瑪湖1井區上二疊統烏爾禾組一段成巖特征

于景鋒,李 平,陳乃志,孟 鑫,羅 帥,何乃祥

(1.中國石油新疆油田公司開發公司,新疆克拉瑪依 834000;2.中國石油西部鉆探工程有限公司地質研究院,新疆克拉瑪依 834000;3.北京耀齊科技有限公司,北京 102206)

近年來,新疆油田在準噶爾盆地的油氣勘探不斷突破,勘探層位從侏羅系逐漸深入至二疊系,其中三疊系百口泉組(T1b)、上二疊統烏爾禾組(P3w)和中二疊統烏爾禾組(P2w)是獲得突破最多的層位,三個層位的巖性均為強非均質性砂礫巖[1-4],瑪湖凹陷南斜坡瑪湖1井區上二疊統烏爾河組油藏位于準噶爾盆地西北緣[5-7](圖1)。

圖1 瑪湖1井區區域位置

上二疊統烏爾禾組儲層巖性主要為砂礫巖,類型包括含泥含砂礫巖、泥質礫巖、砂質細礫巖,結構成熟度和成分成熟度較低,具有低孔低滲特征[8],膠結物類型多樣,主要包括沸石類和碳酸鹽巖類[9],儲層主要發育中孔-細喉型、小孔-細喉型以及微孔-裂縫型三種[10],上二疊統烏爾禾組特有的沉積環境決定了儲層的非均質性強,不利于勘探[11],但成巖過程中產生的次生孔隙和構造縫伴生的次生溶孔有利于油氣聚集成藏[12-13]。

1 儲層基本特征

1.1 巖石學特征

瑪湖1井區烏爾禾組一段(P3w1)主要為洪積扇-扇三角洲-湖泊沉積體系[10]。巖心、薄片和錄井資料統計發現,各類巖性所占比例不同,砂礫巖占86.4%,礫巖占6.3%,泥巖占4.2%,砂質礫巖占2.1%,中-粗砂巖類占1.0%,砂礫巖中礫石和砂質分別為77.1%和16.0%,礫石和砂質的主要組成礦物均為凝灰巖,平均含量分別為65.1%和11.5%。膠結物和雜基平均含量為3.7%和3.5%,膠結物主要由沸石類礦物組成,雜基中伊蒙混層和伊利石含量最高。礫石顆粒結構以次棱角-次圓狀為主,分選差,砂質顆粒磨圓度較礫石好,但分選差;P3w1段黏土礦物含量為2.4%～8.7%,平均含量3.8%,礦物成分以伊蒙混層為主,相對平均含量65.0%,伊利石次之,相對平均含量20.4%。

1.2 物性特征

根據瑪湖1井區P3w1段423塊巖心孔滲資料統計結果,孔隙度為3.6%～16.4%,中值為7.0%,滲透率為0.03×10-3～58.00×10-3μm2,中值為1.37×10-3μm2,屬于低孔低滲儲層。百口泉組、上二疊統烏爾禾組和中二疊統烏爾禾組是瑪湖地區典型砂礫巖儲層發育層系,對比三套儲層物性隨深度變化關系發現,T1b和P3w組儲層物性受深度影響變化明顯,埋深越大物性越差,當埋深大于4 000 m時,物性陡然下降,4 000 m后物性下降變慢,P2w組儲層埋深普遍超過4 000 m,儲層物性隨埋深變化不大(圖2)。

圖2 瑪湖1井區T1b、P3w和P3w組砂礫巖儲層孔隙度與埋深關系

1.3 孔隙類型

根據鑄體薄片資料,P3w1段儲層孔隙類型主要為次生孔隙和殘余粒間孔,占比分別為51.8%和23.1%,另外,微裂縫占比較高,達25.1%。

次生孔隙主要類型包括粒內溶孔、粒間溶孔、黏土溶孔和沸石溶孔。粒內溶孔主要是長石溶孔和巖屑溶孔,同時可見少量石英溶孔,長石沿解理面溶蝕,火山巖巖屑內的易溶組分被溶蝕后形成條帶狀、網格狀、孔洞狀或窗格狀粒內溶孔,溶蝕強烈時碎屑顆粒被完全溶蝕,可形成鑄模孔。粒間溶孔通常不規則且較小,巖屑和長石邊緣被溶蝕后呈港灣狀、長條狀、蠶食狀和半球狀,溶蝕粒間孔隙形態多樣,所形成的溶孔不規則,顆粒間殘留較多未完全溶解的雜基或膠結物。黏土溶孔主要有高嶺石晶間孔和黏土充填溶孔,高嶺土晶間孔內不含雜基,高嶺石充填在粒間溶孔內,黏土充填溶孔是溶孔內部被后期碳酸鹽類礦物充填或半充填,致使溶孔孔細喉微,物性很差。沸石溶孔是本區次生孔隙的重要類型,早期沸石作為充填物充填于顆粒間,隨著成巖作用的演變,沸石被溶蝕,形成次生溶孔,形狀呈三角形、紡錘形、蠕蟲狀、鋸齒狀等多種形狀。儲層裂縫分為宏觀裂縫和微觀裂縫兩種,宏觀裂縫主要是構造縫,微觀裂縫主要是成巖縫,裂縫對儲層內流體的流動產生重要影響,不僅可以提高儲層的孔滲能力,也可以增強儲層的非均質性。

殘余粒間孔主要發育在分選較好的儲層,顆粒邊緣無明顯溶蝕痕跡,顆粒之間主要為點接觸,沸石等充填物延顆粒邊緣不完全填充,孔隙形狀呈三角形、紡錘形、多邊形等。

2 成巖作用對儲層的控制

2.1 破壞性成巖作用

壓實作用存在于儲層發育的全過程,在破壞原生孔隙的同時,還會對凝灰巖巖屑的半塑性顆粒造成塑性變形,致使顆粒接觸關系向致密方向發展,儲層物性迅速變差[14-20]。物性與埋深關系可見,埋深是影響壓實作用的主要因素,儲層凝灰巖巖屑含量高,壓實作用強(圖3a)。

圖3 瑪湖1井區P3w1儲層破壞和建設作用關系

膠結作用貫穿于成巖作用的全部時期,對儲層同樣具有較強的破壞作用。瑪湖1井區P3w1段儲層黏土礦物和碳酸鹽類膠結物對儲層破壞作用較強,呈現相對含量越高物性越差的特點,沸石膠結在早成巖期也是破壞儲層的重要因素。

2.2 建設性成巖作用

溶蝕作用是P3w1段儲層孔隙發育最重要的成巖作用,主要表現在火山碎屑礦物、長石和沸石類膠結物的溶蝕等幾個方面。二疊紀時期,準噶爾盆地處于熱盆階段,儲層火山碎屑巖易與孔隙水發生反應,形成大量堿性孔隙水[14],堿性條件下溶蝕凝灰巖碎屑的同時會在孔隙中形成大量沸石類礦物堵塞孔隙,中成巖A期開始,沸石類礦物被排烴形成的酸性孔隙水溶蝕,形成大量沸石礦物溶蝕孔隙,表現為沸石類膠結礦物相對含量越高、儲層孔隙度越大的特點(圖3b、3c),與此同時,長石等易溶礦物也被溶蝕,形成大量粒內溶孔。溶蝕作用的強弱表現為互補特征,沸石溶蝕作用強的儲層粒內溶孔相對弱,粒內溶孔發育的儲層沸石含量相對低,說明早期沸石的形成一方面會保護原生孔喉空間,另一方面也會在顆粒表面形成類似保護層,阻礙后期易溶顆粒的大量溶蝕(圖3c、3d)。

瑪湖1井區地處準噶爾盆地西北緣逆沖斷裂帶附近,儲層受近東西向強烈擠壓作用,裂縫比較發育,裂縫一方面具有一定儲集能力,另一方面也可改善儲層的滲流能力,為儲層溶蝕作用和油氣運聚提供條件。

3 成巖階段和成巖序列

3.1 成巖階段劃分

研究區現今構造是由低部位向高部位逐漸超覆的東南傾單斜構造,總體埋深3 200～4 000 m,儲層成巖環境較為穩定,受強壓實作用和膠結作用的影響,瑪湖1井區P3w1段儲層中原生粒間孔消失殆盡,現存孔隙類型主要為次生溶孔和殘余粒間孔。碳酸鹽膠結和硅質膠結少量發育,伊蒙混層中蒙脫石的含量為0～56.0%,平均僅15.6%,伊蒙混層有序化明顯,黏土礦物中伊利石相對含量超過20%,絲狀伊利石普遍發育,交代產生的鐵方解石也被發現。

綜合以上成巖特征,結合該地區地熱史、黏土礦物演化史、埋藏史和有機質演化史等,可確定瑪湖1井區P3w1段砂礫巖儲層處于中成巖階段B期(圖4)。

圖4 瑪湖1井區P3w1儲層成巖階段和成巖序列劃分

3.2 成巖序列

3.2.1 同生期

古常溫是同生期的典型特點,碎屑物尚未脫離沉積水體,此時成巖作用是長石和火山巖巖屑的水化作用,主要形成火山玻璃,其次細菌在有氧環境下對有機質進行氧化分解。

3.2.2 早成巖階段

準噶爾盆地瑪湖地區石炭紀-二疊紀時期屬典型的高溫熱盆環境,處于早成巖A期,對應的鏡質體反射率(Ro)小于0.35%,埋深小于1 000 m,古地溫小于70 ℃,有機質向半成熟階段發展,主要產物為生物氣、液態烴(油)[18-19],此階段蒙脫石和高嶺石生成,與此同時,火山碎屑的水化和溶蝕作用為儲層內水體帶來大量堿金屬離子,形成了偏堿性的成巖環境[20],原生粒間孔和大量堿性離子的存在為沸石礦物的大量形成提供了條件,此階段沸石礦物作為膠結物形成于原生粒間孔內。總體看,早成巖階段壓實作用強烈,儲層碎屑顆粒接觸方式由懸浮狀逐漸變為點接觸,原生粒間孔快速減少。

早成巖B期開始研究區逐漸變為冷盆,對應的古地溫不變甚至有輕微下降,古地溫范圍為70～110 ℃,Ro為0.35%～0.50%,埋深為1 000～2 000 m。此階段的典型特征為儲層堿性流體水解火山碎屑物質,火山碎屑巖和雜基火山灰溶蝕后絕大部分轉變為伊蒙混層和沸石類礦物,此時充足的粒間孔隙為沸石類礦物和伊蒙混層的形成提供了條件。此階段是壓實作用、膠結作用和溶蝕作用最為顯著的階段,顆粒間開始出現線接觸。

3.2.3 中成巖階段

中成巖A期準噶爾盆地為冷盆,Ro為0.35%～0.70%,埋深為2 000～4 000 m;此階段隨著埋深快速增加溫度緩慢升高,儲層中流體由堿性變為酸性,早期形成的沸石礦物開始溶蝕[21];長石、堿性火山碎屑和泥質雜基在酸的作用下大量溶解,在中成巖A期末,伊蒙混層和高嶺石為主的黏土礦物開始緩慢轉換成伊利石。

中成巖B期準噶爾盆地的古地溫繼續升高,埋深逐漸加大,有機質處于低成熟-半成熟階段,烴類產物主要為熱裂解氣和輕質油,本期開始的標志即為鐵方解石交代黏土礦物,中成巖B期形成的標志性特征為絲狀伊利石大量出現,未轉換的伊蒙混層開始逐漸有序化。地層水呈現有機酸狀態,伊利石形成過程中K+被大量消耗,濃度低至無法形成片狀伊利石時,絲狀伊利石開始在孔隙水中沉淀。

4 結論

1)P3w1段儲層巖屑以凝灰巖為主,成巖過程中凝灰巖易被壓實、變形,破壞原生粒間孔,同時凝灰巖易與儲層流體反應形成沸石、蒙脫石和伊蒙混層等礦物,增強儲層膠結作用。因此,強壓實作用和儲層巖屑高凝灰巖含量是瑪湖1井區P3w1段儲層低孔低滲的主要成因。

2)P3w1段儲層最重要的建設性作用是凝灰巖巖屑和沸石膠結物的溶蝕作用,在中成巖A期,P3w1段沸石膠結物和凝灰巖巖屑被溶蝕形成大量次生孔隙,是現今儲層的主要孔隙類型,此類溶蝕作用是P3w1段儲層最重要的建設性作用。

3)P3w1段砂礫巖儲層原生孔隙幾乎消失,以次生溶孔為主,鐵方解石交代作用出現,絲狀伊利石開始大量形成,儲層現今處于中成巖B期。成巖序列上,早成巖B期前儲層以破壞性成巖作用為主,中成巖A期壓實作用影響減弱,儲層溶蝕作用成為主導,進而形成大量次生溶孔,中成巖B期后壓實和膠結作用成為主控因素,儲層逐漸變差。