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塔里木中央隆起带东河塘组沉积相与储层特征研究

发布时间:2017-02-10      文章来源:论文无忧网

第一章 引言
    1.1选题依据及研究意义
塔里木盆地位于中国新疆西北部,其面积达53万平方公里地层厚度最厚超过了16000米,平均地层厚度为8400米,海拔高度800-1300m,为我国最大内陆盆地,塔里木盆地地貌以沙漠戈壁为主,油气储量十分丰富并且海相和陆相两大体系的沉积岩层都有发育(张翔,2009),本文所述的塔里木盆地中央隆起带东河塘组主要为海相沉积。塔里木盆地中央隆起带泥盆系东河塘组广泛分布于巴楚隆起、卡塔克隆起、顺托果勒隆起和塘沽吧死坳陷、麦盖提斜坡等覆盖区。各大油气公司在塔里木盆地东河塘组进行了大量研究勘探开发工作,取得了很多成果:1989年在塔里木盆地哈拉哈塘凹陷背面第一次获得了389m/d的油流,这是我国发现的第一个海相成因的油田,在次年7月,位于塔里木盆地北部的东河1井“石炭系”地层在塔里木石油勘探开发指挥部的作业下获得高产油气显示,这标志着这套厚达200多米的海相成因石英砂岩将成为今后各油气公司在塔里木盆地勘探开发中的重点开发层位,甚至在今后我国石油开发中也有极高的地位(王秋明、张纪易, 1992)。这个海相成因的石英砂岩在当时被称为“东河砂岩”,其后随着研究深入而又被命名为东河塘组。自塔里木盆地各大油气公司开展以开发油气为目的以来,就在塔里木盆地中央隆起区的泥盆系东河塘组中获得重大突破。东河油田的东河塘砂岩油藏储层具有构造小、储量丰度高,是典型的小量高产的背斜油藏,并且在今天保持着稳定产量,从上世纪90年代油藏被发现以来现金石油产量约占中石油塔里木油田总产量的一半。 前人针对塔中地区东河塘组的沉积构造特征、层序地层、沉积相特征以及岩相古地理等特征做过多年研究,特别对塔里木东河砂岩的沉积相以及储层特征认识存在分歧,对砂体的成因时期也存在争议。前人对研究区的研究往往从大的地层入手,在对塔里木盆地中央隆起带东河塘组的沉积相的研究做了大量工作,也留下许多宝贵的经验和资料,但是对塔里木中央隆起带的东河塘组储层特征研究较少。
 
本论文主要资料来来自于导师所做的中石化的项目:《中央隆起带古生界碎屑岩地层层序与沉积相研究》,选择《塔里木盆地中央隆起带东河塘组储层特征研究》为题目,以塔里木盆地中央隆起带泥盆系东河塘组东河砂岩为研究对象,重点研究塔里木盆地中央隆起带东河塘组层序地层特征、沉积相特征以及东河塘组储层特征,为塔里木盆地中央隆起带东河塘组进一步油气勘探开发提供基础资料和科学依据。
 
     1.2国内外研究现状
    由佩顿于上世纪90年代末编写的论文《地震地层学》提供给了大家一个处理地震资料数据的方法:除了常规的在地震测线中寻找构造运动所形成的油气构造圈闭,其实更应侧重于在地震资料中识别岩性以及储层特征等信息(邹才能等,2002)。上世纪80年代有学者根据地震地层学、石油与天然气地质学以及沉积学所综合提出了层序地层学。层序地层学是以地震地层学为指导,以海相地层大陆边缘地层沉积特点所结合再综合各个相关学科所形成的。近年来,在理论联系实际以及生产运用中都取得了重大突破与发展
    目前层序地层学的主要学派分海相学派和陆相学派。海相学派中,各家对层序边界的概念有所差异。以Exxon石油公司的P.R.Vail为代表,强调将不整合面和与之对应的整合面作为层序的边界(VailPR,1979)。以Galloway为代表的学派采用最大洪泛面作为层序边界(Galloway,1989);陆相学派又分为类海相、单一成因、构造学派、综合学派等。层序地层学特别强调全球海平面周期变化对地层层序形成的重要影响;在应用上,通过建立相对等时的层序地层格架,进行沉积体系时空展布规律研究,对盆地的地层分析和盆地级别的储层展布规律预测提供了坚实的理论基础和油气勘探的有效手段,也推动了石油地质学的发展(郑荣才等,2003;邓宏文等,2002)。
    高分辨率层序地层分析理论和技术的出现进一步提高了层序地层分析的垂向分辨率和储层预测的准确性,其对砂体的可预测性在陆相地层油气勘探、开发中发挥了显著的作用和重要的影响(CrossTA,1996)。层序地层学已经被普遍应用于陆相环境中沉积相的研究及解释其时空组合特征,并以此说明在冲积扇、河流、三角洲或扇三角洲、湖泊和湖底扇等沉积体系中各类砂体的时空展布和演化规律(李勇等,1992;徐怀大,1997)。
    我国学者对陆相层序地层学的研究集中在陆相层序和层序边界的定义、划分和识别标志,并在建立的相对等时的层序地层格架内进行沉积体系域和准层序的划分和识别。目前在很多基于基准面旋回的陆相层序地层研究中,将一个完整的层序划分为上升体系域和下降体系域,以期能够更加精确的刻画沉积微相和储集砂体的时空展布。近年来的实践表明,Cross的高分辨率层序地层学的理论和方法,更适用于未受海(湖)平面升降直接控制的冲积扇、河流、三角洲、海(湖)底扇等陆相沉积体系的精细划分和对比(郑荣才等,2000;邓宏文等,1995)。
  上世纪60年代在全球发现了许多大型油气藏,国内外学者对于储层砂体展布特征以及不均质性储层的评价与成藏有利区的预测成为热点问题,其中应用沉积学思路解决相应问题的一门学科-储层沉积学诞生。他是一门以沉积学与储层相应学科相交叉所形成的学科,主要是运用沉积学的手段以及相应的分析方法来搞清楚同种地质条件下储层的沉积特征以及储层的非均质性研究。在20世纪70年代末,《石油工艺》杂志发布了专刊是关于储层沉积学的论文,这是第一次明确提出储层沉积学这门学科,是里程碑式发布(于兴河,2002)。到了90年代末21世纪初,石油工程师理查森在美国提出了储层沉积学是未来各大石油公司提高产油率的五大关键技术之一
        上世纪70年代初,国内外学者对于储层孔隙做了大量研究,在90年代初麦克唐纳等知名学者提出了储层在成岩作用作用下烃源岩会形成大量酸性物质溶蚀岩石形成储层的次生孔隙(麦克唐纳,1993)。思尔丹在上世纪80年代提出了碎屑岩孔隙中次生孔隙是在有机物和无机物作用下形成的,在他做的试验中有机物在熟化过程中会产生有机酸以及硅铝酸盐,而次生孔隙就是在此作用下形成的(思尔丹,1984)。在后来发现的大量油气藏其中有近一半的油气藏主要是储层成岩作用形成的,改变了砂岩储层主要以原生孔隙为主的观点,使全球非均质性砂岩储层勘探进入了一个新的时期(朱筱敏等,2008)。碎屑岩储层中次生空隙的发现为寻找油气藏提供了理论依据,使划分成藏有利区更加准确。并且在如今对于中深部油气藏的勘测提供了技术支撑,中深部油气藏的碎屑岩储层主要是具有不均质性特征的并以纵向空间上以分带性为特征的含有次生孔隙的碎屑岩。如今全球已经勘探出了深部(>4000m)大型碎屑岩油气藏(钟大康等,2008)。可是知道现在我们对于发现砂岩优质储层圈定有利区还是有很大的困难,主要是因为砂岩在成岩过程中受到了很多因素控制:砂岩结构特征,成分组成以及成岩时时间温度都会影响砂岩储层发育(朱筱敏等,2008;裘亦男等,1991)。所以针对这个问题国内外专家学者做了许多研究,在各大学术期刊上都有关于碎屑岩储层的论文,产生了许多的新观点以及新的研究方法,一些研究方法对本文有重要意义
  上世纪80年代以来,随着其他交叉学科的进步与发展,对于碎屑岩储层的研究方法加入了层序地层学以及地震地层学等技术手段,在储层沉积学的理论基础上加入了地震地层,测井地层等研究手段。此后各个学科间出现了交叉和融合,以层序地层学为理论指导,运用层序地层格架与储层成岩作用共同研究储层的特征,归纳出层序地层格架以及体系域的不同类型对于储层的影响关系,以此形成的交叉学科-成岩层序地层学(纪友亮等,1998;田景春等,2005)。我国油气勘探在1980年代在裘怿楠先生等专家学者的共同倡议下,各大石油公司设计项目总会涉及到油气开发中遇到的各种储层研究中的沉积问题(于兴河,2002)。目前国内各石油公司主要是从测井资料、钻井资料、地震资料以及实验分析资料入手,以储层沉积学,岩石学,沉积学等基础学科作为理论支撑。通过单井测井资料、野外资料、X光衍射、岩心库岩心描述、镜下薄片观察、常规薄片检测、阴极发光和扫面电子显微镜等研究方法,以从各方面评价碎屑岩储层形态,储层大小以及储层砂体空间展布。随着国内外石油勘探技术不断推进成熟,运用储层沉积学对碎屑岩储层的研究也越来越重要(朱筱敏,2008;裘亦男,田景春等,2010)。
上世界90年代有专家学者发现在开放体系中大气中的水也会对碎屑岩颗粒产生溶解从而形成次生孔隙,从而更新了学者们对碎屑岩储层次生孔隙质量的预测模式以及预测指标。构造作用形成的不整合面对于碎屑岩储层质量有极大的影响,不整合面下的孔渗性能有明显改善,以第三纪中新统的砂岩储层为例,其长石岩屑会经水的溶蚀作用形成储层次生孔隙。最近研究表明,水的淋滤作用可以对地下两千米以上的地层起到作用。水对于砂岩储层的质量起到了极大的改善作用(黄思静等,2004;钟广法,1996)。
1.2.2 东河塘组研究现状
东河塘组为1989年塔北东河1 井5726-5930m段所钻遇的一套纯白色成分成熟度和结构成熟度均较高的滨岸相细粒石英砂岩。自东河1井获得高产工业性油气流以来, 东河塘组作为中国首例高产海相砂岩储层备受关注, 对其层序地层、石油地质条件和勘探方向、油气藏特征和成藏模式进行大量研究. 尤其是对东河塘组地层归属问题层引发讨论, 顾家裕和郭建华(2006)认为东河塘组是石炭系底部一个层序海侵体系域的沉积产物, 朱怀诚(2005)在塔中45井下泥岩段之下地层中发现盾皮鱼(Placoderm) 化石,认为东河塘组时代应归属晚泥盆世. 对于沉积环境的判别也有不同观点,顾家裕认为东河塘组属于滨岸环境, 郭建华(2006)认为是洪积环境, 朱筱敏(2004)认为是障壁海岸环境, 也有学者从塔里木盆地构造演化的复杂性研究东河塘组沉积环境的差异性。根据地质和地球物理资料综合研究结果,张福顺认为东河塘组是在巴麦地区属于滨岸环境,孔隙类型以溶蚀粒间孔为主, 优质储层发育受滨岸砂坝的相控。
     郭建华(2006)认为阿克库勒地区东河砂岩包括了含泥砾砂岩、分选好的中- 细粒砂岩、粉砂岩及泥岩,是一个具有完整海侵- 海退旋回的标准层序,顶、底分别为两个不整合面所限,为Ⅰ型层序边界。东河砂岩自下而上明显地分为低位体系域、海侵体系域与高位体系域。由于低位体系域是陆上河流的充填沉积,因此,盆地内低位体系域不发育,分布局限。海侵体系域主要为受潮汐控制的滨岸沉积,由一系列向上变浅和变细的副层序堆积成退积的副层序组,副层序由下部的潮下砂坝向上逐渐变化为潮间砂坪、砂泥混合坪及泥坪。高位体系域主要分布于东河砂岩的上段,由于东河砂岩的不断沉积,在达到最大海泛面之后,滨岸带海水循环畅通,形成了以波浪作用为主的浪控滨岸沉积体系,主要是以分选好的灰白色中- 细粒砂岩为特征,构成了特色十分鲜明的“东河砂岩”。
   杨松岭(2004)等认为根据东河砂岩所含古生物、盆地与东西昆仑的构造关系,把东河砂岩时代定为晚泥盆世,但根据不整合规模的分析,认为东河砂岩地层与石炭系同属于一个构造层,古构造格局相似,控油因素相似,应和石炭系在一起研究。
     中石油把东河砂岩划分为石炭系的底部,区内石炭系自下而上包括巴楚组、卡拉沙依组和小海子组,东河砂岩段位于巴楚组底部。中石化则把东河砂岩划分为泥盆系的顶部,区内泥盆系自下而上包括克孜尔塔格组、东河塘组,东河砂岩段位于东河塘组。本文以中石化的划分方案为主。
   东河砂岩组在盆地内部以砂岩为主自下而上可划分为三个岩性段:底砾岩段,岩性以砂砾岩为主;非均质砂岩段,岩性以砂岩为主夹泥岩;均质砂岩段,主要为较纯净的块状砂岩。
   刘辰生(2007)认为阿克库勒地区东河砂岩以石英砂岩为主,成熟度较好,但物性较差,平均孔隙度小于10%,平均渗透率为5.41×10-3μm2.该区东河砂岩具极强的非均质性,这种非均质性与沉积相类型和成岩作用有关.滨岸相沉积的东河砂岩一般具较好物性,而潮坪相沉积的东河砂岩储集层物性较差.对东河砂岩物性影响较大的成岩作用包括胶结作用和大气降水淋滤作用.其中,碳酸盐岩胶结是主要胶结类型,对储集层物性的破坏作用最大,石英次生加大和粘土矿物胶结降低了储集层物性,也降低了孔隙的连通性,大气降水的淋滤作用使东河砂岩段顶部砂体储集物性变好.由于哈得逊地区和塔中地区东河砂岩沉积相类型和构造位置不同于阿克库勒,其储集层物性较阿克库勒好.
     随着勘探领域的不断拓宽,在巴楚隆起、卡塔克隆起、沙雅隆起、满加尔坳陷、喀什坳陷以及麦盖提斜坡等地区均钻遇到类似“东河砂岩”砂体地层。前人对该 套砂体地层做了大量的基础研究工作,认为东河砂岩为一套晚泥盆世-早石炭世的向东超覆的滨岸砂岩,但这套砂体发育的沉积特征仍不清楚。
    为此张惠良、杨海军(2009)等人利用大量的钻井岩心和测井沉积相等资料,结合层序地层学理论,认为东河砂岩段为晚泥盆世晚期至早石炭世早期海侵体系的底砂岩或底砂砾岩段地层,全盆地范围内东河砂岩段是一个穿时的岩石地层单元,即从晚泥盆世晚期穿时沉积到早石炭世早期。盆地内不同地区的东河砂岩是一个同相异时的沉积砂体,砂体的沉积和展布受到了古隆起和古凸起的控制。不同地区东河砂岩的沉积前古地貌特征、地层沉积模式、沉积环境演化规律、砂体发育期次不同,因此,其油气藏类型也就不相同,须针对不同地区的东河砂岩段采取不同的开发对策。塔中凸起地区下石炭统下段泥岩超覆在塔中第3期东河砂岩上,具有形成良好河口湾下切水道岩性尖灭圈闭和地层超覆圈闭的地质条件,储层性质以中高孔中高渗为主,在塔中地区应重视岩性地层圈闭和地层超覆油气藏的勘探。塔北地区东河砂岩超覆在古隆起上,发育分布较广且厚度较大的滨岸砂体,并且深大断裂发育,有形成地层超覆和构造圈闭油气藏的地质条件。巴楚凸起和麦盖提斜坡地区两次海侵形成了2套良好的储盖组合,具备了发育地层超覆圈闭的地质条件。

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 第六章 储层发育的主要控制因素及储层综合评价
构造因素
滨岸砂体层序演化过程中岩性圈闭发育特征
(1)理论模式
滨岸砂体主要由前滨和临滨砂体组成,海侵期相对海平面上升,储集砂体不断向岸上超(图7-38)。靠岸一侧储集砂体被地层遮挡,靠海一侧被临滨相泥岩、陆棚相泥岩遮挡(图7-39)。在滨岸砂体层序演化过程中发育两类岩性圈闭:一类为地层-岩性圈闭;第二类为成岩-岩性圈闭。

(2)研究区实例
滨岸砂体岩性圈闭以东河塘组最为典型,为海侵上超所形成的滨岸砂体。在相对海平面上升时期(TST发育期),砂体不断向岸上超,就形成上倾尖灭储集砂体。在相对海平面下降时期(HST发育期),砂体向海进积(图7-40)。因此,现今发育的东河砂岩是不同时期、不同体系域所形成的砂体复合体。所以,东河塘组储集砂体实际为不等时砂体。滨岸砂体沿前期剥蚀区高地不断上超,受地层及临滨、陆棚泥岩侧向遮挡,具备岩性圈闭发育条件。
圈闭发育层位:东河塘组、克孜尔塔格组。
圈闭发育环境:滨岸(前滨®临滨)。
圈闭边界:早期为地层侧向遮挡;晚期受沉积相变控制,侧向被非渗透层临滨、陆棚相泥岩遮挡,或受砂体物性变差遮挡。
圈闭方向:平行于岸线靠岸呈带状分布。
圈闭岩性:中-细粒石英砂岩为主。
东河塘组储集砂体为典型的海侵上超所形成的滨岸砂体。其砂体厚度在缓坡处减薄、低洼处增厚、遇隆起(古陆)减薄或尖灭,这些沉积特征为形成东河砂岩岩性圈闭奠定了良好的地质基础,展示了东河砂岩岩性圈闭的良好勘探前景,寻找岩性圈闭的有利地区为斜坡带。
1、斜坡带为滨岸与陆地界面,以前滨沉积为特征,沉积物以砂砾质粗粒沉积为主,垂向上由厚层块状砂体组成,为有利储层发育带。
2、斜坡带区域与砂体之间形成地层岩性遮挡,横向上由前滨砂过渡为临滨细砂岩,构成物性变差遮挡。 
   
 结论
本论文充分利用单井测井资料,岩心库岩心描述、镜下薄片观察、常规薄片检测和扫面电镜等研究方法,对塔里木中央隆起带泥盆系东河塘组组进行了全方位的研究,对东河塘组层序地层格架、沉积相特征以及储层特征进行了研究,取得了以下主要成果。
1、在查阅地质资料对塔里木盆地中央隆起带构造演化历史进行了研究,建立了东河塘组地层划分方案,并对东河塘组上下地层进行了对比研究,将中央隆起区东河塘组划分出3个段。
即下砂岩段,中泥岩段和上砂岩段,对中央隆起带东河塘组地层特征做了系统的研究,把东河塘组划为晚泥盆世。
2、以前人研究为基础并以野外地质剖面和岩芯、测井及地震资料为依托,对塔里木中央隆起带东河塘组层序地层进行了研究。东河塘组层序界面的物质表现形式主要包括7种类型。针对塔里木盆地中央隆起带东河塘组层序地层划分把东河塘组分为四个三级层序(SQ1-SQ4)对塔里木盆地中央隆起带东河塘组开展层序划分,共划分出1个二级层序(SSQ1)、4个三级层序(SQ1-SQ4)。不同层序发育的体系域与岩性段具有较好的对比关系。在单井层序地层特征,井间层序地层对比以及地震剖面层序划分基础上,建立了塔里木中央隆起区泥盆世东河塘组层序地层格架。
3、分析了塔里木盆地中央隆起区东河塘组沉积相的识别标志,从颜色岩相结构构造等七个方面的识别标志来识别沉积相。识别出中央隆起带东河塘组主要为滨岸相沉积,中央隆起带西侧有陆棚相以及在南面发育三角洲相与河口坝相。其中滨岸可进一步划分出临滨、前滨等亚相;前滨又划为砂质前滨与砾质前滨两个微相。
4  东河塘组沉积前具西高东低、隆坳相间古地貌特征,海水自西向东逐级侵入,共发育六级台阶,发育六期滨岸砂岩,早期具典型填平补齐特征。东河塘组具有明显的滨岸相砂体异时同相沉积特征。
5、对塔里木盆地东河塘组中央隆起带的储层特征进行了研究。统计了中央隆起带在内的180多口单井进行了统计并绘制了地层厚度图,砂体厚度图,砂地比图以及沉积相图。对中央隆起带整个砂体展布进行了研究,东河塘组砂体总体呈西厚东薄,南厚北薄的状态。
 
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