准噶尔盆地莫北地区三工河组二段隔夹层特征及成因分析

准噶尔盆地莫北地区三工河组二段隔夹层特征及成因分析

0水下分流河道砂体准噶尔盆地腹部莫索湾莫北区域的产油层为三集河群的两层，主要沉积相类型为三角洲上游的亚相。其中下段为辫状河三角洲前缘亚相,砂体沉积较厚;上段为曲流河三角洲前缘亚相,砂体沉积较薄。水下分流河道砂体是油气的主要储集体,多期叠置的水下分流河道砂体厚度可达60~80m,但其间发育了较多的泥质和钙质隔夹层。有学者认为:区带内单一砂体或油藏内部油气分布不均一是由于储层非均质性造成的。从目前试油和油气开发的情况看,该区三工河组产油层段的油水同层现象十分普遍,油水分布关系较为复杂,这与非均质储层中孔渗性较差的隔夹层对油气的封堵有关。笔者主要从该区隔夹层类型、隔夹层识别与平面分布入手,研究隔夹层对莫索湾莫北地区油气分布的影响。1泥质隔夹层发育的因素隔层是指储层中能阻止或控制流体运动的非渗透层,分布面积较大,在井间可以对比,厚度从几十厘米到几十米,一般位于单元层与单元层之间。夹层是指在单元砂岩层内分布的相对非渗透层,分布较隔层不稳定,面积小,延伸短,多处于砂层内部,厚度通常为几十厘米到几米,不能有效阻止或控制流体的运动,但在局部地区能影响油水的分布。由于隔层与夹层的成因、特征以及对油气分布的影响有一定的相似性,因此在本次研究中将统称为隔夹层。勘探实践表明,隔夹层主要有3类:泥质隔夹层、钙质隔夹层、物性隔夹层。各类隔夹层具有不同的特征,分述如下:(1)泥质隔夹层是地层中泥质含量较高而使孔渗性变差的一类地层。岩性包括泥岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩以及含砂和含砾泥岩。泥质隔夹层渗透率低,封隔能力好,排替压力高,这类隔夹层主要分布在水下分流河道、水下分流间湾、水下天然堤、远砂坝等沉积微相中。在三角洲前缘亚相中,泥质隔夹层的分布及规模与沉积微相有密切联系。不同微相中沉积物粒度逐渐变化,水下分流河道最粗,分流间湾最细,其它微相沉积物粒度则介于二者之间。泥质类细粒沉积物含量较多的分流间湾、水下天然堤、远砂坝等沉积微相是泥质隔夹层的发育地区。在水下分流河道横向迁移改道过程中,废弃河道之上的粉砂质类与泥质类等细粒沉积物,在后期容易形成泥质隔夹层。湖侵过程中,可容空间增大,三角洲前缘砂体之上水体加深,沉积物粒度变细直接覆盖在砂体之上,并保存下来形成泥质隔夹层。通常这类隔夹层分布广泛,厚度较大,在莫索湾莫北地区三工河组二段二砂组(J1s22)上部的泥岩隔层属此种成因。在三角洲前缘亚相中,泥质类隔夹层主要出现在水下分流间湾或靠近湖心一侧,距离物源区越远,隔夹层厚度越大,平面上可对比性越大,钻遇率越高;在水下分流河道中泥质夹层规模小,厚度薄,横向对比差,厚层砂岩中薄层泥岩往往为此种隔夹层。(2)钙质隔夹层是地层在后期钙质胶结成岩作用下孔渗性变差的一类地层。后期碳酸盐胶结成岩作用破坏了储层储集性能,使孔渗性变差。钙质隔夹层常发育在早期物性较好的中粗砂岩、砂砾岩中,有时在中细砂岩中也存在,厚度一般较小,通常小于2m,主要分布在水下分流河道的厚层砂岩中。钙质隔夹层渗透率很小,具有较高的排替压力。据研究,钙质隔夹层的形成主要与成岩作用有关。随着地层埋藏深度的增加,温度升高,压力加大,泥岩内的有机质发生热演化并不断地产生CO2,随之形成的HCO3-离子与地层中的Na+,Ca2+,Fe3+,Mg2+等阳离子结合进入附近渗透性较好的砂岩中,进入砂岩地层后HCO3-离子浓度减小,转化成为CO32-离子,与Ca+和Mg2+等阳离子结合形成沉淀。钙质胶结物一般富集于2个部位:一是砂岩与泥岩的接触面,即砂岩的顶底板附近;二是厚层砂岩内早期物性较好的中粗砂岩内。如果在厚层砂岩中有断裂存在,则富含CO32-离子的溶液更易进入砂岩地层中,因此在断裂附近更容易出现钙质隔夹层。(3)物性隔夹层是因为地层的泥质含量、沉积物粒度变化等因素使得孔渗性在横向上变差的一类地层。岩性包括细砂岩、粉砂岩以及含有较多细粒物质且分选性差的细砾岩、砂岩。此类隔夹层有一定的渗透率和孔隙度,但是未达到有效孔隙度和渗透率的下限。物性隔夹层封闭能力最差,其排替压力较低,在油气丰富的砂岩中物性隔夹层也有油气显示。物性隔夹层规模小,厚度薄,一般小于2m,横向上可对比性差,分布不稳定,一般形成为夹层。物性隔夹层在成因上与沉积作用有关,洪水期携带了大量沉积物的水体进入湖盆后,水动力减弱,水体携带能力快速降低,粗、细粒沉积物发生混杂沉积,物性在横向上变化快,水下分流河道中冲刷面之上的滞留沉积为此类沉积,并容易产生物性隔夹层。在正常搬运沉积过程中,由于湖平面的上升以及河道的迁移改道,河道砂体之上的沉积物细粒物质逐渐增多,物性逐渐变差形成物性隔夹层。因此,物性隔夹层主要发育于单期河道砂体的底、顶部以及多期河道砂体之间或是砂坝之间。2泥质隔夹层识别本次研究中主要是应用岩心、录井、测井资料来识别隔夹层,并以测井资料为主。通过对该区探井和部分评价井的研究,归纳出3类隔夹层的测井响应特征(表1)。泥质隔夹层在测井曲线上主要反映为泥岩特征,具体表现为:自然电位曲线无明显异常;自然伽马呈高值,曲线表现为中幅舌状或高幅指状;深浅侧向电阻率低,无幅度差或是差异很小;密度较小,曲线表现为低幅舌状;井径严重扩径或稍有扩径,有时在厚砂岩之中的泥质隔夹层只产生微小扩径;声波时差呈现出高值(图1)。钙质隔夹层在测井曲线上具体表现为:深浅侧向电阻率为异常高值,常呈尖峰指状;砂岩呈明显的高密度,其值一般大于2.5g/cm3;声波时差曲线值较上、下层砂岩的声波时差小,由于孔隙被钙质胶结,声波速度增大;井径曲线与上下围岩一致或稍有微扩径,这是因为钙质胶结的砂岩较普通砂岩的脆性大,在钻进过程中,脆性大的岩石往往更容易崩落,从而产生微扩径的现象(图1)。物性隔夹层泥质含量较高,同时存在于分选差的砂砾岩中,并有一定的孔渗性,偶尔见有油气显示,其测井曲线特征介于泥质隔夹层与钙质隔夹层之间,具体表现为:深浅电阻率较低,但比泥质隔夹层高,深、浅电阻率有一定差异;密度较泥质隔夹层大,但仍属低密度;井径扩径不明显;自然伽马呈中幅齿状凸起,自然电位曲线稍有回返现象。总体上物性隔夹层在测井曲线上特征不明显,利用测井曲线识别物性隔夹层会存在一定的误差和遗漏,因此本次主要以钙质隔夹层与泥质隔夹层为重点进行研究。应用上述泥、钙质隔夹层的测井响应特征对该区三工河组二段二砂组(J1s22)的隔夹层进行了单井识别,并加以统计隔夹层的厚度、层数、频率、密度。根据统计结果,绘制隔夹层的平面分布图,得出莫索湾莫北地区三工河组二段二砂组(J1s22)隔夹层具有以下特征:(1)泥质隔夹层分布与沉积微相有关。莫索湾莫北地区处于三角洲前缘亚相,从识别的泥质隔夹层情况看,泥质隔夹层主要分布在三角洲前缘亚相近湖侧与水下分流河道间湾。如处于三角洲前缘亚相近湖侧的庄4井区的泥质隔夹层厚度与频率最大。由于河流迁移改道作用,水下分流河道微相内存在一定的泥质隔夹层,但不如前2个沉积区域形成的隔夹层规模大、分布稳定。图2为莫北莫索湾地区三工河组二段二砂组(J1s22)顶部单层泥岩隔层等厚图,与沉积相图形态上相似。在盆1井西凹陷、东道海子凹陷等远离物源的区域隔夹层厚度最大,莫15、莫5井区等水下分流间湾相中隔夹层厚度较大,相应地在莫索湾莫北地区等水下分流主河道中泥质隔夹层的厚度变小。(2)钙质隔夹层分布与后期成岩作用有关,但同时也在一定程度上受到沉积微相与断裂的控制。该区钙质隔夹层在平面上呈带状分布,这与莫索湾莫北地区三角洲前缘亚相的水下分流河道沉积微相分布较一致,说明钙质隔夹层主要发育于水下分流河道之中(图3)。另外将该区三工河组二段(J1s22)中发育的断裂与钙质隔夹层厚度图相叠加,显示出断裂发育区与钙质隔夹层发育区较为重合,这与前述钙质隔夹层成因一致。(3)莫索湾莫北地区以泥质隔夹层分布为主,钙质隔夹层分布为辅,隔夹层分布主要受沉积微相的控制,同时也受后期成岩作用与断裂构造的联合控制。图4是莫索湾莫北地区三工河组二段二砂组(J1s22)泥、钙质隔夹层密度图。隔夹层密度是指泥、钙隔夹层的厚度与地层厚度的比值,密度值大说明隔夹层发育,反之隔夹层不发育。图4反映的隔夹层发育情况与图3相反,表明泥质隔夹层厚度掩盖了钙质隔夹层的分布特征,即莫索湾莫北地区主要以泥质隔夹层为主;同时这2个图在形态上与研究区三工河组二段二砂组(J1s22)的沉积微相图形态相似,说明隔夹层受沉积微相的控制。3储层隔夹层控制油气藏成藏模式统计莫索湾莫北地区的试油资料,整个地区三工河组二段(J1s22)试油97层,其中纯油气层38层,占总数的39.17%;油水同层35层,占总数的36.08%;纯水层与干层共24层,占总数的24.75%。试油统计结果表明莫索湾莫北地区油水同层十分广泛,油水分布情况复杂。莫索湾莫北地区油水同层部分原因是由于储层中存在隔夹层,使孔渗性变差,对储层中的油气起遮挡作用,但是其厚度小,封闭能力差,又不能完全对下部油气形成封隔。图5为隔夹层封堵油气的模式图,图5-A表示构造圈闭幅度足够大,超过底部储层形成纯油气藏的最小油柱高度,a,b,c,d为圈闭内的4个隔夹层,其下部的储层砂体分别为a1,b1,c1,d1。假设油气是从底部运移至圈闭内的,油气首先进入d1砂体中,在隔夹层的封堵下,油气逐渐在d1中不断聚集,随着油气的增多,d1砂体中的流动水不断被排出。当d1中油气的油柱高度产生的流体压力大于砂体的原油饱和压力时,砂岩孔隙中的流动水将会完全被排出。当隔夹层d的排替压力小于d1砂体的原油饱和压力时,油气将进入夹层并向上渗透,同时砂体d1中仍然存在一定的流动水,此时在d1砂体中,油气和水是共存的,从而产生油水同层现象。同时油气依次进入上部的c1,b1,a1砂体内,隔夹层a,b,c也类似于d遮挡油气。而当油气不断聚集,在顶部封闭性好的盖层作用下,油气不能突破盖层,流体压力超过上部砂岩的原油饱和压力,从而形成纯的油气藏,顶部a隔夹层不再影响油气的分布。图5-B模式中,构造圈闭幅度不大,小于下部砂岩储集体形成纯油气藏的最小油气柱高度。同样假设油气从底部运移而来,3个隔夹层a,b,c对油气起遮挡作用,但是当隔夹层的排替压力小于储层的原油饱和压力时,砂岩孔隙中仍会残留部分流动水,因此储层将会有3种流体存在,即束缚水、流动水以及油气,这种混合的状态使得油、气、水同层,不能形成纯油气藏,同时也不具备统一的油水界面,从而形成多套油水系统。在岩性油气藏的勘探中,油气是因为上倾方向储层物性变差而被封堵成藏的,而泥质隔夹层正是储层中物性变差的条带,因此泥质隔夹层在岩性油气藏成藏过程中起到了2种作用:一是厚层的隔夹层遮挡作用促使油气成藏;二是薄层的隔夹层对油气水界面复杂化。研究表明准噶尔盆地腹部侏罗系岩性油气藏具有较大的勘探潜力,因此岩性油气藏勘探应加强隔夹层的研究。基于上节中单井的隔夹层识别,选取盆6井至莫17井进行隔夹层连井剖面分析,再结合各井的试油、原油物性、构造、测井解释、沉积微相等资料绘制盆6—莫17井的隔夹层控油模式图(图6)。盆6—莫107井为一个背斜构造,构造高点在莫101井至莫103井附近。莫101井在J1s22层位有2段试油资料:上部4204~4214m井段为纯油气层,原油密度为0.7526g/cm3,粘度为0.69mPa·s;下部4258~4265m井段为油水同层,原油密度为0.893g/cm3,粘度为55.78mPa·s;但在这2段试油中部的4244~4252m井段测井解释为纯水层,未试油。从原油物性以及上、中、下3段油水分布情况来看,下部油水同层并非为上部油气藏底部的油水过渡带。隔夹层识别资料显示,在下部油水同层的顶部存在一套近4m的钙质隔夹层,因此,推测下部油水同层的油气藏是以其上部钙质隔夹层遮挡所形成的,这也符合图5-A中的隔夹层对油气分布的影响模式。莫17井试油资料显示在顶部和中部都只存在油水同层现象,而没有见到纯油气层,勘探资料表明,莫17井区为岩性油气藏。目前在莫17井区识别出数层隔夹层,这些隔夹层对油气具有一定的遮挡作用,但由于隔夹层封堵能力较弱只能形成油水同层的油气藏,即类似图5-B的成藏模式。将莫索湾莫北地区三工河组二段二砂组(J1s22)试油显示情况与泥质、钙质隔夹层密度图叠合(图4),图中显示纯油气井主要出现在隔夹层密度较低的区域,而油水同层段主要出现在钙质隔夹层密度较高的区域,这种重合说明隔夹层的存在是油水同层现象的一个重要因素。4质隔夹层分