塔里木苏盖特布拉克地区肖尔布拉克组白云岩储层特征分析

陈文玲,罗 平,单钰铭,杨式升,宋金民

(1.“油气藏地质及开发工程”国家重点实验室·成都理工大学,四川成都610059;2.中国石油勘探开发研究院)

塔里木苏盖特布拉克地区肖尔布拉克组白云岩储层特征分析

陈文玲1,2,罗 平2,单钰铭1,杨式升2,宋金民2

(1.“油气藏地质及开发工程”国家重点实验室·成都理工大学,四川成都610059;2.中国石油勘探开发研究院)

通过野外观察、薄片和铸体薄片鉴定、物性测试等手段,对苏盖特布拉克地区下寒武统肖尔布拉克组岩石学特征、储集空间特征以及物性特征进行了分析。认为肖尔布拉克组发育厚度大、岩性纯的白云岩储层,其岩石类型以残余颗粒白云岩和纹层状泥晶白云岩为主,储集空间以溶蚀孔洞和构造溶蚀缝为主,储层类型为孔洞-裂缝型。孔隙度平均值为3.5%,渗透率平均值为0.635×10-3μm2,储层综合评价为Ⅱ级储层。影响研究区白云岩储层发育的主控因素有沉积作用、白云石化作用和构造运动。

苏盖特布拉克地区;肖尔布拉克组;白云岩储层;岩溶作用

1 地质背景

研究区塔里木盆地柯坪地区阿克苏市乌什县阿合雅乡苏盖特布拉克地区,位于阿克苏市西北约100km处,柯坪断隆东北部(图1)。

图1 塔里木盆地苏盖特布拉克地区位置

塔里木盆地的寒武系除库车坳陷、塔南隆起、东南坳陷以及铁克力克断隆局部缺失外,全区均有分布,主要出露于柯坪、巴楚和库鲁克塔格地区,在塔北英买力-牙哈地区、巴楚地区、塔中地区以及塔东地区井下均有钻遇。本文对寒武系地层的划分采用的是柯坪地区的分类。下寒武统地层从老到新依次为:玉尔吐斯组、肖尔布拉克组和吾松格尔组。苏盖特布拉克剖面主要出露震旦系至中上寒武统沙依里克组的地层,地层相对完整,出露较好,所测5条剖面中主要的岩性为纹层状球粒灰岩、纹层状残余球粒白云岩和残余颗粒结晶白云岩,肖尔布拉克组厚140m。该套白云岩岩性纯、厚度大、物性好、是苏盖特布拉克地区下寒武统最好的储层段。

2 岩石学特征

苏盖特布拉克剖面的肖尔布拉克组的岩石类型白云岩,白云石含量在93%～97%之间,方解石含量小于1%,泥质占3%～7%之间,为纯白云岩。白云岩主要有两种,还有其他岩石类型。

2.1 残余颗粒粉-细晶白云岩

残余颗粒白云岩是颗粒灰岩经过强烈或完全白云石化作用改造的产物。晶粒以粉晶为主,粒级从泥晶-粉细晶不等,晶形为它形到半自形。颗粒有球粒、砂屑、砾屑和凝块。残余球粒粉晶白云岩和残余砂屑粉细晶白云岩是肖尔布拉克组的主要岩石类型。残余砾屑在多层分布,磨圆度小,由于白云石化,颗粒边界不清楚,仍能见到压实压溶微缝合线,由残余球粒或砂屑组成,为近源搬运。残余凝块粉晶白云岩虽然只在某些层段发育,但易发生溶蚀作用,利于形成储层。

2.2 纹层状残余球粒粉晶白云岩

常见到纹层构造的白云岩,纹层多为泥(铁)质或有机质含量较多的泥晶层与粉晶层的互层。见残余颗粒结构,球粒为主,砂屑次之。有少量白云岩的泥质含量占20%,定名为纹层状残余颗粒泥质白云岩。

2.3 其他岩石类型

①泥晶砾屑白云岩:有的砾屑由球粒组成,有的砾屑内显示纹层构造,还含有少量的砂质,为长英质。砾屑磨圆度好,排列有定向性。②碎裂砾屑粉晶白云岩和垮塌角砾岩:砾屑由球粒组成,碎裂结构明显,研究区不常见。颗粒由白云石球粒组成,角砾周围充填粉晶方解石。这两种岩石可能为孔洞垮塌沉积而成。③角砾状残余颗粒白云岩:由于裂缝非常发育,把原岩切割成角砾状。原岩主要为残余球粒粉晶白云岩。以上类型白云岩发育在断层和破碎带,如果形成早于油气运移,将会成为好的储集层段。

3 储集空间类型及特征

研究区肖尔布拉克组储层储集空间分为孔洞型、孔洞-裂缝型和裂缝-孔洞型三种,主要为孔洞型,裂缝-孔洞型次之。孔隙类型以构造缝和溶蚀孔、洞、缝等次生孔隙为主,孔隙和裂缝主要有以下几种。

3.1 孔隙

孔隙包括溶孔、溶洞、晶间孔和晶间溶孔等类型,一般直径数微米-数百微米。

(1)粒间溶孔和粒内溶孔:主要分布于残余颗粒白云岩中。它是区内最主要的孔隙类型,它的形成是溶蚀作用对颗粒间的亮晶填隙物选择性溶蚀的结果。大小一般在0.5～1.5mm,分布不均,多被充填。充填物为方解石和白云石,有少量硅质充填在部分孔隙中。

(2)溶洞:非选择性溶蚀而成,大小不等,充填或半充填。剖面白云岩露头上可以看到很很多孔洞层,直径主要在2～10mm之间,大的有50mm,巨晶方解石充填。

(3)晶间孔和晶间溶孔:研究区晶体之间多为致密镶嵌接触,晶间孔多分布在结晶较好的残余颗粒粉细晶白云岩中。大小0.001～0.03mm,局部被灰泥或有机质充填-半充填。晶间溶孔是在白云石晶间孔的基础上溶蚀扩大而成,岩心上常表现为“针孔状”特征,镜下可见到孔隙边缘具明显溶蚀的痕迹。大小约0.03mm,半充填或充填有机质。

3.2 裂缝

裂缝主要有构造缝、缝合线和构造溶蚀缝三种。

(1)构造缝:一般与褶皱、断层有密切关系,并具多期性,是区内最主要的裂缝类型。缝壁平直,多数宽0.03mm,最宽可达1.5mm。早期缝被方解石和白云石充填,具备储、渗性能的构造缝,以半充填有机质和少量泥质或未充填的晚期构造缝为主。多期不同产状的裂缝相互交切形成网状裂缝,使岩石破碎,大大提高了岩石孔渗性。

(2)缝合线:受压实作用和压溶作用形成,缝宽不到0.03mm,泥质或有机质充填,形状多为波状、不规则状。低角度缝合线与常纹层伴生,与层面平行,呈锯齿状。高角度缝在残余砾屑白云岩中分布较多。沿缝合线溶蚀可形成许多断续溶孔,成为好的储集空间。

(3)构造溶蚀缝:早期的构造缝溶蚀改造的结果,其缝宽一般在0.05～0.10mm,表现为破裂面的不规则溶蚀扩大,半充填或充填溶孔、溶洞多与其伴生。

4 物性特征

4.1 研究区物性特征

表1为研究区肖尔布拉克组孔洞层发育较好的层位8块样品物性表。其面孔率最低0.3%,最高2.8%,平均2.3%。孔隙度最小1.7%,最大6.4%,平均3.5%。渗透率最小0.022×10-3μm2,最大5.62×10-3μm2,平均 0.635×10-3μm2。其中 SP3-15-W1的渗透率值为5.62×10-3μm2,镜下鉴定该层样品的裂缝非常发育,为张开缝。其储集空间类型为裂缝-孔洞型。

表1 研究区白云岩储层物性统计

4.2 研究区与井区物性对比

根据前人研究,塔里木盆地下寒武统沿柯坪-方1井-和4井-巴东2井-塔参1井一线,发育有北西向展布的台地相带白云岩储层[2]。根据测井和物性分析,对这些井的孔渗特征进行了统计,并与研究区物性特征进行对比,见表2。

各井下寒武统白云岩储层的孔隙类型以晶间孔、溶蚀孔洞、裂缝和溶缝为主,好的储层段发生在裂缝较多处。各井的储层综合评价为Ⅲ～Ⅰ型,研究区物性明显优于各井,综合评价为Ⅱ型。可见,研究区下寒武统白云岩储层具有良好的储集能力。

表2 研究区与井区储层孔隙类型与物性对比

5 白云岩储层主控因素分析

白云岩储层的形成受多种因素制约,沉积相带能起到决定性的控制作用;而成岩作用是叠加在沉积作用之上使储层非均质性更加剧烈的另一重要因素:一般而言,白云石化作用产生的晶间孔可以增加约10%的储集空间;构造作用在某种程度上能够强烈改善储层储集物性;岩溶作用也是增大白云岩储集空间的一个有效途径。

5.1 沉积相带

沉积相带不同,储集性能有明显的差异。研究区位于局限台地相带的滩相和潮坪相带。对于肖尔布拉克组白云岩储层而言,储集性能最好的是浅水较高能地带的颗粒滩。由于水动力强,颗粒间的各种灰泥会被淘洗干净,形成原生粒间孔。这类原生孔的存在,有利于流体的进入,为以后的白云石化和溶蚀奠定基础。另外,由于水动力条件的不同,较高能的台地相沉积的储集性优于较低能的斜坡相和盆地相沉积。在钻至塔里木盆地下寒武统的井中,沿柯坪-方1井-和4井-巴东2井-塔参1井一线为北西向展布的局限台地相带,发育好的白云岩储层。而塔东2井-塔东1井-米兰1井-英东2井一线为斜坡相和深水盆地相沉积,发育大段的泥岩或泥岩和薄的白云岩的夹层,不具备储集意义。

5.2 白云石化作用

研究区肖尔布拉克组的岩性除个别纹层状泥晶灰岩之外,均为白云岩。白云石化作用在成岩作用阶段中占重要的位置。白云石化可以改善储层的储集性能,这是因为白云岩抗压实和压溶的能力比灰岩强。因此,随着埋藏深度的增大,白云岩孔隙度的降低速度比灰岩小得多。在没有外源的情况下,当富钙白云石转变为更稳定的化学计量的白云石时,其中过量的钙将被带走,在此过程中可以产生相当数量的晶间孔隙。在相同的自然条件下,白云岩比灰岩更容易产生裂缝。白云岩在发生去云化和选择性溶蚀时,容易沿着原有的晶间缝隙形成晶间溶孔[2-5]。

研究区肖尔布拉克组的晶间溶孔一般发育在粉细晶-细晶白云岩中,井区下寒武统和4井以泥晶-粉晶为主,方1井以粉晶-细晶为主。从表2可以看出,方1井的孔隙度明显优于和4井,说明白云石化程度对孔隙度有明显影响。白云石化程度大,晶粒也变大,其孔隙度也较好。

5.3 构造运动

研究区肖尔布拉克组由于地层较老,历史曾有过很多大的构造运动。由于白云岩岩性很脆,容易发生断裂,而断裂及其伴生的裂缝对酸性流体的通导和溶蚀作用也起着至关重要的作用。一方面,裂缝对改善储层的孔、渗性至关重要,特别是由构造作用所形成的破裂缝,可大大提高渗透率。另一方面,构造断裂体系可以限制流体(有机酸、地表水、地下水)运移的方向,这些流体不仅使早期形成的溶蚀孔洞进一步扩大,而且可以形成新的溶蚀孔洞,裂缝本身的溶蚀扩大也可以成为有利的储集空间。因此,断裂发育带附近,尤其是多组断裂交汇的地带,往往能够形成缝洞共生的较好的储集层。

5.4 溶蚀作用

包括碳酸盐岩在石化过程中的各种溶蚀作用以及石化后构造抬升至地表发生的岩溶现象。

5.4.1 早期大气淡水溶蚀作用

苏盖特布拉克地区下寒武统碳酸盐岩普遍经历了早期大气淡水成岩环境,这与频繁的相对海平面升降和浅水碳酸盐台地易于暴露相关。经过显微薄片观察发现,在所有现在见到的粒间胶结物中,没有纤状方解石胶结物,仅有粒状方解石胶结物。说明这期溶蚀作用发生在早期浅海海底胶结作用刚出现之后,即沉积物在海底只进行了微弱的胶结作用就受到大气淡水的溶蚀。早期淡水溶蚀作用形成的溶蚀孔、洞、缝由于后来的充填作用,已丧失储集意义。在后期埋藏白云石化过程中也发生白云石化,为一期孔、缝。

5.4.2 中晚期深埋藏有机溶蚀作用

在薄片观察中发现,在晚期深埋藏成因的白云石晶间孔隙、或其它早期溶蚀孔隙中均有溶蚀扩大现象。晶间溶孔中半充填-充填有机质,早期溶孔被溶蚀后又充填方解石。这些溶蚀孔为第二期孔,规模不大,仅在少数薄片中出现,可见溶蚀作用是发生在深埋藏期白云石化作用之后的。白云岩在深埋成岩过程中,发育了具有储集性能的次生孔隙,为油气进入储层提供了储集空间。而油气进入储层后,有机质随埋深发生热演化,伴生有CO2、有机酸等物质,造成白云石溶解的物质主要是CO2,有机溶蚀作用产生的孔隙与油气生成运移配套,可能成为好的自生自储的油藏。

6 结论

(1)研究区肖尔布拉克组发育大段较纯的白云岩储层,其沉积相为台地相。主要岩石学特征为残余颗粒粉晶白云岩和纹层状残余颗粒泥晶白云岩。研究区发育大量的构造缝、溶孔、溶洞和溶蚀缝,储层类型以孔洞-裂缝型为主,储层评价为Ⅰ类储层。井区下寒武统沿柯坪-方1井-和4井-巴东2井-塔参1井一线,发育北西向展布的台地相带白云岩储层,这些井的储层综合评价为Ⅱ类储层,是各井的主力产油(气)层。

(2)肖尔布拉克组白云岩储集空间的类型、发育程度以及空间展布受多种因素共同控制。沉积相带中的颗粒滩体为储集层展布和次生孔隙的发育奠定了基础;成岩过程中的白云石化作用和溶蚀作用形成了较多的晶间孔、晶间溶孔和溶蚀孔洞。历史上的构造运动使得构造缝非常发育,在构造缝基础上进一步溶蚀,形成构造溶蚀缝,大大的提高了储层的渗透性。总之,沉积作用、白云石化作用、构造作用、岩溶作用是研究区储层发育的主控因素。

(3)塔里木盆地下寒武统有利的层段发育在肖尔布拉克组,塔里木下寒武统台地相带白云岩储层具有良好的勘探前景。

致谢

杨式升老师在薄片鉴定部分进行指导并给予了很大的帮助,在此谨表谢意。

[1]高志前.塔里木盆地塔中地区下古生界不同类型碳酸盐岩储层形成及成因联系[D].成都理工大学博士学位论文,2007:118-126

[2]顾家裕,贾进华,方辉.塔里木盆地储层特征与高孔隙度高渗透率储层成因[J].科学通报,2002,47(增刊):10-15

[3]张敏,王正允,张紫光,等.碳酸盐岩宏观储集空间研究——以冀北坳陷中元古界蓟县系雾迷山组和铁岭组为例[J].石油地质与工程,2008,22(5):37-40

[4]昌俊杰,罗顺社,王正允,等.靖边潜台南部奥陶系马五1亚段储层特征研究[J].石油地质与工程,2008,22(5):41-43

[5]康玉柱.塔里木盆地古生代海相碳酸盐岩储集岩特征[J].石油实验地质,2007,29(3):217-223

编辑:吴官生

TE112.222

A

1673-8217(2010)01-0012-04

2009-07-20;改回日期:2009-09-04

陈文玲,1987年生,2007年毕业于成都理工大学能源学院,在读硕士研究生,主要从事油气储层评价研究工作。

国家重点基础研究发展规划“973”项目(G2006CB202304)。