塔里木盆地大北地区巴什基奇克组成岩相测井识别

杨 宁,王贵文,李潮流,信 毅,于峰丹,年 涛

(1.中国石油长城钻探工程有限公司,北京 100101;2.中国石油大学油气资源与探测国家重点实验室,北京 102249; 3.中国石油大学地球科学学院,北京 102249;4.中国石油勘探开发研究院测井所,北京 100083; 5.中国石油塔里木油田公司勘探开发研究院,新疆库尔勒 841000;6.中国地质调查局西安地质调查中心,陕西西安 710054)

塔里木盆地大北地区巴什基奇克组成岩相测井识别

杨 宁1,王贵文2,3,李潮流4,信 毅5,于峰丹6,年 涛2,3

(1.中国石油长城钻探工程有限公司,北京 100101;2.中国石油大学油气资源与探测国家重点实验室,北京 102249; 3.中国石油大学地球科学学院,北京 102249;4.中国石油勘探开发研究院测井所,北京 100083; 5.中国石油塔里木油田公司勘探开发研究院,新疆库尔勒 841000;6.中国地质调查局西安地质调查中心,陕西西安 710054)

依据成岩序列和成岩阶段划分原理,结合储层岩心观察、铸体薄片、阴极发光,扫描电镜、X射线衍射等资料,对塔里木盆地大北地区巴什基奇克组成岩相定量划分及测井表征进行研究。结果表明:塔里木盆地大北地区巴什基奇克组划分为强压实相、不稳定组分溶蚀相、钙质胶结相、构造裂缝相4种成岩相类型;将综合成岩系数作为成岩相表征的参数,相比前人的研究方法能够很好地解决成岩相定量划分的问题;综合成岩系数的测井资料计算可以实现测井资料模块化处理定量识别成岩相;提出的成岩相识别新方法与岩心分析资料形成良好的印证,方法准确可靠。

大北气田;成岩相;综合成岩系数;定量表征;测井识别

在油气勘探开发的实践中,人们逐渐认识到储层物性是沉积相、成岩相以及构造综合作用的结果,在特定的构造、沉积背景下,成岩相的研究在储层的评价和预测中就显得尤为重要。目前,对成岩相的研究主要是通过观察岩心、铸体等资料方法进行,集中在定性描述,未能实现对成岩相定量化表征,导致各种成岩相之间界限不明确,限制了成岩相的使用范围。笔者以塔里木盆地大北地区白垩系巴什基奇克组为研究对象,建立一种以综合成岩系数为参数,利用测井资料来定量划分成岩相的方法。

1 地质概况

大北气田位于库车坳陷的克深构造带西缘,南天山造山带与塔北隆起之间,是一个以中、新生界沉积为主的前陆盆地,迄今为止发现的气藏储层主要集中在白垩系(图1)。研究区白垩系主要发育下白垩统,自下而上可分为亚格列木组、舒善河组、巴西盖组、巴什基奇克组。巴什基奇克组为一套扇三角洲—辫状河三角洲相沉积陆源碎屑岩层,总体上属于低孔低渗—特低孔特低渗储层。巴什基奇克组以长石岩屑砂岩、岩屑长石砂岩为主。成分成熟度低—中等,结构成熟度中等;胶结物以方解石为主;储集空间为溶孔和构造形成的微裂缝。储层形成受成岩相控制[1-2]。

图1 研究区位置Fig.1 Location of Dabei gas field

2 成岩作用序列与成岩阶段

研究区巴什基奇克组普遍经历了较强的压实作用,长石次生溶孔发育,并发育大量裂缝,包裹体均一温度为90～155℃,伊/蒙混层中的蒙皂石层平均为20%。其主要成岩作用次序为机械压实→早期方解石胶结→火山岩屑、长石颗粒溶蚀→晚期方解石、白云石、含铁白云石沉淀。根据自生矿物组合、分布、演化及形成顺序,黏土矿物及混层黏土矿物的转化,以及岩石结构、构造特征及孔隙类型等指标,并结合研究区的区域地质特征、包裹体温度、成岩作用类型及特点等综合判断,巴什基奇克组已处于晚成岩A2期[3-6]。

3 成岩作用类型及特征

塔里木盆地大北气田巴什基奇克组在漫长地质历史中,经历了复杂的成岩作用,形成如今的致密砂岩,可以明显识别出4种成岩作用:机械压实、碳酸盐胶结、溶蚀作用和构造挤压破裂。

3.1 机械压实作用

塔里木盆地白垩系巴什基奇克组常见的压实特征:碎屑颗粒线－凹凸紧密接触,出现火山岩屑等柔性颗粒的塑性变形,云母类片状矿物的弯曲变形,原生孔隙近乎丧失殆尽。巴什基奇克普遍发育强压实作用,是储层原生孔隙度大幅降低、储层致密的一个重要原因,且砂岩粒度越细,压实作用越强(图2 (a)、(b))。

3.2 钙质胶结作用

巴什基奇克组经历了两期的钙质胶结作用:白垩纪末期地层整体抬升暴露,遭受地表水淋滤,形成早期碳酸盐胶结(主要是无铁方解石),胶结率一般为5%～20%,最大可达80%,阻碍压实作用进行。深埋藏晚期(5.3 Ma～现今),以钙质胶结作用为主,方解石、铁方解石、白云石、铁白云石主要呈现孔隙式胶结(2(c)～(h))。

3.3 溶蚀作用

巴什基奇克组砂岩孔隙类型有次生溶蚀孔隙、残留原生孔隙以及微裂缝,其中次生溶蚀孔隙是主要孔隙类型。溶蚀作用经历了3期:库姆格列木期,三叠系与侏罗系烃源岩生成的油气进入储层,产生相应的溶蚀作用,并沉淀高岭石胶结物(1%),溶蚀强度弱;深埋藏早期(25～5.3 Ma),经历了碱性环境下石英和岩屑的弱溶蚀,产生少量的长石次生加大边(约1%);有机质成熟产生的大量有机酸沿断裂注入,使得成岩环境为酸性,对长石和岩屑的溶蚀形成新的作用(溶蚀量为1%～2%),镜下观察被溶组分主要是火山岩屑以及长石,常见颗粒边缘被溶解成港湾状(图2(i))。

3.4 构造作用

大北气田所处的库车坳陷在海西晚期(晚二叠世)开始发育,经历了多期构造运动:第一期为白垩纪燕山运动,使北部天山抬升,向南形成较大的水平挤压力,形成一系列北倾逆断层,是坳陷内断裂和构造的重要发育期;第二期为第三纪的喜马拉雅运动,北部天山继续抬升,燕山期断裂继续活动,形成了天山山前大型逆冲褶皱带及一系列逆冲断层。构造作用产生大量的断层和裂缝,岩心观察可见较多剪性和张剪性高角度裂缝呈雁列式或共轭排列,最小间距仅几厘米、均为方解石质充填、半充填或未充填;断层和裂缝为流体提供运移通道和容纳空间,也为次生孔隙的形成和储层的渗透性创造了有利条件,铸体薄片中也可见较强的沿裂缝溶蚀现象(图2 (j)、(k)、(l))。

图2 巴什基奇克组成岩特征Fig.2 Reservoir diagenetic characteristics of Bashijiqike Formation

4 成岩相的分类和命名

成岩相是成岩环境的物质表现,即反映成岩环境的岩石学特征、地球化学特征和岩石物理特征的总和,也是反映各种成岩事件的相对强度、成岩环境与成岩产物的综合表现[22]。目前关于成岩相划分及命名国内外尚无统一的方案,主要根据成岩产物、成岩作用划分和命名,故成岩相包含两方面的内容,即成岩作用及该作用下的成岩产物。成岩作用和成岩产物具有共存性和继承性,岩石都经历了极其复杂的多种成岩作用的叠加与改造,只能以现今储层观察到的主要成岩作用和成岩产物来命名成岩相。由此将巴什基奇克组储层划分为强压实相、钙质胶结相、构造裂缝相、不稳定组分溶蚀相4种成岩相[7-10]。

4.1 强压实相

巴什基奇克组强压实相主要发生在软性岩屑含量高和杂基含量高的砂岩中。统计此类成岩相的杂基含量平均为6.6%,软性岩屑中变质岩屑平均含量为9.0%,居各成岩相之首。储层物性差,平均孔隙度为2.2%,平均渗透率为0.03×10－3μm2,砂岩中仅见少量粒间孔和溶蚀孔。致密强压实相主要发育于水下分流河道间沉积环境。

4.2 钙质胶结相

巴什基奇克组钙质胶结相主要发生在含砾砂岩、砾状砂岩、粗—中砂岩、钙质含量较高的砂岩中。储层物性差,平均孔隙度为3.2%,平均渗透率为0.05×10－3μm2。胶结物含量与物性呈明显负相关系,当碳酸盐胶结物含量大于15%,储层物性小于下限。少数层段还出现了碳酸盐的致密胶结,碳酸盐胶结物含量大于20%,使孔隙几乎完全消失。钙质胶结相主要发育于水下分流河道沉积环境。

4.3 构造裂缝相

构造裂缝相发育受主要受构造运动控制,多为石英含量低,粒度较细的细砂岩、粉砂质细砂岩。石英含量为35%～41%,平均为38%。构造裂缝相孔隙度平均孔隙度为3.9%,渗透率可达1.28×10－3μm2。

4.4 不稳定组分溶蚀相

不稳定组分相主要发生在杂基含量少、塑性岩屑和碳酸盐岩岩屑含量少、长石含量高的较成熟砂岩中。多为中粗粒、中粒岩屑砂岩、长石岩屑砂岩,石英含量为50%～64%,平均为60.7%,泥质含量小于1%。不稳定组分溶蚀相次生溶蚀孔隙发育,孔隙度平均为6.6%,渗透率主要分布在0.2×10－3μm2,主要发育于辫状河三角洲水下分流河道沉积环境、扇三角洲河口坝沉积环境。

5 成岩相的定量评价

常用成岩相分类方法只是简单区分成岩相类型,结果准确性依赖研究者的经验;有必要选择合适的参数,建立一套成岩相定量划分评价方法,消除主观判断产生的多解性。

5.1 成岩相定量评价参数

成岩相命名和分类中,表征成岩作用参数的精度高于表征成岩矿物的参数,成岩相定量化表征实质是通过成岩作用实现。定量化表征成岩作用的参数很多(压实率、胶结率、溶蚀率)。巴什基奇克组的填集密度为77.3%～90%,压实率为60.0%～91%,胶结率一般为10%～40%,同时具有强压实、钙质胶结程度高、微孔隙发育的多种成岩作用叠加特征。任何一个参数增大,不表征其所代表的成岩作用增强,可能是其他成岩作用间接增强结果。单纯依靠某个参数变化难以准确判断成岩作用强弱,划分成岩相类型,需要综合各种成岩作用影响的参数来实现这一目标。

利用综合的成岩参数实现对成岩相的划分,前人做过大量的工作。张一伟等[11]在研究辽河油田冷东－雷家地区岩石物理相时,为了定量描述各类成岩作用对储集性能的综合影响,即成岩作用的综合效应,首先引入成岩系数“C”,相比胶结率、压实率、微孔隙率等单个参数只针对成岩过程中一种或几种作用,综合的成岩系数能够全面反映各种作用下成岩作用的效果:

其中C为成岩系数;m、Rp、Rc和Rm分别为面孔率、视压实率、视胶结率、微孔隙率;Vp、Vc、Vφ和φf分别为粒间体积、胶结物体积、粒间孔体积和物性孔隙率。

其后,许多研究者根据实际情况开展应用并取得一些成果,证实成岩系数“C”在比单个参数评价方面更有优势[12-16]。这些研究者计算的成岩系数从0.05%到38.78%,利用成岩系数建立成岩相评价标准也不同。因此,有必要在探讨计算成岩系数“C”的各参数物理和地质意义基础上,寻找能够实现统一表征成岩相的参数。

视压实率主要反映机械压实作用对原始孔隙体积的影响程度,视胶结率主要反映胶结作用对原始孔隙体积的影响程度,微孔隙率主要反映溶蚀、溶解及交代作用对原始孔隙体积的影响程度。任何一个参数的计算都在假定其他参数为恒量,即储层的改造只在其中一种成岩作用下完成,其他成岩作用不参与。这一假设,造成对某一成岩作用强度估算加大,忽视了多种因素共同作用下有效成岩作用的评价。

为了更加准确地反映储层的有效成岩作用,同时刻画各种成岩作用对储层真实影响,在成岩系数基础上,对成岩系数“C”改进,引入了表征实际成岩作用对原始孔隙体积影响程度的参数——填集密度,得到了综合成岩系数“Cg”:

其中Cg为综合成岩系数;Df为填集密度,%;式(5)中第一部分“分子”代表实际各种成岩作用强度叠加,“分母部分”代表理论计算的各种成岩作用代数和。两者比值为成岩作用的分异程度,其值越大表示各种成岩作用叠加程度越低,将其乘以面孔率得到Cg,压制多种成岩作用叠加造成影响,突出某一成岩作用,使改造后的综合成岩系数能够定量反映成岩相的变化。

5.2 成岩相的定量划分标准

在确定成岩相定量化表征参数的基础上,借助于巴什基奇克组56个样品的铸体薄片、常规物性分析资料计算得到压实率、胶结率、微孔隙率和面孔率;同时结合岩心描述、扫描电镜等确定样品的成岩相类型(表1)。

表1 大北气田巴什基奇克组综合成岩系数与物性参数(部分结果)Table 1 Comprehensive diagenetic coefficient and physical parameters

利用聚类分析法分析显示,成岩相类型对应不同的综合成岩系数:强压实相的综合成岩系数小于0.06,胶结相为0.06～0.39,构造裂缝相的综合成岩系数为0.39～0.72,不稳定组分溶蚀相的综合成岩系数一般大于0.72,由此建立利用综合成岩系数进行成岩相定量划分的标准(表2)。

表2 成岩相定量划分标准Table 2 Diagenetic facies quantitative criteria for classification

5.3 成岩相的测井表征

利用丰富的测井资料计算综合成岩系数,可以拓宽定量划分成岩相应用范围。综合成岩系数与岩心分孔隙度、水平渗透率之间具有良好的相关性(图3)。可利用孔隙度、渗透率进行回归计算综合成岩系数,但考虑到渗透率不能通过原始测井曲线获得,与孔隙度相关的测井曲线包含密度、中子、声波,利用多条测井曲线进行回归,可以弥补单一测井

曲线产生的误差,提高综合成岩系数精度。用最小二乘法计算回归系数,建立回归相关方程:

其中DEN、AC、CNL分别为密度、声波、中子测井;复相关系数R=0.75,标准误差0.6004,回归方差与剩余方差之比F=21.70。

图3 综合成岩系数与物性关系Fig.3 Relations between comprehensive diagenetic coefficient and physical properties

5.4 应用效果分析

选取大北101和大北102井5个岩心铸体薄片鉴定结果,利用本文建立的方法对测井资料进行处理,将识别结果与薄片鉴定结果进行对比,以验证本文提出方法的可靠性。大北101井5.79111 km处,测井计算综合成岩系数为0.045,判断为强压实相;薄片鉴定显示该井段方解石含量为8%,面孔率为0.43%,颗粒之间点线接触,压实率为60.98%,属于典型的强压实相,与基于本文方法结果一致。大北101井5.80062 km计算综合成岩系数为0.11,判断为钙质胶结相;薄片鉴定显示方解石含量为15%,面孔率为0.75%,颗粒之间方解石呈孔隙－基底式胶结,胶结率为31.7%,为典型的钙质胶结相,与本文方法一致(图4(a))。

大北102井5.320 67、5.320 86和5.324 00 km深度点测井计算结果综合成岩系数分别为1.37、1.05和0.95,判断为不稳定组分溶蚀相。薄片鉴定结果为:方解石含量小于4%,面孔率为4.5%、4.87%和5.83%,孔隙类型粒间溶蚀孔、粒内溶蚀孔,为典型的不稳定组分溶蚀相;与本文方法一致(图4(b))。

图4 成岩相测井识别应用效果分析Fig.4 Diagenetic facies logging identify application effect analysis

6 结 论

(1)塔里木盆地大北地区巴什基奇克组划分为强压实相、不稳定组分溶蚀相、钙质胶结相、构造裂缝相4种成岩相类型。

(2)综合成岩系数作为成岩相表征的参数,相比前人的研究方法,很好地解决了成岩相定量划分的问题;综合成岩系数的测井资料计算可以实现测井资料模块化处理定量识别成岩相。

(3)本文提出的成岩相识别新方法,与岩心分析资料形成良好的印证,经过多井段验证,方法准确可靠。

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(编辑 徐会永)

Reservoir diagenetic facies of Bashijiqike Formation in Dabei gas field compartmentalization and quantitative evaluation

YANG Ning1,WANG Guiwen2,3,LI Chaoliu4,XIN Yi5,YU Fengdan6,NIAN Tao2,3
(1.CNPC Greatwall Drilling Company,Beijing 100101,China; 2.State Key Laboratory of Petroleum Resource and Prospecting in China University of Petroleum,Beijing 102249,China; 3.College of Geosciences in China University of Petroleum,Beijing 102249,China; 4.RIPED Logging Institutes,Beijing 100083,China; 5.Exploration and Development Research Institute of CNPC Tarim Oilfield Company,Korla 841000,China; 6.Xi'an Center of Geology Survey,CGS,Xi'an 710054,China)

Based on the division principle of diagenetic sequence and diagenetic stage,this paper studied the quantitative division and logging identification of diagenetic facies for Bashijiqike Formation in Dabei area of Tarim Basin using reservoir data of core observations,and methods such as cast thin,cathodoluminescence,SEM and X－ray diffraction.The results show that the diagenetic facies can be divided into four types:compaction density facies,corrosion of unstable components facies, calcareous cementation facies,and structural fracture facies.Compared to previous methods,the method used here with comprehensive diagenetic coefficient as characterization parameters can be a good solution to the problem of quantitative division.Comprehensive diagenetic coefficient can be used in logging data processing to identify diagenetic facies.The results obtainedfrom the method agree well with the core analysis data,and the method is accurate and reliable.

Dabei gas field;diagenetic facies;diagenetic integrated coefficient;quantitative identification;logging identification

TE 122.2

A

1673-5005(2014)05-0018-07

10.3969/j.issn.1673-5005.2014.05.003

2014－02－17

国家大型油气田及煤层气开发科技重大专项(2011ZX05020－008)

杨宁(1982－),男,博士,主要从事沉积学和测井地质学方面的研究。E－mail:0726008@163.com。

王贵文(1966－),男,教授,博士生导师,主要从事测井地质学、储层沉积学等领域的研究工作。E－mail:wanggw@cup.edu.cn。

杨宁,王贵文,李潮流,等.塔里木盆地大北地区巴什基奇克组成岩相测井识别[J].中国石油大学学报:自然科学版,2014,38(5):18-24.

YANG Ning,WANG Guiwen,LI Chaoliu,et al.Reservoir diagenetic facies of Bashijiqike Formation in Dabei gas field compartmentalization and quantitative evaluation[J].Journal of China University of Petroleum(Edition of Natural Science), 2014,38(5):18-24.