翁望飛 李 爭 季紅軍 馬 成 張金華

(1.中國石化江蘇油田分公司物探技術(shù)研究院 2.中國石化江漢油田分公司勘探開發(fā)研究院 )

阿爾及利亞A區(qū)塊三疊系砂巖儲層特征及其影響因素

翁望飛1李 爭2季紅軍1馬 成1張金華1

(1.中國石化江蘇油田分公司物探技術(shù)研究院 2.中國石化江漢油田分公司勘探開發(fā)研究院 )

三疊系砂巖儲層是阿爾及利亞A區(qū)塊最主要的勘探目的層,研究其儲層特征及控制因素對區(qū)塊內(nèi)油氣勘探及井位部署有著重要的指導(dǎo)意義。通過巖心觀察,結(jié)合區(qū)域地質(zhì)資料及樣品實驗室分析測試資料,認為阿爾及利亞 A區(qū)塊三疊系砂巖儲層以中粒、細粒巖屑石英砂巖為主,成分成熟度高,結(jié)構(gòu)成熟度中等,分選好,顆粒圓度為次棱角—次圓,發(fā)育有原生粒間孔、次生溶蝕粒間孔,孔喉組合類型以大孔 -細喉道為主。受機械壓實作用、化學(xué)壓溶作用、膠結(jié)作用、溶蝕作用等成巖作用影響和沉積環(huán)境、構(gòu)造作用控制,阿爾及利亞 A區(qū)塊三疊系砂巖儲層屬于低孔、特低孔 -中低滲、特低滲儲層。圖 4表 2參 4

三疊系 儲層特征 物性 孔隙結(jié)構(gòu) 成巖作用 影響因素 阿爾及利亞

阿爾及利亞A區(qū)塊位于非洲撒哈拉地臺的中北部,橫跨了三個一級構(gòu)造單元,區(qū)塊北部屬圖古爾特低隆起,西南為韋德邁阿盆地,東南為哈西邁斯歐德隆起的部分區(qū)域,面積約為 6865.57km2[1]。沉積盆地的整個演化過程主要經(jīng)歷了加里東、海西、早阿爾卑斯和晚阿爾卑斯 4個構(gòu)造階段[2,3],各構(gòu)造階段不同的褶皺幕運動對盆地產(chǎn)生了不同程度的影響,形成了目前的構(gòu)造面貌和沉積地層。早三疊世,地層停止抬升剝蝕,在海西不整合面上接受沉積,發(fā)育了三疊系陸相河流 -三角洲地層,為一套棕紅色、灰色細砂—粉砂巖與棕紅色、灰綠色、灰色泥巖互層。

A區(qū)塊油氣發(fā)現(xiàn)始于上個世紀八十年代,MEK-1和 EHC-1井在三疊系下統(tǒng) SI段砂巖儲層中獲得有高產(chǎn)油流,其中MEK-1井穩(wěn)產(chǎn)至今,平均產(chǎn)量可達 130m3/d。但從上世紀 90年代以來,該區(qū)塊油氣勘探再沒有大的突破,其中儲層的研究力度不足,是一個很大的制約因素。在對區(qū)塊內(nèi) 9口探井巖心描述及砂巖分布研究基礎(chǔ)上,采集了 90余塊砂巖巖心及巖屑樣品,通過常規(guī)物性、鑄體薄片、掃描電鏡、X-射線衍射、壓汞實驗等多項測試方法,對儲集巖的巖石學(xué)特征、儲集物性、孔隙發(fā)育特征及其影響因素進行了細致的探討。

1 儲層特征

1.1 碎屑巖石學(xué)特征

A區(qū)塊三疊系砂巖儲層分為 SI砂巖段和 T1砂巖段,兩者巖石學(xué)特征相似,巖性以中砂巖和細砂巖為主,其次為粉砂巖,含極少量礫巖。粒徑的分布區(qū)間為0.13Pmm ～0.3Pmm,碎屑巖結(jié)構(gòu)成熟度中等,顆粒圓度為次棱角—次圓,分選好;砂巖為顆粒支撐,顆粒間的接觸方式以點 -線、線 -凹凸接觸為主,少量點、線接觸。碎屑中石英含量高,為 76.7%～96.0%,平均87.8%,巖屑 2.0%～18.7%,平均 10.1%,長石 1.0%～4.7%,平均 2.1%,主要為沉積巖、變質(zhì)巖類巖屑,含少量的云母。成分成熟度介于 3.3～24.0之間,平均為 8.84。按?？朔诸怺4],砂巖類型主要為巖屑石英砂巖 (圖 1)。膠結(jié)物主要為白云石、硅質(zhì)、硬石膏,自生粘土等,少量為氧化鐵及菱鐵礦。膠結(jié)類型有接觸 -壓嵌、接觸 -孔隙、壓嵌 -孔隙、接觸、壓嵌等。砂巖 X-射線衍射分析結(jié)果也表明碎屑物顆粒以石英為主,平均含量 86.7%,鐵白云石 5.3%,硬石膏 5.0%,斜長石 2.3%,鉀長石 3.7%,粘土礦物 4.6%。

1.2 儲層孔隙結(jié)構(gòu)特征

(1)孔隙類型

鑄體薄片和掃描電鏡分析表明,該區(qū)塊三疊系砂巖儲層孔隙類型以次生孔隙和原生孔隙混合發(fā)育為特點,砂巖儲層面孔率在 1.13%～8.40%之間,平均4.21%。主要的孔隙類型有原生粒間孔 (圖 2-1)、溶蝕 粒間孔 (圖 2-2)、鑄模孔 (圖 2-3)、粒內(nèi)溶孔(圖 2-4)、裂縫孔隙及局部微孔隙 (圖 2-5)等。

圖1 A區(qū)塊三疊系砂巖類型三角分類圖

鑄體薄片顯示原生粒間孔形態(tài)呈三角形、多邊形,孔隙邊緣平直,未見有明顯的溶蝕現(xiàn)象。而溶蝕粒間孔則形態(tài)呈不規(guī)則狀、多邊形狀、長條狀、孤立狀等,孔隙邊緣見明顯的溶蝕現(xiàn)象,部分呈溶蝕港灣狀。掃描電鏡下顯示粒間溶蝕主要由骨架顆粒、膠結(jié)物和粘土基質(zhì)溶蝕形成,粒間孔多分布伊利石、埃洛石、自生石英、綠泥石、水云母等溶蝕產(chǎn)物。粒內(nèi)溶孔主要是由長石、易溶巖屑等碎屑顆粒局部溶蝕形成,部分孔隙內(nèi)充填有伊利石、水云母、石英等自生礦物。鑄?？紫涤刹环€(wěn)定顆粒完全被溶蝕掉后所形成的孔隙,常通過原來的泥質(zhì)包殼而保留其外形,常見長石和巖屑溶蝕而形成的鑄?？紫?。

(2)孔隙結(jié)構(gòu)特征

三疊系儲層砂巖樣品鑄體薄片孔隙特征圖像分析顯示喉道以片狀、彎片狀為主,次為可變斷面的收縮部分,粘土集中處為管束狀喉道。平均孔隙半徑分布在 17.6μm～74.4μm之間 ,均值 32.5μm,平均喉道半徑分布在 8.1μm～23.4μm之間,均值15.5μm,孔喉配位數(shù)一般在 1～2,平均配位數(shù) 0.52,平均孔喉比 2.11。根據(jù)樣品壓汞資料可以看出 (表1),三疊系儲層砂巖排驅(qū)壓力主要分布在 0.03 MPa～2.90MPa,平均 0.49MPa,該壓力值所反映的孔滲特征與物性測試獲得的結(jié)果相符合。中值孔喉半徑2.09μm,歪度 2.14,分選系數(shù) 2.29,變異系數(shù) 0.27,均值系數(shù) 9.01,最大進汞飽和度 89.13%,束縛水飽和度 10.09%,退出效率 20.51%。

1.3 儲層物性特征及分類評價

根據(jù) A區(qū)塊探井巖心柱樣品物性資料統(tǒng)計 (圖3),三疊系砂巖儲層孔隙度值分布穩(wěn)定,集中在 5%～15%之間,平均 8.8%,而滲透率則有明顯的局部變化,數(shù)值可從小于 0.1mD快速增加至 200mD以上,平均可達 26.23mD(表 2)。依據(jù)壓汞、鑄體薄片、巖心物性分析結(jié)果,按中華人民共和國石油天然氣行業(yè)標準《SY/T 6285-1997油氣儲層評價方法》可以將儲層劃分為 4類。

(1)低孔 -中滲型:這是本區(qū)最好的一種孔隙結(jié)構(gòu),但在平面上分布較少,物性顯示平均孔隙度12.8%,平均滲透率 157.4mD,排驅(qū)壓力多數(shù)小于0.1MPa,平均孔喉半徑為 1μm ～25μm,孔隙類型以連通性好,孔大喉粗的粒間溶孔、原生粒間孔為主。

(2)低孔 -低滲型:該類儲層平均孔隙度10.1%,平均滲透率 21.3mD,壓汞資料顯示排驅(qū)壓力集中在 0.1 MPa～0.4MPa,平均孔喉半徑為 2μm～4μm,孔隙類型為連通性略差,大孔細喉的粒間溶孔、原生粒間孔。

(3)特低孔 -特低滲型:該類儲層在本區(qū)分布廣泛,物性差,孔喉偏細,平均孔隙度 9.2%,平均滲透率 3.5mD,排驅(qū)壓力 0.4 MPa～1MPa,平均孔喉半徑為 0.6μm ～3μm,孔隙類型包括連通性差的粒間溶孔、原生粒間孔及粒內(nèi)溶孔。

(4)特低孔 -超低滲型:該類儲層在本區(qū)同樣分布廣泛,為最差的一種孔隙結(jié)構(gòu)類型。平均孔隙度 6.14%,平均滲透率 0.34mD,排驅(qū)壓力大于1MPa,平均孔喉半徑更小,孔隙極不發(fā)育,粒間溶孔、原生粒間孔少,多發(fā)于粒內(nèi)溶蝕微孔。

表明A區(qū)塊三疊系砂巖儲層主要孔隙結(jié)構(gòu)類型為特低孔 -特低滲型和特低孔 -超低滲型,其次為低孔 -低滲型,評價較好的低孔 -中滲型少見。

2 儲層影響因素分析

影響一個地區(qū)儲層發(fā)育的因素很多,是各種復(fù)雜地質(zhì)事件綜合作用的結(jié)果。A區(qū)塊三疊系儲層各項實驗資料分析表明,控制儲層性質(zhì)的主要因素是沉積環(huán)境、成巖作用和構(gòu)造作用。

2.1 沉積環(huán)境對儲集性能的影響

沉積環(huán)境對儲層性質(zhì)的影響主要表現(xiàn)在:宏觀上其控制著儲層的厚度、規(guī)模及空間展布;微觀上則決定著碎屑顆粒的大小、填隙物的種類和含量及砂巖巖石結(jié)構(gòu)的好壞,甚至對后期成巖作用的強度都有著重要的影響,它對儲層的控制作用是先天的。

圖2 薄片鑒定圖版

圖3 A區(qū)塊三疊系砂巖孔 -滲直方圖

表1 A區(qū)塊三疊系砂巖孔隙結(jié)構(gòu)

表2 A區(qū)塊三疊系砂巖孔隙度、滲透率及喉道統(tǒng)計表

阿爾及利亞 A區(qū)塊三疊系儲層地層古老,經(jīng)歷過多幕次的構(gòu)造運動,后期成巖作用強烈,導(dǎo)致沉積環(huán)境對成巖作用主次和強弱的影響作用大幅度減退,沉積環(huán)境對儲層物性的影響作用也相對較小。三疊系砂巖孔 -滲之間呈“帶狀”正相關(guān)關(guān)系 (圖 4),但從圖中可以看出孔隙度數(shù)值范圍變化小,表明其分布相對穩(wěn)定,不管在單井的縱向不同深度,還是在平面上的不同相帶內(nèi),孔隙度平均值為 8.8%左右;而滲透率數(shù)值則跨度明顯較大,從小于 0.1mD變化至 100mD以上,說明砂巖滲透性不僅在同一口井的不同深度,即使是短距離的不同橫向砂體,數(shù)值變化也很迅速。從孔 -滲關(guān)系可以看出沉積環(huán)境對儲層物性的影響較小,而后期成巖改造及因構(gòu)造運動產(chǎn)生的裂縫對儲層物性起著重大控制作用。

2.2 成巖作用對儲層性質(zhì)的影響

巖石薄片、掃描電鏡、X-射線衍射、儲層物性等測試分析結(jié)果顯示,阿爾及利亞 A區(qū)塊三疊系砂巖儲層處于晚成巖階段 A期,成巖作用對儲層的物性起著重大的影響。其中壓實作用、膠結(jié)作用主要是降低儲層孔滲,使物性變差,而溶蝕作用則提高儲層的孔隙度和滲透率,使物性得以改善。

圖4 A區(qū)塊三疊系砂巖孔 -滲半對數(shù)相關(guān)關(guān)系圖

(1)成巖階段劃分

依據(jù)中華人民共和國行業(yè)標準《SY/T 5477-92油氣儲層評價方法》,認為 A區(qū)塊三疊系砂巖儲層主要處于晚成巖階段A期。

巖石薄片顯示三疊系儲層碎屑顆粒之間以點 -線、線 -凹凸接觸為主,在機械壓實下表現(xiàn)出一定的壓實或壓溶定向;砂巖巖性較致密,孔隙以次生溶蝕粒間孔為主,低孔隙度,有被后期成巖改造的痕跡。

掃描電鏡發(fā)現(xiàn)巖樣中石英具有明顯的次生加大,級別 II～III(圖 2-7),長石普遍發(fā)生溶蝕,常見有白云石、硬石膏等鹽類自生產(chǎn)出。

非粘土礦物 X-衍射分析結(jié)果顯示,有鐵白云石存在,表明成巖作用較強。粘土礦物 X-衍射定量分析結(jié)果則表明,粘土礦物含量以伊利石最高,平均含量 55.3%,其次為綠泥石 8.7%和高嶺石8.6%,伊利石 /蒙脫石混層中蒙脫石含量為 14%,屬有序混層帶,儲層處于晚成巖階段。

根據(jù)區(qū)塊 HJS-1井儲層試油資料,三疊系平均地溫為 108℃,其下伏志留系暗色泥巖 Ro值為0.55%～0.95%,據(jù)此判斷儲層處于晚成巖階段。

(2)機械壓實和化學(xué)溶蝕

機械壓實和化學(xué)壓溶是導(dǎo)致儲層物性變差的主要因素之一,隨著埋藏深度的增加,碎屑顆粒之間接觸方式主要以點 -線,線 -凹凸方式為主,部分發(fā)育有縫合線。受顆粒間壓溶作用影響,巖石成巖期的硅質(zhì)組分增多,從而促使石英的次生加大和自生石英的形成,同時巖石中的塑性顆粒,如云母、泥巖巖屑等被擠壓彎曲變形 (圖 2-6),使得顆粒緊密鑲嵌,導(dǎo)致物性變差。

(3)膠結(jié)作用

從對儲層性質(zhì)的影響程度來看,最重要的是碳酸鹽巖膠結(jié),此類膠結(jié)物主要為白云石,鏡下多呈細晶—粉晶,邊緣部分含氧化鐵,少數(shù)白云石呈連晶狀分布于粒間,多交代碎屑顆粒邊緣及石英次生加大邊,呈鋸齒狀和港灣狀;硅質(zhì)膠結(jié)主要表現(xiàn)為石英的次生加大和自生石英晶體的形成。石英的次生加大作用無論在垂向上還是橫向上都較發(fā)育,加大級別 II～III,部分石英次生加大形成自形晶面。次生加大強烈時,顆粒間會彼此形成緊密鑲嵌狀接觸;粘土礦物在儲層中表現(xiàn)為孔隙充填式和顆粒包裹式。前者在掃描電鏡中表現(xiàn)為粘土礦物,以多種形式充填于砂巖粒間孔隙中,包括伊利石呈片狀、絲狀,伊 /蒙混層呈絲縷狀、蜂窩狀,高嶺石呈書頁狀集合體,綠泥石呈葉片狀 (圖 2-8)、絨球狀等。粘土礦物,產(chǎn)狀呈薄膜狀或櫛殼狀,包裹在碎屑顆粒的周圍;硫酸鹽膠結(jié)物主要為硬石膏,斑塊狀分布,多呈它形充填于孔隙中。

(4)溶蝕作用

A區(qū)塊三疊系儲層中存在著不同程度的顆粒溶蝕作用,其對形成次生孔隙,改善儲集層物性起著積極的作用。作用方式有兩類:格架顆粒的溶蝕和粒間擴大溶蝕。前者主要是對長石顆粒沿解理或裂縫進行不同程度的溶蝕,作用強烈時可將長石顆粒全部溶蝕掉,形成鑄?？?僅殘留粘土包殼;后者是在原生粒間孔的基礎(chǔ)上,對周圍碎屑顆粒或膠結(jié)物進行溶蝕,使碎屑顆粒邊緣不規(guī)則收縮,形成溶蝕擴大的粒間孔。

(5)構(gòu)造作用對儲層性質(zhì)的影響

阿爾及利亞A區(qū)塊自三疊系沉積以后,經(jīng)歷了阿爾卑斯等構(gòu)造運動的多次改造,形成了對儲層物性影響較大的斷裂及裂縫。鉆井巖心描述及照片顯示,三疊系儲層中分布有裂縫,對儲層滲透性的改善是積極明顯的。從裂縫溝通油氣性能上來看,可以分為無效縫和有效縫,前者在裂縫發(fā)育之后,被充填有方解石、石英等自生礦物,堵塞縫道,對儲層物性的改善并不起實際作用。而有效縫在形成后,沒有被充填和膠結(jié),溝通性能良好,能極大的提高儲層滲透性,對油氣的運移及儲集起到了重要作用。

3 結(jié)論

(1)A區(qū)塊三疊系儲層巖石類型為巖屑石英砂巖,成分成熟度高,結(jié)構(gòu)成熟度中等,分選好,顆粒圓度為次棱角—次圓,發(fā)育有原生粒間孔、次生溶蝕粒間孔,孔喉組合類型以小孔 -細喉道為主。

(2)A區(qū)塊三疊系砂巖儲層孔隙度分布穩(wěn)定,平均值 8.8%左右,而滲透性能縱向、橫向變化均較大,在有效裂縫的溝通改善下,滲透性可以達到200mD以上的中滲。

(3)A區(qū)塊三疊系砂巖儲層性質(zhì)主要受沉積環(huán)境、成巖作用和構(gòu)造運動等因素的影響,各種因素間存在一定的相關(guān)關(guān)系。其中成巖作用的機械壓實、化學(xué)壓溶、礦物膠結(jié)與交代、溶蝕作用是最重要的,其次是構(gòu)造運動和沉積條件。

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RESERVOIR CHARACTERISTICS OF TRIASSIC SANDSTONE AND ITS INFLUENCING FACTORS,ALGERIA A BLOCK

WENGWangfei1,LIZheng2,J IHongjun1,MA Cheng1and ZHANG Jinhua1(1.Research Institute of Geophysical Prospecting,Sinopec Jiangsu Oilfield Company;2.Research Institute of Exploration and Development,Sinopec Jianghan Oilfield Company).

Triassic Sandstone is the main target formation in Algeria A block.So,to study its reservoir characteristics and influencing factors is significant for both hydrocarbon exploration and wellsite deployment.Based on core observation,regional geology data analysis and sample experimental test,we consider that(1)Triassic Sandstone ismainly composed ofmiddle-to fine-grained lithic quartz sandstone with a high compositionalmaturity and a middle texture maturity;(2)it is well-sorted and its particle is of both subangular and subcircular roundness;(3)primary intergranularpore and secondary dissolved intergranularpore are developed in Triassic Sandstone with a type of large pore and fine throat as the soul;(4)it is affected by diagenesis of mechanical compaction,chemical pressure solution,cementation and dissolution,meanwhile it's controlled by sedimentary environment and tectonism;and(5)Triassic Sandstone is one reservoirwith low porosity,extra low porosity and middle to low permeability,extra low per meability.

Triassic,reservoir characteristics,physical property,pore structure,diagenesis,influencing factor,Algeria

翁望飛,男,1980年出生,浙江金華人,工程師;西北大學(xué)碩士研究生,現(xiàn)從事油氣地質(zhì)研究。地址:(210046)江蘇省南京市棲霞區(qū)堯化門江蘇油田物探技術(shù)研究院(計算中心)。電話:13951622001,(025)83503173。E-mail:fiyan@163.com

NATURALGAS EXPLORAT ION&DEVELOPMENT.v.33,no.2,pp.6-10,4/25/2010

(修改回稿日期 2009-08-14 編輯 王曉清)