吉木薩爾凹陷蘆草溝組致密油地質(zhì)特征與勘探實踐

匡立春，王霞田，郭旭光，常秋生，賈希玉

（1.中國石油新疆油田分公司，新疆克拉瑪依834000；2.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）

吉木薩爾凹陷蘆草溝組致密油地質(zhì)特征與勘探實踐

匡立春1，王霞田2，郭旭光2，常秋生2，賈希玉2

（1.中國石油新疆油田分公司，新疆克拉瑪依834000；2.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）

吉木薩爾凹陷形成于海西運動晚期，燕山運動期改造作用較強，定型于喜馬拉雅運動期，現(xiàn)今為西斷東超的箕狀凹陷。中二疊統(tǒng)蘆草溝組全凹陷分布，以咸化淺湖—深湖相沉積為主，是一套優(yōu)質(zhì)的烴源巖，有機質(zhì)類型主要為Ⅰ型和Ⅱ1型的混合型，目前處于成熟階段。與其他地區(qū)致密油對比，蘆草溝組致密油“甜點”具有單層薄、縱向上跨度大的特點，有兩段“甜點”發(fā)育相對集中段。“甜點”儲層以白云質(zhì)粉細砂巖為主，覆壓孔隙度平均10.8%，覆壓滲透率為0.001～0.6 mD，以微細溶蝕孔為主。

準噶爾盆地；吉木薩爾凹陷；二疊系；蘆草溝組；致密油；地質(zhì)特征；勘探實踐

被石油工業(yè)譽為“黑金”［1］的致密油在中國主要含油氣盆地均有分布，在鄂爾多斯盆地三疊系延長組、準噶爾盆地二疊系蘆草溝組、四川盆地中—下侏羅統(tǒng)、松遼盆地白堊系青山口組—泉頭組，都有豐富的致密油資源，具有良好的勘探開發(fā)前景［2-6］。2012年以來，準噶爾盆地吉木薩爾凹陷二疊系蘆草溝組的致密油勘探取得重大突破，在致密油的地質(zhì)特征和勘探實踐等方面取得一些新認識，文中對此進行闡述，以期對不同地區(qū)致密油的研究和勘探開發(fā)有所幫助。

1　區(qū)域地質(zhì)條件

1.1構(gòu)造演化

吉木薩爾凹陷為準噶爾盆地東部隆起的二級構(gòu)造，位于東部隆起的西南部（圖1），面積約1 300 km2，其邊界特征明顯，西以西地斷裂與北三臺凸起相接，北以吉木薩爾斷裂與沙奇凸起毗鄰，南面則以三臺斷裂和后堡子斷裂與阜康斷裂帶相接，向東為一個緩慢抬升的斜坡，逐漸過渡到古西凸起上。

圖1　吉木薩爾凹陷構(gòu)造位置

吉木薩爾凹陷現(xiàn)今平面構(gòu)造相對簡單，為半環(huán)帶狀單斜（圖2），它是在中石炭統(tǒng)褶皺基底上發(fā)育的一個西斷東超的箕狀凹陷（圖3）。研究區(qū)先后經(jīng)歷了海西、印支、燕山、喜馬拉雅等多期構(gòu)造運動。

準噶爾盆地形成于海西運動期，早二疊世晚期，盆地南緣殘存的博格達海槽開始閉合造山，形成博格達山前中二疊世早期的前陸型箕狀坳陷，吉木薩爾凹陷與博格達山前凹陷、阜康凹陷水體相連，沉積了一套南厚北薄的火山—磨拉石建造。中二疊世晚期，吉木薩爾凹陷封閉，并作為一個相對獨立的沉積單元接受蘆草溝組的湖泊相沉積，成為研究區(qū)的主力烴源巖層。

圖2　吉木薩爾凹陷蘆草溝組頂界構(gòu)造

圖3　吉木薩爾凹陷東西向地震地質(zhì)解釋剖面（剖面位置見圖2）

三疊紀末期的印支運動使吉木薩爾凹陷東部的古西凸起強烈上升，造成吉木薩爾凹陷東斜坡三疊系、二疊系遭受不同程度的剝蝕，侏羅系與下伏地層不整合接觸。

燕山運動期準噶爾盆地構(gòu)造活動頻繁，具有強烈的振蕩性，燕山運動在研究區(qū)有三幕，活動都強烈，是吉木薩爾凹陷及周邊地區(qū)的主要改造期。侏羅紀末期的燕山運動Ⅱ幕使沙奇凸起快速強烈隆升，吉木薩爾斷裂強烈活動，凹陷內(nèi)侏羅系遭受嚴重剝蝕。至白堊紀時獨立的凹陷格局消失，受燕山運動Ⅲ幕的影響，吉木薩爾凹陷東南部逐漸抬升，白堊系遭受不同程度的剝蝕。

圖4　吉木薩爾凹陷蘆草溝組厚度分布

新近紀—第四紀的喜馬拉雅運動期，南北向強大擠壓應(yīng)力使北天山快速、大幅度隆升，并向盆地腹部沖斷，使阜康斷裂帶下盤發(fā)育類似于前陸盆地前淵的沖斷型箕狀凹陷，而東部的古西凸起隆升緩慢，吉木薩爾凹陷自南向北新近系和第四系整體呈楔狀，地層向東逐漸減薄。

1.2蘆草溝組地層展布及分層

吉木薩爾凹陷二疊系蘆草溝組的分布具有縱向跨度大，平面分布廣的特點，在全凹陷均有分布，厚度多大于200 m，最大厚度可達350 m（圖4）。

對位于吉木薩爾凹陷內(nèi)的吉174井在蘆草溝組進行了全井段取心，通過對其巖性、電性和核磁測井特征等的系統(tǒng)分析，建立了凹陷內(nèi)蘆草溝組劃分的方案。蘆草溝組可劃分為兩段（P2l2和P2l1）四層組（P2l12，P2l22，P2l11和P2l21），其巖性、電性、核磁特征見表1.

表1　吉木薩爾凹陷蘆草溝組巖電特征對比

2　蘆草溝組致密油地質(zhì)特征

2.1巖石學(xué)特征

吉木薩爾凹陷蘆草溝組巖性主要為一套沉積于咸化湖泊中，受機械沉積作用、化學(xué)沉積作用及生物沉積作用等影響形成的粉細砂巖、泥巖和碳酸鹽巖的混積巖。

由于受準同生期調(diào)整白云巖化作用影響，巖石中普遍發(fā)育泥晶、微晶白云石，巖石中碎屑粒徑普遍較細，粉細砂巖、泥巖與碳酸鹽巖富集層多呈互層狀分布［7］。巖石類型主要為粉細砂巖類、泥巖類、碳酸鹽巖類，粉細砂巖類包括白云質(zhì)粉細砂巖、巖屑長石粉細砂巖和白云屑粉細砂巖；碳酸鹽巖類以白云巖為主，主要為砂屑白云巖、粉細砂質(zhì)白云巖、泥微晶白云巖（圖5）。其中碳酸鹽（質(zhì)）巖類，即白云（灰）巖類及白云（灰）質(zhì)巖類出現(xiàn)的頻次高達74.15%，反映出吉木薩爾凹陷蘆草溝組整體上碳酸鹽礦物含量較高，脆性較好，有利于進行大規(guī)模改造。

2.2“甜點”及其分布

所謂“甜點”，是指在相對低孔低滲的背景下，物性相對較好、含油性較佳的儲集層段。吉木薩爾凹陷蘆草溝組已鉆探井均見大段連續(xù)的油氣顯示，并發(fā)育儲層物性相對較好的井段，具有致密油“甜點”特征?！疤瘘c”儲層的巖性、電性和核磁特征縱向上變化快，“甜點”儲層與非“甜點”儲層之間在巖性、電性和核磁特征等方面差異較小，在具體劃分時，不能嚴格按照“甜點”的標準實施，因此依據(jù)相對優(yōu)質(zhì)儲層段整體的巖性、電性和核磁特征，將較集中發(fā)育多個“甜點”儲層段合為一個“甜點體”。吉木薩爾凹陷蘆草溝組發(fā)育2套“甜點體”，即上“甜點體”和下“甜點體”。

“甜點體”橫向展布較為穩(wěn)定。每個“甜點”中發(fā)育多種巖性，且多呈互層狀，每個“甜點體”優(yōu)勢巖性較為明顯（表2）。

吉木薩爾凹陷蘆草溝組“甜點體”以外的“非甜點體”，優(yōu)勢巖性主要為白云質(zhì)泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥巖等，“非甜點體”中也發(fā)育儲集性能相對較好的白云屑砂巖、砂屑白云巖、粉細砂巖等巖性，只是厚度較薄、集中程度較差。

2.3沉積相特征

吉木薩爾凹陷蘆草溝組形成于殘留海封閉后的咸化湖盆沉積環(huán)境［8］，為一套巖性較細的淺湖—深湖相沉積，主物源在南部，深湖相的典型沉積構(gòu)造有含有碳酸鹽巖細條帶的紋層狀泥巖及厘米級的濁流沉積。其中“甜點”儲層以淺湖—半深湖相沉積為主，局部為濱淺湖或灘壩（如生屑灘、砂屑灘或砂質(zhì)淺灘），中下部有少量的三角洲前緣遠砂壩或席狀砂。儲層粒級普遍較細，由于受盆地周圍河流、波浪、沿岸流等作用，發(fā)育三角洲前緣及濱岸沙壩、濱淺湖灘壩等沉積。

蘆草溝組上“甜點體”儲層以水平層理為主，巖性主要為（濱）淺湖灘壩的巖屑長石粉細砂巖、巖屑砂巖、砂屑云巖與半深湖亞相的泥巖、泥質(zhì)白云巖互層，白云巖常見溶蝕孔洞及裂隙較其他層段灘壩厚度較大、分布相對集中。下“甜點體”儲層總體上碳酸鹽巖含量較少，砂巖的分布相對較多，發(fā)育小型交錯層理、波狀層理及水平層理，為三角洲前緣遠砂壩或席狀砂及濱淺湖內(nèi)碎屑灘壩夾半深湖白云質(zhì)泥巖、泥質(zhì)白云巖。

圖5　吉木薩爾凹陷蘆草溝組“甜點”主要巖石類型及孔隙特征

表2　吉174井上、下“甜點體”儲層特征

湖平面的變化控制“甜點”儲層的空間分布。例如吉174井上、下“甜點體”儲層都是在湖退過程中形成的，與湖進形成的烴源巖組成了很好的空間配置關(guān)系，有利于形成致密油油藏。

2.4烴源巖特征

吉木薩爾凹陷蘆草溝組優(yōu)質(zhì)成熟烴源巖全凹陷分布（圖4），巖性主要為灰黑色泥巖、白云質(zhì)泥巖，有機質(zhì)豐度高，類型以Ⅰ型與Ⅱ1型為主，凹陷主體部位達到成熟階段，屬生烴條件較好的烴源巖。吉174井蘆草溝組有機地球化學(xué)系統(tǒng)分析表明：蘆草溝組烴源巖的平均總有機碳含量4.6%，平均生烴潛力15.5 mg/g，鏡質(zhì)體反射率為0.78%～0.98%，隨著深度的增加烴源巖成熟度的增加趨勢較明顯，表明烴源巖已進入成熟階段，在凹陷深處烴源巖的成熟度會更高。烴源巖樣品的熱解峰溫為436～460℃，反映出烴源巖進入成熟演化階段。

蘆草溝組原油性質(zhì)總體上表現(xiàn)為低成熟的“三高”特征：較高原油密度（0.88～0.91 g/cm3）、較高原油凝固點（15～44℃）、較高黏度。熱史模擬結(jié)果表明，蘆草溝組在侏羅紀末期開始進入生油階段，在白堊紀—現(xiàn)今進入生油、排油高峰期，這種持續(xù)排烴過程有利于致密儲層成藏。同時埋深對烴源巖熱演化程度有明顯控制作用，越靠近凹陷中心，油氣生成量和充注強度越高，含油性也就越好。目前勘探結(jié)果發(fā)現(xiàn)，埋深較淺的吉23井原油的成熟度相對較低，埋深相對深的井原油成熟度較高，油質(zhì)相對較好。

2.5物性特征

蘆草溝組“甜點體”儲層總體表現(xiàn)為中低孔、特低滲特征（圖6）。上“甜點體”儲層52塊覆壓孔滲樣品平均孔隙度為9.5%，下“甜點體”儲層45塊覆壓孔滲樣品平均孔隙度為12.1%，總樣品平均孔隙度為10.8%，滲透率主要為0.001～0.6 mD，下“甜點體”的物性略好于上“甜點體”。覆壓孔隙度和滲透率為模擬地層條件下的孔隙度和滲透率，實驗中覆壓用圍壓34.6 MPa.儲層以微孔為主，大尺寸的納米孔和微米孔為油氣儲集的主體。上“甜點體”儲層儲集空間以剩余粒間孔、溶蝕孔、晶間孔為主，少量裂縫；下“甜點體”以溶蝕孔、晶間孔為主，少量裂縫。巖心觀察和FMI（地層微電阻率掃描成像）顯示，儲層的順層溶蝕現(xiàn)象明顯，溶蝕孔順層發(fā)育，初步分析認為酸溶是形成次生溶孔的主要因素，具有一定碳酸鹽巖含量的粉細砂巖溶蝕孔最為發(fā)育。從目前樣品資料分析，蘆草溝組物性受埋深影響較小。

圖6　吉木薩爾凹陷蘆草溝組覆壓孔滲關(guān)系

綜上所述，二疊系蘆草溝組整體處于咸化湖泊沉積環(huán)境，主要由碎屑巖和碳酸鹽巖兩大類巖性組成，粒度細，單層?。话l(fā)育優(yōu)質(zhì)厚層烴源巖；發(fā)育上、下“甜點體”，“甜點體”優(yōu)勢巖性不一，沉積微相和孔隙類型存在差異，“甜點體”儲層表現(xiàn)為中低孔、特低滲特征，以微細溶蝕孔為主。

3　蘆草溝組致密油勘探實踐

3.1優(yōu)選“甜點”，實施關(guān)鍵井

吉木薩爾凹陷二疊系蘆草溝組油氣勘探大致可分3個階段：①2010年以前常規(guī)油氣勘探階段，按常規(guī)油氣藏對待，蘆草溝組很少試油；②2010—2011年致密油勘探起步階段（致密油與“甜點”理念形成階段），針對蘆草溝組優(yōu)質(zhì)烴源巖厚度大、分布廣等特征，確定其為盆地的致密油重點勘探領(lǐng)域，用致密油理念對老井進行油層重新識別、優(yōu)選試油井段、選用針對性的儲層改造措施，吉25井等3口老井在蘆草溝組恢復(fù)試油都獲得商業(yè)油流；③2012年至今，致密油主攻突破階段。

2011年通過井震結(jié)合識別和預(yù)測出吉木薩爾凹陷蘆草溝組發(fā)育上、下2套“甜點體”，且下“甜點體”分布范圍大于上“甜點體”，吉25井等僅對上部“甜點”進行試油，下段厚層段尚未探索。通過吉25井等的單井儲層分析、試油資料分析、縱向儲集層段分析和連井平面對比，優(yōu)選“甜點”區(qū)，部署實施關(guān)鍵井—吉174井。吉174井鉆穿二疊系蘆草溝組，并對蘆草溝組進行全井段取心、多系列測井，取全取準了各項資料。吉174井的鉆探證實上、下2套“甜點體”儲層的存在，并都有較好的含油性。全面、系統(tǒng)地選取各項資料為后續(xù)研究發(fā)揮了決定性作用。

3.2夯實基礎(chǔ)研究，建立地質(zhì)資料“鐵柱子”

吉174井在蘆草溝組連續(xù)取心258 m，完成厘米級巖心精細描述；進行多參數(shù)連測實驗，實驗分析總數(shù)達到5 000余塊次；在常規(guī)測井的基礎(chǔ)上，實施了自然伽馬能譜、微電阻率成像測井、核磁共振、多極子陣列聲波、元素俘獲能譜等針對致密油的測井系列。

以多參數(shù)連測配套實驗資料為基礎(chǔ)，開展巖性、物性、含油性、脆性、敏感性、烴源巖特性、地應(yīng)力與巖石機械特性的關(guān)系研究，建立相應(yīng)的測井評價與表征技術(shù)，建立致密油研究地質(zhì)資料“鐵柱子”。研究表明：①巖性控制物性，白云質(zhì)粉細砂巖、砂屑白云巖、巖屑長石粉細砂巖物性好；②物性控制含油性，物性越好，含油級別越高；③巖性控制脆性，儲層的脆性好于圍巖；④巖性控制敏感性，碳酸鹽巖含量越高，黏土含量越低，敏感性越弱；⑤巖性控制烴源巖特性，儲層本身具有生油能力，儲層被烴源巖包裹，源儲一體；⑥儲層的破裂壓力低于泥巖，地層的閉合應(yīng)力相對較高。

3.3體積壓裂效果顯著

在明確“甜點體”展布及巖石力學(xué)特征的前提條件下，鉆井方案中引入“儲層改造最優(yōu)化”思路，根據(jù)水平井壓裂裂縫延展及鋪砂最佳方式，優(yōu)化水平井井眼軌跡設(shè)計，確保了“甜點體”改造最優(yōu)化。吉172_H井水平段長1 233 m，“甜點”鉆遇率100%，解釋油層1 151 m，油層鉆遇率為93%.

采用水平井分段多簇體積壓裂的思路，以近井帶形成復(fù)雜裂縫、遠井地帶造長縫的工藝技術(shù)，增大滲流面積，實現(xiàn)“甜點體”內(nèi)各含油層的體積改造，最大限度提高原油產(chǎn)量。吉172_H井水平段長1 233 m，壓裂15級，總用壓裂液16 030.7 m3，總加砂1 798 m3，施工排量8 m3/min，其單井壓裂加砂規(guī)模創(chuàng)國內(nèi)第一。施工期間進行電法監(jiān)測，分析認為吉172_H水平井分壓15級時，有8級形成了復(fù)雜裂縫。

對吉木薩爾凹陷東斜坡二疊系蘆草溝組致密油，本著勘探—評價—開發(fā)一體化原則，勘探上實行分步實施，專層專探，先后部署了多口以蘆草溝組為目的層的直井和水平井，直井、水平井多段體積壓裂獲得高產(chǎn)。

4　結(jié)論

（1）對比致密油地質(zhì)特征，吉木薩爾凹陷蘆草溝組與國內(nèi)外其他典型致密油區(qū)在構(gòu)造背景、源儲關(guān)系、成藏類型上具有相似性。吉木薩爾凹陷蘆草溝組處于單斜背景，烴源巖和云質(zhì)巖類致密“甜點”儲層厚度均較大，橫向連續(xù)性好，展布穩(wěn)定，無明顯圈閉界限，縱向上源儲一體，平面上分布面積大，具有廣覆式分布的致密油特征。

（2）在地層的巖石學(xué)、甜點的縱橫向分布特征及沉積環(huán)境、原油性質(zhì)等方面，吉木薩爾凹陷蘆草溝組有其自生的特殊性。蘆草溝組為沉積于咸化湖相的粉細砂巖、泥巖和碳酸鹽巖的混積巖，單個甜點厚度薄、縱向分布跨度大、橫向非均質(zhì)性強，原油差品質(zhì)。

（3）在吉木薩爾凹陷蘆草溝組致密油勘探中擺脫常規(guī)油氣勘探思路，實施關(guān)鍵井、建立七性關(guān)系，以致密油理念為指導(dǎo)，按照“新老井結(jié)合，直井控面，水平井提產(chǎn)”部署原則，實施直井和水平井共十幾口，優(yōu)選老井恢復(fù)試油，采用直井多層及分層壓裂、水平井體積壓裂等適宜技術(shù)進行儲層改造，試油井都獲工業(yè)或低產(chǎn)油流，證實了上、下“甜點體”的存在及預(yù)測范圍的可靠性，吉木薩爾凹陷蘆草溝組致密油獲得勘探的重大突破。

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Geological Characteristics and Exploration Practice of Tight Oil of Lucaogou Formation in Jimsar Sag

KUANG Lichun1，WANG Xiatian2，GUO Xuguang2，CHANG Qiusheng2，JIA Xiyu2
（1.XinjiangOilfield Company，PetroChina，Karamay，Xinjiang 834000，China；2.Research Institute of Exploration and Development，XinjiangOilfield Company，PetroChina，Karamay，Xinjiang 834000，China）

The Jimsar sag is formed in the late Hercynian period，transformed strongly in Yanshanian period，and shaped in Himalayan pe?riod.Today it’s a halfgraben?like sag with fault in the west and overlap in the east.The Middle Permian Lucaogou formation distributs in the whole sag with the major sedimentary assemblage of saline shallow lake and deep lake facies.High?quality hydrocarbon source rocks are in the Lucaogou formation，and the organic matter type is mainly the mixed organic matter of TypeⅠand TypeⅡ1during mature stage. Compared with the tight oil in other regions，sweet spots of tight oil in Lucaogou formation have characteristics of thin monolayers and large vertical span with two concentrated sections of them.For sweet spots reservoir，the predominant lithology is dolomitic fine?silty sandstone，the porosity of core in net confining stress averages 10.8%，the permeability of it ranges from 0.001 mD to 0.6 mD，being dominated by dis?solved micropores.

Junggar basin；Jimsar sag；Permian；Lucaogou formation；tight oil；geological characteristic；exploration practice

TE121.3

A

1001-3873（2015）06-0629-06

10.7657/XJPG20150601

2015-06-11

2015-08-06

匡立春（1962-），男，山東五蓮人，教授級高級工程師，博士，油氣勘探、測井地質(zhì)學(xué)，（E-mail）klc@petrochina.com.cn.