低含油饱和度油藏储层特征及其成藏控制——以准噶尔盆地玛西斜坡中浅层八道湾组为例

王林生，赵晓东，李亮，周伯玉，徐倩茹，赵文苹，纪雪冰

（1.中国石油新疆油田分公司，新疆 克拉玛依 834000；2.中国石油大学（北京）克拉玛依校区石油学院，新疆 克拉玛依 834000；3.中国石油新疆油田分公司勘探开发研究院，新疆 克拉玛依 834000）

0 引言

准噶尔盆地西北缘的玛湖凹陷是中国陆上油气勘探热点之一［1-2］。 2015 年以来，在玛湖凹陷中深层乌尔禾组—百口泉组发现了三级储量高达12.4×108t 的砾岩大油区［3-4］，远超储量为2.68×108m3的巴西卡莫普利斯砾岩油田和2.07×108m3的美国赫姆洛克砾岩油田，已建成全球最大的砾岩大油区［5］。 为了进一步扩大勘探成果， 近年来将研究目标上升至中浅层侏罗系八道湾组，该层段较中深层乌尔禾组—百口泉组相比，具有埋藏浅、物性好、勘探难度小等特征，同时具有效益勘探的地质条件［6-7］。 但过路井显示中浅层侏罗系八道湾组油气显示弱， 岩心油气显示级别以荧光和无显示为主，气测全烃质量分数低，部分井甚至气测组分不全。2018 年，优选艾湖5 井中浅层八道湾组2 836～2 848 m井段碎屑岩储层开展老井恢复试油， 压裂后获日产油11.18 t 的高产工业油流，但含水率高，日产水10.7 m3，发现了中浅层八道湾组低含油饱和度油藏。

低含油饱和度油藏存在明显可动水， 其初始状态共存水饱和度远大于储层束缚水饱和度［8-10］。低含油饱和度油藏在国内外的含油气盆地中广泛存在， 例如我国的鄂尔多斯盆地郝家坪西区和平凉北地区、 松辽盆地的古龙凹陷、渤海湾盆地的歧口凹陷、吐哈盆地的台北凹陷以及美国的Arbuckle 地区等均发现了低含油饱和度油藏［11-17］，展现出良好的开发前景。

本文重点研究了低含油饱和度油藏的储层特征，明确储层对低含油饱和度油气成藏的影响。 该研究对玛湖凹陷立体勘探和拓展油气勘探空间、 持续稳产具有重要现实意义。

1 区域地质概况

准噶尔盆地共划分出6 个次一级构造单元［18-19］，其中玛湖凹陷位于准噶尔盆地中央坳陷的西北部，其西部—西北部紧邻克百断裂带和乌夏断裂带， 南部为中拐凸起，东部—东南部为夏盐凸起和达巴松凸起，面积近0.5×104km2。 玛湖凹陷是一个地层发育较齐全的叠合埋藏型凹陷［4，20］（见图1a），是准噶尔盆地重要的生烃区之一［21-22］。 研究区玛西斜坡位于玛湖凹陷的西部，自下而上依次发育石炭系、二叠系、三叠系、侏罗系、白垩系以及新生界地层，其中二叠系与三叠系、三叠系与侏罗系、侏罗系与白垩系为区域性不整合［23］（见图1b）。 研究的目的层为中浅层侏罗系八道湾组，根据岩性和电性特征，将侏罗系八道湾组分为三段，自下而上依次为八道湾组一段（J1b1）、八道湾组二段（J1b2）、八道湾组三段（J1b3）。

图1 准噶尔盆地玛西斜坡构造位置及地层综合柱状图Fig.1 Structural location and comprehensive stratigraphic column in Maxi slope of Junggar Basin

低含油饱和度油藏主要分布在八道湾组一段（简称八一段，下同），该段岩性主要为灰色砂砾岩、含砾砂岩、中—细砂岩，夹薄层煤层，沉积物粒度较粗，结构成熟度较差，电性特征表现为块状和指状中高阻，为辫状河三角洲的辫状分流河道沉积［24］。 玛西斜坡为东南倾的单斜，具有北西高、南东低的特点，北西方向坡度相对较陡，向南东方向坡度逐渐变缓。研究区内发育海西期以来形成的多条逆断层和走滑断层［25-26］，有效沟通风城组烃源岩和八道湾组储层。

2 油水性质及含油特征

2.1 油水性质

玛西斜坡中浅层八道湾组低含油饱和度油藏表现为低密度、低黏度、低蜡质量分数、低凝固点的轻质原油特征（见表1），地层水的水型为NaHCO3。

表1 玛西斜坡侏罗系八一段低含油饱和度油藏油水性质统计Table 1 Oil and water properties statistics of low oil saturation reservoir of Jurassic Bayi section in Maxi slope

2.2 含油特征

玛西斜坡中浅层八道湾组含油显示级别较低，以荧光为主。 岩心断面直照荧光5%～30%，淡黄色，弱发光，喷照荧光10%～40%，系列对比7～9 级，滴水速渗。气测显示弱，部分井甚至气测组分不全。以生产效果较好的艾湖501 井为例，其气测全烃质量分数由0.270%升至0.651%，数值较低，这与常规油层有较大的差别。由于研究区无密闭取心分析资料， 原始含油饱和度无法精确计算，但通过试油试采井生产数据，发现研究区所有试油层均表现为油水同出的特征。 试油阶段平均含水率为56.8%，试采阶段平均含水率为82.2%，原始油藏呈现低含油、高含水的特征。

3 低含油饱和度油藏储层特征

3.1 岩石学特征

利用研究区艾湖501、百65、玛606、玛625 等4口取心井的岩心、岩石薄片、铸体薄片、扫描电镜等分析化验资料，开展了储层特征研究。玛西斜坡八一段碎屑岩储层以砾岩、砂砾岩、含砂砾岩和中砂岩等粗岩性为主，粗岩性占比84.2%，其次为细砂岩、不等粒砂岩等。 岩心中普遍含砾，一般砾径在5～15 mm，最大砾径为50 mm（见图2a），砂体厚度为50～160 m，砂地比高达90%。 储层岩石类型为长石质岩屑砂岩，总体岩屑质量分数高，平均为58.4%，以中酸性岩屑为主，同时伴有少量沉积岩及变质岩岩屑（见图2b—2e）。 储层的分选性差（见图2b），磨圆度呈次圆—次棱角状（见图2c），点-线接触关系（见图2d），泥质胶结（见图2e）。储层的结构成熟度、成分成熟度均较低，主要是因为研究区距离物源区较近，搬运距离短。

3.2 孔隙结构特征

玛西斜坡八道湾组一段主要发育原生孔隙、 次生孔隙和微裂隙等3 种类型。原生孔隙主要为剩余粒间孔和原生粒间孔， 其中剩余粒间孔占总孔隙体积的15.7%， 而原生粒间孔仅占3%，原生孔隙一般以规则的三角形和多边形出现，孔隙边缘清晰（见图2f，2g）；次生孔隙主要发育粒间溶孔、粒内溶孔和晶间孔，分别占总孔隙体积的12.1%，42.4%，14.6%，次生孔隙边缘模糊，常呈不规则状（见图2h）。 储层中粒内溶孔体积分数高主要是因为含有体积分数高的长石和易溶岩屑颗粒。另外，储层中含有较高体积分数的晶间孔，主要为高岭石晶间孔、泥质杂基中微孔（见图2i）。 研究区微裂缝主要包括受到构造作用发生破裂而形成的构造缝（见图2j）、成岩过程中石英等刚性颗粒受到压实作用发生破裂的压裂缝以及长石颗粒的溶解缝（见图2k）等。 研究区裂缝较为发育，微裂缝占总孔隙体积的12.1%，极大地改善了储层物性。在扫描电镜观察下，岩石中黏土矿物主要见书页状高岭石、蠕虫状高岭石，其次为弯曲片状伊利石。 自生矿物主要见粒间充填的石英、 碳酸盐类矿物和沸石类矿物，长石具溶蚀现象（见图2l，2m），易形成次生孔隙，样品孔隙总体发育差，连通性差。

3.3 储层物性特征

通过对研究区188 个碎屑岩样品的物性测试统计出，储层孔隙度分布在3.1%～16.3%，平均值为9.02%，孔隙度集中分布在6%～10%（见图3a）。 渗透率分布在0.014×10-3～33.800×10-3μm2， 平均值为3.11×10-3μm2，渗透率集中分布在0.320×10-3～5.000×10-3μm2（见图3b）。八一段储层属于低孔低渗储层。研究区孔隙度、渗透率相关性差，决定系数为0.57（见图3c），表明八一段储层孔隙结构较差，储层的非均质性较强。 选取孔隙度、渗透率、渗透率变异系数、突进系数、泥质含量等5 项参数， 利用数据包络分析法求取了砂砾岩储层的非均质性指数，综合评价储层非均质性。该方法计算的非均质指数越大，非均质性越弱［27］。研究区储层非均质性综合指数计算结果主要介于0.621～0.782，属于较强—中等非均质性。 通过建立储层非均质性与试油结果的关系， 发现试油出油层段储层非均质性综合指数在0.621～0.673，为较强非均质性储层；试油未或少出油层段储层非均质性综合指数在0.674～0.782，为中等非均质性储层（见图3c）。 评价结果显示，较强非均质性储层段试油效果好于中等非均质性储层段， 表明低含油饱和度油藏主要富集在较强非均质性储层中。

图3 玛西斜坡中浅层侏罗系八一段储层物性特征及非均质性评价Fig.3 Reservoir physical property characteristics and evaluation of heterogeneity of middle-shallow Jurassic Bayi section in Maxi slope

4 低含油饱和度油气成藏模式

4.1 成藏期次

准噶尔盆地主要经历了早期挤压坳陷期和晚期南部天山隆升导致的盆地北部构造掀斜期， 形成现今南低北高的构造格局［28-29］。 八道湾组油气来自二叠系风城组［30-32］，而根据风城组烃源岩的生排烃史分析，风城组源岩主力排烃期为白垩纪， 至新近纪排烃能力已经基本丧失［3］。 那么八道湾组只经历了白垩纪一次成藏期吗？ 为此，采集了玛西斜坡侏罗系八一段20 余个样品并制作了包裹体薄片， 对包裹体的岩相学特征及显微测温特征进行了分析，探讨其成藏期次。透射光和荧光薄片显微观察表明， 研究区储层流体包裹体并不是很发育， 仅在有限的薄片中观测到少量依附在石英颗粒上的包裹体 （见图4a）。 包裹体直径一般为3～12 μm，形状有条形、近圆形和不规则形等，以石英颗粒表面的散布状、线状及石英颗粒内裂纹包裹体为主（见图4b，4c），穿石英颗粒不发育包裹体（见图4e）。

图4 玛西斜坡侏罗系八一段烃类包裹体镜下特征Fig.4 Microscopic characteristics of hydrocarbon inclusions of Jurassic Bayi section in Maxi slope

包裹体以油相为主， 在荧光下主要呈黄绿色和蓝绿色（见图4d，4f）。通过对包裹体的岩相学特征分析发现， 目的层普遍发育石英颗粒表面和石英颗粒内裂纹分布的2 期油相包裹体。

均一温度代表了流体包裹体形成时所经历的温度，通过测定包裹体的均一温度，结合区域埋藏史-热史分析，可以确定油气充注时间［33］。本次研究对所观测到的包裹体进行了均一温度测试。结果表明，包裹体的均一温度分布在74～149 ℃，分布频率呈现双峰2 期特征： 第1 期包裹体均一温度分布在74～94 ℃， 峰值在84～89 ℃； 第2 期包裹体均一温度分布在99～124 ℃，峰值在104～114 ℃（见图5）。

图5 玛西斜坡侏罗系八一段包裹体均一温度分布Fig.5 Homogenization temperature distribution of inclusions of Jurassic Bayi section in Maxi slope

流体包裹体的盐度反映了成藏流体的物理化学性质和流体来源。 根据盐水包裹体测定的冰点温度可以计算出盐度。计算结果表明，八道湾组储层伴生盐水包裹体盐度变化范围较大，主要分布在3%～14%，存在高盐度和低盐度共存的现象，说明了流体充注的复杂性。其中：第1 期伴生盐水包裹体盐度较低，分布在1%～12%；第2 期伴生盐水包裹体盐度分布在6%～18%。 包裹体岩相学特征和均一温度、盐度结果表明，侏罗系八道湾组存在2 个主要的油气成藏期， 结合前人对研究区的埋藏史-热史分析，明确八道湾组储层主要经历了早期充注与晚期调整的油气成藏过程。

4.2 成藏控制

早期成藏期发育百口泉组—八道湾组的继承性古鼻状构造带， 是早期油气充注的有利区域。 早期成藏期，风城组烃源岩生成的油气沿走滑断裂向上输导，沿古鼻状构造带聚集形成大范围分布的油藏， 此时百口泉组和八道湾组首次发生充注，储层物性好，油气沿油源断裂运移至古鼻状构造带形成古构造油气藏。 在晚期构造掀斜调整充注期， 由于准噶尔盆地发生了喜山期的构造掀斜运动，北部地层翘倾形成区域单斜构造，风城组烃源岩生排烃能力降至较低水平，百口泉组、八道湾组部分古油藏在构造掀斜背景下沿断裂向上发生油气逸散， 百口泉组油气顺断裂输导至八一段厚层砂砾岩中。 八一段砂砾岩储层厚度大，砂地比高，连通性较好， 大部分古油藏由于构造掀斜发生调整而运移至高部位的山前断裂带。 但在非均质性较强的砂砾岩储层中，油气运聚受到非均质性的控制，调整充注的油气在非均质性较强的储层中与断层匹配形成低含油饱和度油气藏， 而在非均质性较弱的储层中继续向高部位发生油气逸散。

玛西斜坡中浅层八道湾组砂砾岩储层非均质性较强， 厚层非均质性砂砾岩是控制低含油饱和度油气成藏的关键因素。 结合玛西斜坡试油成果与微观储集特征，可以进一步明确储层如何对油藏进行控制。以艾湖501 井为例，该井在2 022～2 839 m 试油段取得了较好的试油效果，储层岩性为砂砾岩，日产油15.96 t，含水率为45%。

从镜下微观储集空间特征来看（见图2b，2c），储集空间整体不是很发育，以溶蚀孔、微裂缝为主，孔隙连通性一般，镜下孔隙分布不均，分选性差，表现出较强的非均质性。相反，高部位的艾湖11 井，其原生粒间孔与溶蚀孔发育，孔隙连通性好，镜下孔隙均匀，表现出较弱的非均质性，试油结论为水层。

结合油藏储层特征及油气成藏过程， 构建了玛西斜坡中浅层侏罗系八道湾组“晚期构造掀斜调整充注+强储层非均质性控藏”的低含油饱和度油气成藏模式（见图6）：1）沉积期，强水动力背景，多期河道频繁冲刷叠置，泥质隔夹层分布不规律，连续性差，储层物性好，油气未发生充注；2）早期充注期，八道湾组埋深浅，物性好，储层整体较均质，构造高部位聚集成藏；3）储层致密化时期，随埋深增大，压实作用和胶结作用导致部分油气逸散，地层发生致密化，油藏被破坏，油水界面开始出现了差异；4）晚期调整充注，构造掀斜，百口泉组油藏调整充注， 在低孔低渗条件下油气运聚受到强非均质性控制，广泛分布、不连片，形成低含油饱和度油藏。 低含油饱和度油藏的发现拓展了玛湖凹陷的油气勘探空间， 对准噶尔盆地同类油藏的油气勘探具有重要意义和启示， 同时增加了在厚层砂砾岩低渗储层中寻找低含油饱和度油藏的勘探实例。

图6 玛西斜坡带八一段低含油饱和度油气成藏模式Fig.6 Hydrocarbon accumulation model of low oil saturation reservoir of Bayi section in Maxi slope

5 结论

1）玛西斜坡八道湾组低含油饱和度油藏的原油为品质好的轻质原油，原始油藏呈现出低含油、高含水特征，油藏含油级别低，直照荧光弱发光，气测显示弱，气测全烃质量分数低。

2）玛西斜坡八道湾组储层发育厚，砂地比高达90%，孔隙主要以次生溶蚀为主，并且晶间孔占比高，样品孔隙总体发育差，连通性差，属于低孔低渗储层，储层非均质性较强， 低含油饱和度油藏主要富集在较强非均质储层中。

3）构建了玛西斜坡中浅层八道湾组砂砾岩储层低含油饱和度油藏“晚期构造掀斜调整充注+强储层非均质性控藏”的油气成藏模式：早期走滑断裂输导，八道湾组、百口泉组古油藏形成；晚期构造掀斜，古油藏遭受破坏， 大部分古油藏由于构造掀斜发生调整而运移至高部位的山前断裂带， 部分油气在非均质性较强的储层中形成低含油饱和度油气藏。