吐哈盆地丘东洼陷下侏罗统储层特征及成因分析

吐哈盆地丘东洼陷下侏罗统储层特征及成因分析

0丘东洼陷下中侏罗统台北凹陷是图哈盆地中部的一个重要主力含油气塌陷，分为两座东部和西部的倾斜塌陷。丘东洼陷走向为近EW向,北起博格达山南缘,西抵柯柯亚断裂带,与胜北洼陷相邻,东临红台—小草湖构造带,与小草湖洼陷相邻,南以七克台断裂为界,勘探面积约为2600km2(图1)。丘东洼陷前期勘探主要以中侏罗统为主,先后在丘东洼陷发现了柯柯亚、丘陵、鄯善、温吉桑、米登和丘东等6个油气田及多个含油气构造带。随着油气勘探工作的深入,以柯19井、照4井、吉深1井及吉3井为代表,在丘东洼陷周缘及洼陷区的下侏罗统煤系中相继发现高产油气流,进一步扩展了油气勘探层系。丘东洼陷下侏罗统地层发育齐全,纵向上由老到新沉积了八道湾组(J1b)和三工河组(J1s)煤系碎屑岩地层,其储层主要是一套辫状河(扇)三角洲砂体(图2)。针对该区域内煤系地层砂体致密和油气水共生特点,本文利用最新勘探成果和地质资料,描述下侏罗统砂体分布规律和储层特征,寻找有利油气储集区带,以期能够进一步扩大勘探领域和成果。1铸型砂坝砂体J1b为在印支期末准平原化基础上,形成潮湿气候条件下的侏罗系第一套含煤建造,整体为一套下粗上细的陆源碎屑岩,属辫状河三角洲沉积,相对稳定,沉积厚度一般在100~450m之间,北部鄯勒地区最厚可达700m以上。下部为辫状河三角洲平原亚相,可进一步分为水上分流河道、河漫滩和河漫沼泽沉积,其中水上分流河道沉积相对较发育。水上分流河道砂岩占剖面的65%以上,最大单层厚度可达41.8m,为含砾砂岩、中—粗砂岩及细砂岩;河漫沼泽煤层2~5层,单层厚度较大,分别为3.0m和11.0m,但横向分布不稳定。上部为辫状河三角洲前缘亚相,可分出水下分流河道、支流间湾和河口砂坝3种微相类型,以支流间湾和水下分流河道为主。水下分流河道砂岩单层厚度为10m左右,最厚为14.2m,为中—粗砂岩、细砂岩,部分为含砾砂岩。支流间湾沉积相对发育,为灰绿色泥岩,易风化为黏土。河口砂坝沉积不太发育,岩性为粉砂岩,单层厚度为2~3m,夹于支流间湾泥岩沉积之中。丘东洼陷J1b砂岩在高阻煤层下普遍发育,从上至下由3套砂体垂向叠置而成,叠置方式有3种:分流河道砂体切割叠置;河口坝砂体拼合叠置;河口坝砂体与水下分流河道砂体过渡叠置。J1b1辫状河三角洲沉积体系由2~3个砂层组成,厚度为72~106m,平面连续稳定分布;J1b2辫状河三角洲沉积体系砂体发育,由3~4个砂层组成,厚度为97~132m,连片分布稳定,多数井见2层,柯19井钻遇4层,向南(温深1井)砂体发育规模减弱。J1b3气藏发育1~2个砂层,厚度为103m。丘东洼陷南缘发育七克台和园艺场2个辫状河三角洲砂体,丘陵(陵深1井)、鄯善(鄯科1井)、米登—丘东(吉3井、东深1井)位于三角洲前缘,温深1井至马红断层上坡折带主要为三角洲平原。砂岩平面展布面积大,砂体连续,厚层砂体多为不同成因砂体相互叠置和拼合而成。丘东南斜坡J1b砂体叠合面积为308km2,厚度为20~70m。柯柯亚(柯19井)位于北西向长轴辫状河三角洲前缘,砂体发育,物源分析可能存在南北混源。洼陷北缘照壁山—鄯勒—阿克塔什为扇三角洲。东部萨克桑为小型扇三角洲,砂体不发育(图3)。J1s整体为一套大的正旋回碎屑岩沉积,显示为“下粗上细”的粒度特征,是一种湖进的沉积体系。中下部为辫状河三角洲前缘粗碎屑沉积,上部以灰绿色页岩、粉砂质页岩为主,俗称“毡子层”,风化后呈叶片状,为浅湖泥岩沉积。辫状河三角洲前缘可划分为水下分流河道、支流间湾、河口砂坝及远砂坝4种沉积微相类型,以水下分流河道沉积为主,可占剖面的80%以上。岩性以含砾砂岩、中—粗砂岩为主,夹1层厚11.1m的细—中砾岩。砂岩单层厚度达53.8m,连续厚度超过百米。在柯柯亚剖面的同一层位岩性偏粗且厚度较大,为中细砾岩与含砾砂岩、中粗砂岩互层,连续厚度达265.2m。支流间湾为灰色泥岩;河口砂坝、远砂坝为粉砂岩,厚分别为2.5m和1.5m。J1s砂泥岩间互,整体为“泥包砂”,横向上连通性差。垂向上发育“毡子层”下的1套砂层,由相邻的1~2个薄砂层组成。目前洼陷南缘温深1井—鄯善、萨克桑为可容纳空间(A/S)高值区,其余为A/S低值区,吉深1井—东深2井及陵深1井区最厚,向西、向东减薄。单砂层厚为4~25m。丘东南斜坡砂体叠合面积为236km2,厚度为10~80m,该地区以东南物源为特征的辫状河三角洲平原至前缘亚相沉积砂体是致密砂岩油气勘探的重点对象。北缘柯柯亚、鄯勒、照壁山为A/S低值区,砂体较发育,有1~2个砂体,柯柯亚最好。阿克塔什、红旗坎为A/S高值区,砂体不发育。2层的特性2.1充填及低胶结物含量共性下侏罗统砂岩具低成分成熟度、低泥质充填及低胶结物含量等“三低”共性;但由于南物源体系石英质岩屑含量较高,相对于北物源提高了砂岩的抗压性。2.1.1凹陷边缘储层的石英质岩屑J1b储集砂岩整体颗粒较粗,以砂砾岩、中粗砂岩、不等粒砂岩为主,其次为细砂岩。石英(Q)平均含量为36%~52.5%,长石(F)平均含量为10.0%~20.9%,以长石岩屑砂岩为主,其次为岩屑砂岩;凹陷边缘的石英含量较低,而中心区石英含量有所增高,最高的为温深1井,平均为39.6%。石英质岩屑以燧石为主,温深1井为49.2%。J1s砂岩颗粒中偏粗,以中砂岩、粗砂岩为主,其次为砂砾岩、细砂岩。石英平均含量为35.0%~39.6%,长石平均含量为9.0%~16.0%,岩石类型以长石岩屑砂岩为主,其次为岩屑砂岩(表1,图4)。部分地区石英质岩屑含量可达50%左右,陵深1井平均为54.3%,鄯科1井平均为51.1%,有利于形成深埋相对优质储层。山前带成分成熟度指数Q/(F+R)值介于0.1~0.4之间,反映出明显的低成分成熟度特征,岩石主要为长石岩屑砂岩,表明为近物源沉积。2.1.2储层精细结构J1b砂岩的分选变化大,整体为较差—中等;磨圆较差,颗粒以次棱状为主,表明砂体具快速沉积的特征。凹陷中心砂岩压实作用均强,颗粒以线状、线—凹状接触为主,压嵌型胶结;洼陷边缘埋藏较浅,则压实作用较弱,颗粒以点状接触为主,孔隙型胶结。J1s砂岩结构成熟度与J1b相似,以中等为主;磨圆较差,颗粒以次棱状为主,表明砂体具快速沉积的特征。泥质含量较低,平均含量在0.4%~2.0%之间。研究井砂岩压实均强,颗粒多为线状、线—凹状接触,压嵌型胶结。2.1.3砂岩泥质及胶结物总量J1b砂岩泥质含量较低,平均含量在1.3%~3.4%之间,胶结物总量为1.3%~6.5%。J1s砂岩泥质含量较低,平均含量在0.9%~3.0%之间,胶结物总量为2.0%~4.7%(表2)。砂岩自生矿物以(含铁)方解石、高岭石、硅质及菱铁矿为主,个别具油气显示的砂岩中常见到黄铁矿。2.2孔结构特征2.2.1粒内溶孔、间孔和微裂缝混凝土面率据铸体薄片资料,研究区下侏罗统砂体储集空间类型主要为溶蚀粒内孔、剩余粒间孔及微裂缝,属裂缝—剩余粒间孔—粒内溶孔组合。孔隙中充填隐晶—微晶高岭石、方解石,石英Ⅱ级加大或少数强烈压嵌。据山前带柯柯亚—阿克塔什—鄯勒地区135个铸体薄片分析统计,J1b储层孔隙类型主要为粒内溶孔、剩余粒间孔,少量基质微孔、颗粒微孔和微缝。粒内溶孔面孔率为0.1%~2.1%,平均为0.67%,占总孔隙的70%;剩余粒间孔面孔率为0.1%~0.9%,平均为0.46%,占总孔隙的21.1%;微裂缝面孔率为0.1%~0.4%,平均为0.21%,占总孔隙的8.9%。与宋承文、马岚等对巴喀(或柯柯亚)油气田J1b储层孔隙类型研究基本一致。微裂缝主要为剪切缝和颗粒压碎缝,与山前带构造推覆挤压有关,虽然量少,但对渗透率改善起了关键作用。万永清对柯柯亚J1b储层5口井孔隙类型出现频次占样品总数百分比统计,粒内溶孔为52.38%、粒间溶孔为19.05%、剩余粒间孔为19.05%、微裂缝为4.76%。J1s砂体储集空间类型主要为粒内溶孔、剩余粒间孔(图5)。总面孔率为0.36%,其中,粒内溶孔面孔率为0.1%~0.3%,平均为0.12%;剩余粒间孔面孔率为0.1%~0.3%,平均为0.20%;构造缝面孔率为0.04%。粒内溶孔、剩余粒间孔相似发育是本组的特点。洼陷中部鄯科1井、陵深1井发育剪切缝,山前带勒7井压碎缝发育。以吉3井为代表的丘东洼陷南斜坡总面孔率为0.3%~0.5%,孔隙相对较好。2.2.2储层结构及储集性能用孔隙度(φ)、渗透率(K)、排驱压力(Pa)和最大连通喉道半径(Rd,max)4个参数描述研究区孔隙结构。Pa>1.0MPa为较差孔隙结构,Pa<0.5MPa为较好孔隙结构;Rd,max<1.5μm为微细喉,1.5μm<Rd,max<5μm为细喉,5μm<Rd,max<20μm为中喉,Rd,max>20μm为粗喉道。J1b储层孔隙度为3.72%~8.49%,渗透率为(0.16~0.80)×10-3μm2,排驱压力为0.25~1.2MPa,平均为0.63MPa,最大连通喉道半径为0.31~1.58μm,平均为0.6μm,孔隙结构特征为微细喉致密储层,也决定了储集性能差,原始产能低。J1s储层孔隙度为4.81%~8.60%,渗透率为(0.12~0.48)×10-3μm2,排驱压力为0.28~0.88MPa,平均为0.63MPa,最大连通喉道半径为0.28~1.84μm,平均为0.99μm,孔隙结构特征为细喉—微细喉致密储层,J1s储层比J1b储层的物性和孔隙结构略有改善,原始产能有所提高。J1s储层孔隙结构平面上丘东南斜坡较好,洼陷中部丘陵—鄯善—丘东中等,山前带较差。2.3致密型储层及其物性下侏罗统储集砂岩物性整体较致密。J1s储层4口井(77个样品),孔隙度为5.0%~8.5%,平均为6.5%;渗透率为(0.09~0.42)×10-3μm2,平均为0.27×10-3μm2。J1b储层7口井(92个样品),孔隙度为3.7%~7.7%,平均为5.5%;渗透率为(0.04~0.56)×10-3μm2,平均为0.30×10-3μm2(表3)。按照国家能源局致密砂岩气地质评价方法,将孔隙度为10%~5%、渗透率为(0.1~1.0)×10-3μm2划为致密型储层,因此可以判定研究区下侏罗统煤系砂岩全部为典型的致密型储层。但实际操作中,致密气和致密油储层物性标准略有差异。储层物性受埋深影响较大。相同层位的J1b储层,山前带柯柯亚—照壁山埋深较浅,平均孔隙度为6.0%,洼陷中心的丘东—鄯善—温吉桑埋深较大,平均孔隙度为3.6%。不同层位,上部J1s储层孔隙度均值比下部J1b储层孔隙度均值高1.0%。3成岩作用控制了孔隙类型丘东洼陷下侏罗统储层物性主要受沉积(微)相、成岩作用和构造作用的影响。沉积(微)相决定着砂体的宏观分布和原始孔隙类型;成岩作用控制了最终孔隙结构类型;构造作用控制了形成砂岩储层的原始沉积环境、沉积体系和成岩演化过程,部分地区(微)裂缝提升了致密砂岩渗透性能。3.1善古丘陵—构造作用与沉积响应在印支末期—燕山早期,夷平化作用明显,台北凹陷古地貌南高北低,下侏罗统形成了潮湿气候条件下以河沼、湖沼为沉积背景的第一套含煤沉积建造。北部紧临博格达山物源区,为深断裂控制的沉降带,地形高差大,物源供应充足,碎屑岩搬运距离短,沉积充填快速,沉积物粒度粗,因而主要发育扇三角洲—湖泊沉积体系。该沉积体系砂岩厚度大,成分和结构成熟度低。而丘东洼陷南部距离物源区(觉罗塔格山)较远,地形平缓,粗碎屑物质偏少,搬运距离较长,因而物源区至凹陷中央主要发育辫状河三角洲—湖泊沉积体系。砂岩厚度较小,成分成熟度和结构成熟度相对较高。中晚燕山期以丘陵、鄯善、温吉桑等古高地为代表的鄯善古弧形带形成。古构造背景(古高地)对沉积有一定的控制作用。在古构造两翼的沉积由于水浪的作用往往成为相对的沉积高能带,在高能带的沉积物成分成熟度和结构成熟度都要高于其他部位,这样就使得古构造及其两翼粗粒砂岩的原生孔渗条件要优于远离古高砂体。喜马拉雅期天山由北向南推覆,山前带逆断裂及伴生微裂缝十分发育。在古鼻隆高点处压实率要明显大于翼部及洼陷处,在重力作用下顶部压薄的同时顶部沉积物会发生侧向迁移,易产生裂缝。构造作用下的黏土热脱水和生烃增压作用容易产生异常高压,在异常高流体压力作用下致密砂岩气藏中能够产生裂缝。在柯柯亚柯20井、柯21井和柯22井中就多次见微裂缝,一般粗砂岩孔隙度为5.5%,渗透率为0.88×10-3μm2;若有微裂缝存在,渗透率增加至2.52×10-3μm2。如柯20井在J1b3393.8~3410m井段试油,8mm油嘴自喷日产油为10.41m3,日产气为30192m3。在丘东构造带东深2井J1s中,也有微裂缝存在,粗砂岩中孔隙度为5.9%,渗透率为16.5×10-3μm2。裂缝发育程度是致密砂岩气藏获得有效产能的较关键因素。3.2成岩作用特征丘东洼陷主要成岩作用类型有压实与压溶作用、胶结作用和溶蚀作用。成岩作用特征总体上呈“一强两弱”的特征,即压实与压溶作用较强、溶蚀作用较弱、胶结作用弱。下侏罗统成岩阶段偏低,处于早成岩B期或晚成岩A1亚期;含煤与非含煤地层砂岩的成岩作用特征有较大差异。3.2.1下侏罗统砂岩孔隙演化控制因素压实作用强主要表现为砂岩碎屑颗粒以点—线状接触或线状、凹凸状接触为主,孔隙式、再生式或镶嵌式胶结,特别是一些塑性岩屑如千枚岩、云母等基本上以假杂基的形式出现。压实作用是下侏罗统砂岩孔隙演化的主要控制因素,压实作用的强度受控于砂岩的物质特征和所处的地质环境。压实作用较强除了埋深的因素,还可能与含煤储层的成因机制有关。3.2.2砂岩孔隙类型研究区溶蚀作用相对压实作用来说较弱,但局部地区溶蚀明显。主要是因煤系地层本身有机质成熟及生烃过程中释放出的大量有机CO2进入到砂岩中,从而使砂岩孔隙介质中CO2始终较丰富,在有Ca2+或Mg2+等的情况下往往引起碳酸盐的沉淀,而不是方解石的溶蚀。其原因可能与其较早期强压实导致流体流通不畅而影响颗粒的溶蚀有关,同时也不利于油气的进入。但局部地区存在较好的溶蚀孔隙。八道湾组砂岩溶蚀以长石颗粒溶解作用为主,而早期碳酸盐胶结物溶解形成的次生孔隙含量并不高。根据薄片中长石、碎屑溶孔的面孔率计算,溶蚀作用增加的孔隙度为0.3%~2.4%。3.2.3晚期岩石学特征主要指砂岩储层在成岩过程中形成的各种自生矿物的总量低。研究区砂岩中的自生胶结物总量一般在1.3%~6.5%之间(表2)。砂岩自生矿物以(含铁)方解石、高岭石、硅质、菱铁矿为主。(1)碳酸盐的胶结作用。方解石分布普遍,但分布极不均匀,大部分以钙斑出现,含量少,一般小于5%。早期形成的方解石呈斑块状,基本上不含铁,此时砂岩颗粒呈点状接触或悬浮状,未经受明显的压实作用;晚期形成的方解石呈斑块状、星点状,多数含铁,部分呈溶蚀交代其他组分产出,更晚的含铁方解石则形成于硅质加大边形成之后。晚期方解石胶结往往晚于硅质加大边形成。菱铁矿主要为同沉积期生成,呈云雾状、集合体状、包膜状,部分因重结晶作用而呈粉晶、细晶状。主要分布于含煤的J1b地层中,而在非含煤地层的砂岩中偶见。个别样品中出现白云石,主要为成岩晚期的含铁或铁白云石。(2)高岭石、硅质的胶结。自生高岭石平均含量一般小于3%,含煤地层砂岩在成岩早期即可形成高岭石。由于成岩早期具酸性水介质,若有铝和硅的来源即可形成高岭石。在埋藏成岩初期,煤岩或煤系泥岩排出由水生或陆生植物分解产生的腐殖酸,因而水介质呈酸性,一些不稳定、易溶蚀的骨架颗粒如长石及酸性火山岩屑等在此环境下发生溶蚀并析出高岭石,同时部分泥杂基也可能转化为高岭石,此种高岭石主要呈散乱状分布,易迁移,对砂岩的渗透性能影响较大。非含煤地层砂岩中高岭石主要形成于成岩晚期,对砂岩渗透性能影响相对较小。自生硅质主要呈加大边式产出,其次是自生石英小晶体附着在颗粒表面或充填孔隙,主要发育于埋藏较深、石英质岩屑含量高、粒间孔隙较发育的砂岩中,如陵深1井J1b砂岩,但最高不超过2.5%,通常在0.5%左右。3.2.4%是表达利益相关者对织物上火炬出的测量,拥有更多的a.J1s砂岩黏土矿物组成基本以高岭石(K)+绿泥石(C)+伊利石(I)组合为主,蒙皂石含量(S)为13.3%~23.6%。J1b基本以高岭石为主,其次为绿泥石和伊利石,蒙皂石含量为13.3%~24.5%(表4)。成岩作用阶段主要考虑的是砂岩黏土矿物中蒙皂石在伊利石/蒙皂石(I/S)混层矿物中所占的百分比及I/S混层矿物含量的变化特征,依据蒙皂石含量的变化,结合其他成岩演化指标与蒙皂石含量变化的关系,用二分法将成岩作用阶段划分为早成岩、晚成岩2个阶段和5个转化带。下侏罗统成岩作用总体处于晚成岩A1亚期,岩石表现压实较强,物性较差。北部山前带下侏罗统J1s、J1b蒙皂石含量均比其他地区相对高,应是同层系各地区中有机质演化相对低的地区,但岩石学特征及物性特征均表现出较其他地区更强的压实强度,原因可能与天山推覆、挤压作用有关。3.3下侏罗统储层精细目标按照储层主控因素分析,丘东洼陷下侏罗统致密储层主要受沉积(微)相、成岩作用和构造作用(微裂缝)影响。致密砂岩气分布在储层“甜点”中。(1)源、储平面上广覆式接触、垂向上“三明治”叠置是基础。丘东洼陷周缘分布着柯柯亚、阿克塔什—鄯勒和丘陵—丘东3个三角洲砂体(图3),构成了下侏罗统致密砂岩气形成的基本条件之一。J1s获得高产油气流的吉3井、吉深1井都位于南缘温吉桑—丘东辩状河三角洲前缘分流河道中,储层属性预测显示砂体厚度在40~60m范围内(图6)。(2)埋藏史研究表明,下侏罗统砂岩在古近系鄯善群(Esh)沉积前一直处于持续埋藏中,主要受压实作用减孔致密。由于下侏罗统煤系地层烃源岩在中、晚燕山期早生早排(RO=0.6%~0.8%)形成的CO2与Ca2+结合,引起碳酸盐沉淀,进一步加剧了储层的致密化,因此,推测下侏罗统砂岩致密化发生在Esh前。利用饱和压力法计算,温吉桑—丘东地区主要成藏期为新近系桃树园组(N1t)沉积之后。