低含油飽和度油藏儲(chǔ)層特征及其成藏控制
——以準(zhǔn)噶爾盆地瑪西斜坡中淺層八道灣組為例

王林生，趙曉東，李亮，周伯玉，徐倩茹，趙文蘋(píng)，紀(jì)雪冰

（1.中國(guó)石油新疆油田分公司，新疆 克拉瑪依 834000；2.中國(guó)石油大學(xué)（北京）克拉瑪依校區(qū)石油學(xué)院，新疆 克拉瑪依 834000；3.中國(guó)石油新疆油田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，新疆 克拉瑪依 834000）

0 引言

準(zhǔn)噶爾盆地西北緣的瑪湖凹陷是中國(guó)陸上油氣勘探熱點(diǎn)之一［1-2］。 2015 年以來(lái)，在瑪湖凹陷中深層烏爾禾組—百口泉組發(fā)現(xiàn)了三級(jí)儲(chǔ)量高達(dá)12.4×108t 的礫巖大油區(qū)［3-4］，遠(yuǎn)超儲(chǔ)量為2.68×108m3的巴西卡莫普利斯礫巖油田和2.07×108m3的美國(guó)赫姆洛克礫巖油田，已建成全球最大的礫巖大油區(qū)［5］。 為了進(jìn)一步擴(kuò)大勘探成果， 近年來(lái)將研究目標(biāo)上升至中淺層侏羅系八道灣組，該層段較中深層烏爾禾組—百口泉組相比，具有埋藏淺、物性好、勘探難度小等特征，同時(shí)具有效益勘探的地質(zhì)條件［6-7］。 但過(guò)路井顯示中淺層侏羅系八道灣組油氣顯示弱， 巖心油氣顯示級(jí)別以熒光和無(wú)顯示為主，氣測(cè)全烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)低，部分井甚至氣測(cè)組分不全。2018 年，優(yōu)選艾湖5 井中淺層八道灣組2 836～2 848 m井段碎屑巖儲(chǔ)層開(kāi)展老井恢復(fù)試油， 壓裂后獲日產(chǎn)油11.18 t 的高產(chǎn)工業(yè)油流，但含水率高，日產(chǎn)水10.7 m3，發(fā)現(xiàn)了中淺層八道灣組低含油飽和度油藏。

低含油飽和度油藏存在明顯可動(dòng)水， 其初始狀態(tài)共存水飽和度遠(yuǎn)大于儲(chǔ)層束縛水飽和度［8-10］。低含油飽和度油藏在國(guó)內(nèi)外的含油氣盆地中廣泛存在， 例如我國(guó)的鄂爾多斯盆地郝家坪西區(qū)和平?jīng)霰钡貐^(qū)、 松遼盆地的古龍凹陷、渤海灣盆地的歧口凹陷、吐哈盆地的臺(tái)北凹陷以及美國(guó)的Arbuckle 地區(qū)等均發(fā)現(xiàn)了低含油飽和度油藏［11-17］，展現(xiàn)出良好的開(kāi)發(fā)前景。

本文重點(diǎn)研究了低含油飽和度油藏的儲(chǔ)層特征，明確儲(chǔ)層對(duì)低含油飽和度油氣成藏的影響。 該研究對(duì)瑪湖凹陷立體勘探和拓展油氣勘探空間、 持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

準(zhǔn)噶爾盆地共劃分出6 個(gè)次一級(jí)構(gòu)造單元［18-19］，其中瑪湖凹陷位于準(zhǔn)噶爾盆地中央坳陷的西北部，其西部—西北部緊鄰克百斷裂帶和烏夏斷裂帶， 南部為中拐凸起，東部—東南部為夏鹽凸起和達(dá)巴松凸起，面積近0.5×104km2。 瑪湖凹陷是一個(gè)地層發(fā)育較齊全的疊合埋藏型凹陷［4，20］（見(jiàn)圖1a），是準(zhǔn)噶爾盆地重要的生烴區(qū)之一［21-22］。 研究區(qū)瑪西斜坡位于瑪湖凹陷的西部，自下而上依次發(fā)育石炭系、二疊系、三疊系、侏羅系、白堊系以及新生界地層，其中二疊系與三疊系、三疊系與侏羅系、侏羅系與白堊系為區(qū)域性不整合［23］（見(jiàn)圖1b）。 研究的目的層為中淺層侏羅系八道灣組，根據(jù)巖性和電性特征，將侏羅系八道灣組分為三段，自下而上依次為八道灣組一段（J1b1）、八道灣組二段（J1b2）、八道灣組三段（J1b3）。

圖1 準(zhǔn)噶爾盆地瑪西斜坡構(gòu)造位置及地層綜合柱狀圖Fig.1 Structural location and comprehensive stratigraphic column in Maxi slope of Junggar Basin

低含油飽和度油藏主要分布在八道灣組一段（簡(jiǎn)稱(chēng)八一段，下同），該段巖性主要為灰色砂礫巖、含礫砂巖、中—細(xì)砂巖，夾薄層煤層，沉積物粒度較粗，結(jié)構(gòu)成熟度較差，電性特征表現(xiàn)為塊狀和指狀中高阻，為辮狀河三角洲的辮狀分流河道沉積［24］。 瑪西斜坡為東南傾的單斜，具有北西高、南東低的特點(diǎn)，北西方向坡度相對(duì)較陡，向南東方向坡度逐漸變緩。研究區(qū)內(nèi)發(fā)育海西期以來(lái)形成的多條逆斷層和走滑斷層［25-26］，有效溝通風(fēng)城組烴源巖和八道灣組儲(chǔ)層。

2 油水性質(zhì)及含油特征

2.1 油水性質(zhì)

瑪西斜坡中淺層八道灣組低含油飽和度油藏表現(xiàn)為低密度、低黏度、低蠟質(zhì)量分?jǐn)?shù)、低凝固點(diǎn)的輕質(zhì)原油特征（見(jiàn)表1），地層水的水型為NaHCO3。

表1 瑪西斜坡侏羅系八一段低含油飽和度油藏油水性質(zhì)統(tǒng)計(jì)Table 1 Oil and water properties statistics of low oil saturation reservoir of Jurassic Bayi section in Maxi slope

2.2 含油特征

瑪西斜坡中淺層八道灣組含油顯示級(jí)別較低，以熒光為主。 巖心斷面直照熒光5%～30%，淡黃色，弱發(fā)光，噴照熒光10%～40%，系列對(duì)比7～9 級(jí)，滴水速滲。氣測(cè)顯示弱，部分井甚至氣測(cè)組分不全。以生產(chǎn)效果較好的艾湖501 井為例，其氣測(cè)全烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)由0.270%升至0.651%，數(shù)值較低，這與常規(guī)油層有較大的差別。由于研究區(qū)無(wú)密閉取心分析資料， 原始含油飽和度無(wú)法精確計(jì)算，但通過(guò)試油試采井生產(chǎn)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)研究區(qū)所有試油層均表現(xiàn)為油水同出的特征。 試油階段平均含水率為56.8%，試采階段平均含水率為82.2%，原始油藏呈現(xiàn)低含油、高含水的特征。

3 低含油飽和度油藏儲(chǔ)層特征

3.1 巖石學(xué)特征

利用研究區(qū)艾湖501、百65、瑪606、瑪625 等4口取心井的巖心、巖石薄片、鑄體薄片、掃描電鏡等分析化驗(yàn)資料，開(kāi)展了儲(chǔ)層特征研究?，斘餍逼掳艘欢嗡樾紟r儲(chǔ)層以礫巖、砂礫巖、含砂礫巖和中砂巖等粗巖性為主，粗巖性占比84.2%，其次為細(xì)砂巖、不等粒砂巖等。 巖心中普遍含礫，一般礫徑在5～15 mm，最大礫徑為50 mm（見(jiàn)圖2a），砂體厚度為50～160 m，砂地比高達(dá)90%。 儲(chǔ)層巖石類(lèi)型為長(zhǎng)石質(zhì)巖屑砂巖，總體巖屑質(zhì)量分?jǐn)?shù)高，平均為58.4%，以中酸性巖屑為主，同時(shí)伴有少量沉積巖及變質(zhì)巖巖屑（見(jiàn)圖2b—2e）。 儲(chǔ)層的分選性差（見(jiàn)圖2b），磨圓度呈次圓—次棱角狀（見(jiàn)圖2c），點(diǎn)-線(xiàn)接觸關(guān)系（見(jiàn)圖2d），泥質(zhì)膠結(jié)（見(jiàn)圖2e）。儲(chǔ)層的結(jié)構(gòu)成熟度、成分成熟度均較低，主要是因?yàn)檠芯繀^(qū)距離物源區(qū)較近，搬運(yùn)距離短。

3.2 孔隙結(jié)構(gòu)特征

瑪西斜坡八道灣組一段主要發(fā)育原生孔隙、 次生孔隙和微裂隙等3 種類(lèi)型。原生孔隙主要為剩余粒間孔和原生粒間孔， 其中剩余粒間孔占總孔隙體積的15.7%， 而原生粒間孔僅占3%，原生孔隙一般以規(guī)則的三角形和多邊形出現(xiàn)，孔隙邊緣清晰（見(jiàn)圖2f，2g）；次生孔隙主要發(fā)育粒間溶孔、粒內(nèi)溶孔和晶間孔，分別占總孔隙體積的12.1%，42.4%，14.6%，次生孔隙邊緣模糊，常呈不規(guī)則狀（見(jiàn)圖2h）。 儲(chǔ)層中粒內(nèi)溶孔體積分?jǐn)?shù)高主要是因?yàn)楹畜w積分?jǐn)?shù)高的長(zhǎng)石和易溶巖屑顆粒。另外，儲(chǔ)層中含有較高體積分?jǐn)?shù)的晶間孔，主要為高嶺石晶間孔、泥質(zhì)雜基中微孔（見(jiàn)圖2i）。 研究區(qū)微裂縫主要包括受到構(gòu)造作用發(fā)生破裂而形成的構(gòu)造縫（見(jiàn)圖2j）、成巖過(guò)程中石英等剛性顆粒受到壓實(shí)作用發(fā)生破裂的壓裂縫以及長(zhǎng)石顆粒的溶解縫（見(jiàn)圖2k）等。 研究區(qū)裂縫較為發(fā)育，微裂縫占總孔隙體積的12.1%，極大地改善了儲(chǔ)層物性。在掃描電鏡觀(guān)察下，巖石中黏土礦物主要見(jiàn)書(shū)頁(yè)狀高嶺石、蠕蟲(chóng)狀高嶺石，其次為彎曲片狀伊利石。 自生礦物主要見(jiàn)粒間充填的石英、 碳酸鹽類(lèi)礦物和沸石類(lèi)礦物，長(zhǎng)石具溶蝕現(xiàn)象（見(jiàn)圖2l，2m），易形成次生孔隙，樣品孔隙總體發(fā)育差，連通性差。

3.3 儲(chǔ)層物性特征

通過(guò)對(duì)研究區(qū)188 個(gè)碎屑巖樣品的物性測(cè)試統(tǒng)計(jì)出，儲(chǔ)層孔隙度分布在3.1%～16.3%，平均值為9.02%，孔隙度集中分布在6%～10%（見(jiàn)圖3a）。 滲透率分布在0.014×10-3～33.800×10-3μm2， 平均值為3.11×10-3μm2，滲透率集中分布在0.320×10-3～5.000×10-3μm2（見(jiàn)圖3b）。八一段儲(chǔ)層屬于低孔低滲儲(chǔ)層。研究區(qū)孔隙度、滲透率相關(guān)性差，決定系數(shù)為0.57（見(jiàn)圖3c），表明八一段儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)較差，儲(chǔ)層的非均質(zhì)性較強(qiáng)。 選取孔隙度、滲透率、滲透率變異系數(shù)、突進(jìn)系數(shù)、泥質(zhì)含量等5 項(xiàng)參數(shù)， 利用數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法求取了砂礫巖儲(chǔ)層的非均質(zhì)性指數(shù)，綜合評(píng)價(jià)儲(chǔ)層非均質(zhì)性。該方法計(jì)算的非均質(zhì)指數(shù)越大，非均質(zhì)性越弱［27］。研究區(qū)儲(chǔ)層非均質(zhì)性綜合指數(shù)計(jì)算結(jié)果主要介于0.621～0.782，屬于較強(qiáng)—中等非均質(zhì)性。 通過(guò)建立儲(chǔ)層非均質(zhì)性與試油結(jié)果的關(guān)系， 發(fā)現(xiàn)試油出油層段儲(chǔ)層非均質(zhì)性綜合指數(shù)在0.621～0.673，為較強(qiáng)非均質(zhì)性?xún)?chǔ)層；試油未或少出油層段儲(chǔ)層非均質(zhì)性綜合指數(shù)在0.674～0.782，為中等非均質(zhì)性?xún)?chǔ)層（見(jiàn)圖3c）。 評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，較強(qiáng)非均質(zhì)性?xún)?chǔ)層段試油效果好于中等非均質(zhì)性?xún)?chǔ)層段， 表明低含油飽和度油藏主要富集在較強(qiáng)非均質(zhì)性?xún)?chǔ)層中。

圖3 瑪西斜坡中淺層侏羅系八一段儲(chǔ)層物性特征及非均質(zhì)性評(píng)價(jià)Fig.3 Reservoir physical property characteristics and evaluation of heterogeneity of middle-shallow Jurassic Bayi section in Maxi slope

4 低含油飽和度油氣成藏模式

4.1 成藏期次

準(zhǔn)噶爾盆地主要經(jīng)歷了早期擠壓坳陷期和晚期南部天山隆升導(dǎo)致的盆地北部構(gòu)造掀斜期， 形成現(xiàn)今南低北高的構(gòu)造格局［28-29］。 八道灣組油氣來(lái)自二疊系風(fēng)城組［30-32］，而根據(jù)風(fēng)城組烴源巖的生排烴史分析，風(fēng)城組源巖主力排烴期為白堊紀(jì)， 至新近紀(jì)排烴能力已經(jīng)基本喪失［3］。 那么八道灣組只經(jīng)歷了白堊紀(jì)一次成藏期嗎？ 為此，采集了瑪西斜坡侏羅系八一段20 余個(gè)樣品并制作了包裹體薄片， 對(duì)包裹體的巖相學(xué)特征及顯微測(cè)溫特征進(jìn)行了分析，探討其成藏期次。透射光和熒光薄片顯微觀(guān)察表明， 研究區(qū)儲(chǔ)層流體包裹體并不是很發(fā)育， 僅在有限的薄片中觀(guān)測(cè)到少量依附在石英顆粒上的包裹體 （見(jiàn)圖4a）。 包裹體直徑一般為3～12 μm，形狀有條形、近圓形和不規(guī)則形等，以石英顆粒表面的散布狀、線(xiàn)狀及石英顆粒內(nèi)裂紋包裹體為主（見(jiàn)圖4b，4c），穿石英顆粒不發(fā)育包裹體（見(jiàn)圖4e）。

圖4 瑪西斜坡侏羅系八一段烴類(lèi)包裹體鏡下特征Fig.4 Microscopic characteristics of hydrocarbon inclusions of Jurassic Bayi section in Maxi slope

包裹體以油相為主， 在熒光下主要呈黃綠色和藍(lán)綠色（見(jiàn)圖4d，4f）。通過(guò)對(duì)包裹體的巖相學(xué)特征分析發(fā)現(xiàn)， 目的層普遍發(fā)育石英顆粒表面和石英顆粒內(nèi)裂紋分布的2 期油相包裹體。

均一溫度代表了流體包裹體形成時(shí)所經(jīng)歷的溫度，通過(guò)測(cè)定包裹體的均一溫度，結(jié)合區(qū)域埋藏史-熱史分析，可以確定油氣充注時(shí)間［33］。本次研究對(duì)所觀(guān)測(cè)到的包裹體進(jìn)行了均一溫度測(cè)試。結(jié)果表明，包裹體的均一溫度分布在74～149 ℃，分布頻率呈現(xiàn)雙峰2 期特征： 第1 期包裹體均一溫度分布在74～94 ℃， 峰值在84～89 ℃； 第2 期包裹體均一溫度分布在99～124 ℃，峰值在104～114 ℃（見(jiàn)圖5）。

圖5 瑪西斜坡侏羅系八一段包裹體均一溫度分布Fig.5 Homogenization temperature distribution of inclusions of Jurassic Bayi section in Maxi slope

流體包裹體的鹽度反映了成藏流體的物理化學(xué)性質(zhì)和流體來(lái)源。 根據(jù)鹽水包裹體測(cè)定的冰點(diǎn)溫度可以計(jì)算出鹽度。計(jì)算結(jié)果表明，八道灣組儲(chǔ)層伴生鹽水包裹體鹽度變化范圍較大，主要分布在3%～14%，存在高鹽度和低鹽度共存的現(xiàn)象，說(shuō)明了流體充注的復(fù)雜性。其中：第1 期伴生鹽水包裹體鹽度較低，分布在1%～12%；第2 期伴生鹽水包裹體鹽度分布在6%～18%。 包裹體巖相學(xué)特征和均一溫度、鹽度結(jié)果表明，侏羅系八道灣組存在2 個(gè)主要的油氣成藏期， 結(jié)合前人對(duì)研究區(qū)的埋藏史-熱史分析，明確八道灣組儲(chǔ)層主要經(jīng)歷了早期充注與晚期調(diào)整的油氣成藏過(guò)程。

4.2 成藏控制

早期成藏期發(fā)育百口泉組—八道灣組的繼承性古鼻狀構(gòu)造帶， 是早期油氣充注的有利區(qū)域。 早期成藏期，風(fēng)城組烴源巖生成的油氣沿走滑斷裂向上輸導(dǎo)，沿古鼻狀構(gòu)造帶聚集形成大范圍分布的油藏， 此時(shí)百口泉組和八道灣組首次發(fā)生充注，儲(chǔ)層物性好，油氣沿油源斷裂運(yùn)移至古鼻狀構(gòu)造帶形成古構(gòu)造油氣藏。 在晚期構(gòu)造掀斜調(diào)整充注期， 由于準(zhǔn)噶爾盆地發(fā)生了喜山期的構(gòu)造掀斜運(yùn)動(dòng)，北部地層翹傾形成區(qū)域單斜構(gòu)造，風(fēng)城組烴源巖生排烴能力降至較低水平，百口泉組、八道灣組部分古油藏在構(gòu)造掀斜背景下沿?cái)嗔严蛏习l(fā)生油氣逸散， 百口泉組油氣順斷裂輸導(dǎo)至八一段厚層砂礫巖中。 八一段砂礫巖儲(chǔ)層厚度大，砂地比高，連通性較好， 大部分古油藏由于構(gòu)造掀斜發(fā)生調(diào)整而運(yùn)移至高部位的山前斷裂帶。 但在非均質(zhì)性較強(qiáng)的砂礫巖儲(chǔ)層中，油氣運(yùn)聚受到非均質(zhì)性的控制，調(diào)整充注的油氣在非均質(zhì)性較強(qiáng)的儲(chǔ)層中與斷層匹配形成低含油飽和度油氣藏， 而在非均質(zhì)性較弱的儲(chǔ)層中繼續(xù)向高部位發(fā)生油氣逸散。

瑪西斜坡中淺層八道灣組砂礫巖儲(chǔ)層非均質(zhì)性較強(qiáng)， 厚層非均質(zhì)性砂礫巖是控制低含油飽和度油氣成藏的關(guān)鍵因素。 結(jié)合瑪西斜坡試油成果與微觀(guān)儲(chǔ)集特征，可以進(jìn)一步明確儲(chǔ)層如何對(duì)油藏進(jìn)行控制。以艾湖501 井為例，該井在2 022～2 839 m 試油段取得了較好的試油效果，儲(chǔ)層巖性為砂礫巖，日產(chǎn)油15.96 t，含水率為45%。

從鏡下微觀(guān)儲(chǔ)集空間特征來(lái)看（見(jiàn)圖2b，2c），儲(chǔ)集空間整體不是很發(fā)育，以溶蝕孔、微裂縫為主，孔隙連通性一般，鏡下孔隙分布不均，分選性差，表現(xiàn)出較強(qiáng)的非均質(zhì)性。相反，高部位的艾湖11 井，其原生粒間孔與溶蝕孔發(fā)育，孔隙連通性好，鏡下孔隙均勻，表現(xiàn)出較弱的非均質(zhì)性，試油結(jié)論為水層。

結(jié)合油藏儲(chǔ)層特征及油氣成藏過(guò)程， 構(gòu)建了瑪西斜坡中淺層侏羅系八道灣組“晚期構(gòu)造掀斜調(diào)整充注+強(qiáng)儲(chǔ)層非均質(zhì)性控藏”的低含油飽和度油氣成藏模式（見(jiàn)圖6）：1）沉積期，強(qiáng)水動(dòng)力背景，多期河道頻繁沖刷疊置，泥質(zhì)隔夾層分布不規(guī)律，連續(xù)性差，儲(chǔ)層物性好，油氣未發(fā)生充注；2）早期充注期，八道灣組埋深淺，物性好，儲(chǔ)層整體較均質(zhì)，構(gòu)造高部位聚集成藏；3）儲(chǔ)層致密化時(shí)期，隨埋深增大，壓實(shí)作用和膠結(jié)作用導(dǎo)致部分油氣逸散，地層發(fā)生致密化，油藏被破壞，油水界面開(kāi)始出現(xiàn)了差異；4）晚期調(diào)整充注，構(gòu)造掀斜，百口泉組油藏調(diào)整充注， 在低孔低滲條件下油氣運(yùn)聚受到強(qiáng)非均質(zhì)性控制，廣泛分布、不連片，形成低含油飽和度油藏。 低含油飽和度油藏的發(fā)現(xiàn)拓展了瑪湖凹陷的油氣勘探空間， 對(duì)準(zhǔn)噶爾盆地同類(lèi)油藏的油氣勘探具有重要意義和啟示， 同時(shí)增加了在厚層砂礫巖低滲儲(chǔ)層中尋找低含油飽和度油藏的勘探實(shí)例。

圖6 瑪西斜坡帶八一段低含油飽和度油氣成藏模式Fig.6 Hydrocarbon accumulation model of low oil saturation reservoir of Bayi section in Maxi slope

5 結(jié)論

1）瑪西斜坡八道灣組低含油飽和度油藏的原油為品質(zhì)好的輕質(zhì)原油，原始油藏呈現(xiàn)出低含油、高含水特征，油藏含油級(jí)別低，直照熒光弱發(fā)光，氣測(cè)顯示弱，氣測(cè)全烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)低。

2）瑪西斜坡八道灣組儲(chǔ)層發(fā)育厚，砂地比高達(dá)90%，孔隙主要以次生溶蝕為主，并且晶間孔占比高，樣品孔隙總體發(fā)育差，連通性差，屬于低孔低滲儲(chǔ)層，儲(chǔ)層非均質(zhì)性較強(qiáng)， 低含油飽和度油藏主要富集在較強(qiáng)非均質(zhì)儲(chǔ)層中。

3）構(gòu)建了瑪西斜坡中淺層八道灣組砂礫巖儲(chǔ)層低含油飽和度油藏“晚期構(gòu)造掀斜調(diào)整充注+強(qiáng)儲(chǔ)層非均質(zhì)性控藏”的油氣成藏模式：早期走滑斷裂輸導(dǎo)，八道灣組、百口泉組古油藏形成；晚期構(gòu)造掀斜，古油藏遭受破壞， 大部分古油藏由于構(gòu)造掀斜發(fā)生調(diào)整而運(yùn)移至高部位的山前斷裂帶， 部分油氣在非均質(zhì)性較強(qiáng)的儲(chǔ)層中形成低含油飽和度油氣藏。