川中地區(qū)大安寨段碳酸鹽巖儲層特征研究

羅 威，戴鴻鳴

（西南石油大學(xué)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，四川成都 610500）

大量勘探開發(fā)實例已經(jīng)證明，四川盆地是一個富含油氣的疊合盆地，在縱向上存在多套含油氣層位，勘探潛力巨大[1-2]。四川盆地大部分的原油分布在川中地區(qū)，侏羅系是其主要的儲層，該地區(qū)的面積大約為4×104km2，其中大安寨段是川中地區(qū)的主要產(chǎn)層，大安寨段自下而上可以分為3個亞段：大三、大一三、大一。大三亞段的層厚為5～11m，巖性主要為厚層介殼灰?guī)r或泥質(zhì)介殼灰?guī)r，并且多夾有薄層泥巖，該亞段為儲層發(fā)育段；大一三亞段的層厚比較大，為40～60m，下部的巖性一般是厚層頁巖，局部夾厚層介殼灰?guī)r，最上部是黑色頁巖夾一些介殼灰?guī)r，其中厚層頁巖是大安寨段主要的烴源巖發(fā)育段；大一亞段的層厚為20～40m，下部巖性是介殼灰?guī)r、泥質(zhì)介殼灰?guī)r以及泥頁巖的互層，頂部巖性是一套較厚的介殼灰?guī)r，該亞段同樣是大安寨段的儲層發(fā)育段[3-4]。但由于存在儲層超致密，儲層特征研究評價難等問題，嚴(yán)重阻礙了大安寨段致密油的勘探與開發(fā)。因此，對川中地區(qū)大安寨段碳酸鹽巖儲層的特征進(jìn)行更加深入和細(xì)致的研究就顯得非常有必要。

1 巖石學(xué)特征

1.1 巖性特征

根據(jù)巖石薄片觀察，并結(jié)合X 衍射分析結(jié)果，參照碳酸鹽巖分類標(biāo)準(zhǔn)，按巖性巖相特征，川中地區(qū)侏羅系大安寨段碳酸鹽巖儲層可劃分為結(jié)晶介屑灰?guī)r、亮晶介殼灰?guī)r、泥晶介殼灰?guī)r、含泥質(zhì)介殼灰?guī)r和泥質(zhì)介殼灰?guī)r等五種類型。①結(jié)晶介屑灰?guī)r：發(fā)育于高能灘體，顏色為灰白色，致密塊狀，質(zhì)地比較純，介殼輪廓難辨，基質(zhì)孔不發(fā)育，基本無顯孔，掃描電鏡微孔難見，巖心可見規(guī)模有限的裂縫-溶孔、洞。②亮晶介殼灰?guī)r：發(fā)育于高能灘體，顏色為灰白色，呈中-厚層狀，甚至塊狀層產(chǎn)出，介殼清晰可見，雜亂定向排列，介殼主要為大的厚殼碎片，填隙物主要為亮晶方解石，殼間充填有小的介殼碎片，鏡下顯孔少見，偶見晶間隙，構(gòu)造微縫，巖心可見構(gòu)造縫-溶孔、洞，淺湖亞相的灘核微相往往由亮晶灰?guī)r組成。③泥晶介殼灰?guī)r：顏色為灰色到深灰色，介殼間的充填物質(zhì)以泥晶方解石為主，殼間主要為微米到毫米級的介殼碎片，介殼碎片較薄，具有易于搬運的特征，常與含泥質(zhì)介殼灰?guī)r和亮晶灰?guī)r呈過度接觸。④含泥介殼灰?guī)r：發(fā)育于高能灘-低能灘，顏色為淺灰色，呈薄-中層狀產(chǎn)出，介殼定向排列，填隙物主要為亮晶/泥晶方解石，少量泥質(zhì)（10%～25%），殼體方解石質(zhì)，鏡下殼體可見少量晶間孔隙及溶孔，殼間見層間孔。⑤泥質(zhì)介殼灰?guī)r：發(fā)育于低能灘-半深湖，顏色為深灰色，呈薄-中層狀產(chǎn)出，介殼破碎、定向排列，殼間填隙物以泥質(zhì)為主含量25%～45%，有機質(zhì)含量高，介殼以文石質(zhì)為主，鏡下可見顯孔，介殼溶孔、層間縫等，掃描電鏡下溶蝕微孔普遍存在。

1.2 礦物組成特征

據(jù)200個碳酸鹽巖儲層樣品X 衍射分析結(jié)果表明，川中地區(qū)大安寨段碳酸鹽巖礦物組成以方解石為主，文石次之，個別樣品中含白云石；黏土礦物和石英是主要的碎屑礦物，斜長石次之。

2 物性特征

根據(jù)200個大安寨段碳酸鹽巖儲層常規(guī)孔、滲測試結(jié)果表明，碳酸鹽巖儲層基質(zhì)孔隙度較差，主要分布范圍為1%～3%，占樣品總數(shù)的64.57%，小于1%的樣品占8.57%，而大于3%的樣品占42.29%。碳酸鹽巖儲層基質(zhì)滲透率分布區(qū)間比較分散，范圍比較大，其中0.001×10-3～0.002×10-3μm2分布概率最大，占樣品總數(shù)的29.14%，大于0.02×10-3μm2的樣品占12.57%，說明裂縫對大安寨段碳酸鹽巖儲層物性的影響比較大。其次，從孔隙度與滲透率交會圖（圖1）可見，碳酸鹽巖樣品基質(zhì)孔隙度與滲透率之間存在明顯的正相關(guān)關(guān)系，基質(zhì)的孔隙度越大，儲層的滲透率越大，說明大安寨段碳酸鹽巖儲層是一種典型的孔隙型儲層。

圖1 川中地區(qū)大安寨段碳酸鹽巖儲層基質(zhì)孔隙度與滲透率關(guān)系圖

3 儲集空間類型

根據(jù)對川中地區(qū)大安寨段碳酸鹽巖儲層的巖心、巖石薄片觀察和場發(fā)射掃描電鏡的結(jié)果進(jìn)行分析可知，該儲層的孔、洞、縫的類型并不單一，而是類型眾多，儲集空間類型多樣。根據(jù)成因類型，大安寨段碳酸鹽巖儲層的主要儲集空間類型可以分為5種：原生孔隙、溶蝕孔洞、晶間溶孔、成巖縫、溶蝕縫。而根據(jù)孔隙大小，大安寨段碳酸鹽巖儲層的主要儲集空間類型可以分為3種：宏觀、微米、納米孔隙。

3.1 宏觀儲集空間類型

根據(jù)對巖心觀察結(jié)果進(jìn)行分析可知，裂縫及次生溶蝕孔洞發(fā)育程度較低，數(shù)量有限，但所占有效儲集空間較大，是油氣儲、滲的重要空間。

溶蝕孔洞發(fā)育，通常沿縫分布，孔洞大小不一，小的如同針孔一般，大的通常小于4mm，充填程度都較低，主要為方解石或泥質(zhì)半充填。

3.2 微觀儲集空間類型

根據(jù)對巖石鑄體薄片和場發(fā)射掃描電鏡的結(jié)果進(jìn)行分析可知，微觀儲集空間類型主要分為3種：原生孔隙、次生孔隙、微裂縫。其中，前兩種孔隙通常具有孔徑小、連通性差的特點。

原生孔隙：受沉積以及壓實作用后而保存下來的孔隙空間，由于程度比較劇烈，使得原生孔隙幾乎消失殆盡，僅僅剩下少部分由于生物顆粒遮擋的原生孔隙，是作為可能的儲集空間。

次生孔隙：主要指晶間、粒內(nèi)的各種微小溶蝕孔隙等，呈孤立狀，其數(shù)量相對較多，相互溝通就可形成有效的滲儲空間。

微裂縫：大部分的微裂縫主要是由于構(gòu)造作用而形成，還有一部分收縮縫是由于成巖作用而形成。這些微裂縫分布范圍較廣，并且具有較好的連通性，因此有利于油氣的滲流。

3.3 納米儲集空間類型

超微裂縫：在溶蝕擴張作用的影響下，壓裂縫可以進(jìn)一步形成微米到納米級別的溶縫。對于碳酸鹽巖儲層而言，這種裂縫可以有效改善其物性條件，從而為后續(xù)致密油儲層的開發(fā)提供了良好的儲層條件。

超微孔：通常是指寬度為數(shù)十納米到數(shù)百納米的片狀孔。這種溶孔的分布比較廣泛，主要表現(xiàn)為粒內(nèi)、粒間縫、方解石粒內(nèi)溶孔以及粒間溶孔，對儲層的儲集性能具有比較明顯的影響。

4 孔隙結(jié)構(gòu)特征

4.1 毛管壓力特征

根據(jù)對川中地區(qū)大安寨段碳酸鹽巖儲層12個樣品的高壓壓汞結(jié)果進(jìn)行分析可知，除野外樣品孔隙度較高外，其余巖心樣品孔隙度較低。排替壓力高，介于0.2165～0.357MPa，平均為4.1268MPa；孔喉半徑介于0.0361～3.3949μm，中值壓力介于4.2729～167.7742MPa，中值半徑介于0.0044～1.3408μm，均值系數(shù)和分選系數(shù)都比較大，儲層的非均質(zhì)性比較強。大部分樣品的進(jìn)汞飽和度都大于80%，最大進(jìn)汞飽和度比較高，但是退汞的效率比較低，通常介于2.9857%～58.7511%，平均為20.2314%?？傮w上致密碳酸鹽巖儲層孔喉偏細(xì)，以中細(xì)喉道為主，孔喉分布呈現(xiàn)出雙峰式的特征，孔喉發(fā)育較差，窄孔喉分布較寬，分選性也比較差，壓汞曲線平臺不太明顯，孔隙類型主要有2種：微觀孔隙、納米孔隙，也存在較少的溶蝕孔洞。

4.2 核磁孔徑分布特征

根據(jù)核磁共振的弛豫機理可知，在不同的孔隙中，流體的弛豫時間不同，而且在T2分布的位置也不相同。因此，根據(jù)上述原理，可以將不同大小的孔隙和裂縫區(qū)分出來。T2的大小對應(yīng)樣品中的孔、裂隙大小，T2＜10000μs 對應(yīng)微小孔，10000μs ＜T2＜100000μs 對應(yīng)大中孔，T2＞100000μs 對應(yīng)裂隙。

川中地區(qū)大安寨段碳酸鹽巖的T2呈連續(xù)的三峰分布，第一峰主要分布在T2=100μs，第二、第三峰變化較大，整體而言，隨孔隙度增加而增大，表明樣品中大中孔增加。當(dāng)孔隙度較低（＜2%）的樣品時，其核磁共振T2譜圖以第一峰為主峰，說明樣品主要以微小孔為主，當(dāng)樣品孔隙度較大（＞2%）時，其核磁共振T2譜圖以第二峰為主峰，位于10000μs 左右，表明樣品中以大中孔隙增加。核磁共振T2譜圖峰形平滑且較為連續(xù)的三峰分布特征顯示出致密碳酸鹽巖樣品中微孔和大中孔之間具有一定的連通性。

針對大安寨段碳酸鹽巖儲層，從離心前后所得到的核磁T2譜結(jié)果對比可以看出，第一峰值變化較小，不是十分明顯，第二峰變化較大，明顯前移，第三峰的高度和寬度變小，峰面積減小，說明大部分的可動水分布在大孔和裂隙中，而微孔中則以束縛水為主。但是，隨著巖石樣品核磁孔隙度的增大，可動水和束縛水的核磁孔隙度也逐漸增大，說明微孔、大孔以及裂隙對流體的滲流作用都具有一定的貢獻(xiàn)。

4.3 氮氣吸附特征

氣體吸附量與巖石基質(zhì)中的吸附空間比表面積和孔徑分布存在緊密的制約關(guān)系。川中地區(qū)大安寨段碳酸鹽巖儲層BET 比表面積介于2.839～8.014m2/g，平均值為4.275m2/g，BJH 總孔容介于0.005～0.013cm3/g，平均值為0.0074cm3/g，孔隙半徑介于1.499～1.856nm，平均值為1.7085nm。比表面積越大，巖石的總孔容體積越大，但是比表面積、總孔容體積與孔隙半徑的相關(guān)性比較差。

5 結(jié)論

根據(jù)對川中地區(qū)大安寨段碳酸鹽巖儲層的巖石學(xué)特征、物性特征、儲集空間類型以及孔隙結(jié)構(gòu)特征分析可以得到以下3點結(jié)論：

1）巖石類型以介殼灰?guī)r為主，礦物組成主要為方解石，文石次之；

2）碎屑礦物的組分主要為黏土礦物和石英，儲層的物性條件比較差，孔隙度、滲透率較低，但是，孔隙度與滲透率具有比較好的相關(guān)關(guān)系，裂縫對儲層物性的貢獻(xiàn)較大；

3）儲集空間比較復(fù)雜，類型多樣，納米級孔縫發(fā)育，孔喉偏細(xì)，以中細(xì)喉道為主，孔喉分布呈現(xiàn)出雙峰式的特征，儲層的非均質(zhì)性比較強。其中，微孔、大孔及裂縫對流體的滲流作用均有貢獻(xiàn)。