南堡凹陷碳酸鹽巖潛山儲層特征及巖溶模式

張 汶 杜春曉 周連德 張國坤 呂世聰

中海石油(中國)有限公司天津分公司, 天津 300459

0 前言

近年渤海油田在碳酸鹽巖古潛山油藏的勘探取得了較大突破,但古潛山受風(fēng)化剝蝕作用及成巖作用的影響,常表現(xiàn)出儲層類型復(fù)雜、非均質(zhì)性強、油藏發(fā)育模式多樣等特征[1-3]。1994年,李定龍、王興志等人將巖溶分為沉積型、暴露型和埋藏型三大類[4-5]。2001年,金振奎、侯方浩等人對大港奧陶系碳酸鹽巖儲層與巖性、沉積環(huán)境、水動力條件、古地形、斷裂和風(fēng)化淋濾時間進(jìn)行了結(jié)合分析[6-7]。2012年,王起琮等人將巖溶儲層分為8類,儲集空間分為4類,并按儲層優(yōu)劣劃分為5類7亞類[8]。

巖溶儲層的研究取得了一定成果,但在不同區(qū)域受不同地質(zhì)影響因素的巖溶儲層特征具有較大差異,各區(qū)塊間巖溶儲層模式可類比性較差,同時,對巖溶與構(gòu)造運動、成巖作用等因素之間的相互關(guān)系還無統(tǒng)一認(rèn)識,因此,需對巖溶儲層特征、影響因素及發(fā)育模式進(jìn)行研究[9-14]。本文以南堡凹陷曹妃甸A油田奧陶系碳酸鹽巖潛山為例,通過鉆井、取心、測井、測試等對古巖溶儲層特征及發(fā)育模式重新認(rèn)識,豐富了南堡凹陷潛山的油藏模式,對油田勘探開發(fā)具有一定的指導(dǎo)意義[15-20]。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

曹妃甸A油田位于南堡凹陷南端,處于往南向沙壘田凸起過渡的斷階帶上,構(gòu)造及成藏條件優(yōu)越。據(jù)油田6口探井示,古潛山自上而下鉆遇奧陶系亮甲山組和冶里組;寒武系主要鉆遇鳳山組、長山組、崮山組、張夏組和徐莊組,其中奧陶系亮甲山組和冶里組是主要含油層段,曹妃甸A油田區(qū)域位置見圖1。

圖1 曹妃甸A油田區(qū)域位置圖

2 古巖溶儲層特征

2.1 儲層巖石學(xué)特征

2.1.1 云質(zhì)角礫巖

云質(zhì)角礫巖顏色為灰色,礫石為白云巖和灰?guī)r,角礫支撐結(jié)構(gòu),主要發(fā)育在潛山頂部。巖心和薄片見白云石呈菱形不均勻分布,白云巖受應(yīng)力作用發(fā)生破碎呈角礫狀。同時可見巖石發(fā)育高、低角度縫和網(wǎng)狀縫,多被方解石充填;并發(fā)育少量溶蝕孔,分布不均勻,形態(tài)不規(guī)則,整體連通性差，見圖2-a)～b)。

2.1.2 泥晶白云巖

泥晶白云巖為潛山的主要巖性,顏色為灰色～深灰色,通過巖心觀察為塊狀構(gòu)造,呈泥晶結(jié)構(gòu),巖性致密,受斷層及巖溶作用影響,部分深度薄片可見少量高角度縫及溶蝕孔,且多被方解石充填,未見孔隙發(fā)育，見圖2-c)～d)。

2.1.3 粉-細(xì)晶白云巖

粉-細(xì)晶白云巖為含油層段,從巖心觀察到該段的裂縫比上下層段泥晶云巖的裂縫更為發(fā)育,且多為高角度裂縫,巖心多破碎,含油飽滿、原油味濃、油脂感強,且不見巖石本色。從薄片可見,粉-細(xì)晶為泥晶不均勻重結(jié)晶形成,結(jié)晶粒度大小不均勻,裂縫較為發(fā)育,大部分縱橫交錯,互相連通,同時可見次生溶孔，見圖2-e)～f)。

2.1.4 安山巖

潛山下部還有火山巖發(fā)育。據(jù)巖心和薄片觀察,其巖性為安山巖,為灰色,巖性致密,斑晶主要為長石,黏土化嚴(yán)重,基質(zhì)中可見交織結(jié)構(gòu)。并見少量溶孔被高嶺石充填,僅見1條未充填裂縫見圖2-g)～h)。

圖2 研究區(qū)潛山各類儲層巖石學(xué)特征照片

2.2 儲集空間特征

潛山儲層具有以下特征:1)非風(fēng)化殼型巖溶儲層;早先勘探評價階段一度認(rèn)為潛山為風(fēng)化殼型巖溶儲層,但通過近期的鉆井、取心、測試發(fā)現(xiàn),潛山橫向分布局限,縱向巖溶深度各井間差異大,儲層非均質(zhì)性強,同時巖溶儲層中巖溶洞穴等儲集空間在潛山并不發(fā)育,因此儲集空間類型有待進(jìn)一步分析論證。2)儲層物性為低孔低滲,基質(zhì)孔隙差;孔隙度主要分布在2%～5%,平均值4.4%;滲透率分布在0.01×10-3～49.3×10-3μm2,平均值2.4×10-3μm2,反映出基質(zhì)孔隙對油氣儲運的貢獻(xiàn)十分有限。3)裂縫和小型溶蝕孔洞為主要儲滲空間;發(fā)育較豐富的高角度縫和溶蝕孔洞,裂縫和孔洞縫的發(fā)育程度與構(gòu)造活動和儲層巖性有關(guān)。4)儲層段電性特征明顯易于識別;潛山基質(zhì)孔隙度低,巖性致密,導(dǎo)致圍巖密度和電阻率曲線數(shù)值高,而含油層段受孔隙系統(tǒng)及流體影響,密度和電阻率曲線數(shù)值相對低,易于識別,研究區(qū)潛山各類碳酸鹽巖電性特征見表1。

表1 研究區(qū)潛山各類碳酸鹽巖電性特征表

3 古巖溶發(fā)育模式

3.1 儲層成因

研究區(qū)潛山成像測井及陰極發(fā)光資料見圖3。潛山裂縫走向以NE方向為主,其次是NW方向,兩組裂縫的分布與潛山頂面構(gòu)造圖中的斷裂系統(tǒng)基本吻合,說明裂縫受構(gòu)造作用控制明顯,見圖3-a)～b);因此,潛山物性雖整體較差,但靠近斷層地帶裂縫可能較為發(fā)育。

裂縫發(fā)育程度與巖性密切相關(guān),各類巖石裂縫減少的順序依次為:云質(zhì)角礫巖>粉-細(xì)晶白云巖>泥晶白云巖>白云質(zhì)灰?guī)r>灰?guī)r?？梢钥闯隽芽p主要發(fā)育在脆性的白云巖中,潛山巖性雖然主要為泥晶云巖,但其結(jié)晶程度有差異,結(jié)晶程度越粗裂縫越發(fā)育,曹妃甸A油田潛山各類巖石裂縫統(tǒng)計情況見表2。

地層水和有機(jī)酸對儲層有一定改善作用,沿裂縫形成了一定的溶蝕孔洞,但充填作用對儲層的影響更為嚴(yán)重,總體是對儲集空間的破壞。從陰極發(fā)光資料看出,儲層裂縫中方解脈發(fā)橘黃和亮黃色光,反映了儲集層遭受了兩期充填,見圖3-c)～d)。由區(qū)域構(gòu)造演化剖面可見,古近系沙河街組和東營組時期斷層活動強烈,而進(jìn)入新近系館陶組以后,整個斷層活動速率突然降低,基本不活動,但進(jìn)入明化鎮(zhèn)組沉積時期,其斷層又開始活動,速率開始增加,見圖4?？梢酝茰y兩次充填很可能和區(qū)域上兩次大構(gòu)造活動有關(guān)。

a)CFD 1井成像測井資料

b)CFD 2井成像測井資料

c)CFD 1井陰極發(fā)光資料

d)CFD 2井陰極發(fā)光資料圖3 研究區(qū)潛山成像測井及陰極發(fā)光資料圖

表2 曹妃甸A油田潛山各類巖石裂縫統(tǒng)計情況表

3.2 受斷裂和巖性控制的巖溶儲層模式

結(jié)合各種地質(zhì)作用,建立了研究區(qū)受斷裂和巖性控制的巖溶模式，見圖5。

古近系沙河街組和東營組時期構(gòu)造活動強烈,斷層在潛山奧陶系亮甲山組和冶里組形成了大量的裂縫,其中細(xì)晶白云巖層段裂縫系統(tǒng)更為發(fā)育,但同時斷裂溝通地表水,大氣降水沿著斷裂下滲至目的層段對其斷裂及斷裂形成的儲集空間進(jìn)行充填。

新近系明化鎮(zhèn)組以來構(gòu)造活動再次加強,斷層在形成斷裂的同時溝通地表水對儲集空間再次充填。通過兩次地質(zhì)運動,泥晶白云巖段裂縫基本被充填,但細(xì)晶白云巖段裂縫相對更為發(fā)育,仍有部分裂縫未被充填,為主要含油層段。

a)研究區(qū)主要構(gòu)造帶演化剖面圖

b)研究區(qū)主要斷裂伸展速率圖圖4 研究區(qū)主要構(gòu)造帶演化剖面及主要斷裂伸展速率圖

結(jié)合鉆井情況,油層縱向主要分布在亮甲山組兩段以細(xì)晶云巖為主的層段內(nèi),而平面上CFD 5井位于構(gòu)造低部位,巖性以泥晶云(灰)巖為主,不發(fā)育儲層,反應(yīng)出CFD 5井海拔深度-3 570 m已經(jīng)低于潛水面深度,由此可以推斷出研究區(qū)細(xì)晶云巖縱向上主要發(fā)育在亮甲山組兩個層段內(nèi),平面上發(fā)育在海拔深度-3 570 m以上的范圍。

a)新近系明化鎮(zhèn)組和第四系時期巖溶模式示意圖

b)古近系沙河街組和東營組時期巖溶模式示意圖圖5 研究區(qū)1、2井區(qū)巖溶模式示意圖

4 結(jié)論

1)曹妃甸A油田奧陶系潛山儲層受結(jié)晶程度的影響,巖性主要為泥-細(xì)晶白云巖,儲集空間主要由未充填或半充填裂縫,以及沿裂縫溶蝕擴(kuò)大的孔洞構(gòu)成,垂向及橫向分布受斷裂系統(tǒng)和儲層巖性控制。

2)潛山為受斷裂和巖性控制的巖溶模式,儲集空間的形成主要受古近系沙河街組、東營組時期和新近系明化鎮(zhèn)組兩次構(gòu)造運動影響,一方面形成了大量的斷裂系統(tǒng),其中細(xì)晶云巖段由于巖性脆,儲集空間尤為發(fā)育;另一方面斷裂溝通地表水對儲集空間進(jìn)行充填,同時造成了破壞。受充填作用影響,除細(xì)晶云巖層段,其他巖性孔隙基本被完全充填,同時結(jié)合鉆井資料,確定細(xì)晶云巖層段縱向上發(fā)育在亮甲山組的兩個層段中,橫向上主要發(fā)育在潛水面海拔深度-3 570 m以上的區(qū)域。說明儲層發(fā)育在仍有未充填或半充填縫的粉-細(xì)晶白云巖層段中,否定了原先風(fēng)化殼型巖溶儲層的認(rèn)識,該認(rèn)識對勘探目標(biāo)具有指導(dǎo)意義。