源內(nèi)致密砂巖優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層特征及控制因素分析：以川西坳陷須五段為例

李宇航,謝銳杰,陳孔全,卓俊馳,王 斌

(1.長江大學(xué) 油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430100；2.中國石油化工股份有限公司西南油氣分公司勘探開發(fā)研究院，四川 成都 610041；3.中南勘察基礎(chǔ)工程有限公司，湖北 武漢 430081)

0 引 言

隨著國內(nèi)外常規(guī)和非常規(guī)油氣資源勘探的持續(xù)推進(jìn)，非常規(guī)油氣越來越受到重視。致密砂巖油氣藏將是擴(kuò)展新的勘探領(lǐng)域的重要油氣藏類型，關(guān)于致密儲(chǔ)層發(fā)育特征的研究也是石油地質(zhì)學(xué)一直關(guān)注的重難點(diǎn)問題[1]。

在川西坳陷須五段烴源巖層系中，源內(nèi)成藏的理論基礎(chǔ)就是“滿凹含油”論。源內(nèi)成藏體系中優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層是指發(fā)育在湖相烴源巖內(nèi)部，沉積時(shí)期河流進(jìn)入湖盆中，延伸較遠(yuǎn)，能量相對較強(qiáng)，主要為細(xì)砂以上，與烴源巖共生且極易成藏的砂體。須五段是本文研究源內(nèi)油氣成藏的目的層段。須五段沉積時(shí)期盆地構(gòu)造演化屬于構(gòu)造的寧靜期，以細(xì)粒沉積為主，物源方向主要為西部方向，沉積相主要發(fā)育三角洲—濱淺湖沉積體系[2-3]。

根據(jù)樣品分析資料、鉆井與測井資料，從儲(chǔ)層物性、巖石學(xué)特征、沉積與層序、微觀結(jié)構(gòu)等方面綜合分析須五段致密砂巖優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的發(fā)育特征及控制因素，為今后川西坳陷源內(nèi)成藏體系的油氣勘探打下基礎(chǔ)。

1 優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的識(shí)別

優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層識(shí)別主要是通過砂巖粒度中值的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)合物性參數(shù)以及含氣性的分析來實(shí)現(xiàn)的。本次實(shí)驗(yàn)樣品采自川西坳陷須家河組須五段揭示致密砂巖儲(chǔ)層的典型鉆井，基于對粒度分析測試數(shù)據(jù)的比較研究，粒度中值φ(希臘/拉丁字母,Times New Rome,半角)被優(yōu)選作為指示粒度大小的參數(shù)。

自然伽馬測井曲線的地質(zhì)意義揭示ΔGR值的大小可以反映碎屑巖地層中砂巖和泥質(zhì)含量相對的變化，粒度中值(φ)能夠指示碎屑巖地層中砂巖粒度大小。從地質(zhì)意義上分析，巖石泥質(zhì)含量偏高，粒度偏小，因此ΔGR值與φ值有很好的相關(guān)性。分別統(tǒng)計(jì)了18個(gè)樣品的φ值與ΔGR值大小，并建立了基于測井曲線預(yù)測粒度中值(φ)模型(圖 1)，結(jié)果揭示粒度中值和ΔGR值基本呈正比例線性關(guān)系變化。

圖1 須五段粒度中值與ΔGR值關(guān)系模型Fig.1 Model of relations between median granularity and ΔGR of the Xujiahe Formation (5th member)

據(jù)此得到了基于ΔGR值預(yù)測φ值的計(jì)算如公式(1)：

φ=0.4155×ΔGR+2.9321

(1)

粒度參數(shù)對砂巖沉積時(shí)期的能量大小有很好的指示作用[4]。由粒度中值(φ)與粒度之間的對應(yīng)關(guān)系模型可知，φ值越小代表砂巖粒度越大，當(dāng)φ值>8時(shí),指示巖石粒度的級(jí)別為<0.004 mm的泥巖；當(dāng)φ值范圍在4～8，2～4，1～2和-1～1時(shí)，指示的砂巖粒度分別為粉砂巖、細(xì)砂巖、中砂巖和粗砂巖。

對須五段樣品儲(chǔ)層物性以及含氣性進(jìn)行分析(圖2)，樣品分析測試結(jié)果表明，須五段各含氣儲(chǔ)層的孔隙度為2.8%～8%，滲透率為(0.02～0.701)×10-3μm2。

圖2 須五段孔隙度與滲透率分布圖Fig.2 Distribution between porosity and permeability of the Xujiahe Formation (5th member)

基于對須家河組五段18口單井的粒度中值φ以及各儲(chǔ)層物性以及含氣性的分析(圖1、圖2)，結(jié)果表明須五段致密砂巖優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的粒度中值φ值范圍為-1～4，孔隙度介于2.8%～8%，滲透率為(0.02～0.701)×10-3μm2。因此，研究區(qū)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層可劃分為粗砂、中砂和細(xì)砂3種類型[5-7]。

2 優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的特征

2.1 巖石學(xué)特性

須五段源內(nèi)致密砂巖優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層可分為細(xì)砂、中砂和粗砂巖三種類型[8]。通過巖石學(xué)特征分析，可知其發(fā)育的巖石類型為石英砂巖、巖屑石英砂巖和巖屑砂巖，而巖屑砂巖較為發(fā)育(圖3)。

圖3 粗砂、中砂和細(xì)砂的巖石學(xué)特征Fig.3 Petrological characteristics of the coarse sand,medium sand and fine sand in the study area1.石英砂巖；2.長石石英砂巖；3.巖屑石英砂巖；4.長石砂巖；5.巖屑長石砂巖；6.長石巖屑砂巖；7.巖屑砂巖

2.2 儲(chǔ)層物性

基于研究區(qū)分析測試的數(shù)據(jù),對識(shí)別出的細(xì)砂、中砂和粗砂的優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層物性進(jìn)行分析[9](圖3)。樣品分析測試結(jié)果表明細(xì)砂巖優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層孔隙度在2.8%～6.8%之間，平均為4.45%；滲透率為(0.02～0.414)×10-3μm2，平均為0.059×10-3μm2。中砂巖優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層孔隙度分布于2.8%～7.198%之間，平均為4.85%；滲透率為(0.02～0.45)×10-3μm2,平均為0.06×10-3μm2。粗砂巖優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層孔隙度分布于2.8%～8%之間，平均為5.51%；滲透率為(0.02～0.146)×10-3μm2，平均值為0.051×10-3μm2。結(jié)果表明須五段儲(chǔ)層屬致密儲(chǔ)層范疇，大多數(shù)粗砂巖和中砂巖孔隙度大于細(xì)砂巖孔隙度，隨著砂巖粒度級(jí)別的增大，砂巖儲(chǔ)層的孔隙度增大，滲透率變化趨勢不明顯。

2.3 沉積特征

川豐125井(圖 4(a))揭示優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層與烴源巖相伴生，屬于源內(nèi)成藏的優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層，厚度分布極不均勻。優(yōu)選的典型連井剖面(圖 4(b))揭示了研究區(qū)厚度較大(至少6 m以上)的優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層至少有4套[10](S1、S2、S3和S4)，分別在須五段中亞段分布1套(S1)，下亞段分布3套(S2-S4)。上亞段優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層發(fā)育較少，只發(fā)育薄層，烴源巖較發(fā)育。順物源方向的三角洲前緣—濱淺湖灘壩連井剖面揭示砂體 S2 和S4在川孝568井和川江566井附近有分布，S1和 S3在孝泉—豐谷構(gòu)造帶的大部分井都有分布。

圖4 川豐125井優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層與高效烴源巖對比剖面(a)川孝568井-德陽1井-川江566井連井對比與優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層識(shí)別剖面(b)Fig.4 Comparative profile of high-quality reservoir and high-efficiency source rock in the Chuanfeng 125 well (a)and Comparison of the Chuanxiao 568 well-Deyang 1 well-Chuanjiang 566 well connection and high-quality reservoir identification profile (b)

基于研究區(qū)100多口井砂泥百分含量、單井相、地震相和前人研究成果，優(yōu)選了研究區(qū)發(fā)育優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的典型鉆井28口，編制了須五段上亞段、中亞段和下亞段砂巖百分含量與沉積相平面分布疊合圖(圖5)。砂巖百分含量顯示只有極少部分井發(fā)育粗砂，上亞段粗砂含量主要分布在1%～4%范圍內(nèi)，中亞段粗砂含量主要為1%～7%，下亞段主要在12%以下，其中川豐125井下亞段粗砂含量最高，達(dá)到36%；絕大多數(shù)探井揭示發(fā)育中砂和細(xì)砂，中砂在上亞段含量主要分布于7%～22%之間，中亞段主要分布在4%～20%之間，下亞段主要為3%～20%，其中川高561井含量最高，達(dá)到49%；細(xì)砂在上亞段含量主要為10%～50%,中亞段主要為10%～65%,下亞段主要為20%～65%。經(jīng)過對比分析，表明優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層中細(xì)砂含量最高，在中亞段和下亞段較發(fā)育，下亞段最發(fā)育；中砂巖含量少于細(xì)砂，同樣在下亞段最發(fā)育[11]。

沉積相平面分布(圖5)揭示粗砂發(fā)育較少，主要集中在三角洲前緣亞相的水下分流河道中；中砂和細(xì)砂在三角洲前緣和濱淺湖亞相灘壩中都較發(fā)育。由此可見，3種優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的發(fā)育主要分布在三角洲前緣亞相和濱淺湖亞相的灘壩中[12-13]。

2.4 微觀結(jié)構(gòu)

薄片鑒定揭示須五段碎屑顆粒間多見縫合線構(gòu)造,部分石英顆粒磨圓好,部分可見明顯的圓形。長石大部分被碳酸鹽交代,孔隙間碳酸鹽膠結(jié)(圖6(a)和(b))。掃描電子顯微鏡分析揭示顆粒間被高嶺石、碎屑雜基等充填完全,部分顆粒間被溶蝕，局部有機(jī)質(zhì)較富集，零星分布微孔隙(圖6(c)-(f))。

圖6 須五段典型樣品巖石薄片鑒定、鑄體薄片和掃描電子顯微鏡分析Fig.6 Identification of rock flakes,casting flakes,and SEM analysis of samples from the Xujiahe Formation (5th member)(a)新 884 井，3 101.25 m，須五中，巖石薄片鑒定，單偏光，放大倍數(shù) 5.0×10；(b)新 884 井，3 101.25 m，須五中，巖石薄片鑒定，正交偏光，放大倍數(shù) 5.0×10；(c)綿陽1井，3 577 m，須五中，鑄體薄片孔隙特征圖像；(d)新884井，3 102.3 m，須五中，鑄體薄片孔隙特征圖像；(e)綿陽2井，3 456.2 m，須五中，掃描電子顯微鏡分析(氬離子)，×4000；(f)綿陽2井，3 456.2 m，須五中，掃描電子顯微鏡分析(氬離子)，×40000

3 優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層發(fā)育的控制因素

對致密砂巖優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層發(fā)育的控制因素進(jìn)行分析，是基于砂體的沉積特征條件下，對有利于建設(shè)性成巖作用的發(fā)生進(jìn)行剖析[14-21]。

3.1 粒度中值

粒度中值是識(shí)別優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的關(guān)鍵因素，其對優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的影響主要表現(xiàn)為：須五段致密砂巖優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的粒度中值(φ值)范圍為-1～4，巖性主要為細(xì)砂巖以上且厚度大于2 m的中砂巖，隨著砂巖粒度級(jí)別的增大，砂巖儲(chǔ)層的孔隙度增大，但滲透率變化趨勢不明顯[14]。

3.2 沉積相帶與層序

沉積相和砂巖百分含量平面疊合圖揭示須五段源內(nèi)致密砂巖優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層中粗砂發(fā)育極少,各沉積微相中粗砂的含量均在12%以下；中砂在下亞段的三角洲前緣亞相中較發(fā)育，其中，川高561井含量最高，達(dá)到49%；平面上，細(xì)砂在中亞段和下亞段的三角洲前緣亞相中的水下分流河道和河口壩發(fā)育較好,明顯受沉積相控制(圖5)。縱向上，優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層發(fā)育在層序界面附近，即高位體系域的水退期與低位體系域的水進(jìn)期(圖4)。

3.3 成巖作用

薄片鑒定、鑄體薄片孔隙特征圖像和掃描電子顯微鏡等鏡下資料顯示優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層砂巖孔隙間碳酸鹽膠結(jié)、不穩(wěn)定礦物發(fā)育、顆粒間被溶蝕、微裂縫被有機(jī)質(zhì)填充等，成巖作用中的溶解作用及微裂縫的形成導(dǎo)致致密砂巖優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的形成(圖6)。

4 結(jié) 論

(1)川西坳陷須五段源內(nèi)致密砂巖的發(fā)育主要集中在三角洲前緣和灘壩沉積；致密砂巖可以根據(jù)巖石粒度大小識(shí)別出3種優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層，即粗砂、中砂和細(xì)砂。

(2)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的巖石學(xué)特征表明粗砂、中砂、細(xì)砂巖的主要成分為巖屑砂巖。3種優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的孔隙度介于2.8%～8%之間，滲透率為(0.02～0.45)×10-3μm2，屬致密儲(chǔ)層范疇。隨著砂巖粒度級(jí)別的增大，砂巖儲(chǔ)層的孔隙度增大，絕大多數(shù)中砂和粗砂的孔隙度大于細(xì)砂孔隙度，滲透率變化趨勢不明顯。

(3)須五段源內(nèi)致密砂巖優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層中粗砂發(fā)育極少，中砂和細(xì)砂較發(fā)育。3種優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層發(fā)育位置以三角洲前緣亞相和濱淺湖亞相的灘壩為主，優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層主要發(fā)育于高位體系域水退期與低位體系域水進(jìn)期。須五段源內(nèi)致密儲(chǔ)層原生孔隙不發(fā)育，只發(fā)育微孔隙、微裂縫。

(4)粒度中值、沉積相帶與層序、成巖作用共同控制川西坳陷須五段源內(nèi)致密砂巖優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的發(fā)育。粒度中值、層序和沉積相帶、成巖作用分別控制著優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的類型、有利部位及其形成。