开江-梁平海槽两侧长兴组生物礁储层研究

2011-09-29侯振学王兴志宋光建余海涛

石油地质与工程 2011年1期

关键词：晶间溶孔长兴

侯振学,王兴志,张帆,宋光建,余海涛,李波

(1.西南石油大学资源与环境学院,四川成都610500;2.中国石油新疆油田公司风城油田作业区)

开江-梁平海槽两侧长兴组生物礁储层研究

侯振学1,王兴志1,张帆1,宋光建2,余海涛1,李波1

(1.西南石油大学资源与环境学院,四川成都610500;2.中国石油新疆油田公司风城油田作业区)

对开江-梁平海槽两侧长兴组生物礁储层特征和控制因素作了较为深入的探讨,研究认为开江-梁平海槽两侧长兴组生物礁储层主要由礁灰(云)岩、泥-粉晶白云岩和细-中晶白云岩构成,其中以细-中晶白云岩的储集性能最好。储集空间主要以生物体腔孔、晶间孔、晶间溶孔及不规则溶孔、溶洞为主。储层类型存在裂缝-孔隙型和孔隙型两种。这些储层的形成与演化主要受到沉积和成岩作用的共同影响,其中沉积作用是储层形成的基础,沉积作用不仅决定了储层的大致分布范围,还影响着后期成岩作用的类型、强度及特征;成岩作用是储层形成的关键,只有经过混合水白云石化和埋藏溶解作用等建设性成岩作用改造的生物礁才有可能形成优质的储层。

开江-梁平海槽;长兴组;生物礁;储层特征;控制因素

四川盆地开江-梁平海槽两侧二叠系长兴组生物礁的白云岩储层具有储层孔、渗条件好、储层厚度大、含油气丰度高、产能大的特点,一直是勘探家们追求的勘探目标。前人对其储层已作过较为深入的研究,并取得了显著的进展[1-5]。本文希望以研究区内七里北、铁山、板东等生物礁所取得的资料为例,对开江-梁平海槽两侧长兴组生物礁储层特征及主要控制因素进行研究,能为今后四川盆地生物礁天然气的进一步勘探开发提供有益的地质资料。

根据前人研究,晚二叠世长兴期,四川盆地北部为受控于开江-梁平海槽和城口-鄂西海槽的台地沉积。在温暖潮湿的气候背景下,由于环境、水体能量、海平面变化的影响,开江-梁平海槽两侧长兴组沉积了一套以碳酸盐岩台地相为主的沉积物,在台地边缘发育了较多的平行海岸线,呈带状和串珠状分布的台地边缘生物礁,如普光、七里北、龙岗生物礁,台地内部的局部高地,也形成一定数量的台内点礁(图 1)[6-7]。

图1 开江-梁平海槽两侧长兴组沉积相及生物礁分布

1 储层特征

1.1 主要储集岩类

(1)泥-粉晶白云岩分布于长兴组生物礁顶部,中-薄层状,褐灰色,主要由半自形-它形粉晶白云石构成,常见灰质生物屑残余。可见干裂和鸟眼等暴露构造。

(2)细-中晶白云岩中-厚层块状,灰白、褐灰色。白云石含量大于50%,主要半自形、自形的细-中晶白云石构成,局部为粉晶-微晶;晶体内部含有较多的粘土等不溶残余物,表明模糊,并见雾心亮边结构和生物(屑)残余结构。该类岩性属于生物礁中上部的生物屑滩和潮坪灰岩经过后期云化和溶解作用而成,晶间孔、晶间溶孔和蜂窝状溶孔洞较为发育,面孔率一般5%～15%,局部可达20%以上,是四川盆地长兴组生物礁中最好的一类储集岩。其储集性能具有随云化强度的增强而变好的趋势。

(3)礁灰(云)岩研究区长兴组生物礁灰岩分布于长兴组中上部,主要由海绵灰岩构成。海绵灰岩中串管海绵和脑纹状海绵较为发育,珊瑚和苔藓较少,个体完整,含量15%～70%,附礁生物主要为管壳石、腹足、瓣鳃和有孔虫等,破碎—完整,含量5%～10%;充填于格架孔中的杂基含量20～30%,由篮绿藻粘结泥屑和细粒生屑组成。

礁灰岩中常发生或强或弱的白云石化形成礁云岩。由半自形—它形粉晶、细晶白云石优先交代,灰泥基质呈花斑状,棘屑等生物最后被交代;多数格架孔边缘分布有半自形-它形中晶白云石,内部被中-粗晶或连晶方解石基本全充填,几乎无残余格架孔的存在。因此,一般说来,礁灰岩的储集性能较差,但如果后期发生强的白云石化后,可形成良好的生物礁储层。

1.2 储集空间

(1)生物体腔孔。这类孔隙多与泥晶生物(屑)灰岩,含生物(屑)灰岩和生物礁灰岩中的生物体腔孔和格架孔密切相关。多位于较为完整的介形虫、腹足和海绵等生物内部,属于这些生物内部的体腔孔被多种物质充填后的残余空间。这类孔隙在该研究层段中偶见,属于次要的储集空间。

(2)晶间孔。主要位于自形—半自形的白云石晶粒之间,常呈三面或多面体形态,一般随晶粒粒径的增大而变大,局部被灰泥或沥青充填—半充填;一般来说,晶间孔在生物礁中、上部白云岩中有较多的分布,面孔率一般2%～5%,局部可达7%以上,是长兴组储层中最常见和重要的孔隙之一。晶间孔即可以是原生孔隙,又可是次生孔隙,一般原生晶间孔细小,次生晶间孔较大。区内晶间孔多属次生孔隙。

(3)晶间溶孔。晶间溶孔是在晶间孔基础上,经后期溶蚀扩大而成,孔隙边缘具明显溶蚀的港湾状、孤岛状痕迹,部分颗粒内部的粉晶白云石晶体间、裂缝和溶洞亮晶胶结物之间亦存在少量该类孔隙。这类孔隙在区内生物礁中上部白云岩内的面孔率局部可达3%～5%,是研究层段储层中常见的一类储集空间。

(4)不规则溶孔、溶洞。这类溶孔、溶洞是在早期晶间孔、晶间溶孔和裂缝等孔隙基础上进一步溶蚀扩大而成,属于非选择性溶蚀空间,大小一般1～5mm,产状多样。白云岩中的溶孔和溶洞常构成蜂窝状和炭渣状,孔隙中仅见少量沥青微充填,几乎未见其它化学充填物。这类孔隙在区内长兴组生物礁白云岩中尤为发育,局部宏观面孔(洞)率局部可达10%～20%,其它层段偶见。

1.3 物性特征

构成长兴组生物礁地层的岩性类型虽多,但储集性能有着较大的差异。根据研究区20口井取心段的宏观、微观观察及物性分析表明,岩性对储集性能有着明显的控制(表1)。其中细-中晶白云岩储集性能最好,其次为泥-粉晶白云岩和礁云岩,其他岩类储集性能相对较差。

表1 研究区生物礁主要岩性与物性关系

1.4 储层类型

生物礁作为一种岩性圈闭,其储层类型主要是孔隙型的,但因所处的地质条件的差异而有所不同。目前,在长兴组生物礁储层中尚未取得其储层的裂缝孔隙度和裂缝渗透率资料,因此本文试以已经投入开发或试采的生物礁气藏为例,根据其试井资料说明生物礁储层类型。

1.4.1 裂缝—孔隙型

铁山生物礁气藏为构造—岩性复合圈闭气藏,该气藏岩心测试孔隙度一般在1.5%～4.4%,平均孔隙度1.8%。气体渗透率一般在(0.01～2.00)×10-3μm2,属低孔低渗型储层,但微裂缝发育,测试产能日产天然气数万至数十万立方米,经酸化后有的日产气量超过一百万立方米。这表明储层中的裂缝在渗流过程中起了重要作用。气井的不稳定试井资料也说明其储层具有双重介质的典型特征,其压力恢复曲线出现两个直线段(图2)。铁山生物礁气藏储层的这些特征,是与该气藏位于铁山背斜南高点轴部,位于裂缝发育的有利部位有关。

图2 铁山X井压力恢复曲线

1.4.2 孔隙型

与铁山生物礁气藏储层情况完全不同的是板东生物礁气藏。该气藏细—中晶白云岩储层岩心孔隙度平均高达10.65%、平均渗透率为63.32×10-3μm2,属于高孔、高渗型储层,其储层发育段自然伽马低值,声波、中子呈现高值,电阻率在100～1000 Ω·m之间。但从其储层取心段来看,裂缝偶见,测试产量为80余万立方米、凝析油16t,表明其储层属于孔隙型。根据其压力恢复曲线(图3)来看,其气藏的储层性质也属于单一介质的孔隙型储层。

图3 板东x井压力恢复曲线

2 控制因素

控制开江-梁平海槽两侧长兴组生物礁储层发育的主要因素有沉积作用和成岩作用。其中,沉积作用不仅决定了该套储层的大致分布范围,还影响着后期成岩作用的类型、强度和特征;成岩作用决定了储层的最终分布范围和储层质量的优劣[6-9]。

2.1 沉积作用

目前的勘探表明,研究区生物礁储层主要分布在开阔台地相与台地边缘相,生物礁储层与沉积微相关系密切,研究表明,与生物礁储层关系最为密切的是高能生屑滩相,其次为礁核相。

根据对研究区长兴组有效储层段的岩心样品孔隙度及样品渗透率与沉积微相关系统计发现,高能生屑滩和礁核储层物性最好,其平均孔隙度和平均渗透率分别为 7.21%、6.43%和 5.08×10-3μm2、3.23×10-3μm2;其次为礁内滩,孔隙度和渗透率平均值分别为4.47%和1.56×10-3μm2;低能生屑滩和低能粒屑滩最差,平均孔隙度分别为3.87%和3.82%;礁角砾物性仅次于礁核和高能生屑滩。这十分明显地表现出沉积相的控制作用。但并非所有的礁组合中都有储层发育,在有储层发育的礁体中也并非所有的滩相都成为储层,这说明礁相的控制作用不是唯一的,但它对形成储层有利的成岩作用是有明显控制。

2.2 成岩作用

沉积环境为长兴组礁滩储层发育提供了物质基础,控制了原生孔隙形成[10]。但礁滩沉积能否成为有效储层,成岩作用是关键,成岩作用类型及其强度决定了现今储层的质量和分布。对区内长兴组生物礁储层形成具有建设性作用的成岩作用有白云石化作用和溶蚀作用。

2.2.1 白云石化作用

关于研究区长兴组白云岩的成因存在较大的争议,从九十年代后期开始,部分学者认为长兴组生物礁白云岩储层是成岩期埋藏白云岩化产物[11-12]。但是经研究表明大多数的生物礁白云岩有序度为0.8～0.95,平均值为0.82,较埋藏白云岩有序度(一般大于0.9)要低,比同生期有序度(一般小于0.7)要高,说明其形成环境介于准同生和埋藏环境之间,可能为混合水环境。且微量元素分析表明,白云岩中 Sr、Na元素含量相对正常海水含量要低,为近地表环境下的改造的产物,不符合埋藏白云化模式。最近几年的勘探也表明长兴组生物礁白云岩完全受相带的控制,即台地边缘白云石化,其他部分白云石化弱或未云化,因此本文认为混合水白云化作用才是区内长兴组生物礁优质储层形成的关键。

2.2.2 埋藏溶解作用

礁气藏中白云石化储层的主要有效孔隙是埋藏溶解作用产生的。目前发现的气藏的储层中大多数含有沥青。在古油藏热解破坏时,有少数孔隙为沥青全充填,也有一些孔隙在古油藏破坏后又被晚期方解石充填,但在多数情况下形成古油藏的生物礁圈闭并未破坏。后期埋藏溶解孔的发育增加了储层先前的孔隙度,使形成气藏的生物礁圈闭的容量和有效性增加。

埋藏溶解作用主要表现为各种白云石晶粒的溶解和方解石胶结物的溶解,形成白云石晶间溶孔(溶孔孔径明显小于白云石晶粒)、晶粒溶孔(溶孔孔径与白云石晶粒相近)、超大溶孔(溶孔孔径明显大于白云石晶粒)、铸模孔及溶缝等。从溶解孔隙、裂缝与储层沥青关系来看,埋藏溶解作用可分成先于沥青侵位的早期埋藏溶解作用和迟于沥青侵位的晚期埋藏溶解作用两期。

(1)早期埋藏溶解作用。早期埋藏溶解作用所溶蚀的矿物主要是白云石,形成的溶解孔和溶缝的一个可靠识别特征是其内充有储层沥青。这些沥青可能全充填溶解孔隙,也可能呈团块状、碎片状分散于孔隙中或在孔缘形成衬里。沥青侵位后孔隙中剩余的空间有的保存下来,有的则被后来的粗粒-块状晶方解石全部充填。孔隙中的这些焦沥青有的具有半球状或乳突状起伏的表面,说明它们是原孔隙中的液烃因深埋热解后残留在孔隙中的。因此可以推断早期埋藏溶解孔是在古地温达到120℃以前形成的,也即是早期埋藏溶解作用发生在古地温达到120℃以前。

(2)晚期埋藏溶解作用。晚期埋藏溶解作用发生在储层沥青在孔隙中形成之后。因此晚期埋藏溶解孔是在深埋期高温阶段形成的。识别这种晚于储层沥青形成的晚期埋藏溶解孔隙和裂缝,最特征的识别标志是未充填沥青的溶孔、溶缝系统切割充填有沥青的早期埋藏溶解孔缝系统。有时也可以根据其它一些特征区别早期和晚期埋藏溶解孔。如有沥青的溶孔和无沥青的溶孔在形态上或大小上或类型上形成明显不同的两个群体。此外,对于高温期形成的自生矿物如萤石等溶解形成的溶孔,也可判别其属于晚期埋藏溶解孔。晚期埋藏溶解孔也可以在早期埋藏溶解孔的基础上经再次溶解扩大而成,有时它们很难区别。