川東地區(qū)黃龍組碳酸鹽巖儲(chǔ)層測(cè)井響應(yīng)特征及儲(chǔ)層發(fā)育主控因素

摘 要

摘要：四川盆地東部(川東)地區(qū)上石炭統(tǒng)黃龍組為該區(qū)天然氣藏主力產(chǎn)層，以巖心觀察、鑄體薄片鑒定、掃描電鏡和巖心物性、孔隙結(jié)構(gòu)等資料分析為基礎(chǔ)，結(jié)合近期新資料和新認(rèn)識(shí)，對(duì)該區(qū)
摘要：四川盆地東部(川東)地區(qū)上石炭統(tǒng)黃龍組為該區(qū)天然氣藏主力產(chǎn)層，以巖心觀察、鑄體薄片鑒定、掃描電鏡和巖心物性、孔隙結(jié)構(gòu)等資料分析為基礎(chǔ)，結(jié)合近期新資料和新認(rèn)識(shí)，對(duì)該區(qū)黃龍組儲(chǔ)層特征進(jìn)行更為深入的研究。進(jìn)一步確定黃龍組儲(chǔ)層巖性主要為顆粒和晶粒白云巖及白云質(zhì)巖溶角礫巖；儲(chǔ)集空間以晶間孔和晶間溶孔最為發(fā)育，次為粒間溶孔、粒內(nèi)溶孔、鑄模孔、超大溶孔，以及未充填的裂溶縫。依據(jù)儲(chǔ)層的電性差異，深入探討了不同孔隙類型組合的儲(chǔ)層特征，劃分出孔洞縫型、孔隙型和裂縫性3類儲(chǔ)集類型，建立了相應(yīng)的測(cè)井響應(yīng)模型。結(jié)論認(rèn)為，黃龍組儲(chǔ)層發(fā)育的規(guī)律是：①粒屑灘相帶控制了儲(chǔ)層分布范圍和規(guī)模；②成巖期熱液埋藏白云巖化作用是儲(chǔ)層形成的基礎(chǔ)；③巖溶作用擴(kuò)大了儲(chǔ)層發(fā)育范圍，也是提高儲(chǔ)層質(zhì)量的關(guān)鍵。
關(guān)鍵詞：四川盆地；東部；晚石炭世；儲(chǔ)集層特征；測(cè)井響應(yīng)；模式；成巖作用；沉積相；巖溶作用
    四川盆地東部(川東)地區(qū)上石炭統(tǒng)黃龍組為該區(qū)天然氣藏主力產(chǎn)層，經(jīng)多年開發(fā)已進(jìn)入“老化”階段，有必要對(duì)勘探程度較低的盆地東部周邊地區(qū)開展沉積相和儲(chǔ)層特征等基礎(chǔ)地質(zhì)研究工作。研究區(qū)包括川東、渝東和鄂西等地區(qū)(以下簡(jiǎn)稱川東地區(qū))，地理位置北起宣漢張家場(chǎng)、南抵重慶相圉寺、西至廣安市、東鄰巫峽和湖北建始縣，面積約10.2×104km2。構(gòu)造上隸屬于川東高陡褶皺帶，是四川盆地中相對(duì)活動(dòng)的構(gòu)造區(qū)域。區(qū)內(nèi)發(fā)育鐵山坡-云和寨、七里峽、大天池、云安廠、大池干和溫泉井等含氣高陡背斜構(gòu)造帶。
1 黃龍組沉積相和儲(chǔ)層基本特征
1.1 沉積相類型
    該區(qū)黃龍組發(fā)育有薩勃哈、有障壁海岸、海灣陸棚等沉積環(huán)境[1]。沉積相演化可劃分為3個(gè)階段(圖1)：早期(C2hl1)以沉積石膏、膏質(zhì)白云巖和微晶白云巖為主，屬于典型的薩勃哈沉積建造；中期(C2hl2)海侵?jǐn)U大，區(qū)域上各相帶沿著盆內(nèi)古隆起和盆緣高地呈現(xiàn)明顯的沉積分異，從東向西由開闊海灣向局限海灣和有障壁海岸過渡，由泥 微晶灰?guī)r、顆?；?guī)r組合逐漸向泥-微晶白云巖、顆粒白云巖和晶粒白云巖組合過渡；晚期(C2hl3)海域范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，整個(gè)海灣進(jìn)入開闊正常的淺海陸棚沉積環(huán)境，由泥-微晶灰?guī)r和顆粒灰?guī)r組成頻繁的海侵 海退韻律旋回[2]。

1.2 巖石類型
    黃龍組碳酸鹽巖的巖石類型多樣，可劃分為石灰?guī)r和白云巖2大類，其中石灰?guī)r類包括泥-微晶灰?guī)r、含生屑微晶灰?guī)r、微或亮晶顆?；?guī)r、去云化粉-細(xì)晶次生灰?guī)r和灰質(zhì)巖溶角礫巖；白云巖類包括泥-微晶白云巖、顆粒粉-細(xì)晶白云巖、粉晶-細(xì)品白云巖、去云化粉-細(xì)晶云灰?guī)r和白云質(zhì)巖溶角礫巖[3]。
1.3 儲(chǔ)層特征
1.3.1孔隙類型
    根據(jù)產(chǎn)氣井儲(chǔ)層統(tǒng)計(jì)資料，孔隙類型計(jì)有晶間孔、晶間溶孔、粒內(nèi)溶孔、粒間溶孔、鑄?？缀土芽p等，其中有效儲(chǔ)集空間主要是晶間孔、晶間溶孔，其次為粒間溶孔和粒內(nèi)溶孔，未充填的裂溶縫為最有效的運(yùn)移通道。
1.3.1.1 晶間孔
    晶間孔是指石灰?guī)r轉(zhuǎn)化為白云巖時(shí)形成的孔隙，常呈規(guī)則多面體狀，孔徑一般為0.05～0.15mm，往往具有很好的連通性(圖2-Ⅰ)。研究區(qū)內(nèi)主要發(fā)育在白云巖化和重結(jié)晶作用強(qiáng)烈的晶粒白云巖中。

1.3.1.2 次生粒間和晶間溶孔
    大多數(shù)粒間溶孔發(fā)生在顆?；蚓ЯＶg，由膠結(jié)物和基質(zhì)被溶蝕形成，孔徑一般為0.1～0.3mm(圖2-Ⅱ)。這種孔隙主要發(fā)育在生物碎屑砂屑白云巖和粉細(xì)晶白云巖中，由溶蝕形成的大量粒間和晶間溶孔是構(gòu)成有效儲(chǔ)集空間最重要的孔隙類型。
1.3.1.3 粒內(nèi)溶孔
    粒內(nèi)溶孔是指各種顆?；蚓Я?nèi)部由于選擇性溶解作用所形成的孔隙(圖2-Ⅲ、Ⅳ)，主要分布于生物碎屑和藻屑中，形態(tài)不規(guī)則，大小不等，孔徑一般為0.1～0.15mm，是較為常見孔隙類型。這類孔隙可能是早期大氣淡水對(duì)生物屑或藻屑進(jìn)行不完全溶蝕而成，也可能是較晚成巖期酸性有機(jī)熱液對(duì)顆?；蚓Я＿M(jìn)行不完全的選擇性溶蝕作用產(chǎn)物，部分粒內(nèi)溶孔被更晚期的自生石英充填，導(dǎo)致粒內(nèi)溶孔減少。
1.3.1.4 鑄?？?/span>
    由各種生物選擇性地被全部溶蝕形成鑄?？?圖2-Ⅴ)，常具螺殼、瓣鰓和有孔蟲外形，而棘屑、腕足等基本不發(fā)生溶蝕。鑄?？自谠搮^(qū)較發(fā)育，對(duì)儲(chǔ)層貢獻(xiàn)較大。
1.3.1.5 超大粒間和晶間溶孔
    主要發(fā)育在埋藏交代成因的顆?；蚓Я０自茙r中，常是呈規(guī)則多面體狀的粒間或晶間孔經(jīng)強(qiáng)烈溶蝕擴(kuò)大而形成超大粒間和晶間溶孔(圖2-Ⅵ)，孔徑0.2～1.5mm，多為中孔和大孔，部分為大于2mm的溶洞，是最有效的儲(chǔ)集空間。此類孔隙大多數(shù)充填有晚期的中-粗晶方解石、白云石、天青石、螢石、石英和瀝青等。
1.3.1.6 裂縫
    裂縫類型按照成因可分為成巖期壓溶縫、構(gòu)造期破裂縫和沿裂縫發(fā)育的溶縫(圖2-Ⅶ、Ⅷ)。成巖期壓溶縫在各類巖石中較為常見，較早期裂縫受壓溶作用呈縫合線狀或粒緣縫狀分布，內(nèi)充填富有機(jī)質(zhì)泥質(zhì)，裂縫閉合度高，對(duì)儲(chǔ)滲性貢獻(xiàn)不大；構(gòu)造裂縫常呈開啟度很高的平直高角度縫，縫內(nèi)常充填有晚期次生礦物，常見的充填物有鐵方解石、石英、螢石、黃鐵礦等；溶蝕縫大多數(shù)是在前2類裂縫的基礎(chǔ)上經(jīng)溶蝕發(fā)展而成，通常呈不規(guī)則彎曲狀，其成因與生烴過程中排出的酸性有機(jī)熱液的溶解作用有關(guān)，可提供重要的油氣滲流通道，對(duì)改善儲(chǔ)層的孔、滲性有重要貢獻(xiàn)，但也常被晚期鐵方解石、石英等次生礦物不完全充填影響儲(chǔ)層物性。
1.3.2孔隙結(jié)構(gòu)特征
    川東地區(qū)黃龍組碳酸鹽巖儲(chǔ)層經(jīng)歷的成巖改造強(qiáng)烈，孔隙結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。根據(jù)毛細(xì)管壓力曲線及孔喉特征參數(shù)，結(jié)合鑄體薄片及掃描電鏡的孔隙鑒定結(jié)果，將儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)劃分為以下4個(gè)類型。
    Ⅰ型：孔隙類型主要為粒間溶孔、晶間溶孔以及裂縫組合，巖石類型主要為溶孔狀顆粒-晶粒白云巖，毛細(xì)管壓力曲線為分選好的單峰較粗歪度，呈很平緩的右凹平臺(tái)狀，平臺(tái)較長(zhǎng)(圖3中A曲線)。排驅(qū)壓力小于0.1MPa，中值壓力小于1.0MPa，孔隙度大于或等于12%，滲透率大于或等于1mD，為該區(qū)最好的孔隙結(jié)構(gòu)類型。

    Ⅱ型：孔隙類型主要為晶間孔和粒間溶孔組合，巖石類型主要為晶粒白云巖、云質(zhì)巖溶角礫巖，毛細(xì)管壓力曲線為單峰較細(xì)歪度，呈較平緩的右凹平臺(tái)狀，平臺(tái)較短(圖3中B曲線)。排驅(qū)壓力為0.1～1MPa，中值壓力為1.0～5.0MPa，孔隙度為6%～12%，滲透率為0.1～1mD，為該區(qū)較好的孔隙結(jié)構(gòu)類型。
    Ⅲ型：孔隙類型為鑄模孔以及粒間孔組合，巖石類型主要為灰質(zhì)白云巖、云質(zhì)巖溶角礫巖，毛細(xì)管壓力曲線為單峰細(xì)歪度，呈略向左微凹的平臺(tái)狀(圖3中C曲線)。排驅(qū)壓力為1.0～5.0MPa，中值壓力為5.0～10.0MPa，孔隙度為3%～6%，滲透率為0.01～0.1mD，為該區(qū)中等-差的孔隙結(jié)構(gòu)類型。
    Ⅳ型：孔隙類型為粒內(nèi)溶孔以及裂縫組合，巖石類型主要為晶?；?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r和泥微晶灰?guī)r，毛細(xì)管壓力曲線為單峰細(xì)歪度，也呈明顯向左微凹的平臺(tái)狀(圖3中D曲線)。排驅(qū)壓力大于5.0MPa，中值壓力大于10.0MPa，孔隙度小于3%，滲透率小于0.01mD，為該區(qū)極差或無儲(chǔ)集能力的孔隙結(jié)構(gòu)類型。
2 儲(chǔ)層類型及測(cè)井響應(yīng)模型
    川東地區(qū)黃龍組碳酸鹽巖受到長(zhǎng)期的大氣水風(fēng)化、剝蝕和溶蝕作用改造，由孔隙、溶洞和裂縫組成的儲(chǔ)集空間很發(fā)育，但也非常復(fù)雜[4～5]，按孔、洞、縫的組合方式及其所占比例的差異性可將儲(chǔ)層劃分為不同孔、滲特征的3種類型，各類型儲(chǔ)層的常規(guī)測(cè)井響應(yīng)特征有明顯差異[6～8]，具有不同的測(cè)井響應(yīng)模型。
2.1 孔洞縫型儲(chǔ)層測(cè)井響應(yīng)模型
    此類型是川東黃龍組最好的儲(chǔ)層類型，主要出現(xiàn)在顆粒-晶粒白云巖中，孔隙度為0.55%～15.17%，平均值為4.15%，滲透率分布在0.01～96.08mD，平均值高達(dá)12.64mD。儲(chǔ)集空間以粒間溶孔、晶間溶孔為主，微裂縫較發(fā)育(圖2中Ⅵ-Ⅶ)。如圖4，測(cè)井響應(yīng)特征為：井徑曲線異常增大，自然伽馬變化范圍較大但較低，一般在15～40API；電阻率值較低，僅為幾十歐姆·米；雙側(cè)向曲線一般呈具有一定幅度差的“弓”形；三孔隙度測(cè)井曲線中，中子孔隙度值出現(xiàn)相對(duì)的高值，而密度曲線恰恰與中子孔隙度曲線相反，相應(yīng)的下降，聲波時(shí)差相應(yīng)升高，表明含有較多大型孔洞和裂縫。

2.2 孔隙型儲(chǔ)層測(cè)井響應(yīng)模型
此類型為川東黃龍組最重要的儲(chǔ)層類型之一，主要發(fā)育在白云質(zhì)巖溶角礫巖、灰質(zhì)白云巖中。孔隙度為0.32%～14.94%，平均值為3.51%，滲透率分布在0.01～53.6mD，平均值為13.43mD左右。儲(chǔ)集空間以粒間孔、粒內(nèi)孔為主，微裂縫相對(duì)不發(fā)育(圖2中Ⅰ-Ⅴ)。測(cè)井響應(yīng)特征為：井徑正?；蚵杂袛U(kuò)徑或呈輕微鋸齒狀；自然伽馬值相對(duì)較高，變化范圍較小，一般在20～30API；電阻率值相對(duì)較高，一般為幾百歐姆·米，曲線呈“左凸”形；在三孔隙度測(cè)井曲線中，具有相對(duì)較高的密度值，較低的中子孔隙度和聲波時(shí)差值，反映發(fā)育較多針狀孔隙(圖4)。
2.3 裂縫型儲(chǔ)層測(cè)井響應(yīng)模型
    此類儲(chǔ)層在該區(qū)黃龍組較發(fā)育，主要分布在次生晶?；?guī)r、泥微晶白云巖(圖2-Ⅷ)和泥微晶灰?guī)r中，在膠結(jié)作用較強(qiáng)的白云質(zhì)巖溶角礫巖中也有一定程度發(fā)育?？紫抖葹?.29%～2.76%，平均值為1.12%，滲透率為0.01～0.57mD，平均值為0.2mD左右。測(cè)井響應(yīng)特征為：對(duì)應(yīng)裂縫發(fā)育段井徑局部擴(kuò)徑；自然伽馬值較低，變化范圍較大(10～40API)；電阻率值較低；深、淺雙側(cè)向具有較大的幅度差；在三孔隙度測(cè)井曲線中，補(bǔ)償中子、密度、聲波時(shí)差值隨裂縫發(fā)育規(guī)模而出現(xiàn)相應(yīng)的變化，對(duì)應(yīng)微裂縫，補(bǔ)償中子、密度、聲波曲線變化小，接近骨架測(cè)井值，反映基質(zhì)巖孔隙不發(fā)育的致密巖性特征(圖4)。
3 儲(chǔ)集層發(fā)育主控因素
3.1 沉積相與巖性對(duì)儲(chǔ)層發(fā)育的控制
    不同沉積微相和巖石類型的樣品物性分析資料，表明川東黃龍組碳酸鹽巖儲(chǔ)層中以粒屑灘相的顆粒白云巖、晶粒白云巖及白云質(zhì)巖溶角礫巖的物性為最好，以發(fā)育孔洞縫型和孔隙型儲(chǔ)層為主，而薩勃哈相的次生晶粒灰?guī)r、泥-微晶白云巖和開闊-局限海灣潮下相的泥-微晶灰?guī)r及膠結(jié)作用較強(qiáng)的巖溶角礫巖普遍很致密，僅局部發(fā)育有裂縫型儲(chǔ)層。
3.2 白云巖化對(duì)儲(chǔ)層發(fā)育的控制
    好的儲(chǔ)層幾乎全為白云巖類，即使是巖溶角礫巖，也以白云質(zhì)巖溶角礫巖的儲(chǔ)集物性更好，表明儲(chǔ)層的發(fā)育與白云巖化作用息息相關(guān)，近期眾多研究成果和進(jìn)展[9～11]已證明儲(chǔ)集性良好的黃龍組自云巖儲(chǔ)層，主要是早-中成巖階段熱液埋藏白云巖化作用的產(chǎn)物。
3.3 古巖溶作用對(duì)儲(chǔ)層發(fā)育的控制
    黃龍組經(jīng)過短暫的淺埋藏成巖作用后，受大的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)事件(云南運(yùn)動(dòng))影響，整體抬升并遭受長(zhǎng)時(shí)間古表生期的暴露剝蝕作用，受大氣水影響而發(fā)生強(qiáng)烈的巖溶作用，對(duì)黃龍組進(jìn)行了深層的巖溶改造作用，使沉積物原始沉積形態(tài)遭到破壞，溶洞、裂縫發(fā)育，對(duì)儲(chǔ)層的孔隙和連通性起到了積極和獨(dú)特的建設(shè)性作用。
4 結(jié)論
    1) 川東地區(qū)黃龍組碳酸鹽巖可劃分為孔洞縫型、孔隙型和裂縫型3種儲(chǔ)層類型，不同的儲(chǔ)層類型具有不同的測(cè)井響應(yīng)特征，其中孔洞縫型是最好的儲(chǔ)層類型，孔隙型是最發(fā)育的儲(chǔ)層類型。
    2) 黃龍組儲(chǔ)層發(fā)育的規(guī)律可歸結(jié)為3點(diǎn)：①粒屑灘相帶控制了儲(chǔ)層分布范圍；②成巖期熱液埋藏白云巖化作用是儲(chǔ)層形成的基礎(chǔ)；③巖溶作用擴(kuò)大了儲(chǔ)層發(fā)育范圍，是提高儲(chǔ)層級(jí)別的關(guān)鍵。
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(本文作者：張兵1 鄭榮才1 黨錄瑞2 鄭超2 朱宜新2 文華國(guó)1 1.“油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程”國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室·成都理工大學(xué)；2.中國(guó)石油西南油氣田公司重慶氣礦)