趙俊威,陳恭洋,張玲,楊映濤,宋新新,王恒

1) 長江大學(xué)油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,武漢,430100;2) 長江大學(xué)錄井技術(shù)與工程研究院,湖北荊州,434020;3) 中石化西南油氣分公司勘探開發(fā)研究院,成都,610000;4) 中國石油集團(tuán)長城鉆探工程有限公司地質(zhì)研究院,遼寧盤錦,124010

內(nèi)容提要：川西新場地區(qū)上三疊統(tǒng)須家河組二段(須二段)天然氣資源豐富,砂體大面積發(fā)育,儲(chǔ)層孔滲較低,甜點(diǎn)成因復(fù)雜。為了闡明新場須二段甜點(diǎn)類型及成因,以巖芯觀察、薄片分析、微米CT、陰極發(fā)光等多技術(shù)手段,在對儲(chǔ)層巖石學(xué)、孔喉特征、有效裂縫特征等分析基礎(chǔ)上,對甜點(diǎn)進(jìn)行分類。新場須二段主要發(fā)育基質(zhì)孔隙型、斷縫型、層理縫型等3種甜點(diǎn)類型,不同類型甜點(diǎn)形成原因存在差異。強(qiáng)水動(dòng)力條件下形成的高能分流河道、富石英砂巖是基質(zhì)型甜點(diǎn)形成基礎(chǔ),在相對較弱的壓實(shí)及膠結(jié)作用、較強(qiáng)的溶蝕作用下易形成基質(zhì)型甜點(diǎn);在靠近大型斷層的基質(zhì)孔滲較好部位易發(fā)育斷縫型甜點(diǎn);層理縫型甜點(diǎn)分布規(guī)模較小,不同類型層理界面處顆粒粒度、組分存在差異,發(fā)生差異成巖作用,形成力學(xué)薄弱面。新場須二段甜點(diǎn)發(fā)育受沉積、成巖及構(gòu)造非均質(zhì)性控制,對甜點(diǎn)類型的成因分析,有利于對甜點(diǎn)進(jìn)行分類評(píng)價(jià)。

致密砂巖氣是較重要的勘探開發(fā)領(lǐng)域之一,較常規(guī)天然氣資源而言,致密砂巖儲(chǔ)層物性較差,以低孔—低滲儲(chǔ)層為主,儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng),橫向連續(xù)性差,甜點(diǎn)在空間上分布復(fù)雜(趙曉東等,2021;曾凡成等,2021;呂文雅等,2021;孫零輝等,2022;孫靖等,2022)。關(guān)于甜點(diǎn)定義較多,其內(nèi)涵可綜合歸納為地質(zhì)甜點(diǎn)、工程甜點(diǎn)及經(jīng)濟(jì)甜點(diǎn),即能夠?qū)崿F(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益且穩(wěn)產(chǎn)的有利富集區(qū)(賈愛林等,2022)。川西坳陷新場上三疊統(tǒng)須家河組二段(須二段)天然氣資源豐富,但整體動(dòng)用率較低,儲(chǔ)層局部埋深超5000 m,屬于典型的特低孔—低滲儲(chǔ)層,平均孔隙度小于4%,平均滲透率小于0.1×10-3μm2,砂體大面積發(fā)育,在整體致密背景下甜點(diǎn)局部發(fā)育,橫向變化快,相鄰兩口井間產(chǎn)氣特征差異明顯,甜點(diǎn)成因復(fù)雜。前人對新場須二段進(jìn)行了較多的研究,主要集中在物源分析(戴朝成等,2014;王志康等,2022)、砂體分布(何會(huì),2015;王興龍等,2021;商曉飛等,2022)、有利巖石相(徐樟有等,2008)、優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層主控因素(趙艷等,2010;羅龍等,2017;王志康等,2020)、構(gòu)造裂縫特征及預(yù)測(汪華,2004;蘇錦義,2008;鄧虎成等,2013;蔣有錄等,2020)、甜點(diǎn)成因(鄧少云等,2008;馮動(dòng)軍等,2014;印森林等,2016;黃麗飛,2018;劉振峰等,2021)等方面,認(rèn)為水下分流河道微相物性較好,砂泥巖頻繁互層容易形成甜點(diǎn),甜點(diǎn)主要發(fā)育在構(gòu)造裂縫發(fā)育區(qū),但對甜點(diǎn)缺乏系統(tǒng)的分類,對不同類型甜點(diǎn)成因機(jī)制缺乏系統(tǒng)分析,制約了甜點(diǎn)的分類評(píng)價(jià)與開發(fā)。

本次研究采用巖芯觀察、薄片分析、微米CT及陰極發(fā)光等多技術(shù)手段,對新場須二段儲(chǔ)層特征、孔喉結(jié)構(gòu)、裂縫及含氣特征進(jìn)行分析,劃分須二段甜點(diǎn)類型,針對不同類型的甜點(diǎn),從沉積差異、成巖差異、層理縫發(fā)育特征及成因等方面,探討了其形成機(jī)制,對不同類型的甜點(diǎn)成因進(jìn)行系統(tǒng)分析。

1 地質(zhì)概況

新場構(gòu)造帶位于四川盆地川西坳陷,為晚三疊世以來陸相沉積的拗陷部分,川西拗陷依據(jù)龍門山展布可劃分為川西坳陷南段、中段及北段,其中川西坳陷中段可劃分為龍門山前構(gòu)造帶、新場構(gòu)造帶、知新場構(gòu)造帶、成都凹陷、梓潼凹陷、中江斜坡(劉殊等,2018;鄭和榮等,2021)(圖1a)。受多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響,新場構(gòu)造帶整體發(fā)育北東東向的狹長型背斜,構(gòu)造兩翼表現(xiàn)為南陡北緩的特征。川西坳陷沉積了巨厚的晚三疊世—白堊紀(jì)地層,在中三疊統(tǒng)碳酸鹽巖上部發(fā)育了上三疊統(tǒng)須家河組,須家河組由下至上發(fā)育須一段—須六段沉積(楊克明等,2004;楊克明,2006)(圖1c)。新場構(gòu)造帶須二段發(fā)育砂泥沉積,儲(chǔ)層埋藏深度約為4800～5200 m,物源主要來源于北部及北東方向,以辮狀河三角洲前緣水下分流河道沉積為主,發(fā)育少量河口壩沉積,水下分流河道大面積發(fā)育(圖1b),單期次水下分流河道厚度約1.5～10 m,不同期次的水下分流河道相互切割疊置,形成了復(fù)雜的砂體空間疊置關(guān)系,須二段致密砂巖累計(jì)厚度較大,砂體平均厚度可達(dá)幾百米,在經(jīng)過較強(qiáng)的構(gòu)造與成巖作用后,甜點(diǎn)分布較為復(fù)雜。

圖1 四川盆地川西坳陷構(gòu)造位置圖及地層綜合柱狀圖Fig.1 Structural location map and comprehensive stratigraphic histogram in the Western Sichuan depression of Sichuan Basin(a)四川盆地川西坳陷構(gòu)造分區(qū)及研究區(qū)位置;(b)川西新場須二段T3x21 砂組砂地比;(c)川西新場須家河組地層綜合柱狀圖(a) The structural division and the location of the study area in the Western Sichuan Depression, Sichuan Basin; (b) the ratio of the sand and formation thickness in T3x21 sand group in the 2nd Member of Xujiahe Formation in Xinchang area of Western Sichuan; (c) comprehensive stratigraphic column map in the Xujiahe Formation in Xinchang area of Western Sichuan

2 甜點(diǎn)特征分析

2.1 巖石學(xué)特征

須二段儲(chǔ)層以石英砂巖、巖屑砂巖為主,石英砂巖易形成甜點(diǎn)。巖性以中粗砂巖為主,石英、長石及巖屑含量變化范圍為48%～92%、1%～21%、6%～42%,平均含量約為64.2%、9.6%、26.2%(圖2)。巖石的成分成熟度較高,骨架顆粒呈次棱角狀—次圓狀,顆粒磨圓度中等,分選性中等—好,顆粒接觸方式以凹凸接觸、線接觸為主。

圖2 川西新場須二段典型樣品微米CT孔喉特征圖Fig.2 Pore throat characteristic micron CT map of typical samples from the 2nd Member of Xujiahe Formation in Xinchang area of Western Sichuan(a)典型樣品中不同大小孔隙所占孔隙總面積百分比,樣品a—e孔隙度大小分別為4.66%、5.18%、4.42%、5.03%、7.62%;(b)樣品b、e中不同大小孔隙個(gè)數(shù)百分比;(c)樣品e總孔隙模型,以不同顏色區(qū)分不連通的孔隙;(d)樣品e球棍模型(a) The percentage of pores with different sizes in the total pore area of typical samples, the porosity of the sample “a” to sanple “e” is respectively 4.66%, 5.18%, 4.42%, 5.03% and 7.62%; (b) the percentage of pore numbers with different sizes in sample “b” and sample “e”; (c) the total pore model of sample “e”, different colors are used to distinguish the unconnected pores; (d) the sphere-stick model of sample “e”

2.2 物性及微觀孔喉特征

新場須二段為特低孔低滲儲(chǔ)層,儲(chǔ)集空間包括原生孔隙、次生孔隙及微裂縫。儲(chǔ)層孔隙度分布區(qū)間為1%～8%,平均孔隙度約3.7%,但整體致密背景下仍有超過20%左右的儲(chǔ)層孔隙度大于5%。滲透率分布主區(qū)間為(0.039～1.44)×10-3μm2,平均基質(zhì)滲透率約0.08×10-3μm2。微米CT實(shí)驗(yàn)表明,儲(chǔ)層孔徑以微米級(jí)大小為主,孔徑分布呈現(xiàn)明顯雙峰特征,雙峰發(fā)育1～7 μm小孔隙及大于20 μm大孔隙(圖2a、c—d),不同大小孔隙對孔隙度的貢獻(xiàn)存在差異,大孔隙個(gè)數(shù)占比小于1%,對總孔隙度貢獻(xiàn)度為15%～30%,小孔隙個(gè)數(shù)占比大于95%,對總孔隙度貢獻(xiàn)度約50%～60%(圖2b)。

大孔隙主要為次生溶蝕孔隙,發(fā)育數(shù)量小,但對儲(chǔ)層孔隙度貢獻(xiàn)大,以粒間溶孔及粒內(nèi)溶孔為主(圖3a—d),成巖酸性流體溶解長石及可溶性巖屑顆粒邊緣形成粒間溶孔,沿著長石解理縫溶解長石形成粒內(nèi)溶孔,巖屑溶蝕現(xiàn)象較長石少(圖3e)。原生孔隙以剩余粒間孔為主,顆粒在經(jīng)過強(qiáng)壓實(shí)壓溶作用后,部分剛性顆粒支撐處保留較小的原生孔隙。

圖3 川西新場須二段XC8井儲(chǔ)集空間特征薄片圖Fig.3 Reservoir space characteristics of the Well XC8 through thin section in the 2nd Member of Xujiahe Formation in Xinchang area of Western Sichuan(a)XC8井,4971.29 m,樣本孔隙度為6.14%,滲透率為0.067×10-3μm2,長石被部分或完全溶蝕,形成溶蝕孔隙;(b)XC8井,4972 m,樣本孔隙度為6.83%,滲透率為0.315×10-3μm2,發(fā)育溶蝕孔隙;(c)XC8井,5002 m,發(fā)育溶蝕大孔隙、粒間微裂縫及粒內(nèi)微裂縫,溶蝕大孔隙與粒間微裂縫連通,粒內(nèi)微裂縫局限發(fā)育在顆粒內(nèi)部;(d)XC8井,5002.1 m,發(fā)育溶蝕大孔隙與粒內(nèi)微裂縫;(e)XC8井,5000 m,巖屑被部分溶蝕形成粒內(nèi)溶蝕孔隙;(f)XC8井,4969 m,發(fā)育粒間及粒內(nèi)微裂縫(a) the Well XC8, 4971.29 m, the sample porosity is 6.14%, the permeability is 0.067×10-3μm2, feldspar is partially or completely dissolved, forming dissolution pores; (b) the Well XC8, 4972 m, the sample porosity is 6.83%, the permeability is 0.315×10-3μm2, forming dissolution pores; (c) the Well XC8, 5002 m, developing dissolution macropores, intergranular microfractures and intragranular microfractures. the dissolution macropores are connected with intergranular microfractures, and the intragranular microfractures are confined to the interior of the particles; (d) the Well XC8, 5002.1 m, developing dissolution macropores and intragranular microfractures; (e) the Well XC8, 5000 m, the debris is partially dissolved to form intragranular dissolution pores; (f) the Well XC8, 4969 m, developing intergranular and intragranular microfractures

須二段儲(chǔ)層內(nèi)發(fā)育大量粒內(nèi)與粒間微裂縫(圖3c、 d),微觀裂縫是指通過肉眼不可見,須在鏡下觀察的裂縫(王瑞飛和孫衛(wèi),2009),筆者等將開度小于0.1 mm的裂縫定義為微裂縫。粒內(nèi)微裂縫發(fā)育在石英或長石顆粒內(nèi)部,延伸長度小,局限于顆粒內(nèi)部,一般終止于礦物顆粒邊緣,規(guī)模較小但裂縫發(fā)育密度較大,裂縫間連通程度差,對甜點(diǎn)儲(chǔ)層滲透性貢獻(xiàn)小。粒間微裂縫貫穿多個(gè)顆粒(圖5f),延伸長度不受顆粒限制,延伸較長,粒間微裂縫可有效溝通不同位置的孔隙,增加了甜點(diǎn)儲(chǔ)層的滲透性。受微裂縫影響,儲(chǔ)層孔隙度與滲透率相關(guān)性差,微裂縫可有效改善儲(chǔ)層孔滲性。

2.3 有效裂縫特征

新場須二段裂縫較發(fā)育,裂縫在平面及縱向上分布不均,平面上不同井、垂向上不同深度的構(gòu)造裂縫線密度差異較大,裂縫發(fā)育程度存在非均質(zhì)性。宏觀裂縫類型以構(gòu)造縫、層理縫為主。構(gòu)造裂縫角度以中低角度為主(圖4a),低角度裂縫(0～30°)占比50.94%,中等角度裂縫(30°～60°)占比39.75%,高角度裂縫主要為張性裂縫,高角度縫(60°～90°)占比9.31%,發(fā)育相對較少(圖4c),層理縫以近水平縫為主(圖4b)。裂縫充填狀態(tài)以未充填裂縫為主(圖4d),部分裂縫被礦物充填,以方解石、瀝青及碳質(zhì)充填為主。未充填的近水平縫、中低角度裂縫及高角度裂縫同時(shí)發(fā)育在地層中,構(gòu)成立體的網(wǎng)狀裂縫系統(tǒng)。有效裂縫的發(fā)育程度影響氣井產(chǎn)氣能力,與甜點(diǎn)產(chǎn)能存在較強(qiáng)關(guān)系,中高角度縫對初期產(chǎn)量影響較大,裂縫線密度越大,氣井初期產(chǎn)量越高,但高角度縫的發(fā)育易連通底部水層,影響氣井連續(xù)穩(wěn)產(chǎn)。

圖4 川西新場須二段致密砂巖儲(chǔ)層裂縫特征Fig.4 Characteristics of fractures in tight sandstone reservoirs in the 2nd Member of Xujiahe Formation in Xinchang area of Western Sichuan(a)X201井,4889.0～4889.3 m,塊狀層理中砂巖,發(fā)育中低角度構(gòu)造裂縫;(b)X201井,4915.9～4916.6 m,中砂巖,水平層理縫較發(fā)育;(c)不同傾角裂縫發(fā)育頻率分布;(d)充填縫、半充填縫及張開縫發(fā)育條數(shù)百分比(a) the Well X201, 4889.0～4889.3 m, massive bedding medium sandstone, developing medium to low angle structural fractures; (b) the Well X201, 4915.9～4916.6 m, medium sandstone, near horizontal bedding fractures are developed; (c) the distribution of fracture development frequency with different dip angles; (d) the percentage of fracture number of filled fractures, semi-fillied fractures and open fractures

2.4 含氣性

新場須二段氣藏含氣分布較為復(fù)雜,但總體上受構(gòu)造控制,天然氣充注發(fā)生在儲(chǔ)層完全致密之前,天然氣在浮力作用下于構(gòu)造高部位成藏,整體表現(xiàn)出大型的構(gòu)造—巖性氣藏特征。處于構(gòu)造高部位的井產(chǎn)氣較多,如X2、X301井;處于構(gòu)造低部位的部分井產(chǎn)水或氣水同層,如X10井。須二段氣層在垂向上也表現(xiàn)出此特征,其中在須二段上部含氣性較好,須二段下部以含水為主。喜山期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)使致密氣藏發(fā)生調(diào)整,沉積與成巖作用的差異控制了局部含氣差異,部分處于構(gòu)造低部位的井產(chǎn)氣,處于構(gòu)造高部位的井產(chǎn)水。致密砂巖儲(chǔ)層含氣性差異與砂泥配置關(guān)系、砂地比大小、砂巖側(cè)向連續(xù)性等有關(guān),砂泥頻繁互層的區(qū)域可發(fā)育較好的垂向遮擋形成甜點(diǎn),宏觀上表現(xiàn)為砂地比數(shù)值為中等大小,砂巖側(cè)向尖滅易遮擋形成甜點(diǎn)。

3 甜點(diǎn)的分類

關(guān)于致密砂巖氣甜點(diǎn)的定義較多,美國地質(zhì)調(diào)查局把甜點(diǎn)定義為可以持續(xù)提供30年產(chǎn)量的致密砂巖氣區(qū)塊(蔣平等,2015;于興河等,2015;魏國齊等,2016);楊升宇等認(rèn)為致密砂巖氣甜點(diǎn)是在整體致密背景下的局部高孔滲區(qū),能夠提供較高及較持久產(chǎn)量的致密砂巖氣發(fā)育區(qū)(楊升宇等,2013);鄒才能等將甜點(diǎn)區(qū)定義為非常規(guī)油氣分布中相對富集高產(chǎn)的有利區(qū)帶,包含了“地質(zhì)甜點(diǎn)、工程甜點(diǎn)、經(jīng)濟(jì)甜點(diǎn)”三重內(nèi)涵(鄒才能等,2013)。本次研究以前人分類為基礎(chǔ),認(rèn)為致密砂巖氣甜點(diǎn)是整體低孔滲背景下的局部高孔滲帶,能夠?qū)崿F(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益且能持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)的有利富集區(qū)。根據(jù)新場須二段生產(chǎn)測試結(jié)果,將研究區(qū)甜點(diǎn)劃分為以下3種類型:基質(zhì)孔隙型、斷縫型、層理縫型。此分類考慮了甜點(diǎn)地質(zhì)成因,涵蓋了地質(zhì)與經(jīng)濟(jì)雙重因素,有利于對不同類型甜點(diǎn)的分類評(píng)價(jià)。物性較好的基質(zhì)儲(chǔ)層是上述3類甜點(diǎn)形成的基礎(chǔ),也是各類甜點(diǎn)形成的關(guān)鍵因素之一,基質(zhì)儲(chǔ)層物性受多種因素影響,在裂縫較發(fā)育的條件下形成斷縫型及層理縫型甜點(diǎn),在裂縫欠發(fā)育的條件下形成基質(zhì)孔隙型甜點(diǎn)。

3.1 基質(zhì)孔隙型

新場須二段儲(chǔ)層非常致密,平均孔滲分別為3.7%、0.08×10-3μm2,但仍有一定比例的儲(chǔ)層樣品基質(zhì)儲(chǔ)層孔滲較大,儲(chǔ)層物性相對較好,孔隙度與滲透率呈較典型的正相關(guān)關(guān)系。在整體特低孔、特低滲背景下,仍然發(fā)育相對基質(zhì)孔滲相對較高的儲(chǔ)層,在有利的含氣條件下,在裂縫欠發(fā)育區(qū)可形成基質(zhì)孔隙型甜點(diǎn)。如X3井發(fā)育典型的基質(zhì)孔隙型甜點(diǎn),在試氣部分層段孔滲較好,孔隙度分布區(qū)間為6%～12%,滲透率分布區(qū)間為(0.1～3)×10-3μm2,石英平均含量約74%,巖性以粗砂巖、中砂巖為主,沉積水動(dòng)力強(qiáng),泥質(zhì)含量低,頂?shù)装l(fā)育2～5 m的泥巖,具有較有利形成甜點(diǎn)的條件,此類甜點(diǎn)試氣產(chǎn)能較好,且具有較好的穩(wěn)產(chǎn)能力。

3.2 斷縫型

斷縫型甜點(diǎn)主要發(fā)育在構(gòu)造縫發(fā)育區(qū),緊鄰斷層發(fā)育帶,此類甜點(diǎn)是研究區(qū)已發(fā)現(xiàn)的主要甜點(diǎn)類型?？紫抖扰c滲透率相關(guān)性復(fù)雜,平均孔隙度大于3%,不同尺度的構(gòu)造裂縫提高了儲(chǔ)層滲透性,初期產(chǎn)能及穩(wěn)產(chǎn)能力較好。如CH127井發(fā)育典型斷縫型甜點(diǎn),位于構(gòu)造高部位,距離主干斷層約500 m,裂縫較發(fā)育,平均孔隙度約3.9%,裂縫發(fā)育處平均滲透率大于1×10-3μm2,試氣層段平均裂縫線密度為2.1條/m,石英平均含量約64%,試氣無阻流量為19.245×104m3/d,試氣層段砂泥頻繁互層,為甜點(diǎn)發(fā)育創(chuàng)造了有利條件。

3.3 層理縫型

層理縫型甜點(diǎn)主要發(fā)育在層理縫發(fā)育區(qū),以平行層理縫為主,此類甜點(diǎn)儲(chǔ)層巖性較粗、石英含量較高,近水平狀的層理縫密集發(fā)育,裂縫發(fā)育的間距0.5～1 cm,由于層理縫的發(fā)育,使甜點(diǎn)儲(chǔ)層孔滲較好,滲透率變化較大。如X5井發(fā)育典型的層理縫型甜點(diǎn),在層理縫發(fā)育段平均孔隙度約4.8%,平均滲透率大于0.3×10-3μm2,近水平縫非常發(fā)育,水平縫線密度可達(dá)9條/m,試氣產(chǎn)量較好,試氣層段也表現(xiàn)為砂泥頻繁互層。

4 甜點(diǎn)成因分析

4.1 基質(zhì)孔隙型

4.1.1沉積作用

沉積作用是影響儲(chǔ)層物性的內(nèi)因,沉積過程中沉積物顆粒粒度、組分、分選性及泥質(zhì)含量存在差異,此差異性決定了成巖作用的物質(zhì)基礎(chǔ)。新場地區(qū)須二段發(fā)育辮狀河三角洲前緣沉積,主要發(fā)育水下分流河道微相,河口壩少量發(fā)育,以中砂巖為主,其次為細(xì)砂巖、粗砂巖。水下分流河道大面積發(fā)育且頻繁發(fā)生側(cè)向上的遷移,不同期次的水下分流河道相互切割疊置,形成了厚層砂體。而厚層砂體內(nèi)部單期次河道砂厚變化較大,厚度分布范圍在1.5～10 m,單期次河道砂體厚度代表了河道沉積時(shí)的水體深度,根據(jù)河道寬深比經(jīng)驗(yàn)關(guān)系,分流河道的規(guī)模會(huì)存在較大差異。單期次河道厚度較大的砂體,沉積時(shí)期河道規(guī)模較大,可能為分流主河道沉積,沉積水動(dòng)力較強(qiáng),沉積顆粒粒度較粗,可在局部發(fā)育粗砂巖,細(xì)粒沉積物不易保存,有利于原生及次生孔隙的發(fā)育而形成甜點(diǎn);而單期次河道厚度較小的砂體,河道規(guī)模較小,沉積水動(dòng)力變?nèi)?為次級(jí)分流河道或末端分支河道,巖性較細(xì),細(xì)粒沉積物含量高,受到強(qiáng)壓實(shí)作用下原生孔隙不易保存,不容易形成甜點(diǎn)(圖5)。同時(shí),在不同物源條件下,分流河道塑性礦物含量存在差異,形成了富石英、富巖屑的儲(chǔ)層,兩類儲(chǔ)層抗壓實(shí)強(qiáng)度存在差異,富石英儲(chǔ)層抗壓實(shí)能力強(qiáng),可保留少部分原生孔隙,為后期溶蝕流體提供了通道,易發(fā)育甜點(diǎn)。

4.1.2壓實(shí)作用

新場須二段儲(chǔ)層經(jīng)歷了較強(qiáng)的壓實(shí)作用,顆粒間呈線接觸、凹凸接觸關(guān)系,塑性顆粒發(fā)生彎曲變形,可見壓溶形成的石英加大邊現(xiàn)象。利用Beard提出的碎屑巖初始孔隙度計(jì)算模型及薄片資料,定量統(tǒng)計(jì)了壓實(shí)作用對孔隙減小的影響,其中壓實(shí)減孔絕對大小約為25%～38%、膠結(jié)減孔絕對大小約為1%～13%(圖6)。不同巖性、不同塑性組分含量影響了壓實(shí)程度,巖屑塑性組分含量影響了壓實(shí)程度,顆粒粒徑與壓實(shí)率也存在關(guān)系。巖石的顆粒粒徑越大,其抗壓能力越強(qiáng),細(xì)砂巖顆粒較細(xì),抗壓實(shí)能力弱,統(tǒng)計(jì)可知中砂巖壓實(shí)損失孔隙體積約為30%～36%,細(xì)砂巖為28%～38%,粗砂巖為28%～33%,部分中砂巖及細(xì)砂巖易形成強(qiáng)壓實(shí)作用(圖6),壓實(shí)作用是須二段致密砂巖減孔的重要原因,富石英砂巖、粗砂巖及部分中砂巖抗壓實(shí)能力較強(qiáng),容易形成甜點(diǎn)。

圖6 不同巖相壓實(shí)及膠結(jié)作用對減孔過程的影響Fig.6 Impact of compaction and cementation of different lithofacies on pore reduction process

4.1.3膠結(jié)作用

膠結(jié)物在須二段較發(fā)育,膠結(jié)物平均含量1%～22%,平均含量為3.77%,膠結(jié)物類型以碳酸鹽、硅質(zhì)及黏土礦物為主,各類膠結(jié)物平均含量分別為2.33%、1.67%、0.75%。膠結(jié)作用是影響儲(chǔ)層質(zhì)量及甜點(diǎn)發(fā)育的重要因素,對儲(chǔ)層物性存在一定影響。

碳酸鹽膠結(jié)物在陰極發(fā)光下主要發(fā)育亮黃色、紅色等2種顏色,不同顏色代表了不同期次形成的膠結(jié)物,亮黃色膠結(jié)物表現(xiàn)為基底式膠結(jié)特征,以方解石為主,紅色膠結(jié)物可發(fā)育交代現(xiàn)象(圖7a, b),2類碳酸鹽膠結(jié)形成期次存在差異,亮黃色指示成巖早期形成的膠結(jié)物,紅色指示成巖中晚期形成的膠結(jié)物。碳酸鹽膠結(jié)的強(qiáng)弱受砂泥巖配置關(guān)系影響。在砂泥接觸界面附近,富含碳酸鹽礦物的酸性流體進(jìn)入砂巖儲(chǔ)層,進(jìn)入砂巖后如運(yùn)移通道不順暢,碳酸鹽礦物容易沉淀形成膠結(jié)物,不同期次的碳酸鹽膠結(jié)物造成了須二段儲(chǔ)層孔隙的減小。

圖7 川西新場須二段碳酸鹽膠結(jié)物陰極發(fā)光及薄片特征Fig.7 Cathodoluminescence and thin section characteristics of carbonate cement in the 2nd Member of Xujiahe Formation in Xinchang area of Western Sichuan(a)X501井,5250.3 m,細(xì)砂巖,石英主要發(fā)藍(lán)紫色光,長石主要發(fā)淺藍(lán)色光、黃綠色光,方解石發(fā)橙紅色光、橙黃色光,白云石主要發(fā)紅色光;(b)X501井,5250.3 m,陰極發(fā)光圖對應(yīng)的巖石薄片圖(a) the Well X501, 5250.3 m, fine sandstone, quartz mainly emits blue purple light, feldspar mainly emits baby blue light and yellow green light, calcite emits orange red and orange yellow light, while dolomite mainly emits red light; (b) the Well X501, 5250.3 m, the rock thin section corresponding to the cathodoluminescence picture

黏土膠結(jié)也影響儲(chǔ)層物性,黏土膠結(jié)以伊利石及綠泥石膠結(jié)為主,儲(chǔ)層綠泥石膠結(jié)主要以孔隙襯邊及孔隙填充形式存在。關(guān)于綠泥石對儲(chǔ)層物性的影響,前人認(rèn)為綠泥石襯邊膠結(jié)可抑制后期膠結(jié)物形成,通過阻止流體在石英顆粒表面成核,抑制后期膠結(jié)物形成,有利于孔隙的保存(孫全力等,2012)。綠泥石雖在儲(chǔ)層中發(fā)育,但總平均含量較小,對孔隙保存的影響是有限的,孔隙充填型綠泥石也會(huì)阻塞孔隙與吼道。從綠泥石含量與孔隙度相關(guān)圖上可知,兩者的確存在一定的正相關(guān)關(guān)系。自生綠泥石主要形成在粒度粗、塑性成分含量較低的砂巖中,細(xì)粒塑性組分含量高的儲(chǔ)層容易受強(qiáng)壓實(shí)作用,導(dǎo)致粒間孔隙減小,早期方解石大量膠結(jié),使綠泥石失去發(fā)育空間,導(dǎo)致綠泥石不發(fā)育,而抗壓實(shí)能力強(qiáng)的砂巖給自生綠泥石留下發(fā)育空間。因此,綠泥石與孔隙度存在一定正相關(guān)關(guān)系(圖8a),但綠泥石不是影響甜點(diǎn)發(fā)育的直接原因,根本原因是巖石組分及顆粒粒度的影響,但綠泥石的發(fā)育可起到指示作用,伊利石與孔隙度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系(圖8b)。

圖8 綠泥石、伊利石絕對含量與孔隙度關(guān)系圖:(a) 綠泥石絕對含量與孔隙度關(guān)系;(b) 伊利石絕對含量與孔隙度關(guān)系Fig.8 Relationship between absolute content of chlorite, illite and porosity: (a) the relationship between the absolute content of chlorite and porosity; (b) the relationship between the absolute content of illite and porosity

4.1.4溶蝕作用

研究區(qū)溶蝕作用較常見,溶蝕孔隙為甜點(diǎn)儲(chǔ)層的主要儲(chǔ)集空間。溶蝕作用的強(qiáng)弱與儲(chǔ)層長石及可溶性巖屑含量、砂泥配置及溶蝕流體通道相關(guān),當(dāng)儲(chǔ)層中長石及可溶性巖屑含量較高,酸性流體沿著較好的砂層、裂縫通道溶蝕長石礦物,對長石顆粒邊緣或中心發(fā)生溶蝕作用,形成粒間溶孔、粒內(nèi)溶孔及鑄?？?。砂泥配置關(guān)系較大影響了須二段甜點(diǎn)的發(fā)育,有利溶蝕相的厚度與相鄰泥頁巖厚度存在一定關(guān)系(圖9),當(dāng)分流河道砂體垂向上與分流間灣泥或前三角洲泥疊置時(shí),儲(chǔ)層內(nèi)少量原生孔隙的發(fā)育為酸性流體的溶蝕提供溶蝕通道,在溶蝕之后仍能攜帶溶蝕物質(zhì)繼續(xù)運(yùn)移,避免了碳酸鹽等礦物的原地沉淀,可形成較好的甜點(diǎn)。

圖9 強(qiáng)溶蝕相砂巖厚度與相鄰泥頁巖厚度關(guān)系圖Fig.9 Relationship between the thickness of strong corrosion sandstone and adjacent mudstone and shale thickness

4.2 斷縫型

斷縫型甜點(diǎn)是須二段致密砂巖主要甜點(diǎn)類型(圖10),此類甜點(diǎn)構(gòu)造裂縫較發(fā)育,裂縫起到了改善儲(chǔ)層滲流能力、提供儲(chǔ)集空間的作用,但基質(zhì)孔隙對甜點(diǎn)的發(fā)育仍起到較大的貢獻(xiàn)。斷縫型甜點(diǎn)所發(fā)育裂縫可分為宏觀裂縫與微觀裂縫,不同尺度的裂縫連通了不同部位的基質(zhì)孔隙,提高了甜點(diǎn)滲流能力。

圖10 川西新場須二段甜點(diǎn)發(fā)育模式圖Fig.10 Sweet spot development pattern in the 2nd Member of Xujiahe Formation in Xinchang area of Western Sichuan(a)川西新場須二段水下分流河道沉積差異影響的基質(zhì)型甜點(diǎn)分布模式;(b)裂縫發(fā)育差異影響的斷縫型甜點(diǎn)分布剖面模式;(c)層理縫型甜點(diǎn)發(fā)育模式(a) The distribution pattern of matrix sweet spot type affected by the sedimentary difference of underwater distributary channel in the 2nd Member of Xujiahe Formation in Xinchang area of Western Sichuan; (b) fracture sweet spot type distribution profile model affected by fracture development difference; (c) bedding fracture sweet spot type development model

宏觀構(gòu)造裂縫的發(fā)育與構(gòu)造運(yùn)動(dòng)密切相關(guān),受印支期—燕山期—喜山期等多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響,新場須二段發(fā)育多期次裂縫,裂縫發(fā)育方向以SN、EW向?yàn)橹鳌?gòu)造應(yīng)力是形成構(gòu)造裂縫的決定因素,對須二段構(gòu)造縫統(tǒng)計(jì)可知,距離大型斷層越近,構(gòu)造裂縫越發(fā)育,如X11井距離大型斷層約2600 m,此井平均裂縫線密度為0.21條/m;而X501井距離大型斷層約400 m,此井平均裂縫線密度為1.83條/m。新場氣田較好的產(chǎn)氣井一般都位于主干斷層附近或構(gòu)造高部位的軸部,此部位易發(fā)育與褶皺或斷層相關(guān)的裂縫。因此,斷縫型甜點(diǎn)一般分布于構(gòu)造高部位或大型斷層附近,裂縫連通了不同部位的優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層,提高了氣井的產(chǎn)能。此外,裂縫的發(fā)育還受地層內(nèi)因的影響,包括巖石力學(xué)層厚度、巖石粒度、巖礦組分、泥質(zhì)含量及鈣質(zhì)膠結(jié)物含量等,前人已討論較多,在此不作討論。微裂縫的發(fā)育與構(gòu)造應(yīng)力、巖石脆性相關(guān),微裂縫發(fā)育總條數(shù)與巖石脆性指數(shù)相關(guān),脆性指數(shù)越大,微裂縫條數(shù)越多。不同傾角的宏觀構(gòu)造縫與微觀縫構(gòu)成了立體滲流網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),在基質(zhì)儲(chǔ)層較好的部位易形成斷縫型甜點(diǎn)。

4.3 層理縫型

新場須二段發(fā)育少量層理縫型甜點(diǎn),此類甜點(diǎn)形成與層理分布有關(guān)(圖10)。層理縫沿著層理面形成,以平行層理縫及交錯(cuò)層理縫為主,平行層理縫近水平分布,為分流河道在水淺流急條件下形成,在水動(dòng)力控制下形成巖石組分與粒度分異界面,在成巖期間形成力學(xué)薄弱面,在受構(gòu)造應(yīng)力作用下發(fā)育具剝離線理的平行層理縫,平行層理縫的裂縫線密度較大,裂縫間距為0.5～1 cm,在較薄的層段內(nèi)密集發(fā)育,垂向分布范圍小,垂向規(guī)模約為0.25～0.5 m,橫向分布規(guī)模約為5～15 m。此外,新場須二段還發(fā)育交錯(cuò)層理縫,此類層理縫以交錯(cuò)層理為主,交錯(cuò)層理在形成過程中,由于水動(dòng)力及重力分異形成暗色礦物富集面,在暗色礦物富集界面形成力學(xué)薄弱面,在有利應(yīng)力作用下形成層理縫,交錯(cuò)層理縫間距較大,約為1～15 cm,縱向規(guī)模約為3～7 m,橫向分布規(guī)模約為3～8 m。層理縫的形成受成巖作用影響,沉積物在成巖過程中,受到上覆地層壓力的持續(xù)增加,不同類型的層理界面處的由于顆粒粒度、組分差異發(fā)生差異成巖作用,如交錯(cuò)層理形成的暗色礦物與淺色礦物界面,由于兩類礦物壓實(shí)壓溶強(qiáng)度不一致,在成巖過程中形成了順層理面分布的層理縫。

總體而言,由于層理縫發(fā)育規(guī)模較小,橫向展布范圍有限,導(dǎo)致層理縫型甜點(diǎn)規(guī)模較小,對儲(chǔ)層的改造作用有限,在較少情況下可形成較好產(chǎn)能。但層理縫可溝通平面上不同部位的儲(chǔ)層,與構(gòu)造縫形成水平及垂向上的滲流網(wǎng)絡(luò),提高甜點(diǎn)產(chǎn)能。

5 甜點(diǎn)分布特征及模式

斷縫型、層理縫型及基質(zhì)型甜點(diǎn)構(gòu)成了新場須二段甜點(diǎn)類型,以斷縫型及基質(zhì)型甜點(diǎn)為主。斷縫型甜點(diǎn)分布在大型斷裂所伴生的各級(jí)次裂縫系統(tǒng)中,各級(jí)次裂縫系統(tǒng)構(gòu)成的宏觀—微觀裂縫有效改善了儲(chǔ)層的儲(chǔ)滲能力,處于構(gòu)造較高部位的斷裂系統(tǒng)周緣200 m范圍內(nèi)是有利的斷縫型甜點(diǎn)發(fā)育區(qū)?；|(zhì)型甜點(diǎn)分布在遠(yuǎn)離斷層的弱構(gòu)造變形區(qū)或強(qiáng)構(gòu)造變形區(qū)的斷裂不發(fā)育層位,新場須二段不同規(guī)模的分流河道形成水動(dòng)力存在差異,造成不同規(guī)模的分流河道間沉積物粒度差異明顯,在強(qiáng)水動(dòng)力條件下,顆粒粒度粗、剛性組分含量高的分流河道容易形成基質(zhì)型甜點(diǎn)發(fā)育區(qū)。層理縫型甜點(diǎn)規(guī)模較小,層理縫發(fā)育規(guī)模及橫向展布范圍小,較難形成較大產(chǎn)能,而層理縫與中低角度裂縫有效溝通,可與斷縫型甜點(diǎn)伴生發(fā)育。

6 結(jié)論

(1)致密砂巖氣甜點(diǎn)是能夠?qū)崿F(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益且穩(wěn)產(chǎn)的有利富集區(qū),根據(jù)生產(chǎn)測試、儲(chǔ)層基質(zhì)孔滲及裂縫特征,將研究區(qū)甜點(diǎn)劃分基質(zhì)孔隙型、斷縫型、層理縫型等3種類型?；|(zhì)孔隙型為整體致密背景下基質(zhì)孔滲相對較高的含氣儲(chǔ)層,裂縫欠發(fā)育;斷縫型發(fā)育在構(gòu)造裂縫發(fā)育區(qū)的構(gòu)造高部位,為目前主要的甜點(diǎn)類型;層理縫型主要發(fā)育在層理縫發(fā)育區(qū),以平行層理縫及交錯(cuò)層理縫為主,分布相較為局限。

(2)不同類型的甜點(diǎn)形成原因存在差異?；|(zhì)孔隙型受沉積與成巖作用控制,不同規(guī)模的分流河道形成水動(dòng)力存在區(qū)別,河道規(guī)模較大,沉積水動(dòng)力較強(qiáng)的富石英砂巖抗壓實(shí)能力強(qiáng),膠結(jié)作用較弱,可保留少部分原生孔隙,為后期溶蝕流體提供通道,在有利的砂泥配置關(guān)系下易發(fā)育基質(zhì)型甜點(diǎn);斷縫型受構(gòu)造裂縫分布控制,宏觀構(gòu)造縫與微觀縫構(gòu)成了立體滲流網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),在基質(zhì)儲(chǔ)層較好的構(gòu)造高部位及有利含氣區(qū),易形成斷縫型甜點(diǎn);層理縫型受層理分布影響,以平行層理縫及交錯(cuò)層理縫為主,其形成受沉積與成巖作用影響,不同類型的層理界面處由于顆粒粒度、組分差異發(fā)生差異成巖作用,形成力學(xué)薄弱面而發(fā)育層理縫。

(3)總體而言,甜點(diǎn)發(fā)育受沉積、成巖及構(gòu)造綜合控制,在裂縫較發(fā)育區(qū)斷縫型甜點(diǎn)較多,在裂縫欠發(fā)育區(qū)可發(fā)育基質(zhì)孔隙型甜點(diǎn),對甜點(diǎn)類型的劃分,有利于在生產(chǎn)過程中對甜點(diǎn)進(jìn)行分類評(píng)價(jià)。