|
柴達木盆地北緣第三系碎屑巖儲層特征 詳細信息
摘要
柴達木盆地北緣第三系有豐富的油氣儲集 ,主要存在于碎屑巖中 ,油氣的儲集明顯與碎屑巖的沉積環(huán)境和成巖作用有關。對碎屑巖的儲集空間和物性特征起直接的控制作用。通過分析碎屑巖的孔隙類型及在空間的分布特征 ,表明在早、晚成巖作用的轉換帶有大量的次生溶孔存在 ,是油氣的有利富集區(qū)。儲層物性與方解石成負相關 ,粘土礦物則有不同的變化趨勢 ,伊利石的存在使物性變差。 正文
柴達木盆地位于青藏高原北部 ,西以阿爾金山為界 ,東北至祁連山 ,南抵昆侖山 ,東達秦嶺 ,是我國西部一個大型的中新生代內陸盆地 ,大致呈北西西向不規(guī)則的菱形 ,面積約 1 2萬ｋｍ2 。盆地蘊藏著豐富的油氣資源 ,在我國的石油工業(yè)上占有重要地位。柴達木盆地北緣油氣主要儲集在第三系上油砂山組、下油砂山組、上干柴溝組、下干柴溝組下段等的碎屑巖中。碎屑巖主要為河道砂體 ,包括沖積平原分流河道、三角洲水下分流河道和邊灘砂以及淺湖砂體。各類砂體主要以細砂巖和粉砂巖為主 ,巖石的成分成熟度較低 ,分選性差—中等 ,磨圓度差—中等 ,以棱角狀為主。柴達木盆地三角洲、沖積扇、水下扇、河道砂體、河口砂壩、砂層等是油氣的儲集體[1] 。河道砂體粒序結構 ,可見塊狀、槽狀、平行和板狀交錯層理 ,儲層具有較強的非均質性 ,濱淺湖砂體見大型槽狀交錯層理和小型板狀交錯層理 ,儲層的非均質性相對于河道砂巖較弱。柴達木盆地第三系下降較快 ,有巨厚的第三系堆積 ,碎屑巖后期改造也較明顯 ,主要是成巖作用的加強產生了一系列自生礦物。方解石、粘土礦物晶形變化 ,碎屑顆粒次生增大 ,地層水影響以及碎屑巖孔隙度隨成巖作用的加強而變小等各種不同因素的綜合作用 ,使柴達木盆地第三系碎屑巖儲層在縱向上產生了不均勻的變化 ,成巖作用使其非均質性結構更加復雜化[2 ] 。這些因素的變化趨勢以及變化程度控制了碎屑巖儲層的物性特征 ,因此了解它們對認識儲層的物性特征有重要意義。1 儲層特征1 1 礦物巖石組成 柴達木盆地北緣第三系碎屑巖主要由石英、長石、巖屑三部分組成 ,主要為巖屑砂巖或巖圖 1 柴達木盆地第三系碎屑巖巖性含量變化特征Ｆｉｇ .1 ＣｌａｓｔｉｃｃｏｎｔｅｎｔｃｈａｎｇｉｎｇｉｎｔｈｅＴｅｒｔｉａｒｙｒｅｓｅｒｖｏｉｒｏｆＣｈａｉｄａｍｕＢａｓｉｎ屑長石砂巖 ,在縱向上從上到下石英、長石含量稍有升高 ,巖屑含量下降 (圖 1 ) ,反映出礦物成熟度也有從上到下逐漸增高的趨勢。圖中Ｅ23和Ｅ1+2 碎屑礦物組分及成熟度變化較大 ,這主要與碎屑巖的物源和沉積環(huán)境有較大關系 ,下干柴溝組上段 (Ｅ23)為沖積平原辮狀河道相 ,而路樂河組 (Ｅ1+2 )為洪沖積平原相 ,含有較多的巖屑礦物 ,并且分選較差。從巖石組成看 ,柴達木盆地北緣第三系碎屑巖儲層明顯從上到下粒度增加 ,上部以粉砂巖、泥質粉砂巖為主 ,向下砂巖、含礫砂巖的百分含量明顯增加。1 2 儲集空間 柴達木盆地北緣第三系碎屑巖儲集空間主要有以下幾種類型。1 2 1 孔隙型 該種類型是柴北緣第三系碎屑巖儲層的主要儲集形式 ,孔隙類型主要有原生粒間孔、殘余粒間孔。原生粒間孔主要發(fā)育于上部地層 ,為石英、長石、巖屑等顆粒之間形成的孔隙 ,在1 3 0 0ｍ左右以上深度比較發(fā)育 ,孔徑主要在 1 0～ 3 0 μｍ ,分布廣 ,連通性好 ,面孔率 1 %～ 1 2 %左右 ,配位數 3～ 4。殘余粒間孔主要發(fā)育在中、下部地層。原生粒間孔的儲集性能主要受泥質含量和泥晶方解石含量的控制 ,殘余粒間孔主要受成巖作用、碎屑顆粒分選性、微晶—亮晶方解石含量及地層水的影響。1 2 2 孔隙—溶孔型 除原生粒間孔、殘余粒間孔外 ,還見有粒內溶孔、晶內溶孔、晶間溶孔、鑄膜孔等 ,其中鑄膜孔比較少見 ,對儲集性能影響不大。粒內溶孔主要是石英、長石等顆粒內由于壓溶作用形成的次生溶蝕微孔 ,從上到下逐漸成為孔隙的主要類型 ,大多孔徑在 1～ 5μｍ左右 ,連通性較好。粒間溶孔為石英、長石、巖屑等顆粒之間由于壓溶而形成的港灣狀溶孔 ,不規(guī)則 ,大小不一。晶內溶孔主要是方解石等碳酸鹽膠結物內的溶孔 ,在 1 50 0～ 1 60 0ｍ深度的早、晚成巖作用轉換帶發(fā)育 ,溶孔的港灣狀較大 ,為特大溶孔 ,是影響儲集性能的重要因素 ,其形成主要與成巖溫度增加、有機質熱解產生大量有機酸有關[3] 。晶間溶孔為碳酸鹽膠結物邊緣被溶蝕形成 ,與石英、長石等顆粒之間不緊密接觸 ,在晚成巖作用階段發(fā)育。這種儲集空間類型主要發(fā)育在早成巖作用晚期和晚成巖作用早期 ,受成巖作用影響較大。1 2 3 孔隙—溶孔—裂縫 儲層孔隙除孔隙、溶孔類型外 ,還常見有裂縫伴生 ,裂縫主要是石英、長石顆粒的機械壓裂縫和方解石的解理縫、紋等 ,基本上未見構造裂縫。石英、長石壓裂縫或紋常見 ,在早成巖作用晚期方解石以亮晶形式出現 ,有發(fā)育的解理紋 ,但對于柴北緣第三系碎屑巖儲層來說 ,裂縫型儲集空間對儲集性能的影響較小。1 3 孔隙在縱向上的分帶性柴達木盆地北緣第三系碎屑巖儲層原生粒間孔和殘余粒間孔、粒內溶孔比較常見 ,隨成巖作用的增強 ,在深度上有明顯的分帶現象 ,原生粒間孔逐漸減少 ,孔徑和連通性變差 ,殘余粒間孔逐漸增多 ,孔隙度降低 ,最后以溶蝕微孔為主 ,儲層的儲集性和滲透性降低。在 <90 0ｍ深度主要以原生粒間孔為主 ,含有少量溶蝕微孔 ;在 90 0～ 1 3 0 0ｍ深度主要以粒間孔和溶蝕微孔為主 ,粒間孔發(fā)育較好 ,一般 1 0～ 3 0 μｍ左右 ,連通性好 ,分布廣 ,溶蝕微孔孔徑約 3～ 5μｍ ,儲集性較好 ;1 3 0 0～ 1 50 0ｍ深度粒間孔發(fā)育較差 ,孔徑 <1 0 μｍ ,連通性低 ,以粒間孔和溶蝕微孔為主 ;1 50 0～ 1 60 0ｍ深度則出現較多的晶內溶孔 ,有不規(guī)則的特大溶孔 ,孔滲性較好 ;在 1 60 0ｍ以下深度粒間孔發(fā)育差 ,孔徑細小 ,連通性差 ,主要以溶蝕微孔為主 ,孔徑 <3 μｍ。與松遼盆地相比 ,演化方式基本相同[4] ,僅深度向下延伸 ,表明柴達木盆地沉降速度較大。1 4 物性特征 根據物性分析資料 ,柴北緣第三系碎屑巖儲層孔隙度和滲透率隨深度增加而減小。上油砂山組 (Ｎ22 )砂巖孔隙度平均 2 3 1 %,滲透率平均 2 3 5 97ｍｄ ,下油砂山組 (Ｎ12 )砂巖孔隙度平均1 9 2 %,滲透率平均 1 3 3 2ｍｄ ,上干柴溝組 (Ｎ1)砂巖孔隙度平均 1 7 1 %,滲透率平均 1 44 9ｍｄ ,下干柴溝組下段 (Ｅ13)砂巖孔隙度平均 7 1 %,滲透率平均 1 9 7ｍｄ。物性與成巖作用、儲集空間類型有明顯的關系 ,碎屑巖粒度、泥質和方解石含量、礦物成熟度等對物性也有較大的影響。2 碎屑顆粒特征 柴北緣第三系碎屑巖儲層碎屑顆粒主要有石英、長石和巖屑三類 ,隨著深度增加 ,成巖作用加強 ,碎屑顆粒發(fā)生一系列變化 ,影響儲層的特征。圖 2 物性與碎態(tài)、中值、分選性及偏度的關系Ｆｉｇ .2 ＴｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｂｅｔｗｅｅｎｒｅｓｅｒｖｏｉｒｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃａｎｄＭｚ ,Ｋｇ ,Ｓｋｉ,Ｂｉ2 1 石英、長石和巖屑 (1 )石英顆粒多呈棱角—次圓狀 ,大部分石英表面干凈 ,也見有石英表面粘土化 ,大部分見波狀消光 ,早成巖作用晚期—晚成巖作用早期石英有次生溶蝕及加大現象 ,加大邊窄 ,晚成巖作用早期較為明顯 ,溶蝕作用使石英成鑲嵌狀 ,縫合線接觸。石英邊緣被粘土礦物、方解石、白云石等交代明顯 ,晚成巖作用階段可見整個石英顆粒被方解石完全交代 ,也可見石英具壓裂現象 ,裂縫不規(guī)則。石英顆粒波狀消光 ,可能來源于變質巖?！ ?(2 )長石主要由鉀長石和斜長石組成 ,長石蝕變現象明顯 ,主要為絹云母化和高嶺土化 ,鏡下觀察也見有表面干凈、無色透明的長石 ,格子狀雙晶。在早成巖作用晚期—晚成巖作用早期見長石邊緣溶蝕 ,有次生加大現象 ,加大邊較窄 ,不十分明顯 ,長石顆粒邊緣被粘土、方解石、白云石等交代。 (3 )巖屑成分復雜 ,主要巖性為片巖、千枚巖、板巖、石英巖、片麻巖、細碧巖、硅質巖、長英巖、二長巖、泥巖、中性火山巖等 ,以變質巖屑為主 ,從區(qū)域背景上看與北祁連山變質巖系巖石十分相似 ,反映了碎屑巖物源可能來源于北祁連山。巖屑隨深度增加有較大的變化 ,在晚成巖作用階段 (>1 52 0ｍ)可見有假雜基出現 ,嚴重影響了碎屑巖的儲集性能。2 2 碎屑巖與儲層物性的關系 柴北緣第三系碎屑巖儲層的粒度參數和孔、滲分析表明 ,碎屑巖儲層物性與碎屑顆粒中值大小、分選性、峰態(tài)和偏度之間有較大的關系(圖 2 ) ,從圖中也可反映出碎屑巖的沉積搬運作用、粒度大小對物性的影響程度不同。顆粒較大的碎屑巖物性比顆粒較小的碎屑巖好 ,即細砂巖物性好于粉砂巖。但細砂巖和粉砂巖中灰質、石膏、硬石膏的功能膠結物和自生礦物的含量大大影響了碎屑巖的物性。這些礦物含量越高 ,物性越差。另外 ,粉砂巖中如果含有較多粗碎屑顆粒 ,則物性比不含粗碎屑顆粒的碎屑巖物性好?！ ∷樾紟r儲層中物性的好壞直接受碎屑顆粒大小以及方解石、粘土、自生礦物含量的影響。儲層的好壞直接由沉積環(huán)境和成巖作用控制。與鄂爾多斯盆地趙石窯砂體曲流河體系儲集層特征相圖 3 粘土礦物含量與物性之間的關系Ｆｉｇ .3?。裕瑁澹颍澹欤幔簦椋铮睿螅猓澹簦鳎澹澹睿悖欤幔恚椋睿澹颍幔欤悖铮睿簦澹睿簦幔睿洌颍澹螅澹颍觯铮椋颍悖瑁幔颍幔悖簦澹颍椋螅簦椋闼芠2 ] ,水流強度大時 ,沉積大型的構造 ,有利于孔滲的發(fā)育。而成巖作用則更直接與有機質的成熟、碎屑顆粒的物化水解次生加大有關。柴北緣第三系儲層明顯反映在早、晚成巖作用轉換帶上 ,有機質成熟釋放大量的有機酸和碳酸[5 ] ,溶解了石英、長石、方解石等 ,孔滲性變好 ,成為有利的油氣儲集帶。晚成巖作用晚期 ,石英、長石的次生加大 ,孔滲變差。路樂河組為洪沖積成因 ,碎屑顆粒較大 ,沉積環(huán)境對油氣儲集起主要作用。3 粘土礦物與方解石3 1 粘土礦物圖 4 方解石含量與空隙度的關系Ｆｉｇ .4 Ｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｃａｌｃｉｔｅｃｏｎｔｅｎｔａｎｄｐｏｒｓｉｔｙ 粘土礦物組成變化較大 ,主要有高嶺石、伊 /蒙混層粘土、伊利石、綠泥石、水云母、黑云母、白云母等。根據對柴北緣第三系碎屑巖中粘土礦物含量及物性分析 ,粘土礦物的種類和含量與物性有關 ,伊 /蒙混層粘土、綠泥石、高嶺石含量增加對碎屑巖孔隙度、滲透率變好有利 ,而伊利石含量增加則孔滲性變差 (圖 3 ) ,所以粘土礦物對儲層儲集性能的影響主要取決于伊利石與其它粘土礦物含量之間的比例 ,當伊利石比例增高時 ,粘土含量高對孔滲不利。周國清[6 ] 對粘土礦物的熱模擬研究表明蒙脫石向伊利石轉化有利于孔隙度和滲透率的增大。很明顯 ,熱模擬與自然狀態(tài)下不相符合。不同種類的粘土礦物對物性影響不同 ,主要是由于粘土礦物存在方式的差異 ,從掃描電鏡和顯微鏡下觀察 ,可見伊 /蒙混層粘土、高嶺石、綠泥石主要以粒狀或板狀存在于顆粒之間 ,粒狀或板狀結構能增加孔滲性 ,并且可以阻止碎屑顆粒的次生加大 ,而伊利石則以包殼或襯邊的形式分布于顆粒外圍 ,即使能阻止碎屑顆粒的次生加大 ,但伊利石本身的存在方式減小了孔隙空間 ,嚴重影響了喉道的連通性。3 2 方解石 柴北緣第三系碎屑巖中的方解石主要作為膠結物出現 ,在不同深度 ,結晶和分布差異較大 ,從上到下方解石從泥晶、粉晶逐漸過渡到微晶、亮晶方解石 ,結晶方式與成巖作用有密切關系 ,在大約 1 52 0ｍ左右深度的早、晚成巖作用轉換帶 ,方解石主要以亮晶顆粒出現 ,并且晶內溶孔極發(fā)育 ,溶孔呈較大港灣狀 ,是第三系碎屑巖次生孔隙發(fā)育帶。但總體上 ,方解石含量對儲層物性影響較大 ,從含灰質較多的碎屑巖壓汞特征也反映出對孔隙結構有不利影響。圖 4是柴達木盆地北緣南八仙構造仙 9井第三系碎屑巖儲層方解石含量與孔隙度之間的相互關系 ,從圖中明顯反映出方解石含量增大孔隙度減小。所以方解石含量是影響柴北緣第三系碎屑巖儲層的主要因素。4 結論 本文通過對柴達木盆地北緣第三系碎屑巖儲層巖性、儲集空間及其在縱向上的物性分布特征的分析 ,表明沉積環(huán)境和成巖作用是控制物性的主要原因。河道、三角洲、沖積扇等處較粗的砂及粉砂孔滲性較好。成巖作用主要控制了有機質的熱演化及石英、長石顆粒的次生加大 ,在早、晚成巖作用轉換帶 ,由于有大量的有機酸形成 ,有較多的次生孔隙 ,物性較好 ,是有利的油氣聚集帶。伊利石的存在對孔滲影響較大 ,是儲層物性的一種不利因素。方解石含量與孔隙度負相關 ,主要由成巖作用控制。柴達木盆地北緣第三系碎屑巖儲層特征@張成君$蘭州大學資源環(huán)境學院!甘肅蘭州730000 @崔彥立$吐哈油田勘探處!新疆鄯善839029 @孫柏年$蘭州大學資源環(huán)境學院!甘肅蘭州730000柴達木盆地北緣;;碎屑巖儲層;;方解石;;粘土礦物柴達木盆地北緣第三系有豐富的油氣儲集 ,主要存在于碎屑巖中 ,油氣的儲集明顯與碎屑巖的沉積環(huán)境和成巖作用有關。對碎屑巖的儲集空間和物性特征起直接的控制作用。通過分析碎屑巖的孔隙類型及在空間的分布特征 ,表明在早、晚成巖作用的轉換帶有大量的次生溶孔存在 ,是油氣的有利富集區(qū)。儲層物性與方解石成負相關 ,粘土礦物則有不同的變化趨勢 ,伊利石的存在使物性變差。[1] 王明儒柴達木盆地地震相模式[J]石油實驗地質,1993,15(3):225-233 [2] 張運東,李禎,溫顯端曲流河道砂體內部構成及儲集層非均質性的露頭研究———以鄂爾多斯盆地東北部延安組露頭砂體為例[J]新疆石油地質,1997,18(3):234-238 [3] 顧家裕,寧從前,賈進華塔里木盆地碎屑巖優(yōu)質儲層特征及成因分析[J]地質論評,1998,14(1):83-89 [4] 樓章華松遼盆地儲層成巖反應與孔隙流體地球化學性質及成因[J]地質學報,1998,72(2):144-152 [5] TBarth.Organicacidsfromsourcerockmatuuraion:generationpotentials,transportmechanismsandrelevancefrommineraldiagene sis.AppliedGeochemistry,1993,8:325-337. [6] 周國清粘土礦物的熱模擬研究[J]石油實驗地質,1995,17(3):286-282。國家自然科學基金 (4 0 0 410 0 4;;49972 0 13);; 中國博士后基金資助 引文
[1] 王明儒柴達木盆地地震相模式[J]石油實驗地質,1993,15(3):225-233 [2] 張運東,李禎,溫顯端曲流河道砂體內部構成及儲集層非均質性的露頭研究———以鄂爾多斯盆地東北部延安組露頭砂體為例[J]新疆石油地質,1997,18(3):234-238 [3] 顧家裕,寧從前,賈進華塔里木盆地碎屑巖優(yōu)質儲層特征及成因分析[J]地質論評,1998,14(1):83-89 [4] 樓章華松遼盆地儲層成巖反應與孔隙流體地球化學性質及成因[J]地質學報,1998,72(2):144-152 [5] TBarth.Organicacidsfromsourcerockmatuuraion:generationpotentials,transportmechanismsandrelevancefrommineraldiagene sis.AppliedGeochemistry,1993,8:325-337. [6] 周國清粘土礦物的熱模擬研究[J]石油實驗地質,1995,17(3):286-282。 |
|
|
