库车坳陷白垩系超深层储集层特征与勘探潜力

张荣虎，刘　春，杨海军，张惠良，王俊鹏，曾庆鲁



库车坳陷白垩系超深层储集层特征与勘探潜力

张荣虎1，刘春1，杨海军2，张惠良1，王俊鹏1，曾庆鲁1

（1.中国石油杭州地质研究院，杭州310023；2.中国石油塔里木油田分公司，新疆库尔勒841000）

塔里木盆地库车坳陷白垩系储集层为一套超深、超高压、高温、孔隙型低孔砂岩地层，为查明其储集层特征、成因机制及勘探潜力，依据激光共聚焦扫描、工业CT、高压压汞、扫描电镜、碳氧同位素、全直径岩心物性分析、电子探针能谱和成像测井等资料，运用构造演化恢复及系统表征的方法，对白垩系砂岩储集层进行了综合研究。研究表明，克拉苏深层区带白垩系巴什基奇克组辫状河（扇）三角洲前缘砂体叠置连片分布，厚度150～250 m；超深层残余原生孔隙及溶蚀孔隙较发育，网状、高角度未充填—半充填构造裂缝发育，储集层性质总体为低孔中低渗；早中期浅埋藏、晚期构造推覆膏盐岩顶棚构造、表生成岩期—早成岩期溶蚀作用与晚期构造挤压相互耦合、叠加改造是储集层的主要成因机制；有效储集层厚80～200 m，相对优质储集层厚30～90 m，主要分布在水下分流河道、构造背斜东西轴部、距不整合面220 m以内的“三者”叠合区，成带连片分布，埋深8 000 m仍然存在有效储集层，具有巨大的天然气资源潜力。

塔里木盆地；库车坳陷；白垩系；巴什基奇克组；超深层；有效储集层；勘探潜力

自2011年以来，随着塔里木盆地库车坳陷油气勘探开发的不断深入，白垩系巴什基奇克组的勘探从中浅层（3 000～5 000 m）进入深层—超深层（＞5 000 m），即从克拉苏浅层区带的吐北1井—吐北2井—克拉2井—克拉3井进入博孜段—大北段—克深段深层带（图1），已完钻的博孜1井、大北101井、大北202井、大北3井、大北301井、吐北4井、克深2井、克深201井、克深5井、克深8井等均获工业气流（图1）。前人研究认为，库车坳陷白垩系中浅层储集层成因有以下几个特点：①地形高差大且物源丰富，易形成粗粒的扇三角洲或辫状河三角洲沉积体系［1］；②长期的浅埋藏和快速短期的深埋藏易保存部分原生孔隙［2］；③晚期深埋过程中由构造作用形成的裂缝系统，极大地提高了储集层的渗透性能，使深部低孔低渗储集层能够大面积富集成藏［3］；④高压流体对储集层的孔隙有保护作用；⑤挤压形成构造托举与低密度盐层的加厚，使砂岩保持较高的原始孔隙度；⑥干旱气候下沉积水体呈碱性，早期的碳酸盐胶结，成岩时易溶蚀形成次生孔隙；⑦丰富的油气为形成大量次生孔隙提供酸性流体；⑧断裂的发育为储集层中裂缝的形成提供基础［4-6］；⑨构造挤压作用下特定构造样式对储集层起保护作用［7-9］。

图1　塔里木盆地库车坳陷构造区划及油藏剖面

克拉苏浅层区带和克拉苏深层区带白垩系为深层—超深层（埋深5 000～8 300 m）、高压高温（流体压力90～140MPa，压力系数1.5～1.8；温度120～200℃）、中-高产（6 mm油嘴，天然气产量一般为20×104～50×104m3/d，12 mm油嘴，天然气产量可达116×104m3/d）、基质低孔特低渗（孔隙度1.5%～5.5%，渗透率0.01～0.10 mD）、裂缝-孔隙型低孔砂岩储集层，与国内外常规裂缝储集层、深层储集层、低渗致密储集层的成岩作用类型及序列不同［10］，其储集层成因模式具有独特性、多样性［11-16］，储集层厚度巨大［17-20］，空间展布具有可预测性［21-26］。在目前库车坳陷超深层地震资料分辨率低（主频20 Hz）、储集层反演困难、常规测井储集层评价精度低等条件下，为揭示6 000 m以下超深层储集层特征、成因机理及勘探潜力，笔者以博孜段—大北段—克深段白垩系巴什基奇克组为例，依据岩心、录井测试资料、成像测井、构造—储集层演化恢复、微观实验分析，综合研究超深层储集层主要特征，提出有效储集层、相对优质储集层成因机制、空间分布及发育规模。

1　巴什基奇克组砂体空间叠置

克深段白垩系巴什基奇克组沉积时，自西向东受来自南天山的3个沉积物源（古博孜河、古卡普沙良河和古克拉苏河）控制。巴什基奇克组一段和二段为远源辫状河三角洲前缘沉积，砂岩结构成熟度和成分成熟度相对较高，以水下分流河道砂体为主，占总厚度的70%以上，少量为河口砂坝砂体，垂向上主河道砂体叠置厚度大（一般超过4 m）、横向分布稳定，水下分流间湾泥岩单层厚度小且不连续（图2）。巴什基奇克组三段为近源扇三角洲前缘沉积，砂岩结构成熟度和成分成熟度相对较低，以水下分流河道砂体为主，垂向叠置，厚度较稳定，分流间湾泥岩单层厚度小，连续性差。东西方向上，沉积相带展布总体较为稳定，砂岩累计厚度150～250 m，其中，克深段和博孜段—大北段粉砂岩、细砂岩和中砂岩累计厚度分别为200～250 m和160～200 m.

2　储集层特征

（1）岩性特征对克拉苏深层区带500块薄片鉴定、全岩X射线衍射分析表明，克深段巴什基奇克组一段储集层岩石类型以岩屑长石砂岩为主，含少量长石岩屑砂岩，石英含量一般为45%～60%，长石含量一般为20%～35%，以钾长石为主，岩屑含量一般为15%～30%，主要为岩浆岩岩屑，其次为变质岩岩屑。与克深段相比，大北段同样以岩屑长石砂岩为主，其次为长石岩屑砂岩，储集层具有石英含量略高，长石含量偏低的特点，石英含量为45%～65%，长石含量为20%～28%，岩屑含量为14%～28%.

图2　库车坳陷大北段白垩系巴什基奇克组二段沉积亚相及岩相平面展布

（2）孔隙和裂缝发育特征对20余口深层钻井岩心、普通铸体薄片、激光共聚焦扫描显微薄片、扫描电镜、工业CT、成像测井、录井、测试资料等分析表明，巴什基奇克组储集层储集空间类型为粒间孔（图3a，图3b）、粒内溶孔（图3c，图3d）、微孔隙（图3e，图3f）和构造裂缝（图4），其中以粒间孔为主，包括粒间溶蚀扩大孔和残余原生孔隙，孔隙直径一般为5～80 μm，常呈不规则扁状、长条状、超大孔隙状。以克深段为例，粒间孔占储集空间总量的60%～83%，其次为粒内溶孔和构造裂缝，占储集空间总量的5%～20%.未充填—半充填网状、垂向构造裂缝广泛发育，成像测井解释构造裂缝密度一般3～10条/m，开启度为4～200 μm，其中充填物主要为方解石、白云石和硬石膏，是克拉苏深层区带天然气重要的储集空间和渗流通道，在巴什基奇克组各段均有分布，在一段和二段的逆冲背斜构造翼部和断裂带附近尤为发育。

（3）储集层物性克拉苏深层区带巴什基奇克组储集层基质孔隙度一般为1.5%～5.5%，平均4.0%，基质渗透率一般0.010～0.100 mD，平均0.128 mD.其中，克深段实测孔隙度为2.0%～7.0%，平均为3.4%，渗透率为0.050～0.500 mD，平均为0.055 mD，裂缝渗透率为1.000～10.000 mD.大北段实测物性略高于克深段，基质孔隙度为1.5%～7.5%，平均为4.3%，基质渗透率为0.010～1.000 mD，裂缝渗透率为0.100～10.000 mD.根据生产测试解释结果分析，大北段—克深段测试储集层总体渗透率（基质+裂缝）普遍大于1 mD.总体而言，深层巴什基奇克组储集层为低孔中低渗储集层。

图3　库车坳陷白垩系巴什基奇克组超深层储集层储集空间特征

（4）孔喉结构据博孜段、大北段、克深段超深层孔隙-喉道CT扫描、激光共聚焦扫描、高压压汞资料分析，储集层基质孔隙半径主要为5～160 μm，孔隙分布不均匀，连通性较差；孔喉排驱压力一般为1.10～10.00 MPa，平均6.14 MPa，孔喉分选差、非均质性强，主要连通孔喉半径为0.04～0.25 μm，其中克深段储集层孔喉半径主值0.01～0.10 μm，大北段储集层孔喉半径主值0.01～0.50 μm，压汞分析进汞饱和度较高，退汞效率差，总体属小孔细喉的孔隙结构特征。

图4　库车坳陷白垩系巴什基奇克组超深层储集层构造裂缝特征

3　有效储集层动力成因机制

（1）长期浅埋、短期深埋，巨厚膏盐岩顶棚构造保护对克拉苏深层区带巴什基奇克组构造演化、物理模拟、埋藏史及孔隙演化研究表明，储集层在130×106～5×106a，长期埋深小于3 000 m，保留孔隙度为15%～20%，处于常温常压环境，均为中高孔中高渗储集层。5×106a至现今，储集层埋深由3 000 m迅速增至6 000 m以上，强烈构造挤压形成上覆巨厚膏盐岩顶棚构造，目的层储集层总体处于纵向较弱压实区，基质孔隙得到部分保存［28］，同时侧向挤压使储集层基质快速致密化、裂缝化，形成深层—超深层、超高温度（120～200℃）、超高压力（流体压力90～140MPa，压力系数1.50～1.85）、裂缝-孔隙型、孔隙度主要为2%～8%的有效储集层（图5）。

（2）3期溶蚀-构造破裂作用叠加改造对超深层巴什基奇克组储集层铸体薄片、扫描电镜、激光共聚焦扫描、电子探针、包裹体、X射线衍射黏土矿物综合研究表明，在130×106～90×106a（早白垩世—晚白垩世），储集层处于同生成岩作用—早成岩作用A1期，主要受首次埋藏压实作用、胶结作用（石英质、长石质、碳酸盐矿物、高岭石、绿泥石）影响，减孔量约为10%；在90×106～65×106a（晚白垩世—古新世），燕山运动末期构造抬升暴露，储集层受表生溶蚀作用（碳酸盐矿物、长石及岩屑颗粒），增孔量为2%～4%，伴随早期构造破裂作用，以充填渗流砂为标志。在65×106～23×106a（古新世—中新世），储集层处于早成岩作用A2期，再次埋藏压实、胶结作用（碳酸盐矿物和硫酸盐矿物顶板式胶结，硅质、钠长石、伊利石及蒙皂石黏土矿物胶结），减孔量为6%～8%，储集层总体孔隙度约为15%；受古近纪以来蒸发干旱盐湖背景影响，地层水总体呈咸化状态，发生长石和石英的碱性溶蚀作用，增孔量可达2%.在23×106～5×106a（中新世—上新世）储集层进入早成岩作用B亚期，喜马拉雅运动早期—中期构造挤压破裂，伴随油气注入的CO2沿缝网发生少量溶蚀作用（碳酸盐矿物和硫酸盐矿物溶蚀增孔量小于0.5%）。5×106a至现今（上新世至今），储集层进入中成岩作用A亚期，库车组、西域组快速沉积，埋深超过5 000 m，喜马拉雅运动晚期强烈的构造挤压使储集层减孔量为5%～8%，形成大量构造裂缝，同时见晚期充填裂缝的碳酸盐胶结物。

4　有效储集层主控因素及勘探潜力

4.1有效储集层主要受沉积岩相、构造挤压和溶蚀作用控制

克拉苏深层区带巴什基奇克组辫状河（扇）三角洲前缘水下分流河道细砂岩、中砂岩一般硅质颗粒含量高、分选磨圆好、泥质含量低，其物性最好；水下分流河道含灰细砂岩、含灰砾状砂岩一般岩屑含量高、分选磨圆差，其物性差；河口坝粉砂岩储集层物性居中。对大北气田近50 000个测井物性数据统计表明：中—细砂岩储集层孔隙度为8.8%～9.7%，渗透率为2.2～2.5 mD，粉砂岩储集层孔隙度为7.4%，渗透率为2.1 mD.

大北段巴什基奇克组砂岩历经3次构造挤压活动（燕山运动末期、喜马拉雅运动早期—中期和喜马拉雅运动晚期，其中，以喜马拉雅运动晚期构造挤压最为强烈）（图6），形成3期构造裂缝。构造挤压强度南北呈条带状分布，东西呈区块展布。深层区挤压应力一般为70～90 MPa，强烈的构造挤压一方面使储集层压实紧密，基质孔隙度大大降低；另一方面，构造挤压使储集层发生脆性破裂，发育大量构造裂缝。大北段发育高角度网状裂缝，倾角50°～70°，近西倾，平均裂缝密度6～12条/m；克深段发育高角度垂向裂缝（倾角70°～90°），近北倾，平均裂缝密度3～10条/m.构造挤压产生的裂缝大大改善了储集层渗透率，使基质渗透率提高了1～2个数量级，改善后的储集层渗透率为1～100 mD.

超深层储集层成岩期主要历经3次溶蚀作用（表生成岩期大气淡水溶蚀作用、成岩早期—中期碱性水溶蚀作用和成岩晚期酸性水溶蚀作用），以表生期、成岩早期溶蚀作用为主，此时储集层基质孔隙度20%左右，渗流能力好，硅酸盐类矿物（长石、钠长石）和碳酸盐类矿物（颗粒及胶结物）发生大量溶蚀。硅酸盐类矿物和碳酸盐类矿物铸体薄片和扫描电镜等资料表明：博孜段—大北段储集层溶蚀面孔率一般为1%～2%，克深段储集层溶蚀面孔率一般为2%～4%.

图5　库车前陆区巴什基奇克组构造及储集层孔隙演化

4.2超深层有效储集层分布

克拉苏深层区带超深层巴什基奇克组有效储集层发育（Ⅰ类—Ⅲ类为有效储集层：孔隙度大于6.0%，渗透率大于0.035 mD，Ⅳ类是差储集层，Ⅴ类是非储集层）（图7），相对优质储集层（Ⅰ类和Ⅱ类储集层：孔隙度大于10.0%，渗透率大于0.100 mD）主要分布在辫状河三角洲前缘水下分流河道、构造背斜东西向核部（裂缝发育带）、距不整合面220 m以内“三者”叠合带，成带连片分布，如大北2井—大北3井构造带、克深5井—克深1井—克深2井构造带及博孜1井构造带，有效储集层厚度一般80～200 m，其中博孜段大于100 m，相对优质储集层大于30 m；大北段有效储集层为80～200 m，相对优质储集层为40～90 m；克深段有效储集层为120～165 m，相对优质储集层为20～80 m.纵向上相对优质储集层主要分布在巴什基奇克组一段中下部和二段中上部。通过对不同岩性储集层孔隙度与埋深相关性统计、测试及录井分析、孔隙微观鉴定表明，辫状河三角洲前缘主河道区细—中砂岩在7 000 m埋深时相对优质储集层发育，有效储集层埋深在8 000 m以下时仍然存在。

图6　大北段白垩系巴什基奇克组超深层储集层成岩事件序列

图7　库车坳陷中部白垩系巴什基奇克组超深层储集层综合评价及预测

5　结论

（1）库车坳陷克拉苏深层区带巴什基奇克组沉积主要受控于古博孜河、古卡普沙良河和古克拉苏河3个南天山物源，辫状河（扇）三角洲前缘砂体叠置连片分布，厚度一般150～250 m.

（2）克拉苏深层区带巴什基奇克组储集层岩性以岩屑长石砂岩为主，残余原生孔隙和溶蚀孔相对发育，未充填—半充填高角度网状和高角度垂直裂缝发育，总体为低孔中低渗储集层。储集层主要受控于沉积岩相、构造挤压和溶蚀作用，水下分流河道中细砂岩在130×106～5×106a（早白垩世—上新世）长期浅埋藏（小于3 000 m），5×106a至今（上新世至今）快速深埋藏（大于3 000 m），表生成岩作用期、成岩早期—中期（白垩纪—新近纪上新世）溶蚀作用与成岩晚期构造挤压作用相互耦合、叠加改造是储集层的主要成因机制。

（4）克拉苏深层区带巴什基奇克组有效储集层厚80～200 m，相对优质储集层厚30～90 m，主要分布在辫状河三角洲前缘水下分流河道、构造背斜东西向轴部、距不整合面220 m以内“三者”叠合区，成带连片分布，埋深8 000 m以下仍有有效储集层存在，勘探表明具有万亿立方米天然气储量规模。

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（编辑曹元婷）

Characteristics and Exploration Potential of Ultra-Deep Cretaceous Reservoir in Kuqa Depression，Tarim Basin

ZHANG Ronghu1，LIU Chun1，YANG Haijun2，ZHANG Huiliang1，WANG Junpeng1，ZENG Qinglu1
（1.Hangzhou Research Institute of Petroleum Geology，PetroChina，Hangzhou，Zhejiang 310023，China；2.Tarim Oilfield Company，PetroChina，Korla，Xinjiang 841000，China）

The Cretaceous reservoir in Kuqa depression of Tarim basin is a set of ultra-deep，ultra-high pressure，high temperature and lowporosity fractured sandstones.To identify characteristics，genesis and exploration potential of the reservoir，an integrated research is performed using structural evolution reconstruction and systematical characterization and based on the data of confocal laser scanning，industrial CT，high-pressure mercury injection，SEM，carbon and oxygen isotopes analysis，physical properties of full-diameter cores，electron microprobe spectroscopy and so on.The study shows that the braided delta-front sand bodies are superimposed and distributed continuously in Cretaceous Bashijiqike formation of Crassus deep zones with the thickness of 150～250 m；in ultra-deep layers，residual primary porosity and dissolved pores are relatively developed，netlike，high-angle，filled to semi-filled fractures are developed，too.The reservoir generally belongs to low-porosity，medium-low permeability in nature；the genesis mechanism is dominated by 3 mechanisms such as shallow burial during the early and middle stages，celling structure of nappe-type，gypsum-salt rocks during the late stage and intercoupling and superimposition between dissolution during epidiagenetic stage to early diagenesis stage and tectonic compression at the late stage；the effective reservoir thickness ranges from 80 m to 200 m and the relatively high quality reservoir thickness reaches to 30～90 m，which are mainly continuously distributed in the areas superimposed by underwater distributary channel，E-W axis of structural anticline and zone within 220 m to unconformity surface.The effective reservoirs could still exist in the burial depth of 8 000 m.All the areas may have natural gas reserves potentials of trillions of cubic meters by estimation.

Tarim basin；Kuqa depression；Cretaceous；Bashijiqike formation；ultra-deep formation；effective reservoir；exploration potential

TE112.23

A

1001-3873（2016）04-0423-07

10.7657/XJPG20160407

2015-11-27

2016-04-11

国家973项目（2011CB201104）；国家科技重大专项（2016ZX05003-002）

张荣虎（1976-），男，河南方城人，高级工程师，博士，石油地质，（Tel）13757114878（E-mail）zrh_hz@petrochina.com.cn