伊拉克A油田Asmari组膏岩特征及成因分析
The Study of Characteristic and Genetic Model for the Anhydrite in Asmari Formation in A Oilfield, Iraq

作者: 汪洪强 , 齐明明 , 孙福亭 :中海油研究总院有限责任公司,北京; 谢惠丽 :核工业北京地质研究院,北京;

关键词: 膏岩分布特征成因模式Asmari组伊拉克A油田Anhydrite Distribution Feature Genetic Model Asmari Formation A Oilfield in Iraq

摘要: 伊拉克A油田Asmari组为半局限–局限台地沉积,岩性以灰岩和白云岩为主,含少量膏岩。根据岩心、薄片、常规测井及成像测井等资料,对研究区膏岩的岩石学特征、测井响应特征、分布规律及成因模式进行了研究。研究发现,Asmari组膏岩主要以硬石膏为主,与灰岩和白云岩相比,具有低自然伽马、高电阻和高密度的测井响应特征。研究区主要发育两种类型的膏岩,一种呈薄层状与白云岩互层分布,平面局部分布,为蒸发环境下原生沉积形成;另一种呈团块状夹杂在白云岩中,为上覆厚层盐膏层卤水下渗充填胶结在白云岩溶蚀孔隙中。膏岩的发育为白云石化作用提供了有利流体环境,促进了研究区白云岩的形成;并且对储层物性、油田开发水淹规律、剩余油分布等有一定的影响。

Abstract: The sedimentary of Asmari Formation in A oilfield in Iraq is semi restricted and restricted platform, and the lithology is mainly composed of limestone and dolomite, with a small amount of anhydrite. Based on the data of core, thin section, conventional logging and imaging logging, the petrological features, logging response characteristics, distribution and genetic models of anhydrite in the study area are studied. It is found that, compared with limestone and dolomite, the anhydrite in Asmari Formation has low natural gamma, high resistance and high density logging response characteristics. There are two types of anhydrite in the study area. One is interbedded with dolomite, which is formed in the evaporation environment. The other is filled in the dolomite stone locally with lumps and plaques feature, which is caused by the fluid containing calcium sulfate from upper thick salt and anhydrite formation to cement in the dissolution pore in dolomite. The development of anhydrite provides a favorable fluid environment for dolomitization, promoting the formation of dolomite in the study area. What’s more, the anhydrite has a certain influence on reservoir properties, water flooding law and distribution of remaining oil.

1. 引言

据统计,全球近200个含油气盆地中,一半以上发现了商业性油气田,而其中58%的油气田与含膏盐岩地层有关 [1] [2] 。膏盐岩与油气有着非常密切的关系,其由于本身的塑性强、易流动、致密等特性,常作为油气藏的盖层而被学者广泛研究和分析 [3] [4] [5] [6] ,而针对碳酸盐岩储层内部分布的膏岩的研究相对较少。本文通过综合岩心、薄片、常规测井、成像测井等资料,对伊拉克A油田第三系Asmari组白云岩储层内部的膏岩开展系统研究,以期搞清碳酸盐岩储层内局部分布的膏岩的岩石学特征、测井响应特征、分布规律、成因模式及对储层和油田开发的影响。

2. 地质背景

A油田位于伊拉克东南部,构造上位于扎格罗斯造山带上的低角度褶皱带 [7] ,主力产层为第三系Asmari组A段和B段(图1)。

Asmari组沉积时期,A油田主要处于连陆半局限–局限台地的沉积背景,海平面属于整体逐渐变浅的过程。B段发育半局限台地,岩性以灰岩为主,局部发育白云岩、砂岩和泥岩;A段发育局限台地,岩性以白云岩为主,夹杂少量膏岩。Asmari组上覆Lowerfars组为一套厚约800 m的膏盐岩盖层。研究区Asmari组膏岩主要以硬石膏(CaSO4)为主,主要分布在A段白云岩中(图1)。

3. 膏岩特征

通过对研究区3口井的岩心、薄片以及43口井常规测井曲线和5口井成像资料综合分析,总结了膏岩的岩石学及测井响应特征。

Figure 1. Tectonic location and comprehensive stratigraphic column chart for A oilfield

图1. A油田构造位置及地层综合柱状图

3.1. 岩石学特征

研究区膏岩主要为硬石膏,一般呈灰白色,致密(图2(a),图2(b)),镜下呈柱状、纤维状、短条状彼此紧密排列,多数彼此定向分布(图2(c),图2(d)),塑性好。

通过岩心观察和薄片鉴定,识别出两种不同类型的膏岩,一种呈薄层状分布,质纯,厚约10~50 cm (图2(a)),与上下部白云岩界线明显,呈平行整合接触。另一种呈斑块状、团块状夹杂分布在白云岩中(图2(b)),镜下观察发现该类膏岩主要充填在白云岩溶蚀孔隙、生物碎屑体腔孔之中(图2(e),图2(f))。

3.2. 常规测井响应特征

与储层中灰岩、白云岩相比,膏岩的常规测井曲线响应特征比较典型(表1图3),其为识别膏岩的重要手段之一 [8] 。

膏岩的自然伽玛值(GR)低,一般在10~35 API左右,平均为26 API,而白云岩和灰岩的自然伽玛值高,平均值分别为35 API和42 API。灰岩和白云岩中由于夹杂膏岩团块,GR曲线表现为呈锯齿状跳跃。

膏岩的深浅电阻值比灰岩和白云岩高,平均值可达220 OHMM,而灰岩和白云岩分别为35 OHMM和52 OHMM。

膏岩的密度最大,均值为2.84 g/cm3;白云岩密度其次,均值为2.52 g/cm3,灰岩密度最小,均值为2.52 g/cm3

石膏、灰岩、白云岩声波时差区别不大。膏岩的声波时差曲线值平均值为56 us/ft,灰岩的声波时差平均值为62 us/ft,而白云岩相对低一些,平均值为51 us/ft。

a.灰白色膏岩,层状分布,质纯,与上覆白云岩界线明显,岩心照片;b.含石膏白云岩,石膏呈团块状分布在白云岩中,岩心照片;c.纯的石膏在单偏光下的特征,单偏光;d.纯的石膏呈纤维状结构,定向分布,正交偏光;e.石膏充填在溶蚀孔中,正交偏光;f.石膏充填在生物碎屑体腔孔内,正交偏光

Figure 2. The petrological feature of anhydrite on the core and thin section in Asmari formation in A oilfield

图2. A油田Asmari组膏岩岩心与岩石薄片镜下特征

Table 1. Comparison of logging feature between different lithologies in A oilfield

表1. A油田不同岩性测井响应特征对比

Figure 3. The typical identification criteria and characteristics of anhydrite in Asmari Formation in A oilfield

图3. A油田Asmari组膏岩典型识别标准与特征

3.3. 成像测井特征

成像测井作为一种比较直观地研究地下储层的资料,常在岩性识别方面发挥重要作用 [9] 。通过对研究区5口井成像测井与岩心、常规测井曲线标定,总结出了膏岩在成像测井的典型响应特征。与灰岩、白云岩相比,膏岩在成像测井响应上常呈亮斑特征,膏岩越纯,亮斑越明显(图3)。

基于岩心、薄片、常规测井和成像测井资料,建立了研究区膏岩识别标准(图3),并基于此识别了研究区每口井的膏岩并开展膏岩分布特征、成因模式及对油田开发影响的研究。

4. 膏岩分布及成因分析

4.1 膏岩分布特征

通过对研究区膏岩进行平面和剖面编图发现,膏岩主要分布在A段白云岩中,单井累计厚度分布范围为0~23.2 m,平均值为5.05 m,与A段近50 m厚的白云岩相比,膏岩发育规模较小。

平面上,膏岩主要在局部集中发育,在油田北部和中部存在两个膏岩相对发育区(图4)。纵向上,膏岩呈薄层状与白云岩互层分布,或者呈团块状夹杂在白云岩中。层状分布的膏岩单层厚度较小,分布范围在0.2~3 m (图5)。

4.2. 膏岩成因模式

4.2.1 . 蒸发沉积模式

Asmari组A段沉积时期,受扎格罗斯造山运动影响,A油田整体处于局限台地沉积环境。在持续的构造上升和干旱炎热的气候条件等因素的影响下,局限台地内部低洼处通过强烈的蒸发作用开始沉淀一定规模的膏岩 [10] [11] [12] 。同时局限台地聚集盐度较大的卤水池,水体镁钙比率高,局限台地内广泛发生准同生白云石化作用,沉积大规模的白云岩 [13] 。薄层状膏岩与厚层白云岩在纵向上呈互层状沉积,膏岩在平面上则呈局部、零星分布(图6)。

Figure 4. The thickness map of anhydrite in Asmari Formation in A oilfield

图4. A油田Asmari组膏岩厚度等值线图

Figure 5. The vertical distribution of anhydrite in Asmari Formation in A oilfield

图5. A油田Asmari组膏岩纵向分布特征(剖面位置见图4中A-A’剖面)

Figure 6. The sedimentary model of lamellar anhydrite in Asmari Formation in A oilfield

图6. A油田Asmari组薄层状膏岩沉积模式图

4.2.2. 上部卤水渗入成因

在Asmari组A段沉积结束后,A油田整体处于蒸发台地环境,沉积了厚约800 m的Lowerfars组盐膏岩。而A段白云岩在沉积之后经历了准同生成岩阶段和浅埋藏早成岩阶段,白云岩中溶蚀作用发育,形成一定规模的溶蚀孔隙和生物碎屑体腔溶蚀孔。上覆Lowerfars组盐膏层受到自然压实和扎格罗斯造山运动挤压,使饱含硫酸钙的卤水持续下渗到A段白云岩中,在白云岩中的溶蚀孔隙内胶结充填形成斑块状、团块状膏岩,夹杂分布在白云岩中。

5. 对油田开发的影响

1) 促进白云石化作用

局限台地内膏岩的沉淀可以使台地内溶液中的钙离子减少,导致粒间水或表层积水的Mg/Ca比率提高。这种富镁的卤水与表层的碳酸盐沉积物,如文石颗粒等接触或者下渗到下伏石灰岩中,会发生蒸发泵或回流渗透白云石化。因此,膏岩的发育为白云石化作用提供了有利流体环境,对研究区白云岩的形成起到促进作用。

2) 局部隔夹层

膏岩一般低孔低渗,属于非储层,不具有渗透能力。因此研究区局部分布的薄层状膏岩层可以作为一定的隔夹层,搞清膏岩平面及纵向分布可以为油田开发过程中水淹规律、剩余油分布、动态分析等研究提供指导 [14] [15] [16] 。

3) 影响储层物性

上覆盐膏层下渗的卤水胶结充填在白云岩溶蚀孔隙中,在一定程度上降低了储层物性,这也是研究区A段白云岩物性差,属于低孔、低-特低渗储层的原因之一 [17] 。

6. 结论

1) A油田Asmari组主要发育两种不同类型的膏岩,一种呈薄层状分布,质纯,与上下部白云岩界线明显,呈平行整合接触;另一种为呈斑块状、团块状夹杂分布在白云岩。

2) 与白云岩和灰岩相比,膏岩具有低自然伽马、高电阻和高密度的测井响应特征,在成像测井响应上常呈亮斑特征。

3) A油田膏岩有两种成因模式,一种为局限台地内部低洼处由于强烈的蒸发作用而沉积形成,常呈薄层状与白云岩在纵向上呈互层状分布,平面上也呈局部、零星分布;另一种为上覆Lowerfars组盐膏层中饱含硫酸钙的卤水下渗到A段白云岩中,在白云岩中的溶蚀孔隙内胶结充填形成斑块状、团块状膏岩,夹杂分布在白云岩中。

4) 膏岩的发育对A油田白云岩的形成具有促进作用,并且对储层物性、油田开发过程中水淹规律、剩余油分布等有一定的影响。

基金项目

国家重大科技专项“海外重点油气田开发钻采关键技术”(2016ZX05032-004)资助。

文章引用: 汪洪强 , 齐明明 , 孙福亭 , 谢惠丽 (2018) 伊拉克A油田Asmari组膏岩特征及成因分析。 地球科学前沿, 8, 748-755. doi: 10.12677/AG.2018.84080

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