阿尔金山前基岩气藏储层特征差异性研究

苟迎春, 李延丽, 赵为永, 刘应如, 柴小颖, 秦九妹

(1.中国石油勘探开发研究院西北分院,甘肃 兰州 730020;2.中国石油天然气集团公司油藏描述重点实验室,甘肃 兰州 730020;3.中国石油青海油田勘探开发研究院,甘肃 敦煌 736202;4.中国石油集团测井有限公司青海分公司,甘肃 敦煌 736202)

基岩油气藏作为一种非常规油气藏,在全球广泛分布。基岩油气田含有巨大的地质储量,国外如非洲乍得Bonger盆地、越南白虎花岗岩油田、印度尼西亚贾蒂巴朗玄武岩油气田、阿根廷内乌肯盆地Cupen Mahuida海相火山岩气藏等都为亿吨级储量油气藏(Genik,1992;田志彬,2017;陈志海等,2009;Nguyen et al.,2010;罗艳杨等,2010),国内如渤海湾盆地、松辽盆地、准噶尔盆地克拉美丽气田、酒泉盆地鸭儿峡油田等也发育基岩油气藏(胡志伟等,2017;朱毅秀等,2018;侯连华等,2012;谢恭俭,1981)。据统计,全球基岩油气藏石油储量为248×108t,天然气储量为2 681×108m3(马龙等,2006)。基岩油气藏类型以油藏居多,储层岩性以花岗岩居多,占32%,其次为变质岩及石灰岩,基岩储层物性变化大,孔隙度从1%～15%不等,大多小于10%,渗透率一般小于1 000 mD(杨飞等,2011)。

自2012年柴达木盆地阿尔金山前在东坪地区发现中国陆上地质储量最大的基岩气藏以来(田继先等,2019),又相继在坪西及尖顶山等地基岩中获得高产油气流,其中P1H-2-7井日产天然气60×104m3,居青海油田60年来单井日产量之最。部分学者认为阿尔金山前是未来柴达木盆地基岩天然气勘探的现实领域(陈磊等,2019)。前人在该区的研究主要集中在成藏条件及基岩裂缝预测等方面(孙秀建等,2015;陈国文等,2016),但在不同岩性基岩的储层发育差异方面研究还很薄弱,一定程度上制约了基岩气藏的勘探进程。笔者根据阿尔金山前东坪、坪西、尖北等三个基岩气藏探区的30多口探井资料,借助中国石油油藏描述重点实验室FEI-Quanta 450 FEG场发射环境扫描电镜、Empyrean X射线衍射仪、CMS300覆压孔渗仪等先进仪器,系统开展了阿尔金山前基岩类型、物性特征、岩性测井识别、气藏差异性等方面的研究,该成果有望对阿尔金山前基岩气藏勘探选区选带具有实践指导意义。

1 研究区地质概况

柴达木盆地位于青藏高原东北部,是中国三大内陆盆地之一,属封闭性的巨大山间断陷盆地,面积为12.1×104km2。柴达木盆地四周被昆仑山脉、祁连山脉与阿尔金山脉所环抱,受东昆仑逆冲和阿尔金走滑双重控制作用的影响,盆地呈不规则菱形状(图1a)(余一欣等,2006)。研究区位于柴达木盆地阿尔金山前中段,包括东坪、坪西、尖北三个三级构造(图1b)。受近SN向断层的控制,东坪构造整体为一大型南倾鼻状古隆起;坪西构造紧邻东坪构造西部,整体表现为南倾斜坡背景下的中小型鼻隆;尖北构造东面紧邻坪西凹陷,受近尖北断层控制,整体具古斜坡背景。

图1 工区位置简图及阿尔金山前侏罗系烃源岩分布

研究区持续发育的古构造与其东南方向的中下侏罗统煤系烃源岩侧接,长期处于油气运聚的指向区。该套烃源岩面积超过4 000 km2,厚度达2 000～3 000 m,有机碳含量为1.0%～8.0%、镜质体反射率Ro为0.8%～3.5%,干酪根类型主要为Ⅱ2-Ⅲ型,以产气为主。区内基岩上覆地层为古近系,其中路乐河组(E1+2)底部发育的近百米膏质泥岩、顶部发育的巨厚泥岩,下干柴沟组下段(E31)顶部发育的一套约4 500 km2、100 m厚的泥岩是基岩气藏的有效盖层(图2),利于形成大规模基岩气藏群。

图2 阿尔金山前地层综合柱状图

2 基岩岩石学特征

岩芯观察、薄片分析、全岩矿物分析及元素俘获谱测井(ECS)表明,不同区域基岩类型不一,不同类型基岩主矿物成分含量差别大。

2.1 岩性特征

东坪构造基岩类型主要为花岗岩和花岗片麻岩。花岗岩为块状构造,矿物成分以长石、石英为主,次为黑云母(刘成东等,2003),花岗岩裂缝部分充填方解石(图3a,b)。花岗片麻岩具明显片麻状构造,暗色与浅色矿物相间分布(图3c),主要矿物成分为石英和长石,含黑云母,长石风化程度深,黑云母多绿泥石化,呈定向分布(图3d)。

图3 东坪构造基岩岩石类型特征

坪西构造基岩类型主要为结晶灰岩和板岩,少量钙质片岩。结晶灰岩片理构造发育(图4a)。结晶灰岩矿物成分主要为重结晶特征的泥晶方解石,黏土矿物定向分布,绢云母化程度高(图4b)。板岩具板状构造(图4c),主矿物成分为绢云母、石英和长石,次要矿物为方解石、磁铁矿(图4d)。钙质片岩发育千枚状构造(图4e),主矿物成分为绢云母和泥晶-粉晶方解石,岩石变质程度高,绢云母、方解石定向分布(图4f)。

图4 坪西构造基岩岩石类型

尖北构造基岩主要为花岗闪长岩,英云闪长岩次之。花岗闪长岩比花岗岩含较多的斜长石和暗色矿物(陈擎等,2020),呈灰绿色或暗灰色(图5a),深色矿物以角闪石较多,常见半自形粒状结构,似斑状结构(图5b)。英云闪长岩中钾长石含量较低,黑云母等暗色矿物含量相对较高,因而岩石颜色更深(图5c),镜下常见黑云母蚀变为绿泥石(图5d)。

图5 尖北构造基岩岩石类型特征

2.2 矿物成分及含量

X-射线衍射矿物成分分析表明,阿尔金山前不同区块基岩主矿物成分相差较大。

东坪发育的花岗岩和花岗片麻岩,主矿物成分均为石英、钾长石、钠长石和黏土矿物,平均含量分别为34%、15%、11%和23%,方解石和硬石膏为裂缝充填物,二者含量差别不大(图6中的a,b区)。

图6 不同类型基岩主矿物含量分布图

坪西构造不同岩性主矿物成分比较相近,但含量差别较大。结晶灰岩主矿物成分为方解石,其含量多大于60%,其次为石英和黏土矿物,各占12.4%和14.6%(图6中的c区);板岩主矿物成分为黏土和石英,平均含量分别为29%和41.7%,少量方解石和硬石膏为裂缝充填物(图6中的d区);钙质片岩主要矿物成分为方解石和黏土矿物,平均含量分别为31.1%和30.8%,其次为石英,含量为22%(图6中的e区)。

尖北构造花岗闪长岩中石英和钾长石含量相对较高,平均含量分别为32.9%和11.7%(图6中的f区),英云闪长岩中钠长石含量明显较高,含量最高达56.7%,而钾长石平均只占2.4%(图6中的g区)。

3 基岩测井识别

研究区基岩具有埋藏深(>3 000 m)、岩性复杂、取芯井少的特点,制约了有利储层预测精度。笔者以主矿物成分分析、薄片鉴定结果为基础,利用常规测井、元素俘获谱测井(ECS)获取的岩性数据,通过回归算法构建了基岩识别模型,根据该模型预测岩性符合率大于90%,效果良好。

东坪构造自然伽马和补偿中子曲线对岩性有一定区分。交会图表明:花岗岩表现为自然伽马高值(GR>100 API)、补偿中子低值(CNL<11%)特征;花岗片麻岩表现为自然伽马曲线相对低值(50 API

图7 不同构造基岩测井曲线交会图

坪西构造利用自然伽马和补偿中子曲线可以区分岩性。交会图分析表明:结晶灰岩为低伽马(30 API

尖北构造利用常规测井补偿密度和补偿中子曲线可以区分岩性。交会图分析表明:花岗闪长岩为低补偿中子(CNL<9%)、低补偿密度(2.4 g·cm-3

元素俘获测井(ECS)通过测定地层元素含量及特定闭合模型计算,可以获得岩石的主要矿物类型和相对含量,进而辅助基岩的准确命名。区内ECS测井显示:板岩中黏土及石英含量最高,约占总量的70%～90%;结晶灰岩中方解石含量最高,约占总量的60%～80%;钙质片岩中黏土、石英及方解石约占总体含量的30%(图8a);花岗岩中石英含量最高,达到30%,而云母含量较低,只占7%左右,花岗闪长岩和英云闪长岩中石英含量小于20%,云母含量大于13%(图8b)。ECS测井岩性识别与X-衍射全岩分析及岩性薄片鉴定结果高度符合,说明用ECS测井识别区内基岩类型是有效的。

图8 研究区基岩-测井响应特征

4 储集空间类型及物性特征

研究区基岩“裂缝+溶蚀孔”双重孔隙介质属性明显,裂缝是主要的渗流通道,也是主要的储集空间。与裂缝伴生的溶蚀孔增加了天然气的储集空间,另外常见晶间孔,大多孤立发育,对孔渗贡献不大。不同类型基岩裂缝发育程度及特征不同,储层物性也有所差异。

花岗岩和花岗片麻岩储集空间以构造裂缝和溶蚀孔(缝)为主,构造裂缝全充填或半充填(图9a,b),另外花岗岩、花岗片麻岩发育的纳米-微米级晶间孔、云母等矿物的片理缝(图9c)也是天然气有效的储集空间。结晶灰岩发育的高角度构造裂缝是有效储集空间(图9d,e),结晶灰岩少见溶蚀孔,如有则呈孤立状分布,孔径一般几微米(图9f),渗滤能力有限。花岗闪长岩发育低角度-高角度构造裂缝,构造裂缝半充填,连通性较好(图9g),沿裂缝扩溶现象明显(图9h),这些溶蚀孔(缝)一方面增加了储集空间,另一方面增强了渗滤能力。

图9 尖北地区基岩储集空间类型

不同类型基岩物性差别大,这是因为基岩孔隙度大小及渗率能力与基岩裂缝的密度、宽度等特征参数密切相关。成像测井解释成果统计表明,区内花岗片麻岩裂缝最为发育,裂缝角度为45°～75°(图10a),裂缝密度多为3～7条/m,裂缝宽度为10～30 μm,裂缝长度为1～15 m·m-2,因而储集性能最好,孔隙度大多为3%～7%,平均为4.7%(图11a);花岗岩、花岗闪长岩和英云闪长岩发育的裂缝角度为15°～60°(图10b),密度主要为2～5条/m,宽度20～40 μm,长度1～10 m·m-2,孔隙度大多为2%～4%,平均为3.6%(图11a);结晶灰岩、板岩裂缝发育程度最低,裂缝角度以低角度-水平位置为主(图10c,d),密度多为1条/m,少量为2～4 条/m,宽度主要为0.1～10 μm,长度为1～5 m·m-2,孔隙度多为1%～4%,平均为2.5%(图11a),储集物性最差。

图10 不同类型基岩成像测井图

图11 基岩孔隙度分布、裂缝发育特征与产气量关系图

统计表明基岩裂缝密度、宽度等特征参数与天然气产量之间具明显的正相关性。裂缝越宽、密度越大对天然气产能贡献越大,单井产量也就越高(图11b,c)。

5 结论

(1)柴达木盆地阿尔金山前不同区块基岩类型变化大。东坪构造主要发育花岗岩和花岗片麻岩,坪西构造主要发育结晶灰岩和板岩,尖北构造主要发育花岗闪长岩。

(2)研究区基岩“裂缝+溶蚀孔”双重孔隙介质属性明显。花岗片麻岩储集空间以高角度构造裂缝和溶蚀孔(缝)为主,孔隙度为2%～7%;花岗岩、花岗闪长岩、英云闪长岩以中-低角度构造裂缝和溶蚀孔(缝)为主,孔隙度为2%～4%;结晶灰岩、板岩以低角度构造裂缝为主,孔隙度为1%～4%。

(3)研究区花岗片麻岩裂缝最为发育,花岗岩、花岗闪长岩次之,结晶灰岩、板岩裂缝发育程度最低,基岩的裂缝密度、宽度与天然气产量呈正相关关系。