渤中19-6凝析氣田太古界潛山儲(chǔ)層地質(zhì)模式及開發(fā)策略*

范廷恩 牛 濤 范洪軍 王 帥 肖大坤 羅江華

(中海油研究總院有限責(zé)任公司 北京 100028)

1973年在遼河發(fā)現(xiàn)的興隆臺(tái)潛山油藏是中國最早發(fā)現(xiàn)的潛山油藏，被認(rèn)為是中國石油勘探和開發(fā)中的一大突破；2011年在興隆臺(tái)潛山頂面1 900 m以下發(fā)現(xiàn)了工業(yè)油流，揭示了在潛山內(nèi)幕仍發(fā)育有效儲(chǔ)層，這改變了以往潛山有效儲(chǔ)層段只分布在頂部風(fēng)化帶的認(rèn)識(shí)，豐富和完善了太古界潛山裂縫發(fā)育模式，同時(shí)也顯示了太古界潛山內(nèi)幕的巨大潛力，為太古界潛山油氣勘探打開了新思路[1-2]。21世紀(jì)以來，潛山勘探走向多元化：從潛山頂部突破進(jìn)深部內(nèi)幕，從洼中隆到洼邊隆，從高幅度潛山到低幅度潛山，從高位潛山到低位深潛山，從碳酸鹽巖潛山到變質(zhì)巖潛山。渤中19-6太古界潛山埋藏深度在3 800～5 500 m，巖性主要為變質(zhì)巖，縱向發(fā)育風(fēng)化帶和內(nèi)幕帶，內(nèi)幕帶探明儲(chǔ)量約占總探明儲(chǔ)量的40%。針對(duì)渤中19-6這種巖性特殊、內(nèi)幕儲(chǔ)層發(fā)育的低位深潛山氣田，厘清潛山儲(chǔ)層的主控因素，構(gòu)建潛山地質(zhì)模式，對(duì)渤中19-6凝析氣田開發(fā)策略的制定具有重要意義。

1 地質(zhì)概況

渤中19-6凝析氣田位于渤中凹陷西南部，東南方向?yàn)椴衬系屯蛊?，西部為埕北低凸起，同時(shí)被渤中凹陷、沙南凹陷和黃河口凹陷所環(huán)繞，呈洼中隆的構(gòu)造格局(圖1)?？v向地層自上而下依次發(fā)育第四系平原組、明化鎮(zhèn)組、館陶組、東營組、沙河街組、孔店組、局部中生界地層以及太古界變質(zhì)巖基底。其中，沙三段、沙一段以及東三段為主要的3套烴源巖層，明化鎮(zhèn)組、館陶組、孔店組等主要發(fā)育碎屑巖儲(chǔ)層，局部中生界地層巖性主要為砂礫巖和凝灰?guī)r[3-4]。

圖1 渤中19-6凝析氣田區(qū)域位置圖Fig.1 Location of BZ19-6 condensate gas field

太古界變質(zhì)巖潛山是研究區(qū)的主要含氣層段，埋藏深度3 800～5 500 m，構(gòu)造上被南北走向的郯廬斷裂切割成東、西兩部分，并進(jìn)一步被近東西向次級(jí)斷裂切割成復(fù)雜斷塊[3-4]。巖性以二長片麻巖、變質(zhì)花崗巖以及混合花崗巖為主，儲(chǔ)層空間分布復(fù)雜，儲(chǔ)集空間類型以裂縫為主，同時(shí)發(fā)育一定數(shù)量的溶蝕孔隙。潛山平均孔隙度3.9%，平均滲透率2.6 mD，具低孔低滲特征。凝析油含量平均700 g/m3，屬于特高含凝析油的塊狀凝析氣藏。本文綜合巖心、薄片、測(cè)井、露頭等資料構(gòu)建了渤中19-6潛山地質(zhì)模式，并針對(duì)潛山自身的特點(diǎn)提出了相應(yīng)的開發(fā)策略。

2 潛山儲(chǔ)層分帶特征

綜合巖心、薄片、成像測(cè)井等資料分析，渤中19-6潛山縱向逐漸由風(fēng)化帶過渡為內(nèi)幕帶[15-18]。另外，渤中19-6潛山頂部普遍發(fā)育殘積、坡積以及沖積等作用形成的砂礫巖，不同成因類型的砂礫巖直接上覆于潛山之上，中間不發(fā)育泥巖隔夾層。

2.1 潛山縱向分帶標(biāo)志

渤中19-6潛山風(fēng)化帶和內(nèi)幕帶在物性特征以及鉆時(shí)、電阻率、放射性特征等方面有顯著差異。風(fēng)化帶受風(fēng)化作用強(qiáng)，鑄體薄片中多見沿礦物邊界延伸、產(chǎn)狀不規(guī)則的風(fēng)化縫。另外，風(fēng)化帶中長石、黑云母等礦物蝕變程度較高，長石高嶺土化、黑云母綠泥石化等現(xiàn)象普遍。隨著深度增加，內(nèi)幕帶基本不受風(fēng)化作用影響，風(fēng)化縫少見，長石蝕變程度低。從裂縫發(fā)育程度看，風(fēng)化帶裂縫較為發(fā)育，成像測(cè)井平均裂縫線密度3～6條/m，儲(chǔ)集性能好，測(cè)井解釋平均孔隙度2.4%～6.5%，凈毛比0.33～0.62；而內(nèi)幕帶儲(chǔ)集層整體較差，平均裂縫線密度0.8～1.2條/m，測(cè)井解釋平均孔隙度1.7%～3.9%，凈毛比小于0.35(表1)。從電測(cè)曲線上看，風(fēng)化帶裂縫發(fā)育，鉆時(shí)和電阻率相對(duì)較低，鉆時(shí)8～29 min/m，電阻率170～1 100 Ω·m。另外，由于風(fēng)化帶受風(fēng)化淋濾作用較強(qiáng)，黏土礦物增多，伽馬能譜測(cè)井中TH、U含量明顯高于內(nèi)幕帶(圖2)；內(nèi)幕帶致密層較為發(fā)育，鉆時(shí)12～52 min/m，普遍較高，電阻率700～22 000 Ω·m，明顯高于風(fēng)化帶。綜上，通過礦物風(fēng)化程度、裂縫發(fā)育特征以及鉆時(shí)、電阻率、伽馬能譜測(cè)井等電測(cè)曲線能夠在單井上識(shí)別出風(fēng)化帶和內(nèi)幕帶。

表1 渤中19-6潛山縱向分帶標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Standard for weathered zone of BZ19-6

圖2 渤中19-6 氣田BZ19-6-7井縱向分帶特征Fig.2 Vertical zonation characteristics of Well BZ19-6-7 in BZ19-6 gas field

2.2 潛山風(fēng)化帶儲(chǔ)層特征

渤中19-6太古界潛山不同斷塊之間風(fēng)化帶發(fā)育差異較大，風(fēng)化帶厚度42～415 m。風(fēng)化帶儲(chǔ)層受構(gòu)造和風(fēng)化淋濾雙重作用控制，裂縫發(fā)育，儲(chǔ)層空間連續(xù)性較好，整體呈“似層狀”連續(xù)分布。風(fēng)化帶儲(chǔ)層主要儲(chǔ)集空間類型是構(gòu)造裂縫、風(fēng)化縫，其次是溶蝕縫、溶蝕孔等。巖心顯示風(fēng)化帶整體裂縫較為發(fā)育，同時(shí)，宏觀裂縫整體充填程度高，超過50%的宏觀裂縫完全充填，為閉合無效縫，充填物主要為泥質(zhì)、硅質(zhì)、鈣質(zhì)、鐵白云石等。成像測(cè)井解釋構(gòu)造有效裂縫開度200～600 μm，裂縫相互切割整體呈網(wǎng)狀特征，越靠近潛山頂部風(fēng)化改造作用越強(qiáng)，巖石碎裂化程度越高(圖3a)；隨著深度增加，風(fēng)化縫數(shù)量減少，以構(gòu)造縫為主(圖3b)，裂縫間的巖塊變致密。通過鑄體薄片和掃描電鏡分析發(fā)現(xiàn)，微觀儲(chǔ)集空間類型主要為微裂縫，其次是溶蝕孔隙。潛山風(fēng)化帶儲(chǔ)層測(cè)井解釋總孔隙度為3.02%～4.99%，平均4.02%；基質(zhì)孔隙度為2.60%～4.00%，平均3.46%；總滲透率為2.34～2.76 mD，平均2.60 mD；基質(zhì)滲透率為0.25～0.47 mD，平均0.34 mD。

圖3 渤中19-6氣田BZ19-6-7井太古界潛山巖心特征Fig.3 Core characteristics of Well BZ19-6-7 of BZ19-6 gas field

2.3 潛山內(nèi)幕帶儲(chǔ)層特征

潛山內(nèi)幕帶儲(chǔ)層與潛山頂部不整合面距離遠(yuǎn)，基本不受風(fēng)化作用的影響。內(nèi)幕帶儲(chǔ)層分布主要受內(nèi)幕高角度斷層控制，因此，進(jìn)山1 000 m深度范圍內(nèi)，在內(nèi)幕帶高角度斷層發(fā)育的地方仍有有效儲(chǔ)層發(fā)育，內(nèi)幕儲(chǔ)層沿?cái)鄬映省皫睢?分布，平面上沿高角度斷層方向連續(xù)分布，垂直于高角度斷層方向連通性差(圖4)。渤中19-6潛山內(nèi)幕帶巖心、鑄體薄片、成像測(cè)井等綜合分析結(jié)果表明，內(nèi)幕帶儲(chǔ)層的主要儲(chǔ)集空間類型為構(gòu)造裂縫，風(fēng)化淋濾作用形成的風(fēng)化縫、溶蝕孔發(fā)育較少，基質(zhì)相對(duì)致密，整體裂縫走向以NE向和近NE向?yàn)橹?。與風(fēng)化帶相比，內(nèi)幕帶低角度裂縫數(shù)量減少，高角度裂縫比例增加，傾角大于60°的高角度縫比例占到26.1%～49.0%。另外，由于內(nèi)幕帶受風(fēng)化淋濾作用影響小，溶蝕孔隙發(fā)育較少，長石礦物表面相對(duì)新鮮，蝕變程度較低。內(nèi)幕帶儲(chǔ)層整體較差，儲(chǔ)層凈毛比小于0.35，通過高角度斷層的識(shí)別，發(fā)現(xiàn)高角度斷層發(fā)育的區(qū)域內(nèi)幕帶儲(chǔ)層普遍發(fā)育好，高角度斷層與井點(diǎn)儲(chǔ)層特征及測(cè)試結(jié)果吻合較好。潛山內(nèi)幕帶儲(chǔ)層測(cè)井解釋總孔隙度2.13%～3.71%，平均2.92%；基質(zhì)孔隙度2.05%～3.12%，平均值2.59%；總滲透率平均2.84 mD；基質(zhì)滲透率0.01～0.60 mD，平均0.31 mD。

圖4 渤中19-6凝析氣田太古界潛山地質(zhì)模式Fig.4 Geological model of BZ19-6 condensate gas field

2.4 潛山頂部砂礫巖成因及特征

潛山頂部長期受風(fēng)化剝蝕作用，在一定條件下往往會(huì)形成原地的殘積碎屑、近距離搬運(yùn)的坡積物等，從而在潛山頂面形成一套近源緩坡退覆式的砂質(zhì)碎屑層[19-20]。渤中19-6潛山頂面普遍發(fā)育一套砂礫巖，每口井均有鉆遇，井間鉆遇砂體厚度差異大(4～60 m)。巖性主要為礫巖、含礫砂巖和砂巖，局部發(fā)育煤層，礫石成分主要是變質(zhì)巖巖塊，巖性與基底潛山巖性相同。物性整體為低孔低滲特征，平面及縱向差異大，孔隙度6.0%～9.3%，滲透率0.5～13.0 mD。

綜上所述，渤中19-6潛山受構(gòu)造、風(fēng)化及巖性等因素控制，縱向分為風(fēng)化帶和內(nèi)幕帶，其中風(fēng)化帶裂縫發(fā)育好，儲(chǔ)層呈“似層狀”連續(xù)分布；內(nèi)幕帶裂縫發(fā)育較差，受高角度斷層控制，儲(chǔ)層呈“帶狀”分布。另外，潛山頂部發(fā)育一套近源緩坡退覆式的砂質(zhì)碎屑層，全區(qū)分布。

3 潛山儲(chǔ)層主控因素

潛山儲(chǔ)層成因復(fù)雜，目前一般認(rèn)為變質(zhì)巖潛山儲(chǔ)層形成主要受巖石類型、構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和風(fēng)化淋濾三大主控因素影響[5-7]。綜合分析認(rèn)為構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和風(fēng)化淋濾是渤中19-6潛山裂縫形成的關(guān)鍵控制因素，巖石類型起到一定調(diào)節(jié)作用。

構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和風(fēng)化淋濾作用是潛山儲(chǔ)層形成的關(guān)鍵外部因素[6-7]。構(gòu)造運(yùn)動(dòng)使地質(zhì)體在拉張、擠壓或剪切應(yīng)力作用下發(fā)生破碎，形成不同尺度的構(gòu)造裂縫，而這些裂縫是潛山儲(chǔ)滲空間類型的重要組成部分。渤中19-6太古界潛山巖性相對(duì)單一，以片麻巖為主，整體暗色礦物含量較低，以石英、長石等剛性礦物為主，有利于構(gòu)造裂縫的形成。渤中地區(qū)在地質(zhì)歷史中構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，經(jīng)歷了印支運(yùn)動(dòng)、燕山運(yùn)動(dòng)、喜山運(yùn)動(dòng)多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，形成了多期斷裂系統(tǒng)。印支期揚(yáng)子板塊與華北板塊碰撞，產(chǎn)生大量北西西向的逆沖斷層；燕山期太平洋板塊沿北西西方向向東亞大陸俯沖，郯廬斷裂發(fā)生左旋擠壓，派生出大量北東向的斷層；燕山早期渤海灣盆地進(jìn)入拉張裂陷階段，在近南北向的拉張作用下，形成了大量東西向張性正斷層[3-4]。多期復(fù)雜的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)形成了大量不同尺度、不同產(chǎn)狀的斷層，這些斷層在很大程度上控制了潛山的裂縫分布。斷層及斷層周圍一定范圍內(nèi)為應(yīng)力集中區(qū)，往往會(huì)派生或次生一些構(gòu)造裂縫，形成的構(gòu)造裂縫不僅可以直接作為潛山巖體的儲(chǔ)滲空間，也為巖體出露地表后的風(fēng)化淋濾提供了基礎(chǔ)。類比其他潛山油氣田及野外地質(zhì)露頭勘測(cè)結(jié)果認(rèn)為，斷層單側(cè)影響裂縫發(fā)育的距離約為150 m。另外，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)過程中構(gòu)造隆升、沉降等作用，控制了溝、脊等不同地貌單元的形成，在不同應(yīng)力場(chǎng)作用下發(fā)育不同程度和不同產(chǎn)狀的裂縫，而不同地貌單元暴露地表期間發(fā)生差異性風(fēng)化和剝蝕作用，裂縫發(fā)育進(jìn)一步復(fù)雜化。

風(fēng)化作用對(duì)潛山儲(chǔ)層形成的影響在一定程度上受構(gòu)造裂縫發(fā)育程度的控制。風(fēng)化作用會(huì)對(duì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)過程中形成的裂縫進(jìn)一步改造，在地表各種地質(zhì)應(yīng)力作用下，會(huì)形成不同尺度的風(fēng)化縫、壓力卸載縫等，地表水的淋濾及溶蝕作用會(huì)進(jìn)一步增大裂縫的開度，增強(qiáng)潛山滲流能力[8-14]。當(dāng)然，過度的風(fēng)化作用也會(huì)對(duì)儲(chǔ)層造成損害，一方面，強(qiáng)烈的風(fēng)化作用會(huì)導(dǎo)致長石、黑云母等礦物黏土化，形成的黏土則會(huì)堵塞裂縫和孔隙，降低潛山儲(chǔ)層滲流能力。另一方面，強(qiáng)烈的風(fēng)化作用導(dǎo)致巖體碎裂化嚴(yán)重，使得巖體不穩(wěn)定而容易發(fā)生垮塌或被流水等介質(zhì)破壞等剝蝕作用，其結(jié)果是風(fēng)化帶難以有效保存下來。

巖石類型是控制潛山裂縫形成的內(nèi)因，主要控制潛山在外力作用下形成裂縫等儲(chǔ)滲空間的難易程度。當(dāng)巖石礦物成分中黑云母、角閃石等韌性強(qiáng)的暗色礦物含量較多時(shí)，在構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的改造過程中則不宜形成構(gòu)造裂縫，但在風(fēng)化淋濾作用下，暗色礦物容易發(fā)生溶蝕形成溶蝕孔隙。統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，渤中19-6潛山中央構(gòu)造脊東西兩側(cè)暗色礦物含量差異明顯，其中西塊暗色礦物含量低，平均暗色礦物含量3.9%，儲(chǔ)層厚度120～420 m，測(cè)試產(chǎn)量(18～31)萬m3/d，無阻流量(45～160)萬m3/d。東塊暗色礦物含量較高，平均暗色礦物含量7.5%，儲(chǔ)層厚度38～253 m，測(cè)試產(chǎn)量(1.1～20.0)萬m3/d，無阻流量(1.2～70.0)萬m3/d，東塊儲(chǔ)層物性及測(cè)試產(chǎn)能明顯比西塊好。

4 潛山開發(fā)策略

基于渤中19-6凝析氣田潛山地質(zhì)模式及裂縫分布規(guī)律，確立了“基于風(fēng)化帶儲(chǔ)量，兼顧內(nèi)幕帶儲(chǔ)量”的儲(chǔ)量動(dòng)用原則，主要開發(fā)動(dòng)用風(fēng)化帶儲(chǔ)量，部分動(dòng)用內(nèi)幕帶裂縫發(fā)育優(yōu)勢(shì)區(qū)域儲(chǔ)量。另外，風(fēng)化帶與內(nèi)幕帶之間由不同尺度的裂縫或內(nèi)幕高角度斷層溝通而上下連通，整個(gè)潛山是一個(gè)連通體，為一塊狀油氣藏。因此，基于潛山地質(zhì)、油藏模式的認(rèn)識(shí)，渤中19-6太古界潛山采用一套開發(fā)層系開發(fā)，主力開發(fā)潛山風(fēng)化帶、試驗(yàn)性開采潛山內(nèi)幕帶。

4.1 開發(fā)方式

渤中19-6氣田儲(chǔ)量大、儲(chǔ)層物性差、凝析油含量高。開發(fā)過程中，地層壓力低于露點(diǎn)壓力后，凝析油析出會(huì)造成凝析油損失。針對(duì)渤中19-6氣田情況，提出初期采用注氣開發(fā)，后期根據(jù)地層壓力下降情況適時(shí)轉(zhuǎn)為衰竭開發(fā)的方式，通過回注伴生氣，減緩凝析油損失，提高凝析氣田開發(fā)效果。

室內(nèi)實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果表明，通過注氣將地層壓力保持在露點(diǎn)壓力以上，凝析油采收率可以顯著提高；數(shù)值模擬結(jié)果表明，采用周期注氣可進(jìn)一步提高凝析油采收率。綜合理論研究、室內(nèi)物理模擬實(shí)驗(yàn)、數(shù)值模擬驗(yàn)證，提出海上低滲裂縫性凝析氣藏周期注氣提高凝析油采收率技術(shù)?；诓持?9-6地質(zhì)模型，通過數(shù)值模擬進(jìn)行開發(fā)指標(biāo)對(duì)比，相比衰竭開發(fā)與常規(guī)的連續(xù)注氣開發(fā)，周期注氣方案累產(chǎn)油及累產(chǎn)氣都明顯提高(圖5)，凝析油采收率可分別提高15個(gè)百分點(diǎn)、3個(gè)百分點(diǎn)。

圖5 渤中19-6氣田不同開發(fā)方式數(shù)值模擬指標(biāo)對(duì)比Fig.5 Comparison of development indexes under different development modes in BZ19-6 gas field

4.2 井網(wǎng)部署

基于潛山巨厚裂縫性儲(chǔ)層縱向分為風(fēng)化帶和內(nèi)幕帶的分帶模式，采用水平井與定向井聯(lián)合開發(fā)，發(fā)揮各自井型優(yōu)勢(shì)的空間立體井網(wǎng)模式(圖6)。為進(jìn)一步提高注氣開發(fā)效果，充分利用重力輔助驅(qū)油，采取儲(chǔ)層頂部注氣，儲(chǔ)層中下部采氣的注采井網(wǎng)部署方式。此外，為提高單井產(chǎn)量、擴(kuò)大氣驅(qū)波及體積，在井軌跡的設(shè)計(jì)中應(yīng)結(jié)合裂縫發(fā)育方向，采用井軌跡與裂縫斜交45°角的布井方式，提高單井產(chǎn)量。注氣井避開裂縫帶，減緩氣竄；注采井主流線方向與裂縫走向呈一定夾角，增加注氣波及面積，提高采收率。

圖6 渤中19-6氣田立體井網(wǎng)部署示意圖Fig.6 Deployment mode of three dimensional well pattern in BZ19-6 gas field

另外，渤中19-6潛山裂縫性儲(chǔ)層充填程度高，表現(xiàn)為低孔、低滲特征。在開發(fā)實(shí)施過程中，微裂縫發(fā)育導(dǎo)致的固相侵入、微裂縫內(nèi)顆粒運(yùn)移可產(chǎn)生速敏性損害以及低孔低滲造成的水鎖損害。因此，在實(shí)施過程中務(wù)必做好潛山低滲儲(chǔ)層保護(hù)工作，避免儲(chǔ)層傷害，保障油氣井穩(wěn)產(chǎn)和增產(chǎn)。

5 結(jié)論

1) 渤中19-6潛山受構(gòu)造、風(fēng)化及巖性等因素控制，縱向分為風(fēng)化帶和內(nèi)幕帶，其中風(fēng)化帶裂縫發(fā)育好，儲(chǔ)層呈“似層狀”連續(xù)分布；內(nèi)幕帶裂縫發(fā)育較差，受高角度斷層控制，儲(chǔ)層呈“帶狀”分布。另外，潛山頂部發(fā)育一套近源緩坡退覆式的砂質(zhì)碎屑層，全區(qū)分布。

2) 潛山儲(chǔ)量動(dòng)用遵循“立足風(fēng)化帶，兼顧內(nèi)幕帶”的原則，采取儲(chǔ)層頂部注氣，儲(chǔ)層中下部采氣，充分利用重力輔助驅(qū)油的空間立體井網(wǎng)部署模式。結(jié)合裂縫發(fā)育方向，采用井軌跡與裂縫斜交45°的布井方式，提高單井產(chǎn)量；注采井主流線方向與裂縫走向呈一定夾角，增加注氣波及面積，提高采收率。

3) 渤中19-6潛山儲(chǔ)集空間以裂縫為主，物性為低孔、低滲特征，微裂縫發(fā)育導(dǎo)致的固相侵入、微裂縫內(nèi)顆粒運(yùn)移可產(chǎn)生速敏性損害、低孔低滲造成的水鎖損害。在實(shí)施過程中務(wù)必做好潛山低滲儲(chǔ)層保護(hù)工作。