柴窝堡凹陷中二叠统芦草沟组储层控制因素与发育模式

张关龙，王 越，张奎华，于洪洲，肖雄飞

(中国石化胜利油田分公司，山东 东营 257015)

0 引 言

柴窝堡凹陷中二叠统芦草沟组为准噶尔盆地东南缘重要的含油层系，吉木萨尔凹陷已探明有丰富的油气储量[1-2]，柴窝堡凹陷也获得了低产油气流[3-4]，展示了良好的勘探潜力。目前，针对柴窝堡凹陷芦草沟组沉积环境[5-6]、沉积体系[7-8]、烃源岩特征[9-11]及储层特征[12-14]研究较多，丰富了对该区石油地质条件的基础认识。林鹏[12]研究发现柴窝堡凹陷芦草沟组砂砾岩成分成熟度和结构成熟度均较低，导致储层物性整体较差。张慧等[13]研究认为芦草沟组储层主要受岩性、沉积微相和成岩作用多因素控制，溶孔和裂缝对改善储层的渗透性有贡献作用。于进等[14]研究认为压实作用是芦草沟组储层减孔主要的破坏性成岩作用，胶结物具有减弱压实作用和为后期溶蚀作用提供物质基础的双重作用，溶蚀作用是重要的建设性成岩作用。综上所述，针对该区芦草沟组储层控制因素的研究程度相对较低，主要以局部单点的研究居多，缺少宏观平面上的系统对比分析，导致有利储层分布规律认识不清楚，制约了油气勘探工作的推进。

柴窝堡凹陷芦草沟组地质资料较匮乏，仅有达1、柴1侧1等4口取心井，取心层段主要为芦草沟组中上部的产油层。通过对取心井的岩石薄片、X射线衍射及扫描电镜等相关测试资料进行详细分析，明确了芦草沟组储层主要储集空间类型及物性特征，结合前人在该区沉积体系、烃源岩及构造演化等方面取得的成果，宏观系统分析了砂砾岩储层的主要控制因素，建立储层发育模式，预测了有利储层的分布。

1 研究区地质概况

柴窝堡凹陷位于准噶尔盆地南缘，夹于伊林黑比尔根山与博格达山之间。中二叠世芦草沟组沉积期，博格达山尚未隆升[15-16]，以厚层灰色砾岩、砂砾岩、中粗砂岩为主；柴窝堡凹陷以北主要发育半深湖—深湖相的深灰色泥页岩[7](图1)。张奎华等[7]依据岩性特征将芦草沟组自下而上划分为一段、二段、三段与四段，三段与四段发育优质烃源岩，为重要的产油层段，2003年达1井获得低产油气流，最高日产气为353.2 m3/d，日产油为0.55 m3/d[3-4]。

图1 柴窝堡凹陷芦草沟组沉积相分布(据文献[7]修改)

2 储层特征

2.1 储集空间类型

岩石薄片与扫描电镜分析结果揭示，芦草沟组储层主要以次生孔隙为主，仅存在极少的原生孔隙(表1)。原生孔隙形态规则，多呈三角形、四边形或长条形，孔隙周缘的岩屑颗粒边缘比较平整(图2a)。次生孔隙约占总孔隙的96%，包括粒间溶孔、粒内溶孔、自生矿物晶间孔与构造裂缝，其中，粒间溶孔和微裂缝最发育。粒间溶孔一般是在原生孔隙的基础上进一步溶蚀扩大而成，主要由成岩流体溶蚀碎屑颗粒(图2b)、胶结物(图2c)以及黏土矿物(图2d)等形成，孔径大小分布不均匀，一般为0.01～0.50 mm。粒内溶孔多见于火山岩岩屑中，岩屑中的长英质部分被溶蚀后形成条状或蜂窝状粒内溶孔(图2e、f)，分布不均匀。自生矿物晶间孔一般均为小孔隙，包括高岭石、绿泥石与伊利石晶间孔等，孔径一般为5～20 μm(图2g)。构造裂缝主要包括宏观裂缝和微裂缝，砂岩多以宏观裂缝为主，常充填有胶结物或油质(图2h)，砾岩多以网格状微裂缝为主(图2i)。粒间溶孔、粒内溶孔与构造裂缝为芦草沟组烃类富集的主要储集空间类型。

表1 芦草沟组储层孔隙类型及占比

图2 柴窝堡凹陷中二叠统芦草沟组储集空间类型

2.2 储层物性特征

芦草沟组孔隙度主要为2.00%～8.00%，其中，孔隙度为2.00%～4.00%的样品最多，约占总数的41%；孔隙度为4.00%～6.00%的样品占33%，孔隙度为6.00%～8.00%的样品占17%；孔隙度为0.00～2.00%与8.00%～10.00%的样品相对较少，分别占8%与1%。芦草沟组储层渗透率主要为0.100～1.000 mD，约占43%,渗透率为1.000～10.000 mD的样品占31%,渗透率为0.000～0.100 mD的样品占25%。因此，芦草沟组储层孔隙度主要为超低孔，少量特低孔；渗透率主要为超低渗，特低渗次之。

3 储层控制因素

3.1 沉积相

研究区芦草沟组主要发育近岸水下扇扇中与扇缘，局部发育浊积扇(图3)，自下而上整体为一个水进的沉积过程。芦草沟组三段与四段近岸水下扇扇中、扇缘砂砾岩中获得了低产油气流，为重点取心层段。近岸水下扇扇中形成于近物源、沉积物快速堆积的条件下，以沟道沉积的砾岩、砂砾岩为主，杂基含量高、分选差导致物性较差。孔隙度为0.22%～6.56%，平均为3.31%，渗透率为0.003～7.710 mD，平均为0.930 mD，以超低孔超低渗、超低孔特低渗为主(图4)。近岸水下扇扇缘以沟道沉积的含砾砂岩、中粗砂岩为主，杂基含量相对较低、成熟度较高，物性相对较好，孔隙度为2.98%～8.78%，平均为5.61%，渗透率为0.010～10.580 mD，平均为2.260 mD，以特低孔超低渗、特低孔特低渗为主。浊积扇以粉细砂岩为主，其泥质杂基含量相对较高，物性次于近岸水下扇前缘砂体，孔隙度为2.88%～6.65%，平均为4.83%，渗透率为0.030～3.360 mD，平均为0.640 mD，以超低孔超低渗、特低孔超低渗为主。

图3 柴窝堡凹陷柴参1石井—三工河剖面芦草沟组沉积相对比(据文献[7]修改)

图4 柴窝堡凹陷芦草沟组储层物性与沉积相关系

3.2 成岩作用

3.2.1 压实作用

研究区芦草沟组储层埋藏深度为3 500.00～4 500.00 m[14]，处于中成岩B期—晚成岩阶段[8]，经历了较强的垂向压实作用，导致原生孔隙大量丧失。此外，由于伊林黑比尔根山在印支期、燕山期及喜山期持续向柴窝堡凹陷推进，挤压应力由南向北减弱[17]，对芦草沟组储层产生了明显的侧向挤压作用。柴2、柴3井距离伊林黑比尔根山近，侧向压实作用强烈，可见碎屑颗粒呈明显的定向排列(图5a)，以凹凸接触和线接触为主，岩屑颗粒遭受挤压破碎(图5b)。受垂向与侧向双重压实作用，原生孔隙在早期急剧减小，后期仅充填少量的伊蒙混层、伊利石等黏土胶结物(图5c)，含量为1.0%～5.0%，平均为2.7%。达1、柴1侧1井距离伊林黑比尔根山远，侧向压实作用相对较弱，碎屑颗粒以线接触为主，保存了较多的原生孔隙，后期充填了方解石与方沸石等胶结物(图5d、e)，两者总含量为5.0%～11.0%，平均为7.6%。

图5 柴窝堡凹陷中二叠统芦草沟组储层特征

3.2.2 溶蚀作用

柴窝堡凹陷北部芦草沟组发育半深湖—深湖相的厚层暗色泥页岩，中成岩阶段A期早期，泥页岩中的有机质开始大量脱羧基，释放了大量的酸性流体。一方面抑制了石英、碳酸盐及黏土等自生矿物的生长，保留了一部分原生孔隙；另一方面酸性流体对易溶组分进行溶蚀形成大量的粒间、粒内溶孔。达1、柴参1石井附近发育近岸水下扇缘，距离半深湖—深湖相泥页岩较近(图1)，酸性流体充足，溶蚀了较多的岩屑颗粒以及方沸石等胶结物(图5f、g)，溶孔后期充填有油质沥青。柴2、柴3井附近发育近岸水下扇扇中，距离半深湖—深湖相泥页岩较远，且由于原始孔隙残留较少，不利于酸性流体运移。该相带溶蚀作用相对较弱，仅溶蚀了碎屑颗粒之间的泥质杂基以及黏土胶结物(图5h、i)，溶蚀孔隙相对较少。

3.3 构造作用

柴窝堡凹陷自中、新生代以来经历多期构造挤压，形成了一系列呈雁行排列的北倾背冲逆断层，在靠近构造轴部和断层带的位置构造裂缝较发育。砂岩以宏观低角度斜交裂缝为主，方解石全充填或半充填，部分裂缝充填油质(图5j)。砾岩中宏观裂缝较少，但镜下薄片发现微观裂缝较发育，以粒内网格状裂缝为主(图5k)，常充填油质沥青(图5l)。柴1侧1井岩心裂缝发育程度与物性数据统计表明，芦草沟组3 023.18～3 030.00 m段岩心裂缝密度为6.74 条/m，岩石平均孔隙度为6.30%，平均渗透率为0.270 mD(图6)；3 030.00～3 036.70 m段岩心宏观裂缝较少，主要以微观网格状裂缝为主，其岩石平均孔隙度为3.60%，平均渗透率为0.800 mD；而3 277.25～3 283.23 m段岩心裂缝密度为3.18 条/m，裂缝相对不发育，其平均孔隙度为2.60%，平均渗透率为0.010 mD，表明裂缝发育改善了储层的物性。

图6 柴窝堡凹陷柴参1侧1井中二叠统芦草沟组储层综合柱状图

4 储层发育模式

准噶尔盆地在早—中二叠世具有裂谷盆地的构造属性[18]，柴窝堡凹陷位于盆地断陷陡坡带一侧[19]，发育了近岸水下扇、浊积扇及半深湖—深湖沉积相[20-26]。近岸水下扇扇中以沟道沉积的砾岩、砂砾岩为主，岩石分选差、杂基含量高(图7)，原生孔隙度较小。早成岩阶段受强烈的垂向压实和侧向压实双重作用，砂砾岩储层碎屑颗粒紧密排列，原生孔隙大量丧失；中成岩阶段由于距离烃源岩较远，受酸性流体溶蚀作用较小，泥质杂基重结晶形成的黏土胶结物充填了粒间孔隙，导致储层进一步致密。近岸水下扇扇缘以沟道沉积的含砾砂岩、中粗砂岩为主，岩石分选相对较好、杂基含量相对低，原生孔隙较多。早成岩阶段受垂向压实作用较强，侧向压实作用相对较弱，原生孔隙少量丧失；中成岩阶段由于紧邻烃源岩，受酸性流体溶蚀作用较大，形成了较多的粒间、粒内溶孔，局部充填有方解石、方沸石等胶结物。半深湖—深湖相泥页岩夹有薄层的浊积岩，杂基含量高，原生孔隙较少。后期埋藏过程中，烃源岩热演化过程中释放的大量有机酸溶蚀了岩屑与杂基，形成较多的粒间、粒内溶孔。

图7 柴窝堡凹陷中二叠统芦草沟组储层发育模式

5 有利储层预测

近岸水下扇扇缘砂砾岩体规模较大，溶蚀孔隙较发育，紧邻厚层烃源岩，为柴窝堡凹陷芦草沟组油气聚集最有利的沉积相带(图1)。在断层附近的近岸水下扇扇缘砂砾岩体裂缝较发育，储集性能应该更好。浊积扇相砂体规模相对较小，具有一定的溶蚀孔隙，其包裹于厚层烃源岩内可形成“甜点”储层。近岸水下扇扇中砂砾岩体虽然比较致密，且距离烃源岩较远，但在断层及构造裂缝的沟通疏导下仍具有一定的勘探潜力。综上所述，芦草沟组的有利勘探方向应该为北部的近岸水下扇扇缘砂砾岩，以储层发育模式为指导，结合构造圈闭发育特征，在近岸水下扇扇缘分布范围内部署了新永地1井。目前，已在芦草沟组上部砂砾岩中测井解释出5层油层，累计厚度为8.06 m，取得了良好的应用效果。

6 结 论

(1) 柴窝堡凹陷中二叠统芦草沟组主要发育粒间溶孔、粒内溶孔与微裂缝，以超低孔超低渗、超低孔特低渗储层为主，特低孔特低渗储层次之。

(2) 近岸水下扇扇中在早成岩阶段受垂向和侧向压实影响导致原生孔隙减少，中成岩阶段酸性流体溶蚀作用弱、黏土矿物胶结作用强，储层物性整体变差。近岸水下扇扇缘在早成岩阶段垂向压实强、侧向压实弱，中成岩阶段受酸性流体溶蚀形成较多的粒间、粒内溶孔，成为油气聚集最有利的沉积相带。浊积扇砂体与半深湖—深湖相烃源岩互层，在晚期成岩阶段形成一定的粒间、粒内溶孔，为研究区较有利的“甜点”储层。