阿爾金山前基巖氣藏儲層特征差異性研究

茍迎春, 李延麗, 趙為永, 劉應如, 柴小穎, 秦九妹

(1.中國石油勘探開發研究院西北分院,甘肅 蘭州 730020;2.中國石油天然氣集團公司油藏描述重點實驗室,甘肅 蘭州 730020;3.中國石油青海油田勘探開發研究院,甘肅 敦煌 736202;4.中國石油集團測井有限公司青海分公司,甘肅 敦煌 736202)

基巖油氣藏作為一種非常規油氣藏,在全球廣泛分布?；鶐r油氣田含有巨大的地質儲量,國外如非洲乍得Bonger盆地、越南白虎花崗巖油田、印度尼西亞賈蒂巴朗玄武巖油氣田、阿根廷內烏肯盆地Cupen Mahuida海相火山巖氣藏等都為億噸級儲量油氣藏(Genik,1992;田志彬,2017;陳志海等,2009;Nguyen et al.,2010;羅艷楊等,2010),國內如渤海灣盆地、松遼盆地、準噶爾盆地克拉美麗氣田、酒泉盆地鴨兒峽油田等也發育基巖油氣藏(胡志偉等,2017;朱毅秀等,2018;侯連華等,2012;謝恭儉,1981)。據統計,全球基巖油氣藏石油儲量為248×108t,天然氣儲量為2 681×108m3(馬龍等,2006)?；鶐r油氣藏類型以油藏居多,儲層巖性以花崗巖居多,占32%,其次為變質巖及石灰巖,基巖儲層物性變化大,孔隙度從1%～15%不等,大多小于10%,滲透率一般小于1 000 mD(楊飛等,2011)。

自2012年柴達木盆地阿爾金山前在東坪地區發現中國陸上地質儲量最大的基巖氣藏以來(田繼先等,2019),又相繼在坪西及尖頂山等地基巖中獲得高產油氣流,其中P1H-2-7井日產天然氣60×104m3,居青海油田60年來單井日產量之最。部分學者認為阿爾金山前是未來柴達木盆地基巖天然氣勘探的現實領域(陳磊等,2019)。前人在該區的研究主要集中在成藏條件及基巖裂縫預測等方面(孫秀建等,2015;陳國文等,2016),但在不同巖性基巖的儲層發育差異方面研究還很薄弱,一定程度上制約了基巖氣藏的勘探進程。筆者根據阿爾金山前東坪、坪西、尖北等三個基巖氣藏探區的30多口探井資料,借助中國石油油藏描述重點實驗室FEI-Quanta 450 FEG場發射環境掃描電鏡、Empyrean X射線衍射儀、CMS300覆壓孔滲儀等先進儀器,系統開展了阿爾金山前基巖類型、物性特征、巖性測井識別、氣藏差異性等方面的研究,該成果有望對阿爾金山前基巖氣藏勘探選區選帶具有實踐指導意義。

1 研究區地質概況

柴達木盆地位于青藏高原東北部,是中國三大內陸盆地之一,屬封閉性的巨大山間斷陷盆地,面積為12.1×104km2。柴達木盆地四周被昆侖山脈、祁連山脈與阿爾金山脈所環抱,受東昆侖逆沖和阿爾金走滑雙重控制作用的影響,盆地呈不規則菱形狀(圖1a)(余一欣等,2006)。研究區位于柴達木盆地阿爾金山前中段,包括東坪、坪西、尖北三個三級構造(圖1b)。受近SN向斷層的控制,東坪構造整體為一大型南傾鼻狀古隆起;坪西構造緊鄰東坪構造西部,整體表現為南傾斜坡背景下的中小型鼻隆;尖北構造東面緊鄰坪西凹陷,受近尖北斷層控制,整體具古斜坡背景。

圖1 工區位置簡圖及阿爾金山前侏羅系烴源巖分布

研究區持續發育的古構造與其東南方向的中下侏羅統煤系烴源巖側接,長期處于油氣運聚的指向區。該套烴源巖面積超過4 000 km2,厚度達2 000～3 000 m,有機碳含量為1.0%～8.0%、鏡質體反射率Ro為0.8%～3.5%,干酪根類型主要為Ⅱ2-Ⅲ型,以產氣為主。區內基巖上覆地層為古近系,其中路樂河組(E1+2)底部發育的近百米膏質泥巖、頂部發育的巨厚泥巖,下干柴溝組下段(E31)頂部發育的一套約4 500 km2、100 m厚的泥巖是基巖氣藏的有效蓋層(圖2),利于形成大規?；鶐r氣藏群。

圖2 阿爾金山前地層綜合柱狀圖

2 基巖巖石學特征

巖芯觀察、薄片分析、全巖礦物分析及元素俘獲譜測井(ECS)表明,不同區域基巖類型不一,不同類型基巖主礦物成分含量差別大。

2.1 巖性特征

東坪構造基巖類型主要為花崗巖和花崗片麻巖?；◢弾r為塊狀構造,礦物成分以長石、石英為主,次為黑云母(劉成東等,2003),花崗巖裂縫部分充填方解石(圖3a,b)?；◢徠閹r具明顯片麻狀構造,暗色與淺色礦物相間分布(圖3c),主要礦物成分為石英和長石,含黑云母,長石風化程度深,黑云母多綠泥石化,呈定向分布(圖3d)。

圖3 東坪構造基巖巖石類型特征

坪西構造基巖類型主要為結晶灰巖和板巖,少量鈣質片巖。結晶灰巖片理構造發育(圖4a)。結晶灰巖礦物成分主要為重結晶特征的泥晶方解石,黏土礦物定向分布,絹云母化程度高(圖4b)。板巖具板狀構造(圖4c),主礦物成分為絹云母、石英和長石,次要礦物為方解石、磁鐵礦(圖4d)。鈣質片巖發育千枚狀構造(圖4e),主礦物成分為絹云母和泥晶-粉晶方解石,巖石變質程度高,絹云母、方解石定向分布(圖4f)。

圖4 坪西構造基巖巖石類型

尖北構造基巖主要為花崗閃長巖,英云閃長巖次之?；◢忛W長巖比花崗巖含較多的斜長石和暗色礦物(陳擎等,2020),呈灰綠色或暗灰色(圖5a),深色礦物以角閃石較多,常見半自形粒狀結構,似斑狀結構(圖5b)。英云閃長巖中鉀長石含量較低,黑云母等暗色礦物含量相對較高,因而巖石顏色更深(圖5c),鏡下常見黑云母蝕變為綠泥石(圖5d)。

圖5 尖北構造基巖巖石類型特征

2.2 礦物成分及含量

X-射線衍射礦物成分分析表明,阿爾金山前不同區塊基巖主礦物成分相差較大。

東坪發育的花崗巖和花崗片麻巖,主礦物成分均為石英、鉀長石、鈉長石和黏土礦物,平均含量分別為34%、15%、11%和23%,方解石和硬石膏為裂縫充填物,二者含量差別不大(圖6中的a,b區)。

圖6 不同類型基巖主礦物含量分布圖

坪西構造不同巖性主礦物成分比較相近,但含量差別較大。結晶灰巖主礦物成分為方解石,其含量多大于60%,其次為石英和黏土礦物,各占12.4%和14.6%(圖6中的c區);板巖主礦物成分為黏土和石英,平均含量分別為29%和41.7%,少量方解石和硬石膏為裂縫充填物(圖6中的d區);鈣質片巖主要礦物成分為方解石和黏土礦物,平均含量分別為31.1%和30.8%,其次為石英,含量為22%(圖6中的e區)。

尖北構造花崗閃長巖中石英和鉀長石含量相對較高,平均含量分別為32.9%和11.7%(圖6中的f區),英云閃長巖中鈉長石含量明顯較高,含量最高達56.7%,而鉀長石平均只占2.4%(圖6中的g區)。

3 基巖測井識別

研究區基巖具有埋藏深(>3 000 m)、巖性復雜、取芯井少的特點,制約了有利儲層預測精度。筆者以主礦物成分分析、薄片鑒定結果為基礎,利用常規測井、元素俘獲譜測井(ECS)獲取的巖性數據,通過回歸算法構建了基巖識別模型,根據該模型預測巖性符合率大于90%,效果良好。

東坪構造自然伽馬和補償中子曲線對巖性有一定區分。交會圖表明:花崗巖表現為自然伽馬高值(GR>100 API)、補償中子低值(CNL<11%)特征;花崗片麻巖表現為自然伽馬曲線相對低值(50 API

圖7 不同構造基巖測井曲線交會圖

坪西構造利用自然伽馬和補償中子曲線可以區分巖性。交會圖分析表明:結晶灰巖為低伽馬(30 API

尖北構造利用常規測井補償密度和補償中子曲線可以區分巖性。交會圖分析表明:花崗閃長巖為低補償中子(CNL<9%)、低補償密度(2.4 g·cm-3

元素俘獲測井(ECS)通過測定地層元素含量及特定閉合模型計算,可以獲得巖石的主要礦物類型和相對含量,進而輔助基巖的準確命名。區內ECS測井顯示:板巖中黏土及石英含量最高,約占總量的70%～90%;結晶灰巖中方解石含量最高,約占總量的60%～80%;鈣質片巖中黏土、石英及方解石約占總體含量的30%(圖8a);花崗巖中石英含量最高,達到30%,而云母含量較低,只占7%左右,花崗閃長巖和英云閃長巖中石英含量小于20%,云母含量大于13%(圖8b)。ECS測井巖性識別與X-衍射全巖分析及巖性薄片鑒定結果高度符合,說明用ECS測井識別區內基巖類型是有效的。

圖8 研究區基巖-測井響應特征

4 儲集空間類型及物性特征

研究區基巖“裂縫+溶蝕孔”雙重孔隙介質屬性明顯,裂縫是主要的滲流通道,也是主要的儲集空間。與裂縫伴生的溶蝕孔增加了天然氣的儲集空間,另外常見晶間孔,大多孤立發育,對孔滲貢獻不大。不同類型基巖裂縫發育程度及特征不同,儲層物性也有所差異。

花崗巖和花崗片麻巖儲集空間以構造裂縫和溶蝕孔(縫)為主,構造裂縫全充填或半充填(圖9a,b),另外花崗巖、花崗片麻巖發育的納米-微米級晶間孔、云母等礦物的片理縫(圖9c)也是天然氣有效的儲集空間。結晶灰巖發育的高角度構造裂縫是有效儲集空間(圖9d,e),結晶灰巖少見溶蝕孔,如有則呈孤立狀分布,孔徑一般幾微米(圖9f),滲濾能力有限?；◢忛W長巖發育低角度-高角度構造裂縫,構造裂縫半充填,連通性較好(圖9g),沿裂縫擴溶現象明顯(圖9h),這些溶蝕孔(縫)一方面增加了儲集空間,另一方面增強了滲濾能力。

圖9 尖北地區基巖儲集空間類型

不同類型基巖物性差別大,這是因為基巖孔隙度大小及滲率能力與基巖裂縫的密度、寬度等特征參數密切相關。成像測井解釋成果統計表明,區內花崗片麻巖裂縫最為發育,裂縫角度為45°～75°(圖10a),裂縫密度多為3～7條/m,裂縫寬度為10～30 μm,裂縫長度為1～15 m·m-2,因而儲集性能最好,孔隙度大多為3%～7%,平均為4.7%(圖11a);花崗巖、花崗閃長巖和英云閃長巖發育的裂縫角度為15°～60°(圖10b),密度主要為2～5條/m,寬度20～40 μm,長度1～10 m·m-2,孔隙度大多為2%～4%,平均為3.6%(圖11a);結晶灰巖、板巖裂縫發育程度最低,裂縫角度以低角度-水平位置為主(圖10c,d),密度多為1條/m,少量為2～4 條/m,寬度主要為0.1～10 μm,長度為1～5 m·m-2,孔隙度多為1%～4%,平均為2.5%(圖11a),儲集物性最差。

圖10 不同類型基巖成像測井圖

圖11 基巖孔隙度分布、裂縫發育特征與產氣量關系圖

統計表明基巖裂縫密度、寬度等特征參數與天然氣產量之間具明顯的正相關性。裂縫越寬、密度越大對天然氣產能貢獻越大,單井產量也就越高(圖11b,c)。

5 結論

(1)柴達木盆地阿爾金山前不同區塊基巖類型變化大。東坪構造主要發育花崗巖和花崗片麻巖,坪西構造主要發育結晶灰巖和板巖,尖北構造主要發育花崗閃長巖。

(2)研究區基巖“裂縫+溶蝕孔”雙重孔隙介質屬性明顯?；◢徠閹r儲集空間以高角度構造裂縫和溶蝕孔(縫)為主,孔隙度為2%～7%;花崗巖、花崗閃長巖、英云閃長巖以中-低角度構造裂縫和溶蝕孔(縫)為主,孔隙度為2%～4%;結晶灰巖、板巖以低角度構造裂縫為主,孔隙度為1%～4%。

(3)研究區花崗片麻巖裂縫最為發育,花崗巖、花崗閃長巖次之,結晶灰巖、板巖裂縫發育程度最低,基巖的裂縫密度、寬度與天然氣產量呈正相關關系。