準(zhǔn)噶爾盆地阜東斜坡韭菜園子組儲層特征及主控因素分析

李 洋，曹瀚曦

(1.東北石油大學(xué)，黑龍江 大慶 163318； 2.西安長慶化工集團(tuán) 慶陽分公司，陜西 咸陽 713200)

隨著勘探程度的增加，阜東斜坡油氣勘探在石炭系、二疊系和三疊系均獲得工業(yè)油流，油氣顯示具有良好的前景[1]。其中，韭菜園子組作為關(guān)鍵目標(biāo)層段，尤其韭二段底部發(fā)育區(qū)域分布穩(wěn)定的砂礫巖，將是韭菜園子組下部勘探的重點。然而隨著勘探進(jìn)一步深入，該地區(qū)沉積體系、儲層特征不明確，制約著勘探進(jìn)度。因此，有必要開展針對性、全面性研究工作。在前人研究的基礎(chǔ)上，利用巖心、測井、地震和X衍射等分析測試手段，通過沉積展布特征、儲集層特征等方面的研究，從微觀至宏觀深入分析了儲層物性，建立了工區(qū)的沉積規(guī)律，明確了砂體展布特征，通過逐條分析儲層含油性的控制因素，為開發(fā)方案的部署提供了依據(jù)，為下一步勘探方向提供了理論支持。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

研究工區(qū)位于準(zhǔn)噶爾盆地阜康斷裂以北、阜東斜坡中南段，為一整體向北東抬升的單斜構(gòu)造，內(nèi)部發(fā)育多條不同走向的低序級斷裂，受構(gòu)造巖性控制，生油及油氣儲運空間良好[2-3](圖1)。工區(qū)內(nèi)鉆遇目的層井較少(25口)，導(dǎo)致缺乏充足的巖心資料。其中，含油砂體集中在厚度10 m左右的砂礫巖儲層中，主要發(fā)育在韭二段底部，砂體廣泛發(fā)育，具有自北向南厚度逐漸減小、自西向東厚度增大的特征，上部穩(wěn)定發(fā)育厚度達(dá)40 m的泥巖，在構(gòu)造高部位，儲層主要集中在韭一段，巖性以細(xì)砂巖為主，單砂體厚度小。

圖1 研究區(qū)區(qū)域構(gòu)造位置Fig.1 Regional structural location of the study area

2 儲層沉積特征

2.1 單井相沉積特征

在對巖心分析的基礎(chǔ)上，以F19井為典型井進(jìn)行分析(圖2)。該井位于工區(qū)的南部，巖石類型主要為砂礫巖、含礫細(xì)砂巖及泥巖，由于水動力條件變?nèi)?，水體能量減小，巖石粒度呈正韻律特征，從下向上粒度變小。其中，韭菜園子組一段沉積序列垂向上從下向上依次表現(xiàn)為辮狀河水道沉積(伽馬及自然電位特征為砂巖巖性，呈鋸齒化箱形，在曲線頂?shù)子捎趲r性突變呈突變特征，砂體內(nèi)部發(fā)育泥質(zhì)薄層，非均質(zhì)性較強)、漫流砂質(zhì)沉積(曲線特征為齒形，巖石粒度較細(xì))、泥流(伽馬為高值，曲線特征為平滑微齒形)；韭菜園子組二段沉積為正韻律特征，沉積序列垂向上依次表現(xiàn)為辮狀水道到泥流沉積的特征，水動力條件減弱，湖平面整體下降，沖積扇向湖中心遷移。

圖2 F19井韭菜園子組沉積相綜合柱狀Fig.2 Comprehensive histogram of sedimentary facies of the Jiucaiyuanzi Formation in Well F19

2.2 連井相演化特征分析

通過近南—北向的連井相分析可得：在韭菜園子組一段沉積時期，由于北部克拉美麗山和南部博格達(dá)山物源充足[4-7]，XQ104井發(fā)育一套20 m厚層砂體，為辮狀水道砂體沉積；在B86和F19井韭一段底部也發(fā)育一套較厚的辮狀水道沉積砂體；中部XQ103井主要發(fā)育漫流沉積，從該井向南部F19井漫流沉積發(fā)育，夾雜厚度較小的辮狀水道砂體。在韭菜園子組二段沉積時期，由于大片沖積扇向西部擴(kuò)張沉積，在該段井底部辮狀水道沉積砂體都比較發(fā)育，穩(wěn)定沉積，從南到北橫向連續(xù)性較好。

對垂直于物源方向的沉積特征進(jìn)行分析，選擇重點井XQ11—XQ8近西—東走向、貫穿西南斜坡進(jìn)行連井沉積剖面分析?？梢钥闯?，韭菜園子組主要發(fā)育泥流沉積，分布廣泛，中間夾雜辮狀水道沉積。其中，在韭菜園子組一段，由于受物源影響，砂體厚度整體上自西向東增大，在XQ3和XQ2井底部發(fā)育一套辮狀水道砂體沉積；韭菜園子組二段沉積時期，由于靠近東部物源，XQ8井發(fā)育辮狀水道沉積，發(fā)育大套砂體，在XQ11井底部受南部物源影響同樣發(fā)育一套厚度較大的辮狀水道砂體，XQ3、XQ11井底部砂體厚度較小(圖3)。

圖3 XQ11—XQ8井韭菜園子組西—東向沉積相連井剖面Fig.3 West-east trending sedimentary connected well profile of the Jiucaiyuanzi Formation in Well XQ11-XQ8

2.3 沉積相平面展布特征分析

通過巖心分析、薄片觀察，結(jié)合測井曲線特征，韭菜園子組沉積時期主要以沖積扇沉積為主。其中，在韭一段北部沖積扇局部發(fā)育，主要以泥流沉積為主，辮狀水道主要在B86井附近發(fā)育，延伸距離短，以泥流沉積為主，受南部博格達(dá)山隆起的影響，XQ102、XQ10及XQ14井辮狀水道砂體發(fā)育，在水道周圍發(fā)育大量的漫流砂質(zhì)沉積，整體上，在該段沉積時期，中南部辮狀水道厚度較大；在韭菜園子組二段沉積期，沖積扇發(fā)育范圍向四周擴(kuò)大，受克拉美麗山、北三臺凸起共同影響，辮狀水道沉積發(fā)育，尤其在中部XQ104、XQ8井附近，辮狀水道砂體厚度大，周圍發(fā)育漫流砂質(zhì)沉積，整體上辮狀水道主要發(fā)育在北部和中部。

3 儲集層特征

3.1 巖石類型及特征

(1)巖石類型。韭菜園子組沉積相平面展布特征如圖4所示。根據(jù)巖石樣品薄片觀察及巖石粒徑，儲集層韭菜園子組巖性主要分為5類，以細(xì)—中砂巖(69.69%)、粗砂巖(13.94%)及砂礫巖(8.50%)為主，夾雜泥巖(2.42%)、粉砂巖(5.45%)(表1)。目的層為近物源沖積扇沉積，儲層碎屑巖磨圓性較差，成熟度低。

圖4 韭菜園子組沉積相平面展布特征Fig.4 Sedimentary facies plane distribution characteristics of the Jiucaiyuanzi Formation

表1 研究區(qū)韭菜園子組儲層巖石類型分析Tab.1 Analysis of reservoir rock types in the Jiucaiyuanzi Formation in the study area

(2)巖石成分。根據(jù)巖石薄片資料，阜東地區(qū)韭菜園子組發(fā)育巖屑砂巖(70%)、長石質(zhì)巖屑砂巖(30%)(圖5)，主要礦物成分為石英、長石，黏土礦物含量較高，局部地區(qū)濁沸石、方解石含量較高。對樣品薄片進(jìn)行觀察，填隙物以鈣質(zhì)、沸石類礦物和黏土礦物為主。

圖5 韭菜園子組儲層巖石類型三角圖Fig.5 Triangular diagram of reservoir rock types in Jiucaiyuanzi Formation

(3)儲集物性。根據(jù)研究區(qū)巖心分析資料統(tǒng)計(圖6)，阜東斜坡韭菜園子組儲層孔隙度主要集中在15%～25%，滲透率集中在1×10-3～100×10-3μm2，根據(jù)孔隙度及滲透率交匯分析，儲層孔隙度>12%，滲透率>0.1×10-3μm2，為中孔中滲、低孔低滲儲層。

圖6 韭菜園子組儲集層物性參數(shù)Fig.6 Reservoir physical parameters of Jiucaiyuanzi Formation

3.2 成巖作用

通過鑄體薄片觀察及掃描電鏡分析，工區(qū)壓實作用的程度不一，壓實作用較弱區(qū)域，由于方解石膠結(jié)物填充抑制了壓實作用，顆粒之間呈點接觸；在壓實作用較強區(qū)域發(fā)生顆粒變形，接觸關(guān)系呈線接觸；隨著深度增加，溫壓增大，會出現(xiàn)壓溶現(xiàn)象，導(dǎo)致石英顆粒壓溶，并在周圍形成次生加大，使一些剛性巖屑顆粒造成破裂生成裂縫(圖7)[8-9]。

圖7 韭菜園子組儲層儲集空間特征Fig.7 Reservoir spatial characteristics of Jiucaiyuanzi Formation reservoir

壓實作用從沉積物沉積后期開始，隨著上覆壓力的增加，使得巖石不斷受到擠壓，孔隙度、滲透率變小，在埋深達(dá)到3 km后，依舊會對巖石造成明顯的作用。由于工區(qū)韭菜園子組儲層埋深都小于3 km，壓實作用對儲層影響較大。通過儲層薄片分析，壓實作用明顯區(qū)域，油層孔隙度平均達(dá)不到10%，說明壓實作用導(dǎo)致了儲集層孔隙空間的減少。

研究區(qū)存在3種膠結(jié)作用：硅質(zhì)膠結(jié)、方解石膠結(jié)、黏土礦物膠結(jié)。硅質(zhì)膠結(jié)鏡下常見石英次生加大現(xiàn)象，與壓溶作用相關(guān)，雖未大量充填孔隙，但次生加大可能造成喉道縮小，對儲層物性會有破壞作用。在成巖早期，方解石膠結(jié)作用存在雙刃劍，一方面膠結(jié)充填會使得儲層致密，另一方面抑制壓實作用，促進(jìn)溶解作用，在油氣充注后會被溶解成次生孔隙，極大地改善儲層物性；而高嶺石膠結(jié)作用更多的是堵塞儲層，降低孔隙滲透率，孔隙空間減??；綠泥石膠結(jié)主要通過交代顆粒表面的薄膜出現(xiàn)，對巖石的抗壓能力有改善作用，能夠有助于保存原生孔隙，對儲層物性有改善作用。

研究區(qū)普遍發(fā)育溶蝕作用，其中巖屑顆粒、長石、膠結(jié)物溶蝕作用，可以極大地改善儲層孔隙度、滲透率[10]。膠結(jié)物常見硅質(zhì)膠結(jié)、方解石膠結(jié)，在成巖過程中，2種膠結(jié)物都發(fā)生溶蝕作用，由于2種膠結(jié)物被溶蝕所需要的孔隙水酸堿性介質(zhì)差別大，在成巖過程中孔隙水介質(zhì)發(fā)生較大變化。

4 儲層主控因素分析

4.1 巖相對儲層的控制作用

沉積作用是控制儲層物性及儲集空間的根本因素[11-13]。根據(jù)巖石類型，研究區(qū)巖相分為砂礫巖相、粗中砂巖相、中砂巖相、中細(xì)砂巖相、細(xì)砂巖相、粉砂巖相，通過巖相與儲層物性交匯分析(圖8)，巖相對儲層有一定的控制作用。由于研究區(qū)構(gòu)造形態(tài)簡單，油氣分布主要受沉積相帶控制，通過沉積相含油性分布看出，含油飽和度較高的砂體主要為辮狀水道沉積砂體，由于水道水動力條件強，沉積物粒度大，為有利儲層。儲集層的孔隙度及滲流性影響油氣含量及產(chǎn)能，對儲集層流體及運輸能力有重要影響，通過對巖石粒徑與物性交匯分析(圖9)可以看出，油層的粒徑主要集中在0.22～0.27 mm，說明優(yōu)勢儲層的巖性主要為中細(xì)砂巖，為辮狀水道和漫流砂質(zhì)沉積。

圖8 韭菜園子組巖相對儲層的控制作用Fig.8 Control effect of the Jiucaiyuanzi Formation on the reservoir

圖9 韭菜園子組儲層物性與粒徑關(guān)系Fig.9 Relationship between reservoir physical properties and particle size of Jiucaiyuanzi Formation

通過目的層孔隙度、滲透率和喉道半徑與含油飽和度進(jìn)行交匯分析(圖10)，目的層段油層喉道半徑下限為1.29 μm，孔隙度及滲透率下限分別為12.3%、1.5×10-3μm2，為低孔低滲儲層，儲層孔、滲等物性特征與油井試油產(chǎn)量呈正相關(guān)，物性越好，含油飽和度越大。

圖10 韭菜園子組儲層物性與喉道半徑分析Fig.10 Reservoir physical properties and throat radius analysis of Jiucaiyuanzi Formation

4.2 成巖作用對儲層的控制作用

儲層的原始物性主要是受沉積環(huán)境的影響，而在沉積過程中，成巖作用會在一定程度上改變儲層的物性[14-17]。

(1)破壞性成巖作用。壓實作用強會導(dǎo)致巖石致密，埋深越大使得地下巖層壓實作用強烈。由于韭菜園子組埋深在2 500 m左右，砂巖巖屑含量高，粒度較小，壓實強烈導(dǎo)致儲層物性相對變差；膠結(jié)作用減少巖石的孔隙性，由于研究區(qū)內(nèi)綠泥石膠結(jié)作用不明顯，其含量與孔隙度呈正相關(guān)，對儲層物性有改善作用，而鐵方解石膠結(jié)程度高，填充孔隙的空間將近一半，尤其在含碳酸鹽巖較高的巖石中受到壓實作用后，孔隙變少，儲層物性變差。

(2)建設(shè)性成巖作用。一般情況下，溶蝕作用與儲層物性呈正相關(guān)。溶蝕作用中沸石對儲層孔隙度及滲透性有明顯的影響[18-20]。研究區(qū)儲層沸石類型較多，通過對巖心樣品分析(圖11)，平均沸石含量達(dá)3.2%。通過巖心數(shù)據(jù)及儲層物性分析，含沸石的儲層平均孔隙度為13.9%，滲透率為59.9×10-3μm2，不含沸石的儲層平均孔隙度為11.2%，滲透率為40.4×10-3μm2。分析發(fā)現(xiàn)，沸石與儲層物性存在一定的相關(guān)性，相對于孔隙度，滲透率的變化對沸石比較敏感，沸石發(fā)育的儲層物性也會比較好。

圖11 韭菜園子組儲層沸石含量Fig.11 Reservoir zeolite content map of Jiucaiyuanzi Formation

烴源巖排出的有機(jī)酸會溶于水形成有機(jī)酸水，而沸石被有機(jī)酸水溶蝕形成次生溶孔，進(jìn)一步改善儲集性能，沸石溶蝕程度越高，儲層滲透率越高。

5 結(jié)論

(1)通過對韭菜園子組儲層巖石、物性、孔隙結(jié)構(gòu)等進(jìn)行分析，目的層主要發(fā)育5種巖性，巖屑含量高，主要礦物成分為石英、長石，局部地區(qū)沸石、方解石含量較高。

(2)阜東斜坡韭菜園子組主要發(fā)育沖積扇，以辮狀水道沉積為主，物源來自南部的博格達(dá)山及北部的克拉美麗山，沉積具有南北混源特征。

(3)儲層的主控因素主要包括巖相作用和成巖作用，其中中砂巖相和中細(xì)砂巖相儲層物性最好；而方解石的壓實作用和膠結(jié)作用導(dǎo)致儲層物性變差，沸石的溶蝕作用及綠泥石膠結(jié)在一定程度上改善了儲集層性能。