川西地區中江氣田大安寨段混積特征及儲層地質意義

鄧雙林,黎華繼,吳 玲,李小佳,曹香妮,張興堂

(中國石化西南油氣分公司采氣三廠,四川德陽 618000)

近年來,隨著非常規油氣資源勘探程度的不斷深入,致密油氣勘探開發成為熱點領域[1]。四川盆地下侏羅統自流井組大安寨段為典型的超低孔(平均孔隙度小于2%)、超低滲(平均滲透率低于0.1×10-3μm2)致密油氣藏,其油氣產量占四川盆地中下侏羅統的70%以上,具有較大的勘探開發潛力[2-3]。早期研究認為川西坳陷中江氣田大安寨段為典型的裂縫型油氣藏[4-5],并以尋找“裂縫型介殼灰巖儲層”的勘探思路部署多口探井,單井測試產量低且穩產差。隨著工藝技術的突破,采用“水平井+體積壓裂”開發模式增加單井泄氣面積及儲層改造力度,測試產量明顯增加,對比鄰區金華油田大安寨段高產穩產井發現,優質儲集巖并非純介殼灰巖,泥質介殼灰巖等混積巖反而具有更好的儲集性和滲透性,巖石類型影響氣井產量及穩產時間[6]。因此,有必要對區內大安寨段混積巖開展深入研究,探尋區內有利儲層。國內學者對四川盆地川中、川北、川東等區塊大安寨段的儲集類型、巖相古地理、成藏特征等研究較深入,但對川西中江氣田大安寨段混積特征、混積作用對儲層的影響等方面研究還比較薄弱[7-10]。

以中江氣田HL2、HL3、FG102、YT2、CQ182、JS5等井作為研究對象,結合川中地區鉆井資料,渠縣三匯剖面、達州渡市剖面等野外露頭資料,通過巖心觀察、薄片鑒定、掃描電鏡分析、物性測試分析等,深入研究中江氣田大安寨段混合沉積特征、儲層特征,建立中江氣田大安寨段混合沉積模式,探討混積作用對儲層的影響,明確區內有利儲層,為中江氣田大安寨段勘探開發提供地質支撐。

1 地質概況

四川盆地是位于揚子地塊西部的大型疊合盆地[11-13],經“晉寧-四堡”運動后固結形成基底[12],后經歷海相碳酸鹽巖臺地、陸相碎屑巖盆地以及構造盆地演化形成現今構造格局,盆地內共發育川西坳陷等四個一級構造單元[11]。研究區位于川西坳陷褶皺區,東鄰川中古隆起,西接成都凹陷,南靠龍泉山沖斷帶,北抵梓潼凹陷,整體呈現“三隆夾一凹”的構造格局,由深至淺構造具有繼承性[14-17]。晚三疊世印支運動以來,四川盆地開始進入陸相湖盆演化階段[9],印支III幕運動造成龍門山隆起成為區內主要的物源區[17]。早侏羅世大安寨時期整體以大型淡水湖泊沉積為主,具完整的湖進-湖退旋回,盆地周緣水體較淺,以濱湖砂泥質沉積為主,從盆地周緣向中部逐漸演化為淺湖-半深湖亞相沉積[17-19](圖1)。

圖1 四川盆地下侏羅統自流井組大安寨段沉積相圖及地層綜合柱狀圖

研究區內大安寨段地層厚46～67 m,按巖電關系及層序旋回等自上而下可劃分為大一、大二、大三亞段。大三亞段沉積期開始湖進,湖平面升高,沉積物以中-厚層介殼灰巖夾薄層泥巖為主,厚度8～16 m;大二亞段沉積期為最大湖進期,湖平面達到最高點,沉積物以暗色泥巖夾薄層泥質介殼灰巖為主,厚度18～24 m,其中大二亞段頂部暗色地層為區內大安寨段主要烴源巖;大一亞段沉積期開始湖退,水體逐漸變淺,沉積物以厚層介殼灰巖夾薄層泥巖為主,厚度23～32 m。

2 混合沉積

混合沉積是指在同一沉積環境背景中陸源碎屑與碳酸鹽混雜和相互交替[20-23],考慮到黏土礦物多數來自母巖風化產物,故將黏土礦物歸入陸源碎屑體系中[24-26]。研究區主要發育介殼灰巖、(含)砂質介殼灰巖、(含)泥質介殼灰巖、介殼質泥巖、含灰長石巖屑砂巖等混積巖。

2.1 混積巖特征

介殼灰巖:主要成分為方解石,含量90%以上,介殼含量大于50%。灰巖重結晶作用強烈,原始的沉積結構大多被破壞,介殼被完全溶解后重結晶形成新的晶體,指示高能沉積環境。局部見殘余介殼,排列具定向性,介殼之間為泥-微晶方解石膠結,縫合線發育,內部泥質半充填,局部見有機質浸染(圖2a)。該類巖石常見于大一亞段及大三亞段,為中厚層,巖性致密,儲集性能差。

圖2 川西地區大安寨段混積巖巖石學特征

(含)砂質介殼灰巖:主要成分為方解石,含量50%～90%,鏡下顆粒中介屑含量大于50%。其余為石英等陸源碎屑,含量10%～50%,見少量泥質充填。介殼灰巖排列略具定向性(圖2b)。石英多呈次棱角狀-次圓狀,粒度為粉-細砂級,多分布于介殼灰巖顆粒之間,部分鑲嵌于介殼灰巖顆粒內部,見長石、巖屑、云母等陸源碎屑。微裂縫較發育(圖2b),儲集性能較好。

(含)泥質介殼灰巖:成分以方解石為主,含量50%～90%,其余為泥質等黏土礦物,含量10%～50%。介殼灰巖排列具定向性,介殼灰巖顆粒被泥質環繞包裹,形成綠泥石膜,一定程度上抑制了灰巖重結晶作用,巖石原生孔隙保存較好(圖2c),微裂縫較發育,作為酸性流體運移通道易產生溶蝕擴大縫(圖2d),該類巖石常見于大二亞段,多為薄互層,儲集性能較好。

介殼質泥巖:主要成分為黏土礦物,含量50%以上,儲集空間以納米級微孔縫為主(圖2e),有機孔、無機孔及微裂縫較發育,局部見層間微孔縫多呈不規則狀,內部未充填(圖2f),常形成相對安靜的深水環境。

含灰長石巖屑砂巖:主要成分為陸源碎屑顆粒,石英含量一般49%～71%,長石含量8%～18%,巖屑含量10%～20%。巖屑主要成分為火成巖和變質巖,少量沉積巖。碎屑顆粒之間呈點接觸支撐狀,膠結物主要為灰質,方解石晶體呈微晶結構充填于粒間孔隙中(圖2g),巖心上常見平行層理和小型槽狀交錯層理(圖2h),常指示淺湖砂壩環境。

2.2 混積巖類型

根據混合作用的強度,依據混積巖中陸源碎屑和碳酸鹽含量將區內大安寨段混積巖劃分為混積型碎屑巖、混積型碳酸鹽巖和高度混積巖三類(表1)。研究區大安寨段介殼質泥巖和含灰長石巖屑砂巖,陸源碎屑含量達75%以上,為混積型碎屑巖[20-24],混積強度為1、2級低度混積,混積環境較穩定;介殼灰巖組分以碳酸鹽巖為主,碳酸鹽含量90%以上,屬于混積型碳酸鹽巖,陸源碎屑組分低于10%,常呈星點狀鑲嵌于碳酸鹽巖中,混積強度為1級低度混積;(含)砂質介殼灰巖和(含)泥質介殼灰巖中陸源碎屑或碳酸鹽巖含量為25%～50%,反映了陸源碎屑和碳酸鹽巖的高度交互,為3、4級高度混積,屬于高度混積巖[25],指示過渡混積環境。

表1 川西凹陷中江氣田大安寨段混積特征劃分

2.3 混合沉積類型

Mount(1984)將淺海環境混合沉積劃分為間斷混合、相混合、原地混合和母源混合四類,其中,間斷混合指突發的風暴或其他周期性極強事件把沉積物從一個沉積環境搬運到另一個沉積環境;原地混合指由原地死亡的鈣質生物所組成的碳酸鹽巖組分堆積在碎屑巖基底之上或基質之內[26]。

川西坳陷中江氣田大安寨段混合沉積類型主要為原地混合和間斷混合兩類(表1)。研究區西部靠近龍門山物源區的沉積物以含灰長石巖屑砂巖為主,陸源碎屑粒度較粗,呈棱角狀-次棱角狀(圖2g),見平行層理和小型槽狀交錯層理發育(圖2h),搬運距離較短,指示淺湖砂壩沉積環境,為典型的原地混合沉積。

四川盆地大安寨段時期發育多期次、高頻率的風暴流事件,具有隨機性和任意性,淺湖-半深湖環境中均可形成風暴流,造成大安寨段混積巖和混積層系普遍發育[27-31]。隨著沉積環境越靠近湖盆地區,水體逐漸加深,物源區陸源物質供應不足,沉積物依次為(含)砂質介殼灰巖、介殼灰巖、(含)泥質介殼灰巖、介殼質泥巖和泥頁巖,陸源碎屑含量逐漸減少,粒徑逐漸變細。巖心和露頭剖面上見典型的風暴流沉積標志。如PC1井見介殼灰巖呈漩渦狀排列,凹面朝向不一致,略具層狀,見明顯的侵蝕起伏面(圖2i),為風暴渦流沉積,指示風暴平息期;CQ182井介殼灰巖粒度由細-粗-細演變,中間的介殼灰巖粒度較粗,呈雜亂狀排列,水動力較強,指示風暴高潮期,兩端介殼灰巖粒度較細,略具層狀排列,指示風暴平息期(圖2j);渠縣三匯地區見介殼灰巖呈雜亂狀排列,且自下而上介殼灰巖碎片逐漸變薄,略具正粒序結構(圖2k),指示較強的風暴流沉積。湖盆中心深水環境基本不受湖浪作用,局部地區偶爾遭受間歇性風暴作用的影響,川西坳陷HL2井(圖2l)和川中龍崗地區PC1井(圖2i)均見沖刷-充填構造,沖刷面上見泥礫,為典型的風暴沉積標志,均為典型的間斷混合沉積。

2.4 混合沉積模式

區內大安寨段沉積期風暴作用較發育,混合沉積受控于物源供給和水動力條件,西部向湖盆中心依次可分為淺湖砂壩、灘后、灘核、灘前、深水斜坡以及半深湖泥微相(表1)。根據區內混積巖特征、混合沉積類型以及沉積環境等因素,建立了川西坳陷中江氣田大安寨段混合沉積模式(圖3)。大三亞段沉積期,受印支III幕運動影響,盆地西部龍門山古陸不斷隆升,西部發生山麓洪積,為研究區提供了充足的陸源物質[17]。西部陸源物質供應過飽和,可容納空間增長速率小于陸源物質沉積速率,陸源物質向盆地進積,與介殼灰巖混合沉積形成含灰長石砂巖,為淺湖砂壩沉積;中部遠離物源區,陸源碎屑抑制作用減弱,沉積物以(含)砂質介殼灰巖等混積型碳酸鹽巖為主,為灘后沉積。大二亞段沉積期,隨著湖進過程的持續,湖平面逐漸上升,水體加深,生物活動頻繁,沉積物以碳酸鹽巖為主,介殼灰巖快速堆積形成高能介殼灘,水動力較強,風暴流將陸源物質攜帶至灘后、灘前、深水斜坡等環境,與碳酸鹽巖、黏土發生不同程度混積;大二亞段沉積后期,湖進結束開始湖退,水體達到最大湖平面,沉積物以暗色泥巖夾(含)泥質介殼灰巖為主,為深水斜坡-半深湖沉積。大一亞段沉積期,隨著湖退過程的持續,水體逐漸變淺,介殼灰巖沉積逐漸減少,陸源物質不斷沉積,造成大一亞段下部以介殼灰巖沉積為主,上部以砂泥巖沉積為主。

3 儲層特征

3.1 儲集空間類型

儲集空間主要為孔隙和裂縫兩大類。其中,孔隙可分為原生孔隙和次生孔隙,原生孔隙以粒間孔、晶間孔、生物體腔孔為主,但受后期強烈的壓實、膠結和重結晶作用影響[17],原生孔隙基本消失殆盡,僅殘余納米-微米級孔隙;次生孔隙包含晶(內)間溶孔(圖4a)、粒(內)間溶孔(圖4b)、生物溶孔(圖4e)、溶蝕孔洞等(圖4d)。介殼灰巖位于介殼灘高能沉積環境,受強烈的重結晶作用,孔隙以殘余孔和次生溶孔為主(圖4a);泥質/砂質介殼灰巖等孔隙以晶(內)間溶孔、粒(內)間溶孔等次生孔隙為主,局部原生孔隙保存較好(圖4c);含介殼泥巖等孔隙以納米級孔隙為主(圖4f)。

圖4 川西地區大安寨段儲集空間特征

裂縫主要包括成巖縫、構造縫和微裂縫三類。區內裂縫以構造縫為主,占裂縫總數的82.25%,常見于介殼灰巖等脆性礦物中;成巖縫以泥質失水收縮形成的層間縫(圖4g,4h)和受壓實壓溶作用形成的壓溶縫(圖2a)為主,常見于泥質/砂質介殼灰巖中;區內微裂縫較發育,常將孤立的微孔隙連通(圖2b),部分微裂縫后期被酸性流體溶蝕擴大(圖4i),極大地改善了儲層物性。

3.2 儲層物性特征

前人研究認為,介殼灰巖中混入泥質能改善儲層物性[3,7,21],丁一等[7]認為川中龍崗地區大安寨段部分泥質介殼灰巖儲層物性好于“純的”介殼灰巖;羅玉宏[21]、馮榮昌等[3]認為川中大安寨段混積巖中泥質混入能改善儲層物性,泥質介殼灰巖儲層物性最好(圖5a、5b)。

圖5 大安寨段儲層特征

通過對區內介殼灰巖、砂質介殼灰巖、泥質介殼灰巖和介殼質泥巖總計296個樣品進行物性測試分析發現,隨著泥質含量增加,混積巖儲層孔隙度增加,但滲透率先增加后降低,孔隙連通性變差(圖5c)。結合區內巖石占比可知(表1),(含)泥質介殼灰巖儲層物性整體較好。

結合鏡下薄片鑒定和掃描電鏡分析認為,一定程度上泥質混入能改善介殼灰巖儲層孔隙度和滲透率,主要體現在以下幾個方面:①泥質含量增加更容易產生有機孔(圖2e),且泥巖與介殼灰巖頻繁薄互層更容易產生層理縫(圖5d,5e),從而改善儲層物性;②泥質的混入一定程度上阻止了成巖流體的流動,后期膠結交代作用減弱,使得原生孔隙得到保存;③泥質在介殼顆粒灰巖表面形成綠泥石環邊(圖4j,4k),在一定程度上阻止了重結晶作用,有利于原生孔隙保存;④泥質失水收縮易產生泥質收縮縫(圖4g,4h);⑤泥巖生烴時,一方面生烴增壓產生微裂縫,另一方面排出的酸性流體可形成溶蝕孔、溶蝕縫(圖4i)。但當泥質過度混入時,會增強介殼灰巖塑性,不易產生裂縫(圖5e),且泥質可能堵塞連通孔隙的喉道(圖4l),導致儲層滲透率變差。大安寨段泥頁巖源儲參數相關關系較弱(圖5f),配置關系復雜,通過黏土含量與孔隙度相關關系圖(圖5f)和孔-滲分布直方圖(圖5c)可以初步推斷出,當泥質過度混入時,儲層孔隙度增勢變緩,泥質對儲層孔隙度改善作用減弱。綜上所述,(含)泥質介殼灰巖儲層物性較好,為區內有利的儲層類型。

4 儲層地質意義

中江氣田大三亞段厚度較薄(8～16 m),且地震分辨率有限,難以對大二、大三亞段進行有效分辨,常規振幅和波阻抗響應特征可以區分泥巖、灰巖。大一亞段介殼灰巖在全區沉積較穩定,與上覆千佛崖組砂泥巖波阻抗差異較大,存在明顯的界面,地震剖面上整體呈強-中強波峰下緣反射,中高阻抗特征;大二亞段上部發育一套較厚的泥頁巖,地震剖面上整體呈強-中強波谷下緣反射,低阻抗特征,泥巖厚度越大,波谷反射越明顯;大二亞段下部+大三亞段介殼灰巖與泥巖夾層組合,在地震剖面上整體呈中強波峰下緣反射,中低阻抗特征(圖6)。

圖6 川西坳陷中江氣田HL3-HL5大安寨段地震剖面

泥頁巖沉積中心位于回龍-福興地區,厚度大于25 m,自北西向南東呈增厚趨勢;大安寨段灰巖沉積中心位于永太-回龍-福興地區,且自西向東逐漸增厚,結合沉積背景認為回龍地區為區內(含)泥質介殼灰巖儲層分布的有利區。結合生產實際,區內大安寨段先后試采11口井,截至目前累計產油5 600 t,其中試采效果較好的HL2、ZJ120、HZ201HF井均位于回龍地區。綜上所述,回龍地區可作為大安寨段勘探開發有利區。

5 結論

中江氣田大安寨段混積巖主要發育介殼灰巖、(含)砂質介殼灰巖、(含)泥質介殼灰巖、介殼質泥巖、含灰長石巖屑砂巖等,混積作用見間斷混合和原地混合兩種類型;儲集空間主要包括孔隙和裂縫兩大類,孔隙以次生孔隙為主,裂縫以構造縫為主,泥質介殼灰巖儲層物性較好;介殼灰巖中混入泥質能改善儲層物性,但泥質過度混入會抑制儲層滲透性;回龍地區為區內大安寨段勘探開發有利區。