雷家地區(qū)湖相碳酸鹽巖致密油儲(chǔ)層微觀特征

王海生

(中國(guó)石油遼河油田分公司，遼寧 盤錦 124010)

?

雷家地區(qū)湖相碳酸鹽巖致密油儲(chǔ)層微觀特征

王海生

(中國(guó)石油遼河油田分公司，遼寧 盤錦 124010)

應(yīng)用鑄體薄片、氣體吸附、壓汞、掃描電鏡及CT掃描等方法，系統(tǒng)研究了雷家地區(qū)杜三段湖相碳酸鹽巖致密儲(chǔ)層巖石學(xué)及儲(chǔ)層微觀特征。結(jié)果表明：研究區(qū)巖性以泥質(zhì)泥晶白云巖、含泥方沸石質(zhì)白云巖為主，與灰黑色泥巖、油頁巖互層；儲(chǔ)集空間包括原生粒間孔隙、次生溶蝕孔隙和微裂縫；根據(jù)巖性、孔隙空間類型及孔喉結(jié)構(gòu)特征，將致密油儲(chǔ)層分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類儲(chǔ)層。其中，Ⅰ類儲(chǔ)層的微裂縫和孔隙普遍發(fā)育，含油性好。該研究對(duì)后期致密油儲(chǔ)層評(píng)價(jià)及“甜點(diǎn)”優(yōu)選具有一定的指導(dǎo)作用。

雷家地區(qū)；湖相碳酸鹽巖；致密油；儲(chǔ)層分類；孔喉結(jié)構(gòu)；烴源巖

0 引 言

進(jìn)入21世紀(jì)以來，隨著油氣勘探程度的提高，分布在源內(nèi)或近源的湖相碳酸鹽巖致密儲(chǔ)層成為中國(guó)主要含油氣盆地的重點(diǎn)勘探目標(biāo)，找油思想從“源外找油”深入到“近源找油”，從常規(guī)的圈閉型油氣藏逐漸向非圈閉的、具有納米孔喉系統(tǒng)的“連續(xù)型或準(zhǔn)連續(xù)型”油氣藏轉(zhuǎn)變[1-4]。遼河西部凹陷沙四上亞段時(shí)期，湖盆為偏堿性的強(qiáng)還原封閉環(huán)境[5]，發(fā)育良好的烴源巖。同時(shí)，近源的雷家地區(qū)沉積1套連續(xù)的、規(guī)模較大的湖相碳酸鹽巖，主要發(fā)育泥質(zhì)泥晶白云巖，與深灰色泥巖、油頁巖互層現(xiàn)象明顯。應(yīng)用鑄體薄片、氣體吸附、壓汞、掃描電鏡及CT掃描等方法對(duì)該區(qū)湖相碳酸鹽巖致密油儲(chǔ)層進(jìn)行研究，總結(jié)其儲(chǔ)集空間類型，并分析其含油性。

1 地質(zhì)概況

雷家地區(qū)構(gòu)造上位于遼河盆地西部凹陷中北部，面積為300 km2，北鄰高升鼻狀隆起，東至陳家斷層，西接斜坡帶，南至冷家堡構(gòu)造帶，緊鄰陳家洼陷生油中心。沙四沉積時(shí)期，構(gòu)造沉降較穩(wěn)定，物源供給充足，形成良好的烴源巖，并發(fā)育湖相碳酸鹽巖儲(chǔ)層，自下而上分為高升油層和杜家臺(tái)油層，根據(jù)旋回性，將杜家臺(tái)油層進(jìn)一步細(xì)分為杜三段、杜二段和杜一段3個(gè)小層。其中，杜三段地層發(fā)育較厚的泥質(zhì)白云巖，并有方沸石的混入，在靠近東南側(cè)陡坡帶的泥級(jí)礦物顆粒(石英+斜長(zhǎng)石+鉀長(zhǎng)石)含量增多，儲(chǔ)層孔隙度為1.16%～10.22%，滲透率為0.01×10-3～2.68×10-3μm2，微裂縫的存在能夠改善儲(chǔ)層滲透率，是典型的致密油儲(chǔ)層，為重點(diǎn)研究層位。

2 儲(chǔ)層巖石學(xué)特征

薄片分析表明，雷家地區(qū)杜三段湖相碳酸鹽巖主要為泥質(zhì)泥晶白云巖、含方沸石泥質(zhì)泥晶白云巖和含泥方沸石質(zhì)白云巖，并有細(xì)粒陸源碎屑(石英、斜長(zhǎng)石)混入，紋層狀特征明顯，零星發(fā)育有機(jī)質(zhì)條帶。X衍射全巖分析結(jié)果表明，雷家地區(qū)杜三段湖相碳酸鹽巖成分復(fù)雜，平面上巖性分布具有以下特征：北部的雷84井區(qū)主要為含泥方沸石質(zhì)白云巖，黏土含量為10.8%，泥級(jí)礦物顆粒含量為26.5%，方沸石含量為24.3%，白云石類含量為38.4%；西部的雷88井區(qū)主要為含泥泥晶白云巖，黏土含量為5.8%，泥級(jí)礦物顆粒含量為20.9%，方沸石含量為6.1%，白云石類含量為67.2%；東南部的雷97井區(qū)靠近陡坡帶，泥級(jí)礦物顆粒含量增多，方沸石含量有所降低，主要為含方沸石碳酸鹽質(zhì)泥巖；西南部的雷99井區(qū)主要巖性為含方沸石泥質(zhì)白云巖和碳酸鹽質(zhì)泥巖，黏土含量為22.4%，泥級(jí)礦物顆粒含量為38.7%，方沸石含量為9.5%，白云石類含量為29.4%。

3 致密油儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間類型

雷家地區(qū)杜三段微觀儲(chǔ)集空間類型多樣，通過常規(guī)的巖心觀察、鑄體薄片鑒定、普通掃描電鏡和CT掃描，儲(chǔ)集空間主要有以下幾種類型(圖1)。

圖1 雷家地區(qū)杜三段儲(chǔ)集空間及CT掃描三維圖像

(1) 原生孔隙。在掃描電鏡下可觀察到未被膠結(jié)物填充的粒間微孔(圖1a)，顆粒輪廓清楚，呈次棱角狀，但總體發(fā)育較少。

(2) 次生孔隙。主要為孤立的微米級(jí)別次生溶孔(圖1b)，呈長(zhǎng)條狀、管柱狀，顆粒邊界凹凸不平，含量較多，但整體連通性較差。

(3) 微裂縫。裂縫類型多樣，可觀察到成巖階段中形成的平行于層面的成巖縫和穿層的構(gòu)造縫等(圖1c)。

結(jié)合前人研究成果[7-8]認(rèn)為，研究區(qū)湖相碳酸鹽巖致密儲(chǔ)層發(fā)育豐富的納米—微米級(jí)別的孔喉系統(tǒng)，具有較大的資源潛力。CT掃描三維圖像分析表明(圖1d)：孔隙半徑主體為0.376 2～13.930 0 μm，平均為2.261 0μm；喉道半徑主體為0.357 4～10.630 0 μm，平均為1.813 0 μm，孔喉平均配位數(shù)為3.6，整體為納米—微米孔喉系統(tǒng)，空間連通性為較差—中等。

4 儲(chǔ)集層孔喉結(jié)構(gòu)特征及其分類

應(yīng)用壓汞法和氮?dú)馕椒ǚ治鲅芯繀^(qū)湖相碳酸鹽巖致密儲(chǔ)層孔喉結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行分類。整體孔徑分布范圍較廣，既含有毫米、微米級(jí)別的孔隙和裂縫，也發(fā)育大量納米級(jí)孔隙。參考國(guó)內(nèi)外劃分標(biāo)準(zhǔn)，將湖相碳酸鹽巖致密儲(chǔ)層孔喉劃分為微米級(jí)、亞微米級(jí)和納米級(jí)3類(表1)。

表1 致密儲(chǔ)層孔喉劃分方案

4.1 壓汞法分析孔喉結(jié)構(gòu)特征

圖2為湖相碳酸鹽巖致密儲(chǔ)層的壓汞毛細(xì)管壓力曲線，結(jié)合掃描電鏡和薄片鑒定結(jié)果，將致密儲(chǔ)層分為以下3類。

(1) Ⅰ類儲(chǔ)層毛管壓力曲線變化較大。排替壓力為0.023 MPa，受微裂縫影響，進(jìn)汞曲線具有兩段式特征，最大汞飽和度為77.00%，退汞效率為55.35%，平均孔喉半徑為0.63～50.00 μm，主要發(fā)育未被完全充填的微裂縫、微孔、微溶孔和豐富的納米級(jí)孔隙，孔縫相互連通，微裂縫起到疏導(dǎo)油氣的作用，油氣運(yùn)移阻力降低，微米級(jí)孔喉約為總孔隙的33.79%，孔喉配置關(guān)系好，整體連通性較好，平均孔隙度為8.22%，平均滲透率為153.600×10-3μm2。說明在油氣充足的情況下，這種孔喉結(jié)構(gòu)有利于油氣的聚集和運(yùn)移。

(2) Ⅱ類儲(chǔ)層毛管壓力曲線整體偏向右上方。排替壓力為9.870 MPa，中間進(jìn)汞段平緩，最大汞飽和度為49.35%，退汞效率為35.66%，以亞微米、納米級(jí)孔喉系統(tǒng)為主，納米級(jí)孔喉含量多，在掃描電鏡中可見被碳酸鹽巖或方沸石完全充填的微裂縫，整體連通性較差，平均孔隙度為7.63%，平均滲透率為0.168×10-3μm2，這種孔喉結(jié)構(gòu)雖然具有一定的儲(chǔ)集空間，但不易于運(yùn)移。

圖2 壓汞法毛細(xì)管壓力曲線

(3) Ⅲ類儲(chǔ)層排替壓力為1.975 MPa，雖然排替壓力較小，但是中間進(jìn)汞段較陡，分選差，最大汞飽和度為25.20%，退汞效率為21.42%，以亞微米、納米級(jí)孔喉系統(tǒng)為主，但納米級(jí)孔喉含量有限，連通性非常差，平均孔隙度為2.50%，平均滲透率為0.122×10-3μm2，說明這種孔喉結(jié)構(gòu)儲(chǔ)集空間有限，可儲(chǔ)存油氣，但不易于運(yùn)移。

4.2 氮?dú)馕椒ǚ治黾{米級(jí)孔隙結(jié)構(gòu)特征

湖相碳酸鹽巖致密儲(chǔ)層在單偏光薄片中可見孔的孔隙度低，但實(shí)際物性測(cè)試的孔隙度則偏高，主要為1.50%～15.00%，兩者互相矛盾，由此可知，該儲(chǔ)層應(yīng)該發(fā)育大量的納米級(jí)孔隙。氮?dú)馕椒軌蜓芯抗腆w納米級(jí)孔隙的分布情況，比常規(guī)壓汞法的分辨率更高，孔徑測(cè)量范圍為0.35～400.00 nm。圖3為3類儲(chǔ)層采用氮?dú)馕椒ǖ玫降目讖椒植肌?/p>

圖3 湖相碳酸鹽巖儲(chǔ)層孔徑分布

(1) Ⅰ類儲(chǔ)層平均吸附孔徑為30～100 nm，峰值孔徑主要集中在4～100 nm，孔體積為0.602 6～3.606 2 cm3/g，平均為1.389 6 cm3/g，比表面積為0.552 3～1.140 2 m2/g，平均為0.850 7 m2/g，儲(chǔ)集空間主要為兩端均開放的圓柱形孔，有利于油氣的滲流。

(2) Ⅱ類儲(chǔ)層平均吸附孔徑為9～30 nm，分布曲線具有2個(gè)峰值，分別為1～7 nm和10～50 nm，孔體積為0.414 3～2.984 5 cm3/g，平均為1.720 4 cm3/g，比表面積為0.598 1～3.029 4 m2/g，平均為1.152 8 m2/g，前者為一端封閉的、較為孤立的不透氣性孔，后者為兩端都開放的圓狀型孔。

(3) Ⅲ類儲(chǔ)層平均吸附孔徑為3～9 nm，峰值孔徑主要集中在1～10 nm，孔體積為1.072 0～6.436 9 cm3/g，平均為3.848 9 cm3/g，比表面積為0.739 9～4.293 1 m2/g，平均為1.711 8 m2/g，儲(chǔ)集空間主要為一端封閉的、較為孤立的不透氣性孔。

5 致密油儲(chǔ)層與含油性關(guān)系

雷家地區(qū)沙四段發(fā)育厚層暗色泥巖、碳酸鹽質(zhì)頁巖，TOC含量為2%～5%，熱演化程度較高，鏡質(zhì)體反射率Ro大于0.5%，有機(jī)質(zhì)類型主要為Ⅰ型和ⅡA型，屬于優(yōu)質(zhì)烴源巖。位于源內(nèi)或近源的雷家地區(qū)湖相碳酸鹽巖致密儲(chǔ)層縱向上與優(yōu)質(zhì)烴源巖緊密接觸，排烴產(chǎn)生的異常高壓控制原油的充注程度，整體致密油儲(chǔ)層運(yùn)移充注動(dòng)力強(qiáng)，含油飽和度高，微米、納米級(jí)孔隙均含油。通過以上分析，結(jié)合巖性、孔喉結(jié)構(gòu)及儲(chǔ)層厚度特征，對(duì)雷家地區(qū)杜三段湖相碳酸鹽巖儲(chǔ)層進(jìn)行了平面分類(圖4)：Ⅰ類儲(chǔ)層為有利儲(chǔ)層，分布在雷88井區(qū)和雷15井區(qū)，巖性為含泥泥晶白云巖和含泥方沸石質(zhì)白云巖，整體孔徑較大，未充填的微裂縫既提供了儲(chǔ)集空間，又增加了油氣的滲流能力，油氣相對(duì)富集，為油斑、油浸級(jí)顯示；Ⅱ類儲(chǔ)層平面上呈條帶狀分布，巖性為含方沸石碳酸質(zhì)泥巖和含泥白云質(zhì)方沸石巖，儲(chǔ)集空間孔徑分布較小，微裂縫偶見，且多被完全充填，亞微米、納米級(jí)孔隙含量多，為油跡、油斑級(jí)顯示；Ⅲ類儲(chǔ)層呈環(huán)形分布，巖性為碳酸鹽質(zhì)泥巖，亞微米、納米級(jí)孔隙含量有限，孔徑分布最小，為熒光、油跡、油斑級(jí)顯示。

圖4 湖相碳酸鹽巖杜三段致密油儲(chǔ)層分類

6 結(jié) 論

(1) 雷家地區(qū)杜三段時(shí)期處于偏堿性的強(qiáng)還原性封閉沉積環(huán)境，巖性主要為泥質(zhì)泥晶白云巖、含泥方沸石質(zhì)白云巖和含方沸石碳酸鹽質(zhì)泥巖，紋層狀特征明顯，與優(yōu)質(zhì)烴源巖緊密接觸，大面積連續(xù)分布。

(2) 研究區(qū)的儲(chǔ)集空間主要為原生粒間微孔、次生溶蝕孔隙和微裂縫，發(fā)育豐富的微米、納米級(jí)孔喉系統(tǒng)。

(3) 根據(jù)巖性、孔隙空間類型及孔喉結(jié)構(gòu)特征，將湖相碳酸鹽巖致密儲(chǔ)層分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類儲(chǔ)層，其中，Ⅰ類儲(chǔ)層為研究區(qū)有利儲(chǔ)層，主要分布在雷88井區(qū)和雷15井區(qū)。

[1] 賈承造，鄒才能，李建忠，等.中國(guó)致密油評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)、主要類型、基本特征及資源前景[J]．石油學(xué)報(bào)，2012，33(3)：343-350.

[2] 鄒才能，陶士振，候連華，等.非常規(guī)油氣地質(zhì)[M]．北京：地質(zhì)出版社，2011：301-310.

[3] 鄒才能，楊智，張國(guó)生，等.常規(guī)—非常規(guī)油氣“有序聚集”理論認(rèn)識(shí)及實(shí)踐意義[J].石油勘探與開發(fā)，2014，41(1)：14-27.

[4] 鄒才能，張國(guó)生，楊智，等.非常規(guī)油氣概念、特征、潛力及技術(shù)——兼論非常規(guī)油氣地質(zhì)學(xué)[J].石油勘探與開發(fā)，2013，40(4)：385-399.

[5] 單俊峰，黃雙泉，李理.遼河坳陷西部凹陷雷家湖相碳酸鹽巖沉積環(huán)境[J].特種油氣藏，2014，21(5)：7-11.

[6] 柳娜，南珺祥，劉偉，等.鄂爾多斯盆地湖盆中部長(zhǎng)7致密砂巖儲(chǔ)層特征[J]．西安石油大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2014，29(4)：6-13.

[7] 鄒才能，楊智，陶士振，等.納米油氣與源儲(chǔ)共生型油氣聚集[J].石油勘探與開發(fā)，2012，39(1)：1-13.

[8] 鄒才能，朱如凱，白斌，等.中國(guó)油氣儲(chǔ)層中納米孔首次發(fā)現(xiàn)及其科學(xué)價(jià)值[J].巖石學(xué)報(bào)，2011，27(6)：1857-1864.

[9] 白斌，朱如凱，吳松濤，等.利用多尺度CT成像表征致密砂巖微觀孔喉結(jié)構(gòu)[J].石油勘探與開發(fā)，2013，40(3)：329-333.

[10] 匡立春，唐勇，雷德文，等.準(zhǔn)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.

[11] 楊峰，寧正福，孔德濤，等.高壓壓汞法和氮?dú)馕椒ǚ治鲰搸r孔隙結(jié)構(gòu)[J].天然氣地球科學(xué)，2013，24(3)：450-455.

編輯 黃華彪

10.3969/j.issn.1006-6535.2016.05.006

20160212；改回日期：20160710

中國(guó)石油天然氣股份有限公司重大科技專項(xiàng)“遼河油田原油千萬噸持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)研究”(2012E-3001)

王海生(1970-)，男，高級(jí)工程師，1994年畢業(yè)于石油大學(xué)(華東)油藏工程專業(yè)，現(xiàn)主要從事油田開發(fā)管理工作。

TE122.3

A

1006-6535(2016)05-0026-04