕改造的儲(chǔ)層中聚集，也就是在這個(gè)時(shí)期柯坪塔格組下段油藏開始大規(guī)模成藏，深部流體溶蝕與油氣成藏形成了良好的時(shí)空匹配關(guān)系。

5 結(jié)論

(1)柯坪塔格組下段含油砂體為濱岸砂壩，巖石類型為灰色細(xì)粒巖屑砂巖、粉砂巖；結(jié)構(gòu)成熟度高，成份成熟度低，巖屑類型主要有火成巖巖屑和變質(zhì)巖巖屑；孔隙以殘余粒間孔為主，含少量粒內(nèi)微孔、溶蝕孔、裂縫，為細(xì)孔喉儲(chǔ)層，孔隙度主要分布在5%～6%，滲透率主要分布在(0.05～0.5)×10-3μm2，為致密砂巖儲(chǔ)層。

(2)該套砂巖儲(chǔ)層致密化受控于沉積作用和成巖作用。高頻沉積旋回、儲(chǔ)層非均質(zhì)性、碎屑組成、巖石粒度等沉積作用控制了儲(chǔ)層致密化的基礎(chǔ)條件；壓實(shí)作用、膠結(jié)作用等成巖作用進(jìn)一步加速了儲(chǔ)層致密化的進(jìn)程。柯坪塔格組下段致密砂巖儲(chǔ)層中“甜點(diǎn)”的發(fā)育受多重因素的控制，其中，沉積相對(duì)"甜點(diǎn)"的控制是最重要的控制因素，它決定了“甜點(diǎn)”發(fā)育的物質(zhì)基礎(chǔ)；儲(chǔ)層中超壓的存在延緩儲(chǔ)層致密化，利于“甜點(diǎn)”的發(fā)育；裂縫為改善"甜點(diǎn)"的儲(chǔ)滲性能發(fā)揮了作用；深部流體(以生烴過程中產(chǎn)生的有機(jī)酸為主)對(duì)儲(chǔ)層溶蝕建孔起到了一定的積極作用。

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編輯：吳官生

1673-8217(2015)02-0059-05

2014-07-24

馬中遠(yuǎn)，碩士，1986年生，2008年畢業(yè)于長江大學(xué)勘查技術(shù)與工程專業(yè)；2011年畢業(yè)于中國石油大學(xué)(北京)礦產(chǎn)普查與勘探專業(yè)，現(xiàn)從事油氣成藏方面的研究。

國家科技重大專項(xiàng)專題“塔里木盆地碎屑巖層系大中型油氣田富集規(guī)律與勘探方向”(2011ZX05002-003)。

TE112.23

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