柴达木盆地一里坪富锂卤水储层非均质性及对卤水开采的影响.pdf

储层非均质性是指储层的岩性、物性、电性、含油性以及微观孔隙结构等特征在三维空间上分布的不均一性1-3。储层非均质性控制着流体的渗流特征，决定了储层的质量，是储层表征的核心内容，对油田稳定开采和提高采收率具有重要意义4-7。与在油气储层地质学研究中成熟应用不同，长期以来，盐湖卤水储层非均质性的问题极少被关注。这与目前开采中的盐湖卤水储层通常埋藏较浅，开采难度相对较低有直接关系，然而随着浅部卤水开采强度加大，对深部资源的利用逐渐受到重视，储层的非均质性问题也突显出来。在柴达木盆地马海、一里坪和察尔汗等众多矿区都存在深部可采卤水资源量与评估储量严重不一致的问题，开采难度极大，这与盐湖深部储层非均质性强存在直接关系。本文将以一里坪矿区深部储层为研究对象，通过分析其非均质性特征，期望能够为深部卤水的高效开采提供依据。1研究区地质概况柴达木盆地为青藏高原北部发育的北西向近菱形的断陷盆地，是一个典型的中新生代陆内沉积盆地。盆地西部以阿尔金走滑断裂为界，北部为南祁连山走滑冲断带，南部为东昆仑山走滑冲断带8-11。一里坪锂矿区位于柴达木盆地中部，是一个以固体石盐、富锂卤水为主，并共（伴）生液体钾、硼、镁等盐类矿产资源且固液并存的现代内陆沉积的盐湖矿床（图1）。柴达木盆地在晚上新世时为统一的古湖，上新世末至中更新世，柴达木西北部持续抬升，次级构造相继露出水面。大浪滩、察汗斯拉图、昆特依、马海、一里坪等盆地都被次级构造进一步分割，现代地理格局的雏形已基本形成，但各盆地之间尚有水道相通7。至晚更新世末期，大约在距今35万年前，柴达木盆地发生了一次规模很大的新构造运动，致使赵宪福，赵艳军，焦鹏程，等.柴达木盆地一里坪富锂卤水储层非均质性及对卤水开采的影响 J.盐湖研究，2023，31（3）：29-34.Zhao X，Zhao Y，Jiao P，et al.The reservoir heterogeneity of reservoirs and its impact on the brine recovery in the Yiliping area，Qaidam Basin J.Journalof Salt Lake Rescarch，2023，31（3）：29-34.DOI：10.12119/j.yhyj.202303004柴达木盆地一里坪富锂卤水储层非均质性及对卤水开采的影响赵宪福1，3，赵艳军1，焦鹏程1，朱振光2，汪明泉1，胡宇飞1（1.中国地质科学院矿产资源研究所，自然资源部成矿作用与资源评价重点实验室，北京100037；2.五矿盐湖有限公司，青海 西宁810000；3.青海中航资源有限公司，青海 德令哈817000）摘要：在盐湖卤水长期的研究和开采工作中，储层非均质性的问题极少被关注。随着深部卤水的利用强度加大，难开采卤水储层非均质性的问题逐渐受到重视。以柴达木盆地一里坪富锂卤水储层为研究对象，根据其储层的岩性和展布特征，从垂向和平面两个角度进行了探索性的研究。结果表明，浅部第I卤水矿层储层的非均质性弱于深部，晶间型卤水储层非均质性略弱于孔隙型卤水储层。平面上，非均质性弱的深部优质储层主要位于研究区东北部，单个连续的富水储集体延伸范围多变，常为300800 m。因此，应优先在非均质性弱的东北部布置采卤工程，并根据富水储集体的展布特征优化开采井的深度和间距，提高开采效率。关键词：非均质性；卤水储层；一里坪；柴达木盆地中图分类号：P641.464文献标识码：A文章编号：1008-858X（2023）03-0029-06收稿日期：2021-08-30；修回日期：2021-12-15基金项目：国家重点研发计划项目（2018YFCO604801，2019YFCO605203）作者简介：赵宪福（1985-），男，博士后，研究方向蒸发岩成矿和矿山开发。E-mail：。通讯作者：赵艳军（1982-），男，博士，研究员，主要从事沉积岩石学和地质流体分析方面的研究工作。E-mail：。第 31 卷第 3 期2 0 2 3年 9 月JOURNAL OF SALT LAKE RESEARCH盐湖研究Vol.31 No.3Sep.2023盐湖研究第 31卷古湖进一步解体，形成了盆地西部分离，东部分隔的状况11-12。晚更新世晚期全新世，一里坪东南部及察尔汗湖水急剧浓缩.开始形成广布的石盐沉积，普遍进入盐湖阶段，并在全新世中期盐湖全面干涸成干盐滩，仅在其边缘残存一些小盐湖8。一里坪富锂卤水矿赋存层位为上更新统上部和全新统。全新统以石盐岩沉积为特征，上更新统岩性以含粉砂和黏土的石盐岩、含淤泥和黏土的粉砂为 主，局 部 见 中 细 砂，底 部 以 厚 层 黏 土 层 为界（图2）。2卤水储层基本特征在矿床的勘查和开采中按储层的岩性、埋藏深度、富水性强弱、涌水量情况、开采难度的差异，将一里坪卤水储层分为卤水矿层和卤水矿层，两个卤水矿层间存在透水性较弱隔水层。其中卤水矿层位于浅部的全新统地层中，储层主要以石盐岩为主，富水性较强；卤水矿层位于深部的上更新统地层图1研究区位置图Fig lLocation map of the study area图2一里坪盐湖南北向矿层展布剖面图Fig 2The south-north ore bed profile of Yiliping Salt Lake30赵宪福，等：柴达木盆地一里坪富锂卤水储层非均质性及对卤水开采的影响素第3期中，富水性弱到中等，储层为石盐、含砂石盐和粉砂。（1）卤水矿层该卤水矿层赋存于全新统湖相化学沉积中。储层岩性主要为黄白色含粉砂的石盐、灰白色石盐，矿层呈水平或近水平状产出，储层厚度由湖盆边缘向中部增加，东西长约 30 km，南北宽约 7 km，厚度0.052.84 m，平均厚度1.10 m。孔隙度变化范围为15.18%44.85%，平均值为 32.17%；给水度的变化范围为3.23%37.70%，平均值为19.47%。（2）卤水矿层该卤水矿层主要赋存于上更新统湖积、风积及化学沉积层中。分布于第I卤水矿层之下，储层岩性主要为含粉砂的石盐、粉砂质石盐、盐质粉砂、粉砂、中细砂。矿层近水平状产出，东西长约30 km，南北宽约9.0 km，厚度0.0531.70 m，平均厚度13.214 m。第卤水矿层按储层的岩性和孔隙类型可分为粉砂中的孔隙卤水（1）和石盐晶间的晶间卤水（）两 个 亚 层。1卤 水 矿 层 孔 隙 度 变 化 范 围 为12.50%46.71%，平均值为 31.38%；给水度的变化范围为1.81%35.48%，平均值为9.91%。卤水矿层孔隙度变化范围为 11.26%50.71%，平均值为27.90%；给水度的变化范围为0.38%38.00%，平均值为12.34%。晶间型卤水矿层与孔隙型相比，虽然孔隙度的平均值略小，但给水度平均值相对增大。3卤水储层的非均质性研究储层非均质性实际上就是要研究储层的各向异性，定性定量地描述储层特征及其空间变化规律。在油气藏储层研究中对提高采收率意义重大，在盐湖卤水储层的研究中以往很少运用。储层非均质性分类方案很多，最常用的是裘亦楠非均质性分类方法，将碎屑岩的储层非均质性分为两大类，宏观非均质性（层内、层间、平面）和微观非均质性（孔隙）1，2，14。本次研究主要分析宏观非均质性。由于同一矿层内并不存在明显的隔水层，且在目前的研究精度下也很难对矿层进行更为精细的小层划分和对比，很难从层内和层间进行比较系统的研究，因此仅从垂向和平面非均质性两个方面进行讨论。3.1垂向非均质性垂向非均质性包括层内和层间两部分。层内非均质性是单砂体（单层石盐层）规模内部垂向上储层质量的变化情况，主要受控于砂体粒度和沉积构造的垂向演化1，15。由于流体在非均质层中优先通过运移阻力小的输导层运移而形成优势通道，因此层内非均质性对同一储层中不同部位的富水性以及开采过程中卤水的流动方向都存在较大影响。层间非均质性是指砂层组（含盐系）内各砂层之间的差异，是对一套含水砂层组（含盐系）储层的总体研究。沉积环境和沉积相的特征和变化对储层的非均质性有直接影响15-17。研究区位于成盐盆地沉积中心区域，以浅湖相沉积为主要特征，只有在湖盆明显发生淡化的时期才会在浅湖中心沉积淤泥层，其余时间段沉积物均以含黏土的粉砂和石盐层为主。黏土含量的增高显然会降低储层的孔隙度和给水度，但在研究区范围，仅在边缘和外围，沉积微相从浅湖转变为滨浅湖，在垂向上存在正韵律特征。主体上由于储层的沉积物粒度均比较细且无明显压实，在垂向上的变化规律并不明显。裘亦楠（1992）18认为高盐度水体湖盆在蒸发阶段存在一种特殊的冲积扇辫状河一砂、泥坪盐湖蒸发岩沉积充填模式。在盐化阶段，由于淡水注入量远小于蒸发量，湖中以盐类沉积物质为主，洪泛期在滨岸地区则发育为砂坪和泥坪的间互沉积，形成层内非均质性非常强的储层18-19。为了对层内非均质性开展定量分析，计算了以给水度为主线的给水度变异系数、突进系数和级差等参数。变异系数是均方差与算数平均值的比值，用于度量统计的若干数值相对于其平均值的分散程度；突进系数即各相对均质层段最大给水度与平均给水度的比值；级差是单砂层中最大给水度与最小给水度的比值。一里坪矿区给水度非均质性主要参数的计算结果见表 1。从给水度非均质性参数的计算结果来分析，研究区卤水储层的非均质性为中等强20-21。第I卤水矿层给水度的平均值、突进系数、极差和变异系数都显示，其储层非均质性明显较第卤水矿层弱，储层质量最好。孔隙型卤水矿层（1矿层）非均质性最强，其平均给水度只有9.91%，突进系数和变异系数都显示非均质性强于矿层。由于盐岩局部可能存在重结晶的现象，导致2矿层中给水度最小值极低，导致下部晶间卤水储层（）给水度极差异常大，但总体上其储层非均质性比孔隙性卤水矿层略弱。31盐湖研究第 31卷为了更加准确、直接研究卤水储层非均质性特征，在研究区利用EH4音频大地电磁测深法开展了储层电阻率的测试工作。EH4系统是利用人工电磁场和天然电磁场测量大地电阻率的一种频率域与时间域相结合的电磁法，它是MT和CSAMT两者的有机结合体，可获得低频及高频探测均为高分辨率的视电阻率深度图像，已成功应用于地下水、油气田、煤、铀和金属矿等深部隐伏矿体的勘查工作中21-23。采用由美国 EMI公司和 Geometrics公司联合推出的新一代电磁仪EH4型StrataGem电磁系统，采用单点测量，电极距为20 m。在野外测量工作完成后，首先对原始数据进行编辑，剔除明显的干扰点，对存在静态影响的数据进行空间滤波，形成频率视电阻率等值线图，再通过二维反演，绘出二维反演断面图（图3）。断面上的视电阻率纵向上整体表现为“低阻-高阻”的宏观电性分布规律，电阻率由近地表处的 m左右，向深处逐渐增大至70 m以上。浅部的低阻层（厚度约80 m），电阻率一般小于10 m；深部的相对高阻层（海拔2 600 m以下），电阻率一般大于10 m。在浅部，低电阻率的富水带（图 3中的深蓝色）在垂向上呈透镜状，埋深常为30 m以浅（局部可至40米左右），与目前钻井揭示的松散碎屑沉积层的厚度基本一致。平面上，富水带的延伸范围多变，常为300800 m，考虑卤水储层埋藏浅、未见明显压实的特征，其非均质性明显较强。3.2平面非均质性平面非均质性是指储集层在平面上的物性差异程度，包括储集体成因单元的连通程度、平面孔隙度渗透率（给水度）变化及其差异程度等。平面非均质性是由于储集体的几何形态、规模、连续性、孔隙度和给水度的平面变化所引起的1，25-27。目前，在研究区对深部卤水钻井试采过程中发现，卤水的稳定开采较为困难。针对第卤水矿层66个钻孔的简易抽水试验表明，涌水量最大约400 m/d，平均涌水量为87 m/d，有多达60%的钻孔涌水量小于100 m/d，储层富水性中低，且变化较大，与储层的非均质性有直接关系。本次研究将每个钻孔所控制区域视为一个相对均质单元，计算了1矿层和矿层的给水度突进系数，并绘制了其平面等值线图。孔隙型卤水矿层（图4）非均质性较弱的区域主要位于研究区东北部（突进系数越接近1，非均质性越弱），晶间型卤水矿层（图5）给水度突进系数在平面上与孔隙型卤水矿层有一定相似性。孔隙型卤水储层突进系数大于0.6的非均质性较弱区域与晶间卤水储层有一定继承性，特别是孔隙卤水储层在东北部具有较好的富水前景，可在勘查开发工作中予以重点关注。图3EH4电磁成像系统测量成果解译断面图Fig 3Interpretation section of EH4 Electromagnetie Imaging System measurement results32赵宪福，等：柴达木盆地一里坪富锂卤水储层非均质性及对卤水开采的影响素第3期4结论针对一里坪富锂卤水储层以石盐岩和含黏土的粉砂为主，岩性较为单一等特点，从垂向和平面分别进行了探索性的研究。结果表明，上部第I卤水矿层的储层非均质性相对较弱；下部第卤水矿层晶间卤水储层非均质性整体略弱于孔隙型卤水储层。富水带呈透镜状，埋深常为30 m以浅，平面上延伸范围多变，常为300800 m，储层连续性较差，非均质性较强。孔隙型和晶间型卤水储层非均质性较弱的区域有一定相似性，优质的储层主要位于研究区东北部，是需要重点关注的区域。参考文献：1 纪友亮.油气储层地质学 M.北京：中国石油大学出版社，2009.2 于兴河.油气储层地质学基础 M.北京：石油工业出版社，2009.3Sahoo H，Gani M R，Hampson G J，et al.Facies-to sandbody-scale 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翟光明，徐凤银，李建青.重新认识柴达木盆地力争油气勘探获得新突破 J.石油学报，1997，18（2）：1-7.10袁剑英，陈启林，陈迎宾，等.柴达木盆地油气地质特征与有利勘探领域 J.天然气地球科学，2006，5：640-644.11张斌，何媛媛，陈琰，等.柴达木盆地西部咸化湖相优质烃源岩形成机理 J.石油学报，2018，39（6）：674-685.12 魏新俊，姜继学.柴达木盆地第四纪盐湖演化 J.地质学报，1993，67（3）：255-265.13 袁见齐，杨谦，孙大鹏，等.察尔汗盐湖钾盐矿床形成条件M.北京：地质出版社，1995.14胡望水，陈顺顺，阎振华，等.高邮凹陷花庄地区阜三段储层非均质性影响因素 J.特种油气藏，2011，18（1）：21-24.15 Veloso F M，Navarrete R，Soria A R，et al.Sedimentary heterogeneity and petrophysical characterization of Barremian tsunamiand barrier island/inlet deposits：The Aliaga outcrop as a reservoiranalogue（Galve sub-basin，eastern Spain）J.Marine and Petroleum Geology，2016，73：188-211.16 Puig J M，Cabello P，Howell J，et al.Three-dimensional characterisation of sedimentary heterogeneity and its impact on subsurface flow behaviour through the braided-to-meandering fluvial deposits of the Castissent Formation（late Ypresian，Tremp-GrausBasin，Spain）J.Marine and Petroleum Geology，2019，103：661-680.17 刘杏，祁祺，彭宇，等.河西务构造带 J11断块储层非均质性J.地质科技情报，2019，38（2）：185-194.18 裘亦楠.中国陆相碎屑岩储层沉积学进展 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co.LTD，Xining，810000，China；3.Qinghai AVIC Resourees Co，LTD，Delingha，817000，China）Abstract:Although considerable work on brine exploration of the modern salt lakes have been conducted inthe past decades，research on reservoir heterogeneity is still rare.In recent reservoir heterogeneity of brine increasingly attracts more attention due to the intensified utilization of deep brine that difficult to mining.Thisstudy focuses on the reservoirs of Li-rich brine in Yiliping area of the Qaidam Basin and tentatively exploresvertical and horizontal development of these reservoirs according to the petrology and distribution of reservoirs.The results show that，heterogeneity of the I and porous brine reservoirs is weaker than that of the deep and intercrystalline brine reservoirs，respectively.High-quality deep reservoirs with weak heterogeneity mainly distributed in the northeast part of the studied area.The extent of single brine-enriched reservoir varies significantly，ranging from 300 to 800 m orizontally.Therefore，mining engineering of brine can be preferred at thenortheast of studied area with a low heterogeneity and the depth and interval of exploitation well should be optimized on the basis of brine-rich reservoir distribution in order to enhance recovery efficiency.Key words:Heterogeneity；Brine reservoirs；Yiliping Salt Lake；Qaidam Basin34