吐哈盆地丘東洼陷下侏羅統儲層特征及成因分析

0丘東洼陷下中侏羅統臺北凹陷是圖哈盆地中部的一個重要主力含油氣塌陷，分為兩座東部和西部的傾斜塌陷。丘東洼陷走向為近EW向,北起博格達山南緣,西抵柯柯亞斷裂帶,與勝北洼陷相鄰,東臨紅臺—小草湖構造帶,與小草湖洼陷相鄰,南以七克臺斷裂為界,勘探面積約為2600km2(圖1)。丘東洼陷前期勘探主要以中侏羅統為主,先后在丘東洼陷發現了柯柯亞、丘陵、鄯善、溫吉桑、米登和丘東等6個油氣田及多個含油氣構造帶。隨著油氣勘探工作的深入,以柯19井、照4井、吉深1井及吉3井為代表,在丘東洼陷周緣及洼陷區的下侏羅統煤系中相繼發現高產油氣流,進一步擴展了油氣勘探層系。丘東洼陷下侏羅統地層發育齊全,縱向上由老到新沉積了八道灣組(J1b)和三工河組(J1s)煤系碎屑巖地層,其儲層主要是一套辮狀河(扇)三角洲砂體(圖2)。針對該區域內煤系地層砂體致密和油氣水共生特點,本文利用最新勘探成果和地質資料,描述下侏羅統砂體分布規律和儲層特征,尋找有利油氣儲集區帶,以期能夠進一步擴大勘探領域和成果。1鑄型砂壩砂體J1b為在印支期末準平原化基礎上,形成潮濕氣候條件下的侏羅系第一套含煤建造,整體為一套下粗上細的陸源碎屑巖,屬辮狀河三角洲沉積,相對穩定,沉積厚度一般在100~450m之間,北部鄯勒地區最厚可達700m以上。下部為辮狀河三角洲平原亞相,可進一步分為水上分流河道、河漫灘和河漫沼澤沉積,其中水上分流河道沉積相對較發育。水上分流河道砂巖占剖面的65%以上,最大單層厚度可達41.8m,為含礫砂巖、中—粗砂巖及細砂巖;河漫沼澤煤層2~5層,單層厚度較大,分別為3.0m和11.0m,但橫向分布不穩定。上部為辮狀河三角洲前緣亞相,可分出水下分流河道、支流間灣和河口砂壩3種微相類型,以支流間灣和水下分流河道為主。水下分流河道砂巖單層厚度為10m左右,最厚為14.2m,為中—粗砂巖、細砂巖,部分為含礫砂巖。支流間灣沉積相對發育,為灰綠色泥巖,易風化為黏土。河口砂壩沉積不太發育,巖性為粉砂巖,單層厚度為2~3m,夾于支流間灣泥巖沉積之中。丘東洼陷J1b砂巖在高阻煤層下普遍發育,從上至下由3套砂體垂向疊置而成,疊置方式有3種:分流河道砂體切割疊置;河口壩砂體拼合疊置;河口壩砂體與水下分流河道砂體過渡疊置。J1b1辮狀河三角洲沉積體系由2~3個砂層組成,厚度為72~106m,平面連續穩定分布;J1b2辮狀河三角洲沉積體系砂體發育,由3~4個砂層組成,厚度為97~132m,連片分布穩定,多數井見2層,柯19井鉆遇4層,向南(溫深1井)砂體發育規模減弱。J1b3氣藏發育1~2個砂層,厚度為103m。丘東洼陷南緣發育七克臺和園藝場2個辮狀河三角洲砂體,丘陵(陵深1井)、鄯善(鄯科1井)、米登—丘東(吉3井、東深1井)位于三角洲前緣,溫深1井至馬紅斷層上坡折帶主要為三角洲平原。砂巖平面展布面積大,砂體連續,厚層砂體多為不同成因砂體相互疊置和拼合而成。丘東南斜坡J1b砂體疊合面積為308km2,厚度為20~70m。柯柯亞(柯19井)位于北西向長軸辮狀河三角洲前緣,砂體發育,物源分析可能存在南北混源。洼陷北緣照壁山—鄯勒—阿克塔什為扇三角洲。東部薩克桑為小型扇三角洲,砂體不發育(圖3)。J1s整體為一套大的正旋回碎屑巖沉積,顯示為“下粗上細”的粒度特征,是一種湖進的沉積體系。中下部為辮狀河三角洲前緣粗碎屑沉積,上部以灰綠色頁巖、粉砂質頁巖為主,俗稱“氈子層”,風化后呈葉片狀,為淺湖泥巖沉積。辮狀河三角洲前緣可劃分為水下分流河道、支流間灣、河口砂壩及遠砂壩4種沉積微相類型,以水下分流河道沉積為主,可占剖面的80%以上。巖性以含礫砂巖、中—粗砂巖為主,夾1層厚11.1m的細—中礫巖。砂巖單層厚度達53.8m,連續厚度超過百米。在柯柯亞剖面的同一層位巖性偏粗且厚度較大,為中細礫巖與含礫砂巖、中粗砂巖互層,連續厚度達265.2m。支流間灣為灰色泥巖;河口砂壩、遠砂壩為粉砂巖,厚分別為2.5m和1.5m。J1s砂泥巖間互,整體為“泥包砂”,橫向上連通性差。垂向上發育“氈子層”下的1套砂層,由相鄰的1~2個薄砂層組成。目前洼陷南緣溫深1井—鄯善、薩克桑為可容納空間(A/S)高值區,其余為A/S低值區,吉深1井—東深2井及陵深1井區最厚,向西、向東減薄。單砂層厚為4~25m。丘東南斜坡砂體疊合面積為236km2,厚度為10~80m,該地區以東南物源為特征的辮狀河三角洲平原至前緣亞相沉積砂體是致密砂巖油氣勘探的重點對象。北緣柯柯亞、鄯勒、照壁山為A/S低值區,砂體較發育,有1~2個砂體,柯柯亞最好。阿克塔什、紅旗坎為A/S高值區,砂體不發育。2層的特性2.1充填及低膠結物含量共性下侏羅統砂巖具低成分成熟度、低泥質充填及低膠結物含量等“三低”共性;但由于南物源體系石英質巖屑含量較高,相對于北物源提高了砂巖的抗壓性。2.1.1凹陷邊緣儲層的石英質巖屑J1b儲集砂巖整體顆粒較粗,以砂礫巖、中粗砂巖、不等粒砂巖為主,其次為細砂巖。石英(Q)平均含量為36%~52.5%,長石(F)平均含量為10.0%~20.9%,以長石巖屑砂巖為主,其次為巖屑砂巖;凹陷邊緣的石英含量較低,而中心區石英含量有所增高,最高的為溫深1井,平均為39.6%。石英質巖屑以燧石為主,溫深1井為49.2%。J1s砂巖顆粒中偏粗,以中砂巖、粗砂巖為主,其次為砂礫巖、細砂巖。石英平均含量為35.0%~39.6%,長石平均含量為9.0%~16.0%,巖石類型以長石巖屑砂巖為主,其次為巖屑砂巖(表1,圖4)。部分地區石英質巖屑含量可達50%左右,陵深1井平均為54.3%,鄯科1井平均為51.1%,有利于形成深埋相對優質儲層。山前帶成分成熟度指數Q/(F+R)值介于0.1~0.4之間,反映出明顯的低成分成熟度特征,巖石主要為長石巖屑砂巖,表明為近物源沉積。2.1.2儲層精細結構J1b砂巖的分選變化大,整體為較差—中等;磨圓較差,顆粒以次棱狀為主,表明砂體具快速沉積的特征。凹陷中心砂巖壓實作用均強,顆粒以線狀、線—凹狀接觸為主,壓嵌型膠結;洼陷邊緣埋藏較淺,則壓實作用較弱,顆粒以點狀接觸為主,孔隙型膠結。J1s砂巖結構成熟度與J1b相似,以中等為主;磨圓較差,顆粒以次棱狀為主,表明砂體具快速沉積的特征。泥質含量較低,平均含量在0.4%~2.0%之間。研究井砂巖壓實均強,顆粒多為線狀、線—凹狀接觸,壓嵌型膠結。2.1.3砂巖泥質及膠結物總量J1b砂巖泥質含量較低,平均含量在1.3%~3.4%之間,膠結物總量為1.3%~6.5%。J1s砂巖泥質含量較低,平均含量在0.9%~3.0%之間,膠結物總量為2.0%~4.7%(表2)。砂巖自生礦物以(含鐵)方解石、高嶺石、硅質及菱鐵礦為主,個別具油氣顯示的砂巖中常見到黃鐵礦。2.2孔結構特征2.2.1粒內溶孔、間孔和微裂縫混凝土面率據鑄體薄片資料,研究區下侏羅統砂體儲集空間類型主要為溶蝕粒內孔、剩余粒間孔及微裂縫,屬裂縫—剩余粒間孔—粒內溶孔組合。孔隙中充填隱晶—微晶高嶺石、方解石,石英Ⅱ級加大或少數強烈壓嵌。據山前帶柯柯亞—阿克塔什—鄯勒地區135個鑄體薄片分析統計,J1b儲層孔隙類型主要為粒內溶孔、剩余粒間孔,少量基質微孔、顆粒微孔和微縫。粒內溶孔面孔率為0.1%~2.1%,平均為0.67%,占總孔隙的70%;剩余粒間孔面孔率為0.1%~0.9%,平均為0.46%,占總孔隙的21.1%;微裂縫面孔率為0.1%~0.4%,平均為0.21%,占總孔隙的8.9%。與宋承文、馬嵐等對巴喀(或柯柯亞)油氣田J1b儲層孔隙類型研究基本一致。微裂縫主要為剪切縫和顆粒壓碎縫,與山前帶構造推覆擠壓有關,雖然量少,但對滲透率改善起了關鍵作用。萬永清對柯柯亞J1b儲層5口井孔隙類型出現頻次占樣品總數百分比統計,粒內溶孔為52.38%、粒間溶孔為19.05%、剩余粒間孔為19.05%、微裂縫為4.76%。J1s砂體儲集空間類型主要為粒內溶孔、剩余粒間孔(圖5)。總面孔率為0.36%,其中,粒內溶孔面孔率為0.1%~0.3%,平均為0.12%;剩余粒間孔面孔率為0.1%~0.3%,平均為0.20%;構造縫面孔率為0.04%。粒內溶孔、剩余粒間孔相似發育是本組的特點。洼陷中部鄯科1井、陵深1井發育剪切縫,山前帶勒7井壓碎縫發育。以吉3井為代表的丘東洼陷南斜坡總面孔率為0.3%~0.5%,孔隙相對較好。2.2.2儲層結構及儲集性能用孔隙度(φ)、滲透率(K)、排驅壓力(Pa)和最大連通喉道半徑(Rd,max)4個參數描述研究區孔隙結構。Pa>1.0MPa為較差孔隙結構,Pa<0.5MPa為較好孔隙結構;Rd,max<1.5μm為微細喉,1.5μm<Rd,max<5μm為細喉,5μm<Rd,max<20μm為中喉,Rd,max>20μm為粗喉道。J1b儲層孔隙度為3.72%~8.49%,滲透率為(0.16~0.80)×10-3μm2,排驅壓力為0.25~1.2MPa,平均為0.63MPa,最大連通喉道半徑為0.31~1.58μm,平均為0.6μm,孔隙結構特征為微細喉致密儲層,也決定了儲集性能差,原始產能低。J1s儲層孔隙度為4.81%~8.60%,滲透率為(0.12~0.48)×10-3μm2,排驅壓力為0.28~0.88MPa,平均為0.63MPa,最大連通喉道半徑為0.28~1.84μm,平均為0.99μm,孔隙結構特征為細喉—微細喉致密儲層,J1s儲層比J1b儲層的物性和孔隙結構略有改善,原始產能有所提高。J1s儲層孔隙結構平面上丘東南斜坡較好,洼陷中部丘陵—鄯善—丘東中等,山前帶較差。2.3致密型儲層及其物性下侏羅統儲集砂巖物性整體較致密。J1s儲層4口井(77個樣品),孔隙度為5.0%~8.5%,平均為6.5%;滲透率為(0.09~0.42)×10-3μm2,平均為0.27×10-3μm2。J1b儲層7口井(92個樣品),孔隙度為3.7%~7.7%,平均為5.5%;滲透率為(0.04~0.56)×10-3μm2,平均為0.30×10-3μm2(表3)。按照國家能源局致密砂巖氣地質評價方法,將孔隙度為10%~5%、滲透率為(0.1~1.0)×10-3μm2劃為致密型儲層,因此可以判定研究區下侏羅統煤系砂巖全部為典型的致密型儲層。但實際操作中,致密氣和致密油儲層物性標準略有差異。儲層物性受埋深影響較大。相同層位的J1b儲層,山前帶柯柯亞—照壁山埋深較淺,平均孔隙度為6.0%,洼陷中心的丘東—鄯善—溫吉桑埋深較大,平均孔隙度為3.6%。不同層位,上部J1s儲層孔隙度均值比下部J1b儲層孔隙度均值高1.0%。3成巖作用控制了孔隙類型丘東洼陷下侏羅統儲層物性主要受沉積(微)相、成巖作用和構造作用的影響。沉積(微)相決定著砂體的宏觀分布和原始孔隙類型;成巖作用控制了最終孔隙結構類型;構造作用控制了形成砂巖儲層的原始沉積環境、沉積體系和成巖演化過程,部分地區(微)裂縫提升了致密砂巖滲透性能。3.1善古丘陵—構造作用與沉積響應在印支末期—燕山早期,夷平化作用明顯,臺北凹陷古地貌南高北低,下侏羅統形成了潮濕氣候條件下以河沼、湖沼為沉積背景的第一套含煤沉積建造。北部緊臨博格達山物源區,為深斷裂控制的沉降帶,地形高差大,物源供應充足,碎屑巖搬運距離短,沉積充填快速,沉積物粒度粗,因而主要發育扇三角洲—湖泊沉積體系。該沉積體系砂巖厚度大,成分和結構成熟度低。而丘東洼陷南部距離物源區(覺羅塔格山)較遠,地形平緩,粗碎屑物質偏少,搬運距離較長,因而物源區至凹陷中央主要發育辮狀河三角洲—湖泊沉積體系。砂巖厚度較小,成分成熟度和結構成熟度相對較高。中晚燕山期以丘陵、鄯善、溫吉桑等古高地為代表的鄯善古弧形帶形成。古構造背景(古高地)對沉積有一定的控制作用。在古構造兩翼的沉積由于水浪的作用往往成為相對的沉積高能帶,在高能帶的沉積物成分成熟度和結構成熟度都要高于其他部位,這樣就使得古構造及其兩翼粗粒砂巖的原生孔滲條件要優于遠離古高砂體。喜馬拉雅期天山由北向南推覆,山前帶逆斷裂及伴生微裂縫十分發育。在古鼻隆高點處壓實率要明顯大于翼部及洼陷處,在重力作用下頂部壓薄的同時頂部沉積物會發生側向遷移,易產生裂縫。構造作用下的黏土熱脫水和生烴增壓作用容易產生異常高壓,在異常高流體壓力作用下致密砂巖氣藏中能夠產生裂縫。在柯柯亞柯20井、柯21井和柯22井中就多次見微裂縫,一般粗砂巖孔隙度為5.5%,滲透率為0.88×10-3μm2;若有微裂縫存在,滲透率增加至2.52×10-3μm2。如柯20井在J1b3393.8~3410m井段試油,8mm油嘴自噴日產油為10.41m3,日產氣為30192m3。在丘東構造帶東深2井J1s中,也有微裂縫存在,粗砂巖中孔隙度為5.9%,滲透率為16.5×10-3μm2。裂縫發育程度是致密砂巖氣藏獲得有效產能的較關鍵因素。3.2成巖作用特征丘東洼陷主要成巖作用類型有壓實與壓溶作用、膠結作用和溶蝕作用。成巖作用特征總體上呈“一強兩弱”的特征,即壓實與壓溶作用較強、溶蝕作用較弱、膠結作用弱。下侏羅統成巖階段偏低,處于早成巖B期或晚成巖A1亞期;含煤與非含煤地層砂巖的成巖作用特征有較大差異。3.2.1下侏羅統砂巖孔隙演化控制因素壓實作用強主要表現為砂巖碎屑顆粒以點—線狀接觸或線狀、凹凸狀接觸為主,孔隙式、再生式或鑲嵌式膠結,特別是一些塑性巖屑如千枚巖、云母等基本上以假雜基的形式出現。壓實作用是下侏羅統砂巖孔隙演化的主要控制因素,壓實作用的強度受控于砂巖的物質特征和所處的地質環境。壓實作用較強除了埋深的因素,還可能與含煤儲層的成因機制有關。3.2.2砂巖孔隙類型研究區溶蝕作用相對壓實作用來說較弱,但局部地區溶蝕明顯。主要是因煤系地層本身有機質成熟及生烴過程中釋放出的大量有機CO2進入到砂巖中,從而使砂巖孔隙介質中CO2始終較豐富,在有Ca2+或Mg2+等的情況下往往引起碳酸鹽的沉淀,而不是方解石的溶蝕。其原因可能與其較早期強壓實導致流體流通不暢而影響顆粒的溶蝕有關,同時也不利于油氣的進入。但局部地區存在較好的溶蝕孔隙。八道灣組砂巖溶蝕以長石顆粒溶解作用為主,而早期碳酸鹽膠結物溶解形成的次生孔隙含量并不高。根據薄片中長石、碎屑溶孔的面孔率計算,溶蝕作用增加的孔隙度為0.3%~2.4%。3.2.3晚期巖石學特征主要指砂巖儲層在成巖過程中形成的各種自生礦物的總量低。研究區砂巖中的自生膠結物總量一般在1.3%~6.5%之間(表2)。砂巖自生礦物以(含鐵)方解石、高嶺石、硅質、菱鐵礦為主。(1)碳酸鹽的膠結作用。方解石分布普遍,但分布極不均勻,大部分以鈣斑出現,含量少,一般小于5%。早期形成的方解石呈斑塊狀,基本上不含鐵,此時砂巖顆粒呈點狀接觸或懸浮狀,未經受明顯的壓實作用;晚期形成的方解石呈斑塊狀、星點狀,多數含鐵,部分呈溶蝕交代其他組分產出,更晚的含鐵方解石則形成于硅質加大邊形成之后。晚期方解石膠結往往晚于硅質加大邊形成。菱鐵礦主要為同沉積期生成,呈云霧狀、集合體狀、包膜狀,部分因重結晶作用而呈粉晶、細晶狀。主要分布于含煤的J1b地層中,而在非含煤地層的砂巖中偶見。個別樣品中出現白云石,主要為成巖晚期的含鐵或鐵白云石。(2)高嶺石、硅質的膠結。自生高嶺石平均含量一般小于3%,含煤地層砂巖在成巖早期即可形成高嶺石。由于成巖早期具酸性水介質,若有鋁和硅的來源即可形成高嶺石。在埋藏成巖初期,煤巖或煤系泥巖排出由水生或陸生植物分解產生的腐殖酸,因而水介質呈酸性,一些不穩定、易溶蝕的骨架顆粒如長石及酸性火山巖屑等在此環境下發生溶蝕并析出高嶺石,同時部分泥雜基也可能轉化為高嶺石,此種高嶺石主要呈散亂狀分布,易遷移,對砂巖的滲透性能影響較大。非含煤地層砂巖中高嶺石主要形成于成巖晚期,對砂巖滲透性能影響相對較小。自生硅質主要呈加大邊式產出,其次是自生石英小晶體附著在顆粒表面或充填孔隙,主要發育于埋藏較深、石英質巖屑含量高、粒間孔隙較發育的砂巖中,如陵深1井J1b砂巖,但最高不超過2.5%,通常在0.5%左右。3.2.4%是表達利益相關者對織物上火炬出的測量,擁有更多的a.J1s砂巖黏土礦物組成基本以高嶺石(K)+綠泥石(C)+伊利石(I)組合為主,蒙皂石含量(S)為13.3%~23.6%。J1b基本以高嶺石為主,其次為綠泥石和伊利石,蒙皂石含量為13.3%~24.5%(表4)。成巖作用階段主要考慮的是砂巖黏土礦物中蒙皂石在伊利石/蒙皂石(I/S)混層礦物中所占的百分比及I/S混層礦物含量的變化特征,依據蒙皂石含量的變化,結合其他成巖演化指標與蒙皂石含量變化的關系,用二分法將成巖作用階段劃分為早成巖、晚成巖2個階段和5個轉化帶。下侏羅統成巖作用總體處于晚成巖A1亞期,巖石表現壓實較強,物性較差。北部山前帶下侏羅統J1s、J1b蒙皂石含量均比其他地區相對高,應是同層系各地區中有機質演化相對低的地區,但巖石學特征及物性特征均表現出較其他地區更強的壓實強度,原因可能與天山推覆、擠壓作用有關。3.3下侏羅統儲層精細目標按照儲層主控因素分析,丘東洼陷下侏羅統致密儲層主要受沉積(微)相、成巖作用和構造作用(微裂縫)影響。致密砂巖氣分布在儲層“甜點”中。(1)源、儲平面上廣覆式接觸、垂向上“三明治”疊置是基礎。丘東洼陷周緣分布著柯柯亞、阿克塔什—鄯勒和丘陵—丘東3個三角洲砂體(圖3),構成了下侏羅統致密砂巖氣形成的基本條件之一。J1s獲得高產油氣流的吉3井、吉深1井都位于南緣溫吉桑—丘東辯狀河三角洲前緣分流河道中,儲層屬性預測顯示砂體厚度在40~60m范圍內(圖6)。(2)埋藏史研究表明,下侏羅統砂巖在古近系鄯善群(Esh)沉積前一直處于持續埋藏中,主要受壓實作用減孔致密。由于下侏羅統煤系地層烴源巖在中、晚燕山期早生早排(RO=0.6%~0.8%)形成的CO2與Ca2+結合,引起碳酸鹽沉淀,進一步加劇了儲層的致密化,因此,推測下侏羅統砂巖致密化發生在Esh前。利用飽和壓力法計算,溫吉桑—丘東地區主要成藏期為新近系桃樹園組(N1t)沉積之后。