瑪湖凹陷北斜坡百口泉組儲(chǔ)集層物性下限及控制因素

郭華軍，單祥，李亞哲，鄒志文，王力寶

有效儲(chǔ)集層物性下限值的合理選擇對(duì)于儲(chǔ)集層評(píng)價(jià)、儲(chǔ)量計(jì)算等具有重要意義[1]，前人根據(jù)儲(chǔ)集層物性數(shù)據(jù)、儲(chǔ)集層孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)、試油資料、測(cè)井資料等，提出了2類確定有效儲(chǔ)集層物性下限的方法：①靜態(tài)法，其所用參數(shù)為實(shí)驗(yàn)結(jié)果和經(jīng)驗(yàn)取值，包括孔滲交會(huì)圖法、壓汞實(shí)驗(yàn)法、孔喉分布法、分布函數(shù)曲線法、經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)法、含油產(chǎn)狀法、束縛水膜厚度法、最小流動(dòng)半徑法、束縛水飽和度法、泥質(zhì)含量法等；②動(dòng)態(tài)法，其所用參數(shù)來自于油氣勘探開發(fā)過程，具有動(dòng)態(tài)可調(diào)整的特點(diǎn)，包括試油指數(shù)法、試油（氣）法、鉆井液侵入法、測(cè)井資料法、產(chǎn)能模擬法等[2-5]。以上方法均依賴于大量的分析測(cè)試或生產(chǎn)數(shù)據(jù)，具有一定的統(tǒng)計(jì)學(xué)特征，存在一定程度的不確定性，因此需要在有充足樣品的情況下，將多種方法相結(jié)合，才能得到比較合理的儲(chǔ)集層物性下限值。

準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖凹陷北斜坡（以下簡(jiǎn)稱瑪北斜坡）下三疊統(tǒng)百口泉組油氣勘探獲得重大發(fā)現(xiàn)，已提交探明石油儲(chǔ)量近億噸，控制石油儲(chǔ)量七千多萬噸?，敽枷菪逼聟^(qū)百口泉組扇三角洲砂礫巖作為近年來新疆油田增儲(chǔ)上產(chǎn)的主戰(zhàn)場(chǎng)，獲得眾多學(xué)者的關(guān)注。在前期油氣勘探開發(fā)過程中，學(xué)者們對(duì)油氣勘探潛力、沉積體系特征及演化、儲(chǔ)集層孔隙結(jié)構(gòu)、儲(chǔ)集層發(fā)育控制因素等方面進(jìn)行了研究，取得了一系列成果[6-12]。但由于砂礫巖儲(chǔ)集層非均質(zhì)性強(qiáng)，橫向及縱向變化快，前人對(duì)有效儲(chǔ)集層的巖相、物性、微觀特征等研究較為薄弱，且目前尚未見到對(duì)瑪北斜坡百口泉組砂礫巖有效儲(chǔ)集層物性下限的研究報(bào)道。對(duì)于研究區(qū)，儲(chǔ)集層埋深跨度近千米，有效儲(chǔ)集層物性下限隨埋藏深度增加而變化，需要確定儲(chǔ)集層物性下限與深度的關(guān)系，來預(yù)測(cè)任意深度儲(chǔ)集層物性下限值。因此，在前人研究基礎(chǔ)上，依據(jù)物性、試油、測(cè)井解釋等資料，綜合利用分布函數(shù)曲線法和試油法，分別確定了不同深度段的有效儲(chǔ)集層物性下限值，擬合得到有效儲(chǔ)集層物性和深度的關(guān)系函數(shù)。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步討論了沉積微相、巖相類型和成巖作用對(duì)有效儲(chǔ)集層發(fā)育的影響，以期為下一步油氣勘探開發(fā)提供地質(zhì)依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

瑪湖凹陷位于準(zhǔn)噶爾盆地西北部，西接克百斷裂帶，北接烏夏斷裂帶，東接英西凹陷和夏鹽凸起，南接達(dá)巴松凸起，凹陷呈北北東—南南西向展布，面積達(dá)4 147 km2.根據(jù)構(gòu)造特征及地理位置，將瑪湖凹陷斜坡區(qū)劃分為瑪北斜坡、瑪西斜坡、瑪南斜坡和瑪東斜坡。研究區(qū)位于瑪北斜坡（圖1），主要勘探目的層系為百口泉組，與下伏二疊系呈不整合接觸，其巖性組合為厚層砂礫巖夾泥巖，沉積厚度在180 m左右，埋深為2 400～3 500 m.根據(jù)瑪北斜坡百口泉組500余塊樣品實(shí)測(cè)物性結(jié)果，孔隙度為0.70%～13.90%，平均為7.44%；滲透率為0.01～139.00 mD，平均為1.20 mD，為特低孔特低滲儲(chǔ)集層。研究區(qū)百口泉組發(fā)育扇三角洲前緣亞相沉積，前緣相帶分布廣，水下分流河道發(fā)育，垂向上發(fā)育多套厚層砂礫巖體，為大規(guī)模優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)集層的形成提供了有利條件[9-10]。

圖1 研究區(qū)構(gòu)造位置

2 有效儲(chǔ)集層物性下限值的確定

2.1 分布函數(shù)曲線法

分布函數(shù)曲線法是通過統(tǒng)計(jì)分析得到的分布曲線、特征函數(shù)等研究變量的總體分布規(guī)律的一種數(shù)學(xué)方法，在地質(zhì)研究中廣泛應(yīng)用。文獻(xiàn)［13］最早提出用分布函數(shù)曲線法求取儲(chǔ)集層物性參數(shù)，在同一坐標(biāo)系內(nèi)分別繪制有效儲(chǔ)集層和無效儲(chǔ)集層的孔滲頻率分布曲線，2條曲線的交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的數(shù)值為有效儲(chǔ)集層物性下限。采用分布函數(shù)曲線法求取儲(chǔ)集層物性下限時(shí)，要求樣本數(shù)大于30.應(yīng)用分布函數(shù)曲線法求取東營(yíng)凹陷西部沙四上亞段灘壩砂體有效儲(chǔ)集層、東營(yíng)凹陷古近系紅層砂體有效儲(chǔ)集層以及渤南洼陷北部陡坡帶沙河街組砂礫巖有效儲(chǔ)集層物性下限，取得了較好的效果[4-5，14]。

根據(jù)瑪北斜坡百口泉組測(cè)井解釋物性資料及測(cè)井油氣綜合解釋結(jié)果，確定無效儲(chǔ)集層（干層）及有效儲(chǔ)集層（油層、水層和油水同層）的物性，并應(yīng)用該方法分別求取了2 300—2 600 m，2 600—2 900 m，2 900—3 200 m和3 200—3 500 m深度段內(nèi)有效儲(chǔ)集層物性下限，其孔隙度下限分別為7.6%，7.2%，6.5%和5.7%（圖2），滲透率下限分別為0.38 mD，0.30 mD，0.27 mD和0.22 mD（圖3）。

圖2 瑪北斜坡百口泉組有效儲(chǔ)集層與無效儲(chǔ)集層孔隙度直方圖

2.2 試油法

試油資料是油氣勘探中判斷儲(chǔ)集層含油氣性和產(chǎn)能的重要資料，也是檢驗(yàn)有效儲(chǔ)集層的重要依據(jù)。試油法確定有效儲(chǔ)集層物性下限的原理是利用試油資料，根據(jù)研究區(qū)當(dāng)前采油技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效益，將單層產(chǎn)液量大于1 t/d的儲(chǔ)集層劃分為有效儲(chǔ)集層，單層產(chǎn)液量小于1 t/d的儲(chǔ)集層劃分為無效儲(chǔ)集層，繪制相應(yīng)井段的滲透率與孔隙度交會(huì)圖，圖中有效儲(chǔ)集層和無效儲(chǔ)集層物性分界處對(duì)應(yīng)的孔隙度和滲透率就是有效儲(chǔ)集層物性下限，目前該方法在有效儲(chǔ)集層物性下限研究中應(yīng)用廣泛[4-5，14]。

圖3 瑪北斜坡百口泉組有效儲(chǔ)集層與無效儲(chǔ)集層滲透率直方圖

根據(jù)研究區(qū)百口泉組物性和試油結(jié)論等資料，確定了瑪北斜坡2 400—2 900 m，2 900—3 100 m，3 100—3 200 m和3 200—3 400 m深度段內(nèi)有效儲(chǔ)集層物性下限，其孔隙度下限分別為7.8%，7.2%，7.1%和6.7%，滲透率下限分別為0.41 mD，0.34 mD，0.21 mD和0.22 mD（圖4）。

圖4 瑪北斜坡百口泉組有效儲(chǔ)集層和無效儲(chǔ)集層滲透率與孔隙度交會(huì)圖

2.3 有效儲(chǔ)集層物性下限與深度的關(guān)系

通過分布函數(shù)曲線法和試油法得到瑪北斜坡百口泉組不同深度段有效儲(chǔ)集層物性下限值，對(duì)求取結(jié)果分析對(duì)比發(fā)現(xiàn)：在相近深度段內(nèi)，分布函數(shù)曲線法和試油法計(jì)算的物性下限相近，說明采用的計(jì)算方法是有效可行的。為消除單一方法由于原始數(shù)據(jù)樣本大小引起的誤差，以及為了獲取任意深度有效儲(chǔ)集層物性下限，對(duì)上述2種方法獲得的有效儲(chǔ)集層物性下限和埋深進(jìn)行回歸擬合，得到儲(chǔ)集層物性下限與深度的關(guān)系（圖5）。

圖5 瑪北斜坡百口泉組有效儲(chǔ)集層物性下限與深度的關(guān)系

2.4 有效儲(chǔ)集層物性下限的檢驗(yàn)

為檢驗(yàn)圖5中擬合公式計(jì)算結(jié)果的合理性，分別對(duì)研究區(qū)18口井47層試油數(shù)據(jù)進(jìn)行檢驗(yàn)，檢驗(yàn)井未參與試油法有效儲(chǔ)集層物性下限的計(jì)算，若試油結(jié)果為油層或水層（有效儲(chǔ)集層），其相應(yīng)井段孔滲應(yīng)高于有效儲(chǔ)集層物性下限，若試油結(jié)果為干層（無效儲(chǔ)集層），其相應(yīng)井段孔滲應(yīng)低于有效儲(chǔ)集層物性下限。從檢測(cè)結(jié)果可以看出，試油井段有效儲(chǔ)集層共37層，檢驗(yàn)正確率達(dá)76%，無效儲(chǔ)集層10層，檢驗(yàn)正確率達(dá)80%，檢驗(yàn)結(jié)果綜合正確率達(dá)78%.研究認(rèn)為，造成判斷結(jié)果誤差的原因可能為物性解釋或?qū)崪y(cè)值存在問題，無代表性，綜合分析認(rèn)為，計(jì)算有效儲(chǔ)集層物性下限的擬合公式是可靠的。

3 有效儲(chǔ)集層發(fā)育的控制因素

瑪北斜坡百口泉組沉積時(shí)期構(gòu)造簡(jiǎn)單，為向南傾的單斜，有效儲(chǔ)集層發(fā)育主要受沉積微相、巖相類型、成巖作用等因素的影響。在確定有效儲(chǔ)集層物性下限的基礎(chǔ)上，采用物性差值（即各深度點(diǎn)的物性實(shí)測(cè)值與計(jì)算有效儲(chǔ)集層物性下限值的差）討論沉積微相、巖相類型、成巖作用等對(duì)有效儲(chǔ)集層發(fā)育的控制作用，以此來消除深度對(duì)物性的影響。

3.1 沉積微相對(duì)有效儲(chǔ)集層的影響

沉積環(huán)境控制砂體展布與砂體類型，同一沉積體系下，不同微相砂體的粒度、分選、磨圓、泥質(zhì)含量等存在差異，這些因素一方面導(dǎo)致砂巖原始沉積時(shí)期的孔隙度和滲透率不同，另一方面會(huì)影響后期成巖作用的進(jìn)程，從而從根本上控制優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)集層的發(fā)育規(guī)模。

研究區(qū)百口泉組為近岸快速沉積的扇三角洲沉積體系，包含扇三角洲平原亞相和前緣亞相。其中扇三角洲平原亞相發(fā)育辮狀河道、水上泥石流和河道間微相；扇三角洲前緣亞相發(fā)育水下分流河道、水下泥石流、分流間灣和遠(yuǎn)砂壩微相[6-8]。由于河道間、分流間灣和遠(yuǎn)砂壩微相無相應(yīng)物性數(shù)據(jù)，這里不對(duì)其進(jìn)行討論。統(tǒng)計(jì)水下分流河道、辮狀河道、水下泥石流和水上泥石流的樣品，有效儲(chǔ)集層頻率逐漸降低，分別為80%，61%，35%和20%.從不同沉積微相有效儲(chǔ)集層的孔隙度、滲透率、孔隙度差值和滲透率差值可以看出，水下分流河道砂體物性最好，其次為辮狀河道和水下泥石流，水上泥石流較差（表1）。沉積作用對(duì)儲(chǔ)集層的影響主要表現(xiàn)為不同沉積微相具有不同的水動(dòng)力、砂體粒度和泥雜基含量，使得不同沉積微相具有不同的巖石結(jié)構(gòu)并影響原始物性。水下分流河道砂體受水流不斷淘洗，泥雜基含量低、分選好，原始物性好，同時(shí)也有利于后期有機(jī)酸流體的改造，因此有效儲(chǔ)集層最發(fā)育。水上泥石流和水下泥石流由于泥雜基含量高，堵塞孔隙，加上泥雜基的潤(rùn)滑作用，壓實(shí)作用也更強(qiáng)，有效儲(chǔ)集層最不發(fā)育。

表1 瑪北斜坡百口泉組不同沉積微相有效儲(chǔ)集層物性與物性差值

3.2 巖相類型對(duì)有效儲(chǔ)集層的影響

巖相代表沉積水動(dòng)力條件變化的能量單元，其代表著特定沉積微相的形成過程，是巖石類型、支撐類型、沉積結(jié)構(gòu)和沉積構(gòu)造在沉積物上的綜合響應(yīng)，因此巖相是儲(chǔ)集層物性和孔隙結(jié)構(gòu)的重要控制因素。通過巖性觀察，結(jié)合文獻(xiàn)［15］研究結(jié)果，將瑪北斜坡百口泉組砂礫巖分為4種典型的巖相（表2）。

（1）槽狀交錯(cuò)層理砂礫巖相 巖性主要為細(xì)—中礫巖，一般具大型槽狀交錯(cuò)層理，巖心上常表現(xiàn)為細(xì)礫沿層面呈底凸排列，反映牽引流機(jī)制的河道沉積，主要位于辮狀河道和水下分流河道的中下部，經(jīng)過水流淘洗，分選相對(duì)較好，泥質(zhì)雜基含量低，儲(chǔ)集性能較優(yōu)。

（2）同級(jí)顆粒支撐砂礫巖相 巖性主要為細(xì)礫巖，粒間泥質(zhì)雜基較少，反映穩(wěn)定且較強(qiáng)的水動(dòng)力條件，主要位于辮狀河道和水下分流河道的中上部，儲(chǔ)集性能較好。

（3）基質(zhì)支撐漂浮砂礫巖相 主要為碎屑流沉積，基質(zhì)可以為泥質(zhì)，也可以為硅質(zhì)，基質(zhì)為泥質(zhì)時(shí)表現(xiàn)為黏結(jié)性碎屑流，即泥石流；基質(zhì)為硅質(zhì)時(shí)表現(xiàn)為非黏結(jié)性碎屑流，其多位于水上泥石流和水下泥石流微相中。由于分選差，基質(zhì)含量高，壓實(shí)作用強(qiáng)，儲(chǔ)集性能較差。

（4）板狀交錯(cuò)層理砂巖相 此類巖相只在研究區(qū)部分井段發(fā)育，巖性主要為中—粗砂巖，局部含礫，發(fā)育板狀交錯(cuò)層理，反映牽引流沉積特征，其多位于河道的最上部，碎屑顆粒分選較好，雜基含量也相對(duì)較低，儲(chǔ)集性能總體較優(yōu)。

通過對(duì)研究區(qū)不同井百口泉組有效儲(chǔ)集層物性和物性差值統(tǒng)計(jì)可以看出，板狀交錯(cuò)層理砂巖相、槽狀交錯(cuò)層理砂礫巖相有效儲(chǔ)集層發(fā)育，其次為同級(jí)顆粒支撐砂礫巖相，基質(zhì)支撐漂浮砂礫巖相多為無效儲(chǔ)集層（表3）。

3.3 成巖作用對(duì)有效儲(chǔ)集層的影響

成巖壓實(shí)作用導(dǎo)致儲(chǔ)集層原生孔隙大量減少[16]。薄片觀察發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)儲(chǔ)集層碎屑顆粒之間多為線接觸和點(diǎn)-線接觸，可見云母、泥巖巖屑等塑性顆粒壓實(shí)變形。影響壓實(shí)作用的因素包括碎屑組分、粒度、分選和填隙物含量等。通過統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，不同沉積相帶顆粒組分差別不大，但優(yōu)勢(shì)沉積微相（水下分流河道和辮狀河道）砂體分選好、泥雜基含量低，壓實(shí)相對(duì)較弱，而不利沉積微相（泥石流）砂體分選差、泥雜基含量高，壓實(shí)作用強(qiáng)。

表2 瑪北斜坡百口泉組主要巖相類型

表3 瑪北斜坡百口泉組不同巖相有效儲(chǔ)集層物性與物性差值

研究區(qū)百口泉組膠結(jié)現(xiàn)象普遍，膠結(jié)物類型多樣，但含量并不高，平均為2.3%.最常見的為碳酸鹽膠結(jié)物（方解石和鐵方解石），其次為自生黏土礦物（以高嶺石為主），少量硅質(zhì)。由鑄體薄片觀察可知，當(dāng)碳酸鹽膠結(jié)物含量超過8.0%時(shí)，鏡下一般觀察不到顯孔，實(shí)測(cè)孔隙度一般低于6%.而碳酸鹽膠結(jié)物多在砂泥巖接觸面附近形成，從砂體中心到砂體邊緣，膠結(jié)物含量逐漸增加，物性逐漸降低。對(duì)于一定厚度的砂體，砂體中部容易形成有效儲(chǔ)集層，而與泥巖接觸的部分多為無效儲(chǔ)集層。

根據(jù)SY/T 5477—2003《碎屑巖成巖階段劃分》，研究區(qū)百口泉組主要處于中成巖階段A期（圖6），原生孔隙大量喪失，溶孔對(duì)儲(chǔ)集層起重要改善作用。鑄體薄片觀察表明，百口泉組砂礫巖儲(chǔ)集層的顆粒溶孔普遍發(fā)育，主要為長(zhǎng)石溶蝕。前人研究表明，研究區(qū)百口泉組有3期油氣充注[17]，第一期油氣充注發(fā)生于晚三疊世前，第二期油氣充注發(fā)生于早侏羅世，第三期油氣充注則發(fā)生于早白堊世，對(duì)長(zhǎng)石溶蝕有主要貢獻(xiàn)的是第三期油氣充注，此時(shí)，斜坡帶儲(chǔ)集層埋深大多超過2 500 m，地層溫度超過80℃，達(dá)到長(zhǎng)石溶蝕的反應(yīng)溫度[18]。因此，研究區(qū)埋深大于2 500 m的儲(chǔ)集層發(fā)育長(zhǎng)石溶孔，長(zhǎng)石溶蝕有效改善深部?jī)?chǔ)集層的物性。

圖6 研究區(qū)百口泉組成巖階段劃分

根據(jù)成巖作用類型及其對(duì)儲(chǔ)集層的影響，可以將百口泉組劃分為4類成巖相[12]，即弱壓實(shí)-弱溶蝕成巖相、不穩(wěn)定組分溶蝕成巖相、強(qiáng)壓實(shí)成巖相和方解石強(qiáng)膠結(jié)成巖相（表4，圖7）。根據(jù)薄片確定成巖相類型，統(tǒng)計(jì)各成巖相儲(chǔ)集層物性與物性差值，由表4可以看出，弱壓實(shí)-弱溶蝕成巖相物性最好，且其物性差值最大，有效儲(chǔ)集層最發(fā)育，其次為不穩(wěn)定組分溶蝕相，而強(qiáng)壓實(shí)成巖相和方解石強(qiáng)膠結(jié)成巖相幾乎都為無效儲(chǔ)集層。

表4 瑪北斜坡百口泉組不同成巖相有效儲(chǔ)集層物性與物性差值

圖7 瑪北斜坡百口泉組成巖相特征

4 結(jié)論

（1）綜合利用分布函數(shù)曲線法和試油法求取了瑪北斜坡百口泉組不同深度段有效儲(chǔ)集層物性下限值，通過擬合確定物性下限隨深度的關(guān)系式，并利用試油資料對(duì)儲(chǔ)集層物性下限進(jìn)行了檢驗(yàn)。

（2）在確定儲(chǔ)集層物性下限和深度關(guān)系式的基礎(chǔ)上，采用物性差值分析了沉積微相、巖相類型和成巖作用對(duì)有效儲(chǔ)集層的影響，結(jié)果表明，扇三角洲水下分流河道微相有效儲(chǔ)集層最發(fā)育，其次為辮狀河道；槽狀交錯(cuò)層理砂礫巖相和板狀交錯(cuò)層理砂巖相有效儲(chǔ)集層最發(fā)育；弱壓實(shí)-弱溶蝕成巖相有效儲(chǔ)集層最發(fā)育。

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