阿爾金山前基巖氣藏儲層特征差異性研究

茍迎春, 李延麗, 趙為永, 劉應如, 柴小穎, 秦九妹

(1.中國石油勘探開發(fā)研究院西北分院,甘肅 蘭州 730020;2.中國石油天然氣集團公司油藏描述重點實驗室,甘肅 蘭州 730020;3.中國石油青海油田勘探開發(fā)研究院,甘肅 敦煌 736202;4.中國石油集團測井有限公司青海分公司,甘肅 敦煌 736202)

基巖油氣藏作為一種非常規(guī)油氣藏,在全球廣泛分布?；鶐r油氣田含有巨大的地質儲量,國外如非洲乍得Bonger盆地、越南白虎花崗巖油田、印度尼西亞賈蒂巴朗玄武巖油氣田、阿根廷內烏肯盆地Cupen Mahuida海相火山巖氣藏等都為億噸級儲量油氣藏(Genik,1992;田志彬,2017;陳志海等,2009;Nguyen et al.,2010;羅艷楊等,2010),國內如渤海灣盆地、松遼盆地、準噶爾盆地克拉美麗氣田、酒泉盆地鴨兒峽油田等也發(fā)育基巖油氣藏(胡志偉等,2017;朱毅秀等,2018;侯連華等,2012;謝恭儉,1981)。據(jù)統(tǒng)計,全球基巖油氣藏石油儲量為248×108t,天然氣儲量為2 681×108m3(馬龍等,2006)。基巖油氣藏類型以油藏居多,儲層巖性以花崗巖居多,占32%,其次為變質巖及石灰?guī)r,基巖儲層物性變化大,孔隙度從1%～15%不等,大多小于10%,滲透率一般小于1 000 mD(楊飛等,2011)。

自2012年柴達木盆地阿爾金山前在東坪地區(qū)發(fā)現(xiàn)中國陸上地質儲量最大的基巖氣藏以來(田繼先等,2019),又相繼在坪西及尖頂山等地基巖中獲得高產油氣流,其中P1H-2-7井日產天然氣60×104m3,居青海油田60年來單井日產量之最。部分學者認為阿爾金山前是未來柴達木盆地基巖天然氣勘探的現(xiàn)實領域(陳磊等,2019)。前人在該區(qū)的研究主要集中在成藏條件及基巖裂縫預測等方面(孫秀建等,2015;陳國文等,2016),但在不同巖性基巖的儲層發(fā)育差異方面研究還很薄弱,一定程度上制約了基巖氣藏的勘探進程。筆者根據(jù)阿爾金山前東坪、坪西、尖北等三個基巖氣藏探區(qū)的30多口探井資料,借助中國石油油藏描述重點實驗室FEI-Quanta 450 FEG場發(fā)射環(huán)境掃描電鏡、Empyrean X射線衍射儀、CMS300覆壓孔滲儀等先進儀器,系統(tǒng)開展了阿爾金山前基巖類型、物性特征、巖性測井識別、氣藏差異性等方面的研究,該成果有望對阿爾金山前基巖氣藏勘探選區(qū)選帶具有實踐指導意義。

1 研究區(qū)地質概況

柴達木盆地位于青藏高原東北部,是中國三大內陸盆地之一,屬封閉性的巨大山間斷陷盆地,面積為12.1×104km2。柴達木盆地四周被昆侖山脈、祁連山脈與阿爾金山脈所環(huán)抱,受東昆侖逆沖和阿爾金走滑雙重控制作用的影響,盆地呈不規(guī)則菱形狀(圖1a)(余一欣等,2006)。研究區(qū)位于柴達木盆地阿爾金山前中段,包括東坪、坪西、尖北三個三級構造(圖1b)。受近SN向斷層的控制,東坪構造整體為一大型南傾鼻狀古隆起;坪西構造緊鄰東坪構造西部,整體表現(xiàn)為南傾斜坡背景下的中小型鼻隆;尖北構造東面緊鄰坪西凹陷,受近尖北斷層控制,整體具古斜坡背景。

圖1 工區(qū)位置簡圖及阿爾金山前侏羅系烴源巖分布

研究區(qū)持續(xù)發(fā)育的古構造與其東南方向的中下侏羅統(tǒng)煤系烴源巖側接,長期處于油氣運聚的指向區(qū)。該套烴源巖面積超過4 000 km2,厚度達2 000～3 000 m,有機碳含量為1.0%～8.0%、鏡質體反射率Ro為0.8%～3.5%,干酪根類型主要為Ⅱ2-Ⅲ型,以產氣為主。區(qū)內基巖上覆地層為古近系,其中路樂河組(E1+2)底部發(fā)育的近百米膏質泥巖、頂部發(fā)育的巨厚泥巖,下干柴溝組下段(E31)頂部發(fā)育的一套約4 500 km2、100 m厚的泥巖是基巖氣藏的有效蓋層(圖2),利于形成大規(guī)?；鶐r氣藏群。

圖2 阿爾金山前地層綜合柱狀圖

2 基巖巖石學特征

巖芯觀察、薄片分析、全巖礦物分析及元素俘獲譜測井(ECS)表明,不同區(qū)域基巖類型不一,不同類型基巖主礦物成分含量差別大。

2.1 巖性特征

東坪構造基巖類型主要為花崗巖和花崗片麻巖?；◢弾r為塊狀構造,礦物成分以長石、石英為主,次為黑云母(劉成東等,2003),花崗巖裂縫部分充填方解石(圖3a,b)?；◢徠閹r具明顯片麻狀構造,暗色與淺色礦物相間分布(圖3c),主要礦物成分為石英和長石,含黑云母,長石風化程度深,黑云母多綠泥石化,呈定向分布(圖3d)。

圖3 東坪構造基巖巖石類型特征

坪西構造基巖類型主要為結晶灰?guī)r和板巖,少量鈣質片巖。結晶灰?guī)r片理構造發(fā)育(圖4a)。結晶灰?guī)r礦物成分主要為重結晶特征的泥晶方解石,黏土礦物定向分布,絹云母化程度高(圖4b)。板巖具板狀構造(圖4c),主礦物成分為絹云母、石英和長石,次要礦物為方解石、磁鐵礦(圖4d)。鈣質片巖發(fā)育千枚狀構造(圖4e),主礦物成分為絹云母和泥晶-粉晶方解石,巖石變質程度高,絹云母、方解石定向分布(圖4f)。

圖4 坪西構造基巖巖石類型

尖北構造基巖主要為花崗閃長巖,英云閃長巖次之?；◢忛W長巖比花崗巖含較多的斜長石和暗色礦物(陳擎等,2020),呈灰綠色或暗灰色(圖5a),深色礦物以角閃石較多,常見半自形粒狀結構,似斑狀結構(圖5b)。英云閃長巖中鉀長石含量較低,黑云母等暗色礦物含量相對較高,因而巖石顏色更深(圖5c),鏡下常見黑云母蝕變?yōu)榫G泥石(圖5d)。

圖5 尖北構造基巖巖石類型特征

2.2 礦物成分及含量

X-射線衍射礦物成分分析表明,阿爾金山前不同區(qū)塊基巖主礦物成分相差較大。

東坪發(fā)育的花崗巖和花崗片麻巖,主礦物成分均為石英、鉀長石、鈉長石和黏土礦物,平均含量分別為34%、15%、11%和23%,方解石和硬石膏為裂縫充填物,二者含量差別不大(圖6中的a,b區(qū))。

圖6 不同類型基巖主礦物含量分布圖

坪西構造不同巖性主礦物成分比較相近,但含量差別較大。結晶灰?guī)r主礦物成分為方解石,其含量多大于60%,其次為石英和黏土礦物,各占12.4%和14.6%(圖6中的c區(qū));板巖主礦物成分為黏土和石英,平均含量分別為29%和41.7%,少量方解石和硬石膏為裂縫充填物(圖6中的d區(qū));鈣質片巖主要礦物成分為方解石和黏土礦物,平均含量分別為31.1%和30.8%,其次為石英,含量為22%(圖6中的e區(qū))。

尖北構造花崗閃長巖中石英和鉀長石含量相對較高,平均含量分別為32.9%和11.7%(圖6中的f區(qū)),英云閃長巖中鈉長石含量明顯較高,含量最高達56.7%,而鉀長石平均只占2.4%(圖6中的g區(qū))。

3 基巖測井識別

研究區(qū)基巖具有埋藏深(>3 000 m)、巖性復雜、取芯井少的特點,制約了有利儲層預測精度。筆者以主礦物成分分析、薄片鑒定結果為基礎,利用常規(guī)測井、元素俘獲譜測井(ECS)獲取的巖性數(shù)據(jù),通過回歸算法構建了基巖識別模型,根據(jù)該模型預測巖性符合率大于90%,效果良好。

東坪構造自然伽馬和補償中子曲線對巖性有一定區(qū)分。交會圖表明:花崗巖表現(xiàn)為自然伽馬高值(GR>100 API)、補償中子低值(CNL<11%)特征;花崗片麻巖表現(xiàn)為自然伽馬曲線相對低值(50 API

圖7 不同構造基巖測井曲線交會圖

坪西構造利用自然伽馬和補償中子曲線可以區(qū)分巖性。交會圖分析表明:結晶灰?guī)r為低伽馬(30 API

尖北構造利用常規(guī)測井補償密度和補償中子曲線可以區(qū)分巖性。交會圖分析表明:花崗閃長巖為低補償中子(CNL<9%)、低補償密度(2.4 g·cm-3

元素俘獲測井(ECS)通過測定地層元素含量及特定閉合模型計算,可以獲得巖石的主要礦物類型和相對含量,進而輔助基巖的準確命名。區(qū)內ECS測井顯示:板巖中黏土及石英含量最高,約占總量的70%～90%;結晶灰?guī)r中方解石含量最高,約占總量的60%～80%;鈣質片巖中黏土、石英及方解石約占總體含量的30%(圖8a);花崗巖中石英含量最高,達到30%,而云母含量較低,只占7%左右,花崗閃長巖和英云閃長巖中石英含量小于20%,云母含量大于13%(圖8b)。ECS測井巖性識別與X-衍射全巖分析及巖性薄片鑒定結果高度符合,說明用ECS測井識別區(qū)內基巖類型是有效的。

圖8 研究區(qū)基巖-測井響應特征

4 儲集空間類型及物性特征

研究區(qū)基巖“裂縫+溶蝕孔”雙重孔隙介質屬性明顯,裂縫是主要的滲流通道,也是主要的儲集空間。與裂縫伴生的溶蝕孔增加了天然氣的儲集空間,另外常見晶間孔,大多孤立發(fā)育,對孔滲貢獻不大。不同類型基巖裂縫發(fā)育程度及特征不同,儲層物性也有所差異。

花崗巖和花崗片麻巖儲集空間以構造裂縫和溶蝕孔(縫)為主,構造裂縫全充填或半充填(圖9a,b),另外花崗巖、花崗片麻巖發(fā)育的納米-微米級晶間孔、云母等礦物的片理縫(圖9c)也是天然氣有效的儲集空間。結晶灰?guī)r發(fā)育的高角度構造裂縫是有效儲集空間(圖9d,e),結晶灰?guī)r少見溶蝕孔,如有則呈孤立狀分布,孔徑一般幾微米(圖9f),滲濾能力有限?；◢忛W長巖發(fā)育低角度-高角度構造裂縫,構造裂縫半充填,連通性較好(圖9g),沿裂縫擴溶現(xiàn)象明顯(圖9h),這些溶蝕孔(縫)一方面增加了儲集空間,另一方面增強了滲濾能力。

圖9 尖北地區(qū)基巖儲集空間類型

不同類型基巖物性差別大,這是因為基巖孔隙度大小及滲率能力與基巖裂縫的密度、寬度等特征參數(shù)密切相關。成像測井解釋成果統(tǒng)計表明,區(qū)內花崗片麻巖裂縫最為發(fā)育,裂縫角度為45°～75°(圖10a),裂縫密度多為3～7條/m,裂縫寬度為10～30 μm,裂縫長度為1～15 m·m-2,因而儲集性能最好,孔隙度大多為3%～7%,平均為4.7%(圖11a);花崗巖、花崗閃長巖和英云閃長巖發(fā)育的裂縫角度為15°～60°(圖10b),密度主要為2～5條/m,寬度20～40 μm,長度1～10 m·m-2,孔隙度大多為2%～4%,平均為3.6%(圖11a);結晶灰?guī)r、板巖裂縫發(fā)育程度最低,裂縫角度以低角度-水平位置為主(圖10c,d),密度多為1條/m,少量為2～4 條/m,寬度主要為0.1～10 μm,長度為1～5 m·m-2,孔隙度多為1%～4%,平均為2.5%(圖11a),儲集物性最差。

圖10 不同類型基巖成像測井圖

圖11 基巖孔隙度分布、裂縫發(fā)育特征與產氣量關系圖

統(tǒng)計表明基巖裂縫密度、寬度等特征參數(shù)與天然氣產量之間具明顯的正相關性。裂縫越寬、密度越大對天然氣產能貢獻越大,單井產量也就越高(圖11b,c)。

5 結論

(1)柴達木盆地阿爾金山前不同區(qū)塊基巖類型變化大。東坪構造主要發(fā)育花崗巖和花崗片麻巖,坪西構造主要發(fā)育結晶灰?guī)r和板巖,尖北構造主要發(fā)育花崗閃長巖。

(2)研究區(qū)基巖“裂縫+溶蝕孔”雙重孔隙介質屬性明顯?；◢徠閹r儲集空間以高角度構造裂縫和溶蝕孔(縫)為主,孔隙度為2%～7%;花崗巖、花崗閃長巖、英云閃長巖以中-低角度構造裂縫和溶蝕孔(縫)為主,孔隙度為2%～4%;結晶灰?guī)r、板巖以低角度構造裂縫為主,孔隙度為1%～4%。

(3)研究區(qū)花崗片麻巖裂縫最為發(fā)育,花崗巖、花崗閃長巖次之,結晶灰?guī)r、板巖裂縫發(fā)育程度最低,基巖的裂縫密度、寬度與天然氣產量呈正相關關系。