Jie Ren, Fu Zhao, Binchuan Qin, Zhengxiang Lv

1College of Energy Resource, Chengdu University of Technology, Chengdu Sichuan

2Well Logging Branch, Southwest Petroleum Engineering Co. Ltd. of Sinopec, Chengdu Sichuan

3State key Laboratory of Oil and Gas Reservoir Geology and Exploitation, Chengdu University of Technology, Chengdu Sichuan

Abstract

Keywords

1. 引言

四川盆地是一個大型含油氣疊合盆地，是我國工業(yè)產(chǎn)能的致密油區(qū)之一，縱向上發(fā)育多套含油氣層位，其中侏羅系則發(fā)育有5 套含油氣層位[1]。自1958 年以來，川中地區(qū)侏羅系經(jīng)歷了60 年的勘探開發(fā)，截至2019 年共發(fā)現(xiàn)5 個油田、18 個含油區(qū)塊，累產(chǎn)原油超過500 萬噸[2]。川中東北部侏羅系的沙溪廟組致密油資源豐富，年產(chǎn)油占侏羅系原油年產(chǎn)量的8% [3]，是典型的低孔滲、致密、非均質(zhì)性極強的陸相砂巖儲層[2] [4]。在儲層整體致密背景下，存在物性相對較好的有利儲層發(fā)育段，油氣的分布和產(chǎn)出與相對有利儲層發(fā)育關(guān)系密切。相對有利儲層特征及主控因素不明確，對致密砂巖油藏勘探帶來較大的困難和風(fēng)險，成為制約川中地區(qū)尋找砂巖油氣高產(chǎn)富集區(qū)塊的主要地質(zhì)因素[5]。因此，開展研究區(qū)沙一段致密砂巖儲層特征描述，明確相對有利儲層主要特征，分析控制其發(fā)育的主控因素[6] [7]，是目前研究區(qū)油氣勘探中亟待解決的實際問題，以便更好指導(dǎo)研究區(qū)沙一段致密砂巖油的勘探開發(fā)工作。

2. 地質(zhì)概況

龍崗地區(qū)位于四川盆地中部，區(qū)域構(gòu)造屬于川中隆起帶的東北部[8] [9] (圖1)。本次研究目的層位主要為沙溪廟組，根據(jù)已有勘探開發(fā)成果可將沙溪廟組劃分為沙溪廟組一段和二段(簡稱沙一段，J2s1、沙二段，J2s2)，并由老到新依次劃分為J2s1-1、J2s1-2、J2s1-3和J2s1-44 個砂組。沙一段致密油的砂巖儲層主要分布在沙一段底部，其底部主要為暗色沉積，即習(xí)稱的“席狀砂”[10] [11]。

Figure 1. Location of the study area 圖1. 研究區(qū)位置

龍崗地區(qū)沙一段沉積期靠近物源區(qū)，整體沉積背景為湖退，主體為一套泛濫平原~分流平原沉積體系(圖2)。J2S1-1沉積是在涼高山湖盆萎縮，大范圍湖退的背景下進行的，仍殘留濱淺湖相沉積，發(fā)育灘壩、砂坪、泥坪、泥坪等微相；同時，由于湖水面積的減小，部分地區(qū)發(fā)育河流控制下的三角洲沉積。J2s1-2-J2s1-4沉積時期受來自東部、北東方向物源的供給影響，則主要發(fā)育河控三角洲沉積。

Figure 2. Sedimentary facies division of the study area 圖2. 研究區(qū)沉積相劃分

3. 儲層特征

3.1. 巖石學(xué)特征

通過對研究區(qū)77 個樣點進行研究，儲層巖石顆粒以粗-中粒為主，占31%，其次為中粒，占19%。顆粒磨圓中等，以次棱-次圓狀為主；分選性中等；接觸關(guān)系主要表現(xiàn)為線接觸，反映巖石壓實作用較高；膠結(jié)類型則以孔隙-接觸式為主。綜上，龍崗地區(qū)沙一段儲層砂巖具中等結(jié)構(gòu)成熟度。

碎屑顆粒組成中石英含量最高，平均含量59%，其次為長石，其平均含量為22%巖屑19%。通過全巖X-衍射分析表明，長石以正長石為主，巖屑以變質(zhì)巖巖屑為主。其中，砂巖巖石類型以長石巖屑砂巖為主，含有少量巖屑長石砂巖和巖屑長石砂巖(圖3)。

Figure 3. Histogram of sandstone size distribution and classification of sandstone triangles in the first member of Shaximiao Formation 圖3. 沙一段儲層砂巖粒級分布直方圖和砂巖三角分類圖

3.2. 儲集空間特征

依據(jù)巖心、顯微薄片、鑄體薄片和掃描電鏡分析，龍崗地區(qū)沙一段儲層發(fā)育有原生孔隙、次生孔隙和微裂縫。其中，原生孔隙位于顆粒間，孔隙邊緣較為平直，呈三角狀，屬于被壓實和膠結(jié)后殘余的原生粒間孔(圖4(a))；次生孔隙邊緣不規(guī)則，多為港灣狀，主要為粒間溶孔是在粒間孔或殘余粒間孔基礎(chǔ)上的溶蝕擴大而成的(圖4(b))，而該地區(qū)的鑄模孔則是少量易溶長石、巖屑被完全溶解后的孔隙且保留原顆粒的外形(圖4(c))；龍崗地區(qū)裂縫不發(fā)育，但部分地區(qū)發(fā)育有因構(gòu)造受力作用而形成的構(gòu)造微裂縫(圖4(d))。

Figure 4. Type of storage space in the first member of Shaximiao Formation 圖4. 沙一段儲集空間類型

3.3. 儲層物性特征

根據(jù)龍崗地區(qū)沙一段326 個樣品巖心物性統(tǒng)計分析表明，孔隙度具有較大的變化范圍，為0.2%~7.9%，平均為3.0%。滲透率在0.0001~35.7 mD 之間，平均為0.35 mD，滲透率變化范圍大，主要集中分布在小于0.001 mD 和0.1~1.0 mD 之間，占55.95% (圖5)?？傮w而言，龍崗地區(qū)沙一段的平均孔隙度較高，但滲透率較低，說明在基質(zhì)孔隙不發(fā)育的儲層中，裂縫對滲透率影響程度大。

Figure 5. Histogram of pore permeability distribution in the first member of Shaximiao Formation in Longgang area 圖5. 龍崗地區(qū)沙一段儲層孔滲分布直方圖

研究區(qū)沙一段孔隙度和滲透率之間的相關(guān)性高，相關(guān)系數(shù)為0.7199，說明孔隙度和滲透率關(guān)系較密切，孔隙度的變化對滲透率影響明顯(圖6)。部分數(shù)據(jù)點還可看出研究區(qū)儲層儲滲能力除受孔喉控制外，裂縫對其也有重要影響。

3.4. 分類評價標準

根據(jù)上述研究的巖石學(xué)特征、儲集空間特征及儲層物性特征，可將研究區(qū)沙一段儲層按照物性好壞分別劃分為I、II、III、IV 四類，各類儲層的孔隙度、滲透率下限見表。對比分析研究區(qū)各類儲層的實際含油狀況，如鉆井錄井過程中砂巖的含油級別、取心段砂巖的顯微含油特征、儲層測試成果與試采特征等，可對上述四類儲層進行如下評價：I 類為在自然開采條件下能夠獲得較好產(chǎn)能的儲層；II 類為自然開采條件下基本能夠獲得工業(yè)產(chǎn)能的儲層；III 類儲層在自然開采條件下不能達到工業(yè)產(chǎn)能，但經(jīng)過適當?shù)母脑齑胧┖竽軌虍a(chǎn)出油氣；IV 類儲層含油氣性很差，且在目前技術(shù)條件下不具備開采價值，為非儲層(表1)?？傮w上研究區(qū)儲層物性致密，根據(jù)已有勘探開發(fā)成果中的砂巖含油氣情況，油氣主要聚集在I、II 類儲層中，因此將I、II 類儲層稱為致密條件下的相對優(yōu)質(zhì)儲層，其下限為：孔隙度大于2.7%，滲透率大于0.217 mD。

Figure 6. Relationship between pore permeability of the first member of Shaximiao Formation in Longgang area 圖6. 龍崗地區(qū)沙一段儲層孔滲關(guān)系圖

Table 1. Classification and evaluation of sandstone reservoir in the study area 表1. 研究區(qū)砂巖儲集性分類評價表

4. 優(yōu)質(zhì)儲層主控因素分析

4.1. 沉積相對儲層的影響

通過對取心段的沉積微相、物性對比分析，獲得各類沉積微相與相對優(yōu)質(zhì)儲層發(fā)育的關(guān)系。表明在沙一段沉積期中，相對優(yōu)質(zhì)儲層主要發(fā)育在高能沉積環(huán)境的分流河道和河口壩沉積微相中，其砂巖粒度較粗，分選、磨圓較好，且雜基含量較低，孔隙度為3.2%~5.7%之間。其次是決口扇，孔隙度為2.6%~3.1% (圖7)。天然堤和河漫湖中發(fā)育差。

4.2. 成巖相對儲層的影響

根據(jù)研究區(qū)砂巖顯微薄片成巖作用特征鑒定成果、掃描電鏡對成巖作用的識別和陰極發(fā)光反映出的成巖作用特點等，將本區(qū)沙一段下部砂巖中的主要成巖相劃分為4 大類成巖相(壓實相、膠結(jié)-壓實相、膠結(jié)相、溶蝕相)。其中壓實相、膠結(jié)-壓實相和膠結(jié)相對儲層均起到破壞性作用，而溶蝕相則有利于次生孔隙的形成，改善儲集層物性。

Figure 7. Relationship between lithology and physical properties and sedimentary microfacies 圖7. 巖性與物性和沉積微相關(guān)系圖

4.2.1. 壓實相

龍崗地區(qū)沙一段壓實相的定名主要依據(jù)砂巖中的極低的膠結(jié)物含量總量和極差的孔滲。主要為強壓實相，其中膠結(jié)物總含量極低，一般介于0%~2%之間，平均為0.14%，強壓實相主要發(fā)育于天然堤、決口扇以及河漫湖等巖石粒度較細的沉積微相中，巖石類型為泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖、細-粉砂巖、粉-細砂巖。巖石極其致密，原生粒間孔大量損失，后期酸性流體不容易進人，溶蝕孔隙基本不發(fā)育，不利于儲層的改造，對儲層起破壞性作用(見圖8，TP2)。

4.2.2. 膠結(jié)-壓實相

研究區(qū)膠結(jié)-壓實相中主要為硅質(zhì)膠結(jié)-壓實相，偶見方解石膠結(jié)-壓實相和濁沸石膠結(jié)-壓實相，其壓實強度低于壓實相，膠結(jié)程度較高，儲層物性好于強壓實相。硅質(zhì)膠結(jié)-強壓實相主要見于分流河道、決口扇和天然堤等沉積環(huán)境能量較高的微相中，硅質(zhì)膠結(jié)物含量一般介于0%~1.5%之間，平均為0.74%，膠結(jié)物總含量極低，一般介于0%~3.5%之間，平均為0.35%。總體來講，也屬于龍崗地區(qū)沙一段儲層中物性較差的成巖相(圖8，TP1)。

Figure 8. Diffusion phase division diagram of the first member of Shaximiao Formation (1563~1573 m) in Longqian 2 well 圖8. 龍淺2 井沙一段(1563~1573 m)成巖相劃分圖

4.2.3. 膠結(jié)相

研究區(qū)沙一段自生礦物類型種類多，共生關(guān)系復(fù)雜，首先根據(jù)主要自生礦物類型劃分為硅質(zhì)膠結(jié)相、濁沸石膠結(jié)相和碳酸鹽膠結(jié)相。然后根據(jù)膠結(jié)作用強度、主要自生礦物與共生礦物相對含量，進一步細分硅質(zhì)膠結(jié)相、硅質(zhì)-濁沸石膠結(jié)相和硅質(zhì)-(強)方解石膠結(jié)相。

1) 硅質(zhì)膠結(jié)相

硅質(zhì)膠結(jié)相中膠結(jié)物不發(fā)育，自生礦物中硅質(zhì)所占比例較大，主要以自生石英晶體和次生加大邊兩種形式產(chǎn)出(圖9，TP4)，含量多介于1%~3%之間，平均為1%。主要出現(xiàn)于分流河道微相中，巖石是類型以中砂巖、細-中砂巖為主。砂巖孔隙度多介于2.93%~5.63%之間，平均為3.7%，滲透率多介于0.01~0.32 mD 之間，平均為0.08 mD?？傮w來說研究區(qū)硅質(zhì)膠結(jié)相使原生孔隙度降低，儲層物性變差。

Figure 9. Diffusion phase division diagram of the first member of Shaximiao Formation (1619~1632 m) in Longqian 2 well 圖9. 龍淺2 井沙一段(1619~1632 m)成巖相劃分圖

2) 硅質(zhì)-濁沸石膠結(jié)相

研究區(qū)主要發(fā)育硅質(zhì)-濁沸石膠結(jié)相，發(fā)育少量綠泥石-濁沸石膠結(jié)相。硅質(zhì)-濁沸石膠結(jié)相中自生礦物以濁沸石為主(圖10，TP7、8)，濁沸石一般占膠結(jié)物總量的70%以上，主要出現(xiàn)于分流河道、河口砂壩微相中，巖石是類型以中砂巖、粗-中砂巖為主。硅質(zhì)-濁沸石膠結(jié)相中濁沸石含量為2%~27%，平均為8.1%；硅質(zhì)礦物主要為自生石英微晶，含量多介于0.2%~2%之間，平均為0.4%；砂巖孔隙度多介于3.2%~6.3%之間，平均為4.6%，滲透率多介于0.04~1.17 mD 之間，平均為0.30 mD。

相對于硅質(zhì)膠結(jié)相而言，硅質(zhì)-濁沸石膠結(jié)相的孔滲均有小幅度的提升，濁沸石沿柱狀解理發(fā)生溶蝕，使儲層物性得到一定程度的改善。還有少量的綠泥石孔隙襯墊抑制壓實作用和石英次生加大，有效提高巖石的抗壓實能力，從而有利于原生粒間孔的保存。

3) 硅質(zhì)-(強)方解石膠結(jié)相

硅質(zhì)-(強)方解石膠結(jié)相主要出現(xiàn)于天然堤和決口扇微相中，巖石類型主要為鈣質(zhì)細砂巖。自生碳酸鹽礦物以方解石占絕對優(yōu)勢，一般占膠結(jié)物總量的80%以上，通常伴隨發(fā)生較強烈的方解石對長石、巖屑等碎屑顆粒的交代作用(圖8，TP3、圖9，TP6)。硅質(zhì)-(強)方解石膠結(jié)相中自生方解石含量一般為6%~30%，平均為8%；硅質(zhì)礦物主要以自生石英晶體與次生加大出現(xiàn)，含量一般為0.1%~1%，平均為0.39%。

Figure 10. Diffusion phase division diagram of the first member of Shaximiao Formation (1462~1473 m) in Longqian 2 well 圖10. 龍淺2 井沙一段(1462~1473 m)成巖相劃分圖

早期方解石呈孔隙式和連晶式產(chǎn)出，沉淀于巖石大規(guī)模壓實作用之前，往往具有很大的負膠結(jié)物孔隙度，導(dǎo)致后期流體活動受到極大限制，幾乎不發(fā)生溶蝕作用；晚期碳酸鹽膠結(jié)物多呈分散狀孔充填于粒間孔及粒內(nèi)溶孔中，使砂巖孔隙度降低，儲層質(zhì)量變差，是儲層致密的重要影響因素之一。綜上，研究區(qū)硅質(zhì)-(強)方解石膠結(jié)相主要起破壞原生孔隙的作用。

4.2.4. 溶蝕相

研究區(qū)沙一段，主要表現(xiàn)為長石、巖屑顆粒溶蝕，少量粒間膠結(jié)物的溶蝕；主要出現(xiàn)于分流河道中，巖石類型以中砂巖、粗-中砂巖為主。溶蝕發(fā)生的同時必然伴隨自生礦物的沉淀，龍崗地區(qū)常見的有硅質(zhì)膠結(jié)-溶蝕相和濁沸石膠結(jié)-溶蝕相2 種。

1) 硅質(zhì)膠結(jié)-溶蝕相

硅質(zhì)膠結(jié)-溶蝕相主要出現(xiàn)于分流河道微相中，巖石類型以中砂巖、粗-中砂巖、中-粗砂巖為主。膠結(jié)物含量較低，一般為0.5%~4%，平均為0.81%；硅質(zhì)礦物主要以自生石英微晶形式產(chǎn)出，其次為石英次生加大，含量一般為0.2%~2.0%，平均為0.66%。其他自生礦物主要為濁沸石，一般為0.5%~4.0%，平均為1.6%。儲層原生粒間孔、粒間溶孔及粒內(nèi)溶孔發(fā)育，儲層物性較好，孔隙度多介于3.87%~7.92%之間，平均為5.33%；滲透率多介于0.15~2.23 mD 之間，平均為0.74 mD。該成巖相中一些易溶物質(zhì)被酸性水溶蝕后產(chǎn)生大量的次生溶孔(圖9，TP5)，有助于改善儲層物性，提升孔隙空間的連通性和滲流性。

Figure 11. Diffusion phase division diagram of the first member of Shaximiao Formation (1794~1800 m) in Longqian 2 well 圖11. 龍淺2 井沙一段(1794~1800 m)成巖相劃分圖

2) 濁沸石膠結(jié)-溶蝕相

濁沸石通常由斜長石溶蝕產(chǎn)物沉淀而成(見圖11，TP9)，常與其他自生礦物如綠泥石、石英以及方解石共同出現(xiàn)于巖石中，從而形成綠泥石、石英、濁沸石膠結(jié)-溶蝕相、綠泥石、濁沸石膠結(jié)-溶蝕相、方解石、濁沸石膠結(jié)-溶蝕相等，濁沸石含量多介于2%~8%之間，平均為4.88%。主要出現(xiàn)于分流河道微相中，巖石類型主要以中砂巖為主。砂巖孔隙度多介于4.0%~5.2%之間，平均為4.70%，滲透率多介于0.2~1.0 mD 之間，平均為0.64 mD。

鄂爾多斯盆地北部、東部的三疊系延長統(tǒng)長6 致密油儲層，普遍發(fā)育濁沸石膠結(jié)物，其含量一般為5%~10%，原油主要賦存于濁沸石次生溶孔中[12] [13] [14]。但是與鄂爾多斯盆地不同的是，川中地區(qū)沙溪廟組不發(fā)育烴源巖，油氣主要來自于下伏的大安寨和涼高山組，有機酸性水主要通過斷裂或涼高山與沙溪廟之間的不整合面運移。因此，研究區(qū)沙一段濁沸石膠結(jié)-溶蝕相主要發(fā)育于斷裂發(fā)育的井區(qū)，斷裂的發(fā)育是形成濁沸石溶蝕孔隙的重要因素。

綜上，得出研究區(qū)沙一段成巖相平面分布圖(圖12)，其中壓實相普遍發(fā)育，所占比例較大，其次為膠結(jié)相和膠結(jié)壓實相，僅在河道中部砂體厚度較大的區(qū)域發(fā)育溶蝕相。

Figure 12. Planar distribution of J2S1-1 diagenetic facies in the Jurassic sedimentary section of Longgang area 圖12. 龍崗地區(qū)侏羅系沙一段J2S1-1成巖相平面分布圖

4.3. 裂縫對儲層的影響

通過鉆井巖心、顯微薄片、鑄體薄片及熒光薄片的觀察，龍崗地區(qū)涼上段、沙一段儲層裂縫較發(fā)育，以微裂縫為主，且多數(shù)為未充填或半充填的有效縫，見少部分充填裂縫。在裂縫發(fā)育處，溶蝕作用較強，導(dǎo)致長石、巖屑及膠結(jié)物的大量溶蝕，有利于形成次生溶孔；裂縫將孤立的孔隙、喉道聯(lián)系起來，有利于提高儲層滲透率；裂縫發(fā)育處，巖心含油性好，在熒光顯微鏡可見明顯的油氣充注痕跡，說明裂縫在油氣運移中的有效性。川中龍崗地區(qū)鉆井資料統(tǒng)計表明(表2)，侏羅系沙一段試油獲工業(yè)油氣流的井，幾乎都能見到裂縫響應(yīng)特征；與之相反的是，凡是無裂縫響應(yīng)的井，幾乎都未獲得工業(yè)產(chǎn)能。綜合分析認為裂縫對儲層滲透性有顯著改善，使得孔隙度極低的砂巖也成為有效儲層。研究區(qū)沙一段裂縫對油氣產(chǎn)出具有重要貢獻。

Table 2. Relationship between test capacity and cracks in the first member of Shaximiao Formation oil well 表2. 沙一段油井測試產(chǎn)能與裂縫的關(guān)系[15] [16]

5. 結(jié)論

1) 龍崗地區(qū)沙一段儲層砂巖具有中等結(jié)構(gòu)成熟度。砂巖粒度以以粗-中粒為主，顆粒磨圓中等，以次棱-次圓狀為主；分選性中等；接觸關(guān)系主要表現(xiàn)為線接觸，反映巖石壓實作用較高；膠結(jié)類型則以孔隙-接觸式為主。砂巖巖石類型以長石巖屑砂巖為主，碎屑顆粒組成中主要表現(xiàn)為石英含量高。

2) 龍崗地區(qū)沙一段砂巖儲層儲集空間發(fā)育有剩余原生粒間孔、粒間溶孔、粒內(nèi)溶孔和微裂縫。沙一段孔隙度均值為3%，滲透率均值為0.35 mD?？诐B相關(guān)性高，孔隙度的變化對滲透率影響明顯。

3) 控制龍崗地區(qū)沙一段砂巖中相對優(yōu)質(zhì)儲層發(fā)育的主控因素是沉積相、成巖相和裂縫等。沉積相中砂巖粒度越粗，孔滲越好，相對優(yōu)質(zhì)儲層在分流河道和河口壩中發(fā)育最好；成巖相中壓實相、膠結(jié)-壓實相和膠結(jié)相對儲層均起到破壞性作用，而溶蝕相則有利于改善儲集層物性；裂縫促進溶蝕作用進行，使孤立的孔隙、喉道聯(lián)系起來，提高儲層滲透率，同時有利于油氣運移。

川中龍崗地區(qū)沙一段埋藏深度大，成巖作用復(fù)雜，在對儲層基本地質(zhì)特征分析的基礎(chǔ)上，引入了成巖相，綜合沉積微相和裂縫對川中沙一段致密油儲層主控因素進行了分析。