哈山地區(qū)二疊系致密碎屑巖儲層特征及控儲作用分析

宋梅遠(yuǎn)

(中國石化勝利油田分公司 勘探開發(fā)研究院,山東 東營 257000)

準(zhǔn)噶爾盆地是中國西北大型含油氣盆地之一,隨著研究的深入,勘探層位逐漸由淺層的侏羅系、三疊系拓展到二疊系,且取得一定的勘探成效[1]。中石油風(fēng)城組三段多口井鉆遇良好油氣顯示,試油獲高產(chǎn),其中,風(fēng)501井風(fēng)三段發(fā)育扇三角洲前緣相砂巖,中途測試獲78.4 t/d的高產(chǎn);中石化勝利探區(qū)哈山逆沖推覆帶前翼哈淺6、哈山1、哈深斜1等多口井在下二疊統(tǒng)風(fēng)城組致密碎屑巖儲層中見到豐富的油氣顯示,試油獲突破,展示出二疊系廣闊的勘探前景。目前針對哈山地區(qū)二疊系的研究多集中于風(fēng)城組沉積環(huán)境、斷裂活動及其沉積響應(yīng)等方面[2-4],對其致密儲層特征、控制因素及分布尚未進行系統(tǒng)研究,本文在李嶸、牛海青等[5-7]研究的基礎(chǔ)上,綜合鉆井取心、測錄井、微觀薄片、掃描電鏡等資料,對哈山地區(qū)二疊系碎屑巖儲層特征及控儲作用深入研究,以期明確有利儲層展布,為勘探部署提供依據(jù)。

1 地質(zhì)概況

哈山(哈拉阿拉特山)地區(qū)位于準(zhǔn)噶爾盆地的西北邊緣,構(gòu)造上隸屬于準(zhǔn)噶爾盆地北緣哈-德(哈山-德倫山)構(gòu)造帶的西端,南鄰瑪湖富烴凹陷,北以達爾布特斷裂為界與和什托洛蓋盆地相接,西部為扎伊爾山,整體呈北東-南西向展布[8]。有利勘探面積逾1 000 km2(圖1)。

自晚古生代至第四紀(jì)以來,研究區(qū)經(jīng)歷了海西、印支、燕山、喜馬拉雅等多期構(gòu)造運動,整體為一大型的逆沖推覆構(gòu)造,具有“垂向分層、平面分帶、東西分段”的地質(zhì)結(jié)構(gòu)特點[8]。依據(jù)構(gòu)造變形特征劃分為淺層超剝帶、前緣沖斷帶、外來推覆系統(tǒng)、準(zhǔn)原地疊加系統(tǒng)四個構(gòu)造單元。

哈山地區(qū)自下而上發(fā)育石炭系、二疊系、三疊系、侏羅系、白堊系和新生界地層。二疊系劃分為下統(tǒng)佳木河組(P1j)、風(fēng)城組(P1f),上統(tǒng)夏子街組(P2x)和烏爾禾組(P2w),烏爾禾組在區(qū)內(nèi)零星分布,風(fēng)城組、夏子街組碎屑巖儲層較為發(fā)育,風(fēng)城組儲層物性優(yōu)于夏子街組。風(fēng)城組細(xì)分為三段,其中風(fēng)三段碎屑巖更為發(fā)育,主要分布在哈山西部前緣沖斷帶及哈山中東部外來推覆系統(tǒng)。

圖1 準(zhǔn)噶爾盆地哈山地區(qū)構(gòu)造位置

2 碎屑巖儲層特征

2.1 巖石學(xué)特征

哈山地區(qū)風(fēng)三段碎屑巖儲層主要為灰色、棕色的長石巖屑砂巖和巖屑長石砂巖、砂礫巖、以及不同程度云化的砂巖,碎屑成分以石英、長石和巖屑為主,含一定量的白云石。石英含量在20%～50%之間,平均為36.3%,長石含量較低。巖屑含量在4%～41%之間,平均為8%,白云石含量為15%～20%,部分層段黑云母含量較高,達10%。膠結(jié)物主要為鈣質(zhì),泥質(zhì)次之,硅質(zhì)較少,黏土雜基含量較低。

薄片鑒定及粒度分析資料表明,風(fēng)城組三段碎屑巖儲層以細(xì)、中粒為主,在0.15～0.35 mm之間,發(fā)育中砂巖、細(xì)砂巖;分選中等～較好，磨圓度較高,膠結(jié)類型以孔隙式膠結(jié)為主,當(dāng)石英次生加大邊發(fā)育時,顆粒呈鑲嵌接觸,在風(fēng)城組偶見基底式。風(fēng)三段碎屑巖儲層整體成分成熟度中等、結(jié)構(gòu)成熟度中等。

2.2 儲集空間類型

根據(jù)鑄體薄片觀察,結(jié)合掃描電鏡等手段,查明風(fēng)三段碎屑巖儲層的孔隙類型主要為次生溶蝕孔,原生孔隙甚少發(fā)育。次生孔隙主要包括溶蝕粒間孔、溶蝕粒內(nèi)孔、填隙物內(nèi)溶孔以及微裂縫。

(1)粒間溶孔為風(fēng)城組三段碎屑巖儲層主要的孔隙類型,呈2種產(chǎn)出形式:一種在剩余原生粒間孔的基礎(chǔ)上溶蝕擴大而成,溶解組分主要為長石、方解石、巖屑等,外形呈港灣狀,孔徑大小和分布不均勻,一般在0.01～0.5 mm之間,最大孔徑可達3 mm;另一種在巖石顆?；蚰噘|(zhì)雜基晶間孔的基礎(chǔ)上再溶解形成,一般呈長條狀,此類孔隙較少見(圖2(a))。

(2)粒內(nèi)溶孔多沿著礦物解理縫、雙晶縫、巖屑斑晶與基質(zhì)的接觸面發(fā)育,隨著溶蝕作用加強,粒內(nèi)溶孔逐漸變大。根據(jù)溶解程度,分為粒內(nèi)部分溶解孔隙、顆粒溶解殘余孔隙、鑄?？紫?。粒內(nèi)部分溶解孔隙多見于長石顆粒,沿解理面溶解,分布不均勻(圖2(b));鑄模孔隙為顆粒完全被溶解而保留其原樣的孔隙類型(圖2(c))。

(3)填隙物內(nèi)溶孔膠結(jié)物和雜基內(nèi)部被溶蝕產(chǎn)生的孔隙,多是碳酸鹽膠結(jié)物溶蝕而成(圖2(d))。

(4)該區(qū)微裂隙包括由于壓實作用、收縮作用及各種構(gòu)造應(yīng)力作用形成的細(xì)小裂隙,僅局部區(qū)域可見,部分已充填,未充填微裂隙主要起到孔隙連通作用。

構(gòu)造裂縫較細(xì),常可切穿巖石顆粒、雜基等,縫內(nèi)較潔凈,少數(shù)充填有泥質(zhì)、硅質(zhì)和方解石等(圖2(e));成巖裂縫,成巖過程中脆性顆粒壓實破碎、邊緣壓溶、礦物轉(zhuǎn)化收縮等作用形成的縫狀孔隙空間;界面縫,巖石中顆粒因不均一收縮,沿顆粒表面產(chǎn)生的孔縫 (圖2(f))。

根據(jù)鏡下薄片、掃描電鏡等統(tǒng)計,研究區(qū)二疊系風(fēng)城組碎屑巖儲層儲集空間類型以粒內(nèi)溶孔、填隙物溶孔等次生溶孔為主,占總儲集空間的74%,主要溶蝕礦物為長石、碳酸鹽巖膠結(jié)物,原生孔縫較少,表明儲層遭受后期溶蝕改造作用較強。

圖2 哈山地區(qū)二疊系風(fēng)城組儲層孔隙類型

2.3 物性特征

二疊系風(fēng)三段碎屑巖孔隙度分布較集中,滲透率分布比較分散。孔隙度為3%～11%,平均7.69%,滲透率為(0.02～20)×10-3μm2,平均為1.11×10-3μm2,屬低孔-低滲儲層,但局部仍發(fā)育“甜點”儲層。

學(xué)生在有軌電車賣票勞動的時候，她跟同車的司機扯上了。那個司機也是個混血兒，像個哥薩克人，很俗卻很俏皮。我見過他，他哼哼的歌子聽上去很傷感。

風(fēng)三段碎屑巖最大孔喉半徑分布跨度很大,但平均值小于2.5 μm,基本屬于細(xì)喉—微喉。排驅(qū)壓力在一定范圍內(nèi)變化較大,但平均值并不高,由于儲集巖中裂縫發(fā)育,平均毛管半徑多小于1 μm,屬微小孔隙—微孔隙。孔隙結(jié)構(gòu)屬微小孔細(xì)喉、微孔微細(xì)喉、微孔微喉,評價為中下、差儲層。

3 控儲作用分析

對于深埋藏條件下的碎屑巖儲層,原生孔隙已消失殆盡,次生孔隙成為油氣的主要運移和儲集場所[9-10],而次生孔隙的發(fā)育受多種因素的控制和制約。研究發(fā)現(xiàn),哈山地區(qū)風(fēng)城組碎屑巖儲層性質(zhì)主要受沉積相、成巖作用的影響,它們對儲層的控制是相互聯(lián)系的,但其作用不同。

3.1 沉積作用

物源及沉積相類型決定巖石的組分、類型和結(jié)構(gòu),哈山地區(qū)二疊系風(fēng)城組以扇三角洲、湖泊相為主,自下而上整體表現(xiàn)為扇三角洲規(guī)模擴大,水體變淺的趨勢,風(fēng)三段扇三角洲前緣砂體發(fā)育。統(tǒng)計不同沉積微相砂體的巖心物性分析數(shù)據(jù),結(jié)果表明沉積相對儲層物性有較強的控制作用,扇三角洲前緣水下分流河道砂體平均孔隙度在10%以上。主要是因為扇三角洲前緣巖性多為礫巖、砂質(zhì)細(xì)礫巖、砂礫巖等中粗巖性,粒度適中,分選相對較好,易于形成優(yōu)質(zhì)儲層。

扇三角洲前緣巖石中的泥質(zhì)雜基經(jīng)過河水和湖水的反復(fù)淘洗,含量普遍較低,遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其他亞相砂巖和砂礫巖[11];風(fēng)城組沉積初期堿湖環(huán)境,形成大量的碳酸鹽巖膠結(jié)物,早期適度的碳酸鹽巖膠結(jié),在一定程度上可減弱壓實作用的強度,并為后期膠結(jié)物的溶解形成大量次生孔隙創(chuàng)造條件。據(jù)不同沉積亞相雜基、長石及碳酸鹽膠結(jié)物含量與孔隙度的關(guān)系(圖3)可以看出,扇三角洲前緣貧雜基、富長石、碳酸鹽適度膠結(jié),是有利儲層發(fā)育區(qū)。

3.2 溶蝕作用

溶解作用對改善碎屑巖儲層的儲集性能起到積極作用,目前多數(shù)學(xué)者認(rèn)為溶蝕型孔隙是由有機酸或碳酸引起礦物溶解所形成的[12-13]。通過鑄體薄片、掃描電鏡觀察、元素分析等查明,有機酸溶蝕是研究區(qū)風(fēng)城組三段碎屑巖溶蝕孔隙形成的主要原因。研究區(qū)二疊系儲層處于中成巖期A亞期-晚成巖期,該時期有機質(zhì)在較高的溫壓條件下分解產(chǎn)生有機酸、水、CO2,進入碎屑巖儲集層,將造巖礦物長石以及方解石等膠結(jié)物溶蝕,形成了大量的溶蝕孔隙。有機酸對長石等鋁硅酸鹽礦物的溶解有兩種機制:一是羧酸與A13+結(jié)合,形成絡(luò)合物溶于水而遷移,形成次生孔隙;二是有機酸與鋁硅酸鹽礦物反應(yīng),使礦物體積減小、孔隙增加[12]。

圖3 哈山地區(qū)不同沉積亞相雜基、長石及碳酸鹽膠結(jié)物含量與孔隙度的關(guān)系

哈山地區(qū)沖斷帶發(fā)育風(fēng)城組優(yōu)質(zhì)烴源巖,哈深斜1、哈淺6等多井鉆遇較厚的暗色泥巖,地化分析認(rèn)為該套泥巖具有較好的生烴能力,以哈淺6井為例,有機碳含量為0.29%～5.35%,平均值達1.18%,

Ro平均為0.87%,熱解最高溫度值為425～451 ℃,有機質(zhì)類型為Ⅰ-Ⅱ1;硼含量為(68.9～202.4)×10-6,Sr/Ba比值為0.93～1.45,上述指標(biāo)表明風(fēng)城組還原咸水母源特征,為成熟優(yōu)質(zhì)烴源巖,烴源巖整體西厚東薄,中西部油源條件更為優(yōu)越。該套烴源巖為溶蝕作用的發(fā)生提供溶蝕介質(zhì),熱演化形成的酸性流體在斷層裂縫的溝通下,與碎屑巖中的易溶礦物發(fā)生水巖作用,形成次生孔隙,從而改善儲層的孔滲性。

3.3 白云化作用

風(fēng)城組沉積時期氣候炎熱干旱,蒸發(fā)作用強烈,研究區(qū)形成了鹽度偏高的半封閉還原湖泊,這種干燥型湖泊為白云巖化的發(fā)生提供有利條件。沉積物中富含有機質(zhì)和凝灰物質(zhì),孔隙水中溶解大量CO32-以及Ca2+、Mg2+。在早期成巖演化過程中,由于壓實作用、蒸發(fā)作用,孔隙流體排出,伴隨少量碳酸鹽沉淀;在中成巖階段,有機質(zhì)生烴排出的大量CO32-促進了碳酸鹽的形成。

綜合白云石結(jié)構(gòu)、地球化學(xué)特征、白云巖形成環(huán)境、形成機理和沉積相,明確了哈山地區(qū)及周緣地區(qū)云化碎屑巖儲層形成演化過程(圖4)。

早二疊世末期,火山活動強烈,大量的火山灰下沉,使濱淺湖地區(qū)富含Ca2+、Mg2+,伴隨蒸發(fā)作用,離子濃度增大,Ca2+首先沉淀形成方解石,隨著Mg/Ca不斷增大,經(jīng)蒸發(fā)泵吸作用,產(chǎn)生準(zhǔn)同生云化碎屑巖;晚二疊世末期,大規(guī)模的構(gòu)造活動,裂縫發(fā)育,深部酸性流體沿斷層、裂縫運移上涌,在斷層附近沿裂縫及溶孔發(fā)育溶蝕孔縫型優(yōu)質(zhì)儲層;晚白堊世末期,為構(gòu)造調(diào)整期,發(fā)育小型斷裂及裂縫,云化碎屑巖儲層經(jīng)歷進一步改造。

不同構(gòu)造帶云化作用強弱存在差異,深洼帶云化作用最弱,斜坡區(qū)相對變強,由于斷裂的溝通,在斷裂帶附近云化作用最為強烈,孔縫發(fā)育,孔隙度達12.5%,發(fā)育優(yōu)質(zhì)儲層。

圖4 哈山及周緣地區(qū)云化砂巖儲層成因演化

4 結(jié) 論

(1)二疊系風(fēng)城組沉積晚期,物源供給增強,扇三角洲前緣相砂體發(fā)育,碎屑巖儲集空間以顆粒內(nèi)、粒間溶孔等次生孔隙為主,溶蝕礦物主要為造巖礦物長石及早期碳酸鹽巖膠結(jié)物?？紫抖绕骄鶠?.69%,滲透率平均為1.11×10-3μm2,屬低孔-低滲致密砂巖儲層。

(2)扇三角洲前緣有機酸溶蝕及云化作用控制了碎屑巖“甜點”儲層的發(fā)育:扇三角洲內(nèi)前緣砂巖成熟度高、雜基少、長石含量高、碳酸鹽適度膠結(jié),為后期有機酸溶蝕提供了物質(zhì)基礎(chǔ);云化作用增加了巖石的脆性,在斷裂帶附近云化作用最為強烈,裂縫發(fā)育,深部酸性流體沿斷層裂縫運移上涌,形成溶蝕孔縫型優(yōu)質(zhì)儲層。

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