川西新場須二段致密砂巖儲層甜點類型及成因機制

趙俊威,陳恭洋,張玲,楊映濤,宋新新,王恒

1) 長江大學油氣資源與勘探技術教育部重點實驗室,武漢,430100;2) 長江大學錄井技術與工程研究院,湖北荊州,434020;3) 中石化西南油氣分公司勘探開發研究院,成都,610000;4) 中國石油集團長城鉆探工程有限公司地質研究院,遼寧盤錦,124010

內容提要：川西新場地區上三疊統須家河組二段(須二段)天然氣資源豐富,砂體大面積發育,儲層孔滲較低,甜點成因復雜。為了闡明新場須二段甜點類型及成因,以巖芯觀察、薄片分析、微米CT、陰極發光等多技術手段,在對儲層巖石學、孔喉特征、有效裂縫特征等分析基礎上,對甜點進行分類。新場須二段主要發育基質孔隙型、斷縫型、層理縫型等3種甜點類型,不同類型甜點形成原因存在差異。強水動力條件下形成的高能分流河道、富石英砂巖是基質型甜點形成基礎,在相對較弱的壓實及膠結作用、較強的溶蝕作用下易形成基質型甜點;在靠近大型斷層的基質孔滲較好部位易發育斷縫型甜點;層理縫型甜點分布規模較小,不同類型層理界面處顆粒粒度、組分存在差異,發生差異成巖作用,形成力學薄弱面。新場須二段甜點發育受沉積、成巖及構造非均質性控制,對甜點類型的成因分析,有利于對甜點進行分類評價。

致密砂巖氣是較重要的勘探開發領域之一,較常規天然氣資源而言,致密砂巖儲層物性較差,以低孔—低滲儲層為主,儲層非均質性強,橫向連續性差,甜點在空間上分布復雜(趙曉東等,2021;曾凡成等,2021;呂文雅等,2021;孫零輝等,2022;孫靖等,2022)。關于甜點定義較多,其內涵可綜合歸納為地質甜點、工程甜點及經濟甜點,即能夠實現經濟效益且穩產的有利富集區(賈愛林等,2022)。川西坳陷新場上三疊統須家河組二段(須二段)天然氣資源豐富,但整體動用率較低,儲層局部埋深超5000 m,屬于典型的特低孔—低滲儲層,平均孔隙度小于4%,平均滲透率小于0.1×10-3μm2,砂體大面積發育,在整體致密背景下甜點局部發育,橫向變化快,相鄰兩口井間產氣特征差異明顯,甜點成因復雜。前人對新場須二段進行了較多的研究,主要集中在物源分析(戴朝成等,2014;王志康等,2022)、砂體分布(何會,2015;王興龍等,2021;商曉飛等,2022)、有利巖石相(徐樟有等,2008)、優質儲層主控因素(趙艷等,2010;羅龍等,2017;王志康等,2020)、構造裂縫特征及預測(汪華,2004;蘇錦義,2008;鄧虎成等,2013;蔣有錄等,2020)、甜點成因(鄧少云等,2008;馮動軍等,2014;印森林等,2016;黃麗飛,2018;劉振峰等,2021)等方面,認為水下分流河道微相物性較好,砂泥巖頻繁互層容易形成甜點,甜點主要發育在構造裂縫發育區,但對甜點缺乏系統的分類,對不同類型甜點成因機制缺乏系統分析,制約了甜點的分類評價與開發。

本次研究采用巖芯觀察、薄片分析、微米CT及陰極發光等多技術手段,對新場須二段儲層特征、孔喉結構、裂縫及含氣特征進行分析,劃分須二段甜點類型,針對不同類型的甜點,從沉積差異、成巖差異、層理縫發育特征及成因等方面,探討了其形成機制,對不同類型的甜點成因進行系統分析。

1 地質概況

新場構造帶位于四川盆地川西坳陷,為晚三疊世以來陸相沉積的拗陷部分,川西拗陷依據龍門山展布可劃分為川西坳陷南段、中段及北段,其中川西坳陷中段可劃分為龍門山前構造帶、新場構造帶、知新場構造帶、成都凹陷、梓潼凹陷、中江斜坡(劉殊等,2018;鄭和榮等,2021)(圖1a)。受多期構造運動影響,新場構造帶整體發育北東東向的狹長型背斜,構造兩翼表現為南陡北緩的特征。川西坳陷沉積了巨厚的晚三疊世—白堊紀地層,在中三疊統碳酸鹽巖上部發育了上三疊統須家河組,須家河組由下至上發育須一段—須六段沉積(楊克明等,2004;楊克明,2006)(圖1c)。新場構造帶須二段發育砂泥沉積,儲層埋藏深度約為4800～5200 m,物源主要來源于北部及北東方向,以辮狀河三角洲前緣水下分流河道沉積為主,發育少量河口壩沉積,水下分流河道大面積發育(圖1b),單期次水下分流河道厚度約1.5～10 m,不同期次的水下分流河道相互切割疊置,形成了復雜的砂體空間疊置關系,須二段致密砂巖累計厚度較大,砂體平均厚度可達幾百米,在經過較強的構造與成巖作用后,甜點分布較為復雜。

圖1 四川盆地川西坳陷構造位置圖及地層綜合柱狀圖Fig.1 Structural location map and comprehensive stratigraphic histogram in the Western Sichuan depression of Sichuan Basin(a)四川盆地川西坳陷構造分區及研究區位置;(b)川西新場須二段T3x21 砂組砂地比;(c)川西新場須家河組地層綜合柱狀圖(a) The structural division and the location of the study area in the Western Sichuan Depression, Sichuan Basin; (b) the ratio of the sand and formation thickness in T3x21 sand group in the 2nd Member of Xujiahe Formation in Xinchang area of Western Sichuan; (c) comprehensive stratigraphic column map in the Xujiahe Formation in Xinchang area of Western Sichuan

2 甜點特征分析

2.1 巖石學特征

須二段儲層以石英砂巖、巖屑砂巖為主,石英砂巖易形成甜點。巖性以中粗砂巖為主,石英、長石及巖屑含量變化范圍為48%～92%、1%～21%、6%～42%,平均含量約為64.2%、9.6%、26.2%(圖2)。巖石的成分成熟度較高,骨架顆粒呈次棱角狀—次圓狀,顆粒磨圓度中等,分選性中等—好,顆粒接觸方式以凹凸接觸、線接觸為主。

圖2 川西新場須二段典型樣品微米CT孔喉特征圖Fig.2 Pore throat characteristic micron CT map of typical samples from the 2nd Member of Xujiahe Formation in Xinchang area of Western Sichuan(a)典型樣品中不同大小孔隙所占孔隙總面積百分比,樣品a—e孔隙度大小分別為4.66%、5.18%、4.42%、5.03%、7.62%;(b)樣品b、e中不同大小孔隙個數百分比;(c)樣品e總孔隙模型,以不同顏色區分不連通的孔隙;(d)樣品e球棍模型(a) The percentage of pores with different sizes in the total pore area of typical samples, the porosity of the sample “a” to sanple “e” is respectively 4.66%, 5.18%, 4.42%, 5.03% and 7.62%; (b) the percentage of pore numbers with different sizes in sample “b” and sample “e”; (c) the total pore model of sample “e”, different colors are used to distinguish the unconnected pores; (d) the sphere-stick model of sample “e”

2.2 物性及微觀孔喉特征

新場須二段為特低孔低滲儲層,儲集空間包括原生孔隙、次生孔隙及微裂縫。儲層孔隙度分布區間為1%～8%,平均孔隙度約3.7%,但整體致密背景下仍有超過20%左右的儲層孔隙度大于5%。滲透率分布主區間為(0.039～1.44)×10-3μm2,平均基質滲透率約0.08×10-3μm2。微米CT實驗表明,儲層孔徑以微米級大小為主,孔徑分布呈現明顯雙峰特征,雙峰發育1～7 μm小孔隙及大于20 μm大孔隙(圖2a、c—d),不同大小孔隙對孔隙度的貢獻存在差異,大孔隙個數占比小于1%,對總孔隙度貢獻度為15%～30%,小孔隙個數占比大于95%,對總孔隙度貢獻度約50%～60%(圖2b)。

大孔隙主要為次生溶蝕孔隙,發育數量小,但對儲層孔隙度貢獻大,以粒間溶孔及粒內溶孔為主(圖3a—d),成巖酸性流體溶解長石及可溶性巖屑顆粒邊緣形成粒間溶孔,沿著長石解理縫溶解長石形成粒內溶孔,巖屑溶蝕現象較長石少(圖3e)。原生孔隙以剩余粒間孔為主,顆粒在經過強壓實壓溶作用后,部分剛性顆粒支撐處保留較小的原生孔隙。

圖3 川西新場須二段XC8井儲集空間特征薄片圖Fig.3 Reservoir space characteristics of the Well XC8 through thin section in the 2nd Member of Xujiahe Formation in Xinchang area of Western Sichuan(a)XC8井,4971.29 m,樣本孔隙度為6.14%,滲透率為0.067×10-3μm2,長石被部分或完全溶蝕,形成溶蝕孔隙;(b)XC8井,4972 m,樣本孔隙度為6.83%,滲透率為0.315×10-3μm2,發育溶蝕孔隙;(c)XC8井,5002 m,發育溶蝕大孔隙、粒間微裂縫及粒內微裂縫,溶蝕大孔隙與粒間微裂縫連通,粒內微裂縫局限發育在顆粒內部;(d)XC8井,5002.1 m,發育溶蝕大孔隙與粒內微裂縫;(e)XC8井,5000 m,巖屑被部分溶蝕形成粒內溶蝕孔隙;(f)XC8井,4969 m,發育粒間及粒內微裂縫(a) the Well XC8, 4971.29 m, the sample porosity is 6.14%, the permeability is 0.067×10-3μm2, feldspar is partially or completely dissolved, forming dissolution pores; (b) the Well XC8, 4972 m, the sample porosity is 6.83%, the permeability is 0.315×10-3μm2, forming dissolution pores; (c) the Well XC8, 5002 m, developing dissolution macropores, intergranular microfractures and intragranular microfractures. the dissolution macropores are connected with intergranular microfractures, and the intragranular microfractures are confined to the interior of the particles; (d) the Well XC8, 5002.1 m, developing dissolution macropores and intragranular microfractures; (e) the Well XC8, 5000 m, the debris is partially dissolved to form intragranular dissolution pores; (f) the Well XC8, 4969 m, developing intergranular and intragranular microfractures

須二段儲層內發育大量粒內與粒間微裂縫(圖3c、 d),微觀裂縫是指通過肉眼不可見,須在鏡下觀察的裂縫(王瑞飛和孫衛,2009),筆者等將開度小于0.1 mm的裂縫定義為微裂縫。粒內微裂縫發育在石英或長石顆粒內部,延伸長度小,局限于顆粒內部,一般終止于礦物顆粒邊緣,規模較小但裂縫發育密度較大,裂縫間連通程度差,對甜點儲層滲透性貢獻小。粒間微裂縫貫穿多個顆粒(圖5f),延伸長度不受顆粒限制,延伸較長,粒間微裂縫可有效溝通不同位置的孔隙,增加了甜點儲層的滲透性。受微裂縫影響,儲層孔隙度與滲透率相關性差,微裂縫可有效改善儲層孔滲性。

2.3 有效裂縫特征

新場須二段裂縫較發育,裂縫在平面及縱向上分布不均,平面上不同井、垂向上不同深度的構造裂縫線密度差異較大,裂縫發育程度存在非均質性。宏觀裂縫類型以構造縫、層理縫為主。構造裂縫角度以中低角度為主(圖4a),低角度裂縫(0～30°)占比50.94%,中等角度裂縫(30°～60°)占比39.75%,高角度裂縫主要為張性裂縫,高角度縫(60°～90°)占比9.31%,發育相對較少(圖4c),層理縫以近水平縫為主(圖4b)。裂縫充填狀態以未充填裂縫為主(圖4d),部分裂縫被礦物充填,以方解石、瀝青及碳質充填為主。未充填的近水平縫、中低角度裂縫及高角度裂縫同時發育在地層中,構成立體的網狀裂縫系統。有效裂縫的發育程度影響氣井產氣能力,與甜點產能存在較強關系,中高角度縫對初期產量影響較大,裂縫線密度越大,氣井初期產量越高,但高角度縫的發育易連通底部水層,影響氣井連續穩產。

圖4 川西新場須二段致密砂巖儲層裂縫特征Fig.4 Characteristics of fractures in tight sandstone reservoirs in the 2nd Member of Xujiahe Formation in Xinchang area of Western Sichuan(a)X201井,4889.0～4889.3 m,塊狀層理中砂巖,發育中低角度構造裂縫;(b)X201井,4915.9～4916.6 m,中砂巖,水平層理縫較發育;(c)不同傾角裂縫發育頻率分布;(d)充填縫、半充填縫及張開縫發育條數百分比(a) the Well X201, 4889.0～4889.3 m, massive bedding medium sandstone, developing medium to low angle structural fractures; (b) the Well X201, 4915.9～4916.6 m, medium sandstone, near horizontal bedding fractures are developed; (c) the distribution of fracture development frequency with different dip angles; (d) the percentage of fracture number of filled fractures, semi-fillied fractures and open fractures

2.4 含氣性

新場須二段氣藏含氣分布較為復雜,但總體上受構造控制,天然氣充注發生在儲層完全致密之前,天然氣在浮力作用下于構造高部位成藏,整體表現出大型的構造—巖性氣藏特征。處于構造高部位的井產氣較多,如X2、X301井;處于構造低部位的部分井產水或氣水同層,如X10井。須二段氣層在垂向上也表現出此特征,其中在須二段上部含氣性較好,須二段下部以含水為主。喜山期構造運動使致密氣藏發生調整,沉積與成巖作用的差異控制了局部含氣差異,部分處于構造低部位的井產氣,處于構造高部位的井產水。致密砂巖儲層含氣性差異與砂泥配置關系、砂地比大小、砂巖側向連續性等有關,砂泥頻繁互層的區域可發育較好的垂向遮擋形成甜點,宏觀上表現為砂地比數值為中等大小,砂巖側向尖滅易遮擋形成甜點。

3 甜點的分類

關于致密砂巖氣甜點的定義較多,美國地質調查局把甜點定義為可以持續提供30年產量的致密砂巖氣區塊(蔣平等,2015;于興河等,2015;魏國齊等,2016);楊升宇等認為致密砂巖氣甜點是在整體致密背景下的局部高孔滲區,能夠提供較高及較持久產量的致密砂巖氣發育區(楊升宇等,2013);鄒才能等將甜點區定義為非常規油氣分布中相對富集高產的有利區帶,包含了“地質甜點、工程甜點、經濟甜點”三重內涵(鄒才能等,2013)。本次研究以前人分類為基礎,認為致密砂巖氣甜點是整體低孔滲背景下的局部高孔滲帶,能夠實現經濟效益且能持續穩產的有利富集區。根據新場須二段生產測試結果,將研究區甜點劃分為以下3種類型:基質孔隙型、斷縫型、層理縫型。此分類考慮了甜點地質成因,涵蓋了地質與經濟雙重因素,有利于對不同類型甜點的分類評價。物性較好的基質儲層是上述3類甜點形成的基礎,也是各類甜點形成的關鍵因素之一,基質儲層物性受多種因素影響,在裂縫較發育的條件下形成斷縫型及層理縫型甜點,在裂縫欠發育的條件下形成基質孔隙型甜點。

3.1 基質孔隙型

新場須二段儲層非常致密,平均孔滲分別為3.7%、0.08×10-3μm2,但仍有一定比例的儲層樣品基質儲層孔滲較大,儲層物性相對較好,孔隙度與滲透率呈較典型的正相關關系。在整體特低孔、特低滲背景下,仍然發育相對基質孔滲相對較高的儲層,在有利的含氣條件下,在裂縫欠發育區可形成基質孔隙型甜點。如X3井發育典型的基質孔隙型甜點,在試氣部分層段孔滲較好,孔隙度分布區間為6%～12%,滲透率分布區間為(0.1～3)×10-3μm2,石英平均含量約74%,巖性以粗砂巖、中砂巖為主,沉積水動力強,泥質含量低,頂底發育2～5 m的泥巖,具有較有利形成甜點的條件,此類甜點試氣產能較好,且具有較好的穩產能力。

3.2 斷縫型

斷縫型甜點主要發育在構造縫發育區,緊鄰斷層發育帶,此類甜點是研究區已發現的主要甜點類型?？紫抖扰c滲透率相關性復雜,平均孔隙度大于3%,不同尺度的構造裂縫提高了儲層滲透性,初期產能及穩產能力較好。如CH127井發育典型斷縫型甜點,位于構造高部位,距離主干斷層約500 m,裂縫較發育,平均孔隙度約3.9%,裂縫發育處平均滲透率大于1×10-3μm2,試氣層段平均裂縫線密度為2.1條/m,石英平均含量約64%,試氣無阻流量為19.245×104m3/d,試氣層段砂泥頻繁互層,為甜點發育創造了有利條件。

3.3 層理縫型

層理縫型甜點主要發育在層理縫發育區,以平行層理縫為主,此類甜點儲層巖性較粗、石英含量較高,近水平狀的層理縫密集發育,裂縫發育的間距0.5～1 cm,由于層理縫的發育,使甜點儲層孔滲較好,滲透率變化較大。如X5井發育典型的層理縫型甜點,在層理縫發育段平均孔隙度約4.8%,平均滲透率大于0.3×10-3μm2,近水平縫非常發育,水平縫線密度可達9條/m,試氣產量較好,試氣層段也表現為砂泥頻繁互層。

4 甜點成因分析

4.1 基質孔隙型

4.1.1沉積作用

沉積作用是影響儲層物性的內因,沉積過程中沉積物顆粒粒度、組分、分選性及泥質含量存在差異,此差異性決定了成巖作用的物質基礎。新場地區須二段發育辮狀河三角洲前緣沉積,主要發育水下分流河道微相,河口壩少量發育,以中砂巖為主,其次為細砂巖、粗砂巖。水下分流河道大面積發育且頻繁發生側向上的遷移,不同期次的水下分流河道相互切割疊置,形成了厚層砂體。而厚層砂體內部單期次河道砂厚變化較大,厚度分布范圍在1.5～10 m,單期次河道砂體厚度代表了河道沉積時的水體深度,根據河道寬深比經驗關系,分流河道的規模會存在較大差異。單期次河道厚度較大的砂體,沉積時期河道規模較大,可能為分流主河道沉積,沉積水動力較強,沉積顆粒粒度較粗,可在局部發育粗砂巖,細粒沉積物不易保存,有利于原生及次生孔隙的發育而形成甜點;而單期次河道厚度較小的砂體,河道規模較小,沉積水動力變弱,為次級分流河道或末端分支河道,巖性較細,細粒沉積物含量高,受到強壓實作用下原生孔隙不易保存,不容易形成甜點(圖5)。同時,在不同物源條件下,分流河道塑性礦物含量存在差異,形成了富石英、富巖屑的儲層,兩類儲層抗壓實強度存在差異,富石英儲層抗壓實能力強,可保留少部分原生孔隙,為后期溶蝕流體提供了通道,易發育甜點。

4.1.2壓實作用

新場須二段儲層經歷了較強的壓實作用,顆粒間呈線接觸、凹凸接觸關系,塑性顆粒發生彎曲變形,可見壓溶形成的石英加大邊現象。利用Beard提出的碎屑巖初始孔隙度計算模型及薄片資料,定量統計了壓實作用對孔隙減小的影響,其中壓實減孔絕對大小約為25%～38%、膠結減孔絕對大小約為1%～13%(圖6)。不同巖性、不同塑性組分含量影響了壓實程度,巖屑塑性組分含量影響了壓實程度,顆粒粒徑與壓實率也存在關系。巖石的顆粒粒徑越大,其抗壓能力越強,細砂巖顆粒較細,抗壓實能力弱,統計可知中砂巖壓實損失孔隙體積約為30%～36%,細砂巖為28%～38%,粗砂巖為28%～33%,部分中砂巖及細砂巖易形成強壓實作用(圖6),壓實作用是須二段致密砂巖減孔的重要原因,富石英砂巖、粗砂巖及部分中砂巖抗壓實能力較強,容易形成甜點。

圖6 不同巖相壓實及膠結作用對減孔過程的影響Fig.6 Impact of compaction and cementation of different lithofacies on pore reduction process

4.1.3膠結作用

膠結物在須二段較發育,膠結物平均含量1%～22%,平均含量為3.77%,膠結物類型以碳酸鹽、硅質及黏土礦物為主,各類膠結物平均含量分別為2.33%、1.67%、0.75%。膠結作用是影響儲層質量及甜點發育的重要因素,對儲層物性存在一定影響。

碳酸鹽膠結物在陰極發光下主要發育亮黃色、紅色等2種顏色,不同顏色代表了不同期次形成的膠結物,亮黃色膠結物表現為基底式膠結特征,以方解石為主,紅色膠結物可發育交代現象(圖7a, b),2類碳酸鹽膠結形成期次存在差異,亮黃色指示成巖早期形成的膠結物,紅色指示成巖中晚期形成的膠結物。碳酸鹽膠結的強弱受砂泥巖配置關系影響。在砂泥接觸界面附近,富含碳酸鹽礦物的酸性流體進入砂巖儲層,進入砂巖后如運移通道不順暢,碳酸鹽礦物容易沉淀形成膠結物,不同期次的碳酸鹽膠結物造成了須二段儲層孔隙的減小。

圖7 川西新場須二段碳酸鹽膠結物陰極發光及薄片特征Fig.7 Cathodoluminescence and thin section characteristics of carbonate cement in the 2nd Member of Xujiahe Formation in Xinchang area of Western Sichuan(a)X501井,5250.3 m,細砂巖,石英主要發藍紫色光,長石主要發淺藍色光、黃綠色光,方解石發橙紅色光、橙黃色光,白云石主要發紅色光;(b)X501井,5250.3 m,陰極發光圖對應的巖石薄片圖(a) the Well X501, 5250.3 m, fine sandstone, quartz mainly emits blue purple light, feldspar mainly emits baby blue light and yellow green light, calcite emits orange red and orange yellow light, while dolomite mainly emits red light; (b) the Well X501, 5250.3 m, the rock thin section corresponding to the cathodoluminescence picture

黏土膠結也影響儲層物性,黏土膠結以伊利石及綠泥石膠結為主,儲層綠泥石膠結主要以孔隙襯邊及孔隙填充形式存在。關于綠泥石對儲層物性的影響,前人認為綠泥石襯邊膠結可抑制后期膠結物形成,通過阻止流體在石英顆粒表面成核,抑制后期膠結物形成,有利于孔隙的保存(孫全力等,2012)。綠泥石雖在儲層中發育,但總平均含量較小,對孔隙保存的影響是有限的,孔隙充填型綠泥石也會阻塞孔隙與吼道。從綠泥石含量與孔隙度相關圖上可知,兩者的確存在一定的正相關關系。自生綠泥石主要形成在粒度粗、塑性成分含量較低的砂巖中,細粒塑性組分含量高的儲層容易受強壓實作用,導致粒間孔隙減小,早期方解石大量膠結,使綠泥石失去發育空間,導致綠泥石不發育,而抗壓實能力強的砂巖給自生綠泥石留下發育空間。因此,綠泥石與孔隙度存在一定正相關關系(圖8a),但綠泥石不是影響甜點發育的直接原因,根本原因是巖石組分及顆粒粒度的影響,但綠泥石的發育可起到指示作用,伊利石與孔隙度呈負相關關系(圖8b)。

圖8 綠泥石、伊利石絕對含量與孔隙度關系圖:(a) 綠泥石絕對含量與孔隙度關系;(b) 伊利石絕對含量與孔隙度關系Fig.8 Relationship between absolute content of chlorite, illite and porosity: (a) the relationship between the absolute content of chlorite and porosity; (b) the relationship between the absolute content of illite and porosity

4.1.4溶蝕作用

研究區溶蝕作用較常見,溶蝕孔隙為甜點儲層的主要儲集空間。溶蝕作用的強弱與儲層長石及可溶性巖屑含量、砂泥配置及溶蝕流體通道相關,當儲層中長石及可溶性巖屑含量較高,酸性流體沿著較好的砂層、裂縫通道溶蝕長石礦物,對長石顆粒邊緣或中心發生溶蝕作用,形成粒間溶孔、粒內溶孔及鑄?？?。砂泥配置關系較大影響了須二段甜點的發育,有利溶蝕相的厚度與相鄰泥頁巖厚度存在一定關系(圖9),當分流河道砂體垂向上與分流間灣泥或前三角洲泥疊置時,儲層內少量原生孔隙的發育為酸性流體的溶蝕提供溶蝕通道,在溶蝕之后仍能攜帶溶蝕物質繼續運移,避免了碳酸鹽等礦物的原地沉淀,可形成較好的甜點。

圖9 強溶蝕相砂巖厚度與相鄰泥頁巖厚度關系圖Fig.9 Relationship between the thickness of strong corrosion sandstone and adjacent mudstone and shale thickness

4.2 斷縫型

斷縫型甜點是須二段致密砂巖主要甜點類型(圖10),此類甜點構造裂縫較發育,裂縫起到了改善儲層滲流能力、提供儲集空間的作用,但基質孔隙對甜點的發育仍起到較大的貢獻。斷縫型甜點所發育裂縫可分為宏觀裂縫與微觀裂縫,不同尺度的裂縫連通了不同部位的基質孔隙,提高了甜點滲流能力。

圖10 川西新場須二段甜點發育模式圖Fig.10 Sweet spot development pattern in the 2nd Member of Xujiahe Formation in Xinchang area of Western Sichuan(a)川西新場須二段水下分流河道沉積差異影響的基質型甜點分布模式;(b)裂縫發育差異影響的斷縫型甜點分布剖面模式;(c)層理縫型甜點發育模式(a) The distribution pattern of matrix sweet spot type affected by the sedimentary difference of underwater distributary channel in the 2nd Member of Xujiahe Formation in Xinchang area of Western Sichuan; (b) fracture sweet spot type distribution profile model affected by fracture development difference; (c) bedding fracture sweet spot type development model

宏觀構造裂縫的發育與構造運動密切相關,受印支期—燕山期—喜山期等多期構造運動影響,新場須二段發育多期次裂縫,裂縫發育方向以SN、EW向為主。構造應力是形成構造裂縫的決定因素,對須二段構造縫統計可知,距離大型斷層越近,構造裂縫越發育,如X11井距離大型斷層約2600 m,此井平均裂縫線密度為0.21條/m;而X501井距離大型斷層約400 m,此井平均裂縫線密度為1.83條/m。新場氣田較好的產氣井一般都位于主干斷層附近或構造高部位的軸部,此部位易發育與褶皺或斷層相關的裂縫。因此,斷縫型甜點一般分布于構造高部位或大型斷層附近,裂縫連通了不同部位的優質儲層,提高了氣井的產能。此外,裂縫的發育還受地層內因的影響,包括巖石力學層厚度、巖石粒度、巖礦組分、泥質含量及鈣質膠結物含量等,前人已討論較多,在此不作討論。微裂縫的發育與構造應力、巖石脆性相關,微裂縫發育總條數與巖石脆性指數相關,脆性指數越大,微裂縫條數越多。不同傾角的宏觀構造縫與微觀縫構成了立體滲流網絡系統,在基質儲層較好的部位易形成斷縫型甜點。

4.3 層理縫型

新場須二段發育少量層理縫型甜點,此類甜點形成與層理分布有關(圖10)。層理縫沿著層理面形成,以平行層理縫及交錯層理縫為主,平行層理縫近水平分布,為分流河道在水淺流急條件下形成,在水動力控制下形成巖石組分與粒度分異界面,在成巖期間形成力學薄弱面,在受構造應力作用下發育具剝離線理的平行層理縫,平行層理縫的裂縫線密度較大,裂縫間距為0.5～1 cm,在較薄的層段內密集發育,垂向分布范圍小,垂向規模約為0.25～0.5 m,橫向分布規模約為5～15 m。此外,新場須二段還發育交錯層理縫,此類層理縫以交錯層理為主,交錯層理在形成過程中,由于水動力及重力分異形成暗色礦物富集面,在暗色礦物富集界面形成力學薄弱面,在有利應力作用下形成層理縫,交錯層理縫間距較大,約為1～15 cm,縱向規模約為3～7 m,橫向分布規模約為3～8 m。層理縫的形成受成巖作用影響,沉積物在成巖過程中,受到上覆地層壓力的持續增加,不同類型的層理界面處的由于顆粒粒度、組分差異發生差異成巖作用,如交錯層理形成的暗色礦物與淺色礦物界面,由于兩類礦物壓實壓溶強度不一致,在成巖過程中形成了順層理面分布的層理縫。

總體而言,由于層理縫發育規模較小,橫向展布范圍有限,導致層理縫型甜點規模較小,對儲層的改造作用有限,在較少情況下可形成較好產能。但層理縫可溝通平面上不同部位的儲層,與構造縫形成水平及垂向上的滲流網絡,提高甜點產能。

5 甜點分布特征及模式

斷縫型、層理縫型及基質型甜點構成了新場須二段甜點類型,以斷縫型及基質型甜點為主。斷縫型甜點分布在大型斷裂所伴生的各級次裂縫系統中,各級次裂縫系統構成的宏觀—微觀裂縫有效改善了儲層的儲滲能力,處于構造較高部位的斷裂系統周緣200 m范圍內是有利的斷縫型甜點發育區?；|型甜點分布在遠離斷層的弱構造變形區或強構造變形區的斷裂不發育層位,新場須二段不同規模的分流河道形成水動力存在差異,造成不同規模的分流河道間沉積物粒度差異明顯,在強水動力條件下,顆粒粒度粗、剛性組分含量高的分流河道容易形成基質型甜點發育區。層理縫型甜點規模較小,層理縫發育規模及橫向展布范圍小,較難形成較大產能,而層理縫與中低角度裂縫有效溝通,可與斷縫型甜點伴生發育。

6 結論

(1)致密砂巖氣甜點是能夠實現經濟效益且穩產的有利富集區,根據生產測試、儲層基質孔滲及裂縫特征,將研究區甜點劃分基質孔隙型、斷縫型、層理縫型等3種類型?；|孔隙型為整體致密背景下基質孔滲相對較高的含氣儲層,裂縫欠發育;斷縫型發育在構造裂縫發育區的構造高部位,為目前主要的甜點類型;層理縫型主要發育在層理縫發育區,以平行層理縫及交錯層理縫為主,分布相較為局限。

(2)不同類型的甜點形成原因存在差異?；|孔隙型受沉積與成巖作用控制,不同規模的分流河道形成水動力存在區別,河道規模較大,沉積水動力較強的富石英砂巖抗壓實能力強,膠結作用較弱,可保留少部分原生孔隙,為后期溶蝕流體提供通道,在有利的砂泥配置關系下易發育基質型甜點;斷縫型受構造裂縫分布控制,宏觀構造縫與微觀縫構成了立體滲流網絡系統,在基質儲層較好的構造高部位及有利含氣區,易形成斷縫型甜點;層理縫型受層理分布影響,以平行層理縫及交錯層理縫為主,其形成受沉積與成巖作用影響,不同類型的層理界面處由于顆粒粒度、組分差異發生差異成巖作用,形成力學薄弱面而發育層理縫。

(3)總體而言,甜點發育受沉積、成巖及構造綜合控制,在裂縫較發育區斷縫型甜點較多,在裂縫欠發育區可發育基質孔隙型甜點,對甜點類型的劃分,有利于在生產過程中對甜點進行分類評價。