錦州南油田變質(zhì)巖潛山儲(chǔ)層分類及其應(yīng)用

王雙龍 鄭 煬 程 奇 房 娜 趙健男

中海石油(中國(guó))有限公司天津分公司, 天津 300459

0 前言

潛山裂縫性油藏形成過(guò)程復(fù)雜[1-3],造成其具有儲(chǔ)集空間類型多樣、斷裂系統(tǒng)發(fā)育、非均質(zhì)性強(qiáng)等特點(diǎn),使得這類儲(chǔ)層特征及其分布規(guī)律更加復(fù)雜。這類油藏在見水后水淹規(guī)律多樣,也反映出其具有多種儲(chǔ)層類型。儲(chǔ)層特征及儲(chǔ)層類型研究對(duì)于這類油藏開發(fā)中、后期注水策略的改變及剩余油挖潛甚為關(guān)鍵。針對(duì)這類油藏儲(chǔ)層特征,前人主要從巖性分布、儲(chǔ)集空間類型、裂縫期次性、裂縫主控因素以及裂縫參數(shù)定量計(jì)算等角度開展了較為系統(tǒng)的研究[4-10],但對(duì)于裂縫儲(chǔ)層分類,尤其是基于生產(chǎn)動(dòng)態(tài)分析下的儲(chǔ)層類型,目前還缺少更為詳細(xì)的認(rèn)識(shí)。

1 巖石學(xué)特征及測(cè)井響應(yīng)特征

根據(jù)研究區(qū)巖心觀察和薄片鑒定的結(jié)果,錦州南油田變質(zhì)巖潛山巖性為區(qū)域變質(zhì)作用、混合巖化作用和動(dòng)力變質(zhì)作用形成的變質(zhì)巖(片麻巖、混合巖、碎裂巖等),同時(shí)伴隨著巖漿巖侵入形成巖脈,見表1。

表1 錦州南油田變質(zhì)巖潛山巖石類型表

1.1 主要巖石類型巖石學(xué)特征

錦州南油田變質(zhì)巖潛山巖石學(xué)特征見圖1。

片麻巖:發(fā)育粒狀變晶結(jié)構(gòu),弱片麻狀構(gòu)造。礦物主要由淺色礦物的石英(10%～25%)、鉀長(zhǎng)石(10%～65%)、斜長(zhǎng)石(6%～78%),以及暗色礦物的黑云母(5%～15%)和角閃石(1%～12%)組成。石英多呈它形顆粒,晶體干凈,分布在長(zhǎng)石之間;鉀長(zhǎng)石多為具有格子雙晶的微斜長(zhǎng)石,也可見正長(zhǎng)石和條紋長(zhǎng)石;斜長(zhǎng)石多呈半自形～它形粒狀,發(fā)育聚片雙晶,表面常見絹云母化,個(gè)別斜長(zhǎng)石風(fēng)化較強(qiáng);黑云母和角閃石局部遭到蝕變,多發(fā)生綠泥石化或碳酸鹽化,淺層的黑云母發(fā)生輕度溶蝕,形成溶蝕孔，見圖1-a)。

a)片麻巖,2井,1 750.0～1 750.6 m

混合巖:根據(jù)混合巖化作用的強(qiáng)度及脈體的含量可分為混合巖化變質(zhì)巖(混合巖化作用弱,脈體含量<15%)、注入混合巖(混合巖化作用較弱,脈體含量15%～50%)、混合片麻巖(混合巖化作用較強(qiáng),脈體含量>50%)以及混合花崗巖(混合巖化作用最強(qiáng),脈體含量接近100%)[11]。研究區(qū)主要混合巖類為注入混合巖和混合片麻巖,其新生脈體主要為偉晶質(zhì)脈體,礦物成分主要為長(zhǎng)石和石英,暗色礦物含量較少,隨著混合巖化作用增強(qiáng),混合巖暗色礦物含量減少，見圖1-b)。

動(dòng)力變質(zhì)巖:碎裂巖和碎斑巖為研究區(qū)主要的動(dòng)力變質(zhì)巖,是片麻巖和混合巖經(jīng)過(guò)構(gòu)造擠壓破碎后形成大小不一的碎塊或粉末,礦物顆粒破碎裂縫發(fā)育,鏡下觀察微裂縫多呈枝叉狀,縫寬約0.01～0.2 mm,部分微裂縫被長(zhǎng)英質(zhì)及泥質(zhì)充填,沿縫可見少量溶蝕孔。同時(shí)也可見構(gòu)造角礫巖,構(gòu)造角礫巖破碎嚴(yán)重,巖心無(wú)法取出,主要通過(guò)成像測(cè)井資料識(shí)別。

巖漿巖脈:一類為基性巖漿巖輝綠巖,主要由斜長(zhǎng)石(50%～60%)和輝石(40%～50%)組成,井上鉆遇厚度在2.82～22.52 m;另一類為由巖漿巖后期交代形成的偉晶巖[10],可見花崗偉晶巖和正長(zhǎng)偉晶巖，見圖1-c)和圖1-d),花崗偉晶巖呈灰白色,主要由斜長(zhǎng)石(45%)、石英(40%)及少量的正長(zhǎng)石和黑云母組成;正長(zhǎng)偉晶巖呈肉紅色,主要由正長(zhǎng)石(含量>90%)組成。具有塊狀構(gòu)造、偉晶結(jié)構(gòu)、文象結(jié)構(gòu),粒徑約5～30 mm,井上鉆遇厚度在3.52～42.59 m。

1.2 潛山巖性測(cè)井響應(yīng)特征

錦州南油田變質(zhì)巖潛山主要巖石測(cè)井特征見圖2。

圖2 錦州南油田變質(zhì)巖潛山主要巖石測(cè)井特征圖

常規(guī)測(cè)井系列能較好區(qū)分研究區(qū)變質(zhì)巖巖性[12],但對(duì)于礦物組分及含量相似的變質(zhì)巖,常規(guī)測(cè)井無(wú)法區(qū)分,如片麻巖與部分混合巖有相似的測(cè)井特征,可進(jìn)一步結(jié)合ECS元素俘獲測(cè)井和FMI成像測(cè)井識(shí)別共同區(qū)分。

片麻巖:自然伽馬曲線呈平直狀或低鋸齒狀,自然伽馬值為96～254 API,密度曲線和補(bǔ)償中子曲線呈“絞合狀”或“負(fù)相交”(“絞合狀”為補(bǔ)償中子曲線和密度曲線絞合在一起；“負(fù)相交”為補(bǔ)償中子曲線在左,密度曲線在右;“正相交”則反之)兩種形式,密度值為1.70～2.67 g/cm3,補(bǔ)償中子值為1.9%～18.0%。根據(jù)薄片數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),當(dāng)暗色礦物含量小于15%,密度曲線和補(bǔ)償中子曲線多呈“絞合狀”,暗色礦物含量小于15%,密度曲線和補(bǔ)償中子曲線多呈“負(fù)相交”,ECS元素俘獲測(cè)井總體表現(xiàn)為相對(duì)低硅、低鋁、高鐵特征,電阻率靜態(tài)圖上呈暗黃—黃色,可見片麻狀構(gòu)造,裂縫發(fā)育。

動(dòng)力變質(zhì)巖:測(cè)井曲線表現(xiàn)為電阻率曲線和密度曲線降低,補(bǔ)償中子曲線升高,形成向左“凹”狀,密度曲線和補(bǔ)償中子曲線呈“正相交”,構(gòu)造角礫巖在GVR電阻率靜態(tài)圖上特征明顯,為黃—棕褐色,巖石呈破碎狀,碎塊大小混雜,排列紊亂。

混合巖:自然伽馬曲線一般為中—低鋸齒狀,自然伽馬值為117～285 API,隨著混合巖化作用增強(qiáng),混合巖中暗色礦物含量逐漸減少,混合片麻巖密度曲線和補(bǔ)償中子曲線多為偏“正相交”,密度值為2.34～2.63 g/cm3,補(bǔ)償中子值為2.8%～16.9%；注入混合巖密度曲線和補(bǔ)償中子曲線多為“絞合狀”,密度值為2.41～2.64 g/cm3,補(bǔ)償中子值為1.6%～18.1%?；旌蠋r中隨著偉晶質(zhì)含量增多,ECS元素俘獲測(cè)井為硅、鋁含量相對(duì)增加,鐵含量相對(duì)減少。

巖漿巖:輝綠巖自然伽馬為低值平直狀,其值為29～110 API,密度曲線和補(bǔ)償中子曲線呈“負(fù)相交”,補(bǔ)償中子值為5.4%～27.8%,密度值為2.47～2.82 g/cm3;正長(zhǎng)偉晶巖自然伽馬為高鋸齒狀,其值為170～603 API,密度曲線和補(bǔ)償中子曲線呈“絞合狀”,補(bǔ)償中子值為5.4%～34.0%,密度值為2.30～2.62 g/cm3。研究區(qū)常見兩類巖漿巖常規(guī)測(cè)井特征明顯,易于識(shí)別。

2 儲(chǔ)集空間類型及其特征

錦州南油田變質(zhì)巖潛山曾長(zhǎng)期暴露于地表,遭受強(qiáng)烈的風(fēng)化剝蝕及淡水淋濾,并經(jīng)歷了頻繁的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)[13],斷裂系統(tǒng)發(fā)育,其儲(chǔ)集空間主要發(fā)育構(gòu)造裂縫、碎裂粒間孔隙和溶蝕孔隙等三種類型。

構(gòu)造裂縫是錦州南油田變質(zhì)巖潛山最主要儲(chǔ)集空間和運(yùn)移通道,根據(jù)巖心和成像測(cè)井資料分析,錦州南油田變質(zhì)巖潛山裂縫主要形成于喜山運(yùn)動(dòng)早期(沙河街時(shí)期)北西向拉張應(yīng)力場(chǎng)和喜山運(yùn)動(dòng)中晚期(東營(yíng)組時(shí)期)北東向右旋走滑應(yīng)力場(chǎng),早期發(fā)育北北東至北東向張裂縫,中晚期再發(fā)育一組北西向和北東向剪裂縫。同時(shí),在構(gòu)造作用強(qiáng)烈的區(qū)域?qū)ψ冑|(zhì)巖本身進(jìn)行破壞,形成碎裂巖和碎斑巖,甚至構(gòu)造角礫巖,這類巖石碎裂粒間孔隙十分發(fā)育,成為油氣儲(chǔ)存和運(yùn)移的良好儲(chǔ)集空間。但由于不同巖石類型和礦物種類抗構(gòu)造應(yīng)力改造的程度不同,一般認(rèn)為變質(zhì)巖比巖漿巖裂縫發(fā)育,同一巖類暗色礦物含量越高,抗應(yīng)力程度越強(qiáng),裂縫越不發(fā)育[14-15],根據(jù)錦州南油田變質(zhì)巖潛山巖心和薄片資料統(tǒng)計(jì)分析,片麻巖裂縫最為發(fā)育,其次為混合巖,最后為偉晶巖,輝綠巖裂縫基本不發(fā)育,片麻巖中暗色礦物含量與微裂縫發(fā)育也并非成簡(jiǎn)單線性關(guān)系,薄片中黑云母含量與碎裂巖和碎斑巖形成無(wú)明顯關(guān)系,但角閃石含量大于15%時(shí),碎裂巖和碎斑巖基本不發(fā)育。

潛山頂部的變質(zhì)巖在受構(gòu)造和風(fēng)化淋濾雙重作用下裂縫、溶蝕孔隙以及碎裂粒間孔隙也較發(fā)育,但受風(fēng)化產(chǎn)物和上覆地層泥巖充填,導(dǎo)致儲(chǔ)層物性變化較大。潛山內(nèi)部溶蝕孔隙是由晶間孔隙或裂縫經(jīng)風(fēng)化淋濾后發(fā)育形成,主要為長(zhǎng)石等顆粒和塑性礦物溶蝕形成孔洞。

同時(shí)變質(zhì)巖在成巖演化過(guò)程中,還會(huì)經(jīng)歷裂縫充填作用,使裂縫成為無(wú)效儲(chǔ)集空間,研究區(qū)主要被方解石、鐵質(zhì)、黃鐵礦以及綠泥石等物質(zhì)充填。

3 儲(chǔ)層類型劃分

3.1 儲(chǔ)層縱向分帶

童凱軍、鄒華耀、黃保綱等人[5，16-17]根據(jù)風(fēng)化程度將錦州南油田變質(zhì)巖潛山儲(chǔ)層縱向分為風(fēng)化殼、半風(fēng)化殼和基巖三部分。本文結(jié)合儲(chǔ)集空間類型及產(chǎn)能情況,將錦州南油田變質(zhì)巖潛山儲(chǔ)層縱向分為風(fēng)化破碎帶、構(gòu)造裂縫帶、構(gòu)造破碎帶以及致密帶,見圖3。

圖3 錦州南油田變質(zhì)巖潛山儲(chǔ)層縱向特征圖

風(fēng)化破碎帶:上覆沉積地層與潛山基巖過(guò)渡帶,以風(fēng)化裂縫和溶蝕孔為主,井點(diǎn)統(tǒng)計(jì)厚度為6～30 m,厚度與古地貌成正向關(guān)系,古地貌越高,風(fēng)化破碎帶越發(fā)育。儲(chǔ)層物性差,孔隙度為5%～10%,滲透率變化較大，為0.1～160 mD,測(cè)井上具有相對(duì)高聲波時(shí)差、相對(duì)低電阻率的特點(diǎn)。風(fēng)化破碎帶產(chǎn)能變化較大,2井產(chǎn)能為110 m3/d,占總井產(chǎn)能29%,4D井產(chǎn)能為22 m3/d,占總井產(chǎn)能6%,7井產(chǎn)能為2 m3/d,占總井產(chǎn)能3%,8井測(cè)試無(wú)產(chǎn)能,總體而言產(chǎn)能較差。

構(gòu)造裂縫帶:以構(gòu)造裂縫為主,井點(diǎn)統(tǒng)計(jì)構(gòu)造裂縫帶厚度介于30～150 m,厚度與古地貌單元成正向關(guān)系,古地貌越高,構(gòu)造活動(dòng)越強(qiáng)烈,其構(gòu)造裂縫越發(fā)育。孔隙度3%～15%,滲透率變化較大，為0.1～478 mD,測(cè)井上具有相對(duì)高聲波時(shí)差、相對(duì)中等電阻率的特點(diǎn),裂縫在成像測(cè)井上多為暗色正弦曲線。構(gòu)造裂縫帶是潛山的主要生產(chǎn)段,其產(chǎn)能占整個(gè)潛山的70%以上。

構(gòu)造破碎帶:當(dāng)構(gòu)造引力更強(qiáng)時(shí),局部構(gòu)造裂縫帶可碎裂成構(gòu)造破碎帶,儲(chǔ)集空間以碎裂粒間孔隙為主,發(fā)育在大型斷層附近,測(cè)井上具有高聲波時(shí)差、低電阻率的特點(diǎn),儲(chǔ)層滲透率好,多口開發(fā)井在鉆遇到構(gòu)造破碎帶都發(fā)生井漏,如E22H井在鉆遇構(gòu)造破碎帶后,平均漏速達(dá)40 m3/d,累計(jì)漏失量 3 400 m3。

致密帶:是潛山內(nèi)部?jī)?chǔ)集空間不發(fā)育的基巖帶,基質(zhì)巖塊滲透率基本小于1 mD,測(cè)井上具有低聲波時(shí)差、高電阻率的特點(diǎn),在致密帶偶爾也發(fā)育薄層的裂縫段,與深大斷裂有關(guān),但根據(jù)測(cè)試可知這類裂縫一般無(wú)產(chǎn)能。

3.2 儲(chǔ)層平面分類

不同裂縫性質(zhì)直接影響潛山油田開發(fā)效果,單一裂縫注水,注入水容易沿著主裂縫突進(jìn),而網(wǎng)狀裂縫注水驅(qū)替更均勻,且古地貌也直接影響潛山注采模式,進(jìn)而影響開發(fā)效果,見圖4。

圖4 錦州南油田變質(zhì)巖潛山古地貌類型及裂縫走向圖

根據(jù)儲(chǔ)層類型、裂縫參數(shù)以及潛山古地貌特征將錦州南油田變質(zhì)巖潛山儲(chǔ)層平面分為四類，見表2。

表2 錦州南油田變質(zhì)巖潛山儲(chǔ)層分類及注采模式表

Ⅰ類儲(chǔ)層:位于古地貌的凸起區(qū),縱向上發(fā)育構(gòu)造裂縫帶和構(gòu)造破碎帶,儲(chǔ)層厚度約80～150 m,儲(chǔ)集空間類型為北東向張裂縫以及北西向和北東向剪裂縫形成的網(wǎng)狀構(gòu)造縫,裂縫線密度大于6條/m。由于地貌單元高、儲(chǔ)層厚度大,采用水平井頂、底交錯(cuò)的開發(fā)模式,油井和水井垂向距離為50～120 m,平面距離大于300 m,開發(fā)初期單井日產(chǎn)油大于400 m3,無(wú)水采油期可長(zhǎng)達(dá)800 d,見水類型以緩慢穩(wěn)定型為主。

Ⅱ類儲(chǔ)層:位于古地貌的平臺(tái)區(qū),縱向上以構(gòu)造裂縫帶為主,儲(chǔ)層厚度約60～120 m,儲(chǔ)集空間類型以北東向張裂縫形成的單一縫為主,裂縫線密度4～6條/m。由于地貌單元相對(duì)較高,平面范圍大,也采用水平井頂、底交錯(cuò)的開發(fā)模式,油井和水井垂向距離為50～90 m,平面距離大于300 m,開發(fā)初期單井日產(chǎn)油200～400 m3,無(wú)水采油期300～600 d,見水類型以波動(dòng)上升型為主。

Ⅲ類儲(chǔ)層:主要位于古地貌斜坡區(qū),縱向以構(gòu)造裂縫帶為主,風(fēng)化破碎帶和構(gòu)造破碎帶不發(fā)育,儲(chǔ)層厚度約80～100 m,裂縫線密度2～4條/m,以單一縫為主。由于地貌單元相對(duì)較低,且坡度下降加快,采用水平井頂部采油,側(cè)緣注水開發(fā)模式,油井和水井垂向距離僅50～70 m,平面距離小于300 m,加劇了見水速度,開發(fā)初期單井日產(chǎn)油100～200 m3,無(wú)水采油期短,見水類型以快速上升型為主。

Ⅳ類儲(chǔ)層:主要位于古地貌凹陷區(qū),縱向儲(chǔ)層以風(fēng)化破碎帶為主,儲(chǔ)層厚度約6～30 m,以溶蝕孔隙和少量的構(gòu)造縫為主,內(nèi)部裂縫不發(fā)育或者裂縫多被方解石、泥質(zhì)或者黃鐵礦充填。由于地貌單元低,裂縫不發(fā)育,裂縫線密度小于2條/m,采用定向井或水平井衰竭開發(fā),開發(fā)初期單井日產(chǎn)油<50 m3,產(chǎn)能遞減快,內(nèi)部裂縫不發(fā)育,儲(chǔ)層與周邊注水井連通性差,不含水或含水率低。

4 礦場(chǎng)實(shí)踐

針對(duì)錦州南油田變質(zhì)巖潛山四類儲(chǔ)層及相應(yīng)的見水規(guī)律,開發(fā)中、后期采用了不同的不穩(wěn)定注水策略[18-21],包括脈沖注水、周期注水、異步注采等多種注水方式,以增加各類儲(chǔ)層水驅(qū)程度和提高采收率,實(shí)現(xiàn)錦州南油田變質(zhì)巖潛山年增油14×104m3。

Ⅰ類儲(chǔ)層開發(fā)中、后期注水以補(bǔ)充地層能量、發(fā)揮基質(zhì)骨架滲吸作用為目的,采用脈沖注水策略。A17H井投產(chǎn)5年后日產(chǎn)油由初期近 1 000 m3逐漸降至150 m3,含水率逐漸上升至40%,為控制含水率上升和產(chǎn)量下降,采用脈沖注水開發(fā)后,日產(chǎn)油穩(wěn)定在140 m3左右。

Ⅱ類儲(chǔ)層比Ⅰ類儲(chǔ)層見水模式更強(qiáng),注水應(yīng)以提高注水波及系數(shù)和控制含水率上升為目的,采用周期注水策略。A36H井投產(chǎn)2年后含水率迅速上升至60%以上,日產(chǎn)油降至20 m3,采用周期注水開發(fā)后,含水率降至10%,日增油40 m3。

Ⅲ類儲(chǔ)層容易沿著裂縫形成優(yōu)勢(shì)通道,故采用異步注采方式控制含水突破。E22H井投產(chǎn)近1年后含水率突破至80%,采用異步注采開發(fā)后,周期增油量0.5×104m3。

Ⅳ類儲(chǔ)層地貌單元最低,裂縫最不發(fā)育,以衰竭開發(fā)為主,水平井實(shí)施時(shí)井軌跡應(yīng)順著潛山面實(shí)施,增加儲(chǔ)層鉆遇率。

5 結(jié)論

1)錦州南油田變質(zhì)巖潛山儲(chǔ)層巖性為片麻巖、混合巖、碎裂巖、輝綠巖和偉晶巖,并建立了主要巖性與常規(guī)測(cè)井、成像測(cè)井和ECS元素捕獲測(cè)井響應(yīng)關(guān)系;儲(chǔ)集空間主要發(fā)育構(gòu)造裂縫、碎裂粒間孔隙,其次為溶蝕孔隙,為孔隙—裂縫型儲(chǔ)集空間。

2)錦州南油田變質(zhì)巖潛山儲(chǔ)層縱向分為風(fēng)化破碎帶、構(gòu)造裂縫帶、構(gòu)造破碎帶以及致密帶。風(fēng)化破碎帶以裂縫和溶蝕孔為主,構(gòu)造裂縫帶以構(gòu)造裂縫為主,構(gòu)造破碎帶以碎裂粒間孔隙為主,致密帶儲(chǔ)集空間不發(fā)育。

3)錦州南油田變質(zhì)巖潛山儲(chǔ)層平面分為四類:Ⅰ類儲(chǔ)層主要位于凸起區(qū),發(fā)育網(wǎng)狀交織縫,裂縫線密度大于6條/m,見水類型為緩慢穩(wěn)定型;Ⅱ類儲(chǔ)層主要位于平臺(tái)區(qū),發(fā)育單一縫,裂縫線密度大于4～6條/m,見水類型為波動(dòng)上升型;Ⅲ類儲(chǔ)層主要位于斜坡區(qū),發(fā)育單一縫,裂縫線密度2～4條/m,見水類型為快速上升型;Ⅳ類儲(chǔ)層主要位于凹陷區(qū),以風(fēng)化裂縫和溶蝕孔隙為主,裂縫線密度小于2條/m,不含水或含水率低。

4)結(jié)合各類儲(chǔ)層特征和見水規(guī)律,建立錦州南油田變質(zhì)巖潛山開發(fā)中、后期各類儲(chǔ)層不同的不穩(wěn)定注水策略,Ⅰ類儲(chǔ)層采用脈沖注水,Ⅱ類儲(chǔ)層周期注水,Ⅲ類儲(chǔ)層采用異步注采方式,Ⅳ類儲(chǔ)層仍為衰竭開發(fā),實(shí)現(xiàn)錦州南油田年增油14×104m3。