济阳坳陷石炭二叠系储层特征及其沉积控制.pdf

第3 6 卷第4 期中国矿业大学学报 V 0 1 ．3 6N o ．4 2 0 0 7 年7 月J o u r n a lo fC h i n aU n i v e r s i t yo fM i n i n g T e c h n o l o g y J u l y2 0 0 7 文章编号1 0 0 0 1 9 6 4 2 0 0 7 0 4 0 5 2 2 0 5 济阳坳陷石炭二叠系储层特征及其沉积控制 韩会军1 ’2 ，刘华1 ’2 ，刘长江3 ，黄华州3 1 ．中国科学院广州地球化学所，广东广州5 1 0 6 4 0 ；2 ．胜利油田分公司地质科学研究院，山东东营2 5 7 0 1 5 3 ．中国矿业大学资源与地球科学学院，江苏徐州2 2 1 1 1 6 摘要以钻遇石炭二叠系的1 0 0 余口探井录井、测井资料为基础，结合岩心样品的薄片、铸体薄 片、扫描电子显微镜等岩石学分析和连通孔隙度、渗透率等物性测试，研究了石炭二叠京储层的 地层赋存和岩性等发育特征，查明了主力储层的保存与展布，揭示了石炭二叠系砂岩储层的孔隙 类型及其空间分布、孔隙度与渗透率的变化，探讨了沉积相对砂岩储层展布及物性的控制作用． 研究表明石炭二叠系储集层主要是上石盒子组、下石盒子组砂 砾 岩；主要分布于惠民凹陷、东 营凹陷和沾化凹陷的孤北地区，上石盒子组砂体分布范围不及下石盒子组砂体，但储层厚度要 大；砂岩储层孔隙类型存在7 种类型，以次生溶蚀孔隙为主；砂岩储层孔隙度均值为1 0 ．0 ％，渗 透率均值为0 ．0 2 1 0 ～- 一．4 7 ．5 1 0 一“m 2 ，属低孔低渗型；砂岩储层展布因残留地层分布制约与 沉积相关系不密切，但砂岩储层物性随沉积相不同出现规律性变化． 关键词储层；沉积控制；石炭二叠系；济阳坳陷 中图分类号P5 1 2 ．2文献标识码A R e s e r v o i rC h a r a c t e r i s t i c sa n dT h e i rD e p o s i t i o n a lC o n t r 0 1o ft h e P e r m o C a r b o n i f e r o u si nJ i y a n gD e p r e s s i o n H A NH u i j u n l ”，L I UH u a l ～，L I UC h a n g j i a n 9 3 ，H U A N GH u a z h o u 3 1 ．G u a n g z h o uI n s t i t u t eo fG e o c h e m i s t r y ，C h i n e s eA c a d e m yo fS c i e n c e ，G u a n g z h o u ，G u a n g d o n g51 0 6 4 0 ，C h i n a ； 2 ．G e o l o g i c a lS c i e n c eR e s e a r c hI n s t i t u t eo fS h e n g l iO i l f i e l dC o m p a n yL t d ．，S I N O P E C ，D o n g y i n g ，S h a n d o n g2 5 7 0 1 5 ，C h i n a 3 ．S c h o o lO fR e s o u r c e sa n dE a r t hS c i e n c e ，C h i n aU n i v e r s i t yo fM i n i n g ＆T e c h n o l o g y ，X u z h o u ，J i a n g s u2 2 1 1 1 6 ，C h i n a A b s t r a c t B a s e do nt h ed a t ao fm o r et h a no n eh u n d r e de x p l o r a t i o nw e l l sa n dl o g g i n gw e l l so f t h eP e r m o C a r b o n i f e r o u si nJ i y a n gr e g i o n ，c o m b i n e dw i t hp e t r o l o g i ca n a l y s e s i n c l u d i n gt h i n s e c t i o n s ，m o l ds e c t i o n s ，s c a n n i n ge l e c t r o nm i c r o s c o p y S E M ，a n dp r o p e r t yt e s t si n c l u d i n gi n t e r c o n n e c t e dp o r o s i t ya n dp e r m e a b i l i t yo fc o r es a m p l e s ，t h er e s e r v o i rc h a r a c t e r i s t i c sc o n c e r n i n g s t r a t i g r a p h i c a lo c c u r r e n c ea n dl i t h o l o g yo ft h eP e r m o C a r b o n i f e r o u sw e r es t u d i e d ．T h ec o n s e r v a t i o na n dd i s t r i b u t i o no fm a jo rr e s e r v o i r s ，t h ep o r et y p e sa n dt h e i rs p a c i a ld i s t r i b u t i o n ，v a r i a t i o no fp o r o s i t ya n dp e r m e a b i l i t yo ft h eP e r m o C a r b o n i f e r o u ss a n d s t o n er e s e r v o i r s ．a n dt h e c o n t r o lo fs e d i m e n t a r yf a c i e so nt h ed i s t r i b u t i o na n dp r o p e r t i e so ft h es a n d s t o n er e s e r v o i r sw e r e i n v e s t i g a t e d ．T h er e s u l t ss h o wt h a tP e r m o C a r b o n i f e r o u sr e s e r v o i r sa r em o s t l ys a n d s t o n e sa n d c o n g l o m e r a t e si nt h eU p p e r S h i h e z ia n dL o w e r S h i h e z if o r m a t i o n ，w h i c hm a i n l yd i s t r i b u t ei n G u b e ir e g i o no fH u i m i ns a g ，D o n g y i n gs a g ，a n dZ h a n h u as a g ．T h es a n d b o d yo ft h eU p p e r S h i h e z if o r m a t i o ni So fs m a l l e rs c o p eb u tt h i c k e rt h a nt h a to ft h eL o w e r S h i h e z if o r m a t i o n ．T h e r e 收稿日期2 0 0 6 1 1 1 0 基金项目国家油气专项资助项目 X Q - 2 0 0 4 0 3 作者简介韩会军 1 9 6 3 一 ，男，山东省利津县人，高级工程师，博士研究生，从事石油地质领域方面的研究 E m a i l h h j s l o f ．C O I T I T e l 0 5 4 6 8 7 1 5 3 1 8 万方数据 第4 期 韩会军等济阳坳陷石炭二叠系储层特征及其沉积控制 a r es e v e nk i n d so fp o r et y p e si ns a n d s t o n er e s e r v o i r s ，o fw h i c ht h es e c o n d a r ys o l u t i o np o r ei s m a j o r i t y ．A sa v e r a g ep o r o s i t yi s1 0 ％a n da v e r a g ep e r m e a b i l i t yi s0 ．0 2 1 0～4 7 ．5 1 0 1 F m 2 ，t h es a n d s t o n er e s e r v o i r sb e l o n gt ol o wp o r o s i t ya n dl o wp e r m e a b i l i t y ．T h er e l a t i o n s h i p b e t w e e ns a n d s t o n er e s e r v o i rd i s t r i b u t i o na n ds e d i m e n t a r yf a c i e si Sn o tc l o s eb e c a u s eo ft h er e s t r i c t i o no ft h ed i s t r i b u t i o no fr e s i d u a ls t r a t a ，b u tp r o p e r t i e so fs a n d s t o n er e s e r v o i r sv a r yw i t h s e d i m e n t a r yf a c i e sr e g u l a r l y ． K e yw o r d s r e s e r v o i r ；d e p o s i t i o n a lc o n t r o l ；P e r m o C a r b o n i f e r o u s ；J i y a n gd e p r e s s i o n 渤海湾盆地是我国东部富含油气资源的大型 裂陷盆地，济阳探区是其中最重要的油气区，石炭 二叠系是济阳坳陷深部勘探的重要领域．从“七五” 以来，先后发现了惠民洼陷曲古1 井气藏、沾化凹 陷孤北古1 井气藏、义1 5 5 井油藏等石炭二叠系原 生油气藏，显示了良好的勘探前景和潜力n 。2 ] ．石炭 二叠系是深部天然气勘探有望取得大发现的目的 层系，但目前的勘探程度和研究认识水平与新近 系、古近系相去甚远[ 3 q ] ．储层特征对原生油气藏形 成影响显著，储层条件认识是制约石炭二叠系自生 自储油气藏发现的关键[ 5 ] ．． 已有研究表明，华北石炭二叠系储层展布广 泛，以低孔低渗为主，沉积环境对储层有明显的控 制邛] ．鄂尔多斯盆地苏格里气田已投入开发，苏格 里气田与研究区同属华北石炭二叠纪原型盆地，储 层均为石炭二叠系砂体，苏格里气田石炭二叠系沉 积与储层的研究成果为本次研究工作提供的重要 启示[ 7 喝] ．本文试图探讨储层展布与物性变化的沉 积控制规律，为有效储层预测评价提供科学依据． 钻井、地震、测井资料研究表明，石炭二叠系残 留地层在济阳探区中的各凹陷均有分布，表现为南 北分区，在南部的惠民一东营凹陷残余地层的分布 范围和厚度都大于北部的沾化一车镇凹陷．残余地 层厚度变化较大，惠民凹陷曲古2 井的残留厚度最 大，达8 4 5m ，车镇凹陷大王北地区的车古2 0 6 井 厚度也达到6 1 6m ，沾化凹陷义1 5 5 井残留厚度可 达5 0 0m 以上，向周边方向厚度迅速递减，部分区 域无保存．石炭二叠系发育的地层有本溪组 C { 、 太原组 C { 一P { 、山西组 P { 、下石盒子组 聘 、 上石盒子组 P i P j 和石千峰组 P i - 9 0 ．由于地 层保存程度和残留地层厚度差异显著，故残留地层 发育也存在明显差异．石炭二叠系下部地层较为发 育，分布范围相对较广；而石炭二叠系上部地层发 育较差，分布范围相对局限． 济阳探区下石炭统为碳酸盐岩和陆源碎屑岩 及煤层交替出现的典型的陆表海清水与浑水沉积 组合，发育台地一障壁海岸沉积体系；二叠系为含 煤陆源碎屑岩沉积组合，早二叠世发育浅水三角洲 沉积体系，中晚二叠世主要发育河流体系，湖泊体 系相对次要[ 1 ∞1 1 ] ．中晚二叠世上、下石盒子组，主要 发育一套砂砾岩和泥岩组合沉积，砂砾岩是油气的 主要储层，而泥岩是很好的盖层．河流体系中发育 的沉积相类型主要有河漫平原、河道相等，沉积相 与岩性、储层物性间存在密切关系口2 | ． 1 储层发育与几何特征 1 ．1 储层发育 济阳坳陷石炭二叠系储层岩石有2 类灰岩和 砂岩．灰岩发育于石炭系本溪组和太原组，层厚一 般几十厘米至几米，多为致密的泥晶灰岩和含生物 泥晶灰岩，亮晶内碎屑灰岩少见，其内孔隙不发育， 孔渗条件很差，不满足作为工业储层的基本条件． 而砂岩在全区广泛分布，已发现了多个气田．砂 砾 岩是济阳坳陷石炭二叠系最主要的储集岩． 据研究区钻井资料统计本溪组砂体厚度很 小，一般在5m 以下，且分布不连续；太原组砂体 较本溪组明显增大，一般在1 0 ～3 0m ，但连续性 差；山西组砂体厚度进一步有所增大，一般在1 0 ～ 4 0m ，但分布范围相对局限．上、下石盒子组砂体 分布广泛，厚度多在4 0m 以上，碎屑岩的粒级也 明显较粗．石炭二叠系储集层主要是上石盒子组、 下石盒子组砂 砾 岩． 通过薄片鉴定和电镜观察，上、下石盒子组储 集岩以中细粒石英砂岩和含砾石英粗砂岩为主，含 少量的长石砂岩．总体来看，颜色以灰白、灰色和绿 色为主，结构致密，分选较好至中等，颗粒次圆和次 棱角状居多，局部可见圆状和滚圆状分选极好的的 河道砂，接触关系点式、线式和凹凸式均发育，其中 以线接触和凹凸接触较为常见．杂基含量较为少 见，石英次生加大较普遍，方解石、白云石、黏土矿 物和黄铁矿胶结物是几种常见的胶结物类型． 1 ．2储层几何特征 下石盒子组砂岩储层在惠民凹陷连续广泛保 存，厚度变化一般2 0 ～8 0m ，多在6 0m 以上；在东 万方数据 5 2 4 中国矿业大学学报第3 6 卷 营凹陷成片保存，位于凹陷西部和中北部，厚度变 化一般2 0 ～4 0m ，多在2 0m 左右；在车镇凹陷和 沾化凹陷呈孤岛状展布，厚度变化一般2 0 ～4 0m ， 孤北地区局部厚达8 0m 以上 图1 ． 图1济阳坳陷下石盒子组沉积相与砂岩储层等厚图 F i g ．1I s o p a c ho fs a n d s t o n er e s e r v o i r sa n dd e p o s i t i o n a lf a c i e so ft h eL o w e rS h i h e z if o r m a t i o ni nJ i y a n gd e p r e s s i o n 上石盒子组砂岩储层在惠民凹陷保存范围与 下石盒子组相似、但厚度略大，厚度变化一般4 0 ～ 8 0m ，多在6 0m 以上；在东营凹陷仍位于凹陷西 部和中北部成片保存、但厚度明显变大，厚度变化 一般4 0 ～8 0m ，多在5 0m 左右；在车镇凹陷和沾 化凹陷呈零星的孤岛状展布，厚度变化一般2 0 ～ 4 0m ，孤北地区局部厚达1 0 0m 以上 图2 ． 埕 翌兰P k m 隆 我f ’ 鬈7 8 况铽，～ c ，。，丁一l 砾 广 ～／毒啬／隆。荀 1 吣财 草直 特l 撼界 l 团 I 河道相 断层等值线 圈 河漫平原相 图2 济阳坳陷上石盒子组沉积相与砂岩储层等厚图 F i g ．2I s o p a c ho fs a n d s t o n er e s e r v o i r sa n dd e p o s i t i o n a lf a c i e so ft h eU p p e rS h i h e z if o r m a t i o ni nJ i y a n gd e p r e s s i o n 下石盒子组和上石盒子组砂岩储层比较，在惠 民凹陷和东营凹陷，分布范围相近，上石盒子组砂 岩储层较下石盒子组砂岩储层厚度大；在车镇凹陷 和沾化凹陷，上石盒子组较下石盒子组砂岩储层分 布范围显著变小，厚度总体变薄，但在孤北地区有 所增厚成为例外． 2 储层的孔、渗特征 2 ．1孔隙类型及其空间分布 石炭二叠系砂岩经过漫长而复杂的成岩作用 后，大量的原生孔隙几乎消失殆尽，同时形成了构 成砂岩孔隙主体的次生孔隙．在对大量普通薄片、 铸体薄片和扫描电镜观察分析的基础之上，据孔隙 的成因及结构，将本区石炭二叠系砂岩的储集空间 划分为原生粒间余孔、粒间溶孔、粒内溶孑L 、晶间 微孔、杂基微孔、超大孑L 隙及裂缝等几种类型． 原生粒间余孔呈不规则状、多角状，孔隙周边 仍残留有胶结物，晶形发育完好的自生石英和黏土 矿物常见充填其内；该类孔隙主要发育于高成熟度 的上下石盒子组石英砂岩中，一般含量不多，约占 孔隙的5 ％～8 ％，局部层段含量可能高些．粒间溶 孑L 主要是由方解石、白云石以及隐晶黏土矿物等易 溶组份溶解后而形成；此类孑L 隙在成熟度较高的长 石或岩屑石英砂岩中较为常见．粒内溶孔包括粒间 溶孔和粒表溶孔2 类，前者主要是由长石、岩屑等 易溶碎屑组分溶解而形成的，后者是长石和石英颗 粒在一定的储层环境下而形成的粒表溶孔；前者对 储层物性有一定地改善，后者一般孤立，连通性较 笺忌区 万方数据 第4 期 韩会军等济阳坳陷石炭二叠系储层特征及其沉积控制 5 2 5 差，对储层物性改善作用有限．晶间微孑L 常见于长 石石英砂岩和岩屑石英砂岩中，这些岩类中的孔隙 常常被结晶程度较高、晶体粗大的高岭石等黏土矿 物所充填，这些粘土矿物晶体中就发育了介于5 ～ I O 址m 的微孔．杂基微孔在填隙物杂基中发育，在 本区深层低孔低渗储层中也较为常见．砂岩受到了 较为强烈的溶解作用，颗粒与填隙物同时被溶解， 这样就会形成大于颗粒直径的超大孔隙，其孑L 径一 般在1 ～1 ．5m m 左右，常见的溶解组分是长石、岩 屑等及其周围的碳酸盐胶结物；刚性碎屑颗粒受到 外界应力作用后常形成粒内裂缝，碎屑颗粒压碎后 经碳酸盐充填后溶解常形成次生裂缝，这些裂缝对 妻器 莰3 0 善2 0 粼1 0 薹0 摹5 0 羞4 0 驰 糕1 0 詈o _ 亘 囫闲一丽厂1 a 车镇地区 一 ‘目_ 囫图n 低孔低渗储层物性的改善有很大的作用． 上述7 种储集空间类型在不同地区所占比重 有较大差异 图3 ．储集空间类型分布特点不同就 导致了储层储集性能的差异．沾车地区原生剩余孔 隙和粒间溶蚀孔隙所占比例较大就导致了这2 个 地区石炭二叠系储层物性整体较好．而在惠民和东 营地区微孔隙发育的特点就使得这2 个地区储层 物性较差．次生溶蚀孔隙 包括粒间溶蚀孔和粒内 溶蚀孔 在车镇和沾化地区所占比例为5 0 ％～ 7 0 ％，而在惠民和东营地区次生孔隙含量也在 3 0 ％～4 0 ％，表明了石炭二叠系有效储层中以次生 孔隙为主． 妻； 焱3 0 警2 0 粼1 0 篓。 零5 0 釜4 0 薰； 称1 0 篓o b 沾化地区 c j 惠民地区 d 东营地区 图3济阳探区石炭二叠系砂砾岩储层孔隙类型及空间分布图 F i g ．3 P o r et y p e sa n dt h e i rs p a c i a ld i s t r i b u t i o no fI s o p a c ho fs a n d s t o n ea n dc o n g l o m e r a t er e s e r v o i r so ft h e P e r m o C a r b o n i f e r o u si nJ i y a n gd e p r e s s i o n 2 ．2 砂岩储层孔隙度与渗透率 研究工作对9 8 个样品进行了实测．实验结果 表明济阳坳陷石炭二叠系砂岩储层孔隙度变化范 围为2 ．9 ％～1 6 ．4 ％，平均值为1 0 ．0 ％；渗透率变 化范围宽，为0 ．0 2 1 0 _ 3 ～4 7 ．5 1 0 1 ／z m 2 ，平均 值为3 ．0 1 0 ～“m 2 ．济阳坳陷石炭二叠系砂岩储 层属低孔低渗型，但与渤海湾盆地其他坳陷区石炭 二叠系砂岩储层相比，物性相对较好卧1 ．从散点图 上可以清楚的看出，渗透率与孔隙度呈显著的正相 关关系 图4 ． 暑 o b ≤ 槲 魁 驰 孔隙度M 图4济阳坳陷石炭二叠系砂岩 储层孔隙度、渗透率散点图 F i g ．4S c a t t e r p l o to fp o r o s i t ya n dp e r m e a b i l i t yo ft h e P e r m o C a r b o n i f e r o u ss a n d s t o n ea n dc o n g l o m e r a t er e s e r v o i r s i nJ i y a n gd e p r e s s i o n 3 储层的沉积控制 3 ．1沉积相与砂岩储层展布 如1 ．2 所述，济阳坳陷不同地区石炭二叠系保 存程度存在显著差异，砂岩储层展布首先受到残留 地层分布的制约．由图1 可见原始地层的沉积相 与残留地层的砂岩储层展布间的关系不密切；上石 盒子组较下石盒子组，沉积相对砂岩储层展布的控 制相对显著些，砂岩储层厚度带与辫状河相区比较 一致，这与上石盒子组下部辫状河相为硅质胶结的 石英细砾岩，抗风化能力非常强，更容易保存． 3 ．2 沉积相与砂岩储层物性 济阳坳陷石炭二叠系砂岩储层物性受到沉积 相、成岩作用和构造作用的共同影响．由于砂岩储 层物性与粒级、泥质含量等沉积相控制的岩石结构 成分直接相关，同时沉积相构成了成岩作用的基 础，而构造作用往往叠加在沉积成岩作用之后，表 现为接近古风化剥蚀面砂岩裂隙发育和物性变好， 影响区域相对局限．所以，沉积相对砂岩储层物性 的影响最为重要． 万方数据 中国矿业大学学报 第3 6 卷 济阳坳陷石炭二叠系砂岩储层主要由4 类砂 体构成本溪组和太原组潮坪相砂体、障壁砂坝相 砂体，山西组三角洲相砂体，上、下石盒子组河道相 砂体，其中下石盒子组为曲流河相，上石盒子组保 存砂体主要为辫状河相．对1 0 0 余口井石炭二叠系 砂岩储层的电测物性测试结果进行了统计，得到了 不同沉积相储层砂体的孔隙度、渗透率变化范围和 平均值 图5 ，可以清晰地看出相同沉积相砂岩 储层的物性变化范围很宽，成岩、埋深、构造等的影 响不容忽视；砂岩储层物性随沉积相不同出现规律 性变化，河道砂体、障壁砂坝砂体、三角洲砂体、潮 坪砂体，孔隙度和渗透率的平均值和极大值依次变 小，沉积相对储层物性的影响具有普遍性． 4 0 述3 0 避．1 趟2 0 龠1 0 0 河道障壁砂三角洲潮坪 砂体坝砂体砂体砂体 河道障壁砂三角洲潮坪 砂体坝砂体砂体砂体 a 孔隙度 b 渗透率 图5 沉积相与砂岩储层物性 变化范围与平均值 F i g , 5P r o p e r t yv a r i a t i o na n dm e a nv a l u e so ft h e P e r m o - C a r b o n i f e r o u ss a n d s t o n ea n dc o n g l o m e r a t er e s e r v o i r s 4结论 1 石炭二叠系储集层主要是上石盒子组、下 石盒子组砂 砾 岩． 2 主要分布于惠民凹陷、东营凹陷和沾化凹 陷的孤北地区，上石盒子组砂体分布范围不及下石 盒子组砂体，但储层厚度要大；砂岩储层展布因残 留地层分布制约与沉积相关系不密切． 3 砂岩储层孔隙类型存在原生粒间余孔、粒 间溶孔、粒内溶孔、晶间微孔、杂基微孔、超大孔隙 及裂缝等7 种类型，以次生溶蚀孔隙为主． 4 砂岩储层孔隙度均值为1 0 ．0 ％，渗透率均 值为0 ．0 2X1 0 _ 3 ～4 7 ．5X1 0 一肛m 2 ，属低孑L 低渗 型；但砂岩储层物性随沉积相不同呈规律性变化， 河道砂体、障壁砂坝砂体、三角洲砂体、潮坪砂体， 其孔隙度和渗透率的平均值和极大值依次变小． 参考文献 [ 1 ] 翟光明，何文渊．渤海湾盆地勘探策略探讨口] ．石油 勘探与开发，2 0 0 3 ，3 0 6 1 - 4 ． Z H A IG u a n g r u i n g ，H EW e n - y u a n ．D i s c u s s i o n so n e x p l o r a t i o ns t r a t e g yi nt h eB o h a ib a yb a s i n [ J ] ．P e r o l e u mE x p l o r a t i o na n dD e v e l o p m e n t ，2 0 0 3 ，3 0 6 1 - 4 ． [ 2 ]王兆云，何海清，程克明．华北区古生界原生油气藏勘 探前景[ J ] ．石油学报，1 9 9 9 ，2 0 2 1 - 6 ． W A N GZ h a o y u n ，H EH a i - q i n g ，C H E N GK e m i n g ． E x p l o r a t i o np r o s p e c to fP a l e o z o i cp r i m a r yo i la n dg a s p o o l si nH u a b e ia r e a [ J ] ．A c t aP e t r o l e iS i n i c a ，19 9 9 ， 2 0 2 1 - 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