川東北文安斜坡沙三段儲(chǔ)層特征及控制因素

川東北文安斜坡沙三段儲(chǔ)層特征及控制因素

0隱蔽油氣藏勘探的必要性經(jīng)過(guò)60年的勘探和開(kāi)發(fā)，霸權(quán)縣文安坂潛山油氣和中平坦油氣的勘探進(jìn)入了中高山成熟階段。然而,霸縣凹陷目前仍有70%的剩余資源沒(méi)有找到,且已探明油氣資源主要集中在深度3500m以?xún)?nèi)的中淺層。深層巖性、地層等隱蔽油氣藏勘探程度低,勘探開(kāi)發(fā)有望獲得重大突破,成為增儲(chǔ)上產(chǎn)的突破口?？碧綄?shí)踐表明,儲(chǔ)層的有效性是決定中深層油氣是否能夠成藏的主要因素,文安斜坡沙三段地層埋藏深度較大,主要鉆遇大于3500m的地層,儲(chǔ)層經(jīng)歷了沉積作用、成巖作用及地層壓力等復(fù)雜的地質(zhì)過(guò)程,前人的研究主要集中在構(gòu)造、油氣成藏等方面,缺乏對(duì)儲(chǔ)層特征的系統(tǒng)分析,控制因素尚未取得一致性認(rèn)識(shí),成為制約中深層油氣勘探獲得突破的主要問(wèn)題之一,給研究區(qū)中深層油氣勘探帶來(lái)了諸多困難。因此,本文在對(duì)該地區(qū)儲(chǔ)層特征系統(tǒng)研究的基礎(chǔ)上,結(jié)合有效儲(chǔ)層物性下限計(jì)算,選取孔隙度差值作為參數(shù),系統(tǒng)分析了有效儲(chǔ)層物性控制因素,以期為研究區(qū)有效儲(chǔ)層預(yù)測(cè)提供重要指導(dǎo)。1武清凹陷邊緣斷裂帶文安斜坡處于渤海灣盆地冀中坳陷霸縣凹陷東南部,屬牛駝鎮(zhèn)背斜東翼,在構(gòu)造背景上為一個(gè)區(qū)域性西傾斜坡,呈NNE向展布,東南抵大城凸起,南鄰饒陽(yáng)凹陷,西北部與霸縣凹陷及馬西—鄚州洼陷相鄰,向北以里坦斷層與武清凹陷相隔(圖1)。文安斜坡沙三段為水域逐漸擴(kuò)大、加深時(shí)期的沉積,以辮狀河三角洲前緣砂體為主,由灰褐色、灰色、紫紅色泥巖與粉細(xì)砂巖互層組成,發(fā)育水下分流河道、河口壩、席狀砂及水下分流間灣微相,形成了多套有利砂體。2礦物礦物組成文安斜坡沙三段儲(chǔ)層巖石類(lèi)型主要為巖屑質(zhì)長(zhǎng)石砂巖,平均含量83.00%,其次為長(zhǎng)石質(zhì)巖屑砂巖和長(zhǎng)石砂巖(圖2)。巖石顆粒中石英平均含量為39.12%;長(zhǎng)石平均含量為37.06%,長(zhǎng)石類(lèi)型主要為堿性長(zhǎng)石,其次為斜長(zhǎng)石;巖屑平均含量為23.82%,以巖漿巖為主(平均含量16.6%),其次為沉積巖(平均含量5.43%),再次為變質(zhì)巖(平均含量1.79%)。雜基含量平均6.57%。膠結(jié)物含量平均10.43%,以方解石膠結(jié)為主,多為孔隙式膠結(jié),發(fā)育少量石膏、硬石膏、硅質(zhì)、高嶺石和黃鐵礦等膠結(jié)物。Q/(F+R)值為0.16~1.90,平均為0.68,成分成熟度中等。巖性以粉砂-細(xì)中砂為主,分選中等-好,磨圓次棱角-次圓狀,結(jié)構(gòu)成熟度中等。3深層儲(chǔ)層孔隙類(lèi)型儲(chǔ)層物性是決定其儲(chǔ)集性能的關(guān)鍵。對(duì)研究區(qū)物性資料的統(tǒng)計(jì)分析顯示,該地區(qū)中深層儲(chǔ)層孔隙度主要集中在5%~25%之間,平均14.87%,滲透率集中在0.1×10-3~50×10-3μm2之間,孔滲相關(guān)性較好。屬于中低孔-低滲特低滲型儲(chǔ)層(圖3)。根據(jù)鑄體薄片資料觀察分析,文安斜坡沙三段中深層儲(chǔ)層孔隙類(lèi)型以原生孔隙和次生孔隙并存為主要特征(圖4),且以原生孔隙為主,平均占總孔隙的72.81%,次生孔隙整體含量較少。原生孔隙主要為因壓實(shí)作用縮小的殘余原生粒間孔隙(圖5(a))以及石英次生加大和碳酸鹽部分膠結(jié)后的剩余原生粒間孔隙(圖5(b)),鏡下原生粒間孔特征明顯,呈三角形或多邊形,邊緣較平直。溶解孔隙可進(jìn)一步劃分為粒間溶孔、粒內(nèi)溶孔。粒間溶孔主要是長(zhǎng)石、巖屑等顆粒以及膠結(jié)物邊緣發(fā)生溶解形成的粒間孔隙(圖5(d)、(k)),形態(tài)不規(guī)則。粒內(nèi)溶孔主要是長(zhǎng)石粒內(nèi)發(fā)生溶解(圖5(c))以及巖屑粒內(nèi)易溶組分被溶蝕而形成的孔隙(圖5(d))。4儲(chǔ)層成巖作用特征4.1巖屑顆粒被壓實(shí)文安斜坡沙三段儲(chǔ)層壓實(shí)作用顯著,主要表現(xiàn)有:(1)顆粒接觸關(guān)系表現(xiàn)為線接觸-凹凸接觸(圖5(g));(2)石英、長(zhǎng)石等剛性顆粒被壓實(shí)破裂;(3)部分巖屑顆粒壓實(shí)變形,云母被壓彎(圖5(f))。壓實(shí)作用在埋藏早期對(duì)儲(chǔ)層的破壞比較明顯,隨深度加深,壓實(shí)作用對(duì)儲(chǔ)層的影響變?nèi)?中深層儲(chǔ)層主要受膠結(jié)作用的破壞。4.2鹽膠結(jié)物充填體文安斜坡沙三段儲(chǔ)層膠結(jié)物類(lèi)型多樣,主要為碳酸鹽膠結(jié)(圖5(g)),其次為硫酸鹽、硅質(zhì)(圖5(i))、黃鐵礦(圖5(l))等膠結(jié)。碳酸鹽膠結(jié)物含量1%~10%,最高可達(dá)21%,平均含量6.38%,主要為方解石,其次為鐵方解石、白云石(圖5(b))、鐵白云石等,呈微晶狀或晶粒狀充填于粒間孔隙中。硅質(zhì)膠結(jié)物含量相對(duì)較少,平均含量1.5%左右,主要以石英次生加大邊的形式出現(xiàn)。石膏和硬石膏膠結(jié)較少發(fā)育。黃鐵礦主要形成于成巖作用的晚期,呈團(tuán)塊狀或粒狀。自生高嶺石(圖5(h))多呈書(shū)頁(yè)狀或蠕蟲(chóng)狀集合體與長(zhǎng)石溶蝕共生。碳酸鹽膠結(jié)物對(duì)儲(chǔ)層的破壞比較明顯,使儲(chǔ)層孔隙大量減少,甚至形成無(wú)效儲(chǔ)層。4.3礦物顆粒對(duì)礦物的調(diào)節(jié)交代作用是文安斜坡沙三段儲(chǔ)層中常見(jiàn)的成巖現(xiàn)象。研究區(qū)常見(jiàn)的交代現(xiàn)象包括碳酸鹽膠結(jié)物對(duì)長(zhǎng)石、石英顆粒和巖屑顆粒的交代以及對(duì)石英加大邊的交代(圖5(i)),白云石對(duì)方解石的交代(圖5(j)),黃鐵礦對(duì)碳酸鹽的交代(圖5(l))等。自生礦物之間的交代作用通常作為判斷成巖作用發(fā)生先后的主要依據(jù)。4.4礦物顆粒及巖屑顆粒溶解文安斜坡沙三段砂巖儲(chǔ)層普遍發(fā)育強(qiáng)烈的溶蝕作用,主要為長(zhǎng)石的溶解(圖5(c)),其次是石英、巖屑等碎屑顆粒的溶解,表現(xiàn)為長(zhǎng)石顆粒邊緣的溶蝕和沿解理縫的溶蝕,巖屑顆粒內(nèi)部不穩(wěn)定礦物的溶蝕以及石英顆粒的溶蝕。膠結(jié)物的溶蝕較少,可見(jiàn)碳酸鹽膠結(jié)物的溶蝕(圖5(e))和石英加大邊的溶蝕(圖5(k))。4.5石英顆粒及加大邊的溶解在成巖作用類(lèi)型及特征的分析基礎(chǔ)上,通過(guò)自生礦物的形態(tài)、交代切割關(guān)系以及溶解充填關(guān)系等特征,進(jìn)行成巖演化序列劃分。首先,根據(jù)溶解充填關(guān)系,研究區(qū)可見(jiàn)長(zhǎng)石、巖屑的溶解被碳酸鹽膠結(jié)以及長(zhǎng)石溶孔中充填高嶺石,可以判斷碳酸鹽和高嶺石形成于長(zhǎng)石、巖屑溶解之后;石英顆粒及加大邊的溶解所形成的孔隙被碳酸鹽充填,可以判斷碳酸鹽膠結(jié)形成于石英加大之后,而后碳酸鹽發(fā)生少量溶解。據(jù)此推斷,碳酸鹽膠結(jié)晚于石英溶解,晚于石英加大,晚于長(zhǎng)石、巖屑的溶解。根據(jù)相互交代關(guān)系,研究區(qū)可見(jiàn)石英顆?；蚴⒓哟筮叡惶妓猁}交代,以及碳酸鹽膠結(jié)物被黃鐵礦交代。推斷石英加大早于碳酸鹽膠結(jié),早于黃鐵礦膠結(jié)。綜合分析認(rèn)為,成巖作用演化序列劃分為:壓實(shí)作用/早期碳酸鹽膠結(jié)→長(zhǎng)石、巖屑溶解/石英加大/高嶺石充填→石英溶解/碳酸鹽膠結(jié)→黃鐵礦膠結(jié)。5有效儲(chǔ)層管理因素5.1儲(chǔ)層有效儲(chǔ)層評(píng)價(jià)的研究方法有效儲(chǔ)層是指能夠儲(chǔ)集和滲流流體(主要為烴類(lèi)和地層水),在現(xiàn)有工藝技術(shù)條件下能夠采出具有工業(yè)價(jià)值產(chǎn)液量(烴類(lèi)或與烴類(lèi)同體積的水)的儲(chǔ)集層。有效儲(chǔ)層物性下限是指儲(chǔ)集層能夠成為有效儲(chǔ)層應(yīng)具有的最低物性,通常用孔隙度、滲透率的某個(gè)確定值來(lái)度量。以有效儲(chǔ)層物性下限為界可以將某一層段的儲(chǔ)層分為有效儲(chǔ)層(實(shí)測(cè)物性大于物性下限)與非有效儲(chǔ)層(實(shí)測(cè)物性小于物性下限)。確定有效儲(chǔ)層物性下限是有效儲(chǔ)層評(píng)價(jià)研究中的一個(gè)難點(diǎn)問(wèn)題,是直接關(guān)系到勘探、開(kāi)發(fā)決策的重要問(wèn)題。物性下限值的確定方法很多,如測(cè)試法、經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)法、含油產(chǎn)狀法、排驅(qū)壓力法、最小有效孔喉半徑法、分布函數(shù)曲線法等。但是每一種方法反映儲(chǔ)層物性下限都具有一定的誤差,而且不同地區(qū)因?yàn)榈赜虿町悺①Y料豐度等原因,所適用的方法也各不相同。為了消除單一方法中因原始數(shù)據(jù)誤差、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)數(shù)量、計(jì)算方法等引起的誤差,針對(duì)文安斜坡地質(zhì)資料,綜合運(yùn)用分布函數(shù)曲線法、測(cè)試法、試油法、束縛水飽和度法求取了文安斜坡各深度段有效儲(chǔ)層孔隙度下限,如表1所示。為了獲得任意埋藏深度下有效儲(chǔ)層的孔隙度下限值,對(duì)采取多種方法獲得的有效儲(chǔ)層孔隙度下限值與深度進(jìn)行回歸擬合(圖6),通過(guò)擬合獲得有效儲(chǔ)層的孔隙度下限與深度的函數(shù)關(guān)系方程,以之作為有效儲(chǔ)層孔隙度下限的最終結(jié)果。文安斜坡擬合方程式如下:其中:Φcutoff,孔隙度下限,%;H,埋藏深度,m。為了檢驗(yàn)孔隙度下限計(jì)算公式的準(zhǔn)確性,選取文安斜坡沙三段25口井37個(gè)試油小層的試油成果對(duì)孔隙度下限進(jìn)行檢驗(yàn),若有效儲(chǔ)層孔隙度大于孔隙度下限,即認(rèn)為是正確的;若非有效儲(chǔ)層的孔隙度小于孔隙度下限,也認(rèn)為是正確的;否則認(rèn)為是錯(cuò)誤的。根據(jù)這一原則,檢驗(yàn)正確率為89.2%。因此,通過(guò)上述有效儲(chǔ)層孔隙度下限與深度的擬合關(guān)系式計(jì)算求得的有效儲(chǔ)層物性下限是可靠的。5.2儲(chǔ)層發(fā)育帶的劃分碎屑巖儲(chǔ)層質(zhì)量受控于砂體形成過(guò)程中沉積作用和埋藏演化過(guò)程中成巖作用、地層壓力等多種地質(zhì)因素。為了消除不同深度下物性差異的影響,筆者在有效儲(chǔ)層孔隙度下限計(jì)算的基礎(chǔ)上,根據(jù)前人的研究成果,引入孔隙度差值(指某一深度處儲(chǔ)層的孔隙度與孔隙度下限的差值),以孔隙度下限擬合曲線和包絡(luò)線為界,將儲(chǔ)層孔隙度剖面分為A、B兩帶,即橫向分帶(圖7)。A帶指孔隙度差值小于零的數(shù)據(jù)點(diǎn)組成的區(qū)塊,為非有效儲(chǔ)層發(fā)育帶;B帶指孔隙度差值大于零的數(shù)據(jù)點(diǎn)組成的區(qū)塊,為有效儲(chǔ)層發(fā)育帶。在此基礎(chǔ)上,對(duì)比有效儲(chǔ)層發(fā)育帶和非有效儲(chǔ)層發(fā)育帶沉積微相、巖性、分選、雜基含量和膠結(jié)物含量等因素的差異性,探討研究區(qū)中深層有效儲(chǔ)層的控制因素。5.2.1儲(chǔ)層有效性分析沉積作用除了對(duì)儲(chǔ)層的空間展布起控制作用外,還決定礦物成分、結(jié)構(gòu)成熟度、成分成熟度和物性特征,對(duì)成巖作用強(qiáng)度及進(jìn)程有重要影響。文安斜坡沙三段中深層主要沉積為一套辮狀河三角洲前緣砂體。對(duì)于不同的沉積微相類(lèi)型,其孔隙度差值具有明顯的區(qū)別(表2)。水下分流河道微相,儲(chǔ)層有效率為71%,孔隙度差值最大可達(dá)18.32%,平均值4.11%;河口壩微相中,儲(chǔ)層有效率93%,孔隙度差值最大為12.94%,平均值6.77%;席狀砂和水下分流間灣微相中,儲(chǔ)層有效性分別為47.62%和14.06%,孔隙度差值平均值分別為0.41%和-3.16%。通過(guò)有效儲(chǔ)層與非有效儲(chǔ)層的對(duì)比分析(圖7),非有效儲(chǔ)層中,水下分流河道微相發(fā)育較少,席狀砂和水下分流間灣較多,占42.93%,沉積物粒度細(xì),主要為粉砂,平均粒度0.09mm,分選系數(shù)平均1.73,雜基含量相對(duì)較高,平均11.95%,厚度薄,平均2.43m。而有效儲(chǔ)層中水下分流河道和河口壩微相明顯增多,占88.79%,水下分流間灣基本不發(fā)育,其含量?jī)H為2.65%,巖石類(lèi)型主要為細(xì)中粒砂巖,粒度相對(duì)較粗,平均值為0.12mm,分選系數(shù)基本都小于2,平均1.52,分選好,雜基含量平均9.03%,平均厚度3.75m,長(zhǎng)石含量較高,易遭受后期溶蝕改造,發(fā)育次生溶孔,有利于有效儲(chǔ)層的發(fā)育。由此可見(jiàn),研究區(qū)水下分流河道及河口壩微相中沉積的細(xì)中砂巖的泥質(zhì)雜基越少,分選越好,孔隙度越高,越有利于有效儲(chǔ)層發(fā)育。5.2.2膠結(jié)物含量與儲(chǔ)層精細(xì)指標(biāo)的關(guān)系有利的沉積相帶為有效儲(chǔ)層的形成提供了良好的物質(zhì)基礎(chǔ),但后期成巖作用對(duì)砂體儲(chǔ)集性能產(chǎn)生很大的改造。中淺層儲(chǔ)層,孔隙度主要受機(jī)械壓實(shí)作用的影響。深層機(jī)械壓實(shí)作用不再是影響儲(chǔ)集層物性的主要因素,溶解作用和膠結(jié)作用起主要作用。文安斜坡沙三段中深層成巖作用對(duì)儲(chǔ)層的影響主要體現(xiàn)在膠結(jié)作用對(duì)孔隙的破壞,以及溶解作用改善孔隙。膠結(jié)作用是沙三段中深層減少孔隙、破壞儲(chǔ)層的主要成巖作用類(lèi)型,通過(guò)膠結(jié)物含量與孔隙度差值關(guān)系可以看出,膠結(jié)物含量與孔隙度差值具有明顯的負(fù)相關(guān)性,膠結(jié)物含量越高,孔隙度差值越小(圖8、圖9);并且,膠結(jié)物含量小于18%時(shí),有效儲(chǔ)層百分含量為68.01%;膠結(jié)物含量大于18%時(shí),有效儲(chǔ)層百分含量為僅為18.45%。對(duì)比分析有效儲(chǔ)層發(fā)育帶和非有效儲(chǔ)層發(fā)育帶可以發(fā)現(xiàn),有效儲(chǔ)層發(fā)育帶膠結(jié)物平均含量9.18%,而非有效儲(chǔ)層發(fā)育帶膠結(jié)物含量明顯高于有效儲(chǔ)層,平均含量16.20%。對(duì)文古1井3556~3580m孔隙度、膠結(jié)物及鏡下特征進(jìn)行系統(tǒng)分析,在相同沉積條件下,對(duì)于孔隙度低值段,膠結(jié)物含量高,膠結(jié)物作用強(qiáng);而孔隙度高值段,膠結(jié)作用基本不發(fā)育,孔隙保存較好,且發(fā)育次生孔隙(圖10)。由此可見(jiàn),膠結(jié)物含量的高低對(duì)研究區(qū)儲(chǔ)層質(zhì)量有較大影響,膠結(jié)物含量高的儲(chǔ)層,儲(chǔ)層質(zhì)量較差。溶解作用在沙三段中深層儲(chǔ)層中常見(jiàn),巖石鑄體薄片鏡下統(tǒng)計(jì)顯示,溶蝕作用主要體現(xiàn)在長(zhǎng)石與巖屑等硅酸鹽礦物的溶蝕,次生溶蝕孔隙度在0.83%~16.07%之間,平均3.42%(圖11),次生孔隙度相對(duì)含量平均28.19%。熱對(duì)流形成的高溫?zé)崃黧w提高了有機(jī)質(zhì)的成熟度,而有機(jī)質(zhì)在生烴過(guò)程中釋放出的短鏈羧酸導(dǎo)致儲(chǔ)層中長(zhǎng)石等鋁硅酸礦物溶蝕,形成次生孔隙。研究區(qū)儲(chǔ)層主要為巖屑質(zhì)長(zhǎng)石砂巖,長(zhǎng)石含量38.10%,為溶蝕作用提供了有利的物質(zhì)基礎(chǔ)。因此,長(zhǎng)石等鋁硅酸鹽礦物的溶蝕作用能夠增加孔隙度,改善中深層儲(chǔ)層物性。5.2.3文安沙三種井對(duì)比文安斜坡沙三段中深層主要發(fā)育中強(qiáng)超壓,通過(guò)孔隙度差值與地層壓力關(guān)系可以發(fā)現(xiàn),孔隙度差值與地層壓力具有較好的相關(guān)性,孔隙度差值隨地層壓力的增大而增大(圖12);并且,利用Petro-Mod10盆地模擬軟件進(jìn)行文安1井沙三段古壓力恢復(fù),可以發(fā)現(xiàn),沙三段在埋藏早期便開(kāi)始發(fā)育超壓,距今24.8Ma時(shí)地層超壓達(dá)到最大,壓力系數(shù)1.522,為強(qiáng)超壓;之后,隨地層抬升,壓力有所降低,但仍以弱超壓-中超