四川盆地中部下侏羅統(tǒng)大興安嶺寨段泥質(zhì)介殼灰?guī)r儲層特征及油氣勘探方向

四川盆地中部下侏羅統(tǒng)大興安嶺寨段泥質(zhì)介殼灰?guī)r儲層特征及油氣勘探方向

1儲集層及產(chǎn)層特征四川盆地中部的中侏羅統(tǒng)分布面積約為18.14km2。這是20世紀(jì)50年代以來最重要的勘探區(qū)。該區(qū)中—下侏羅統(tǒng)自下而上可分為自流井組、涼高山組和沙溪廟組,共發(fā)現(xiàn)5套含油氣層組(圖1)。中—下侏羅統(tǒng)主要發(fā)育砂巖和石灰?guī)r兩類儲層,儲層普遍具特低孔滲性的特征。砂巖儲層主要發(fā)育于涼高山組及沙溪廟組一段,孔隙度普遍小于5%,滲透率小于(0.1~1)×10-3μm2;石灰?guī)r儲層主要發(fā)育于自流井組大安寨段,孔隙度普遍小于1%,滲透率小于0.1×10-3μm2。油氣層大面積分布,具有非常規(guī)的連續(xù)型分布特征。地層水不活躍,油藏未發(fā)現(xiàn)邊、底水。截至2010年底,大安寨段共試油井933口,獲工業(yè)油氣井541口(其中低產(chǎn)油氣井191口),探井成功率58%。目前,大安寨段年產(chǎn)原油8.16×104t,占各層段年產(chǎn)油總量的74%,是川中地區(qū)石油開發(fā)的主產(chǎn)層。由于自流井組大安寨段灰?guī)r儲層的巖石類型、有效性、特征和成因不清,制約了對有效儲層分布規(guī)律的認識和勘探的持續(xù)推進。本文通過露頭地質(zhì)調(diào)查、巖心和薄片觀察、物性資料分析,尤其是試油資料的分析,認為常常含有一定的淺湖—半深湖較低能灘相的含黑色有機質(zhì)泥質(zhì)或含泥介殼灰?guī)r,是主要的儲集層和產(chǎn)層,而并非是原先認為的結(jié)晶介殼灰?guī)r。這一認識對拓展四川盆地大安寨段的油氣勘探有重要的意義。2早期巖石類型大安寨段自下而上可劃分為三個亞段,即三亞段、一三亞段和一亞段,構(gòu)成湖水向上變淺的旋回(圖2)。由于取心資料少,以前見到的巖石類型主要由暗色泥頁巖、結(jié)晶介殼灰?guī)r組成,夾少量含泥或泥質(zhì)介殼灰?guī)r。暗色泥頁巖形成于深湖—半深湖環(huán)境,是本區(qū)主要的烴源巖,在三個亞段均有發(fā)育,以大石13井和小8井為代表。結(jié)晶介殼灰?guī)r發(fā)育于濱淺湖區(qū),代表高能灘相沉積,以角107井和文10井為代表,主要發(fā)育于一亞段和一三亞段,是主要的儲集層。2.1縫型儲層儲層特征研究揭示,結(jié)晶介殼灰?guī)r巖性致密,塊狀為主,孔隙度一般小于2%,平均1.04%;滲透率一般(0.01~2.0)×10-3μm2,平均0.53×10-3μm2,儲集空間以裂縫為主,有少量沿縫發(fā)育的溶孔(圖3a,3b),屬特低孔隙度和特低滲透率的裂縫型儲層。原始介殼組構(gòu)經(jīng)溶解、膠結(jié)或晚期重結(jié)晶作用,其殼體結(jié)構(gòu)被破壞,介殼邊界模糊,僅見層狀構(gòu)造的遺跡(圖3c,3d)。方解石質(zhì)殼體表面可見到少量分布不均的微米(μm)—納米(nm)級的溶蝕孔隙,殼間多被方解石膠結(jié),或充填泥微晶方解石,見少量晶間微孔,孔隙不發(fā)育(圖3e,3f)。但大安寨段油層累計產(chǎn)油量最大達398×104t(占川中石油總產(chǎn)量的83%)(以川中桂花油田為典型代表,多數(shù)井雖然低產(chǎn),但穩(wěn)產(chǎn)時間可達二三十年以上),這與裂縫性儲層的認識是相矛盾的。2.2含有機質(zhì)泥質(zhì)介殼巖溶為了搞清楚大安寨段灰?guī)r儲層的巖石類型、有效性、特征以及成因,筆者在宣漢七里峽等地開展了野外地質(zhì)調(diào)查,以彌補巖心資料的不足。通過露頭地質(zhì)考察,筆者在大安寨段較低能相帶的暗色泥頁巖中發(fā)現(xiàn)了大量薄層或條帶狀的含泥或泥質(zhì)介殼灰?guī)r(圖4,圖2)。這類介殼灰?guī)r具有欠壓實的特征,巖石疏松,孔隙相對發(fā)育,為相對優(yōu)質(zhì)的儲層。這套含有機質(zhì)泥質(zhì)介殼灰?guī)r常常與暗色泥頁巖互層或夾層(圖4a,4b),多出現(xiàn)在暗色泥頁巖段下部,發(fā)育于淺湖—半深湖較低能灘環(huán)境,富含有機質(zhì)(圖4c);介殼成層性好,沿殼體排列方向可見明顯的殼間孔和殼間縫(圖4d),常常與泥質(zhì)介殼灰?guī)r共生。含有機質(zhì)泥質(zhì)介殼灰?guī)r單層厚度雖只幾厘米至幾十厘米,但累積厚度卻可達10~20m。鏡下觀察表明,含有機質(zhì)泥質(zhì)介殼灰?guī)r與結(jié)晶介殼灰?guī)r區(qū)別明顯,結(jié)晶介殼灰?guī)r往往發(fā)育在高能介殼灘中,壓實、膠結(jié)、交代等成巖作用強烈(圖3c,3d),介殼的原始成分及結(jié)構(gòu)都已發(fā)生明顯變化,以方解石質(zhì)的殼體為特征,介殼間往往為鑲嵌狀、連晶狀含鐵方解石膠結(jié)。而含有機質(zhì)泥質(zhì)介殼灰?guī)r發(fā)育在較低能相帶,與暗色泥頁巖段互層或夾層,殼體以定向排列為主,局部呈欠壓實的屋脊?fàn)钆帕薪Y(jié)構(gòu),成巖作用整體較弱,殼體本身成分和結(jié)構(gòu)保存較完整;以文石質(zhì)殼體為特征,正交光下可見殼體原始的片狀、纖狀結(jié)構(gòu),殼體間未見或少見方解石膠結(jié),殼體之間的孔縫主要被有機質(zhì)充填(圖4d,4e)。在露頭觀察的基礎(chǔ)上,再對巖心進行重新觀察,在半深湖—深湖相較低能灘環(huán)境的井(如大石13井、小8井、聚1井)中同樣發(fā)現(xiàn)了這套含有機質(zhì)泥質(zhì)介殼灰?guī)r,而在濱淺湖高能灘相帶的井(如文10井和角107井)中則以結(jié)晶介殼灰?guī)r為主,夾少量的泥質(zhì)介殼灰?guī)r。綜上所述,大安寨段由暗色泥頁巖、結(jié)晶介殼灰?guī)r、含有機質(zhì)泥質(zhì)介殼灰?guī)r這三種巖性構(gòu)成,其側(cè)向及垂向的巖相變化關(guān)系見圖5。在淺湖區(qū),以結(jié)晶介殼灰?guī)r和含有機質(zhì)泥質(zhì)介殼灰?guī)r組合為特征,兩者的間互層代表了湖平面的變化。在半深湖區(qū),以暗色泥頁巖、含有機質(zhì)泥質(zhì)介殼灰?guī)r組合為特征,兩者的間互層同樣代表了湖平面的變化,而且可以與濱淺湖區(qū)的湖平面升降旋回作很好的對比。在深湖區(qū),以暗色泥頁巖為主,夾少量的含有機質(zhì)泥質(zhì)介殼灰?guī)r薄層。3含有機質(zhì)泥質(zhì)介殼灰的殼間孔隙含有機質(zhì)泥質(zhì)介殼灰?guī)r的儲集空間主要表現(xiàn)為沿介殼層間發(fā)育有殼間或?qū)娱g孔隙以及溶蝕孔隙(圖4b)。另外由于介殼多順層分布,從而易于形成各種層理縫、殼緣縫等,特別是鉆井取心過程中,由于壓力的驟降,易使介殼層順層理張裂形成水平縫。由于含有機質(zhì)泥質(zhì)介殼灰?guī)r多發(fā)育在欠壓實的半深湖泥巖區(qū),其壓實程度不強,受構(gòu)造作用易形成疏松狀層間縫和水平縫(圖6a)。在七里峽露頭剖面,大安寨一三亞段暗色泥頁巖所夾的薄層含有機質(zhì)泥質(zhì)介殼灰?guī)r中見到順層分布的孔縫,并為瀝青充填(圖4a),這進一步揭示了這類孔縫是有效的儲集空間。鏡下觀察揭示,這種含有機質(zhì)泥質(zhì)介殼灰?guī)r的殼間孔隙和殼緣縫非常發(fā)育,殼體間常常充填黑色有機質(zhì)或黏土,基本未見亮晶膠結(jié)物,并且沿殼體間的原生孔隙和殼緣縫可見殼體的溶蝕現(xiàn)象(圖4d),是一種重要且有效的儲集空間。含有機質(zhì)泥質(zhì)介殼灰?guī)r儲層具有明顯的特殊性,利用掃描電鏡和CT掃描技術(shù)對這類儲層的微觀結(jié)構(gòu)進行分析,發(fā)現(xiàn)孔隙主要在破碎的介殼之間發(fā)育和分布,而且這種殼體間的孔隙具有定向展布的特征,其方向性與介殼的排列方式有關(guān)(圖6b)。另外,通過實測和CT掃描計算,順殼體展布方向的殼間孔隙和連通孔隙的喉道同屬于微米級,即孔隙半徑平均為5.813μm(最小0.775μm,最大為34.14μm),而相對應(yīng)的喉道半徑平均為4.501μm(最小0.736μm,最大為26.74μm)。并且,孔喉整體上呈明顯的“層狀”結(jié)構(gòu)特征,水平方向上孔隙/微孔連通性好,均質(zhì)性強,計算的CT水平滲透率為2×10-3μm2,孔隙度為5.7%,與實測值近似;而垂直于介殼層面方向上,因受殼體阻擋,連通性不好(圖6c)。這種介殼之間的呈水平排列的殼間孔隙構(gòu)成了含有機質(zhì)泥質(zhì)介殼灰?guī)r的主要儲集空間。含有機質(zhì)泥質(zhì)介殼灰?guī)r單層厚度通常小于1m,常在同一個薄片中同時見到有機質(zhì)和泥質(zhì)充填于介殼間的孔隙中,或主要以泥質(zhì)為主,殼體也是以文石質(zhì)為主,介殼之間充填物有機質(zhì)含量較低,電子探針能譜揭示,充填物主要為鋁硅酸鹽類黏土礦物(圖6d,6e),在普通光學(xué)鏡下其特征也很明顯,往往呈棕褐色(圖4f),宏觀上主要表現(xiàn)為含泥或泥質(zhì)介殼灰?guī)r。4半深湖—含有機質(zhì)泥質(zhì)介殼灰?guī)r儲層成因含有機質(zhì)泥質(zhì)介殼灰?guī)r儲層主要發(fā)育在淺湖—半深湖的暗色泥巖相區(qū),在淺湖相向湖一側(cè)的低能帶也有少量分布,但以含泥(泥質(zhì))介殼灰?guī)r儲層為主。其成因可以歸納為以下三個方面。(1)事件沉積為淺湖—半深湖相含有機質(zhì)泥質(zhì)介殼灰?guī)r儲層的發(fā)育奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。眾所周知,雙殼類生物主要在濱淺湖區(qū)大量繁殖,可形成高能介殼灘,半深湖—深湖區(qū)的介殼灰?guī)r(尤其是成層出現(xiàn)時)一般都是從濱淺湖區(qū)受風(fēng)暴等事件的作用整體搬運而來的,屬事件沉積層。露頭地質(zhì)剖面及大石13井—小8井—文10井—角107井剖面(圖7)均揭示,隨著由濱淺湖相向半深湖—深湖相發(fā)展,含有機質(zhì)泥質(zhì)介殼灰?guī)r儲層的層數(shù)減少、厚度減薄,這也證實了這一點。濱淺湖區(qū)介殼層大多為亮晶方解石膠結(jié),而半深湖—深湖區(qū)介殼層(事件沉積層)大多為有機質(zhì)及泥質(zhì)充填,這與濱淺湖區(qū)碳酸鈣膠結(jié)物的產(chǎn)率遠高于半深湖—深湖區(qū)以及整體搬運和快速沉積有關(guān)。(2)欠壓實是導(dǎo)致含有機質(zhì)泥質(zhì)介殼灰?guī)r儲層疏松、孔縫發(fā)育的關(guān)鍵。由于在中—晚侏羅世盆地快速沉降,中—上侏羅統(tǒng)快速沉積導(dǎo)致下伏大安寨段大套暗色泥頁巖排水不暢,尤其是一三段厚層暗色泥頁巖中產(chǎn)生了明顯的欠壓實現(xiàn)象,從而使得與泥頁巖互層的含有機質(zhì)泥質(zhì)介殼灰?guī)r保留了大量的原始層間孔縫。上覆中厚層結(jié)晶介殼灰?guī)r的抗壓實作用及暗色泥巖的壓實緩沖作用,也是導(dǎo)致下伏含有機質(zhì)泥質(zhì)介殼灰?guī)r處于欠壓實狀態(tài)的主要原因。比如西50井大安寨一三亞段就具明顯的泥巖欠壓實特征。(3)泥巖的分隔作用,使得介殼層很少受成巖流體影響,溶解及交代程度均較低,導(dǎo)致大量原生孔隙的保存,同時,埋藏成巖流體對文石的溶蝕作用以形成溶孔。巖心及薄片觀察揭示,與高能介殼灘的結(jié)晶介殼灰?guī)r不同,含有機質(zhì)泥質(zhì)介殼灰?guī)r的殼體較小,且保存了含量較高的原始的文石質(zhì)殼體成分(圖8),表明其殼體被交代程度低,成巖流體較少或成巖作用較弱;另一方面,根據(jù)碳、氧同位素的分析數(shù)據(jù)可知,含有機質(zhì)泥質(zhì)介殼灰?guī)rδ13C普遍偏正,δ18O明顯偏負(圖9),表明其受大氣淡水影響較小,受埋藏成巖環(huán)境影響強烈。由于湖平面的頻繁升降,雙殼類生物死亡后未經(jīng)氧化即被快速搬運至異地堆積,并且多發(fā)育在淺湖—半深湖低能相帶,與暗色泥頁巖呈不等厚互層。5含有機質(zhì)粘土的介殼石灰?guī)r是主要勘探的層5.1含泥質(zhì)介殼砂巖含有機質(zhì)泥質(zhì)介殼灰?guī)r在剖面上常有兩種分布形式。一是夾在中厚層暗色泥頁巖(油源巖)之間,呈幾厘米至幾十厘米厚度不等的條帶狀薄層與暗色泥頁巖頻繁互層,多發(fā)育在大安寨一三亞段,油氣顯示豐富。二是以薄層含泥(泥質(zhì))介殼灰?guī)r的形式與高能灘相的塊狀結(jié)晶介殼灰?guī)r間互,通常單層厚度小于1m,多發(fā)育在大安寨一亞段的下部或底部,含有機質(zhì)泥質(zhì)介殼灰?guī)r單層薄,但累計厚度較可觀。結(jié)晶介殼灰?guī)r具低伽馬值、低聲波時差和高電阻率的特征,而含有機質(zhì)泥質(zhì)介殼灰?guī)r具中伽馬值、中等聲波時差、中等電阻率的特征。產(chǎn)狀上,結(jié)晶介殼灰?guī)r往往呈中厚層狀,夾含泥(泥質(zhì))介殼灰?guī)r薄層,而含有機質(zhì)泥質(zhì)介殼灰?guī)r往往呈薄層狀夾于大套厚層暗色泥頁巖中。分布上,結(jié)晶介殼灰?guī)r主要見于濱淺湖區(qū),而含有機質(zhì)泥質(zhì)介殼灰?guī)r主要分布于淺湖—半深湖區(qū)。據(jù)此,可以利用井資料對結(jié)晶介殼灰?guī)r和含有機質(zhì)泥質(zhì)介殼灰?guī)r進行識別(圖10)。5.2結(jié)晶介殼石灰儲層大安寨段含有機質(zhì)泥質(zhì)介殼灰?guī)r儲層的物性明顯好于結(jié)晶介殼灰?guī)r儲層(圖11)。七里峽剖面大安寨段孔隙度最大為6.91%,最小為0.59%,文石含量高的介殼層物性明顯好于不含文石的介殼灰?guī)r。5.3油氣來源分析前已述及,大安寨段發(fā)育兩種類型的灰?guī)r儲層,一是結(jié)晶介殼灰?guī)r儲層,儲集空間以裂縫為主;二是含有機質(zhì)泥質(zhì)介殼灰?guī)r儲層,儲集空間以殼間縫、層間縫及溶孔為主。結(jié)晶介殼灰?guī)r巖性致密,與目前的產(chǎn)量不甚匹配,故而本文推測大安寨段的油氣主要產(chǎn)層應(yīng)該為含有機質(zhì)泥質(zhì)介殼灰?guī)r儲層。雖然很多測試資料都為大范圍的合試數(shù)據(jù),難以判斷油氣到底是來自結(jié)晶介殼灰?guī)r還是含有機質(zhì)泥質(zhì)介殼灰?guī)r,但大石13井—小8井—文10井—角107井油層對比剖面(圖7)及以下測試數(shù)據(jù)足以說明,大安寨段的油氣主要來自孔隙型含有機質(zhì)泥質(zhì)介殼灰?guī)r儲層,其次才是裂縫型結(jié)晶介殼灰?guī)r儲層。大石13井為王牌井,測試層位為大安寨段一三亞段含有機質(zhì)泥質(zhì)介殼灰?guī)r薄層,射孔酸化測試,日產(chǎn)油23.8t,至今已累積產(chǎn)油75246t,產(chǎn)氣1589×104m3,屬于好的產(chǎn)層。小8井測試層位為大安寨段含有機質(zhì)泥質(zhì)介殼灰?guī)r薄層,射孔酸化測試,日產(chǎn)油2.7t,日產(chǎn)氣2350m3,至今累積產(chǎn)油2675t,產(chǎn)氣7.68×104m3,屬于好的產(chǎn)層。文10井測試層既有結(jié)晶介殼灰?guī)r,又有含有機質(zhì)泥質(zhì)介殼灰?guī)r薄層,射孔酸化測試,日產(chǎn)油5.1t,日產(chǎn)氣1484m3,累積產(chǎn)油7867t,產(chǎn)氣209×104m3,也屬好的產(chǎn)層。角107井測試層位為大安寨段中厚層結(jié)晶介殼灰?guī)r,射孔酸化測試,日產(chǎn)油0.3t,產(chǎn)微氣,至今累積產(chǎn)油97t,產(chǎn)氣4×104m3,屬于差的產(chǎn)層。由文10井和角107井的油層對比分析可知,油氣主要來自含有機質(zhì)泥質(zhì)介殼灰?guī)r薄層。所以,孔隙型含有機質(zhì)泥質(zhì)介殼灰?guī)r儲層才是大安寨段的主要產(chǎn)層,裂縫型結(jié)晶介殼灰?guī)r儲層只是大安寨段的次要產(chǎn)層。6勘探領(lǐng)域的分析6.1續(xù)、中弱振幅含有機質(zhì)泥質(zhì)介殼灰?guī)r多發(fā)育在淺湖—半深湖較低能相帶,不但從井上可以識別,從地震響應(yīng)特征看也很明顯,它以較連續(xù)、中弱振幅為特征。基于露頭、井和地震資料的綜合分析,筆者編制了含有機質(zhì)泥質(zhì)介殼灰?guī)r的分布范圍(圖12)。大安寨一亞段含有機質(zhì)泥質(zhì)介殼灰?guī)r主要分布在射洪—遂寧—南充、公山廟—營山以及龍崗地區(qū),分布面積廣(圖12a);而大安寨一三亞段含有機質(zhì)泥質(zhì)介殼灰?guī)r分布面積更廣,川中地區(qū)除了部分高能灘相外,全區(qū)大面積分布(圖12b)。6.2淺湖—含有機質(zhì)泥質(zhì)介殼灰?guī)r儲層的勘探方向以往大安寨段灰?guī)r儲層的勘探主要是尋找高能介殼灘相裂縫型結(jié)晶介殼灰?guī)r,從而勘探目標(biāo)局限于濱淺湖區(qū)。本研究對大安寨段灰?guī)r儲層主力產(chǎn)層的認識變化改變了勘探思路,拓展了勘探領(lǐng)域。淺湖—半深湖相含有機質(zhì)泥質(zhì)介殼灰?guī)r也是非常重要的勘探領(lǐng)域與勘探對象,照此測算,大安寨一亞段將新增有利勘探面積6100km2,一三亞段將新增有利勘探面積6600km2。淺湖—半深湖相含有機質(zhì)泥質(zhì)介殼灰?guī)r雖然單層厚度薄,但累計厚度較大,分布面積廣,常與泥質(zhì)介殼灰?guī)r共生,夾于暗色泥頁巖中,源儲一體,更有利于成藏。7儲層地質(zhì)特征(1)四川盆地中部侏羅系大安寨段含有機質(zhì)泥質(zhì)介