川東北地區(qū)上三疊統(tǒng)須家河組油氣勘探潛力分析

川東北地區(qū)上三疊統(tǒng)須家河組油氣勘探潛力分析

致密砂巖氣勘探前景四川盆地徐家河群的勘探始于20世紀(jì)50年代，取得了良好的效果。特別是近年來，隨著勘探技術(shù)的進(jìn)步和認(rèn)識的深化，已在四川發(fā)現(xiàn)了四個探明儲量超過1000萬元的徐家河群特權(quán)氣田。屬于第一類高密度砂巖儲水區(qū)。因此,作為重要接替領(lǐng)域的致密砂巖氣勘探愈來愈受到廣泛的關(guān)注,也是近幾年的研究熱點和未來的發(fā)展方向。最近元壩—通南巴地區(qū)陸相碎屑巖領(lǐng)域也取得了良好的勘探成效,有多口井在須家河組獲得了工業(yè)氣流,并且在川東北馬路背地區(qū)發(fā)現(xiàn)了中石化第一個須家河組氣田,其儲量規(guī)模達(dá)到了中型氣田的標(biāo)準(zhǔn);同時,鄰區(qū)九龍山、龍崗等地區(qū)須家河組也都獲得了良好的勘探效果,這些都預(yù)示著川東北地區(qū)上三疊統(tǒng)須家河組具備良好的勘探前景。通過對須家河組儲層巖石類型、巖石結(jié)構(gòu)特征,成巖作用和儲集空間類型、儲層物性特征及其相互關(guān)系的研究,系統(tǒng)總結(jié)了川東北地區(qū)上三疊統(tǒng)須家河組優(yōu)質(zhì)儲層發(fā)育的主控因素,認(rèn)為大型相控–孔隙型砂巖氣藏是下步中淺層勘探的主攻目標(biāo),元壩須二段氣藏有望成為川東北地區(qū)第一個探明儲量超過千億方的特大型致密砂巖氣藏。1儲集層精細(xì)分析本文中,川東北地區(qū)系指中石化元壩及通南巴探區(qū)(圖1),位于川北低緩帶北緣,北鄰米倉—大巴斷褶帶,東接川東高陡斷褶帶,西為龍門山斷褶帶。在燕山期—喜馬拉雅期,本區(qū)與南秦嶺受到由北而南的強(qiáng)烈擠壓作用,喜馬拉雅期繼承了燕山期的構(gòu)造活動方式,繼續(xù)向南逆沖推覆,并最終定型于喜馬拉雅晚期。川東北地區(qū)須家河組地層總厚度270～730m,縱向可以劃分為6段,其中須一、須三、須五段以泥巖為主,是主要的烴源巖,須二、須四、須六段以砂巖為主,是主要的儲集層。底部因“印支早幕運動”影響,缺失小塘子組,須一段在元壩區(qū)塊發(fā)育相對較全,巖性主要為深灰色頁巖、灰黑色頁巖、碳質(zhì)頁巖,夾粉砂巖、細(xì)砂巖,主要為潮控三角洲前緣沉積。須二段以灰色、灰白色細(xì)—粗粒巖屑砂巖、巖屑石英砂巖為主,局部有長石巖屑砂巖夾深灰色泥巖、灰黑色碳質(zhì)泥頁巖及煤線,主要為辮狀河三角洲前緣沉積;通南巴地區(qū)由于處于古地貌較高部位,缺失須一段及須二段下部地層。全區(qū)須三段厚度普遍不大,巖性以深灰色泥頁巖、粉砂質(zhì)泥巖、灰黑色碳質(zhì)泥頁巖、灰色泥巖夾巖屑砂巖、巖屑石英砂巖,主要為濱淺湖相沉積。須四段以灰色塊狀中粒巖屑砂巖為主,灰白色、深灰色礫巖夾灰色泥質(zhì)粉砂巖、灰黑色頁巖及煤線,礫巖厚度大,主要為辮狀河三角洲平原—前緣沉積。須五段巖性主要為深灰色泥巖、灰黑色碳質(zhì)泥頁巖、煤層夾巖屑砂巖,主要為濱淺湖相沉積。須家河組頂部因“印支早幕運動”影響遭受剝蝕,川東北地區(qū)缺失須六段及部分須五段地層。2儲層巖性結(jié)構(gòu)據(jù)研究區(qū)21口取芯井和數(shù)條野外露頭剖面共計8000多張巖石普通薄片、鑄體薄片鑒定分析,須家河組儲層巖性整體上表現(xiàn)為低成分成熟度、高結(jié)構(gòu)成熟度的特點,以中粒巖屑砂巖為主(圖2);其次為中粒長石巖屑砂巖、中粒巖屑石英砂巖和石英砂巖;此外還有含礫砂巖、礫巖等。2.1巖石巖性結(jié)構(gòu)川東北地區(qū)須家河組砂巖的石英含量一般為30%～80%,平均70%左右,最低3%,最高可達(dá)97.8%。石英顆粒以單晶石英為主,另有少量復(fù)石英和燧石。長石含量一般為2%～15%,最高27.5%,平均5%左右。多呈板條狀和長柱狀,以鉀長石為主,次為斜長石,少量微斜長石和條紋長石。大部分長石蝕變較強(qiáng),部分被方解石選擇性交代。巖屑含量較高,一般為15%～70%,最低為2%,最高97%,平均35%左右。巖屑成分復(fù)雜,包括巖漿巖、變質(zhì)巖、沉積巖三大類,以沉積巖屑為主,次為變質(zhì)的石英巖屑,再次為巖漿巖巖屑。須家河組碎屑顆粒結(jié)構(gòu)有如下特征:(1)須家河組砂巖以中、粗粒砂巖為主,其次為細(xì)砂巖,少量粉砂巖。(2)巖石總體雜基含量不高,平均為5.6%,以泥質(zhì)為主。巖石的結(jié)構(gòu)成熟度中等到好。除石英砂巖外,巖屑砂巖和長石巖屑砂巖中變質(zhì)巖屑或沉積巖屑含量高,砂巖的成分成熟度相對低。(3)顆粒接觸方式以線接觸為主,部分為點接觸、點–線接觸、凹凸接觸,反映研究區(qū)須家河組壓實作用較為強(qiáng)烈。膠結(jié)類型以孔隙式膠結(jié)為主,部分呈孔隙—壓嵌式。2.2雜基、膠結(jié)物填隙物包括雜基和膠結(jié)物,雜基主要由粘土礦物組成,主要為絹云母、伊利石、高嶺石、綠泥石等的混合;雜基含量為0～19%,平均5%左右。膠結(jié)物以碳酸鹽為主,次為硅質(zhì)膠結(jié)和粘土礦物膠結(jié)。碳酸鹽巖膠結(jié)物主要為方解石,另有少量鐵方解石和白云石,含量為0～35%,平均3%左右;粘土礦物膠結(jié)物主要為綠泥石和伊利石,綠泥石含量為0.2%～5%,最高5%,常圍繞顆粒形成綠泥石包殼。2.3砂巖類型川東北地區(qū)儲層主要有巖屑砂巖、長石巖屑砂巖、長石巖屑石英砂巖、石英砂巖(圖2)。不同層段巖石類型有所差別。2.3.1須片段上砂巖研究區(qū)在須二段中部發(fā)育一段濱淺湖相泥巖(腰帶子),泥巖之下為下砂巖,泥巖之上為須二段上砂巖。須二段上砂巖主要為巖屑砂巖、長石巖屑砂巖,少量巖屑石英砂巖及石英砂巖。須二段下砂巖主要為長石巖屑砂巖、巖屑砂巖、石英砂巖。石英砂巖緊鄰腰帶子之下發(fā)育,厚度為7.0～36.0m,平面分布局限。2.3.2泥質(zhì)細(xì)砂巖結(jié)構(gòu)川東北地區(qū)須家河組三段整體為濱淺湖相沉積,泥質(zhì)含量較高,為泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、泥質(zhì)細(xì)砂巖。巖石類型主要為巖屑砂巖、巖屑石英砂巖、巖屑粉砂巖,其中,鈣巖屑砂巖是須三段主要儲集巖類型,平面分布局限。2.3.3需要四個步驟研究區(qū)須四段砂巖巖石類型主要為長石巖屑砂巖、巖屑砂巖、巖屑石英砂巖、巖屑粉砂巖,往元壩西北部相變?yōu)榈[巖、含礫砂巖。3儲集空間類型通過21口取芯井的巖芯觀察和700多張鑄體薄片觀察及掃描電鏡分析,川東北地區(qū)須家河組儲集空間類型按成因可分為原生粒間孔、次生溶孔和裂縫三大類(表1)。次生溶孔可進(jìn)一步劃分為粒間溶孔、粒內(nèi)溶孔、鑄模孔、晶間微溶孔等。其中,粒間溶孔、粒內(nèi)溶孔、粘土礦物晶間微孔、殘余粒間孔、裂縫為本區(qū)主要的儲集空間類型。3.1充填后孔隙結(jié)構(gòu)原生粒間孔主要是指顆粒間孔隙被自生粘土礦物如綠泥石、高嶺石、伊利石及自生石英等充填后剩余的孔隙部分。形體常呈三角狀、多角狀,連通性較好(圖3a)。主要發(fā)育在須二段石英砂巖或巖屑石英砂巖中,如YB204井、YB5井等。3.2次生孔3.2.1石英顆粒表面溶蝕變形粒間溶孔是須家河組主要的儲集空間類型之一,分布廣泛,在須家河組各個儲層段均有發(fā)育。主要有兩種類型:一是顆粒邊緣被溶蝕后形成的粒間溶蝕擴(kuò)大孔(圖3c),一般被溶蝕之后的石英顆粒(或次生加大邊)邊緣凹凸不平;二是粒間膠結(jié)物(方解石、白云石、粘土礦物等)溶蝕形成的粒間溶孔(圖3d),孔隙邊緣多具明顯的溶蝕痕跡,形態(tài)多樣,具有較好的連通性。3.2.2儲蝕孔隙型砂巖中不穩(wěn)定的碎屑顆粒(如長石、巖屑等)內(nèi)部成分被溶蝕所產(chǎn)生的次生孔隙(圖3b)。主要是長石顆粒溶蝕形成的孔隙,少數(shù)為巖屑顆粒溶蝕形成。其形態(tài)主要為斑點狀、蜂窩狀;當(dāng)溶蝕作用強(qiáng)烈時,整個顆粒可被完全溶蝕,形成鑄?？?僅保留顆粒的輪廓。粒內(nèi)溶孔較細(xì)小,一般小于0.05mm,但鑄?？纵^大,可達(dá)0.2mm以上。3.2.3微孔隙類型主要指巖石中粘土礦物(如綠泥石、高嶺石、伊利石等)內(nèi)部的微孔隙(圖3f)。常見的是伊利石、高嶺石和綠泥石晶間孔,該類孔隙一般呈斑點狀、蜂窩狀,孔隙細(xì)小,對改善儲層儲集性能具有不可忽視的作用。須家河組各段均有發(fā)育。3.2.4透性改善和單井產(chǎn)能提高相結(jié)合天然氣在低孔低滲致密巖層的流動主要靠裂縫的溝通作用。裂縫不僅是油氣產(chǎn)出的主要滲濾通道和儲集空間,而且大大改善了儲層的滲流能力。因此,對于須家河組低孔、低滲砂巖儲層來說,裂縫的發(fā)育程度對儲層滲透性的改善和單井產(chǎn)能提高具有相當(dāng)重要的作用。川東北地區(qū)須家河組砂巖中的裂縫按成因可分為2類:構(gòu)造成因裂縫和成巖縫。通過對須家河組取芯井觀察,研究區(qū)構(gòu)造裂縫發(fā)育,互相切割,且未充填,多為斜裂縫、直立縫和水平縫,高角度縫形成的時間較晚,大多未充填(圖3e),低角度縫多數(shù)被泥質(zhì)和方解石等充填;成巖縫由壓實、壓溶等成巖作用形成,其特點是延伸不遠(yuǎn),無一定方向,寬度為0.01～0.04mm。勘探實踐表明,須家河組儲層裂縫的發(fā)育大大提高了其儲滲能力,形成裂隙–孔隙型儲集層;而且裂隙作為地層中流體運移的通道,為溶蝕作用的產(chǎn)生創(chuàng)造了有利條件。因此,裂縫對于須家河組儲層有重要意義。4儲層的物理特性4.1須家河組葉片砂巖川東北地區(qū)須二上砂巖孔隙度多為2%～4%,但局部發(fā)育好儲層,如YB271井單井儲層孔隙度平均在5.1%,滲透率平均為0.0693mD。須家河組二段下砂巖在元壩地區(qū)較為發(fā)育,孔隙度為0.99%～6.81%,平均為5.73%;滲透率為0.025～16.797mD,平均為0.631mD,儲集空間類型主要為粒間溶孔、粒內(nèi)溶孔和粒間孔,須二下砂巖為須家河組優(yōu)質(zhì)儲層發(fā)育段,是本區(qū)主力儲層,主要分布在元壩西北部。4.2工業(yè)氣流井--cp1井儲層須三段儲層平面分布較局限,物性總體一般,鑄體薄片中見粒間溶孔發(fā)育,為孔隙型儲層。YB2井--CP1井在須三段測試獲得工業(yè)氣流,測井解釋孔隙度為4.3%。須三段巖性與川西豐谷地區(qū)的孔隙性“鈣屑砂巖”極為類似,鈣屑含量為50%～90%,最高可達(dá)95%。4.3須家河組儲層物性川東北地區(qū)須四段儲層物性總體較差,孔隙度多為1%～3%,局部見物性較好儲層發(fā)育,如YB123井和YB16井,儲集空間類型主要為長石粒內(nèi)溶孔、雜基微孔和鑄?？??？紫抖绕骄鶠?.25%,滲透率平均為0.308mD。按川西須家河組儲層的評價標(biāo)準(zhǔn)屬Ⅱ--Ⅲ類儲層。綜上所述,研究區(qū)須家河組以低孔、低滲致密砂巖儲層為主,其中須二段儲層物性相對較好,平面分布廣;須三、須四段次之,平面分布局限。5沉積作用對成巖作用的控制須家河組砂巖儲層的物性主要受沉積作用、成巖作用及構(gòu)造裂隙作用等多重影響,沉積作用決定了砂巖儲層的原始組分和巖石結(jié)構(gòu),它控制著儲層的分布范圍,同時也影響著后期成巖作用類型和強(qiáng)度;成巖作用不僅影響儲層的儲集空間演化,而且最終決定了儲層的分布和物性的優(yōu)劣。5.1須片段巖屑砂巖儲層沉積相控制砂體發(fā)育,沉積微相控制儲層物性。須家河組儲層主要發(fā)育在須二段、須四段及須三段中,非均質(zhì)性極強(qiáng)。須二段為辮狀河三角洲前緣沉積,砂體厚度較大,橫向分布穩(wěn)定。須四段巖屑砂巖、長石巖屑砂巖儲層主要發(fā)育于水下分流河道微相;須三段巖屑砂巖儲層發(fā)育在淺湖相砂壩中。須二段儲層統(tǒng)計結(jié)果(表2)表明,有利儲層均發(fā)育于水下分流河道和河口壩微相,由于水動力條件較強(qiáng),沉積物粒度較粗,分選性相對較好,泥質(zhì)含量低,為有利砂巖儲層發(fā)育的沉積微相;席狀砂、決口扇和天然堤等砂體與洪水期堤泛或溢出河口時的懸移—推移混合載荷沉積作用有關(guān),雖有較強(qiáng)的間歇性水動力條件,但因堆積速度快,沉積物改造不充分,因而粒度相對較細(xì)、分選性較差、泥質(zhì)含量高,一般為儲層不發(fā)育的微相。5.2須二、須六段砂巖物性與巖性物性間互影響溶蝕作用的強(qiáng)弱是儲層發(fā)育的關(guān)鍵因素。須家河組儲層經(jīng)歷了漫長的成巖演化進(jìn)程,主要成巖作用有機(jī)械壓實作用、膠結(jié)作用、溶解作用等,其中溶蝕作用是儲層孔隙形成的首要建設(shè)性成巖作用。須家河組主要儲層段巖石中易溶組分含量較高,長石顆粒含量最高達(dá)18%,碳酸鹽巖屑含量最高超過90%,碳酸鹽巖膠結(jié)物和粘土雜基膠結(jié)含量為10%～25%。研究表明,須二、須四段砂巖物性與長石的含量基本呈現(xiàn)正相關(guān)性(圖4),當(dāng)長石含量大于6%時,砂巖物性會有明顯的改善。根據(jù)取芯段鑄體和掃描電鏡觀察,孔隙類型主要為粒間溶孔、長石粒內(nèi)溶孔、鑄模孔和雜基微孔。元壩地區(qū)須三段巖屑砂巖中碳酸鹽巖巖屑含量高,YB2—CP1井在須三段測試獲得工業(yè)氣流,測井解釋孔隙度為4.3%,說明后期溶蝕作用對該類儲層改造強(qiáng)烈,局部發(fā)育孔隙型儲層,鈣屑顆粒和膠結(jié)物為后期有機(jī)酸溶蝕提供了物質(zhì)條件。研究表明,川東北地區(qū)須家河組僅保存少量原生粒間孔隙,以后期的溶蝕孔隙為主,因此后期溶蝕作用的強(qiáng)弱決定了現(xiàn)今儲層物性的優(yōu)劣。5.3構(gòu)造裂縫發(fā)育模式裂縫是改善砂體儲、滲能力的重要因素。研究表明,川東北地區(qū)須家河組自沉積至今經(jīng)歷了多期構(gòu)造變形,使得該區(qū)斷裂較發(fā)育,存在SN向、NNE向和NWW向斷裂。根據(jù)巖芯觀察,須家河組構(gòu)造裂縫較為發(fā)育,主要發(fā)育高角度裂縫、水平裂縫和低角度裂縫3種。據(jù)薄片觀察,元壩地區(qū)多口井須四段、須二段發(fā)育微裂隙,且未充填。裂縫既為油氣的運移提供良好通道,也是改善儲層和儲層間滲透性的關(guān)鍵因素。須家河組勘探實踐也表明,孔隙型儲層若有裂縫配合,產(chǎn)能明顯提高,如Y3井須四段和馬路背地區(qū)M101井須二段測試都獲高產(chǎn)工業(yè)天然氣流,除構(gòu)造裂縫發(fā)育外,巖石微裂隙也極為發(fā)育。對于這種低孔低滲的致密砂巖儲層,裂縫作用大大提高了其儲滲能力。5.4機(jī)械壓實作用壓實作用導(dǎo)致砂巖原生孔隙迅速減少,強(qiáng)烈的膠結(jié)作用使儲層更加致密。自印支早期至燕山期,四川盆地東北部米倉山和大巴山持續(xù)隆升,在山前形成廣闊的拗陷區(qū),沉積巨厚侏羅系使須家河組埋藏較深(最大可達(dá)7000～8000m),經(jīng)歷了強(qiáng)烈的機(jī)械壓實作用。須家河組沉積物具軟巖屑(沉積巖和變質(zhì)巖)和雜基含量較高、剛性顆粒含量低、分選較差的特點,在強(qiáng)烈壓實作用下,沉積物致密化速度快,使得原生孔隙幾乎喪失殆盡。成巖早期產(chǎn)生的一些成巖礦物,如綠泥石、伊利石、高嶺石和石英等包裹剛性顆粒(圖5a、5b、5c)形成粘土包殼增強(qiáng)了巖石抗壓實能力,在局部層段殘余少量原生粒間孔,但隨著膠結(jié)作用的不斷加強(qiáng)(Y271井、Y6井在須三、須四段有碳酸鹽膠結(jié)發(fā)育,局部為方解石連晶膠結(jié)),殘余原生粒間孔隙進(jìn)一步充填遭受嚴(yán)重破壞。須家河組膠結(jié)物以粘土礦物為主,但碳酸鹽巖含量也較高(圖5d),可達(dá)25%左右,部分為鐵白云石膠結(jié),結(jié)晶程度高,部分為硅質(zhì)膠結(jié),含量在8%左右,膠結(jié)作用發(fā)育直接導(dǎo)致