鄧雙林,黎華繼,吳 玲,李小佳,曹香妮,張興堂

(中國石化西南油氣分公司采氣三廠,四川德陽 618000)

近年來,隨著非常規(guī)油氣資源勘探程度的不斷深入,致密油氣勘探開發(fā)成為熱點(diǎn)領(lǐng)域[1]。四川盆地下侏羅統(tǒng)自流井組大安寨段為典型的超低孔(平均孔隙度小于2%)、超低滲(平均滲透率低于0.1×10-3μm2)致密油氣藏,其油氣產(chǎn)量占四川盆地中下侏羅統(tǒng)的70%以上,具有較大的勘探開發(fā)潛力[2-3]。早期研究認(rèn)為川西坳陷中江氣田大安寨段為典型的裂縫型油氣藏[4-5],并以尋找“裂縫型介殼灰?guī)r儲(chǔ)層”的勘探思路部署多口探井,單井測試產(chǎn)量低且穩(wěn)產(chǎn)差。隨著工藝技術(shù)的突破,采用“水平井+體積壓裂”開發(fā)模式增加單井泄氣面積及儲(chǔ)層改造力度,測試產(chǎn)量明顯增加,對(duì)比鄰區(qū)金華油田大安寨段高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)井發(fā)現(xiàn),優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)集巖并非純介殼灰?guī)r,泥質(zhì)介殼灰?guī)r等混積巖反而具有更好的儲(chǔ)集性和滲透性,巖石類型影響氣井產(chǎn)量及穩(wěn)產(chǎn)時(shí)間[6]。因此,有必要對(duì)區(qū)內(nèi)大安寨段混積巖開展深入研究,探尋區(qū)內(nèi)有利儲(chǔ)層。國內(nèi)學(xué)者對(duì)四川盆地川中、川北、川東等區(qū)塊大安寨段的儲(chǔ)集類型、巖相古地理、成藏特征等研究較深入,但對(duì)川西中江氣田大安寨段混積特征、混積作用對(duì)儲(chǔ)層的影響等方面研究還比較薄弱[7-10]。

以中江氣田HL2、HL3、FG102、YT2、CQ182、JS5等井作為研究對(duì)象,結(jié)合川中地區(qū)鉆井資料,渠縣三匯剖面、達(dá)州渡市剖面等野外露頭資料,通過巖心觀察、薄片鑒定、掃描電鏡分析、物性測試分析等,深入研究中江氣田大安寨段混合沉積特征、儲(chǔ)層特征,建立中江氣田大安寨段混合沉積模式,探討混積作用對(duì)儲(chǔ)層的影響,明確區(qū)內(nèi)有利儲(chǔ)層,為中江氣田大安寨段勘探開發(fā)提供地質(zhì)支撐。

1 地質(zhì)概況

四川盆地是位于揚(yáng)子地塊西部的大型疊合盆地[11-13],經(jīng)“晉寧-四堡”運(yùn)動(dòng)后固結(jié)形成基底[12],后經(jīng)歷海相碳酸鹽巖臺(tái)地、陸相碎屑巖盆地以及構(gòu)造盆地演化形成現(xiàn)今構(gòu)造格局,盆地內(nèi)共發(fā)育川西坳陷等四個(gè)一級(jí)構(gòu)造單元[11]。研究區(qū)位于川西坳陷褶皺區(qū),東鄰川中古隆起,西接成都凹陷,南靠龍泉山?jīng)_斷帶,北抵梓潼凹陷,整體呈現(xiàn)“三隆夾一凹”的構(gòu)造格局,由深至淺構(gòu)造具有繼承性[14-17]。晚三疊世印支運(yùn)動(dòng)以來,四川盆地開始進(jìn)入陸相湖盆演化階段[9],印支III幕運(yùn)動(dòng)造成龍門山隆起成為區(qū)內(nèi)主要的物源區(qū)[17]。早侏羅世大安寨時(shí)期整體以大型淡水湖泊沉積為主,具完整的湖進(jìn)-湖退旋回,盆地周緣水體較淺,以濱湖砂泥質(zhì)沉積為主,從盆地周緣向中部逐漸演化為淺湖-半深湖亞相沉積[17-19](圖1)。

圖1 四川盆地下侏羅統(tǒng)自流井組大安寨段沉積相圖及地層綜合柱狀圖

研究區(qū)內(nèi)大安寨段地層厚46～67 m,按巖電關(guān)系及層序旋回等自上而下可劃分為大一、大二、大三亞段。大三亞段沉積期開始湖進(jìn),湖平面升高,沉積物以中-厚層介殼灰?guī)r夾薄層泥巖為主,厚度8～16 m;大二亞段沉積期為最大湖進(jìn)期,湖平面達(dá)到最高點(diǎn),沉積物以暗色泥巖夾薄層泥質(zhì)介殼灰?guī)r為主,厚度18～24 m,其中大二亞段頂部暗色地層為區(qū)內(nèi)大安寨段主要烴源巖;大一亞段沉積期開始湖退,水體逐漸變淺,沉積物以厚層介殼灰?guī)r夾薄層泥巖為主,厚度23～32 m。

2 混合沉積

混合沉積是指在同一沉積環(huán)境背景中陸源碎屑與碳酸鹽混雜和相互交替[20-23],考慮到黏土礦物多數(shù)來自母巖風(fēng)化產(chǎn)物,故將黏土礦物歸入陸源碎屑體系中[24-26]。研究區(qū)主要發(fā)育介殼灰?guī)r、(含)砂質(zhì)介殼灰?guī)r、(含)泥質(zhì)介殼灰?guī)r、介殼質(zhì)泥巖、含灰長石巖屑砂巖等混積巖。

2.1 混積巖特征

介殼灰?guī)r:主要成分為方解石,含量90%以上,介殼含量大于50%?；?guī)r重結(jié)晶作用強(qiáng)烈,原始的沉積結(jié)構(gòu)大多被破壞,介殼被完全溶解后重結(jié)晶形成新的晶體,指示高能沉積環(huán)境。局部見殘余介殼,排列具定向性,介殼之間為泥-微晶方解石膠結(jié),縫合線發(fā)育,內(nèi)部泥質(zhì)半充填,局部見有機(jī)質(zhì)浸染(圖2a)。該類巖石常見于大一亞段及大三亞段,為中厚層,巖性致密,儲(chǔ)集性能差。

圖2 川西地區(qū)大安寨段混積巖巖石學(xué)特征

(含)砂質(zhì)介殼灰?guī)r:主要成分為方解石,含量50%～90%,鏡下顆粒中介屑含量大于50%。其余為石英等陸源碎屑,含量10%～50%,見少量泥質(zhì)充填。介殼灰?guī)r排列略具定向性(圖2b)。石英多呈次棱角狀-次圓狀,粒度為粉-細(xì)砂級(jí),多分布于介殼灰?guī)r顆粒之間,部分鑲嵌于介殼灰?guī)r顆粒內(nèi)部,見長石、巖屑、云母等陸源碎屑。微裂縫較發(fā)育(圖2b),儲(chǔ)集性能較好。

(含)泥質(zhì)介殼灰?guī)r:成分以方解石為主,含量50%～90%,其余為泥質(zhì)等黏土礦物,含量10%～50%。介殼灰?guī)r排列具定向性,介殼灰?guī)r顆粒被泥質(zhì)環(huán)繞包裹,形成綠泥石膜,一定程度上抑制了灰?guī)r重結(jié)晶作用,巖石原生孔隙保存較好(圖2c),微裂縫較發(fā)育,作為酸性流體運(yùn)移通道易產(chǎn)生溶蝕擴(kuò)大縫(圖2d),該類巖石常見于大二亞段,多為薄互層,儲(chǔ)集性能較好。

介殼質(zhì)泥巖:主要成分為黏土礦物,含量50%以上,儲(chǔ)集空間以納米級(jí)微孔縫為主(圖2e),有機(jī)孔、無機(jī)孔及微裂縫較發(fā)育,局部見層間微孔縫多呈不規(guī)則狀,內(nèi)部未充填(圖2f),常形成相對(duì)安靜的深水環(huán)境。

含灰長石巖屑砂巖:主要成分為陸源碎屑顆粒,石英含量一般49%～71%,長石含量8%～18%,巖屑含量10%～20%。巖屑主要成分為火成巖和變質(zhì)巖,少量沉積巖。碎屑顆粒之間呈點(diǎn)接觸支撐狀,膠結(jié)物主要為灰質(zhì),方解石晶體呈微晶結(jié)構(gòu)充填于粒間孔隙中(圖2g),巖心上常見平行層理和小型槽狀交錯(cuò)層理(圖2h),常指示淺湖砂壩環(huán)境。

2.2 混積巖類型

根據(jù)混合作用的強(qiáng)度,依據(jù)混積巖中陸源碎屑和碳酸鹽含量將區(qū)內(nèi)大安寨段混積巖劃分為混積型碎屑巖、混積型碳酸鹽巖和高度混積巖三類(表1)。研究區(qū)大安寨段介殼質(zhì)泥巖和含灰長石巖屑砂巖,陸源碎屑含量達(dá)75%以上,為混積型碎屑巖[20-24],混積強(qiáng)度為1、2級(jí)低度混積,混積環(huán)境較穩(wěn)定;介殼灰?guī)r組分以碳酸鹽巖為主,碳酸鹽含量90%以上,屬于混積型碳酸鹽巖,陸源碎屑組分低于10%,常呈星點(diǎn)狀鑲嵌于碳酸鹽巖中,混積強(qiáng)度為1級(jí)低度混積;(含)砂質(zhì)介殼灰?guī)r和(含)泥質(zhì)介殼灰?guī)r中陸源碎屑或碳酸鹽巖含量為25%～50%,反映了陸源碎屑和碳酸鹽巖的高度交互,為3、4級(jí)高度混積,屬于高度混積巖[25],指示過渡混積環(huán)境。

表1 川西凹陷中江氣田大安寨段混積特征劃分

2.3 混合沉積類型

Mount(1984)將淺海環(huán)境混合沉積劃分為間斷混合、相混合、原地混合和母源混合四類,其中,間斷混合指突發(fā)的風(fēng)暴或其他周期性極強(qiáng)事件把沉積物從一個(gè)沉積環(huán)境搬運(yùn)到另一個(gè)沉積環(huán)境;原地混合指由原地死亡的鈣質(zhì)生物所組成的碳酸鹽巖組分堆積在碎屑巖基底之上或基質(zhì)之內(nèi)[26]。

川西坳陷中江氣田大安寨段混合沉積類型主要為原地混合和間斷混合兩類(表1)。研究區(qū)西部靠近龍門山物源區(qū)的沉積物以含灰長石巖屑砂巖為主,陸源碎屑粒度較粗,呈棱角狀-次棱角狀(圖2g),見平行層理和小型槽狀交錯(cuò)層理發(fā)育(圖2h),搬運(yùn)距離較短,指示淺湖砂壩沉積環(huán)境,為典型的原地混合沉積。

四川盆地大安寨段時(shí)期發(fā)育多期次、高頻率的風(fēng)暴流事件,具有隨機(jī)性和任意性,淺湖-半深湖環(huán)境中均可形成風(fēng)暴流,造成大安寨段混積巖和混積層系普遍發(fā)育[27-31]。隨著沉積環(huán)境越靠近湖盆地區(qū),水體逐漸加深,物源區(qū)陸源物質(zhì)供應(yīng)不足,沉積物依次為(含)砂質(zhì)介殼灰?guī)r、介殼灰?guī)r、(含)泥質(zhì)介殼灰?guī)r、介殼質(zhì)泥巖和泥頁巖,陸源碎屑含量逐漸減少,粒徑逐漸變細(xì)。巖心和露頭剖面上見典型的風(fēng)暴流沉積標(biāo)志。如PC1井見介殼灰?guī)r呈漩渦狀排列,凹面朝向不一致,略具層狀,見明顯的侵蝕起伏面(圖2i),為風(fēng)暴渦流沉積,指示風(fēng)暴平息期;CQ182井介殼灰?guī)r粒度由細(xì)-粗-細(xì)演變,中間的介殼灰?guī)r粒度較粗,呈雜亂狀排列,水動(dòng)力較強(qiáng),指示風(fēng)暴高潮期,兩端介殼灰?guī)r粒度較細(xì),略具層狀排列,指示風(fēng)暴平息期(圖2j);渠縣三匯地區(qū)見介殼灰?guī)r呈雜亂狀排列,且自下而上介殼灰?guī)r碎片逐漸變薄,略具正粒序結(jié)構(gòu)(圖2k),指示較強(qiáng)的風(fēng)暴流沉積。湖盆中心深水環(huán)境基本不受湖浪作用,局部地區(qū)偶爾遭受間歇性風(fēng)暴作用的影響,川西坳陷HL2井(圖2l)和川中龍崗地區(qū)PC1井(圖2i)均見沖刷-充填構(gòu)造,沖刷面上見泥礫,為典型的風(fēng)暴沉積標(biāo)志,均為典型的間斷混合沉積。

2.4 混合沉積模式

區(qū)內(nèi)大安寨段沉積期風(fēng)暴作用較發(fā)育,混合沉積受控于物源供給和水動(dòng)力條件,西部向湖盆中心依次可分為淺湖砂壩、灘后、灘核、灘前、深水斜坡以及半深湖泥微相(表1)。根據(jù)區(qū)內(nèi)混積巖特征、混合沉積類型以及沉積環(huán)境等因素,建立了川西坳陷中江氣田大安寨段混合沉積模式(圖3)。大三亞段沉積期,受印支III幕運(yùn)動(dòng)影響,盆地西部龍門山古陸不斷隆升,西部發(fā)生山麓洪積,為研究區(qū)提供了充足的陸源物質(zhì)[17]。西部陸源物質(zhì)供應(yīng)過飽和,可容納空間增長速率小于陸源物質(zhì)沉積速率,陸源物質(zhì)向盆地進(jìn)積,與介殼灰?guī)r混合沉積形成含灰長石砂巖,為淺湖砂壩沉積;中部遠(yuǎn)離物源區(qū),陸源碎屑抑制作用減弱,沉積物以(含)砂質(zhì)介殼灰?guī)r等混積型碳酸鹽巖為主,為灘后沉積。大二亞段沉積期,隨著湖進(jìn)過程的持續(xù),湖平面逐漸上升,水體加深,生物活動(dòng)頻繁,沉積物以碳酸鹽巖為主,介殼灰?guī)r快速堆積形成高能介殼灘,水動(dòng)力較強(qiáng),風(fēng)暴流將陸源物質(zhì)攜帶至灘后、灘前、深水斜坡等環(huán)境,與碳酸鹽巖、黏土發(fā)生不同程度混積;大二亞段沉積后期,湖進(jìn)結(jié)束開始湖退,水體達(dá)到最大湖平面,沉積物以暗色泥巖夾(含)泥質(zhì)介殼灰?guī)r為主,為深水斜坡-半深湖沉積。大一亞段沉積期,隨著湖退過程的持續(xù),水體逐漸變淺,介殼灰?guī)r沉積逐漸減少,陸源物質(zhì)不斷沉積,造成大一亞段下部以介殼灰?guī)r沉積為主,上部以砂泥巖沉積為主。

3 儲(chǔ)層特征

3.1 儲(chǔ)集空間類型

儲(chǔ)集空間主要為孔隙和裂縫兩大類。其中,孔隙可分為原生孔隙和次生孔隙,原生孔隙以粒間孔、晶間孔、生物體腔孔為主,但受后期強(qiáng)烈的壓實(shí)、膠結(jié)和重結(jié)晶作用影響[17],原生孔隙基本消失殆盡,僅殘余納米-微米級(jí)孔隙;次生孔隙包含晶(內(nèi))間溶孔(圖4a)、粒(內(nèi))間溶孔(圖4b)、生物溶孔(圖4e)、溶蝕孔洞等(圖4d)。介殼灰?guī)r位于介殼灘高能沉積環(huán)境,受強(qiáng)烈的重結(jié)晶作用,孔隙以殘余孔和次生溶孔為主(圖4a);泥質(zhì)/砂質(zhì)介殼灰?guī)r等孔隙以晶(內(nèi))間溶孔、粒(內(nèi))間溶孔等次生孔隙為主,局部原生孔隙保存較好(圖4c);含介殼泥巖等孔隙以納米級(jí)孔隙為主(圖4f)。

圖4 川西地區(qū)大安寨段儲(chǔ)集空間特征

裂縫主要包括成巖縫、構(gòu)造縫和微裂縫三類。區(qū)內(nèi)裂縫以構(gòu)造縫為主,占裂縫總數(shù)的82.25%,常見于介殼灰?guī)r等脆性礦物中;成巖縫以泥質(zhì)失水收縮形成的層間縫(圖4g,4h)和受壓實(shí)壓溶作用形成的壓溶縫(圖2a)為主,常見于泥質(zhì)/砂質(zhì)介殼灰?guī)r中;區(qū)內(nèi)微裂縫較發(fā)育,常將孤立的微孔隙連通(圖2b),部分微裂縫后期被酸性流體溶蝕擴(kuò)大(圖4i),極大地改善了儲(chǔ)層物性。

3.2 儲(chǔ)層物性特征

前人研究認(rèn)為,介殼灰?guī)r中混入泥質(zhì)能改善儲(chǔ)層物性[3,7,21],丁一等[7]認(rèn)為川中龍崗地區(qū)大安寨段部分泥質(zhì)介殼灰?guī)r儲(chǔ)層物性好于“純的”介殼灰?guī)r;羅玉宏[21]、馮榮昌等[3]認(rèn)為川中大安寨段混積巖中泥質(zhì)混入能改善儲(chǔ)層物性,泥質(zhì)介殼灰?guī)r儲(chǔ)層物性最好(圖5a、5b)。

圖5 大安寨段儲(chǔ)層特征

通過對(duì)區(qū)內(nèi)介殼灰?guī)r、砂質(zhì)介殼灰?guī)r、泥質(zhì)介殼灰?guī)r和介殼質(zhì)泥巖總計(jì)296個(gè)樣品進(jìn)行物性測試分析發(fā)現(xiàn),隨著泥質(zhì)含量增加,混積巖儲(chǔ)層孔隙度增加,但滲透率先增加后降低,孔隙連通性變差(圖5c)。結(jié)合區(qū)內(nèi)巖石占比可知(表1),(含)泥質(zhì)介殼灰?guī)r儲(chǔ)層物性整體較好。

結(jié)合鏡下薄片鑒定和掃描電鏡分析認(rèn)為,一定程度上泥質(zhì)混入能改善介殼灰?guī)r儲(chǔ)層孔隙度和滲透率,主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:①泥質(zhì)含量增加更容易產(chǎn)生有機(jī)孔(圖2e),且泥巖與介殼灰?guī)r頻繁薄互層更容易產(chǎn)生層理縫(圖5d,5e),從而改善儲(chǔ)層物性;②泥質(zhì)的混入一定程度上阻止了成巖流體的流動(dòng),后期膠結(jié)交代作用減弱,使得原生孔隙得到保存;③泥質(zhì)在介殼顆?；?guī)r表面形成綠泥石環(huán)邊(圖4j,4k),在一定程度上阻止了重結(jié)晶作用,有利于原生孔隙保存;④泥質(zhì)失水收縮易產(chǎn)生泥質(zhì)收縮縫(圖4g,4h);⑤泥巖生烴時(shí),一方面生烴增壓產(chǎn)生微裂縫,另一方面排出的酸性流體可形成溶蝕孔、溶蝕縫(圖4i)。但當(dāng)泥質(zhì)過度混入時(shí),會(huì)增強(qiáng)介殼灰?guī)r塑性,不易產(chǎn)生裂縫(圖5e),且泥質(zhì)可能堵塞連通孔隙的喉道(圖4l),導(dǎo)致儲(chǔ)層滲透率變差。大安寨段泥頁巖源儲(chǔ)參數(shù)相關(guān)關(guān)系較弱(圖5f),配置關(guān)系復(fù)雜,通過黏土含量與孔隙度相關(guān)關(guān)系圖(圖5f)和孔-滲分布直方圖(圖5c)可以初步推斷出,當(dāng)泥質(zhì)過度混入時(shí),儲(chǔ)層孔隙度增勢變緩,泥質(zhì)對(duì)儲(chǔ)層孔隙度改善作用減弱。綜上所述,(含)泥質(zhì)介殼灰?guī)r儲(chǔ)層物性較好,為區(qū)內(nèi)有利的儲(chǔ)層類型。

4 儲(chǔ)層地質(zhì)意義

中江氣田大三亞段厚度較薄(8～16 m),且地震分辨率有限,難以對(duì)大二、大三亞段進(jìn)行有效分辨,常規(guī)振幅和波阻抗響應(yīng)特征可以區(qū)分泥巖、灰?guī)r。大一亞段介殼灰?guī)r在全區(qū)沉積較穩(wěn)定,與上覆千佛崖組砂泥巖波阻抗差異較大,存在明顯的界面,地震剖面上整體呈強(qiáng)-中強(qiáng)波峰下緣反射,中高阻抗特征;大二亞段上部發(fā)育一套較厚的泥頁巖,地震剖面上整體呈強(qiáng)-中強(qiáng)波谷下緣反射,低阻抗特征,泥巖厚度越大,波谷反射越明顯;大二亞段下部+大三亞段介殼灰?guī)r與泥巖夾層組合,在地震剖面上整體呈中強(qiáng)波峰下緣反射,中低阻抗特征(圖6)。

圖6 川西坳陷中江氣田HL3-HL5大安寨段地震剖面

泥頁巖沉積中心位于回龍-福興地區(qū),厚度大于25 m,自北西向南東呈增厚趨勢;大安寨段灰?guī)r沉積中心位于永太-回龍-福興地區(qū),且自西向東逐漸增厚,結(jié)合沉積背景認(rèn)為回龍地區(qū)為區(qū)內(nèi)(含)泥質(zhì)介殼灰?guī)r儲(chǔ)層分布的有利區(qū)。結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際,區(qū)內(nèi)大安寨段先后試采11口井,截至目前累計(jì)產(chǎn)油5 600 t,其中試采效果較好的HL2、ZJ120、HZ201HF井均位于回龍地區(qū)。綜上所述,回龍地區(qū)可作為大安寨段勘探開發(fā)有利區(qū)。

5 結(jié)論

中江氣田大安寨段混積巖主要發(fā)育介殼灰?guī)r、(含)砂質(zhì)介殼灰?guī)r、(含)泥質(zhì)介殼灰?guī)r、介殼質(zhì)泥巖、含灰長石巖屑砂巖等,混積作用見間斷混合和原地混合兩種類型;儲(chǔ)集空間主要包括孔隙和裂縫兩大類,孔隙以次生孔隙為主,裂縫以構(gòu)造縫為主,泥質(zhì)介殼灰?guī)r儲(chǔ)層物性較好;介殼灰?guī)r中混入泥質(zhì)能改善儲(chǔ)層物性,但泥質(zhì)過度混入會(huì)抑制儲(chǔ)層滲透性;回龍地區(qū)為區(qū)內(nèi)大安寨段勘探開發(fā)有利區(qū)。