准噶尔盆地车排子凸起火山岩储层特征及主控因素

杨志冬 张梦露 张欣 秦园 郑庆华

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准噶尔盆地车排子凸起火山岩储层特征及主控因素

    作者简介: 杨志冬(1971−),男,湖南人,高级工程师,主要从事油气田开发的科研、生产和管理工作. E-mail:281621930@qq.com;
    通讯作者: 郑庆华, 272594012@qq.com
  • 中图分类号: TE122.2

Characteristics and main controlling factors of igneous reservoirs in Chepaizi uplift, Junggar Basin

    Corresponding author: ZHENG Qing-hua, 272594012@qq.com
  • CLC number: TE122.2

  • 摘要: 准噶尔盆地石炭系火山岩油气勘探取得重大突破,火山岩储层特征研究成为深化井位部署的重要依据. 文章通过岩心观察、薄片鉴定、物性测试和测录井资料分析等技术手段,对准噶尔盆地车排子凸起东部火山岩的岩相分布、储层特征及主控因素进行研究. 结果表明:火山岩相可划分为近火山口相、爆发相、喷溢相、火山沉积相,储层岩性为凝灰质砂岩、火山角砾岩、凝灰岩、安山岩和玄武岩;近火山口相火山角砾岩储层具有最高的孔隙度,爆发相凝灰岩储层具有最高的渗透率;储集空间为原生孔隙、次生孔隙和裂缝,微裂缝和粒内溶孔占总孔隙类型的77.4%. 近火山口相和爆发相要优于其他岩相,渗流层和潜流层中储层受溶蚀作用最为强烈,裂缝对各类孔隙起到重要的连通作用,且是影响溶蚀孔发育的重要因素.
  • 图 1  准噶尔盆地车排子凸起区石炭系岩相平面分布

    Figure 1.  Planar distribution of Carboniferous rocks in Chepaizi uplift area of Junggar Basin

    图 2  车246井−车224井火山相地质剖面图

    Figure 2.  Geological section of volcanic facies from well Che 246 to well Che 224

    图 3  火山岩储层储集空间柱状图

    Figure 3.  Spatial histogram of igneous reservoir

    图 4  车排子凸起区火山岩储层薄片特征

    Figure 4.  Thin section characteristics of igneous reservoirs in Chepaizi uplift area

    图 5  研究区油井含油层段距离石炭系顶界深度

    Figure 5.  The distance between the oil-bearing interval and the top boundary of Carboniferous in the study area

    图 6  车排子凸起区石炭系火山岩裂缝型储层有效厚度等值线图

    Figure 6.  Effective thickness contour map of fractured reservoirs in Carboniferous igneous rocks in Chepaizi uplift area

    表 1  研究区岩相岩性统计表

    Table 1.  Statistical table of lithofacies and lithology in study area

    岩相岩石类型颜色结构构造
      近火山口相  火山角砾岩  褐灰色和灰色  火山角砾结构  块状构造
      爆发相  凝灰岩  灰色和灰褐色  凝灰结构  块状构造
      火山沉积相  凝灰质砂岩  深灰色和灰色  不等粒砂质结构  块状构造
      喷溢相  安山岩和玄武岩  深灰、灰褐和棕红色  隐晶质结构、交织结构  块状构造和杏仁构造
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    表 2  石炭系火山岩储层特征表

    Table 2.  Characteristic of Carboniferous igneous reservoirs

    储层岩性相类型孔隙度/%渗透率/mD储集空间类型孔喉结构
    火山角砾岩近火山口相12.63(8.10~23.25)0.37(0.01~328.33)气孔、溶蚀孔、微裂缝中−细孔喉
    凝灰岩  爆发相  10.38(9.01~13.71)7.43(0.01~536.77)气孔、溶蚀孔、微裂缝中−细孔喉
    凝灰质砂岩火山沉积相10.45(7.60~20.70)0.23(0.01~315.08)粒间孔、溶蚀孔   细孔喉 
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-09-16
  • 录用日期:  2019-11-28
  • 网络出版日期:  2020-04-11
  • 刊出日期:  2020-05-01

准噶尔盆地车排子凸起火山岩储层特征及主控因素

    作者简介:杨志冬(1971−),男,湖南人,高级工程师,主要从事油气田开发的科研、生产和管理工作. E-mail:281621930@qq.com
    通讯作者: 郑庆华, 272594012@qq.com
  • 1. 中国石油新疆油田分公司采油一厂,新疆 克拉玛依 834000
  • 2. 榆林学院 化学与化工学院,陕西 榆林 719000

摘要: 准噶尔盆地石炭系火山岩油气勘探取得重大突破,火山岩储层特征研究成为深化井位部署的重要依据. 文章通过岩心观察、薄片鉴定、物性测试和测录井资料分析等技术手段,对准噶尔盆地车排子凸起东部火山岩的岩相分布、储层特征及主控因素进行研究. 结果表明:火山岩相可划分为近火山口相、爆发相、喷溢相、火山沉积相,储层岩性为凝灰质砂岩、火山角砾岩、凝灰岩、安山岩和玄武岩;近火山口相火山角砾岩储层具有最高的孔隙度,爆发相凝灰岩储层具有最高的渗透率;储集空间为原生孔隙、次生孔隙和裂缝,微裂缝和粒内溶孔占总孔隙类型的77.4%. 近火山口相和爆发相要优于其他岩相,渗流层和潜流层中储层受溶蚀作用最为强烈,裂缝对各类孔隙起到重要的连通作用,且是影响溶蚀孔发育的重要因素.

English Abstract

  • 火山岩油气藏已在100多个国家或地区获得勘探发现[1-4],随着火山岩油气勘探成为全球各国油气勘探的重点领域[5-6],火山岩储层作为油气成藏中的优势地质条件,成为国内外学者和科研人员研究的重点. 准噶尔盆地是中国西北地区一个大型的含油气盆地,油气资源丰富. 随着油气勘探实践的推进,盆地上古生界揭示出巨大的油气资源潜力. 准噶尔盆地经历三大构造旋回[7-10],古生代火山活动强烈,上古生界石炭系广泛发育的火山岩储层成为盆地油气有利储集层系. 近几年,准噶尔盆地火山岩油气勘探取得重大突破[11-13],先后在哈山西、陆东、滴西和古尔班通古特等地区发现大型油气田[14-16]. 车排子凸起石炭系广泛发育火山岩[17-18],自20世纪80年代开始进行油气勘探部署,但受困于基础地质认识的限制和实际勘探面积小,该区石炭系火山岩储层岩石学、岩相学及其储集性能未进行系统研究,火山岩油藏分布的控制因素研究程度相对薄弱,严重制约了油气勘探部署的落实. 为此,本文利用岩心、薄片资料开展车排子凸起东部石炭系火山岩岩石学、岩相学分析,利用测试实验,分析火山岩的储层性能,明确储层储集条件和储集空间,结合已发现的油藏特征,探讨优势储层主控因素,以期补充该区油气勘探的基础地质认识.

    • 准噶尔盆地为经历多期构造演化所形成的叠合盆地,经历三大构造旋回平:古生代岛弧增生和陆块拼合阶段、中生代碰撞山前盆地阶段、新生代碰撞复活山前盆地阶段[19-20]. 第一个构造旋回为古生代岛弧增生和陆块拼合阶段,该阶段起于古生代初期,盆地周缘小洋盆多期演化,古生代晚期陆块之间发生多期次俯冲碰撞和大量热事件[21-22]. 在该构造旋回期,火山活动强烈,促使准噶尔盆地石炭系发育大规模火山岩,成为盆地油气勘探的重要领域.

      车排子凸起区位于准噶尔盆地西北缘,为NW-SE向倾伏的三角形凸起,是西部隆起区次一级构造单元,为隆起区主体构造. 车排子凸起石炭系火山岩较为发育,其顶部构造整体具有西北高、东南低的特征,高低起伏大,具有典型的“沟梁地貌”特征[17-18];该区内断裂发育,整体上由近东西向和近南北向的两组断裂切割形成断块群. 车排子凸起石炭系火山岩经受后期多因素改造,如风化淋滤岩溶作用和构造断裂改造作用等,形成该区有利的储层条件.

    • 本文对研究区118口井进行薄片和岩心观察与描述,结合录井和测井资料综合分析,评价石炭系火山岩储层岩石学和岩相学特征,划分研究区火山岩岩相横纵向分布.

      本课题组于2018年3月至2019年6月在榆林学院和新疆油田公司勘探开发研究院实验中心,选取了40口井的火山岩储层样品进行物性测试实验,明确孔隙度和渗透率特征;结合薄片资料,分析储层的储集空间.

      储层物性分析涉及到的孔隙度公式为:

      $ \phi = \frac{{\mathop \sum \nolimits {V_{\rm{P}}}}}{{{V_{\rm{r}}}}} \times 100\text{%} , $

      其中,φ为孔隙度(%);$\mathop \sum \nolimits {V_{\rm{P}}}$ 为岩样中全部孔隙体积之和(cm3);Vr为岩样总体积(cm3).

      渗透率公式为:

      $ K = \frac{{Q\mu L}}{{\left( {{p_1} - {p_2}} \right)Ft}} \times 1.013, $

      其中,K为岩样的渗透率(mD);Q为液体在t秒内通过岩样的体积(cm3);p1为岩样前端压力(kPa);p2为岩样后端压力(kPa);F为岩样的截面积(cm2);L为岩样的长度(cm);μ为液体黏度(cP);t为液体通过岩样的时间(s).

      根据研究区石炭系火山岩已发现油藏的分布特征,结合储层储集特征,归纳油气纵向分布界线.

    • 通过对118口井的薄片观察、岩心描述和测、录井资料分析,认为车排子凸起区火山岩相可划分为近火山口相、爆发相、喷溢相、火山沉积相4种岩相(表1),储层主要岩性为凝灰质砂岩、火山角砾岩,其次为凝灰岩、安山岩和玄武岩. 岩心含油性统计结果表明,主要含油岩性为凝灰质砂岩、火山角砾岩、凝灰岩,含油级别相对较高的是凝灰质砂岩和火山角砾岩.

      岩相岩石类型颜色结构构造
        近火山口相  火山角砾岩  褐灰色和灰色  火山角砾结构  块状构造
        爆发相  凝灰岩  灰色和灰褐色  凝灰结构  块状构造
        火山沉积相  凝灰质砂岩  深灰色和灰色  不等粒砂质结构  块状构造
        喷溢相  安山岩和玄武岩  深灰、灰褐和棕红色  隐晶质结构、交织结构  块状构造和杏仁构造

      表 1  研究区岩相岩性统计表

      Table 1.  Statistical table of lithofacies and lithology in study area

      近火山口相一般发育褐灰色和灰色火山角砾岩,火山角砾结构,在研究区中、南部临近二级断裂的车210井、车246井—车247井及车244井等井区附近发育近火山口相(图1). 爆发相岩性以灰色和灰褐色凝灰岩为主,凝灰结构,该区西北缘分布广泛. 火山沉积相岩性主要为深灰色和灰色凝灰质砂岩,呈不等粒砂质结构,该相带主要分布在车213井区和车210井区南部. 喷溢相为深灰、灰褐、棕红色安山岩和玄武岩,隐晶质结构和交织结构,多见气孔和杏仁构造,与近火山口相同为环形分布,车34井区、车227井区和车247井区较为发育(图2).

      图  1  准噶尔盆地车排子凸起区石炭系岩相平面分布

      Figure 1.  Planar distribution of Carboniferous rocks in Chepaizi uplift area of Junggar Basin

      图  2  车246井−车224井火山相地质剖面图

      Figure 2.  Geological section of volcanic facies from well Che 246 to well Che 224

      通过7个相对独立的火山相分布特征显示,研究区火山喷发均沿SN走向断裂分布,显示了SN走向断裂对石炭系火山活动的控制作用,而其它走向的断裂主要起到了调节作用,对火山活动的影响较小.

    • 孔隙度(φ)和渗透率(K)是评价储层储集性能的重要参数. 孔隙度是指岩石中孔隙体积占岩石总体积的百分数. 渗透率是指在一定压差下,岩石允许流体通过的能力,单位可采用mD.

      为评价研究区储层物性条件,对40口井的样品进行孔隙度和渗透率分析测试,结果显示不同岩性、岩相物性条件有所差异. 火山角砾岩储层孔隙度范围在8.10%~23.25%,平均值为12.63%;渗透率范围在0.01~328.33 mD,平均值为0.37 mD. 凝灰岩储层孔隙度范围在9.01%~13.71%,平均值为10.38%;渗透率范围在0.01~536.77 mD,平均值为7.43 mD. 凝灰质砂岩储层孔隙度范围在7.6%~20.70%,平均值为10.45%;渗透率范围在0.01~315.08 mD,平均值为0.37 mD. 各岩性的平均孔隙度和渗透率显示,近火山口相火山角砾岩储层具有最高的孔隙度;爆发相凝灰岩储层具有最高的渗透率,但其孔隙度最低.

    • 通过岩心观察和薄片鉴定等手段分析,认为研究区发育原生孔隙、次生孔隙和裂缝3类储集空间(表2). 其中微裂缝和粒内溶孔占到77.4%(图3)、其次为次生矿物溶孔、粒间基质溶孔以及粒间溶孔等.

      储层岩性相类型孔隙度/%渗透率/mD储集空间类型孔喉结构
      火山角砾岩近火山口相12.63(8.10~23.25)0.37(0.01~328.33)气孔、溶蚀孔、微裂缝中−细孔喉
      凝灰岩  爆发相  10.38(9.01~13.71)7.43(0.01~536.77)气孔、溶蚀孔、微裂缝中−细孔喉
      凝灰质砂岩火山沉积相10.45(7.60~20.70)0.23(0.01~315.08)粒间孔、溶蚀孔   细孔喉 

      表 2  石炭系火山岩储层特征表

      Table 2.  Characteristic of Carboniferous igneous reservoirs

      图  3  火山岩储层储集空间柱状图

      Figure 3.  Spatial histogram of igneous reservoir

      不同岩性的储集空间具有一定的差异性. 火山角砾岩储层和凝灰岩储层气孔较为发育,单个气孔直径较大由方解石部分填充,该类岩性储层见半填充−充填裂溶缝和溶蚀缝(图4(a)(c)),多为方解石填充后溶蚀形成,孔喉结构为中−细孔喉. 凝灰岩储层中裂缝较为发育,连通了原生孔隙和次生溶蚀孔隙. 凝灰质砂岩为火山沉积相,其主要储集空间为粒间孔和溶蚀孔(图4(d)),孔喉结构为细孔喉.

      图  4  车排子凸起区火山岩储层薄片特征

      Figure 4.  Thin section characteristics of igneous reservoirs in Chepaizi uplift area

    • 准噶尔盆地车排子凸起区在石炭纪区域构造抬升的背景下,石炭系火山岩经历长期陆相喷发环境,促使研究区火山岩储层长时间暴露于地表之上,风化淋滤对优势岩相岩性储层改造作用强烈. 除此以外,准噶尔盆地逆冲推覆构造活动强烈,形成复杂断裂体系,研究区发育较为密集的裂缝系统. 该裂缝系统,对火山岩优势储层储集性能产生重要控制作用.

    • 根据岩相岩性样品储集物性和储集空间条件对比显示,近火山口相火山角砾岩和爆发相凝灰岩优于其他岩相岩性,近火山口相平均孔隙度为12.63%,最高孔隙度可达到23.25%,要大于爆发相和火山沉积相的物性条件. 爆发相凝灰岩平均渗透率为7.43 mD,最大渗透率可达到536.77 mD,该类岩相具有明显的优势输导性能. 近火山口相火山角砾岩和爆发相凝灰岩储集空间主要为气孔、溶蚀孔、微裂缝,孔喉结构为中−细孔喉,亦优于火山沉积相凝灰质砂岩.

    • 受多期抬升构造运动的影响,研究区经历了长期的风化淋滤作用,石炭系顶部形成分布广泛的风化壳. 火山岩各岩相岩性储层中粒内溶孔、粒间基质溶孔和粒间溶孔在孔隙类型中占有重要比例,可达到43.6%. 根据出油井段与石炭系顶部距离统计显示,油层纵向上跨度大,整体含油,局部富集. 但各断块纵向上富集段均不相同,油井含油层段井深一般在1 300~1 700 m,油层主要发育在石炭系顶部风化壳以下100~400 m范围内(图5),该深度范围主要为岩溶区的渗流层和潜流层,特别是风化壳以下的200~400 m深度范围,个别井区累计产量可达到5 000 t以上. 渗流层和潜流层中储层受溶蚀作用最为强烈,孔隙度可提高至20%左右,对该区火山岩储层物性条件具有明显的改造作用,增强了储集性能.

      图  5  研究区油井含油层段距离石炭系顶界深度

      Figure 5.  The distance between the oil-bearing interval and the top boundary of Carboniferous in the study area

    • 准噶尔盆地石炭系构造运动主要发生在海西期,车排子凸起区内发育多条不同级别的断裂,形成复杂的构造体系. 受海西期强烈逆冲推覆构造活动影响,石炭系火山岩储层裂缝极为发育,裂缝占总孔隙类型的比例达到45.3%,为最重要的储层类型,明显控制了火山岩储层储集性能. 裂缝对各类孔隙起到重要的连通作用,且是影响溶蚀孔发育的重要因素. 研究区裂缝类型主要为斜交缝,其次为充填缝和网状缝,裂缝型储层厚度达到12.6~108.5 m,平均69.7 m. 裂缝型储层有效厚度显示,该区存在2个厚值区,中部裂缝发育区呈NW向条带状分布,南部区域成连片状分布(图6). 如车210—DC013—DC202一带裂缝厚度较大,呈条带状分布,车峰7井区域成连片状分布. 这2个厚值区均为车排子凸起油气聚集的优势带,为该区油气勘探重点区.

      图  6  车排子凸起区石炭系火山岩裂缝型储层有效厚度等值线图

      Figure 6.  Effective thickness contour map of fractured reservoirs in Carboniferous igneous rocks in Chepaizi uplift area

    • (1)研究区火山岩相可划分为近火山口相、爆发相、喷溢相、火山沉积相4种岩相,储层主要岩性为凝灰质砂岩、火山角砾岩、凝灰岩、安山岩和玄武岩. 含油级别相对较高的是凝灰质砂岩和火山角砾岩.

      (2)近火山口相火山角砾岩储层的物性条件较好,孔隙度高于其他岩相;爆发相凝灰岩储层渗透率较高,但其孔隙度最低. 储集空间为原生孔隙、次生孔隙和裂缝,裂缝和粒内溶孔占总孔隙类型的77.4%.

      (3)研究区火山岩储层明显受到了岩相岩性、溶蚀作用和裂缝的控制,近火山口相火山角砾岩和爆发相凝灰岩要优于其他岩相岩性;渗流层和潜流层中储层受溶蚀作用最为强烈,油层主要发育在石炭系顶部风化壳以下100~400 m范围内;裂缝对各类孔隙起到重要的连通作用,且是影响溶蚀孔发育的重要因素.

参考文献 (22)

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