2. 中国石油天然气集团有限公司碳酸盐岩储层重点实验室;
3. 中国石油大庆油田公司勘探开发研究院;
4. 东北石油大学地球科学学院
2. CNPC Key Laboratory of Carbonate Reservoirs;
3. Research Institute of Exploration and Development, PetroChina Daqing Oilfield Company;
4. School of Geosciences, Northeast Petroleum University
塔东地区主要指塔里木盆地羊屋2井—满参1井—塔中32井—古城一线以东的地区, 包括塔东隆起、古城低凸起、孔雀河斜坡及满加尔凹陷4个二级构造单元[1], 面积约为12.8×104km2。塔东地区震旦系—奥陶系碳酸盐岩地层发育齐全,分布于台地和斜坡—盆地两大相区[2-4]。台地相区寒武系、奥陶系一间房组(O2yj)、鹰山组(O1-2y)、蓬莱坝组(O1p)碳酸盐岩累计厚度近2000m,上覆吐木休克组碎屑岩,震旦系顶和上寒武统顶存在明显的层间暴露剥蚀面。斜坡—盆地相区碳酸盐岩主要见于震旦系、上寒武统(突尔沙克塔格群下亚群)和下奥陶统(突尔沙克塔格群上亚群),区域上累计厚度为200~500m,震旦系顶存在明显的暴露剥蚀面,其余层位以黑色泥岩、黑色泥页岩、黑色页岩为主。塔东地区地层分布特征为储层和烃源岩发育奠定了基础。
前人对塔东地区寒武纪—奥陶纪岩相古地理进行系统研究[5-6],编制了寒武系以统(世)为单元、奥陶系以组为单元(鹰山组以段为单元)的岩相古地理图。但几乎未讨论台地类型和演化及其对礁滩体规模和分布的控制作用,塔东地区寒武纪—奥陶纪总体为“两台夹一盆”的古地理格局,东侧为罗西台地,西侧为塔西台地。台地相区由于水体较浅,台缘带丘滩和台内颗粒滩在不同层位均有发育,规模受台地类型和演化控制;斜坡—盆地相区以泥质沉积为主(黑土凹组、莫合尔山组和西大山组、西山布拉克组),构成优质烃源岩[7]。在斜坡部位受碎屑流作用影响,发育斜坡重力流沉积,尤以上寒武统最为典型,可能与寒武纪末期台地抬升剥蚀,向斜坡—盆地注入物源有关。
沈安江及团队分析认为塔东碳酸盐岩油气勘探面临的关键问题是储层强烈的非均质性和优质储层分布的问题,优质规模储层发育区是规模整装大气田的聚集区。故本文以台地类型与演化控储为切入点,探讨规模优质储层发育主控因素和分布问题,在此基础上,综合成功探井和失利井分析,对寒武系肖尔布拉克组—吾松格尔组缓坡微生物丘滩、中—上寒武统台缘带丘滩、鹰山组下段缓坡云化滩、鹰山组上段—一间房组颗粒灰岩滩、中—上寒武统及中—下奥陶统斜坡重力流5个勘探领域进行分析评价,为塔东地区勘探指明方向。
1 台地类型、演化和有利相带受构造运动和海平面变化影响,寒武纪—奥陶纪台地类型呈缓坡—镶边多旋回式演化(图 1)。由早寒武世至中奥陶世,台地类型呈缓坡—镶边—弱镶边—缓坡—弱镶边开阔台地的演化特征,并控制了礁滩体的规模和分布,碳酸盐岩层序内幕发育多期小规模暴露,为颗粒滩灰岩的孔隙发育和白云石化提供了地质背景。
下寒武统肖尔布拉克组—吾松格尔组沉积期缓坡碳酸盐台地主体为白云岩层系。塔里木盆地三隆两坳的岩相古地理格局控制了早寒武世缓坡碳酸盐岩沉积体系的发育[8-9],从古城—肖塘地区寒武系地震地层结构剖面(图 2a)分析,下寒武统肖尔布拉克组—吾松格尔组丘滩体受古地貌地形和洋流背景控制,丘滩体发育于缓坡背景的浅缓坡高能区,以微生物丘和藻砂屑滩构成的丘滩复合体为典型特征,具有低频、中—强振幅、中连续反射结构,为丘状反射构型。轮探1井的钻探进一步证实了下寒武统丘滩复合体的勘探潜力[10]。肖尔布拉克组—吾松格尔组在全盆地范围内发育一套微生物白云岩和藻屑滩白云岩储层,由柯坪—巴楚微生物丘滩体、轮南—牙哈微生物丘滩体和塔中—巴东微生物丘滩体构成[11-13]。
中—上寒武统沉积期镶边—弱镶边碳酸盐台地主体为白云岩层系。塔东古城地区中寒武世由Ⅰ、Ⅱ期丘(礁)滩体构成明显的镶边台缘(图 1b、图 2b),台缘向台地一侧发育泥云坪、膏云坪甚至膏盐湖沉积(图 2a),此时在塔里木盆地中心发育一面积达20×104km2的膏盐湖,沿膏盐湖周缘依次发育膏云坪→泥云坪→台缘丘(礁)滩体,此时台缘丘(礁)滩体处于加积→弱进积生长状态,障壁作用明显,使台内处于局限海低能环境,丘(礁)滩体不发育。进入晚寒武世,Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ期丘(礁)滩体处于弱加积→进积生长状态,障壁作用不明显,台内由局限台地向开阔台地转化,不再有膏盐岩沉积,台内滩规模逐渐增大(图 1c)。晚寒武世进积型台缘丘(礁)滩体顶部遭受暴露剥蚀,地震剖面上可见不整合面[14]。
1.3 下奥陶统蓬莱坝组—鹰山组下段沉积期为缓坡碳酸盐台地下奥陶统蓬莱坝组—鹰山组下段沉积期缓坡碳酸盐台地主体为白云岩夹石灰岩层系。地震地层结构剖面(图 3a)揭示下奥陶统蓬莱坝组—鹰山组下段沉积期为远端变陡缓坡碳酸盐台地,与上寒武统的古地理格局具有继承性,但台缘丘(礁)滩体不发育,障壁作用进一步弱化(图 1d)。此时,塔里木盆地发育了塔中—古城—肖塘、塔北、塔西南3个浅缓坡颗粒滩体系,改变了以往弱镶边台缘的地质认识。沿古隆起向盆地依次发育内缓坡(泥)云坪、浅缓坡、深缓坡外带、外缓坡—盆地。
中奥陶统鹰山组上段—一间房组沉积期弱镶边开阔台地主体为石灰岩层系,几乎未发生白云石化。鹰山组上段—一间房组属塔东地区挠曲沉降、海平面进一步上升、缓坡高能带进一步退积的弱镶边碳酸盐缓坡[15],地震地层结构剖面(图 3b)反映古城—肖塘地区此时虽存在一个陡的台地边缘,但海平面上升速率高于碳酸盐建造速率,此时全盆地鹰山组上段及一间房组广泛发育颗粒灰岩滩相泥粒灰岩和粒泥灰岩(图 1e),颗粒成分以生屑和砂屑为主,缺乏起粘结或障积作用的生物,沉积物受波浪作用易于发生侧向迁移[16]。
2 储集体分布预测及评价以台地类型及其演化、有利储集相带为基础和牵引,以储集体分布预测及评价为核心,按由老到新的时代顺序展开储集体分布预测及评价。
2.1 寒武系盐下肖尔布拉克组—吾松格尔组缓坡微生物丘滩储层寒武系盐下肖尔布拉克组—吾松格尔组缓坡微生物丘滩储层在塔东地区埋深为7000~7500m。在塔里木盆地,无论是露头还是井下,该套储层均非常发育,主要为一套中低能丘滩相藻纹层白云岩、藻砂屑白云岩、藻凝块白云岩,储层具有相控性。储层储集空间类型有藻格架残余孔、溶蚀孔洞、晶间(溶)孔粒间孔(图 4a),在沉积原生孔基础上叠加准同生期溶蚀作用是孔隙的主要成因,埋藏期白云石化是对先存孔隙的继承和调整。肖尔布拉克和苏盖特布拉克露头剖面储层累计厚度为20~40m,孔隙度为1.9%~9.39%,平均为5.5%;渗透率为0.01~20mD,平均为2.34mD。轮探1井、和田2井、楚探1井、舒探1井、中深1井、中深2井均钻遇这套储层,特征与露头可类比。
轮探1井的突破证实了该套复合储层的存在,物性好,厚度大,具规模。从油源和成藏两个层面分析,塔东—肖塘地区肖尔布拉克组—吾松格尔组的勘探潜力比塔中—巴楚断隆有利得多,首先是紧邻生烃中心4套烃源岩,其次是塔东—肖塘地区与塔中—巴楚断隆相比,构造活动相对简单,巴楚断隆加里东晚期—海西早期的构造抬升和反转对油气成藏具十分重要的控制作用,控制了烃源、油气运移方向、成藏要素匹配和后期保存条件[17-19],使得油气成藏和保存条件十分复杂。
2.2 中—上寒武统台缘带丘滩储层城探1井和城探2井岩心和薄片资料揭示,中—上寒武统发育颗粒白云岩孔隙型和角砾白云岩裂缝—孔洞型两类台缘丘滩体储层。颗粒白云岩孔隙型储层(图 4b)以砂屑白云岩、藻屑粘结白云岩为主,见颗粒幻影,孔隙具组构选择性,是沉积原生孔叠加准同生期大气淡水溶蚀孔的产物,以粒间孔、粒内溶孔、晶间(溶)孔为主,孔隙度为1.2%~2.5%,渗透率为0.01~1mD,为低孔低渗储层。角砾白云岩裂缝—孔洞型储层(图 4c)发育礁前相崩塌角砾岩砾间孔及其受热液溶蚀改造后砾间溶孔,非均质性强,孔隙度为1.5%~4%,渗透率为0.06~3.24mD,为中低孔中低渗储层。
加里东早期活动的NE向正断层控制垒堑构造格局,NE向断裂在加里东中期受SN向地应力的挤压,处于关闭状态,对储层没有明显的改造作用,加里东晚期—海西早期NNE向断裂活动带来的热液对储层起破坏作用,导致先存孔隙被硅质充填,城探2井就是典型的实例,因硅质充填致使礁滩储层致密,第Ⅳ期丘滩体测井解释储层厚度为90.4m/4层,孔隙度仅为0.9%~2.3%。
古城地区三维区中—上寒武统发育4期丘滩体,并与加里东晚期—海西早期断裂进行叠合,井位部署要避开切穿石灰岩顶的断层。在三维区中—上寒武统丘滩体地震反射特征标定的基础上,利用二维地震资料预测了古城—肖塘地区中—上寒武统丘滩体的分布(图 5)。
与镶边台地背景相关的台缘丘滩储层,是南北长近250km、东西宽近20km的轮古—古城台缘带的一部分,东侧紧邻烃源岩,成藏条件非常优越。城探1井揭示储层物性好,厚度大,北段轮古台缘带的于奇6井、塔深1井中—上寒武统也钻遇了厚层孔隙—孔洞型丘滩白云岩储层。城探1井第Ⅲ期丘滩体气测异常36m/12层,全烃最大为91.69%,应该是一口发现井,遗憾的是因工程事故未试气。城探2井第Ⅳ期丘滩体因为硅质充填,储层物性差,勘探部署时注意规避加里东晚期硅质充填。研究分析认为中—上寒武统台缘带丘滩发育一个早该被发现但至今仍深藏不露的规模气藏,而且与鹰山组下段云化滩不同,一旦突破,既有规模又很整装。
2.3 中—上寒武、中—下奥陶统斜坡重力流储层前已述及,塔东地区寒武纪—奥陶纪具“两台夹一盆”的古地理格局,台地类型经历了缓坡—镶边—缓坡—弱镶边的演化,这决定了中—晚寒武世、早—中奥陶世镶边台缘发育两期斜坡重力流储层,位于古城东斜坡和罗西西斜坡两个斜坡相带(图 6),紧邻烃源岩。库鲁克塔格地区中—上寒武统露头剖面发育斜坡重力流储层,厚约50m,上下为深水相沉积。据库南1井、古城4井、塔东1井、塔东2井、英东1井、英东2井、米兰1井的资料,中—上寒武统深水碳酸盐岩碎屑流沉积占总厚度比例从上斜坡的30%到盆地相区的10%,厚50~150m,岩心上鲍马序列ABC段结构清晰,为深水相区原地沉积的泥岩所夹。储层岩性为斜坡角砾岩、钙屑浊积岩(高密度碎屑流/低密度碎屑流)、结晶白云岩(原岩可能是钙屑浊积岩),砾间孔、晶间(溶)孔和微孔隙发育(图 4d、e)。
国际上有这类储层成功勘探的案例,墨西哥湾Poza Rica油田就是以白垩系深水斜坡重力流沉积为储层的油田,储层平均孔隙度为10%、渗透率为2mD,探明可采储量超过4×108t。塔东地区东西两个台缘带的斜坡部位发育中—上寒武统和中—下奥陶统两套斜坡重力流储层,从地震剖面对比分析,两者具有很好的类比性。
塔东地区斜坡重力流储层尤以上寒武统最为发育,可能与上寒武统顶部暴露、地层遭受剥蚀并向斜坡—盆地相区提供物源有关。虽然对上寒武统储层成因的认识程度不高,但储层具有规模,而且上下为烃源岩所夹,可以构成很好的生储盖组合。塔东2井在上寒武统斜坡重力流储层中获52L原油和少量的天然气,英东1井和米兰1井在上寒武统斜坡重力流储层中发现大量沥青,展示了良好的勘探前景,是一个值得探索的潜在勘探领域。
2.4 鹰山组下段缓坡云化滩储层塔东鹰山组下段缓坡云化滩白云岩发育滩断双控型(古城9井、古城18井、古城8井)、滩控型(古城601井、古城13井、古城6井)和断控型(古城14井、古城12井)3类储层。古城9井、古城18井钻揭鹰山组下段云化滩体的核部,同时断层改造明显,叠加断控缝洞体,属滩断双控型储层(图 4f)。古城9井测试井段储层厚23m,断控缝洞体发育,测井解释孔隙度为3.4%,酸压获高产。古城18井测井解释I类储层厚110m,孔隙度为3.6%~9.5%,裸眼测试折日产水211.7m3。古城6井钻揭鹰山组下段云化滩体的核部,断层改造不明显,属滩控型储层(图 4g),以晶间孔为主,断控缝洞体不发育,测井解释孔隙度为4.6%,测试井段滩体厚33m,常规测试获高产。古城14井钻揭鹰山组下段云化滩体的翼部或滩间,断裂改造明显,储层薄,测试井段储层厚2.6m,孔隙度为2.0%,酸压低产。这说明滩断双控型储层和滩控型储层,只要厚度大,均可高产稳产。
断裂对储层的发育具重要控制作用,塔东地区发育加里东早期、加里东中期(Ⅱ、Ⅲ幕)、加里东晚期—海西早期3期断裂。加里东早期发育NE向主干断裂,规模大,延伸距离长,控制垒堑构造格局;加里东中期次级断裂规模小,延伸距离短,活动时间与鹰山组下段沉积期相对应,有利于将地表淡水引入鹰山组下段内部,形成岩溶缝洞体,对储层有明显改善作用;加里东晚期—海西早期发育NNE向和NW向断裂,斜列式展布,对储层破坏作用大于建设作用,储层储集空间中充填的硅质、鞍状白云石等热液矿物大多与这期断裂活动有关。
综合分析滩体识别的可靠度、断裂活动对滩体储集空间改造的效应,古城三维区鹰山组下段识别Ⅰ类滩体8个、Ⅱ类滩体6个、Ⅲ类滩体5个(图 7)。在三维区鹰山组下段云化滩体地震反射特征标定的基础上,利用二维地震资料预测了古城北—肖塘地区鹰山组下段云化滩体的分布,落实云化滩体为19个,面积为429km2。
Ⅰ类滩体:①滩体边界明确,丘状反射特征清晰;②滩体内断控缝洞体发育;③滩体没有被加里东晚期—海西早期断层切割。Ⅱ类滩体:①滩体边界明确,丘状反射特征清晰;②滩体内缝洞体不发育;③滩体没有被加里东晚期—海西早期断层切割。Ⅲ类滩体:①滩体落实程度差;②滩体内缝洞体不发育;③滩体被加里东晚期—海西早期断层切割。
从目前的勘探成果和问题分析,鹰山组下段云化滩发育气藏,由于其储层不连续性和一滩一藏集群式分布的特点,气藏虽然有规模但整装性差,地质上如何预测厚的云化滩体、工程上如何开发低孔低渗薄滩体气藏是下步攻关的重点,尤其是云化滩体的地震精细雕刻和储层改造技术。
2.5 鹰山组上段—一间房组颗粒灰岩滩储层鹰山组上段—一间房组发育颗粒灰岩孔隙型断溶体、埋藏热液改造孔隙型断溶体、断裂和间断面控制缝洞型断溶体3类储层。
古城10井、古城11井揭示颗粒灰岩孔隙型储层(图 4h)岩性为开阔台地中低能滩砂屑粘结灰岩、藻屑粘结灰岩,粒间孔、粒内溶孔和铸模孔为主,孔隙具组构选择性,见渗流粉沙和示底构造,为准同生期大气淡水溶蚀的产物,储层厚度大,孔隙度为2.0%~5.0%,渗透率为0.01~1mD,为低孔低渗储层。
古城18井揭示埋藏热液改造孔隙型储层(图 4i)岩心具“白化”“渣土”“轻”的特征,测井解释Ⅰ类储层为23.4m/3层,孔隙度为2.6%~6.4%,单层厚度最大为15.8m,储层储集空间为非组构选择性微孔隙、微裂缝及沿微裂缝发育的溶扩孔,在沉积原生孔基础上叠加后期热烘烤—收缩、腐蚀性热液溶蚀是储层主要成因。
顺南、金跃区块的钻井揭示鹰山组—一间房组还发育断裂和间断面控制缝洞型断溶体储层,钻井多见漏失或放空,取心孔洞发育,伴热液矿物充填,反映储层与断裂作用有关,沿切穿基底和颗粒灰岩顶的深大主干断层、分支断层发育,可穿越多个层位形成断溶体[20-21]。地震剖面揭示中加里东期活动的NNE向断裂控制鹰山组上段—一间房组断溶体储层的发育。断溶缝洞体与围岩基质孔、微孔隙、微裂缝及沿微裂缝发育的溶扩孔叠合,可以造就规模优质储层。
大量钻井揭示塔东地区发育这套受断裂和间断面控制缝洞型断溶体储层。古城4井、古城6井、古城7井、古城8井及罗西1井鹰山组上段—一间房组发育颗粒灰岩孔隙型储层。顺南地区的顺南古城1井、顺南4井、顺南7井和古隆2井在相应层位的颗粒灰岩滩体中除发育基质孔外,还伴生溶蚀孔洞和洞穴,如顺南4井在6660~6668m井段放空5.48m,发现两个弱含气层段(6325~6338m、6531~6546m)和一个含气层段(6558~6668m),古隆2井在5750~6000m井段成像测井显示溶蚀孔洞发育,经储层改造后日产气2×104m3。邻近古城—肖塘区块的顺北地区发育NNE向断裂控制的断溶体储层,主控断溶缝洞体的NNE向断裂在中国石油矿权范围内同样发育,是一个潜在的勘探领域。
3 勘探领域分析台地类型控制了高能相带类型、展布及规模,镶边台地台缘带丘(礁)滩规模发育,而台内丘滩体往往欠发育;缓坡台地不发育台缘带礁(丘)滩体,但台内礁(丘)滩体可大面积准层状规模发育[16]。
综上所述,可以基本明确塔东地区寒武系—奥陶系碳酸盐岩层系5个勘探领域,以-7000m构造等高线为界,圈定了勘探领域范围(表 1、图 8)。鹰山组下段缓坡云化滩储层、中—上寒武统台缘带丘滩储层是两个现实勘探领域,寒武系盐下肖尔布拉克组—吾松格尔组缓坡微生物丘滩储层、鹰山组上段—一间房组颗粒灰岩滩储层、中—上寒武统及中—下奥陶统斜坡重力流储层是3个值得探索的风险勘探领域,要持之以恒,争取早日突破。
(1)塔东地区寒武系—奥陶系处于台盆转换的有利相带,储层类型丰富,而且紧邻烃源岩,具备较好的资源勘探前景,是塔里木盆地生储条件最好的地区之一。
(2)基于储集体和勘探领域分析,指出鹰山组下段缓坡云化滩和中—上寒武统台缘带丘滩是塔东地区两个最现实的勘探领域。其中奥陶系鹰山组下段发育云化滩和断裂联合控制的强非均质性储层,具“一滩一藏、多期叠置”的特点,是黑被子及致密石灰岩复合区域盖层覆盖下的第一套优质储层,整装性差,并已获工业气流,后续钻探出现了一些复杂状况,但仍是最现实的勘探领域,下一步应持续加强滩体精细刻画、断裂研究及裂缝的预测,低孔低渗碳酸盐岩气藏的酸压改造工程技术研究是面临的瓶颈技术难题。中—上寒武统台缘带丘滩紧邻烃源岩,4期丘滩体具有规模,成藏条件优越,是一个早该被发现而因城探1井工程原因至今仍深藏未露的现实勘探领域,避开加里东晚期—海西早期断裂活动带来的硅质热液对储层的破坏是井位部署的关键。
(3)继续夯实多层系、多类型碳酸盐岩沉积储层基础认识。加强鹰山组上段及一间房组颗粒灰岩领域整体评价,扩大勘探场面。积极探索中—上寒武及中—下奥陶统斜坡重力流、寒武系盐下肖尔布拉克组—吾松格尔组缓坡微生物丘滩等勘探领域,争取实现新突破。
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