準(zhǔn)噶爾盆地侏羅系儲集層成因模式與評價(jià)

準(zhǔn)噶爾盆地的侏羅系不僅是主要的泉層，也是主要的儲層，其油氣儲量和產(chǎn)量占盆地的一半以上。近幾年侏羅系油氣勘探進(jìn)入中深層,由于儲集層物性變差和非均質(zhì)性增強(qiáng),影響了勘探效益。因此,查明儲集層的基本性質(zhì)及其主控因素和相對優(yōu)質(zhì)儲集層的發(fā)育規(guī)律,是準(zhǔn)噶爾盆地油氣勘探急待解決的重大問題。1儲層的基本特征1.1巖石學(xué)基本特征準(zhǔn)噶爾盆地侏羅系儲集層的巖石學(xué)基本特征是低膠結(jié)物含量、低成分成熟度、高結(jié)構(gòu)成熟度和普遍含有塑性巖屑。1.1.1車排子和陸西地區(qū)北三臺、陸西地區(qū)J1s(三工河組)和J1b(八道灣組)的砂巖碎屑組分中石英含量稍高(超過40%),其余地區(qū)均低(一般23.5%～37.5%);車排子和陸西地區(qū)J1b砂巖長石含量偏低,其余層系和地區(qū)長石含量差異較小(一般約20%);各地區(qū)、各層系巖屑含量差異不大(一般38%～55%),巖屑組成主要為火山巖巖屑(且以凝灰?guī)r巖屑為主),其次為淺變質(zhì)巖巖屑(千枚巖和少量板巖、石英巖)。1.1.2不同巖性砂巖的黏土礦物組成J2x(西山窯組)、J1s、J1b砂巖中的陸源泥雜基含量普遍較少(平均含量一般約1.0%),分選普遍中等到好,反映結(jié)構(gòu)成熟度較高。自生膠結(jié)物總量整體較低(一般3%～6%),除陸源泥雜基外,高嶺石和硅質(zhì)是最普遍的自生膠結(jié)物,方解石含量普遍較低,只有個(gè)別高鈣質(zhì)夾層方解石含量較高。J2t(頭屯河組)—J3q(齊古組)砂巖黏土礦物組成與K1tg(吐谷魯群)砂巖類似,以伊/蒙混層為主,蒙皂石含量較高(平均70%～87.5%),伊利石和伊/蒙混層礦物主要呈充填式、襯壁式(K1tg砂巖中基本呈襯壁式),在碎屑顆粒周圍形成一層黏土膜,其微孔和表面富含地層水,極大地?cái)U(kuò)大了儲集層導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的截面積。這是K1tg形成低電阻油層的最主要原因。各地區(qū)J2x、J1s與J1b砂巖的黏土礦物組成類似,以高嶺石為主,其次為伊/蒙混層(蒙皂石含量較低,一般20%～40%)和伊利石。J1+2sh(水西溝群)煤系砂巖的高嶺石含量比J2+3sh(石樹溝群)非煤系砂巖相對高,高嶺石主要呈斑塊狀集合體充填砂巖孔隙,其次為散亂狀不規(guī)則分布。1.1.3塑性巖屑k1g塑性巖屑的存在對砂巖成巖過程中儲集性質(zhì)影響較大。準(zhǔn)噶爾盆地侏羅系砂巖中的塑性巖屑主要是低變質(zhì)的千枚巖及少量板巖、泥巖和云母,富集于J2x和J1b3砂巖中,J2+3sh及J1s砂巖中較少,而且各層系細(xì)粒級砂巖富集塑性巖屑,粗粒級砂巖明顯偏少。K1tg砂巖的塑性巖屑含量總體較低,莫索灣地區(qū)平均僅2.9%。阜東斜坡西南部J1s砂巖除上類巖屑外,還有大量水化和泥化的凝灰?guī)r巖屑(以往把此類巖屑鑒定為變泥巖和泥巖)。此類巖屑抗壓實(shí)強(qiáng)度極低,在較淺埋深(一般約2000m)時(shí)即強(qiáng)變形而成為假雜基。1.2煤系砂巖及高嶺石由于本區(qū)砂巖膠結(jié)物很少,因此溶蝕作用非常弱,影響儲集層性能的最主要成巖作用是壓實(shí)。但在達(dá)到一定埋深(2000～2500m)后,煤系砂巖的壓實(shí)與壓溶強(qiáng)度明顯強(qiáng)于非煤系砂巖,隨埋深繼續(xù)增加,這種差異縮小。其原因是在準(zhǔn)同生期和早成巖期,煤系地層形成的腐殖酸對砂巖有溶蝕作用(特別是選擇性溶蝕火山巖巖屑),既阻止了鈣質(zhì)膠結(jié),導(dǎo)致砂巖骨架顆粒之間的空間缺乏支撐,也使骨架支撐力降低,因此煤系砂巖抗壓實(shí)能力相對較低。非煤系的J1s與K1tg砂巖壓實(shí)作用相對較弱,以線—點(diǎn)狀或點(diǎn)—線狀接觸為主,且主要為孔隙型膠結(jié)或薄膜-孔隙型膠結(jié);煤系的J1b與J2x砂巖則以線狀接觸和壓嵌型膠結(jié)為主,壓實(shí)作用相對較強(qiáng)。煤系砂巖與非煤系砂巖中高嶺石的發(fā)育程度、形成期次和分布產(chǎn)狀也有差異。J1b與J2x的高嶺石多為散亂狀分布,且易隨孔隙流體流動而遷移,對砂巖的滲透性能影響較大;J1s高嶺石主要呈斑塊狀集合體分布,不易遷移,對砂巖的滲透性能影響相對較小。1.3儲集層中粒間孔和基質(zhì)收縮孔根據(jù)顯微鏡、掃描電鏡的觀察,結(jié)合對砂巖成巖作用特征、粒間膠結(jié)物的研究,特別是方解石溶蝕微量及溶蝕主要是顆粒溶蝕的特點(diǎn),將準(zhǔn)噶爾盆地侏羅系及K1tg砂巖孔隙類型劃分為以下4類:①粒間孔基本為剩余原生粒間孔和微量或少量粒間溶蝕孔,為顯孔的主要孔隙類型,在各地區(qū)相對優(yōu)質(zhì)儲集層中均占優(yōu)勢,尤其是K1tg、J2+3sh、J1s(除阜東斜坡西南部)和陸西地區(qū)J2x儲集層中所占比例較高。粒間孔主要分布于粗粒級砂巖中,且非煤系砂巖的粒間孔含量高于煤系砂巖,莫索灣地區(qū)K1tg砂巖埋深4000m時(shí)粒間孔仍較多,這與其粒級粗、塑性巖屑含量低以及無早期溶蝕而抗壓實(shí)性較強(qiáng)有關(guān)。②顆粒溶蝕孔主要是長石和火山巖巖屑被選擇性溶蝕所形成,為顯孔的次要孔隙類型,往往富集于煤系砂巖中。J1b和J2x顆粒溶蝕孔較發(fā)育,但總量較低(一般小于1%)。在埋藏較深時(shí),煤系中塑性巖屑含量高的砂巖顆粒溶蝕孔顯著增加。③基質(zhì)收縮孔屬于因基質(zhì)脫水、轉(zhuǎn)化導(dǎo)致收縮作用而形成的孔隙,主要見于泥質(zhì)含量較高的J2t、J3q砂巖中,其次為車排子地區(qū)的J1b砂巖中。④微孔或晶間孔包括高嶺石晶間孔、黏土雜基微孔、粒間微孔和顆粒內(nèi)微孔等。它們雖占總孔隙體積的絕大部分,但對滲透率貢獻(xiàn)甚小。1.4孔隙度對于j1s1和2填隙物性質(zhì)和孔隙結(jié)構(gòu)的不同會導(dǎo)致孔、滲關(guān)系變化趨勢的一定差異。從圖1可見,在相同孔隙度下的滲透率,J1s1+2相對最高,其次為J1s3和J1b1,再次為J2x、J2+3sh與K1tg相對最低。這主要是因?yàn)镴1s1+2砂巖孔隙結(jié)構(gòu)類型較好,而K1tg砂巖顆粒均較細(xì),孔喉較小,泥雜基含量較高且大多呈薄膜式。2中侏羅系儲層性質(zhì)的主要因素2.1膠結(jié)作用損失孔隙成巖壓實(shí)是準(zhǔn)噶爾盆地儲集層孔隙損失的主控因素,壓實(shí)減孔量基本上大于15%(平均20%),而膠結(jié)作用損失孔隙是次要的,膠結(jié)減孔量一般小于10%(平均5%)。壓實(shí)減孔趨勢在2500m左右深度開始明顯減緩,尤其是非煤系儲集層,在相同埋深時(shí)非煤系儲集層的壓實(shí)減孔量低于煤系(見圖2),表明前者的抗壓實(shí)性能一定程度上強(qiáng)于后者。2.2儲集層的埋深加大,加速了砂巖壓實(shí)準(zhǔn)噶爾盆地侏羅系儲集層中普遍存在可壓縮性較強(qiáng)的塑性巖屑,加速了砂巖壓實(shí),這種影響在儲集層埋深較小時(shí)尤其明顯。由圖3可見,隨塑性巖屑含量增加,孔隙度呈線性減小,而滲透率呈指數(shù)減小,反映塑性巖屑對滲透率影響更顯著。2.3總壓實(shí)減孔量細(xì)粒級砂巖中的塑性巖屑含量明顯高于粗粒級砂巖,J2+3sh與陸西地區(qū)K1tg的粉細(xì)砂巖因塑性巖屑含量不同造成的孔隙度損失為1.5%～2.5%,占總壓實(shí)減孔量的10%～30%。由于細(xì)粒級儲集層的抗壓實(shí)敏感性強(qiáng)于粗粒級儲集層,在塑性巖屑含量低于8%條件下,在2000～4500m深度,粒徑粗、細(xì)不同導(dǎo)致的非煤系儲集層孔隙保存量的差異為3.9%～4.5%(見圖4),由粒徑和塑性巖屑含量不同共同導(dǎo)致的孔隙保存量差異最大可達(dá)5.5%～7%,因此,粒徑大小對儲集層的評價(jià)、預(yù)測很重要。2.4煤系與非煤系儲集層的細(xì)粒砂巖孔隙度比較,單次運(yùn)行效果差于非煤系儲集層的儲集層。據(jù)年齡控制準(zhǔn)噶爾盆地煤系的J1b與J2x早期生成豐富的有機(jī)酸,在埋藏早期顆粒之間尚未緊密接觸時(shí),砂巖中的巖屑、長石被較普遍溶蝕,導(dǎo)致抗壓實(shí)能力降低,這是煤系儲集層物性普遍差于非煤系儲集層的主要原因之一。在2000～3000m深度,煤系與非煤系的中細(xì)—細(xì)砂巖孔隙度差異為0.8%～3.1%;深度大于3000m時(shí),兩者差異小于1.0%,這與在一定程度上較強(qiáng)的壓實(shí)作用掩蓋了細(xì)粒砂巖是否屬煤系有關(guān)。在3000～4500m深度,煤系與非煤系粗砂巖孔隙度的差異為4.0%～5.0%,表明是否屬煤系,對較粗粒級儲集層的影響更大。3儲層結(jié)構(gòu)的形成模式準(zhǔn)噶爾盆地侏羅系儲集層成因類型可劃分為煤系和非煤系兩大類,有兩種成因模式(見圖5、圖6)。3.1非煤系儲集層孔隙度與深度關(guān)系非煤系儲集層主要分布于J1s和J2t,由于沒有早期溶塌作用,孔隙保存條件比煤系儲集層有利。控制其孔隙演化-保存程度的因素主要是熱成熟度,其次為粒徑和塑性巖屑含量,早期(距今210～140Ma)孔隙損失較緩慢,之后(距今140～100Ma)為孔隙主要損失期,壓實(shí)減孔量為14.2%～21.5%,膠結(jié)減孔量約5%,二者共占總減孔量的23%～35%。圖5a為在不同粒徑和不同塑性巖屑含量條件下,非煤系儲集層孔隙度隨深度變化關(guān)系的預(yù)測曲線,圖5b為J1s砂巖孔隙演化史。上述曲線均含預(yù)測部分,利用這些相關(guān)曲線即可預(yù)測一定巖性的孔隙度。3.2破碎狀壓實(shí)壓實(shí)煤系儲集層的成巖-成孔特點(diǎn)是成巖階段早期溶蝕作用較普遍,使硅酸鹽顆粒呈支離破碎狀,從而加快其壓實(shí)。因此,在一定深度條件下,其孔隙度是深度、粒徑、塑性巖屑含量和早期溶塌作用等的綜合反映,這使同地區(qū)、同層位、同巖性的煤系有效儲集層埋深小于非煤系儲集層,用此定量關(guān)系可以預(yù)測煤系分布區(qū)一定深度和巖性的孔隙度。4成巖壓實(shí)減孔量的影響因素本文對準(zhǔn)噶爾盆地侏羅系—白堊系儲集層評價(jià)及分布預(yù)測基于以下認(rèn)識:①儲集層屬于剩余原生粒間孔隙型儲集層,而成巖壓實(shí)是決定原生粒間孔保存程度的關(guān)鍵因素,因此對于相同深度的儲集層,影響成巖壓實(shí)減孔量的因素有粒徑、塑性巖屑含量和是否屬煤系;②粗粒級儲集層為優(yōu)質(zhì)或相對優(yōu)質(zhì)儲集層;③在限定粒徑和是否屬煤系的條件下,孔隙度與深度呈良好的線性關(guān)系。4.1儲集層精細(xì)設(shè)計(jì)為提供不同地區(qū)確定有效勘探深度的依據(jù),在明確儲集層性質(zhì)控制因素的基礎(chǔ)上,利用已建立的分地區(qū)、分層位和分巖性(粒徑)的孔-滲關(guān)系曲線,根據(jù)研究地區(qū)不同滲透率下限值(≤1.0×10-3μm2,≤5.0×10-3μm2,≤10×10-3μm2),確定出對應(yīng)的孔隙度下限,再根據(jù)已建立儲集層的成因模式獲得各孔隙度下限的深度值。預(yù)測結(jié)果表明,對于滲透率下限值為5.0×10-3μm2的中—粗砂巖深度是:J1b一般小于3000～3200m(平面上變化不大),J2x一般小于3000～3200m,J1s一般小于3500～3700m(莫索灣、莫北地區(qū)可達(dá)5000～5200m,部分粗—中砂巖和粗砂巖則可超過5200m)。莫索灣地區(qū)的J1s在與其它地區(qū)J1s滲透率相同時(shí),埋深要大1000m以上,原因是存在低地溫、粒徑粗、塑性巖屑含量低和非煤系沉積的因素。4.2儲集層平面分布的確定將儲集層分為3類:①平均滲透率大于10×10-3μm2(A類),相當(dāng)于儲集層類別中的Ⅰ—Ⅲ1類。②平均滲透率為1×10-3～10×10-3μm2(B類),相當(dāng)于儲集層類別中的Ⅲ2類,物性仍然較好;③平均滲透率小于1×10-3μm2(C類),相當(dāng)于儲集層類別中的Ⅳ類。在得出不同滲透率下限值對應(yīng)的最大埋深基礎(chǔ)上,進(jìn)一步評價(jià)預(yù)測不同性質(zhì)儲集層的平面分布,為勘探區(qū)選擇和評價(jià)提供更充分的依據(jù)。結(jié)果如下:J2+3sh儲集層以Ⅲ1類為主,Ⅰ類、Ⅱ類和Ⅲ2類次之,盆地西部儲集性質(zhì)較東部稍好。J2x儲集層以Ⅲ類和Ⅳ類為主,陸西和中拐地區(qū)有較多的Ⅰ類和Ⅱ類儲集層。J1s儲集層在阜東斜坡西南部和彩35井區(qū)較差,以Ⅲ2類、Ⅳ類為主,其余地區(qū)均較好,以Ⅱ類和Ⅲ1類為主。J1b1儲集層整體較差,只有阜東斜坡中部和西南部、車排子地區(qū)個(gè)別井較好