川西南部大興場地區(qū)雷四3亞段儲層特征及控制因素

林 怡 徐詩雨 余良志 何開來 楊 京 曾乙洋 黎 洋 趙春妮

1.中國石油西南油氣田公司勘探開發(fā)研究院 2.中國石油西南油氣田公司勘探事業(yè)部

0 引言

四川盆地中三疊統(tǒng)雷口坡組資源豐富，總地質資源量為0.75×1012m3，是重要的戰(zhàn)略準備層系。自20世紀70年代開始，中國石油西南油氣田公司礦權范圍內先后于川西北中壩、川中磨溪、川東臥龍河等氣田雷口坡組氣藏提交探明儲量近600×108m3[1]。而中國石油西南油氣田公司在川西南部部署的鉆探雷口坡組的探井均產水。已有勘探研究成果表明，川西南部雷四段與龍崗地區(qū)發(fā)育程度相似，均在印支期遭受風化巖溶改造。由于資料缺乏，對川西南部大興場地區(qū)雷四段儲層含油氣地質條件研究程度較低，直至2016年在大興場—白馬廟地區(qū)大型構造-地層復合圈閉高部位部署了XT1井，完井測試獲氣5.17×104m3/d，這是中國石油西南油氣田公司在川西南部雷口坡組第一口純氣井，XT1井是繼1972年中壩氣田之后，中國石油在川西地區(qū)雷口坡組勘探又一重要突破[2]。隨著近年來該區(qū)新部署鉆揭雷四段的探井測試成果良好，測井解釋也證實鉆井儲層較為發(fā)育，隨著研究資料的豐富，為進一步擴大立體勘探成果及為下一步勘探部署提供依據(jù)，迫切需要進行川西南部大興場地區(qū)雷口坡組四段儲層研究工作。

前人對該區(qū)沉積及儲層特征、成巖作用等方面做過相關研究，李宏濤等認為川西南部雷四段主要發(fā)育碳酸鹽巖臺地潮坪相以及臺地邊緣灘相，以顆粒灘儲層為主[3]；吳世祥等、李凌等認為從儲集巖類來看，雷四段大規(guī)模發(fā)育厚度大、分布廣、物性優(yōu)、含氣性好的白云巖孔隙型儲層，儲層縱向上疊置發(fā)育，橫向上分布較為穩(wěn)定可對比[4-5]。在儲層成因方面，陳莉瓊等、王瓊仙等認為雷四段頂部存在古風化殼，儲層發(fā)育主要受古地貌、沉積作用及巖溶作用的影響[6-7]。

通過巖心薄片、掃描電鏡觀察，開展巖心樣品物性與壓汞實驗分析，結合測井儲層解釋結果，對川西南大興場地區(qū)雷四3亞段儲層特征進行詳細描述與分析，研究儲層特征及其對儲層發(fā)育的控制作用，以期進一步指導該區(qū)海相地層油氣勘探方向。

1 區(qū)域地質背景

1.1 構造特征

川西南部大興場地區(qū)位于四川省成都市蒲江縣—新津縣—邛崍市境內，構造上屬于四川盆地川西中新坳陷低陡帶內的雅安斜坡帶上的一個大型隆起，距西側龍門山斷裂帶較遠。川西南部是由川中古陸核與周邊海槽經晉寧期地質事件褶皺上升并增生而成，屬揚子準地臺（或揚子板塊）的西部邊緣。中三疊世前本區(qū)基本處在被動大陸邊緣，屬于拉張構造環(huán)境，以發(fā)育碳酸鹽巖臺地沉積為主[3]。該區(qū)經歷了多次構造運動和沉積演化，含豐富油氣資源、儲產層多且斷褶構造發(fā)育，為油氣勘探有利區(qū)（圖1a）。

1.2 地層及沉積特征

雷口坡組是黃汲清等（1939）在四川省威遠縣新場鎮(zhèn)雷口坡發(fā)現(xiàn)位于“嘉陵江灰?guī)r”之上厚200 m左右的石灰?guī)r，許德佑據(jù)化石特征將其命名為“雷口坡系”。2000年《中國地層典三疊系》將四川盆地中三疊統(tǒng)三分，對應的巖石地層單位由下至上為雷口坡組、黃蓮橋組、馬鞍塘組，雷口坡組即由“雷口坡系”演變而來。雷口坡組的巖性主要為石灰?guī)r、白云巖夾巖溶角礫巖、石膏巖、鹽巖。根據(jù)四川盆地和鄂西、黔北地區(qū)中三疊統(tǒng)區(qū)域劃分方案，雷口坡組劃分為四段，自下而上分別為雷一段、雷二段、雷三段、雷四段。研究區(qū)內雷口坡組四段為一套碳酸鹽巖地層，受沉積作用及印支運動的影響，川西南地區(qū)雷口坡組厚度分布不一，遭遇不同程度的剝蝕，盆內殘厚50～665 m，下伏地層為雷三段碳酸鹽巖，上覆地層為須家河組碎屑巖，在川西中南部為須一段馬鞍塘亞段碳酸鹽巖[4-6]。雷四段主要為局限—蒸發(fā)臺地環(huán)境下的膏鹽巖與白云巖不等厚互層，根據(jù)巖性組合又劃分為雷四1、雷四2、雷四3等3個亞段，其中雷四3亞段為儲層發(fā)育段，巖性主要為顆粒白云巖和細粉晶白云巖，顆粒主要有藻屑、砂屑，含少量鮞粒和礫屑（圖1b）。雷四3亞段厚度總體上具有由北西向南東逐漸減薄，直至尖滅的特征，雷四3亞段殘厚0～210 m[7]。

2 儲層特征

2.1 儲集巖類型

中三疊世末，受印支運動影響，四川盆地經歷海退，龍門山造山運動開始，形成龍門山水下古隆起，導致雷口坡組遭受大面積剝蝕。在川西南部大興場地區(qū)殘存雷四3亞段的區(qū)域內，儲層段取心收獲率較低。根據(jù)巖心及薄片資料、測井解釋成果、試油成果綜合分析認為大興場地區(qū)雷四3亞段儲層均發(fā)育在白云巖中，儲層的巖性為：顆粒云巖和細、粉晶白云巖[8-9]（圖2）。

砂屑白云巖：川西南部雷四3亞段最為常見的顆粒白云巖是砂屑白云巖，其分布規(guī)律多呈0.05～5.00 m厚度不等的層狀或透鏡狀，顆粒含量一般為60%～70%，分選中等－好，具有一定的磨圓，顏色多為褐灰、深褐色，由粉晶白云巖和藻泥晶白云巖構成，粒間被粉晶白云巖及云泥質、局部膏質充填。顆粒白云巖經過重結晶作用和強烈的白云石化作用改造后大多顯示殘余結構，如QL1井雷四3亞段砂屑顆粒經過重結晶作用改造為粉晶殘余砂屑結構。這類巖石特征表明，砂屑形成的水動力條件較強，屬于臺地內高能帶產物[2]。

藻屑白云巖：當沉積界面處于浪基面之上的高能帶時，早期的泥晶巖類或藻白云巖被破碎，形成砂屑。若形成環(huán)境利于藻類生長，藻類可黏結、纏繞砂屑生長，形成藻黏結砂屑云巖。有時可見呈紋層狀分布的藍藻條帶定向延展，富溶藻孔紋層與貧溶藻孔紋層呈不等厚互層。多發(fā)育未被充填的粒內溶孔和粒間溶孔，呈針孔狀分布?？讖?.01～0.15 mm，最大0.25 mm，一般0.02～0.04 mm。

粉晶白云巖：呈現(xiàn)中—薄層狀分布，顏色以淺灰、灰白色為主，晶形較差，為半自形—它形晶，局部自形晶，白云石晶體大小分布于0.03～0.10 mm之間，晶間充填物較少，晶間孔和晶間溶孔發(fā)育，局部見少量膏質斑塊。

泥晶白云巖：呈現(xiàn)?。袑訝罘植迹嘁曰液稚?、淺灰色為主，晶形差，均為它形晶，白云石晶體大部分小于0.03 mm，晶粒間多充填黏土質，較少發(fā)現(xiàn)陸源硅質充填，偶見窗格構造、鳥眼構造、石膏或石鹽假晶。這類巖性反映了水動力條件較弱、水體寧靜的低能環(huán)境。川西南部大興場地區(qū)雷四3亞段泥晶白云巖受后期成巖作用改造，孔滲性能有所提高。

2.2 儲集空間類型

圖2 川西南部大興場地區(qū)雷四3亞段儲集巖石類型圖

碳酸鹽巖儲層具有多種儲集空間類型，如不受組構控制的溶縫、溶洞和構造縫，和受組構控制的粒內溶孔、粒間溶孔、晶間溶孔、鑄?？椎取４ㄎ髂喜看笈d場地區(qū)雷四3亞段儲集空間根據(jù)其成因、形態(tài)、大小及與巖石結構組分的關系，將其劃分為3類：孔隙、溶洞和裂縫（圖3）。其中起主要儲集作用的為孔隙，伴有極少量溶洞，裂縫雖有一定的儲集性能，但主要起溝通儲集空間的作用[10]。

研究區(qū)內雷四3亞段儲層孔隙類型主要包括晶間溶孔、粒間溶孔、粒內溶孔。其形成主要與優(yōu)勢沉積相、準同生期和埋藏期白云石化作用、準同生—成巖早期巖溶、表生巖溶和多期埋藏巖溶疊加有關。孔隙發(fā)育程度的好壞直接影響到雷口坡組儲層的儲集能力。

晶間孔和晶間溶孔主要發(fā)育于重結晶強烈、原巖組構遭到破壞的泥粉晶云巖和泥晶（藻）砂屑云巖中。在準同生期，原巖剛沉積時，化學性質為方解石，在滲透回流作用下，層內流體優(yōu)先沿著孔隙層流動，完成白云石化作用的同時，將粒間孔隙轉變?yōu)榫чg孔，較大程度地保存了儲集巖的原始孔隙結構。在埋藏期，熱液等地下流體的活動，使部分粉細晶云巖進一步重結晶，晶粒變大，部分溶解，進一步增加了晶間孔隙度。晶間溶孔是研究區(qū)雷口坡組重要的儲集空間類型，常與晶間孔伴生[11-13]。

原生粒間孔的產生是由于顆粒巖早期原始堆積后，顆粒之間由顆粒本身支撐形成。當粒間膠結物不發(fā)育或含量極少時，粒間孔隙得以保存，形成殘余粒間孔。遭受大氣淡水淋濾或者酸性流體溶蝕的改造，顆粒間膠結物或部分顆粒本身被多期溶蝕作用擴大形成粒間溶孔，粒間溶孔是對原生粒間孔的保持和擴大。它往往有較好的孔隙度和滲透率，構成良好的油氣儲集空間，是研究區(qū)一種重要的儲集空間類型，發(fā)育普遍。分布于藻屑云巖、砂屑云巖、鮞粒云巖的顆粒之間，連通性好。

2.3 孔隙結構特征

儲層孔隙結構主要是指巖石所具有的孔隙和喉道的大小、分布及其相互匹配關系，是認識和評價儲層的關鍵因素之一[10,13]。根據(jù)所選代表性的儲層樣品壓汞分析，儲層孔喉結構特征主要表現(xiàn)為孔喉分布頻帶寬，分選性較差，最大連通孔喉半徑小，排驅壓力較高，具有細孔小喉—細孔微喉型的結構特征。

據(jù)所選13個儲層巖樣的壓汞資料統(tǒng)計，儲層的最大孔喉半徑普遍小于0.150 μm，分布范圍0.015～5.330 μm，平均僅1.851 μm；飽和度中值半徑R50最大1.055 μm，最小0.005 μm，平均0.209μm；儲層孔喉分布頻帶寬，無明顯峰值特征，最大連通孔喉半徑小，最小孔喉（小于0.025 μm）體積百分數(shù)高。各儲層段均值系數(shù)較低，平均0.305；孔喉分選性差，分選系數(shù)最小0.652，最大3.818，平均2.479，表明儲層以微隙居多的特點（表1）。

圖3 川西南部大興場區(qū)雷四3亞段儲集空間類型圖

表1 川西南部大興場地區(qū)雷四3亞段儲層孔隙結構參數(shù)表

排驅壓力相對較高，13個巖樣統(tǒng)計平均排驅壓力達7.366 MPa。最大進汞飽和度偏低，200 MPa下超過一半以上的巖樣最大進汞飽和度均低于80%，僅占總樣品46.15%的巖樣數(shù)最大進汞飽和度超過80%，其中最大進汞飽和度超過90%的巖樣數(shù)僅占7.7%，最大進汞飽和度最大值達91.33%。退汞效率差，13個巖樣統(tǒng)計平均退汞效率僅20.92%?？缀矸植碱l率寬，分選性較差，沒有明顯的峰值，對滲透率貢獻最大的主要是小—微喉道。毛細管壓力曲線呈現(xiàn)出偏細歪度的特征，個別曲線呈現(xiàn)出雙臺階型，反映儲層發(fā)育有孔隙系統(tǒng)外，還發(fā)育有裂縫系統(tǒng)（圖4）。

川西南部大興場地區(qū)雷四3亞段氣藏儲層與龍崗地區(qū)雷四3亞段氣藏儲層同屬于碳酸鹽巖臺地灘相顆粒云巖為主的儲層，并同樣經歷了風化侵蝕面的古巖溶作用改造，認為兩個氣藏儲層具有一定的可對比性。參照四川盆地龍崗地區(qū)雷四3亞段氣藏儲層的分類標準[14]（表2），結合本區(qū)雷四3亞段儲層巖性、物性和孔隙結構特征，毛細管壓力曲線和孔隙結構參數(shù)，川西南部大興場地區(qū)雷四3亞段氣藏以Ⅲ類儲層為主。

2.4 儲層物性

川西南部大興場地區(qū)雷四3亞段白云巖儲層具有低孔、低滲的特征。據(jù)研究區(qū)巖心物性樣品分析，儲層孔隙度分布范圍2.00%～10.60%，一般分布范圍2.00%～4.00%，占樣品總數(shù)的59.6%，孔隙度平均值3.90%（圖5a）。儲層滲透率分布范圍0.001～52.900 mD，滲透率集中分布在小于0.010 mD和0.100～1.000 mD兩個區(qū)間內，平均值2.280 mD（圖 5b）。

對川西南部大興場地區(qū)雷四3亞段巖心柱塞樣品孔隙度和滲透率作相關分析，巖心柱塞樣品的孔滲數(shù)據(jù)點較分散，孔滲關系較差，在較低孔隙度時普遍具有較高的滲透率，而具有較高的孔隙度的樣品孔滲關系較好，裂縫-孔隙型儲層發(fā)育（圖5c）。

2.5 儲層發(fā)育分布特征

由于構造位置和地層厚度的差異，大興場地區(qū)儲層厚度與鄰區(qū)儲層厚度存在一定程度的差距，表現(xiàn)出非均質性較強的特點（圖6a）。研究區(qū)內雷四3亞段縱向上發(fā)育多套儲層，但單層厚度較薄。XT1井測井解釋為兩套儲層，分別為4 049.0～4 050.3 m、4 053.8～4 054.7 m，儲層總厚2.2 m。北部鄰區(qū)QL1井測井解釋有4套儲層，分別為4 744.0～4 745.8 m、4 746.8～4 747.9 m、4 751.5～ 4 753.3 m、4 755.5～4 760.9 m，總計厚度10.1 m。平面上儲層連片展布，由北西向南東逐漸減薄直至尖滅（圖6b）。

圖4 川西南部大興場地區(qū)雷四3亞段毛細管壓力曲線圖

表2 四川盆地龍崗地區(qū)雷四3亞段儲層分類特征表

圖6 川西南部大興場地區(qū)雷四3亞段儲層發(fā)育分布圖

3 儲層發(fā)育主控因素

碳酸鹽巖儲層的形成、演化、分布以及質量優(yōu)劣情況受沉積作用、成巖作用和構造破裂作用的共同控制。沉積作用及其產物是為儲層形成和演化提供物質基礎，它不僅決定了主要儲層的大致分布范圍，而且影響后期成巖作用類型及強度；成巖作用和構造破裂是儲層形成和改造的關鍵，特別是成巖作用，既控制了儲層的最終展布，又決定了儲層內部的孔喉結構[15-16]。

3.1 沉積作用

沉積作用為儲層發(fā)育提供物質基礎。具有特定結構的巖石類型會在相應的沉積環(huán)境中發(fā)育，因此沉積作用是基礎，對巖石在成巖期間的演化方式和途徑起到決定性作用[17]。川西南部雷四3亞段沉積環(huán)境主要為碳酸鹽巖臺地相的局限—蒸發(fā)臺地亞相，在臺地內部相對凸起的高部位上?？尚纬稍逍紴?、砂屑灘或鮞灘微相（圖7）。物性統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，儲層物性較好的主要是顆粒灘相的顆粒云巖，潮坪環(huán)境的藻紋層云巖，粉晶云巖、泥晶云巖物性較差[18]。灘相儲層發(fā)育程度與灘體厚度具正相關關系，顆粒灘規(guī)模越大，儲層越發(fā)育。XT1 井測井解釋2套儲層，分別為4 049.0～4 050.3 m、4 053.8～4 054.7 m，儲層總厚2.2 m，平均孔隙度3.60%，從該井沉積相綜合圖上可以看出該井儲層縱向發(fā)育部位與臺內灘分布位置吻合，儲層的發(fā)育程度受灘體的控制作用非常明顯（圖8）。因此，臺內灘、潮間帶等有利相帶控制了優(yōu)質儲層的展布，儲層發(fā)育具有明顯相控特征。

圖7 川西南部雷四3亞段沉積相平面圖

此外，在灘體沉積基礎上發(fā)育的各類顆粒巖類原生孔隙發(fā)育，在后期的成巖階段易遭受溶蝕作用，形成好的次生孔隙。而潮間帶微相也控制了白云石化作用的進行，在干旱炎熱的氣候條件下，蒸發(fā)作用導致海水或孔隙水濃縮堿化，形成高Mg2+/Ca2+值的鹵水，發(fā)生準同生白云石化作用；當過剩的鹵水向下滲透回流，使沿途石灰?guī)r轉化成白云巖即發(fā)生“滲透—回流白云石化作用”，形成大片分布的泥—粉晶云巖。在此過程中產生晶間孔，為后期儲層改造創(chuàng)造了有利條件[19-20]。

3.2 巖溶作用

巖溶作用對儲層發(fā)育起到加強和鞏固作用。碳酸鹽巖沉積物在一定的條件下形成以后，即進入成巖階段。在此階段，沉積物在新的生長環(huán)境中要遭受各種化學、物理作用的改造，以達到與周邊環(huán)境相對平衡狀態(tài)，在這個過程中沉積物中的各種結構都在不斷變化，各種不同的成巖作用對儲層的孔隙具有不同的影響。

普遍認為對碳酸鹽巖儲層起建設性的成巖作用主要為白云石化作用和巖溶作用。在對四川盆地海相層系的勘探過程中發(fā)現(xiàn)，大規(guī)模分布的優(yōu)質孔隙型儲層幾乎全是白云巖儲層。灘相沉積環(huán)境中生長的顆粒巖在白云石化作用后再經過溶蝕作用的改造形成優(yōu)質儲層，因此白云石化作用是優(yōu)質儲層發(fā)育的關鍵因素。在準同生期碳酸鹽巖沉積物的原生孔隙會得到進一步的保持和繼承改造。田瀚等通過微量元素實驗分析發(fā)現(xiàn)，該期白云石有序度較低，在0.38～0.68之間，平均為0.57，表明川西南部大興場地區(qū)白云石具有同生—準同生期形成的特征[17]。此外，碳氧同位素分析δ18O值結果指示了蒸發(fā)海水的性質，說明基質白云石是早期的滲透回流白云石化作用形成的。在準同生期隨著潮濕、干旱氣候的周期性交替變化，大氣淡水的淋濾以及藻紋層中有機質的分解，形成白云石晶間溶孔、藻紋層格架孔和粒間溶孔。因此以白云石為基質的碳酸鹽巖是發(fā)生溶蝕作用的重要條件之一，即白云石化作用對儲層的改造具有重要作用。

大氣淡水或酸性地下水使碳酸鹽巖發(fā)生選擇性或非選擇性溶解作用并產生溶蝕孔洞，因此一般而言，巖溶作用對儲層發(fā)育起到積極的改造作用。受印支運動的影響，川西南部構造抬升，地層遭到強烈剝蝕。研究區(qū)內雷四3亞段儲層受到大氣淡水淋濾，發(fā)生表生巖溶作用。區(qū)內多口鉆井如GJ1、SY1井，在雷口坡組頂界發(fā)生井漏，另外在巖心和薄片中觀察到，在雷四3亞段頂部出現(xiàn)鈣結殼斷塊、滲流粉砂充填、溶洞垮塌的砂礫屑、溶塌角礫、懸垂膠結等古巖溶作用標志（圖9）。另外，古地貌及巖性等因素對表生巖溶作用的強度具有一定影響。泥晶碳酸鹽巖由于淋濾時孔洞不發(fā)育，巖石致密，淡水流體滲流不暢，淋濾作用不明顯，只是在裂縫發(fā)育時可沿裂縫淋濾溶蝕，形成儲層；灘相的顆粒碳酸鹽巖由于淋濾前本身孔洞發(fā)育，若再與構造裂縫配合，淡水流體滲流暢通，則對巖石的淋濾作用表現(xiàn)明顯[17]。

此外，埋藏期雷口坡組有機質熱演化產生的有機酸及含CO2、H2S等溶蝕性流體發(fā)生埋藏溶蝕作用，抑制了膠結物的形成，對早期的孔隙起到了保護作用[13]（圖3e）。油氣的持續(xù)充注，烴類流體通過阻礙礦物與離子之間的質量傳遞，保持酸性的成巖環(huán)境來抑制礦物膠結作用。而當沒有油氣侵位或有機酸消耗殆盡之后，成巖環(huán)境又轉為弱堿性，便會被方解石、白云石或硅質膠結。

3.3 構造作用

構造作用改善了儲層的儲集性能。研究區(qū)內雷四3亞段沉積以后，經過印支運動、燕山運動和喜山運動的影響，產生斷裂、褶皺和破裂作用并導致局部地區(qū)出現(xiàn)隆起，對油氣的運移產生了影響。川西南部斷裂多發(fā)生在褶皺的翼部，這樣的斷裂有利于油氣運移，在構造的高部位聚集成藏（圖10）。同時，對物性相對較差的碳酸鹽巖儲層來說，裂縫的形成有利于疏導體系的溝通，儲層的物性也起到一定程度的改善[21-23]。

圖8 川西南部XT1井雷四3亞段沉積相綜合圖

圖9 川西南部雷四3亞段古巖溶作用標志圖

4 結論

1) 川西南部大興場地區(qū)雷四3亞段儲層主要為顆粒云巖和細、粉晶白云巖；儲集空間以各種孔隙為主，伴有少量的溶洞和裂縫，儲層總體表現(xiàn)為“低孔低滲”的特征，儲層孔喉表現(xiàn)出細孔小喉—細孔微喉型的結構特征。

圖10 川西南部雷四3亞段氣藏成藏模式圖

2) 川西南部大興場地區(qū)雷四3亞段儲層縱向疊置，儲層厚度薄，橫向儲層連片展布，由北西向南東方向逐漸減薄直至尖滅。

3) 臺內灘、潮間帶等有利相帶控制了優(yōu)質儲層的展布，為儲層發(fā)育提供巖性基礎；表生巖溶作用是形成儲層有效儲集空間的最直接手段，埋藏期熱演化及油氣充注對早期儲層的孔隙起到了保護作用；構造作用產生的裂縫改善了儲層的儲集性能。