塔里木盆地寒武—奥陶系深层白云岩储层物性高压模拟实验及其孔隙
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第２９卷第３期 ２０１５年６月 现代地质
ＧＥ０ＳＣＩＥＮＣＥ Ｖ０１．２９ Ｎｏ．３
Ｊｕｎ．２０１５
塔里木盆地寒武一奥陶系深层白云岩储层物性 高压模拟实验及其孔隙特征研究
谭俊英，朱井泉，刘 玲 （中国科学院地质与地球物理研究所，北京 １０００２９）
摘要：塔里木盆地寒武一奥陶系白云岩埋藏深、地质年代老，是重要的油气储层。根据初步的物性测试从中挑选出具 有较好孔渗性的白云岩类型：叠层石白云岩、重结晶白云岩和斑状白云岩。为了充分考虑埋藏深度、岩石成分及结构 构造对其储层物性的影响，特设计原位模拟实验，研究白云岩的孔渗性在埋藏条件下的变化规律，并分析其原因和影 响因素，同时通过光学显微镜和扫描电镜观察等手段研究其岩石学特征和储集空间类型。在参与实验的所有样品中， 叠层石白云岩显示出良好的孔渗性，由窗格孔和晶问孔组成的孔隙体系具有优良的连通性和抗压性，在深埋藏条件下 能较好地保持其孔渗性。重结晶白云岩也具有较好的储层物性，这得益于其较大的晶间孔，而晶间孔的大小取决于白 云石晶体的含量、大小以及自形程度。斑状白云岩在深埋藏条件下的储层物性较差，其缝合线孔隙在高围压下很难 保存。 关键词：白云岩；深埋藏；模拟实验；渗透率；孔隙 中图分类号：ＴＥ１２２．２ 文献标志码：Ａ 文章编号：１０００—８５２７（２０１５）０３—０６５３—１２
Ｈｉｇｈ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ａｎｄ Ｐｏｒｏｓｉｔｙ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ Ｃａｍｂｒｉａｎ－Ｏｒｄｏｖｉｃｉａｎ Ｄｅｅｐ Ｂｕｒｉｅｄ ｌｏｓｔｏｎｅｓ ｉｎ Ｔａｒｉｍ Ｂａｓｌ‘ｎ
ＴＡＮ Ｊｕｎ—ｙｉｎｇ，ＺＨＵ Ｊｉｎｇ－ｑｕａｎ，ＬＩＵ Ｌｉｎｇ （Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆＧｅｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｇｅｏｐｈｙｓｉｃｓ，Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００２９，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃａｍｂｒｉａｎ．Ｏｒｄｏｖｉｃｉａｎ ｄｏｌｏｓｔｏｎｅ ｉｎ Ｔａｒｉｍ Ｂａｓｉｎ ｉｓ ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｏｉｌ ａｎｄ ｇａｓ ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃ－ ｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｄｅｅｐ ｂｕｒｉｅｄ ｄｅｐｔｈ ａｎｄ ｏｌｄ ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ａｇｅ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｙ ｔｅｓｔｓ ｏｆ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ，ｓｅｖｅｒａｌ ｄｏｌｏｓｔｏｎｅｓ ｗｉｔｈ ｇｏｏｄ ｐｏｒｏｓｉｔｙ ａｎｄ ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ：ｓｔｒｏｍａｔｏｌｉｔｅ ｄｏｌｏｓｔｏｎｅ，ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｄｏｌｏｓｔｏｎｅ ａｎｄ ｐａｔｃｈｙ ｄｏｌｏｓ— ｔｏｎｅ，ａｒｅ ｃｈｏｓｅｎ．Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｆｕｌｌｙ ｃｏｎｓｉｄｅｒ ｔｈｅ ｉｍｐａｃｔ ｏｆ ｂｕｒｉｅｄ ｄｅｐｔｈ，ｒｏｃｋ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｎ ｒｅｓｅｒ－ ｖｏｉｒ ｐｈｙｓｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｙ，ａｎ ｉｎ ｓｉｔｕ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｔｏ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｔｈｅ ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ ｃｈａｎｇｉｎｇ ｌａｗ ｏｆ ｔｈｅｓｅ ｄｏｌｏｓ— ｔｏｎｅｓ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｂｕｒｉｅｄ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｃａｕｓｅｓ ａｎｄ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｆａｃｔｏｒｓ ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ａｔ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｔｉｍｅ，ｉｔｓ ｐｅｔｒｏｌｏｇｙ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ａｎｄ ｐｏｒｅ ｔｙｐｅｓ ａｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ ｂｙ ｍｅａｎｓ ｏｆ ｏｐｔｉｃａｌ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ ａｎｄ ｓｃａｎｎｉｎｇ ｅｌｅｃ— ｔｒｏｎ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ．Ｏｆ ａｌｌ ｔｈｅ ｓａｍｐｌｅｓ ｆｏｒ ｔｈｉｓ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ，ｓｔｒｏｍａｔｏｌｉｔｅ ｄｏｌｏｓｔｏｎｅ ｓｈｏｗｓ ｔｈｅ ｂｅｓｔ ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ， ｗｈｏｓｅ ｐｏｒｅ ｓｙｓｔｅｍ ｈａｓ ｇｏｏｄ ｃｏｎｎｅｃｔｉｖｉｔｙ ａｎｄ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ，ａｎｄ ｉｓ ｃｏｍｐｏｓｅｄ ｏｆ ｆｅｎｅｓｔｒａｌ ｐｏｒｅｓ ａｎｄ ｉｎ— ｔｅｒｅｒｙｓｔａｌ ｐｏｒｅｓ，ＳＯ ｉｔｓ ｇｏｏｄ ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ ｃａｎ ｂｅ ｍａｉｎｔａｉｎｅｄ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｄｅｅｐ ｂｕｒｉｅｄ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ．Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｄｏｌｏｓ— ｔｏｎｅ ｗｉｔｈ ｇｏｏｄ ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ ｏｗｅｓ ｔｏ ｉｔｓ ｌａｒｇｅｒ ｉｎｔｅｒｃｒｙｓｔａｌ ｐｏｒｅｓ，ｗｈｉｃｈ ｄｅｐｅｎｄｓ ｏｎ ｔｈｅ ｃｏｎｔｅｎｔ，ｓｉｚｅ ａｎｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｓｈａｐｅ ｏｆ ｔｈｅ ｄｏｌｏｍｉｔｅ．Ｐａｔｃｈｙ ｄｏｌｏｓｔｏｎｅ ｒｅｖｉｅｗｓ ｐｏｏｒ ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｄｅｅｐ ｂｕｒｉｅｄ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ，ａｓ ｉｔｓ ｓｔｙｌｏ— ｌｉｔｅ ｐｏｒｅｓ ｕｎｄｅｒ ｈｉｇｈ ｃｏｎｆｉｎｉｎｇ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｉｓ ｄｉｆｆｉｃｕｌｔ ｔｏ ｐｒｅｓｅｒｖｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｄｏｌｏｓｔｏｎｅ；ｄｅｅｐ ｂｕｒｉｅｄ ｄｅｐｔｈ；ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ；ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ；ｐｏｒｅ
收稿日期：２０１４～０９—２５；改回日期：２０１４—１２—１７；责任编辑：孙义梅。 基金项目：国家科技重大专项“深层有效储集体形成、分布规律与预测技术”（２００８ＺＸ０５００８）。 作者简介：谭俊英，男，硕士研究生，１９８８年出生，石油地质学专业，主要从事储层方面的研究工作。 Ｅｍａｉｌ：ｔａｎｈｅｒｏ２００４＠２１ ｃｎ．ｅｏｍ。 现代地质 ２０１５经 ０ 引 言 塔里木盆地的白云岩储层有着埋藏较深、地 质年代老等特点，这一直是塔里木盆地深层白云 岩研究的重大难题。而通过塔深１井的钻探发现， 在７ ０００ ｍ以下的寒武系白云岩地层中，其孔渗性 能达到储层的标准 』。深埋藏条件下的白云岩储 层物性会如何变化，其孔隙结构又具有什么样的 特征，这些都对掌握深层白云岩成藏特征以及其 储层类型优选，进而指导其油气勘探具有理论与 实际意义。 自上世纪８Ｏ年代以来，国内外学者就开始对 白云岩的孔渗性问题进行相关研究，如Ｊ ｗ Ｓｃｈｍｏｋｅｒ等认为白云岩在深埋藏条件下比灰岩更 易生成孔隙和裂缝 －３ ；Ｒ Ｂ Ｈａｌｌｅｙ等发现白云岩 的孔隙度随深度增加而持续降低 ；Ｓｈｉｎｎ和Ｒｏｂ— ｂｉｎｓ发现碳酸盐泥质沉积物３０％的孑Ｌ隙度都可以 被压实 ；Ｊ Ｅ Ａｍｔｈｏｒ等认为白云岩比灰岩能更好 地保存其原有的孔隙 ；Ｓ Ｎ Ｅｈｒｅｎｂｅｒｇ等认为白 云岩的孔隙度一渗透率的相关性优于灰岩 Ｊ，即 孔隙连通性更好；而邢凤存等认为，深部热流体 活动及有机酸的溶蚀使得白云岩的孔隙随深度增 加有增大的反序现象¨］，这对经典的孔隙演化模 式提出了挑战。 值得注意的是，前人的研究成果大多是基于 采出地表的井下岩心测试，测得的孔隙度和渗透 率都是脱离了实际地层的高压环境的研究结果。 虽然也有学者对沉积岩进行压实实验研究，但存 在不少局限性：一是模拟的深度还远远不够；二 是并没有对多种类型的白云岩分别进行研究，因 为白云岩的成分、结构、构造都会影响其在埋藏 条件下对孔隙的保存能力或孔隙、裂缝的创造 能力。 在国家科技重大专项“深层有效储集体形成、 分布规律与预测技术”的资助下，我们取得了塔里 木盆地寒武一奥陶系白云岩野外露头和井下岩心 资料。随后选取代表不同成分和结构类型的样品， 设计物理压实模拟实验。旨在原位模拟它们在深 埋条件下的储层物性，并总结其在埋藏过程中的 变化规律。同时通过光学显微镜和扫描电镜等观 察手段，研究其孔隙特征。并应用岩石力学和流 体力学，对实验结果作出合理的解释和推测。 １ 地质背景 本次研究的白云岩样品主要取自塔里木盆地 寒武一奥陶系。根据相关资料表明，塔里木盆地 寒武系的沉积环境总体为大型碳酸盐岩台地ｌ＿８ｊ。 早寒武世时东部为盆地，西部为碳酸盐岩台地； 中寒武世时海平面下降，北部为盆地，西部为碳 酸盐岩台地；晚寒武世时海平面上升，东部为陆 棚沉积，西部为碳酸盐岩台地，发育大量的菌藻 类。奥陶纪的沉积环境基本继承了寒武纪的格 局 Ｊ，早奥陶世时，海平面持续上升，为半闭塞 台地和开阔台地相沉积；中晚奥陶世，西北柯坪 地区为半闭塞台地，塔中隆起为盆地。寒武系和 奥陶系在塔里木盆地的地层系统划分与命名详见 表１。样品集中采自塔北隆起的塔河地区、中央隆 起的塔中地区和巴楚隆起区及北部坳陷的柯坪地 区（图１）。
表１塔里木盆地寒武一奥陶系地层简表 Ｔａｂｌｅ １ Ｓｔｒａｔｉｇｒａｐｈｉｃ ｓｙｓｔｅｍｓ ｏｆ Ｃａｍｂｒｉａｎ ａｎｄ Ｏｒｄｏｖｉ－ ｃｉａｎ ｉｎ Ｔａｄｍ Ｂａｓｉｎ
——＿些星二＝＿厚度／ｍ — ＿—孬 厚度／ 主要岩性
奥 中 陶下 系统
鹰山组１８０～３００ 主要为中一厚层状含云灰岩、白云 质灰岩及灰岩，呈不等厚状互层
发育中一厚层状的含灰白云岩、自 蓬莱坝组１５７～２７０云质灰岩和重结晶白云岩以及砂 屑灰岩、生屑灰岩和颗粒灰岩
由表１可知，塔里木盆地的寒武系和奥陶系 碳酸盐岩，既含有灰岩又含有白云岩，且在时代 上存在明显的负消长关系，即地层从寒武系到奥 陶系大致是白云岩段一云灰岩过渡段一灰岩段的 过渡关系 ］。其中，下奥陶统蓬莱坝组属于过渡 段，既发育结晶程度较好的白云岩也发育砂屑灰 岩和颗粒灰岩，白云质灰岩和灰质白云岩则属于 两者之间的过渡段。其中上寒武统丘里塔格下亚 群发育较大规模的叠层石白云岩。
２白云岩物性初探 首先是对塔里木盆地寒武一奥陶系主要类型 的白云岩做了一个大致的物性测试。其白云岩主
