雷家地區(qū)碳酸鹽巖儲(chǔ)層特征及主控因素研究

單俊峰，周 艷，康武江，薄 強(qiáng)

(1.中國(guó)石油遼河油田分公司，遼寧 盤錦 124010；2.昆明理工大學(xué)，云南 昆明 650093)

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雷家地區(qū)碳酸鹽巖儲(chǔ)層特征及主控因素研究

單俊峰1，周 艷1，康武江1，薄 強(qiáng)2

(1.中國(guó)石油遼河油田分公司，遼寧 盤錦 124010；2.昆明理工大學(xué)，云南 昆明 650093)

通過薄片鑒定、物性測(cè)試、壓裂實(shí)驗(yàn)等方法，對(duì)雷家地區(qū)沙四段湖相碳酸鹽巖儲(chǔ)層進(jìn)行了分析。研究表明：高升地層主要發(fā)育泥晶粒屑云巖、含泥粒屑泥晶云巖和泥質(zhì)泥晶云巖，杜家臺(tái)地層主要發(fā)育含泥泥晶云巖和含泥方沸石質(zhì)泥晶云巖；儲(chǔ)層為致密型，儲(chǔ)集空間類型多樣，裂縫控制“甜點(diǎn)”發(fā)育；巖石脆性隨著泥質(zhì)含量的增加和方沸石含量的減小而降低。儲(chǔ)層受沉積、成巖和構(gòu)造作用共同控制，沉積作用控制了儲(chǔ)層的巖性、厚度及原始孔隙結(jié)構(gòu)等特征，膠結(jié)充填作用使儲(chǔ)層致密化，溶蝕作用存在形式多樣，多與裂縫發(fā)育相關(guān)，構(gòu)造作用和溶蝕作用是形成優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層最主要的控制因素。該項(xiàng)研究劃分了該套儲(chǔ)層的“甜點(diǎn)”區(qū)域，可為下一步油氣勘探提供依據(jù)。

白云巖；致密儲(chǔ)層；裂縫；控制因素；雷家地區(qū)

0 引 言

中國(guó)陸相湖泊發(fā)育廣泛，易形成湖相碳酸鹽巖，具有廣闊的勘探前景。但與海相碳酸鹽巖相比，湖相碳酸鹽巖儲(chǔ)層具有不同的特征及控制因素[1-4]。遼河西部凹陷雷家地區(qū)沙四段為淺湖相白云巖沉積，以往勘探一直認(rèn)為該儲(chǔ)層屬于構(gòu)造油氣藏。白云巖儲(chǔ)層泥質(zhì)含量高、開采效果差，儲(chǔ)量動(dòng)用程度較低。目前，雷家地區(qū)沙四段湖相碳酸鹽巖的研究多集中在成因、油氣分布規(guī)律等方面[5-6]，對(duì)于儲(chǔ)層特征和控制因素的系統(tǒng)分析較少。通過對(duì)研究區(qū)碳酸鹽巖儲(chǔ)層特征研究，分析了儲(chǔ)層控制因素，并綜合巖性、物性、脆性研究成果，劃分了該套儲(chǔ)層的“甜點(diǎn)”區(qū)，為下一步油氣勘探提供了依據(jù)。

1 巖性特征

雷家地區(qū)位于遼河西部凹陷中北部，總體地勢(shì)西高東低，發(fā)育有雷家、高升2個(gè)構(gòu)造單元，面積約為580 km2。沙四段沉積時(shí)期，氣候干旱炎熱、碎屑供給不足，為淺湖相沉積。儲(chǔ)層具有單層厚度薄、縱向變化快和礦物成分多樣的特點(diǎn)，巖性復(fù)雜多樣，多為過渡巖類。但由于沉積時(shí)期不同，巖性組合也具有不同的特點(diǎn)。

(1) 高升沉積時(shí)期氣候相對(duì)溫暖、水域較窄，受古地理、古構(gòu)造影響在北部構(gòu)成湖灣，地層厚度相對(duì)較薄，該套地層主要發(fā)育泥晶粒屑云巖、含泥粒屑泥晶云巖和泥質(zhì)泥晶云巖。其中，泥晶粒屑云巖是高升油層特有的巖石類型，粒屑結(jié)構(gòu)，主要成分為白云石，含石英、長(zhǎng)石等細(xì)碎屑和黏土礦物等(圖1a)，但分布范圍有限；含泥粒屑泥晶云巖為泥晶結(jié)構(gòu)，泥質(zhì)呈紋層狀展布，粒屑分布其中(圖1b)；泥質(zhì)泥晶云巖為泥晶結(jié)構(gòu)，主要成分為泥晶白云石，粉砂級(jí)長(zhǎng)石、石英均勻分布。

(2) 與高升期沉積相比，杜家臺(tái)沉積時(shí)期氣候干旱炎熱，主要為白云淺灘亞相沉積，從下至上依次可以劃分為3段。其中，杜三段巖性組合為含泥方沸石質(zhì)云巖、云質(zhì)方沸石巖和含云方沸石質(zhì)泥巖互層；杜二段巖性組合為泥質(zhì)云巖和泥巖薄互層；杜一段為大套的泥頁(yè)巖夾雜少量的陸源碎屑沉積。杜家臺(tái)儲(chǔ)層巖性最主要的特征是泥晶云巖中普遍含有方沸石。其中，含泥泥晶云巖為泥晶結(jié)構(gòu)，成分以泥晶白云石為主(圖1c)；含泥方沸石質(zhì)泥晶云巖為泥晶結(jié)構(gòu)，泥質(zhì)呈層狀富集，方沸石呈粉—細(xì)晶分布于泥質(zhì)發(fā)育層中(圖1d)；泥質(zhì)含云方沸石巖為泥晶—隱晶結(jié)構(gòu)、紋層狀構(gòu)造，黏土礦物呈紋層狀展布。

圖1 雷家地區(qū)沙四段白云巖儲(chǔ)層主要巖石類型

2 儲(chǔ)層特征

2.1 儲(chǔ)集空間類型

白云巖儲(chǔ)層類型豐富多樣，總體可分為原生孔隙、次生孔隙和裂縫3大類。受白云巖礦物轉(zhuǎn)變和易溶蝕特點(diǎn)的影響，粒間孔和溶孔發(fā)育。而研究區(qū)白云巖類的儲(chǔ)層中，白云巖與泥巖呈薄互層狀展布，單層厚度薄、脆性大，在構(gòu)造應(yīng)力作用下易形成裂縫?？紫逗土芽p均能較好地改善儲(chǔ)層物性，從而有效地提高油氣儲(chǔ)集能力，成為致密儲(chǔ)層“甜點(diǎn)”區(qū)。

(1) 高升地層原生孔隙發(fā)育，主要為晶間孔、粒內(nèi)孔和粒間孔3種類型。晶間孔是白云石化作用導(dǎo)致孔隙顆粒的收縮而形成的，呈現(xiàn)為晶粒狀白云石間孔隙或黏土礦物晶間微孔，該區(qū)普遍發(fā)育。粒內(nèi)孔為化學(xué)成因，是砂屑、礫屑、鮞粒、長(zhǎng)石碎屑等發(fā)生溶蝕而形成的。粒間孔形態(tài)多呈三角狀或多邊形，顆粒點(diǎn)線接觸，連通性較好(圖2a)，粒內(nèi)孔和粒間孔在高升油層的泥晶粒屑云巖中常見。

次生孔隙主要發(fā)育基質(zhì)溶孔，是由顆粒間物質(zhì)或白云石晶粒發(fā)生溶蝕形成，在泥晶云巖中局部可見。

裂縫主要發(fā)育構(gòu)造縫和層間縫2種，構(gòu)造縫形態(tài)比較平直，與基質(zhì)礦物具一定的角度(圖2b)，局部發(fā)育在泥晶云巖中。層間縫是成巖過程中泥質(zhì)巖類失水收縮而形成的，一般沿泥巖和白云巖的接觸面分布。

(2) 杜家臺(tái)的原生孔隙主要為晶間孔，是主要的儲(chǔ)集空間類型。次生孔隙以基質(zhì)溶孔和礦物溶孔為主，其中，基質(zhì)溶孔是白云石晶粒發(fā)生溶蝕形成，在含泥方沸石質(zhì)云巖和泥質(zhì)云巖中常見；礦物溶孔是巖石中的某些礦物(如石膏、白云石等)在溶蝕作用下，在晶體內(nèi)部形成孔隙(圖2c)，在含泥方沸石質(zhì)泥晶云巖中常見。裂縫以構(gòu)造縫、溶蝕縫和層間縫為主，溶蝕縫是溶蝕作用下裂縫部分溶蝕擴(kuò)大(圖2d)，在泥晶云巖中局部可見。層間縫沿地層方向延伸，油氣可沿其側(cè)向運(yùn)移。

圖2 雷家地區(qū)沙四段湖相碳酸鹽巖儲(chǔ)集空間類型

2.2 儲(chǔ)層物性特征

通過對(duì)研究區(qū)內(nèi)92個(gè)樣品統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，雷家地區(qū)沙四段白云巖的平均孔隙度為8.75%，最小值為1.70%，最大值為21.20%，孔隙度小于12.00%的樣品占總數(shù)的81.90%；滲透率平均值小于1.0×10-3μm2，其中小于1.0×10-3μm2的樣品占總數(shù)的48.00%，為典型的致密儲(chǔ)層，并且白云巖儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)，不同的巖性其物性也不相同(表1)。

表1 雷家地區(qū)沙四段不同儲(chǔ)層巖性物性統(tǒng)計(jì)

2.3 儲(chǔ)層脆性特征

致密儲(chǔ)層具有低孔、低滲的特征，需大規(guī)模壓裂才能見工業(yè)油流。除自身天然裂縫外，儲(chǔ)層巖石的脆性特征是能否形成產(chǎn)能的關(guān)鍵因素之一[7]。巖石脆性礦物含量高，有利于壓裂改造。通過巖石壓裂實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，受巖石礦物成分的影響，雷家地區(qū)沙四段白云巖儲(chǔ)層脆性變化大。儲(chǔ)層脆性受泥質(zhì)和方沸石含量控制，隨著泥質(zhì)含量的增加，巖石脆性參數(shù)逐漸降低；隨著方沸石含量的增加，巖石脆性參數(shù)逐漸增大。泥質(zhì)含云方沸石巖巖石脆性最強(qiáng)，易產(chǎn)生裂縫；泥質(zhì)含方沸石云巖次之，灰質(zhì)泥巖脆性最差，很難產(chǎn)生裂縫。

3 主控因素分析

3.1 沉積作用

沉積作用[8-12]控制了儲(chǔ)層的巖性、厚度及原始孔隙結(jié)構(gòu)等特征，是碳酸鹽巖有效儲(chǔ)層發(fā)育的內(nèi)因。

高升沉積時(shí)期發(fā)育濱淺湖、淺湖—半深湖和深湖3種沉積相。其中，濱淺湖相水動(dòng)力環(huán)境強(qiáng)，形成的粒屑灰?guī)r具有良好的原生孔隙結(jié)構(gòu)，也易于受溶蝕作用而形成次生孔隙，具有高孔隙度、高滲透率的特點(diǎn)。淺湖—半深湖相發(fā)育泥質(zhì)泥晶云巖，原生孔隙度較少，受后期改造作用控制，具有中—高孔隙度、低滲透率的特點(diǎn)。深湖相水體深，主要發(fā)育灰質(zhì)泥(頁(yè))巖，具有低孔隙度、低滲透率的特點(diǎn)。

雜草能夠在人工生境中自然繁衍，主要通過與作物爭(zhēng)奪水分、養(yǎng)料、光照、空間及利用他感作用等抑制作物生長(zhǎng)發(fā)育從而導(dǎo)致作物減產(chǎn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年由于雜草的危害導(dǎo)致作物產(chǎn)量損失近10%[1]。通過化學(xué)農(nóng)藥防除雜草，可有效控制雜草危害[2]，但長(zhǎng)期高頻度地使用化學(xué)除草劑，不僅會(huì)使植物對(duì)化學(xué)除草劑產(chǎn)生抗藥性[3]，還會(huì)對(duì)環(huán)境[4]、生態(tài)多樣性[5-6]造成嚴(yán)重威脅及產(chǎn)生藥害[7]等問題。新型生物除草劑易生物降解，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)和農(nóng)業(yè)作物安全性高。因此，新型生物除草劑尤其是植物源除草劑成為國(guó)內(nèi)外開發(fā)和研究的熱點(diǎn)之一[8-9]。

杜家臺(tái)沉積時(shí)期氣候干旱炎熱，發(fā)育淺湖、半深湖和深湖3種沉積相。淺湖相水體相對(duì)較淺、水動(dòng)力環(huán)境弱，主要沉積白云質(zhì)泥巖，儲(chǔ)層致密、具有低孔隙度、低滲透率的特點(diǎn)。半深湖相主要沉積泥晶云巖和含方沸石質(zhì)云巖，原生孔隙不發(fā)育，具有低孔隙度、低滲透率的特點(diǎn)，但是由于白云巖巖性脆、易溶蝕，可通過后期儲(chǔ)層改造形成“甜點(diǎn)”區(qū)。深湖相主要沉積含云頁(yè)(泥)巖，具有低孔隙度、低滲透率的特點(diǎn)。

3.2 成巖作用

成巖作用[13-16]在湖相碳酸鹽巖演化過程中，對(duì)儲(chǔ)層的形成、破壞和改造起著至關(guān)重要的作用。在埋藏過程中，對(duì)儲(chǔ)層影響最大的成巖作用主要是膠結(jié)充填作用和溶蝕作用。其中，膠結(jié)充填作用使裂縫被方沸石和方解石等半充填至完全充填，從而導(dǎo)致儲(chǔ)層致密化，是破壞性成巖作用。溶蝕作用可以形成溶蝕孔、洞，從而有效提高儲(chǔ)層孔隙度和增加孔隙之間的連通性，是建設(shè)性成巖作用。

溶蝕作用可以形成溶蝕孔、洞，從而有效提高儲(chǔ)層孔隙度和增加孔隙之間的連通性。研究區(qū)內(nèi)粒屑云巖中的孔隙絕大部分是由溶蝕作用形成的，既可發(fā)生在粒屑內(nèi)，又可以發(fā)生在粒屑之間(圖2a)，儲(chǔ)層物性很好。泥晶云巖中溶蝕孔洞存在的形式更廣泛，既可以存在于基質(zhì)之中(圖2b)，又可以存在于礦物之中，也可以存在于裂縫中。其中，溶蝕孔洞的發(fā)育與裂縫關(guān)系更為密切，多數(shù)溶蝕孔洞發(fā)育段與裂縫發(fā)育段重合，其沿展方向與裂縫走向一致。

3.3 構(gòu)造作用

構(gòu)造作用[17-20]對(duì)儲(chǔ)層有直接的改造作用，形成的裂縫對(duì)溝通孔隙、提高儲(chǔ)層滲透率有明顯作用。同時(shí)，也有利于孔隙水和地下水的活動(dòng)，促進(jìn)溶蝕孔洞的發(fā)育，形成統(tǒng)一的孔、洞、縫體系。在基質(zhì)孔隙不發(fā)育的情況下，構(gòu)造縫的存在可起到重要的補(bǔ)充作用[21-22]。

通過對(duì)研究區(qū)儲(chǔ)層特征和控制因素的分析，并結(jié)合含油性、物性和試油資料等，確定了雷家地區(qū)沙四段碳酸鹽巖儲(chǔ)層“甜點(diǎn)”的儲(chǔ)層參數(shù)：厚度大于20 m，白云石含量大于40%，孔隙度大于6%，脆性指數(shù)大于50。綜合4個(gè)儲(chǔ)層參數(shù)劃出杜家臺(tái)地層“甜點(diǎn)”區(qū)分布面積約為38 km2，部署鉆探LP2等多口探井均獲高產(chǎn)工業(yè)油流。因此，對(duì)該區(qū)儲(chǔ)層特征及控制因素的研究對(duì)油氣勘探起了很好的指導(dǎo)作用。

4 結(jié) 論

(1) 研究區(qū)白云巖儲(chǔ)層巖性復(fù)雜多樣，高升油層主要為泥晶粒屑云巖、含泥粒屑泥晶云巖和泥質(zhì)泥晶云巖；杜家臺(tái)油層主要為含泥泥晶云巖和含泥方沸石質(zhì)泥晶云巖，泥晶云巖中普遍含有方沸石。不同的巖性脆性變化大，隨著泥質(zhì)含量的增加和方沸石含量的減小，巖石脆性參數(shù)逐漸降低。

(2) 研究區(qū)白云巖是典型的致密儲(chǔ)層，儲(chǔ)集空間類型多樣，主要發(fā)育晶間孔、粒間孔、溶孔、收縮縫等，粒屑云巖發(fā)育區(qū)以及含泥泥晶云巖和含泥方沸石質(zhì)泥晶云巖的裂縫發(fā)育區(qū)是油氣富集的“甜點(diǎn)”區(qū)。

(3) 沉積作用控制了儲(chǔ)層的巖性、厚度及原始孔隙結(jié)構(gòu)等特征，是有效儲(chǔ)層發(fā)育的內(nèi)因。成巖作用中對(duì)儲(chǔ)層影響最大的是膠結(jié)充填作用和溶蝕作用，其中溶蝕作用是建設(shè)性成巖作用。構(gòu)造作用形成的裂縫對(duì)溝通孔隙、提高儲(chǔ)層的滲透率有明顯作用，也可促進(jìn)儲(chǔ)層的進(jìn)一步溶蝕。

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編輯 朱雅楠

20160222；改回日期：20160320

國(guó)家油氣重大專項(xiàng)“渤海灣盆地精細(xì)勘探關(guān)鍵技術(shù)”(2011ZX05006)

單俊峰(1968-)，男，教授級(jí)高級(jí)工程師，《特種油氣藏》編委，1990年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院地球物理專業(yè)，2007年畢業(yè)于中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)礦產(chǎn)普查勘探專業(yè)，獲博士學(xué)位，目前主要從事油氣預(yù)探部署及綜合研究管理工作。

10.3969/j.issn.1006-6535.2016.03.002

TE121.2

A

1006-6535(2016)03-0007-04