库车坳陷博孜－大北地区下白垩统深层－超深层储层特征及成因机制

来源：SCI期刊网 分类：农业论文 时间：2021-10-19 08:20 热度：

摘 要：摘要:博孜-大北地区是库车坳陷重要的天然气勘探领域之一,含气层系下白垩统为深层-超深层致密砂岩,在7000m以深仍发育有效储层且获得高产工业气流,明确这类储层的特征及成因机制,对

　　摘要:博孜-大北地区是库车坳陷重要的天然气勘探领域之一,含气层系下白垩统为深层-超深层致密砂岩,在7000m以深仍发育有效储层且获得高产工业气流,明确这类储层的特征及成因机制,对优质储层分布预测、开发井位部署以及天然气的高效开发具有重要意义.利用岩心、测井资料和铸体薄片、阴极发光、扫描电镜等实验分析结果,对博孜-大北地区下白垩统储层进行了表征,分析了储层物性的控制因素,认为储层物性平面差异成因在于胶结作用和侧向“压实”作用强度差异.研究结果表明:博孜-大北地区下白垩统为扇三角洲G辫状河三角洲沉积体系下形成的裂缝型致密砂岩储层,成像测井解释的裂缝密度平均为0.56条/m,微观裂缝开度为20~50μm.沉积相主控储层物性,经验公式恢复的砂岩原始孔隙度平均为38.5%;压实作用(包括垂向压实和侧向“压实”)和胶结作用是主要的减孔效应,总压实减孔量为20.9%~30.3%,平均为25.8%,其中侧向“压实”作用同时也是产生构造裂缝的主要动力来源;溶蚀作用是主要的增孔效应,增孔量平均为4.0%;低密度(2.13g/cm3)

　　关键词:深层-超深层;致密砂岩储层;成因机制;储层演化;博孜-大北地区;库车坳陷

　　库车坳陷具有丰富的油气资源,是塔里木盆地重要的油气产区,目前已发现克拉2、克深、博孜、大北、迪那、迪北、中秋等多个大中型天然气田[1].近年来,通过持续开展地震攻关和成藏地质条件研究,在库车坳陷克拉苏构造带西部的博孜-大北地区连续获得突破,新发现了博孜9、博孜12、大北9、大北12、大北14等多个气藏,证实了博孜-大北地区油气连片分布,具有万亿立方米天然气储量规模,是继克拉G克深气田之后的又一个万亿方大气区,成为2019年中国石油十大油气发现之一.尤其是博孜9井获高产工业气流,标志着又一个优质、高产、整装千亿立方米级超深层凝析气藏的发现,实现了我国近8000m超深层天然气勘探的重大突破[2].

　　勘探实践表明,博孜-大北地区的含气层系为下白垩统巴什基奇克组和巴西改组的致密砂岩储层,具有埋深大、储层非均质性强、成因机制复杂等特点.明确博孜-大北地区下白垩统致密砂岩储层的成因机制,对优质储层分布预测、开发井位部署优选以及天然气的高效开发具有重要意义.针对这一问题,文献[3G4]分析了大北气田巴什基奇克组储层特征、成因及控制因素,文献[5]研究了大北气田巴什基奇克组的裂缝发育规律及其与产能关系,文献[6]开展了大北气田巴什基奇克组储层定量评价,文献[7]讨论了大北气田巴什基奇克组储层致密化与油气充注的关系,文献[8]分析了博孜9井巴什基奇克组储层特征及成因机制.通过上述研究,基本明确了大北气田老区(大北1、大北2、大北3气藏)的巴什基奇克组储层特征、控制因素与成因机制.随着近年来多个新气藏的发现,勘探面积迅速扩大、勘探层位增加(巴西改组),已有的储层认识已难以满足研究区的勘探需求,主要表现在下白垩统的区域沉积相展布、构造侧向“压实”作用及其定量分析、上覆膏盐层对储层物性的影响机制、储层物性平面差异性及其成因等不明确,亟需开展更深入的储层特征与成因机制研究,指导优质储层的分布预测和井位部署.因此,本文利用岩心、测井资料以及铸体薄片、阴极发光、扫描电镜等实验分析数据,在沉积相和储层特征分析的基础上,探讨博孜-大北地区下白垩统储层的控制因素与成因机制,以期为研究区的勘探开发提供地质依据.

　　1地质背景

　　库车坳陷位于塔里木盆地北缘,北与南天山造山带以逆冲断层相接,南临塔北隆起,是一个自晚海西期开始发育,经历了晚二叠世-三叠纪古前陆盆地发育期、侏罗纪-古近纪伸展坳陷期和新近纪-第四纪陆内前陆冲断发育期等多次构造运动叠加,在古生代被动大陆边缘基础之上发育起来的中新生代叠合前陆盆地,东西长550km,南北宽30~80km,总面积约3.7×104km2,包括北部单斜带、克拉苏构造带、依奇克里克构造带、拜城凹陷、阳霞凹陷、乌什凹陷、秋里塔格构造带和南部斜坡带8个次级构造单元(图1)[9],地质结构见图2

　　博孜-大北地区位于克拉苏构造带西部,整体上呈NEE向展布,是在南天山强烈冲断推覆背景下形成的叠瓦构造带,由多个断背斜或断鼻构造组成,发育一系列的北倾逆冲断层,局部发育南倾反冲断层(图1,2).研究区的天然气主要来源于三叠系和侏罗系烃源岩,自下而上包括三叠系黄山街组、塔里奇克组,侏罗系阳霞组、克孜勒努尔组、恰克马克组,其中黄山街组和恰克马克组以湖相泥岩为主,其余为煤系地层.主要含气层系为下白垩统巴什基奇克组(K1bs)和巴西改组(K1bx)砂岩储层,埋深5300~7800m,实测基质孔隙度平均为4.8%,岩心、成像测井及钻井资料表明储层中构造裂缝特别发育,为典型的深层-超深层裂缝性致密砂岩储层.下伏地层为下白垩统舒善河组(K1sh)和亚格列木组(K1y),与目的层整合接触;上覆地层为古近系库姆格列木群(E1G2km)膏盐层,与目的层角度不整合接触(图3).古近系膏盐岩在高温高压条件下发生强烈的塑性流动,从而形成了盐上、盐下2套构造层.盐上主要为简单的南倾斜坡,局部发育断层相关褶皱;盐下总体为逆冲叠瓦构造,形成了一系列的断背斜或断鼻型圈闭(图2).

　　2沉积相与储层特征

　　2.1沉积相与砂体展布

　　研究区白垩纪气候炎热干燥,北部为南天山物源区,西南部为温宿古隆起物源区,地势总体西高东低,碎屑物质冲出山口以后,由于地势变缓、水体能量减弱,碎屑物质得以大量沉积,形成了下白垩统巴什基奇克组(K1bs)和巴西改组(K1bx)大面积连片分布的砂体(图4),且由湖盆边缘向盆内退积(图5),岩性主要为中厚层中-细砂岩夹薄层粗砂岩、(泥质)粉砂岩、(粉砂质)泥岩[8].其中巴什基奇克组第2段以辫状河三角洲前缘沉积为主,第3段以扇三角洲前缘沉积为主.成像测井古水流恢复表明,博孜9井巴什基奇克组第2段沉积期具有南北双向物源的特征,处于南北两支古水系的交汇处,但北部物源较占优势,至巴什基奇克组第三段沉积期开始以南部物源为主(图4a,4b).巴西改组沉积期湖平面较高,在研究区中部发育大面积的滨浅湖相泥岩沉积,靠近南天山和温宿古隆起处发育3~4个大型的辫状河三角洲前缘朵体,但规模显著小于巴什基奇克组(图4c,4d).

　　晚白垩世的燕山晚期运动使库车坳陷整体发生抬升,造成上白垩统缺失,下白垩统顶部也遭受不同程度的剥蚀;至古近系库姆格列木群沉积期,库车坳陷发生大规模海侵,研究区总体处于盐湖沉积环境,形成了一套以膏盐岩和泥岩为主的优质区域盖层[9](图5).研究区自东向西地势抬高,古近系逐渐由盆内相过渡为盆地边缘相,例如库姆格列木群底部在东部以膏盐岩为主,而在西部的阿瓦特河、阿瓦3井已相变为以砂砾岩为主(图5).由于岩相的变化,古近系的分组在东西部也有差异.在博孜3井以东地区,古近系自上而下分别称苏维依组(E2G3s)、库姆格列木群(E1G2km),在博孜3井及以西地区自上而下分别称阿瓦特组(E3a)、小库孜拜组(E2x)、塔拉克组(E1t).

　　岩心及测井资料表明,研究区下白垩统储层以扇三角洲和辫状河三角洲前缘水下分流河道砂体为主,可见平行层理和板状、槽状交错层理,自然伽马曲线呈较平直的箱形或钟形;河口坝砂体在局部层段较为发育,发育典型的反韵律,自然伽马曲线呈漏斗形或阶梯状漏斗形;分流间湾的泥岩主要以薄夹层形式分布于砂体之间,横向上不连续,单个气藏的压力变化曲线也显示各井的地层压力变化趋势基本一致,表明泥岩薄夹层难以构成区域上的渗流屏障,气藏整体连通.

　　2.2储层基本特征

　　博孜-大北地区下白垩统砂岩以岩屑长石砂岩和长石岩屑砂岩为主,岩屑以变质岩屑和岩浆岩屑为主(图6).颗粒分选中等G好,磨圆次棱G次圆,颗粒间以点G线接触为主.填隙物百分比为4%~40%,平均为15.2%,其中胶结物百分比为15%~38%,平均为10.7%,主要自生矿物为方解石(6.6%),其次为白云石(1.7%)、硅质(0.8%)、硬石膏(0.8%)、钠长石(0.6%)以及少量的铁方解石、铁白云石和方沸石等(共计约为0.3%),偶见石膏、石盐.全岩及黏土X衍射结果表明,储层黏土矿物百分比为1%~33%,平均为6.3%,以伊利石为主(3.2%),其次为伊蒙混层(1.7%)、绿泥石(1.0%),以及少量高岭石(0.4%).

　　39口井的829块铸体薄片观察表明,博孜-大北地区下白垩统储集空间以原生粒间孔为主,其次为粒间溶孔,此外还有少量的粒内溶孔、微裂缝等(图7,8):

　　1)原生粒间孔.该类孔隙为砂岩经历成岩作用后保留至现今的原生粒间孔隙,多发育在石英、长石和硅质岩屑等刚性颗粒富集处,其边缘规则,周围颗粒基本未见溶蚀,有时可见少量紧贴颗粒向孔隙内部生长的黏土矿物、方解石和石英等自生矿物.

　　2)粒间溶孔.该类孔隙为颗粒间碳酸盐胶结物或其他易溶填隙物近于完全溶解而形成的粒间孔隙,或者是长石等易溶颗粒边缘溶蚀作用扩大的原生粒间孔隙,颗粒边缘凹凸不平呈残蚀状.

　　3)粒内溶孔.该类孔隙主要为长石颗粒和酸性喷出岩等岩屑发生粒内溶蚀形成的粒内孔隙,偶见石英、硅质岩岩屑的粒内孔隙.

　　4)微裂缝.系岩石在构造应力或成岩收缩等作用下形成的粒间或粒内破裂,包括构造缝、成岩收缩缝、异常高压缝、溶蚀缝等多种类型.

　　根据薄片所反映的胶结G溶蚀关系,认为研究区下白垩统储层中现今所见的孔隙,是成岩早期原生粒间孔在后期有机酸作用下发生边缘溶蚀扩大形成的;小部分粒间孔隙是成岩早期形成的粒间碳酸盐胶结物在有机酸作用下发生溶蚀形成的,局部可见溶蚀作用形成的不规则边缘.但并非所有的薄片都能见到图7所示的大量孔隙,部分薄片中孔隙欠发育,甚至观察不到明显的孔隙,这可能是由于局部成岩环境差异造成的非均质性,使孔隙在局部得以保存较好.

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　　致密砂岩系指孔隙度小于10%,空气渗透率小于1mD(或覆压基质渗透率小于0.1mD)的砂岩[11G12].35口井的岩心实测表明,研究区下白垩统储层孔隙度主要分布在2%~6%,平均值为4.8%,空气渗透率主要分布在0.01~1.00mD,中值为0.16mD(图9),30MPa下的覆压渗透率为0.002~0.071mD,中值为0.024mD,属于典型的致密砂岩储层.

　　158块样品的高压压汞测试结果表明,博孜-大北地区下白垩统储层的排驱压力为0.1~5.2MPa,平均为1.2MPa(图10),基质最大孔喉半径为0.1~3.0μm,平均为1.3μm,平均孔喉半径一般为0.02~0.70μm,平均值为0.19μm,总体表现为中细孔细微喉型.

　　2.3储层裂缝特征

　　研究区下白垩统储层中裂缝十分发育,是改善储层质量的重要因素[13].例如大北202井巴什基奇克组5711~5845m井段,FMI成像测井解释裂缝密度为1.29条/m,测井解释储层基质渗透率平均为0.081mD,而试井渗透率可高达81.2mD,比基质渗透率高了3个数量级,表明裂缝的存在显著提高了储层渗透率.

　　岩心与成像测井资料表明,博孜-大北地区下白垩统储层裂缝以直立和高角度的剪切裂缝为主,张性裂缝也有一定程度的发育(图11a,11d).剪切裂缝面平直、延伸较远、张开度较小,通常未被矿物充填,结合区域构造演化及邻区克深气田的相关成果,认为剪切裂缝主要形成于喜马拉雅晚期[14G16].张性裂缝面弯曲、延伸距离有限、张开度较大,常被方解石、白云石等矿物不同程度充填而成为无效裂缝或有效性较差的裂缝,这类裂缝一般形成于燕山晚期-喜马拉雅早中期;部分张性裂缝中的碳酸盐充填物可在酸性地层水作用下发生溶蚀,形成局部连通的渗流通道,使裂缝有效性提高.研究区36口井的成像测井资料解释出的单井裂缝线密度为0.04~2.57条/m,平均为0.56条/m;裂缝走向以NWGSE和NNEGSSW为主,由此判断研究区裂缝形成时期(古近纪-新近纪)的水平最大古构造应力方位应为NNW向,与文献[17]利用露头构造解析得出的认识一致.微观裂缝也以构造成因为主,开度为20~50μm,通常绕过岩石骨架颗粒,少数可将长石、岩屑等颗粒切穿,部分裂缝沿走向可见孔隙胶结物的溶蚀(图11e,11h).在成像测井图像上,裂缝表现为平行式、斜交式、共轭式和网状式等组合类型(图11i).

　　根据裂缝规模及其对提高储层渗流能力的贡献不同,可将研究区的裂缝分为4个级别:一级裂缝为大尺度裂缝或微断裂,开度一般为厘米级,纵向上切穿多个砂层组,主要依靠地震或成像测井资料识别,岩心上多表现为破碎带,渗透率可达数个甚至数百个D,但裂缝数量较少;二级裂缝为中尺度裂缝,开度一般为毫米级,在岩心和成像测井图像上均能较好地识别出来,纵向上可穿过砂层组,往往终止于砂岩与厚层泥岩界面,渗透率一般为几十个mD;三级裂缝为小尺度裂缝,开度一般在0.2mm以下,在岩心上明显可见,但在成像测井上很难准确识别,多局限在单砂层内部,终止于砂泥岩界面,渗透率一般为几个mD;四级裂缝为微裂缝,开度一般为微米级,仅在薄片或更小尺度上可见,渗透率一般在1mD以下.

　　储层裂缝除连通基质孔隙、提高渗透率外,沿裂缝发生的溶蚀和再破裂等作用也可有效改善储层质量[14,16].溶蚀作用是指在天然气大规模充注期,富含有机酸的地层水在裂缝中流动时,对裂缝中的碳酸盐充填物及裂缝两侧基质孔隙中的碳酸盐胶结物产生强烈的溶蚀作用,使裂缝有效开度增大并连通更多的基质孔隙,改善储层孔隙结构;再破裂作用是指被碳酸盐等矿物完全充填的早期裂缝,在喜马拉雅晚期的强构造挤压应力和异常地层高压作用下,可沿裂缝与充填物界面重新裂开,再次成为有效裂缝.

　　研究区主要发育断背斜型气藏,由于背斜高部位构造应变集中,裂缝发育程度相对较高.岩心裂缝观察表明,背斜高部位的裂缝开度较大,充填率也相对较低,具有较高的有效性.因此,背斜高部位是裂缝的有利发育区,控制了天然气的富集高产,例如大北2气藏背斜高部位的大北205井和大北202井的单井无阻流量分别为360×104m3和275×104m3,而背斜翼部的大北201G1井和大北204井单井无阻流量分别为98×104m3和175×104m3.

　　3储层物性控制因素

　　3.1沉积相主控储层物性

　　沉积相是形成储层的物质基础,对储层物性有先天控制作用,并且往往决定了后期成岩作用的类型和强度[8].博孜-大北地区下白垩统储层以扇三角洲-辫状河三角洲前缘水下分流河道微相的中厚层中-细砂岩为主,少量粗砂岩、粉砂岩、泥岩以薄层形式发育.研究区35口井的岩心物性测试结果表明,中砂岩物性最好,其次为含泥砾中砂岩和细砂岩;粗砂岩孔隙度与含泥砾中砂岩、细砂岩相当,但渗透率明显偏低,主要与分选及孔隙结构较差有关;粉砂岩储层物性较差(图12).根据文献[18G19]提出的砂岩原始孔隙度恢复经验公式(式(1)),结合粒度分析资料,计算出研究区下白垩统中-细砂岩的原始孔隙度为36.8%~39.8%,平均为38.5%.——论文作者：王珂1,张荣虎1,曾庆鲁1,王俊鹏1,夏九峰1,莫涛2

文章名称：库车坳陷博孜－大北地区下白垩统深层－超深层储层特征及成因机制

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