三塘湖盆地沉凝灰岩致密储集层特征及其形成条件

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三塘湖盆地沉凝灰岩致密储集层特征及其形成条件
doi:10.11764/j
.issn.1672-1926.2014.11.1697天然⽓地质学
收稿⽇期:2014-02-07;修回⽇期:2014-04-
25.基⾦项⽬:国家油⽓科技重⼤专项(编号:2011ZX05001-002-004);中国⽯油吐哈油⽥股份公司“新疆⼤庆”重⼤科技专项(编号:2012E-34-04
)联合资助.作者简介:焦⽴新(1969-),男,⽢肃民勤⼈,⾼级⼯程师,主要从事⽯油地质综合研究.E-mail:j
iaolx@petrochina.com.cn.三塘湖盆地沉凝灰岩致密储集层特征及其形成条件
焦⽴新,刘俊⽥,张 宏,冯亚琴,武 超,张 琪,郭克成
(中国⽯油吐哈油⽥分公司勘探开发研究院,新疆哈密839009
)摘要:三塘湖盆地条湖组⼆段油藏储集层岩性以沉凝灰岩为主,除凝灰岩外,夹有内碎屑、⽣物屑及有机质泥纹,
具有⼀定的沉积特征。

基于岩⽯薄⽚鉴定、全岩矿物及场发射扫描电镜分析,结合压汞⽑管压⼒曲线资料,开展储集层的岩性、物性、储集空间及孔隙结构等⽅⾯研究。

研究表明,储集层岩性以含⽣物屑英安质晶屑—玻屑沉凝灰岩为主,
脱玻化孔、晶屑溶蚀微孔和粒间孔是其主要的储集空间,岩⼼分析孔隙度平均为16.1%,渗透率平均为0.24×10-3µ
m2
,含油饱和度平均为69.5%,属于⼀套中⾼孔、特低渗、⾼含油饱和度致密储集层,储集层排驱压⼒为3.92MPa
,孔喉半径为0.08µm,具有⾼排驱压⼒,喉道细⼩且分布均匀的特点,分析认为,条湖组⼆段沉凝灰岩成因环境为滨浅湖,缺少陆源碎屑物质供应的相对稳定的湖相环境是斜坡区沉凝灰岩致密储集层形成的关键,
⽕⼭喷发后⽕⼭灰尘的缓慢空降沉积区域控制着致密储集层的平⾯展布。

关键词:致密储集层;形成条件;沉凝灰岩;条湖组;三塘湖盆地
中图分类号:TE122.2⽂献标志码:A⽂章编号:1672-1926(2014)11-1697-
09引⽤格式:Jiao Lixin,Liu Juntian,Zhang Hong,et al.Tight reservoir characteristics and formationconditions of tuff in Santang
hu Basin[J].Natural Gas Geoscience,2014,25(11):1697-1705.[焦⽴新,刘俊⽥,张宏,等.三塘湖盆地沉凝灰岩致密储集层特征及其形成条件[J].天然⽓地球科学,2014,25(11):1697-
1705.]0 引⾔
随着全球油⽓资源需求量的增加及碎屑岩、碳酸盐油⽓勘探开发难度的加⼤,⽕⼭岩油⽓藏的勘探开发已成为油⽓储量增长的⼀个突破⼝,⽬前,⽕⼭岩油⽓藏勘探在我国的松辽、⼆连、准噶尔等盆地相继取得了成功
[1-
5],⾃2006年以来,
三塘湖盆地⽕⼭岩油⽓藏的勘探接连获得突破,位于马朗凹陷的马17井在上⽯炭统卡拉岗组⽞武岩、
安⼭岩储集层中获得⾃喷油24.48m3/d、天然⽓3 
735m3
/d的⾼产油⽓流,随后马36井在哈尔加乌组⽞武岩储集层中也获得⾼产油⽓流。

勘探证实,有效储集层岩性主要为中基性、酸性⽕⼭熔岩,油⽓藏类型以⽕⼭岩风化壳型及内幕型为主,
岩⽯类型、⽕⼭岩岩相是决定该类储集层性质的内在因素,溶蚀作⽤和构造作
⽤是影响储集层发育的外部条件[6-
8]。

油⽓勘探任
务主要集中在寻找此类油⽓藏类型。

2012年,马朗凹陷的马55井在中⼆叠统条湖
组⼆段⽕⼭碎屑岩储集层中试油压裂获得⽇产
12.7m3
的⼯业油流(图1),之后相继在马56、
芦1和马58H等井相同层位获得突破,
⾸次在三塘湖盆地发现了新型油藏类型———沉凝灰岩油藏,该类油藏先后在新疆油⽥、
青西油⽥、⼆连盆地等取得勘探成功[5,9-11],通过对该层系岩性、物性、储集空间、孔
隙结构以及有效储集层控制因素的分析研究认为,油藏类型为分布⼴泛,受岩性和物性控制的地层—岩性复合型致密油藏,⽬前已成为三塘湖盆地油⽓勘探的新领域,
⽽作为⼀种致密储集层,其有效性评价及控制因素是急需研究的任务。

笔者利⽤钻测井及分析化验资料,以岩⽯薄⽚鉴定、全岩矿物及场发射扫描电镜分析为基础,结合压汞⽑管压⼒曲线资料,综合分析条湖组⼆段沉凝灰岩致密储集层特征
第25卷第11期2014年11⽉天然⽓地球科学
NATURAL GAS GEOSCIENCE
Vol.25No.11
Nov. 2
014
以及有效储集层的控制因素,以期指导三塘湖盆地致密油勘探⽣产。

1 地质概况
三塘湖盆地的油⽓勘探⾃20世纪90年代以来,取得了丰硕的成果,相继发现了北⼩湖、西峡沟、⽜圈湖和马北等区块中⽣界低孔、低渗、低压“三低”
砂岩油藏及⽜东、马中等⽕⼭岩油⽓藏[12-
13],展⽰了
三塘湖盆地巨⼤的油⽓勘探潜⼒。

由于常规油藏勘探范围的扩⼤和开发程度的加深,作为重要接替领域的⾮常规油⽓藏勘探愈来愈受到⼴⼤专家学者的关注,更成为近⼏年研究的热点。

随着马朗凹陷条
湖组⼆段沉凝灰岩储集层油⽓勘探取得突破,多⼝井压裂获得⼯业油流,
三塘湖盆地⼆叠系沉凝灰岩致密油藏已成为吐哈油⽥增储上产的现实领域。

该油藏具有以下⼏个特点:①岩性特殊,属于沉凝灰岩;②储集层⼤⾯积分布,具有中⾼孔、特低渗的特征;③产液能⼒表现为压裂前地层不供液,或者仅见少量油花,压裂后获得⼯业油流;④⼴覆式分布的低熟—成熟⽣油层(Ⅱ2—Ⅲ型为主、TOC值平均为3.85%、RO值为0.6%~0.85%);⑤连续性分布的
致密储集层与⽣油岩紧密接触,没有明显的圈闭边界,油藏类型表现为上⽣下储、近源聚集的特点,油
藏类型属于致密油的范畴[14]。

图1 研究区位置
Fig.1 Location map of study 
area2 储集层特征
2.1 岩性特征
区域地层对⽐认为:三塘湖盆地马朗凹陷⼆叠系条湖组⾃下⽽上分为3段,⼀段地层岩性主要为⽕⼭熔岩,⼆段地层岩性主要为含凝灰质的⽕⼭碎
屑岩,三段地层在马朗凹陷基本已被剥蚀[6,13]。


前发现的沉凝灰岩储集层主要分布在⼆段,位于⼀段⽕⼭岩顶部的⽕⼭碎屑岩段,厚度介于20~30m之间,区域上具有可对⽐性(图2),测井资料上表现为“三⾼⼀低”的特征,即⾼⾃然伽马(GR)、⾼声波时差(AC)、⾼补偿中⼦(CNL)和低密度(DEN),储集层中除凝灰岩外,还有⽣物碎屑、炭屑及少量泥质
条带,
具有⼀定的沉积特征。

分析认为:条湖组⼆段沉积时期,在远离⽕⼭活动的稳定湖盆区形成了⼀套空降⽕⼭灰尘沉积,形成了具有⼀定沉积特点的凝灰岩地层。

⽕⼭灰尘中⼤量的微量元素提供丰富的营养成分,促使湖盆中⽣物的⼤量繁盛,在局部甚⾄形成了“⽣物藻席”,有机质⼗分丰富,从⽽使这套凝灰岩、凝灰质泥岩及泥岩成为良好的烃源岩,形成上⽣下储、近源聚集的油藏类型。

全岩X-射线衍射定量分析表明,条湖组⼆段底部纯凝灰岩段黏⼟含量低(表1)。

铸体薄⽚镜下照⽚分析:条湖组⼆段油层段岩性主要以玻屑、晶屑⽕⼭尘凝灰岩为主,粒级⼀般在0.75~7.50µm之间,少量达50µ
m,晶屑溶孔发育,8
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中酸性⽕⼭玻璃质脱玻化形成隐晶、微晶长⽯及⽯英等,
单偏光下呈暗⾊、灰⾊状,正交镜下⿇点状亮⾊、微亮⾊;由于该类岩性属于空降、⽔下沉积,镜下富含内碎屑、
⽣物屑及有机质泥纹(图3)。

图2 马朗凹陷条湖组⼆段连井地层对⽐
Fig.2 Stratigraphic correlation chart of P2t2in Malang 
Depression表1 条湖组⼆段沉凝灰岩全岩矿物含量
Table 1 The whole rock mineral content of tuff in P2t2
2.2 储集空间类型及特征
近年来⾮常规致密储集层的纳⽶级孔隙结构及其类型的研究⼿段之⼀是采⽤⾼分辨率场发射扫描电⼦显微镜技术,其优势在于观测精度可达0.04nm,
具备超⾼分辨扫描图像的观察能⼒,尤其是采⽤最新数字化图像处理技术,提供⾼倍数、⾼分辨率扫描图像,是油⽓储集层微⽶—纳⽶级孔隙结
构测试和形貌观察的最有效仪器[
15]。

选取该区部分样品进⾏场发射扫锚电⼦显微镜图像分析,可以看出,条湖组⼆段油藏储集空间类型可分为2⼤类:
⼀类是孔洞类,按成因可分为原⽣孔隙和次⽣孔隙。

与常规储集层不同,条湖组⼆段以微孔为主,原⽣孔隙中⽕⼭尘质点间微孔极其发育,其次是有机孔,初步认为是有机质叶脉排⽓形成的排⽓孔;次⽣孔隙以⽕⼭玻璃脱玻化晶间孔、微洞和晶屑溶蚀微孔为主,存在极少量的⽅解⽯矿物溶孔。

另⼀类是裂缝类,主要为微收缩缝、构造缝等(表2,图4)2.3 储集层物性特征
通过对马朗凹陷条湖组⼆段5⼝井60个孔隙度样品和55个渗透率样品进⾏统计分析,
结果表明:9961 No.11焦⽴新等:三塘湖盆地沉凝灰岩致密储集层特征及其形成条件
图3 条湖组⼆段油层段岩性镜下照⽚
Fig.3 The rock microscopic photos of reservoir in P2t2
(a)⽕⼭灰凝灰岩,含晶屑溶孔,铸体薄⽚单偏光(100×),马15井,2 346m;(b)晶屑凝灰岩,晶屑主要由⽯英、长⽯组成,铸体薄⽚正交偏光(100×),马56井,2 142.6m;(c)玻屑凝灰岩,见内碎屑,铸体薄⽚单偏光(100×),马56井,2 141.97m;(d)含安⼭质碎屑英安质玻屑凝灰岩,铸体薄⽚单偏光(200×),马56井,2 143.8m;(e)⽕⼭尘沉凝灰岩,富含有机质泥纹,铸体薄⽚单偏光(50×),芦1井,2 548.46m;(f)玻屑凝灰岩,含⽣物屑,铸体薄⽚单偏光(100×),马56井,2 144.59m
表2 条湖组⼆段油层段储集空间类型
Table 2 The reservoir space types in P2t2
孔隙度介于5.5%~24.4%之间,普遍⾼于10%,平均为16.1%;渗透率⼩于1×10-3µm2的样品占90%以上,平均为0.24×10-3µm2,统计分析4⼝油井51个样品的含油饱和度介于10.8%~92%之间,平均为69.5%,含油性极好(表3,图5)。

综合分析认为,条湖组⼆段油藏属于中⾼孔、特低渗、⾼含油饱和度油藏。

2.4 孔隙结构特征
储集层孔隙结构指的是岩⽯所具有的孔隙和喉道的⼏何形态、⼤⼩、分布及其相互连通关系等,与常规物性⽐能更全⾯、更深⼊了解储集层的渗透能⼒及储集性能。

压汞⽑管压⼒曲线是分析储集层孔隙结构特征的最有效⼿段[16-17],形态主要受孔隙喉道的分选性和喉道⼤⼩所控制。

分选性指喉道⼤⼩的分散程度,分布越集中分选越好,曲线平缓段越平越长;孔隙喉道⼤⼩及集中程度主要影响着曲线的歪度(偏斜度),它是⽑管压⼒曲线形态偏于粗喉道或细喉道的量度,喉道越⼤,⼤喉道越多,则曲线越靠向坐标的左下⽅,成为粗歪度,反之靠右上⽅,为细歪度。

通过芦1井、马56井条湖组⼆段油层段压汞参数的分析(表4),结果表明:最⼤进汞饱和度Smax值普遍⾼于90%,孔喉半径中值介于0.03~0.12µm之间,平均为0.08µm,分析认为,该类储集层具有⼤量的储集空间但孔喉均较细⼩。

孔喉半径




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的主要范围为0.06~0.1µ
m,压汞⽑管压⼒曲线上表现为分选好细歪度的特点(
图6),说明条湖组⼆段沉凝灰岩储集层具有⾼排驱压⼒,孔隙⼩、数量多、
喉道细⼩且分布均匀的特点。

图4 条湖组⼆段油层段储集空间镜下照⽚
Fig.4 The rock microscopic p
hotos of reservoir space in P2t2(a)凝灰岩,溶蚀孔,场发射扫描电镜(8 609×),芦1井,2 547.22m;(b)凝灰岩,霉球状黄铁矿,晶间微孔发育,场发射扫描电镜(10 000×),芦1井,2 548.53m;(c)凝灰岩,⽕⼭泥质微孔较发育,场发射扫描电镜(20 000×),马55井,2 268.15m;(d)凝灰岩,微裂缝,场发射扫描电镜(600×),芦1井,2 148.89m;(e)沉凝灰岩,有机质微孔发育,场发射扫描电镜(1 3000×),芦1井,2 549.20m;(f)凝灰岩,粒间微孔发育,场发射扫描电镜(24 000×),芦1井,2 
548.15m表3 条湖组⼆段储集层物性及含油饱和度统计
Table 3 The reservoir prop
erties and oil saturation tables in P2t2
3 沉凝灰岩储集层形成条件
储集层物性受沉积环境影响较⼤,研究发现,条湖组⼆段沉凝灰岩储集层孔隙发育受粒度⼤⼩控制不明显,主要受控于其形成的沉积条件、物质成分、陆源杂基混⼊强度(主要指泥质)、脱玻化强度及溶蚀改造等。

储集层物性受沉积环境影响较⼤,⽕⼭喷发期形成的极细粒级⽕⼭灰、⽕⼭尘,经缓慢空降沉积顺风搬运⾄距⽕⼭⼝较远的湖泊底部并覆盖于湖底微⽣物上,形成沉凝灰岩,这些⽕⼭灰、⽕⼭尘异于普通泥质:①成分稳定的⽕⼭灰颗粒形成⼤量微孔;②⽕⼭玻璃脱玻化形成的矿物体积缩⼩后形成较多微孔、微缝;③沉凝灰岩中其他矿物在演化过
程中脱⽔体积缩⼩或被⼩体积稳定矿物取代形成收缩微孔缝;④赋存的死亡微⽣物在演化过程中随温度升⾼形成优质有机质,
其副产物(有机酸等)溶蚀沉凝灰岩中的部分⽕⼭尘、细⼩长⽯晶屑及⽣物碎屑从⽽产⽣⼤量溶蚀微孔。

这些孔隙、
裂缝虽然微⼩但数量多且连通性好,能形成好的储集层。

同时储集层物性好坏与黏⼟矿物含量关系较⼤,该套储集层沉积后期,
伴随陆源碎屑,特别是泥质含量的增加,储集层物性变差,岩⼼分析基本不含油。

由此可见,缺少陆源碎屑物质供应的相对稳定的滨浅湖相环境是斜坡区沉凝灰岩致密储集层形成的关键,⽕⼭喷发后⽕⼭灰尘的缓慢空降沉积区域控制着致密储集层的平⾯展布。

1071 No.11焦⽴新等:三塘湖盆地沉凝灰岩致密储集层特征及其形成条件
图5 芦1井条湖组⼆段综合柱状图
Fig.5 The integrated histogram chart of P2t2
表4 条湖组⼆段油层段沉凝灰岩压汞⽑管压⼒曲线参数
Table 4 The capillary pressure curve parameters of tuff reservoir in P2t2
综合钻测井和三维地震解释成果,精细恢复条湖组⼆段沉积期古构造图,同时利⽤钻井岩性资料、地震响应特征及分析化验资料,恢复马朗凹陷条湖组⼆段岩相平⾯分布图,叠合在⼀起可以看出(图7):①区域是⽕⼭熔岩发育区,控制着马朗凹陷⼆叠系⽕⼭岩风化壳型油藏的平⾯展布;②区域是⽕⼭碎屑岩发育区,控制着粗粒的⽕⼭碎屑岩油藏的平⾯展布;③和④区域为湖泊分布区,其中③区域为滨




 天 然 ⽓ 地 球 科 学Vol.25 
浅湖相沉积区,是泥岩、凝灰岩、泥质粉砂岩等细粒碎屑岩、
⽕⼭碎屑岩油藏的平⾯展布,⽬前已发现的沉凝灰岩油藏主要位于该区域;④区域为半深湖相
泥岩发育区,是有效源岩的展布范围。

综合分析认为条湖组⼆段沉凝灰岩储集层主要分布于凹陷腹部及南部斜坡区。

图6 条湖组⼆段油层段沉凝灰岩压汞⽑管压⼒曲线Fig.6 The capillary 
pressure curve of tuff reservoir in P2t23071 No.11焦⽴新
等:三塘湖盆地沉凝灰岩致密储集层特征及其形成条件
图7 马朗凹陷条湖组⼆段古构造与岩相平⾯分布叠合特征
Fig.7 The ancient structure and lithofacies distribution overlay map in P2t2of Malang 
Depression①⽕⼭熔岩发育区;②⽕⼭碎屑岩发育区;③泥岩、沉凝灰岩、泥质粉砂岩等混杂发育区;④泥岩发育区
4 结论
(1
)条湖组⼆段油层段储集层岩性主要以玻屑、晶屑⽕⼭尘凝灰岩为主,属于空降、⽔下沉积的产物,富含内碎屑、⽣物屑及有机质泥纹,粒度极细,具有⼀定的沉积特征。

(2
)储集空间以各类孔隙为主,原⽣孔隙多见⽕⼭尘质点间微孔及有机孔,次⽣孔隙以⽕⼭玻璃脱玻化晶间孔、
微洞和晶屑溶蚀微孔为主,收缩微缝、构造缝等较有效地沟通了各类孔隙。

(3
)储集层具有⾼排驱压⼒,孔隙⼩、数量多、喉道细⼩且分布均匀的特点,油藏具有中⾼孔、特低渗、
⾼含油饱和度的特征。

(4
)缺少陆源碎屑物质供应的相对稳定的滨浅湖相环境是斜坡区沉凝灰岩致密储集层形成的关键,
⽕⼭喷发后⽕⼭灰尘的缓慢空降沉积区域控制着致密储集层的平⾯展布,平⾯上沉凝灰岩储集层主要分布于凹陷腹部及南部斜坡区。

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59.]Tight Reservoir Characteristics and Formation Conditions of Tuff in Santang
hu BasinJIAO Li-xin,LIU Jun-tian,ZHANG Hong,FENG Ya-qin,WU Chao,ZHANG Qi,GUO Ke-cheng
(Research Institute of Exploration and Development,Tuha Oil Field Company,
PetroChina,Hami 839009,China)Abstract:The lithology of reservoir in P2t2is dominated by 
tuff in Santanghu Basin,with some amount ofdebris,bioclastic and organic mud lines.It has the characteristic of sedimentation.Based on the analysis ofrock slice,whole rock mineral and field-emission scanning electron microscope,combined with mercury 
in-jection capillary pressure curve data,a series of studies have been carried out on reservoir lithology,physicalproperty,reservoir space and pore structure.Results show that the reservoir mainly 
contains bioclastic dac-itic crystal crumbs-vitric tuf
f.Devitrification hole,microporous crystalline crumbs and intergranular corro-sion holes are the main reservoir space.The porosity has an average of 16.1%,the permeability 
has an av-erage of 0.24×10-3µm2
,and the oil saturation is averaged at 69.5%,belonging to a set of tight reservoirwith medium-high porosity,ultra-low permeability and high oil saturation.The displacement pressure ofreservoir is 3.92MPa and pore throat radius is 0.08µ
m.It is characterized by high reservoir displacementpressure,fine and homogeneously distributed throat.It is believed that tuffite of P2t2was developed inshore-shallow lacustrine environment.Lack of lacustrine environment which has relatively stable supply ofterrigenous materials is key to the tight reservoir of tuffite in the slope area.The slow airborne depositionof volcanic dust after the volcano controls the distribution of effective reservoir.Key 
words:Tight reservoir;Formation conditions;Tuff;Tiaohu Group;Santanghu Basin5
071 No.11焦⽴新等:三塘湖盆地沉凝灰岩致密储集层特征及其形成条件。

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