李峰峰，郭 睿，劉立峰，宋世琦

(1. 中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083； 2. 中國(guó)石油大學(xué)(北京) 地球科學(xué)學(xué)院，北京 102249)

0 引 言

儲(chǔ)層非均質(zhì)性指儲(chǔ)層在空間分布及內(nèi)部各種屬性上存在的不均勻變化，是影響地下流體運(yùn)動(dòng)及油氣采收率的重要因素[1]。碳酸鹽巖在形成過程中受沉積、成巖和構(gòu)造等復(fù)雜作用，造成儲(chǔ)層在不同時(shí)空尺度上具有顯著的差異性。大規(guī)模有效的碳酸鹽巖儲(chǔ)層通常是多種建設(shè)性成巖作用的結(jié)果，單一成因儲(chǔ)層發(fā)育較少，不同類型儲(chǔ)層垂向疊置呈“多層樓”式分布[2]。碳酸鹽巖儲(chǔ)層包括沉積型和成巖型，不同類型儲(chǔ)層孔隙發(fā)育的物質(zhì)基礎(chǔ)、孔隙調(diào)整和保存的機(jī)理及環(huán)境存在顯著差異[3-4]；儲(chǔ)集空間有孔隙型、裂縫-孔隙型和縫洞型，儲(chǔ)層物性差異大[5]。碳酸鹽巖儲(chǔ)層成因多樣性和強(qiáng)非均質(zhì)性嚴(yán)重影響了該類油藏的高效開發(fā)。中東地區(qū)碳酸鹽巖儲(chǔ)層受構(gòu)造作用影響較小，主要受沉積-成巖控制，儲(chǔ)層平面及縱向非均質(zhì)性強(qiáng)[6-19]。前人對(duì)礁灘相高能沉積型儲(chǔ)層特征及成因研究程度較高[20-28]，對(duì)于低能環(huán)境下儲(chǔ)層非均質(zhì)性研究程度較低。伊拉克M油田目前正處于開發(fā)上產(chǎn)階段，主力產(chǎn)層為白堊系Mishrif組生物碎屑灰?guī)r，開發(fā)過程中矛盾問題突出。M油田早期采用衰竭式開發(fā)，地層壓力降低了63.6%，而采出程度卻不到1.0%；Mishrif組地層厚度近300 m，射孔長(zhǎng)度較大，不同層段產(chǎn)液貢獻(xiàn)差異明顯，邊底水錐進(jìn)速度快，無水采油期較短；M油田由衰竭式開發(fā)轉(zhuǎn)為注水開發(fā)后，地層壓力恢復(fù)效果不佳，水竄現(xiàn)象嚴(yán)重，注入水波及效率低，無效水循環(huán)普遍。深化儲(chǔ)層非均質(zhì)性認(rèn)識(shí)是實(shí)現(xiàn)油田高效開發(fā)的重要基礎(chǔ)。本文基于大量的巖芯實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，重點(diǎn)研究伊拉克M油田白堊系Mishrif組沉積作用、生物擾動(dòng)作用、成巖作用及海平面升降旋回對(duì)儲(chǔ)層非均質(zhì)性的影響。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

M油田位于伊拉克東南部[圖1(a)]，構(gòu)造上屬于美索不達(dá)米亞盆地構(gòu)造前緣帶[29]，為特大型碳酸鹽巖油田。該油田為一SN向長(zhǎng)軸背斜，構(gòu)造作用影響較小。自油田發(fā)現(xiàn)至今，白堊系Mishrif組共有6口取芯井[圖1(b)]，本次研究主要基于M-29井和M-46井兩口最新取芯井的資料，并結(jié)合了原有4口井的研究認(rèn)識(shí)。巖芯長(zhǎng)度為244.6 m，切面照片清晰，取樣頻率為2～6個(gè)·m-1，包含787塊物性數(shù)據(jù)、785塊鑄體薄片、512塊壓汞實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及20口生產(chǎn)井的動(dòng)態(tài)資料。

圖(a)引自文獻(xiàn)[29],有所修改圖1 伊拉克M油田構(gòu)造地理位置和Mishrif組頂面構(gòu)造Fig.1 Structural Location and Top Structure of Mishrif Formation in M Oilfield, Iraq

伊拉克地區(qū)在白堊紀(jì)一直保持淺海碳酸鹽巖臺(tái)地環(huán)境[24]，M油田Mishrif組為具障壁的緩坡沉積環(huán)境[30-31]，障壁灘向海一側(cè)發(fā)育灘前和開闊淺海，向陸一側(cè)包括灘后、潟湖、臺(tái)內(nèi)灘、潟湖邊緣坪及岸灘。Mahdi等將伊拉克南部油田Mishrif組地層劃分為3個(gè)三級(jí)層序[32]?；趲r芯、鑄體薄片和測(cè)井資料，通過識(shí)別碳酸鹽巖淋濾溶蝕面、巖性轉(zhuǎn)換面和最大洪泛面等，在三級(jí)層序格架的控制下，在Mishrif組中識(shí)別出6個(gè)四級(jí)層序[33](圖2)。M油田開發(fā)早期，根據(jù)測(cè)井曲線特征，在垂向上將Mishrif組劃分成M Cap、MA、MB1、MB2.1、MB2.2和MC等6個(gè)層段。

γGR為自然伽馬；ΔtAC為聲波時(shí)差;RILD為深感應(yīng)電阻率;RILM為中感應(yīng)電阻率圖2 M油田Mishrif組綜合柱狀圖Fig.2 Comprehensive Column of Mishrif Formation in M Oilfield

不同層段儲(chǔ)層巖石類型、孔隙結(jié)構(gòu)和物性特征等差異較大，同一層段內(nèi)部?jī)?chǔ)層非均質(zhì)性也較強(qiáng)(圖2)。MC段地層厚度較小，以障壁灘環(huán)境和灘前環(huán)境為主，巖石類型主要包括厚殼蛤灰?guī)r、生屑顆?；?guī)r、亮晶似球粒灰?guī)r、亮晶似球粒棘屑灰?guī)r、棘屑灰?guī)r和泥晶藻屑灰?guī)r，儲(chǔ)層孔隙以粒間孔、粒間溶孔和鑄?？诪橹?，儲(chǔ)層物性差異較大，滲透率級(jí)差高達(dá)1 300.0。MB2.2段主要為開闊淺海環(huán)境，巖石類型主要包括泥晶生屑灰?guī)r、生屑泥晶灰?guī)r和含生屑泥晶灰?guī)r，儲(chǔ)層孔隙以基質(zhì)微孔、鑄模孔和生物體腔孔為主，儲(chǔ)層物性較差，層內(nèi)非均質(zhì)性較弱。MB2.1段地層厚度較大，沉積環(huán)境較多(包括障壁灘、灘前、灘后、潟湖和臺(tái)內(nèi)灘)，巖石類型包括亮晶似球?；?guī)r、厚殼蛤灰?guī)r、泥晶生屑灰?guī)r、生屑泥晶灰?guī)r、亮晶生屑灰?guī)r、含生屑泥晶灰?guī)r等，儲(chǔ)層孔隙包括粒間孔、粒間溶孔、基質(zhì)微孔、鑄?？祝瑑?chǔ)層物性差異較大，層內(nèi)非均質(zhì)性極強(qiáng)，滲透率級(jí)差高達(dá)44 050.0。MB1段地層厚度較大，沉積環(huán)境以潟湖為主，還發(fā)育障壁灘、臺(tái)內(nèi)灘和岸灘，巖石類型主要包括亮晶生屑灰?guī)r、亮晶有孔蟲灰?guī)r、圓笠蟲生屑灰?guī)r、泥晶生屑灰?guī)r和含生屑泥晶灰?guī)r等，孔隙類型包括基質(zhì)微孔、粒間孔、晶間孔、顆粒微孔和鑄?？椎?，儲(chǔ)層物性差異較大，滲透率級(jí)差可達(dá)7 600.0，層內(nèi)非均質(zhì)性較強(qiáng)。MA段沉積環(huán)境包括岸灘、潟湖和潟湖邊緣坪，巖石類型包括含云泥晶生屑灰?guī)r、生屑灰質(zhì)云巖、泥晶生屑灰?guī)r、生屑泥晶灰?guī)r、亮晶生屑灰?guī)r及生屑顆?；?guī)r等，孔隙類型包括粒間孔、粒間溶孔、晶間孔、鑄?？?、生物體腔孔和顆粒微孔，儲(chǔ)層物性分布區(qū)間跨度較大，層內(nèi)非均質(zhì)性極強(qiáng)，滲透率變異系數(shù)高達(dá)4.87，滲透率級(jí)差高達(dá)76 566.0，而突進(jìn)系數(shù)高達(dá)46.60。M Cap段地層厚度較薄，巖石以含生屑泥晶灰?guī)r為主，巖石物性差，多為非儲(chǔ)層。

2 儲(chǔ)層非均質(zhì)性控制因素

2.1 沉積作用

沉積作用不僅控制巖石的結(jié)構(gòu)組分和原始物性，還影響后期的成巖演化，形成多種多樣的孔隙。伊拉克M油田白堊系Mishrif組儲(chǔ)層孔隙類型較多，包括粒間孔、粒間溶孔、體腔溶孔、鑄模孔、基質(zhì)微孔、顆粒微孔、晶間孔、晶間溶孔、粒內(nèi)孔、生物體腔孔、溶蝕孔洞及裂縫等(圖3)。

圖3 儲(chǔ)層孔隙類型Fig.3 Pore Types of Reservoir

岸灘、臺(tái)內(nèi)灘、灘前及障壁灘等高能沉積環(huán)境中，水體強(qiáng)烈沖刷造成巖石泥質(zhì)組分較低，儲(chǔ)層多為顆粒支撐結(jié)構(gòu)，且顆粒以高能開闊水體生物碎屑為主，巖石原生粒間孔發(fā)育，孔隙連通性較好，喉道半徑較大，原始物性較好，儲(chǔ)層孔隙度和滲透率相關(guān)性較高，是高孔高滲型儲(chǔ)層的主要發(fā)育環(huán)境。高能沉積環(huán)境通常位于古地貌隆起，海平面下降導(dǎo)致巖石容易遭受大氣淡水淋濾，而且灘體不同位置的物性變化差異顯著。灘體頂部更容易處于大氣淡水成巖環(huán)境，巖石滲透性較好，溶蝕性流體容易滲入，對(duì)粒間方解石膠結(jié)物進(jìn)行溶蝕，強(qiáng)烈的溶蝕作用可形成大量的粒間溶孔、生物體腔孔和鑄?？?表1)，孔隙體積增加，喉道半徑擴(kuò)大，儲(chǔ)層孔隙度和滲透率同步提升，儲(chǔ)層物性大幅度提高。而灘體底部構(gòu)造位置較低，若海平面下降幅度較小，則巖石不能遭受淋濾溶蝕，而且灘體頂部的飽和流體受重力作用下移，造成灘體底部發(fā)生強(qiáng)烈的膠結(jié)作用，方解石不斷析出充填孔隙，嚴(yán)重降低儲(chǔ)層物性。

表1 不同沉積相孔隙特征

注：“主”表示其為主要孔隙類型；“次”表示其為次要孔隙類型。

開闊淺海、灘后、潟湖和潟湖邊緣坪等中低能沉積環(huán)境中，沉積水動(dòng)力較弱，巖石泥質(zhì)組分含量較高，儲(chǔ)層主要為粒泥結(jié)構(gòu)和泥粒結(jié)構(gòu)，巖石原生孔隙以基質(zhì)微孔為主，喉道半徑較小，毛管壓力較大，流體難以自由流動(dòng)，原始物性較差。而安靜的水體環(huán)境中，生物擾動(dòng)作用比較廣泛，且沉積速率越低，生物擾動(dòng)越充分。生物擾動(dòng)作用可改造潟湖巖石結(jié)構(gòu)，為成巖流體提供滲流通道。若海平面下降幅度較大，流體溶蝕性較強(qiáng)，生屑顆?？杀蝗芪g形成次生孔隙，主要為鑄?？?、粒內(nèi)孔、生物體腔孔及溶蝕孔洞(表1)。各類孔隙多孤立分布，雖然對(duì)儲(chǔ)層孔隙度貢獻(xiàn)較大，但對(duì)滲透率的貢獻(xiàn)較低，造成中低能沉積環(huán)境儲(chǔ)層孔隙度以中、高孔為主，而滲透率主要呈現(xiàn)低滲、特低滲特征。

不同沉積環(huán)境發(fā)育相似的巖石類型、結(jié)構(gòu)組分和相似的孔隙類型，但其獨(dú)特的水體條件導(dǎo)致儲(chǔ)層具有不同的物性分布和孔滲關(guān)系，并且相同沉積環(huán)境內(nèi)部物性差異也比較顯著。從孔隙度和滲透率相關(guān)性可以看出，高能沉積環(huán)境是優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層發(fā)育的有利相帶。高孔中高滲儲(chǔ)層主要發(fā)育于障壁灘、岸灘、灘前和臺(tái)內(nèi)灘等高能沉積環(huán)境，灘體頂部以強(qiáng)溶蝕、弱膠結(jié)為主，而灘體底部以弱溶蝕、強(qiáng)膠結(jié)為主，造成高能沉積環(huán)境部分儲(chǔ)層物性變差，如障壁灘的滲透率可相差3、4個(gè)數(shù)量級(jí)(圖4)。受后期成巖作用影響，相同沉積相內(nèi)部?jī)?chǔ)層發(fā)育多種次生孔隙，孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜，如潟湖的滲透率級(jí)差較小，孔隙度卻跨度較大。

2.2 生物擾動(dòng)作用

生物擾動(dòng)指生物對(duì)其周圍沉積顆粒進(jìn)行攪動(dòng)、混合和破壞的過程，其形成的沉積構(gòu)造包括可以鑒定和無法鑒定的潛穴、足跡和移跡等[34]。生物擾動(dòng)作為潟湖重要的成儲(chǔ)作用，在沉積期造成細(xì)粒沉積物“千瘡百孔”，為成巖流體的滲入提供了通道，為泥質(zhì)沉積物成儲(chǔ)奠定了基礎(chǔ)。生物擾動(dòng)與其他成儲(chǔ)作用不同，具有發(fā)育環(huán)境廣泛、改造樣式隨機(jī)、多期擾動(dòng)疊加及充填物質(zhì)多樣等特征。潟湖巖石類型以泥?；?guī)r、粒泥灰?guī)r為主，原始物性較差，難以形成有效儲(chǔ)層，但經(jīng)生物擾動(dòng)后的巖石物性大幅度提高。Mishrif組未生物擾動(dòng)潟湖地層孔隙度為4.0%～8.6%，平均為6.0%，滲透率為0.01～1.80 mD,平均為0.30 mD；生物擾動(dòng)后潟湖地層孔隙度為3.7%～28.1%，平均為12.8%，滲透率為0.02～26.00 mD，平均為3.10 mD。整體來看，生物擾動(dòng)對(duì)儲(chǔ)層具有建設(shè)性作用，但由于生物習(xí)性的差異性和隨機(jī)性，儲(chǔ)層具有極強(qiáng)的非均質(zhì)性。

圖4 不同沉積相儲(chǔ)層物性分布特征Fig.4 Distribution Characteristics of Physical Properties for Different Sedimentary Facies

圖6 潛穴充填物特征Fig.6 Characteristics of Bioturbation Infilling

生物擾動(dòng)強(qiáng)度表征了生物對(duì)沉積物的改造程度，沉積期生物擾動(dòng)強(qiáng)度差異是影響儲(chǔ)層非均質(zhì)性的重要因素。通常情況下，沉積速率決定了生物擾動(dòng)強(qiáng)度。沉積速率越低，生物擾動(dòng)越充分，原始沉積構(gòu)造被改造越嚴(yán)重。根據(jù)擾動(dòng)面積和巖芯切面面積比值，以20%、50%和80%為界，可將其分為Ⅰ～Ⅳ級(jí)擾動(dòng)(圖5)。其中，Ⅰ級(jí)擾動(dòng)呈離散的斑點(diǎn)狀，改造程度較低，難以形成有效規(guī)模的儲(chǔ)層；Ⅱ級(jí)擾動(dòng)呈紋層狀，潛穴通常以點(diǎn)接觸為主，具有一定的連通性；Ⅲ級(jí)擾動(dòng)呈迷宮狀，潛穴以面接觸為主，具有一定程度的疊加；隨著擾動(dòng)級(jí)別的增加，生物對(duì)沉積物的改造程度也增加，Ⅳ級(jí)擾動(dòng)各潛穴互相連通疊加，已難以識(shí)別出單個(gè)潛穴邊界。不同級(jí)次的擾動(dòng)在空間上隨機(jī)展布和疊加，造成儲(chǔ)層的空間展布非均質(zhì)性較強(qiáng)。

生物潛穴形成后，并非處于鏤空狀態(tài)，而是被充填；這些充填物可以在早成巖階段被改造，也可在埋藏成巖階段發(fā)生復(fù)雜的物理化學(xué)變化，失去其原始化學(xué)組分和結(jié)構(gòu)組分，形成新的充填物。潛穴中充填物的性質(zhì)影響了生物擾動(dòng)對(duì)儲(chǔ)層物性的改造趨勢(shì)。研究區(qū)Mishrif組潛穴中主要識(shí)別出4類充填物，分別為泥質(zhì)沉積物、方解石、同生碎屑顆粒和白云石。①泥質(zhì)沉積物。潛穴形成后，沉積環(huán)境比較穩(wěn)定，受重力作用潛穴中充填了與基底類似的泥質(zhì)沉積物[圖6(a)]。②方解石。海平面下降，潛穴發(fā)生暴露淋濾，原沉積物被溶蝕殆盡，后期發(fā)生強(qiáng)烈的膠結(jié)作用，將潛穴致密充填[圖6(b)、(c)]。③同生碎屑顆粒。潛穴形成后，水動(dòng)力條件增強(qiáng)，潛穴中充填了顆?；?guī)r或粒泥灰?guī)r等。潛穴若充填顆?；?guī)r，則與基底具有較大的滲透率級(jí)差，溶蝕性流體和飽和流體更傾向在潛穴中流動(dòng)，因此，潛穴中易見溶蝕作用和膠結(jié)作用[圖6(d)、(e)]；若充填了粒泥灰?guī)r，則與基底的滲透率級(jí)差較小，潛穴中成巖作用不甚明顯，充填物被改造的程度較低[圖6(f)]。④白云石。根據(jù)晶體大小和形態(tài)，可分為微晶白云石、鑲嵌狀半自形白云石和細(xì)晶白云石。微晶白云石呈離散狀分布于潛穴中，對(duì)潛穴物性的影響較小[圖6(g)]。鑲嵌狀半自形白云石將潛穴致密充填，不利于改善潛穴物性[圖6(h)]。細(xì)晶白云石通?？梢孕纬删чg孔[圖6(j)]，晶間孔連通性較好，增加了潛穴的滲透率，溶蝕性流體可對(duì)潛穴進(jìn)一步溶蝕，發(fā)育大量的晶間溶孔，提高潛穴物性[圖6(k)]；但是，潛穴中溶蝕作用通常是存在差異的，溶蝕性流體傾向于沿滲流阻力較小的方向運(yùn)移，若潛穴中滲透率差異較大，則可造成同一潛穴中具有不同程度的溶蝕[圖6(l)]。另外，若潛穴中細(xì)晶白云石呈離散狀分布于泥質(zhì)基質(zhì)中，則對(duì)物性影響較小[圖6(i)]?？傮w來看，多樣的充填物造成生物擾動(dòng)與儲(chǔ)層物性的關(guān)系復(fù)雜。泥質(zhì)充填物、粒泥灰?guī)r及微晶白云石等對(duì)潛穴物性的影響較??；方解石、強(qiáng)烈膠結(jié)的生屑顆?；蜩偳稜畎胱孕伟自剖葎t不利于巖石物性；只有潛穴中充填生屑顆粒和細(xì)晶白云石，并且伴隨一定程度的溶蝕作用，生物潛穴的物性才能明顯提高。生物擾動(dòng)程度差異、潛穴充填物差異和溶蝕強(qiáng)度差異造成低能沉積環(huán)境中儲(chǔ)層分布規(guī)律性弱，層內(nèi)非均質(zhì)性強(qiáng)。

2.3 成巖作用

成巖作用是影響儲(chǔ)層微觀結(jié)構(gòu)的主要因素。生屑顆?；?guī)r組分為多種多樣的生物碎屑，不同的生屑顆?；瘜W(xué)成分和殼體結(jié)構(gòu)差異較大，造成其具有不同的抗溶蝕能力和抗壓實(shí)強(qiáng)度。伊拉克M油田Mishrif組主要的成巖作用有溶蝕作用、膠結(jié)作用、白云巖化作用。

圖7 高能沉積型儲(chǔ)層物性特征Fig.7 Characteristics of Physical Properities for High-energy Sedimentary Reservoir

2.3.1 溶蝕作用和膠結(jié)作用

溶蝕作用和膠結(jié)作用通常是互相伴生而且互相對(duì)立，故將兩者統(tǒng)一闡述。溶蝕作用又可分為非選擇性溶蝕作用和選擇性溶蝕作用。非選擇性溶蝕通常發(fā)育于高能淺灘沉積環(huán)境，破壞能力較強(qiáng)，不但對(duì)粒間膠結(jié)物進(jìn)行溶蝕，還可對(duì)生屑顆粒進(jìn)行不同程度的溶蝕；選擇性溶蝕主要發(fā)育于低能沉積環(huán)境，作用類型通常是泥晶灰?guī)r和粒泥灰?guī)r，具亮晶膠結(jié)的巖石也可發(fā)生選擇性溶蝕。

(1)非選擇性溶蝕作用，主要發(fā)育在大氣淡水成巖環(huán)境(淋濾)，而膠結(jié)作用在海水成巖環(huán)境、大氣淡水成巖環(huán)境(潛流)及埋藏成巖環(huán)境下均可發(fā)生。高能灘體中的膠結(jié)作用主要發(fā)生在大氣淡水潛流帶。通常情況下，海水成巖環(huán)境中波浪淘洗作用較強(qiáng)，水體介質(zhì)交換充分，膠結(jié)作用不容易發(fā)生。而大氣淡水潛流帶的成巖流體通常處于飽和狀態(tài)，膠結(jié)作用比較強(qiáng)烈。海平面下降時(shí)期，灘體頂部通常處于大氣淡水淋濾帶，向下逐漸過渡為大氣淡水潛流帶。灘體頂部發(fā)生強(qiáng)烈的溶蝕作用，而灘體底部則發(fā)生強(qiáng)烈的膠結(jié)作用，孔隙和喉道更容易被膠結(jié)物充填堵塞，且隨著膠結(jié)程度的增加，儲(chǔ)層物性不斷降低。根據(jù)膠結(jié)物含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)，以10%和30%為界，將亮晶膠結(jié)程度分為弱膠結(jié)、中等膠結(jié)和致密膠結(jié)(圖7)。弱膠結(jié)指亮晶膠結(jié)物含量低于10%，方解石膠結(jié)物以等軸粒狀離散分布于生屑邊緣，膠結(jié)物對(duì)于孔隙和喉道的充填程度較低，儲(chǔ)層物性較好，多為中高孔中高滲型儲(chǔ)層，如岸灘相儲(chǔ)層孔隙度最大可達(dá)33.9%，滲透率最大可達(dá)2 297 mD(圖7)。中等膠結(jié)指亮晶膠結(jié)物含量為10%～30%，等軸粒狀方解石不斷環(huán)生屑邊緣生長(zhǎng)，膠結(jié)物對(duì)孔隙和喉道充填較嚴(yán)重，儲(chǔ)層孔隙體積降低，喉道半徑也因膠結(jié)物的充填而減小，局部孔隙被致密充填，喉道被完全堵塞，中等膠結(jié)儲(chǔ)層類型以中孔低滲型和中孔中滲型為主，含少量高孔高滲型儲(chǔ)層。致密膠結(jié)指亮晶膠結(jié)物含量大于30%，粒間孔隙被方解石致密充填，偶見生屑顆粒因選擇性溶蝕作用形成的顆粒微孔，儲(chǔ)層物性較差，如岸灘儲(chǔ)層孔隙度平均為12.5%，滲透率平均為0.32 mD，儲(chǔ)層物性以低孔低滲、特低滲為主(圖7)?？傮w來看，高能沉積型儲(chǔ)層內(nèi)部非均質(zhì)性受控于膠結(jié)物含量，膠結(jié)物含量越高，儲(chǔ)層物性越差。

圖8 4種低能沉積環(huán)境中孔隙發(fā)育模式Fig.8 Development Modes of Pore in Four Kinds of Low-energy Sedimentary Environments

(2)選擇性溶蝕作用，是鑄模孔和生物體腔孔形成的主要因素，主要發(fā)育在呈粒泥結(jié)構(gòu)的儲(chǔ)層中。泥晶基質(zhì)化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定，生屑顆?；瘜W(xué)穩(wěn)定性弱，易發(fā)生溶蝕形成孔隙。鑄?？字饕纬删G藻類、底棲有孔蟲和雙殼類3種生屑，偶見介形蟲、腹足類及厚殼蛤類?；阼T體薄片觀察，綜合生屑類型、成巖演化環(huán)境、成巖作用類型及孔隙形成期次等因素，建立了4種低能沉積環(huán)境(原始沉積環(huán)境、海水成巖環(huán)境、大氣淡水成巖環(huán)境和埋藏成巖環(huán)境)中孔隙發(fā)育模式。

原始沉積環(huán)境下，生物碎屑沉積后分布于泥晶基質(zhì)中，巖石呈粒泥結(jié)構(gòu)。生屑類型以藻類、雙殼類和底棲有孔蟲為主，含少量的棘皮類、介形蟲、厚殼蛤、海綿骨針及似球粒等。早期沉積還發(fā)育生物擾動(dòng)作用，生物潛穴中充填了粗粒碎屑和生物新陳代謝產(chǎn)生的有機(jī)質(zhì)。巖石以基質(zhì)微孔為主，肉眼不可見[圖8(a)]。

海水成巖環(huán)境下，流體的溶蝕能力較弱，文石質(zhì)的綠藻生屑抗溶蝕能力較弱，殼體被完全溶蝕[35]，腹足類、介形蟲等生物腔體也發(fā)生腐爛降解，形成鑄?？?，生屑類型只能通過孔隙輪廓識(shí)別。底棲有孔蟲生屑多為文石質(zhì)或高鎂方解石質(zhì)，發(fā)生腐爛降解，而殼體發(fā)生泥晶化作用，形成厚層的泥晶套，泥晶套的抗溶蝕能力較強(qiáng)，生屑顆粒的外部結(jié)構(gòu)依然保存完好[36]。棘皮類、雙殼類及厚殼蛤碎屑等未發(fā)生溶蝕，生物潛穴中的充填物也未發(fā)生明顯改變。溶蝕形成的Ca2+發(fā)生沉淀，形成針狀方解石充填于孔隙中[圖8(b)]。

海平面下降，沉積物處于大氣淡水成巖環(huán)境(滲流)，流體的溶蝕能力較強(qiáng)，雙殼類被溶蝕，厚殼蛤和棘皮類等也遭受一定程度溶蝕形成生物體腔孔等。早期形成的鑄?？卓蛇M(jìn)一步被溶蝕擴(kuò)大，形成溶蝕孔洞，孔隙體積大幅度增加。裂縫的存在為溶蝕性流體提供了滲流通道，加快了生屑的溶蝕，并造成局部鑄?？走B通，對(duì)提高潟湖相儲(chǔ)層的滲透率具有一定作用。生物潛穴中的有機(jī)質(zhì)變化較小，而潛穴中的粗粒碎屑發(fā)生溶蝕，潛穴中的孔隙體積和連通程度大幅度增加。早期形成的針狀方解石被溶蝕，進(jìn)而形成更加穩(wěn)定的等軸粒狀方解石，在鑄模孔中呈離散狀分布[圖8(c)]。

隨著海平面的上升，沉積物逐漸處于大氣淡水成巖環(huán)境(潛流)，成巖流體逐漸飽和，方解石大量析出充填孔隙，儲(chǔ)層孔隙度大幅度降低。鑄模孔中充填的膠結(jié)物可有效抑制壓實(shí)作用對(duì)孔隙骨架的破壞。隨著沉積物被埋藏，巖石處于埋藏成巖環(huán)境，隨著埋藏深度的增加，發(fā)生壓實(shí)作用和壓溶作用，部分孔隙和生屑發(fā)生破裂變形，并形成壓溶縫。埋藏階段，酸性流體或熱液流體沿裂縫侵入可對(duì)方解石膠結(jié)物選擇性溶蝕，再次增加孔隙體積。在埋藏成巖環(huán)境下，潛穴中的有機(jī)質(zhì)發(fā)生較大變化，隨著溫壓條件增加，潛穴中的有機(jī)質(zhì)通過直接或間接的方式促進(jìn)了白云巖化作用，潛穴中充填了白云石顆粒，發(fā)育大量的晶間孔[圖8(d)]。

總體來看，鑄?？字饕纬捎诤Ｋ蓭r環(huán)境和大氣淡水成巖環(huán)境(淋濾)，不同鑄模孔的產(chǎn)狀和發(fā)育時(shí)期存在顯著差異。選擇性溶蝕作用形成了大量孤立孔隙，造成低能沉積型儲(chǔ)層具有高孔低滲特征。

2.3.2 白云巖化作用

另一種主要發(fā)生于潟湖邊緣坪，在海平面下降時(shí)期，灰質(zhì)生屑被白云石交代。白云巖化作用形成了大量的晶間孔，后期溶蝕作用可形成晶間溶孔。潟湖邊緣坪以白云巖類為主，厚度近8 m，巖石泥質(zhì)含量較高，生屑類型包括似球粒、底棲有孔蟲、雙殼類和棘皮類等，白云石粒徑多為10～100 μm，晶體自形程度較高，發(fā)育良好的晶間孔，孔隙半徑多大于10 μm(圖9)，含少量的基質(zhì)微孔。中白堊世，阿拉伯板塊東北緣處于北半球靠近赤道的位置，氣候?yàn)闊釒А獊啛釒嘏瘽駶?rùn)環(huán)境[39]，蒸發(fā)作用較弱。潟湖邊緣坪相儲(chǔ)層主要形成于海平面下降晚期，潮道切割障壁灘體，連通了潟湖與廣海的水體，使?jié)暫w處于咸化—半咸化狀態(tài)，Mg2+/Ca2+值較低。對(duì)于該段厚層白云巖的形成機(jī)理，目前尚無可靠定論。

2.4 海平面升降旋回

四級(jí)層序旋回控制了Mishrif組沉積演化，并對(duì)海水成巖環(huán)境和大氣淡水成巖環(huán)境產(chǎn)生重要影響。多期次的層序旋回造成沉積環(huán)境和成巖環(huán)境不斷變化，不同成因的儲(chǔ)層互相疊置，造成儲(chǔ)層垂向非均質(zhì)性強(qiáng)。Mishrif組早期以障壁灘、灘前及開闊淺海相儲(chǔ)層為主，發(fā)育障壁灘和灘前互層，儲(chǔ)層厚度大且分布穩(wěn)定，進(jìn)而研究區(qū)演化為局限環(huán)境，以臺(tái)內(nèi)灘、灘后、潟湖邊緣坪、潟湖和岸灘相儲(chǔ)層為主。岸灘相儲(chǔ)層厚度較大，分布也相對(duì)穩(wěn)定；潟湖相沉積環(huán)境以薄儲(chǔ)層為主，垂向疊置程度低；臺(tái)內(nèi)灘在潟湖中通常呈孤立狀分布，形成了多套臺(tái)內(nèi)灘與潟湖互層、岸灘與潟湖互層。海侵體系域和高位體系域早期，相對(duì)海平面上升速率通常遠(yuǎn)大于碳酸鹽巖加積速率，碳酸鹽巖臺(tái)地發(fā)生淹沒[40]，無法營(yíng)造良好的碳酸鹽巖“工廠”，沉積物厚度較小且泥質(zhì)含量較高，巖石類型包括泥晶灰?guī)r、含生屑泥晶灰?guī)r和生屑泥晶灰?guī)r。海平面下降早期，沉積水體較深，水動(dòng)力較弱，沉積物巖性與海侵體系域一致，碳酸鹽巖顆粒組分含量低，巖石物性差，廣泛發(fā)育隔夾層[33]。溶蝕作用、膠結(jié)作用和白云巖化作用通常形成于海平面下降晚期，灘體地勢(shì)較高，容易暴露溶蝕，灘體頂部發(fā)生強(qiáng)烈的溶蝕作用形成淋濾帶，溶蝕作用形成的Ca2+受重力作用在灘體底部聚集，且古潛流環(huán)境由于CO2的脫氣作用致使CaCO3至過飽和并發(fā)生沉淀[41]，在溶蝕帶底部形成膠結(jié)帶(圖10)，溶蝕帶沉積物物性較好，而膠結(jié)帶沉積物物性較差，易形成物性隔夾層，加劇灘相儲(chǔ)層的非均質(zhì)性。若海平面下降幅度較大，則潟湖也可遭受大氣淡水淋濾，發(fā)生選擇性溶蝕作用，發(fā)育大量的鑄?？缀蜕矬w腔孔。潟湖由于其特殊的水體條件，海平面下降時(shí)還可發(fā)生白云巖化作用，形成白云巖儲(chǔ)層。海侵體系域和高位體系域早期，潟湖水體較深，水動(dòng)力較弱，適宜于底棲生物生存，沉積速率較低，生物擾動(dòng)比較充分，泥質(zhì)沉積物硬度較低，生物容易發(fā)生掘穴，且后期破壞作用較小，生物潛穴容易被保存下來。

圖10 海平面下降與溶蝕作用、膠結(jié)作用關(guān)系示意圖Fig.10 Schematic Views of the Relationship Among Sea Level Decline, Dissolution and Cementation

3 儲(chǔ)層非均質(zhì)性與油藏開發(fā)

伊拉克M油田白堊系Mishrif油藏上、下兩段儲(chǔ)層差異較大。下段儲(chǔ)層非均質(zhì)性低，以障壁灘和灘前相儲(chǔ)層為主，儲(chǔ)層厚度大且分布穩(wěn)定，物性表現(xiàn)為高孔高滲且含油性較高；上段儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)，以潟湖和淺灘相儲(chǔ)層為主，儲(chǔ)層厚度變化大，隔夾層發(fā)育程度高。針對(duì)Mishrif油藏層間強(qiáng)非均質(zhì)性特征，為提高油氣動(dòng)用程度，油藏應(yīng)采取分層系開發(fā)，以MB2.1段頂部致密膠結(jié)帶和MB2.2段厚層開闊淺海沉積作為隔擋層，將Mishrif油藏分為MA+MB1、MB2.1和MC等3套開發(fā)層系。

MA+MB1儲(chǔ)層連續(xù)性差，低能沉積型儲(chǔ)層較為發(fā)育，臺(tái)內(nèi)灘相儲(chǔ)層通常孤立分布，未連接成片，其上、下地層多為潟湖相沉積，地層壓力傳播近，地層能量補(bǔ)充困難，宜采用小井距開發(fā)。低能沉積型儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜，孤立孔隙發(fā)育，注水開發(fā)應(yīng)采用溫和注水，從而充分利用滲吸作用，防止注入水沿大孔隙或大孔道發(fā)生水竄，有效驅(qū)替小孔隙中的油[6]。此外，低能沉積型儲(chǔ)層普遍具有低滲特征，開發(fā)過程中單井產(chǎn)量低，需要配套相應(yīng)的儲(chǔ)層改造技術(shù)來提高單井產(chǎn)量。MB2.1儲(chǔ)層分布連續(xù)，壓力傳播較遠(yuǎn)，宜采用大井距開發(fā)，較小的井距容易導(dǎo)致油井過早見水[6]。MB2.2段厚層深水泥質(zhì)沉積可作為保障MB2.1儲(chǔ)層不被底水侵入。MC儲(chǔ)層物性好，但位于油藏底部，靠近油水界面，容易發(fā)生底水錐進(jìn)，不宜在圈閉邊部射孔，采油井應(yīng)部署在圈閉構(gòu)造高部位。

4 結(jié) 語

(1)伊拉克M油田白堊系Mishrif組生物碎屑灰?guī)r儲(chǔ)層非均質(zhì)性體現(xiàn)在巖石類型復(fù)雜、生物碎屑種類多樣、儲(chǔ)層物性差異大、孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜。儲(chǔ)層非均質(zhì)性主要受沉積作用、生物擾動(dòng)作用、成巖作用和海平面升降旋回影響。沉積作用控制了儲(chǔ)層的結(jié)構(gòu)組分和原始物性，并影響了后期的成巖演化；生物擾動(dòng)作用對(duì)低能沉積型儲(chǔ)層發(fā)育具有重要影響，若潛穴中充填生屑顆粒或細(xì)晶白云石，生物擾動(dòng)強(qiáng)度越大，對(duì)巖石物性越有利；成巖作用主要為溶蝕作用、膠結(jié)作用和白云巖化作用；海平面升降旋回造成沉積相變，并對(duì)海水成巖環(huán)境和大氣淡水成巖環(huán)境具有重要影響。

(2)高能沉積環(huán)境中，灘體原始物性較好，海平面下降階段，灘體頂部發(fā)生強(qiáng)溶蝕、弱膠結(jié)，發(fā)育粒間溶孔，進(jìn)一步改善巖石物性，而灘體底部發(fā)生弱溶蝕、強(qiáng)膠結(jié)，降低巖石物性，形成物性隔夾層，加劇了儲(chǔ)層的非均質(zhì)性。低能沉積環(huán)境中，巖石泥質(zhì)組分含量較高，原始物性較差，海平面大幅度下降，連通的生物潛穴為成巖流體提供了滲流通道，選擇性溶蝕作用形成大量的鑄?？缀蜕矬w腔孔，白云巖化作用形成晶間孔，有效改善巖石物性，儲(chǔ)層厚度薄，分布不穩(wěn)定，泥質(zhì)隔夾層發(fā)育，儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)。