川西地区中江气田大安寨段混积特征及储层地质意义

邓双林,黎华继,吴 玲,李小佳,曹香妮,张兴堂

(中国石化西南油气分公司采气三厂,四川德阳 618000)

近年来,随着非常规油气资源勘探程度的不断深入,致密油气勘探开发成为热点领域[1]。四川盆地下侏罗统自流井组大安寨段为典型的超低孔(平均孔隙度小于2%)、超低渗(平均渗透率低于0.1×10-3μm2)致密油气藏,其油气产量占四川盆地中下侏罗统的70%以上,具有较大的勘探开发潜力[2-3]。早期研究认为川西坳陷中江气田大安寨段为典型的裂缝型油气藏[4-5],并以寻找“裂缝型介壳灰岩储层”的勘探思路部署多口探井,单井测试产量低且稳产差。随着工艺技术的突破,采用“水平井+体积压裂”开发模式增加单井泄气面积及储层改造力度,测试产量明显增加,对比邻区金华油田大安寨段高产稳产井发现,优质储集岩并非纯介壳灰岩,泥质介壳灰岩等混积岩反而具有更好的储集性和渗透性,岩石类型影响气井产量及稳产时间[6]。因此,有必要对区内大安寨段混积岩开展深入研究,探寻区内有利储层。国内学者对四川盆地川中、川北、川东等区块大安寨段的储集类型、岩相古地理、成藏特征等研究较深入,但对川西中江气田大安寨段混积特征、混积作用对储层的影响等方面研究还比较薄弱[7-10]。

以中江气田HL2、HL3、FG102、YT2、CQ182、JS5等井作为研究对象,结合川中地区钻井资料,渠县三汇剖面、达州渡市剖面等野外露头资料,通过岩心观察、薄片鉴定、扫描电镜分析、物性测试分析等,深入研究中江气田大安寨段混合沉积特征、储层特征,建立中江气田大安寨段混合沉积模式,探讨混积作用对储层的影响,明确区内有利储层,为中江气田大安寨段勘探开发提供地质支撑。

1 地质概况

四川盆地是位于扬子地块西部的大型叠合盆地[11-13],经“晋宁-四堡”运动后固结形成基底[12],后经历海相碳酸盐岩台地、陆相碎屑岩盆地以及构造盆地演化形成现今构造格局,盆地内共发育川西坳陷等四个一级构造单元[11]。研究区位于川西坳陷褶皱区,东邻川中古隆起,西接成都凹陷,南靠龙泉山冲断带,北抵梓潼凹陷,整体呈现“三隆夹一凹”的构造格局,由深至浅构造具有继承性[14-17]。晚三叠世印支运动以来,四川盆地开始进入陆相湖盆演化阶段[9],印支III幕运动造成龙门山隆起成为区内主要的物源区[17]。早侏罗世大安寨时期整体以大型淡水湖泊沉积为主,具完整的湖进-湖退旋回,盆地周缘水体较浅,以滨湖砂泥质沉积为主,从盆地周缘向中部逐渐演化为浅湖-半深湖亚相沉积[17-19](图1)。

图1 四川盆地下侏罗统自流井组大安寨段沉积相图及地层综合柱状图

研究区内大安寨段地层厚46～67 m,按岩电关系及层序旋回等自上而下可划分为大一、大二、大三亚段。大三亚段沉积期开始湖进,湖平面升高,沉积物以中-厚层介壳灰岩夹薄层泥岩为主,厚度8～16 m;大二亚段沉积期为最大湖进期,湖平面达到最高点,沉积物以暗色泥岩夹薄层泥质介壳灰岩为主,厚度18～24 m,其中大二亚段顶部暗色地层为区内大安寨段主要烃源岩;大一亚段沉积期开始湖退,水体逐渐变浅,沉积物以厚层介壳灰岩夹薄层泥岩为主,厚度23～32 m。

2 混合沉积

混合沉积是指在同一沉积环境背景中陆源碎屑与碳酸盐混杂和相互交替[20-23],考虑到黏土矿物多数来自母岩风化产物,故将黏土矿物归入陆源碎屑体系中[24-26]。研究区主要发育介壳灰岩、(含)砂质介壳灰岩、(含)泥质介壳灰岩、介壳质泥岩、含灰长石岩屑砂岩等混积岩。

2.1 混积岩特征

介壳灰岩:主要成分为方解石,含量90%以上,介壳含量大于50%。灰岩重结晶作用强烈,原始的沉积结构大多被破坏,介壳被完全溶解后重结晶形成新的晶体,指示高能沉积环境。局部见残余介壳,排列具定向性,介壳之间为泥-微晶方解石胶结,缝合线发育,内部泥质半充填,局部见有机质浸染(图2a)。该类岩石常见于大一亚段及大三亚段,为中厚层,岩性致密,储集性能差。

图2 川西地区大安寨段混积岩岩石学特征

(含)砂质介壳灰岩:主要成分为方解石,含量50%～90%,镜下颗粒中介屑含量大于50%。其余为石英等陆源碎屑,含量10%～50%,见少量泥质充填。介壳灰岩排列略具定向性(图2b)。石英多呈次棱角状-次圆状,粒度为粉-细砂级,多分布于介壳灰岩颗粒之间,部分镶嵌于介壳灰岩颗粒内部,见长石、岩屑、云母等陆源碎屑。微裂缝较发育(图2b),储集性能较好。

(含)泥质介壳灰岩:成分以方解石为主,含量50%～90%,其余为泥质等黏土矿物,含量10%～50%。介壳灰岩排列具定向性,介壳灰岩颗粒被泥质环绕包裹,形成绿泥石膜,一定程度上抑制了灰岩重结晶作用,岩石原生孔隙保存较好(图2c),微裂缝较发育,作为酸性流体运移通道易产生溶蚀扩大缝(图2d),该类岩石常见于大二亚段,多为薄互层,储集性能较好。

介壳质泥岩:主要成分为黏土矿物,含量50%以上,储集空间以纳米级微孔缝为主(图2e),有机孔、无机孔及微裂缝较发育,局部见层间微孔缝多呈不规则状,内部未充填(图2f),常形成相对安静的深水环境。

含灰长石岩屑砂岩:主要成分为陆源碎屑颗粒,石英含量一般49%～71%,长石含量8%～18%,岩屑含量10%～20%。岩屑主要成分为火成岩和变质岩,少量沉积岩。碎屑颗粒之间呈点接触支撑状,胶结物主要为灰质,方解石晶体呈微晶结构充填于粒间孔隙中(图2g),岩心上常见平行层理和小型槽状交错层理(图2h),常指示浅湖砂坝环境。

2.2 混积岩类型

根据混合作用的强度,依据混积岩中陆源碎屑和碳酸盐含量将区内大安寨段混积岩划分为混积型碎屑岩、混积型碳酸盐岩和高度混积岩三类(表1)。研究区大安寨段介壳质泥岩和含灰长石岩屑砂岩,陆源碎屑含量达75%以上,为混积型碎屑岩[20-24],混积强度为1、2级低度混积,混积环境较稳定;介壳灰岩组分以碳酸盐岩为主,碳酸盐含量90%以上,属于混积型碳酸盐岩,陆源碎屑组分低于10%,常呈星点状镶嵌于碳酸盐岩中,混积强度为1级低度混积;(含)砂质介壳灰岩和(含)泥质介壳灰岩中陆源碎屑或碳酸盐岩含量为25%～50%,反映了陆源碎屑和碳酸盐岩的高度交互,为3、4级高度混积,属于高度混积岩[25],指示过渡混积环境。

表1 川西凹陷中江气田大安寨段混积特征划分

2.3 混合沉积类型

Mount(1984)将浅海环境混合沉积划分为间断混合、相混合、原地混合和母源混合四类,其中,间断混合指突发的风暴或其他周期性极强事件把沉积物从一个沉积环境搬运到另一个沉积环境;原地混合指由原地死亡的钙质生物所组成的碳酸盐岩组分堆积在碎屑岩基底之上或基质之内[26]。

川西坳陷中江气田大安寨段混合沉积类型主要为原地混合和间断混合两类(表1)。研究区西部靠近龙门山物源区的沉积物以含灰长石岩屑砂岩为主,陆源碎屑粒度较粗,呈棱角状-次棱角状(图2g),见平行层理和小型槽状交错层理发育(图2h),搬运距离较短,指示浅湖砂坝沉积环境,为典型的原地混合沉积。

四川盆地大安寨段时期发育多期次、高频率的风暴流事件,具有随机性和任意性,浅湖-半深湖环境中均可形成风暴流,造成大安寨段混积岩和混积层系普遍发育[27-31]。随着沉积环境越靠近湖盆地区,水体逐渐加深,物源区陆源物质供应不足,沉积物依次为(含)砂质介壳灰岩、介壳灰岩、(含)泥质介壳灰岩、介壳质泥岩和泥页岩,陆源碎屑含量逐渐减少,粒径逐渐变细。岩心和露头剖面上见典型的风暴流沉积标志。如PC1井见介壳灰岩呈漩涡状排列,凹面朝向不一致,略具层状,见明显的侵蚀起伏面(图2i),为风暴涡流沉积,指示风暴平息期;CQ182井介壳灰岩粒度由细-粗-细演变,中间的介壳灰岩粒度较粗,呈杂乱状排列,水动力较强,指示风暴高潮期,两端介壳灰岩粒度较细,略具层状排列,指示风暴平息期(图2j);渠县三汇地区见介壳灰岩呈杂乱状排列,且自下而上介壳灰岩碎片逐渐变薄,略具正粒序结构(图2k),指示较强的风暴流沉积。湖盆中心深水环境基本不受湖浪作用,局部地区偶尔遭受间歇性风暴作用的影响,川西坳陷HL2井(图2l)和川中龙岗地区PC1井(图2i)均见冲刷-充填构造,冲刷面上见泥砾,为典型的风暴沉积标志,均为典型的间断混合沉积。

2.4 混合沉积模式

区内大安寨段沉积期风暴作用较发育,混合沉积受控于物源供给和水动力条件,西部向湖盆中心依次可分为浅湖砂坝、滩后、滩核、滩前、深水斜坡以及半深湖泥微相(表1)。根据区内混积岩特征、混合沉积类型以及沉积环境等因素,建立了川西坳陷中江气田大安寨段混合沉积模式(图3)。大三亚段沉积期,受印支III幕运动影响,盆地西部龙门山古陆不断隆升,西部发生山麓洪积,为研究区提供了充足的陆源物质[17]。西部陆源物质供应过饱和,可容纳空间增长速率小于陆源物质沉积速率,陆源物质向盆地进积,与介壳灰岩混合沉积形成含灰长石砂岩,为浅湖砂坝沉积;中部远离物源区,陆源碎屑抑制作用减弱,沉积物以(含)砂质介壳灰岩等混积型碳酸盐岩为主,为滩后沉积。大二亚段沉积期,随着湖进过程的持续,湖平面逐渐上升,水体加深,生物活动频繁,沉积物以碳酸盐岩为主,介壳灰岩快速堆积形成高能介壳滩,水动力较强,风暴流将陆源物质携带至滩后、滩前、深水斜坡等环境,与碳酸盐岩、黏土发生不同程度混积;大二亚段沉积后期,湖进结束开始湖退,水体达到最大湖平面,沉积物以暗色泥岩夹(含)泥质介壳灰岩为主,为深水斜坡-半深湖沉积。大一亚段沉积期,随着湖退过程的持续,水体逐渐变浅,介壳灰岩沉积逐渐减少,陆源物质不断沉积,造成大一亚段下部以介壳灰岩沉积为主,上部以砂泥岩沉积为主。

3 储层特征

3.1 储集空间类型

储集空间主要为孔隙和裂缝两大类。其中,孔隙可分为原生孔隙和次生孔隙,原生孔隙以粒间孔、晶间孔、生物体腔孔为主,但受后期强烈的压实、胶结和重结晶作用影响[17],原生孔隙基本消失殆尽,仅残余纳米-微米级孔隙;次生孔隙包含晶(内)间溶孔(图4a)、粒(内)间溶孔(图4b)、生物溶孔(图4e)、溶蚀孔洞等(图4d)。介壳灰岩位于介壳滩高能沉积环境,受强烈的重结晶作用,孔隙以残余孔和次生溶孔为主(图4a);泥质/砂质介壳灰岩等孔隙以晶(内)间溶孔、粒(内)间溶孔等次生孔隙为主,局部原生孔隙保存较好(图4c);含介壳泥岩等孔隙以纳米级孔隙为主(图4f)。

图4 川西地区大安寨段储集空间特征

裂缝主要包括成岩缝、构造缝和微裂缝三类。区内裂缝以构造缝为主,占裂缝总数的82.25%,常见于介壳灰岩等脆性矿物中;成岩缝以泥质失水收缩形成的层间缝(图4g,4h)和受压实压溶作用形成的压溶缝(图2a)为主,常见于泥质/砂质介壳灰岩中;区内微裂缝较发育,常将孤立的微孔隙连通(图2b),部分微裂缝后期被酸性流体溶蚀扩大(图4i),极大地改善了储层物性。

3.2 储层物性特征

前人研究认为,介壳灰岩中混入泥质能改善储层物性[3,7,21],丁一等[7]认为川中龙岗地区大安寨段部分泥质介壳灰岩储层物性好于“纯的”介壳灰岩;罗玉宏[21]、冯荣昌等[3]认为川中大安寨段混积岩中泥质混入能改善储层物性,泥质介壳灰岩储层物性最好(图5a、5b)。

图5 大安寨段储层特征

通过对区内介壳灰岩、砂质介壳灰岩、泥质介壳灰岩和介壳质泥岩总计296个样品进行物性测试分析发现,随着泥质含量增加,混积岩储层孔隙度增加,但渗透率先增加后降低,孔隙连通性变差(图5c)。结合区内岩石占比可知(表1),(含)泥质介壳灰岩储层物性整体较好。

结合镜下薄片鉴定和扫描电镜分析认为,一定程度上泥质混入能改善介壳灰岩储层孔隙度和渗透率,主要体现在以下几个方面:①泥质含量增加更容易产生有机孔(图2e),且泥岩与介壳灰岩频繁薄互层更容易产生层理缝(图5d,5e),从而改善储层物性;②泥质的混入一定程度上阻止了成岩流体的流动,后期胶结交代作用减弱,使得原生孔隙得到保存;③泥质在介壳颗粒灰岩表面形成绿泥石环边(图4j,4k),在一定程度上阻止了重结晶作用,有利于原生孔隙保存;④泥质失水收缩易产生泥质收缩缝(图4g,4h);⑤泥岩生烃时,一方面生烃增压产生微裂缝,另一方面排出的酸性流体可形成溶蚀孔、溶蚀缝(图4i)。但当泥质过度混入时,会增强介壳灰岩塑性,不易产生裂缝(图5e),且泥质可能堵塞连通孔隙的喉道(图4l),导致储层渗透率变差。大安寨段泥页岩源储参数相关关系较弱(图5f),配置关系复杂,通过黏土含量与孔隙度相关关系图(图5f)和孔-渗分布直方图(图5c)可以初步推断出,当泥质过度混入时,储层孔隙度增势变缓,泥质对储层孔隙度改善作用减弱。综上所述,(含)泥质介壳灰岩储层物性较好,为区内有利的储层类型。

4 储层地质意义

中江气田大三亚段厚度较薄(8～16 m),且地震分辨率有限,难以对大二、大三亚段进行有效分辨,常规振幅和波阻抗响应特征可以区分泥岩、灰岩。大一亚段介壳灰岩在全区沉积较稳定,与上覆千佛崖组砂泥岩波阻抗差异较大,存在明显的界面,地震剖面上整体呈强-中强波峰下缘反射,中高阻抗特征;大二亚段上部发育一套较厚的泥页岩,地震剖面上整体呈强-中强波谷下缘反射,低阻抗特征,泥岩厚度越大,波谷反射越明显;大二亚段下部+大三亚段介壳灰岩与泥岩夹层组合,在地震剖面上整体呈中强波峰下缘反射,中低阻抗特征(图6)。

图6 川西坳陷中江气田HL3-HL5大安寨段地震剖面

泥页岩沉积中心位于回龙-福兴地区,厚度大于25 m,自北西向南东呈增厚趋势;大安寨段灰岩沉积中心位于永太-回龙-福兴地区,且自西向东逐渐增厚,结合沉积背景认为回龙地区为区内(含)泥质介壳灰岩储层分布的有利区。结合生产实际,区内大安寨段先后试采11口井,截至目前累计产油5 600 t,其中试采效果较好的HL2、ZJ120、HZ201HF井均位于回龙地区。综上所述,回龙地区可作为大安寨段勘探开发有利区。

5 结论

中江气田大安寨段混积岩主要发育介壳灰岩、(含)砂质介壳灰岩、(含)泥质介壳灰岩、介壳质泥岩、含灰长石岩屑砂岩等,混积作用见间断混合和原地混合两种类型;储集空间主要包括孔隙和裂缝两大类,孔隙以次生孔隙为主,裂缝以构造缝为主,泥质介壳灰岩储层物性较好;介壳灰岩中混入泥质能改善储层物性,但泥质过度混入会抑制储层渗透性;回龙地区为区内大安寨段勘探开发有利区。