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1、塔中志留系沥青砂岩非常规储层特征及勘探意义 陈强路 ( 中国石油化工股份有限公司石油勘探开发研究院西部分院) 一、引言 塔中地区是志留系油气显示最丰富的地区，目前已发现塔中1 1 、塔中1 1 1 、塔中1 1 7 、 塔中4 7 等工业油气流井，多口井获低产油流或测试获少量可动油。志留系广泛分布沥青砂 岩，最大累计厚度可达1 5 0 m ，这一独特的石油地质现象已引起石油地质家的广泛关注 1 6 。 研究认为，由于加里东一海西早期的褶皱抬升志留系普遍遭受剥蚀，早期油藏出露地表或近 地表由于挥发、氧化、水洗和生物降解等作用而形成储层沥青，即为油藏破坏的产物。 沥青砂岩在平面上广泛分布于塔北、塔
2、中、柯坪古隆起及斜坡处，纵向上多分布于储集 物性较好的下砂岩段中细砂岩中，而粉砂岩及泥质粉砂岩中不均匀不分布或很少分布，显示 出沥青砂分布与岩性和储集物性的关系密切。下砂岩段由于沥青质的充填而成为非常规碎屑 岩储层( 有研究者认为，早期胶质一沥青质沥青对砂岩的有效储集性能有“污染”作用。因 此在古油藏或油层内，尽管有后期烃类注入，也很难形成有效产层) ，显然常规测试评价方 法不能客观表征。其储集性能究竟如何呢? 晚期油气能否进一步充注? 这些问题制约着志留 系油气成藏的研究及勘探方向，本文从实验地质方面进行了定量研究。 二、沥青砂岩沉积展布特征 志留纪早期海水由西向东入侵塔里木盆地，形成海阔水
3、浅的滨浅海沉积环境。塔中地区 志留系是在平缓基底背景下以潮汐沉积作用为主的一套地层，缺失下部的柯坪塔格组，塔塔 埃尔塔格组和依木干他乌组直接角度不整合在奥陶系之上。总体从南部尖灭线起往北分属潮 上带、潮间带、潮下带等三个沉积亚相。志留纪末，晚加里东运动使志留系普遍遭受剥蚀， 被剥蚀层位不一，志留系上覆地层为泥盆系红砂岩或东河砂岩段或石炭系。地震剖面中，志 留系和上下地层表现为底超顶削的特征。 根据岩性特征，塔中志留系塔塔埃尔塔格组和依木干他乌组由下至上发育多个由中一细 砂岩、粉砂岩一泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、泥岩的沉积旋回，砂岩中发育小型交错层理、水 平层理，砂泥互层中发育脉状层理、波状层理，砂
4、岩、粉砂岩中含有泥砾以及发育干裂等沉 积构造。总体上划为3 个岩性段，分别称下砂岩段、红色泥岩段和上砂岩段，其中根据岩性 组合下砂岩段进一步划分下亚段、中亚段和上亚段( 表1 ) 。 表1 塔中及邻区志留系岩性段划分对比表 中塔中塔中塔中塔中塔中塔中塔中塔中顺满参 岩性段厚度 1 并4 5 井1 0 井1 1 井1 4 井1 2 井3 3 井3 1 井1 5 井1 井1 井 、 上砂岩段( m ) 1 3 51 0 9 5 5 66 0 5 8 9 3 82 8 53 0 51 5 51 3 7 4 2 5 褐色泥岩段( m )7 58 0 57 16 0 7 6 4 8 53 4 55 2
5、2 9 3 1 5 8 1 下砂岩段( m ) 2 2 32 9 11 7 7 52 5 11 6 91 7 72 0 6 52 3 81 7 5 53 0 36 1 0 - - - 2 0 7 - 根据岩性段，纵向上可划分3 套储盖组合，第一套储盖组合是下砂岩段中一细砂岩与下 砂岩段中亚段泥岩组成的储盖组合；第二套储盖组合是下砂岩段上亚段细砂岩、粉砂岩与上 覆红色泥岩段组成的储盖组合；第三套储盖组合是上砂岩段砂岩与其上覆泥岩组成的储盖 组合。 志留系沥青砂岩及各类油气显示大部分在红色泥岩段之下，主要集中于下砂岩段下亚 段，上亚段沥青砂岩频度和丰度均不及下亚段，而第三套储盖组合仅塔中1 2 、
6、塔中1 6 井有 较好的油气显示及塔中1 0 井见到7 m 沥青砂岩外，其余井基本不含沥青( 图1 ) 。 信 、- ， 聪 枨 塔中4 5 塔。 j3 5 塔】4 7塔辛1 0 塔】2 0 塔P2 0 1 塔】F1 1 塔辛3 0 培E j1 2 塔ip1 6 培中4 0 上砂岩段 ， 1 0 64 7 6 94 8 0 14 6 6 04 5 3 14 4 9 84 2 3 74 0 7 5 4 1 9 9 4 0 5 8 3 8 2 0 ， 红色泥岩扫 - 4 1 1 7 4 2 4 7 4 1 1 3 i 7 44 8 4 2 4 8 9 1 5 4 7 3 0 4 6 0 l4 5
7、7 l 4 3 0 1 下砂岩段一亡亚段 Z ， 下枷岩爵中弧殷 T A 9 R (，一 F T ， ， r ， 丫t 攀y 。9 3 一一3 琶 ， 1 2 4，芦k 4 9 0 7 5 4 7 5 7 4 4 9 0 5 N 竺 1 ，V ，油勺显示 沥甍 图1 塔中地区志留系油气显示图 三、砂岩中沥青赋存特征 1 沥青砂产状 呈均匀的块状分布，其中钙质斑块不含沥青；沿交错层理或斜层理分布，沥青砂和 灰白色砂岩呈间互层；中厚层灰白色砂岩中见沥青尖灭条带。 2 显微特征 顺1 井偏光及荧光薄片分析表明，干沥青、稠油、轻质油共存。镜下特征是粒间孔隙及 胶结物中均有沥青充填。粘土矿物多吸附碳质沥
8、青和沥青质沥青，荧光下呈黑色一褐色；充 填在溶孔中的沥青，荧光下孔隙中心部位为黑色，为碳质沥青，向边缘变轻，其周围颗粒表 面均有浸染，强度较强，呈黄色一蓝绿色，以油质沥青为主，粒间还见亮黄色的油。据此， 将其微观产状划为：充填状，以油质沥青为主，沥青多充填于石英或长石颗粒粒间孔中， 少量分布在剩余粒间孔中，因原粒间孔未有填隙物或胶结不完全，所以这种产状的沥青较纯 净，星黄色一蓝绿色荧光。浸染状，以沥青质沥青为主，因粘土矿物本身的特殊性，沥青 多浸染在颗粒之间的粘土杂基或泥质岩屑，与粘土一起构成沥青一粘土基质，部分或颗粒边 缘包围的粘土薄膜中，少量浸染在燧石颗粒中以及石英次生加大的起始处。 四、
9、沥青砂岩岩石学特征 下砂岩段下亚段以粉、细砂岩为主，部分为中砂岩。主要为岩屑砂岩和岩屑石英砂岩。 沥青含量与岩石结构关系密切，含沥青砂岩多为细一中砂岩，不含沥青部分一般为粉砂岩或 泥质粉砂岩。 颗粒成分主要为石英、岩屑和长石，有少量云母，其中石英含量为4 5 - 8 0 。岩屑 2 0 8 含量较高，为1 0 5 0 ( 主要为2 0 4 0 ) ，多为燧石、细粒石英岩、石英砂岩、脉石 英岩及火山岩、泥岩。长石含量一般不超过5 。云母以白云母居多，含量从极少到1 0 不等。 填隙物包括杂基和胶结物。杂基含量低，多为粘土和泥质，含量一般为0 5 3 0 ， 仅个别杂基含量达6 7 左右，反映了沉
10、积物在潮坪环境下受到了较强的淘洗作用。胶 结物常见的为碳酸盐、硅质、粘土矿物( 绿泥石和高岭土) 及铁质等。碳酸盐胶结物呈连晶 状、斑状分布，含量较高；硅质胶结物多以石英自生加大边出现，特别是在岩屑石英砂岩中 更为常见；粘土矿物呈环边状胶结，常见蠕虫状高岭土充填于孔隙中；铁质胶结物包括黄铁 矿和磁铁矿，以黄铁矿居多，斑状或零星分布于颗粒之间。在不同岩性中，不同胶结物的发 育也有所差别，岩屑石英砂岩以硅质胶结为主，碳酸盐、粘土胶结较少；岩屑砂岩中碳酸盐 胶结物相对发育，说明组分差异导致了储层后期成岩过程中发生不同的成岩作用。结构特 征：岩石以粉一细粒结构为主，颗粒多介于0 0 3 - - , 0
11、 2 5 m m 之间。颗粒分选以中等、中一 好为主，磨圆度以次棱角一次圆状为主、局部为次圆一圆状。多数为颗粒支撑，接触式胶 结，颗粒间以点、线接触，少部分见杂基支撑，基底式胶结。 五、储层物性新论 1 常规物性分析 根据测试操作规程，作为评价储层物性的孔隙度和渗透率均必须在完全洗油后进行测试。 实验室一般用酒精苯溶剂洗油，该溶剂既能溶解油及油质沥青，也能溶解胶质一沥青质沥青， 经过数次洗油，可将孔隙中残留有机质洗净，在此条件下测定物性参数孔隙度、渗透率。 实际上油藏原油演化成沥青的过程中，沥青质对孔喉的填塞，使沥青砂岩孔隙度、渗透 率大大降低，显然该方法不能客观表征以充填状、浸染状充填于其粒
12、间孔隙及胶结物的含沥 青砂岩的物性。 2 沥青砂岩残余孔隙度、残余渗透率 针对志留系沥青砂岩非常规储层，本文提出用残余孔隙度、残余渗透率表征其储集性。 用A 试剂作为中间性洗油溶剂，该溶剂对沥青质具有沉淀作用而不是溶解作用，对已呈液 态的油又具有溶解作用，从而能洗出岩石孔隙中液态可流动的原油，而不对未溶解的沥青产 生任何溶解作用，用此方法可测得沥青砂岩残余孔隙空间，真实反映了现今储层储集空间。 此方法测定的物性参数称为残余孔隙度、残余渗透率。分析实例对比如表2 。 表2 常规分析与非常规分析物性参数对比 孔隙度( )渗透率( 1 0 3 心) 样号岩性 孔隙度渗透率 残余孔隙度残余渗透率 (
13、常规分析)( 常规分析) S 1 一A 灰色沥青粉砂岩，充填较均匀 3 6 54 1 10 0 3 9 4 O 3 7 3 S 1 一B 灰色沥青粉砂岩，充填较均匀 2 6 33 2 10 0 5 2 4 0 3 2 6 S 2 一A灰褐色沥青细砂岩，沥青均匀充填5 1 59 4 20 4 3 18 1 1 S 2 一B灰褐色沥青细砂岩，沥青均匀充填4 2 79 6 10 1 9 51 9 7 同时，我们注意到，S 1 样品为灰色沥青粉砂岩，充填较均匀；S 2 样品为灰褐色沥青细 砂岩，沥青均匀充填。S 2 样品岩性条件较S 1 好，说明早期原油充注进入志留系砂岩时，砂 - - 2 0 9 -
14、 - 岩的孔、渗条件较好，通道畅通，使得砂岩孑L 隙被均匀充填，而孔渗条件相对较差，或砂岩 中有较细颗粒形成的沉积构造时，则形成不均匀充填。表2 是原始样品的孔渗数据及沥青充 填特征，可以看出，早期孔渗条件较好的砂岩，现今残留的孔渗条件仍然较好，而早期孔渗 条件不好、岩性不均一的样品，现今残留的孔隙度很低。原油演化成沥青的过程中，沥青对 喉道的堵塞主要影响了残余渗透率，所以残余渗透率总体上均较低，沥青均匀充填的样品残 余渗透率则可能会更低。 3 沥青砂岩孔隙特征 铸体薄片鉴定表明，洗油前，由于沥青对孑L 隙的充填作用，面孔率很低，薄片在某一视 域内的孔隙总数明显较少，但平均孔隙半径却较大，残余
15、孔隙度较小。而洗油后，由于溶剂 对沥青的溶解作用，出现了大量小孔，从而使得孔隙总量增加，并导致平均孔隙半径变小 ( 表3 ) 。可见沥青砂岩非常规储层其孔隙特征与常规分析明显不同。 表3 洗油前后样品铸体薄片孔隙特征对比 洗油前洗油后 样号 总孔隙数面孔率( )平均孔隙半径( “m )总孔隙数面孔率( )平均孔隙半径( “m ) T z Z 1 1 未见未见未见未完成未完成未完成 T z S 1 14 0 01 3 24 41 5 4 32 8 32 7 1 T z S 1 22 3 31 3 34 31 6 5 42 9 42 4 4 T z S 1 31 5 61 4 54 4 43 0 8 93 0 52 5 0 T z S 1 41 3 01 1 93 9 82 0 9 75 4 93 2 9 T z S 1 55 20 7 43 7 8 未完成未完成未完成 六、油气充注与储层物性及原油组分变化 上文表明志留系砂岩充填沥青后残余孔隙度、残余渗透率大大降低，沥青砂岩后期原油 能否再进行充注，及充注后孔渗条件如何，是人们普遍关注的问题 1 。有研究者认为，早期 胶质一沥青质沥青对砂岩的有效储集性能有“污染”作用，因此在古油藏或油层内，尽管有 后期烃类注入，也很难形成有效产层 3 4 。对此我们进行了实验研究，结果是令人兴奋的。 1 储层物性变化 我们进行了
