柴達(dá)木盆地鄂博梁Ⅲ號(hào)地區(qū)N21儲(chǔ)層特征

潘 星，黃成剛，景 茜，張世銘，李智勇，米海杰

(1.蘭州大學(xué)地質(zhì)科學(xué)與礦產(chǎn)資源學(xué)院·甘肅省西部礦產(chǎn)資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅蘭州 730001；2.中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院西北分院油藏描述重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；3.中國(guó)石油大學(xué)(北京)盆地與油藏研究中心；4.甘肅省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局第二地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院)

柴達(dá)木盆地鄂博梁Ⅲ號(hào)地區(qū)N21儲(chǔ)層特征

潘 星1，黃成剛2，景 茜3，張世銘2，李智勇2，米海杰4

(1.蘭州大學(xué)地質(zhì)科學(xué)與礦產(chǎn)資源學(xué)院·甘肅省西部礦產(chǎn)資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅蘭州 730001；2.中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院西北分院油藏描述重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；3.中國(guó)石油大學(xué)(北京)盆地與油藏研究中心；4.甘肅省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局第二地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院)

柴達(dá)木盆地鄂博梁Ⅲ號(hào)地區(qū)主要目的層N21為濱淺湖相沉積，粒度較細(xì)，以泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖以及細(xì)砂巖為主；通過(guò)巖石薄片偏光顯微鏡觀察、常規(guī)物性測(cè)試、毛管壓力分析等一系列微觀儲(chǔ)層地質(zhì)實(shí)驗(yàn)研究，并結(jié)合巖心觀察、宏觀沉積相展布研究可以得出：儲(chǔ)層的平均孔隙度10%左右，滲透率(0.1～10)×10-3μm2，為“低孔-特低滲”型儲(chǔ)層，巖石孔喉半徑較小，但連通性較好；儲(chǔ)層質(zhì)量主要受控于沉積環(huán)境和成巖作用兩大因素。濱淺湖沉積和遠(yuǎn)距離搬運(yùn)致使巖石主要由細(xì)粒沉積物組成，在湖泊作用的不斷篩選和分異下巖石的碎屑顆粒分選、磨圓普遍較好，較多的剛性顆粒組成和早期的碳酸鹽膠結(jié)作用在一定程度上增加了巖石的抗壓實(shí)能力。

柴達(dá)木盆地；鄂博梁Ⅲ號(hào)地區(qū)；儲(chǔ)層評(píng)價(jià)；殘余粒間孔；壓實(shí)作用

鄂博梁Ⅲ號(hào)地區(qū)位于柴達(dá)木盆地北緣西段第三排構(gòu)造帶。近些年來(lái)，通過(guò)精細(xì)構(gòu)造解釋發(fā)現(xiàn)，鄂博梁Ⅲ號(hào)地區(qū)緊鄰侏羅系沉積凹陷中心，氣源和成藏條件優(yōu)越，經(jīng)勘探證實(shí)該構(gòu)造帶為侏羅系煤型氣勘探的有利地區(qū)[1-2]。近年來(lái)新部署的兩口探井(鄂深1井和鄂深2井)的鉆探結(jié)果顯示，目的層N21埋深較大(最大埋深達(dá)4 000 m)，壓實(shí)作用普遍較強(qiáng)，其儲(chǔ)集條件的好壞一直是勘探家們最大的疑慮。因此，對(duì)該地區(qū)儲(chǔ)層的精細(xì)研究顯得至關(guān)重要。

研究區(qū)勘探程度較低，前人關(guān)于該區(qū)的研究主要集中在區(qū)域上的氣源條件、構(gòu)造精細(xì)解釋以及通過(guò)周緣其它探井的分析化驗(yàn)資料來(lái)判斷其沉積、儲(chǔ)層特征等[3-6]，這些研究多以間接資料和合理推斷為基礎(chǔ)，從氣源、構(gòu)造和儲(chǔ)層特征予以描述性研究。本次通過(guò)對(duì)研究區(qū)新鉆探井的巖心進(jìn)行了精細(xì)儲(chǔ)層刻畫研究，包括大量巖石薄片鑒定、物性分析、孔隙類型及孔隙結(jié)構(gòu)研究、儲(chǔ)層分級(jí)評(píng)價(jià)以及儲(chǔ)層質(zhì)量的控制因素分析等。

1 沉積儲(chǔ)層特征

1.1 沉積展布

經(jīng)過(guò)數(shù)十年的勘探，柴北緣地區(qū)沉積相的展布特征及物源供給方面的研究已經(jīng)取得了豐碩成果[7-10]，研究區(qū)為濱淺湖相沉積(圖1)，其物源供給主要來(lái)自于三個(gè)方向：①北西向的牛鼻子梁-鄂博梁Ⅰ～Ⅱ號(hào)地區(qū)；②北部的冷湖六號(hào)地區(qū)；③北東向的馬海-南八仙-鴨湖地區(qū)。沉積物供給充足，經(jīng)過(guò)遠(yuǎn)距離搬運(yùn)和湖泊的淘洗、分異作用，碎屑顆粒的分選、磨圓普遍較好，儲(chǔ)集巖較為發(fā)育。

圖1 鄂博梁Ⅲ號(hào)地區(qū)N21沉積相平面分布

1.2 巖石學(xué)特征

歷年的勘探成果表明鄂博梁Ⅲ號(hào)地區(qū)主要目的層為N21，以砂泥互層沉積為主，最大埋深可達(dá)4 000 m。通過(guò)鄂深1井和鄂深2井的鉆探研究發(fā)現(xiàn)，儲(chǔ)集層以分選磨圓較好、粒度較細(xì)的灰白色粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖和細(xì)砂巖為主，巖石類型主要為巖屑石英砂巖，填隙物以泥質(zhì)雜基和碳酸鹽膠結(jié)物為主。砂地比為15%～25%，砂巖單層厚度薄，絕大多數(shù)為1～2 m或以下，最大厚度不超過(guò)6 m。

1.3 物性特征

通過(guò)對(duì)研究區(qū)鄂深1井N21的“3 618～3 639 m”和“3 989～3 998 m”兩個(gè)取心層段的巖心進(jìn)行物性測(cè)試可以得出，“3 618～3 639 m”層段的孔隙度主要分布于6%～10%，平均值7.9%；滲透率均小于2×10-3μm2,主要分布于0.2×10-3μm2以下, 個(gè)別數(shù)值大于1×10-3μm2，平均值為0.152×10-3μm2。該層段儲(chǔ)集層以粉砂巖和泥質(zhì)粉砂巖為主，粒度較細(xì)和泥質(zhì)含量較高是該段物性較差的主要原因。“3 989～3 998 m”層段的孔隙度主要分布于10%～16%，平均值13.2%；大多數(shù)樣品的絕對(duì)滲透率小于5×10-3μm2，主要分布于(2～7)×10-3μm2，平均值為3.786×10-3μm2。其中2個(gè)樣品的滲透率數(shù)值大于100×10-3μm2，與裂縫發(fā)育有關(guān)。該層段儲(chǔ)集層以細(xì)砂巖為主，物性普遍比“3989～3 998 m”層段好，其原因主要是粒度相對(duì)較大和泥質(zhì)含量較少。

1.4 孔隙類型

通過(guò)鑄體薄片、掃描電鏡觀察，其孔隙類型主要包括殘余粒間孔、溶蝕孔(粒內(nèi)、粒間)以及裂縫等，其中殘余粒間孔為研究區(qū)目的層最主要的孔隙類型，其主要受控于沉積環(huán)境等因素。濱淺湖沉積的粉砂巖、細(xì)砂巖因遠(yuǎn)距離搬運(yùn)和湖水的分選作用而使其結(jié)構(gòu)成熟度較高，且?guī)r石中剛性顆粒含量較多，抗壓實(shí)作用較強(qiáng)，雖然埋深較大但殘余粒間孔仍然得以大量保存。

薄片中溶蝕孔隙也較為常見(jiàn)，但其對(duì)巖石孔隙度和滲透率的貢獻(xiàn)與殘余粒間孔相比相對(duì)較小，發(fā)生溶蝕作用的礦物主要是長(zhǎng)石和方解石的顆粒或膠結(jié)物。

裂縫是柴達(dá)木盆地儲(chǔ)集體中較為普遍的一種儲(chǔ)集空間類型[11]，研究區(qū)構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈、斷裂發(fā)育，構(gòu)造復(fù)雜，原生油氣藏常遭到破壞而發(fā)生油氣逸散和再聚集，從而形成次生油氣藏[2，12]，儲(chǔ)集巖也常在構(gòu)造應(yīng)力作用下形成裂縫。

1.5 孔隙結(jié)構(gòu)

通過(guò)對(duì)研究區(qū)目的層20塊砂巖進(jìn)行毛管壓力測(cè)試可以得出，巖石中連通喉道半徑分布在0.3～5.3 μm，且小于1 μm的占50%，屬于較細(xì)的孔隙結(jié)構(gòu)，這與其巖石中碎屑顆粒的粒度較小有關(guān)。以鄂深1井N21埋深為3 990.84 m處的灰白色含鈣細(xì)砂巖為例，物性測(cè)試得出其孔隙度為13.7%，滲透率為4.090×10-3μm2，為研究區(qū)中等偏好的儲(chǔ)集巖。其壓汞分析測(cè)試結(jié)果(圖2)顯示排驅(qū)壓力為0.214 MPa，汞飽和度中值壓力為0.672 MPa，最大汞飽和度為91.502%，未飽和孔隙體積為8.498%，顯示巖石的門檻壓力較小，孔隙連通性較好，死孔隙較少。孔隙半徑中值為1.095 μm，平均值為1.475 μm，最大值為3.442 μm，主要分布在0.03～2.5 μm，其中對(duì)滲透率貢獻(xiàn)最大的孔隙半徑分布在1～2.5 μm，按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[13]可將其劃歸為“細(xì)喉型”孔隙結(jié)構(gòu)。

圖2 鄂博梁Ⅲ號(hào)地區(qū)N21孔隙結(jié)構(gòu)分析

2 儲(chǔ)層評(píng)價(jià)

通過(guò)實(shí)測(cè)鄂深1井與鄂深2井N21的巖心物性可以得出，其平均孔隙度分別為9.4%和11.7%，滲透率多分布在(0.1～10)×10-3μm2。鄂深1井N21全井段的測(cè)井解釋成果顯示，其孔隙度值變化范圍為5.0%～18.3%，大多數(shù)分布在8%～12%，滲透率值變化較大，大多數(shù)分布在(0.1～5)×10-3μm2，與實(shí)測(cè)巖心物性結(jié)果基本相當(dāng)。因此，按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[13]可將其劃歸為“低孔-特低滲”型儲(chǔ)層。雖然巖石粒度較細(xì)、孔喉半徑較小、物性較差，但孔喉連通性和滲透性較好，仍然不失為優(yōu)質(zhì)的天然氣儲(chǔ)集層。

3 儲(chǔ)層質(zhì)量控制因素分析

3.1 沉積環(huán)境的影響

研究區(qū)物源及沉積相研究成果顯示，其沉積物主要來(lái)自于北東、北部和北西三個(gè)方向，三大河流三角洲均流向鄂博梁Ⅲ號(hào)地區(qū)，其碎屑物質(zhì)供給充足，經(jīng)過(guò)遠(yuǎn)距離搬運(yùn)，碎屑物質(zhì)中不穩(wěn)定礦物逐漸減少，石英等穩(wěn)定礦物含量逐漸增加，使得巖石具有較強(qiáng)的抗壓實(shí)作用，因而當(dāng)埋深達(dá)到4 000 m時(shí)部分儲(chǔ)集巖的孔隙度依然能達(dá)到10%以上，這與巖石中的剛性礦物組成密切相關(guān)。研究區(qū)主要為濱淺湖沉積，湖泊的分選作用使得巖石的結(jié)構(gòu)成熟度和成分成熟度均較高，沉積物粒度較細(xì)，儲(chǔ)集巖雖然較為發(fā)育但是單層厚度較薄，普遍呈砂泥互層狀分布。在橫向分布上同層的砂巖之間連通性較好，因其孔隙類型以殘余粒間孔為主，滲透性較好，但縱向上由于泥巖層分割使得儲(chǔ)集層之間缺乏有效連通，通過(guò)對(duì)其泥巖夾層進(jìn)行蓋層突破壓力測(cè)試，結(jié)果顯示其突破壓力達(dá)34 MPa，為Ⅰ類天然氣蓋層，因此儲(chǔ)集巖縱向上的分層性明顯。

3.2 成巖作用的影響

碎屑巖儲(chǔ)層中壓實(shí)作用是造成巖石物性減小的重要因素[14]，自沉積作用發(fā)生后，在成巖作用早期碎屑顆粒被快速壓實(shí)，其緊密堆積致使殘余粒間孔大量減少。壓實(shí)作用隨著埋深的加大而增強(qiáng)，研究區(qū)N21的最大埋深可達(dá)4 000余米，顆粒間的接觸較為緊密，以線接觸關(guān)系為主，部分為凹凸接觸，且在偏光顯微鏡下可見(jiàn)云母等塑性顆粒的膝折現(xiàn)象。而從前文研究可知研究區(qū)儲(chǔ)層以剛性顆粒為主，抗壓實(shí)作用較強(qiáng)，因而部分殘余粒間孔得以保存。

巖石中碳酸鹽膠結(jié)作用廣泛發(fā)育，通過(guò)染色薄片(鐵氰化鉀和茜素紅聯(lián)合染色)顯微鏡觀察得出該早期的碳酸鹽膠結(jié)作用占據(jù)了大量的粒間孔，降低了儲(chǔ)層物性。碳酸鹽膠結(jié)物的廣泛發(fā)育與其沉積環(huán)境有關(guān)，而據(jù)前人研究柴達(dá)木盆地自古新世以來(lái)為咸化湖盆沉積環(huán)境[15-16]，為碳酸鹽膠結(jié)類型提供良好解釋。

通過(guò)壓實(shí)作用與膠結(jié)作用相對(duì)重要性評(píng)價(jià)、應(yīng)用Houseknecht評(píng)價(jià)圖[17]進(jìn)行分析可以得出，研究區(qū)內(nèi)壓實(shí)作用和膠結(jié)作用共同導(dǎo)致了儲(chǔ)層孔隙度的減少，并且二者中占主導(dǎo)地位的為壓實(shí)作用(圖3)，膠結(jié)作用占輔助地位。

圖3 壓實(shí)作用與膠結(jié)作用相對(duì)重要性評(píng)價(jià)

學(xué)者們通過(guò)油源對(duì)比研究發(fā)現(xiàn)[2，18]，鄂博梁Ⅲ號(hào)地區(qū)的天然氣主要來(lái)自于其緊鄰的伊北凹陷侏羅系烴源巖，其儲(chǔ)集巖在地質(zhì)歷史時(shí)期與周緣烴源巖在有機(jī)質(zhì)成熟過(guò)程中產(chǎn)生的有機(jī)酸發(fā)生著復(fù)雜的物理化學(xué)變化，其中原油微生物的降解、游離氧的氧化作用、石油的熱降解和由圍巖礦物中的高價(jià)元素組成的離子或化合物與有機(jī)質(zhì)之間發(fā)生的作用均可產(chǎn)生有機(jī)酸，這些有機(jī)酸對(duì)儲(chǔ)集巖具有較強(qiáng)的溶蝕作用。朱國(guó)華認(rèn)為[19]，在封閉環(huán)境中，長(zhǎng)石等鋁硅酸鹽礦物首先溶解，在溶解過(guò)程中因一系列的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生一定量的碳酸鹽膠結(jié)物。這一結(jié)論與在研究區(qū)巖石薄片中觀察到的現(xiàn)象具有一致性。鑄體薄片中可觀察到長(zhǎng)石發(fā)生了溶蝕作用形成了粒內(nèi)溶孔，而方解石廣泛發(fā)育占據(jù)了殘余粒間孔，雖然研究區(qū)以殘余粒間孔隙為主、次生孔隙所占比例較小，但溶蝕作用總體上對(duì)巖石物性起到了積極的改善作用。

綜上所述，影響研究區(qū)儲(chǔ)層質(zhì)量的諸多因素中，起主導(dǎo)作用的為沉積環(huán)境和壓實(shí)作用，遠(yuǎn)距離搬運(yùn)和湖泊的分選作用決定了儲(chǔ)層的物質(zhì)組成和宏觀展布。碎屑顆粒分選、磨圓普遍較好,剛性顆粒含量多，粒度較細(xì)，單層厚度較薄，壓實(shí)作用較強(qiáng)，決定了巖石中原生粒間孔的保存程度。另外，成巖過(guò)程中膠結(jié)作用和溶蝕作用亦對(duì)儲(chǔ)層有所改造。

4 結(jié)論

(1)鄂博梁Ⅲ號(hào)地區(qū)勘探目的層N21為濱淺湖相沉積，受周緣三大物源沉積體系控制，碎屑沉積物供給充足，儲(chǔ)集巖較為發(fā)育，具有“埋深大、粒度細(xì)、單層薄、物性差”等特點(diǎn)。孔隙類型以殘余粒間孔為主，其平均孔隙度為10%左右，滲透率多分布在(0.1～10)×10-3μm2，為“低孔-特低滲”型儲(chǔ)層。孔喉半徑較小，但孔喉連通性較好，為較好的天然氣儲(chǔ)集體。

(2)儲(chǔ)層中殘余粒間孔保存較好的主要控制因素包括：①物源區(qū)碎屑顆粒經(jīng)過(guò)遠(yuǎn)距離搬運(yùn)和湖泊的分選作用，結(jié)構(gòu)成熟度和成分成熟度均較高，巖石中石英等剛性碎屑顆粒含量較高，因而巖石具有較強(qiáng)的抗壓實(shí)能力，但研究區(qū)目的層埋深較大，壓實(shí)作用較強(qiáng)是碎屑巖儲(chǔ)層沉積后的最重要減孔因素；②咸化湖沉積環(huán)境造成巖石中發(fā)育較多的早期的碳酸鹽膠結(jié)物，膠結(jié)作用占據(jù)了大量粒間孔，使得孔隙度降低，但在一定程度上提高了巖石的機(jī)械強(qiáng)度,增加巖石的抗壓實(shí)能力；③砂泥互層的湖相地層中，因有機(jī)質(zhì)演化過(guò)程中釋放的有機(jī)酸會(huì)對(duì)相鄰儲(chǔ)層產(chǎn)生溶蝕作用，因而在巖石鑄體薄片中可觀察到發(fā)育的溶蝕孔，起到改善巖石物性的作用，但研究區(qū)目的層N21的殘余粒間孔起著明顯的主導(dǎo)作用。

(3)對(duì)研究區(qū)儲(chǔ)層特征及其孔隙保存機(jī)制的研究，突破了前人關(guān)于柴達(dá)木盆地儲(chǔ)層“死亡線”4 000 m的界限，擴(kuò)大了盆地的深層勘探領(lǐng)域，地層埋深大小是影響儲(chǔ)層質(zhì)量好壞的重要因素但不是唯一標(biāo)準(zhǔn)，其形成的沉積環(huán)境以及后期成巖作用的改造也具有重要影響。

致謝

感謝中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司油藏描述重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的袁劍英教授和張小軍高級(jí)工程師在分析測(cè)試過(guò)程中提供的指導(dǎo)和幫助。

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編輯：吳官生

1673-8217(2015)02-0064-04

2014-08-27

潘星，1990年生，2013年畢業(yè)于西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)專業(yè)，礦物學(xué)、巖石學(xué)、礦床學(xué)專業(yè)在讀研究生。

國(guó)家自然科學(xué)基金(41173014)、國(guó)家油氣專項(xiàng)“前陸盆地油氣成藏規(guī)律、關(guān)鍵技術(shù)及目標(biāo)評(píng)價(jià)”(2011ZX05003)和中國(guó)石油重大科技專項(xiàng)“柴達(dá)木盆地建設(shè)千萬(wàn)噸油氣田綜合配套技術(shù)研究”(2011E-03)聯(lián)合資助。

TE112.23

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