錦州南變質(zhì)巖潛山巖性測井響應(yīng)及儲層展布研究

李廣龍，王雙龍，施淳元，齊 鴻

(中海石油(中國)有限公司天津分公司，天津 300459)

從渤海首個變質(zhì)巖潛山油藏——錦州南油田的成功開發(fā)到蓬萊9-1、渤中19-6大型潛山油氣田的成功勘探，古潛山油氣藏逐漸成為渤海油田儲量和產(chǎn)量的重要增長點(diǎn)[1-4]。裂縫是潛山油氣藏的主要儲集空間，也是流體的重要滲流通道[5-6]，因此這類油氣藏的核心問題在于裂縫，裂縫發(fā)育的基礎(chǔ)是巖性，因而較全面地開展?jié)撋綆r性特征及空間展布規(guī)律、巖性對裂縫儲層的影響等研究，有助于進(jìn)一步提升勘探開發(fā)效果。前人對錦州南油田變質(zhì)巖巖性開展過大量研究，主要集中在巖性特征、常規(guī)測井響應(yīng)特征以及四性關(guān)系等方面[7-8]，但受巖心取樣數(shù)量及測井工具等的限制，僅識別出片麻巖、混合花崗巖以及少量的巖漿巖，但隨著后期巖心取樣增多以及成像測井、元素俘獲測井(ECS)等測井儀器的應(yīng)用，又識別出混合片麻巖、注入混合巖、構(gòu)造角礫巖等多種巖性；但目前這些巖性對儲集性能的影響及其空間分布規(guī)律的認(rèn)識仍不清楚。

本文以錦州南變質(zhì)巖潛山油藏地質(zhì)認(rèn)識為基礎(chǔ)，將巖心、薄片資料與常規(guī)測井、元素俘獲測井(ECS)及成像測井相結(jié)合，開展變質(zhì)巖潛山巖性測井識別，總結(jié)變質(zhì)巖測井響應(yīng)特征，建立巖性識別標(biāo)準(zhǔn)，全面研究變質(zhì)巖空間展布特征，為其他相似潛山油氣藏提供借鑒。

1 巖性測井響應(yīng)特征

根據(jù)研究區(qū)太古界潛山9口井巖心和巖屑觀察、144塊薄片鑒定、16口井成像測井、9口井元素俘獲測井(ECS)及前人實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果等資料的研究[7-9]，可知錦州南太古界潛山巖性復(fù)雜，主要由變質(zhì)巖和巖漿巖組成。變質(zhì)巖以區(qū)域變質(zhì)巖、混合變質(zhì)巖和上述巖類受構(gòu)造作用改造而成的動力變質(zhì)巖三大巖類為主，并進(jìn)一步細(xì)分為8種，最常見的變質(zhì)巖為片麻巖、混合片麻巖、構(gòu)造角礫巖等；巖漿巖為晚期侵入體，以中性或基性侵入巖為主，最常見的巖漿巖為閃長玢巖和輝綠巖，且多沿著變質(zhì)巖的斷層和裂縫形成巖脈。

1.1 巖性測井響應(yīng)特征

巖性識別研究的第一步是建立區(qū)內(nèi)特定巖性對各類測井參數(shù)的響應(yīng)關(guān)系。造巖礦物的差異造就變質(zhì)巖潛山巖性的變化，從而影響測井響應(yīng)特征，基于上述多種手段識別出的巖石類型及其礦物成分特征，與常規(guī)測井參數(shù)建立對應(yīng)關(guān)系[10-12]。已有研究表明[13]，核測井系列(自然伽馬(GR)、中子(CN)、密度(DEN)測井)對于變質(zhì)巖的識別更為有效。本次研究通過對研究區(qū)常規(guī)測井、元素俘獲測井(ECS)及成像測井資料進(jìn)行分析，總結(jié)研究區(qū)主要巖性測井響應(yīng)特征(圖1)。

圖1 錦州南油田變質(zhì)巖潛山巖性測井特征識別圖版

1.1.1 區(qū)域變質(zhì)巖類

研究區(qū)的區(qū)域變質(zhì)巖主要為二長片麻巖或斜長片麻巖，根據(jù)黑云母、角閃石等礦物含量的不同可進(jìn)一步細(xì)分為黑云斜長片麻巖、角閃斜長片麻巖、黑云二長片麻巖、角閃黑云二長片麻巖等，粒度主要以中粗粒、中粒為主。常規(guī)測井曲線具有高自然伽馬的特征，自然伽馬曲線多為微鋸齒狀，值為110～231 API；中子-密度曲線多呈“絞合狀”，或少見微偏“正相交”(正相交為中子曲線在密度曲線右側(cè)，負(fù)相交為中子曲線在密度曲線左側(cè))，密度隨著暗色礦物含量增大而增大，密度為2.46～2.63 g/cm3，中子值為2.5%～15.7%。元素俘獲測井(ECS)表現(xiàn)為硅含量較高，鐵、鋁含量較低的特征。高分辨率隨鉆電阻率成像測井(GVR)電阻率靜態(tài)圖像呈暗黃-黃色，裂縫較發(fā)育。

1.1.2 混合巖類

(1)混合花崗巖：混合花崗巖是混合巖化作用最強(qiáng)烈的巖石[14]，區(qū)內(nèi)混合花崗巖主要為二長混合花崗巖和斜長混合花崗巖。常規(guī)測井曲線中，二長混合花崗巖呈中-高自然伽馬，自然伽馬曲線呈鋸齒狀，值為86～120 API，中子-密度曲線多為“正相交”，中子值為3.3%～6.9%，密度為2.51～2.60 g/cm3；斜長混合花崗巖呈中-低自然伽馬，自然伽馬曲線呈鋸齒狀，值為55～78 API，中子-密度曲線呈“絞合狀”或“正相交”，中子值為3.6%～7.5%，密度值為2.51～2.61 g/cm3。元素俘獲測井(ECS)中，二長混合花崗巖表現(xiàn)為高硅、高鉀、中高鈦、高釓、低鐵特征，斜長混合花崗巖表現(xiàn)為高硅、低鐵、低鈦、低鉀、低釓特征。GVR電阻率靜態(tài)圖像中，二長混合花崗巖呈暗黃-黃色，巖石較均一，塊狀結(jié)構(gòu)，裂縫、溶蝕孔隙較發(fā)育；斜長混合花崗巖呈黃褐-亮黃色，塊狀構(gòu)造，局部可見到片麻構(gòu)造，裂縫較發(fā)育。

(2)混合片麻巖：區(qū)內(nèi)混合片麻巖常規(guī)測井曲線呈中自然伽馬，自然伽馬曲線呈微鋸齒狀，值為75～111 API，中子-密度曲線多呈“絞合狀”，中子值為4.0%～11.4%，密度為2.47～2.63 g/cm3。元素俘獲測井(ECS)表現(xiàn)為低硅、高鐵、高鈦、中高釓特征。GVR電阻率靜態(tài)圖像呈暗黃-黃色，暗色礦物定向排列形成的片麻理較發(fā)育，裂縫、溶蝕孔較發(fā)育。

(3)注入混合巖：注入混合巖非均質(zhì)性強(qiáng)，其混合程度較弱，新生脈體含量少于50%。常規(guī)測井曲線表現(xiàn)為中-高自然伽馬，中-高密度的特征。其中，自然伽馬曲線呈鋸齒狀，值為104～171 API；中子-密度曲線呈“負(fù)相交”，中子值為6.7%～10.4%，密度為2.52～2.71 g/cm3。GVR電阻率靜態(tài)圖像中基體和脈體界線清晰。

1.1.3 動力變質(zhì)巖

研究區(qū)動力變質(zhì)巖主要為構(gòu)造角礫巖和碎裂巖，少見糜棱巖。構(gòu)造角礫巖和碎裂巖往往發(fā)育在斷層破碎帶附近，常規(guī)測井曲線表現(xiàn)為電阻率曲線和密度曲線均降低，而中子曲線升高，從而形成向左“凹”狀；中子-密度曲線呈“正相交”，曲線值往往與巖性和破碎程度有關(guān)；研究區(qū)構(gòu)造角礫巖深側(cè)向電阻率值為22.5～117.4 Ω·m，中子值為6.4%～13.4%，密度為2.44～2.54 g/cm3。構(gòu)造角礫巖在GVR電阻率靜態(tài)圖中特征明顯，為黃-棕褐色，巖石呈破碎狀，碎塊大小混雜，排列紊亂。

1.1.4 侵入巖

研究區(qū)侵入巖主要為輝綠巖和閃長玢巖。常規(guī)測井曲線中，輝綠巖具有低自然伽馬、高密度、高中子的特征，閃長玢巖具有中-低自然伽馬，中-高中子、高密度的特征，這兩類巖石密度和中子曲線呈現(xiàn)大幅“負(fù)相交”，易于識別。輝綠巖自然伽馬值為86～110 API，中子值為20.5%～22.7%，密度為2.72～2.81 g/cm3；閃長玢巖自然伽馬值為77～94 API，中子值為15.4%～19.1%，密度為2.43～2.55 g/cm3。元素俘獲測井(ECS)具有低硅、高鐵、高鈦、低鉀特征。GVR電阻率靜態(tài)圖像中，輝綠巖呈暗黃-黑色，巖石較均一，與周邊的變質(zhì)巖具有明顯邊界；閃長玢巖具有兩種特征：一種為低電阻率，中低密度，靜態(tài)圖像顏色呈褐色，動態(tài)圖像呈塊狀，推測此段閃長玢巖綠泥石化嚴(yán)重，雖然計(jì)算孔隙度較大，但多為束縛孔隙；另一種為高電阻率，高密度，靜態(tài)圖像顏色為黃色，動態(tài)圖像呈塊狀，為致密閃長玢巖，物性差。

1.2 巖性識別

交會圖是目前較為常用的一種區(qū)分復(fù)雜巖性的方法，通過采用兩種或者多種測井響應(yīng)參數(shù)直觀展示各類巖石關(guān)鍵測井參數(shù)的變化，給出不同巖性的測井響應(yīng)區(qū)域，進(jìn)而區(qū)分不同的巖性[15-17]。目前應(yīng)用較多的有自然伽馬-密度、自然伽馬-光電吸收截面指數(shù)、自然伽馬-中子、密度-中子等交會圖，不同類型的交會圖在巖性識別方面有其特定的優(yōu)勢和局限性。

本次根據(jù)測井資料錄取情況和研究區(qū)變質(zhì)巖類型采用自然伽馬-中子、自然伽馬-密度、密度-中子三種交會圖(圖2)。分析發(fā)現(xiàn)，自然伽馬-中子、自然伽馬-密度兩種交會圖配合使用能較好地區(qū)別多種巖性，密度-中子交會圖能較好地區(qū)別二長混合花崗巖和混合片麻巖，二長片麻巖和斜長片麻巖各項(xiàng)測井參數(shù)特征相似，不易區(qū)分。

圖2 變質(zhì)巖巖性測井交會圖

2 巖性與儲集性能的關(guān)系

2.1 巖石類型對儲集性能的影響

巖性和構(gòu)造作用是儲集空間形成與保存的核心控制因素[18]，本文重點(diǎn)開展巖性因素對儲集性能的影響分析?；趲r心和成像測井資料，為保證在相同構(gòu)造應(yīng)力條件下，分析不同巖性對裂縫的影響程度，選取同一口井相鄰的兩種巖性并統(tǒng)計(jì)其宏觀裂縫發(fā)育情況，經(jīng)過多次不同巖性的兩兩對比可在一定程度上反映不同巖石類型對裂縫發(fā)育程度的影響。

統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，變質(zhì)巖裂縫密度明顯大于巖漿巖(輝綠巖、閃長玢巖)；變質(zhì)巖中注入混合巖裂縫密度最小，其次為片麻巖和混合片麻巖，混合花崗巖裂縫密度最大(圖3)。

圖3 主要巖性裂縫密度對比

2.2 暗色礦物對儲集性能的影響

變質(zhì)巖主要由淺色礦物和暗色礦物組成，其裂縫發(fā)育程度遵循“優(yōu)勢巖性”，即暗色礦物含量越多，裂縫越不發(fā)育[19-21]。這是由于暗色礦物相對淺色礦物塑性更強(qiáng)，脆性更弱，抗壓強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度均較大，在較大構(gòu)造應(yīng)力時易發(fā)生塑性變形而不易產(chǎn)生裂縫。

通過對研究區(qū)8口井32個薄片中暗色礦物(黑云母和角閃石)統(tǒng)計(jì)，總結(jié)5類主要巖性中暗色礦物含量變化情況(圖4)：巖漿巖(輝綠巖)中暗色礦物含量明顯高于變質(zhì)巖；在變質(zhì)巖中，注入混合巖暗色礦物含量最高，片麻巖暗色礦物含量其次，混合片麻巖和混合花崗巖隨著混合巖化作用增強(qiáng)暗色礦物含量減少。同時建立13組變質(zhì)巖巖心空氣孔隙度與暗色礦物含量關(guān)系，暗色礦物和孔隙度呈明顯負(fù)相關(guān)(圖5)，進(jìn)一步表明暗色礦物含量越高，變質(zhì)巖儲集性能越差。

圖4 主要巖性暗色礦物含量

圖5 暗色礦物含量與孔隙度關(guān)系

2.3 巖性演化對儲集性能的影響

基于變質(zhì)巖成因理論[22]，以錦州南油田變質(zhì)巖潛山為例，對該區(qū)變質(zhì)巖演化過程進(jìn)行總結(jié)，以尋找優(yōu)勢巖性儲層。

變質(zhì)巖是原巖經(jīng)變質(zhì)作用轉(zhuǎn)化而成的巖石，錦州南油田結(jié)晶基底屬于遼東型鞍山群，其原巖主要為早期沉積巖[23]。隨著早期巖漿活動或區(qū)域構(gòu)造作用發(fā)生區(qū)域變質(zhì)作用，研究區(qū)早期原巖變質(zhì)成區(qū)域性片麻巖，為研究區(qū)主體巖性；地殼深部的區(qū)域變質(zhì)作用會進(jìn)一步發(fā)展為區(qū)域混合巖化作用，越接近地殼深部，巖漿熱流混合巖化作用越強(qiáng)，潛山由表及里初步形成了片麻巖、混合片麻巖以及混合花崗巖這種“似層狀”巖性分布模式，在混合巖化作用強(qiáng)烈的區(qū)域，片麻巖甚至全部轉(zhuǎn)化成混合片麻巖或者混合花崗巖；同時，錦州南潛山受印支運(yùn)動、燕山運(yùn)動等強(qiáng)烈構(gòu)造運(yùn)動，生成遼西1號和遼西2號大斷層，形成錦州南潛山初步地貌特征[24]，沿著大斷層上升的巖漿熱流亦導(dǎo)致斷層附近發(fā)生混合巖化作用，形成混合片麻巖或混合花崗巖，往往構(gòu)造作用越強(qiáng)的區(qū)域這種混合巖化作用越強(qiáng)。在研究區(qū)變質(zhì)巖潛山形成的后期，潛山構(gòu)造低部位受后期巖漿巖侵入發(fā)生邊緣混合巖化作用，潛山構(gòu)造低部位生成注入混合巖。結(jié)合注入混合巖平面分布規(guī)律，可推測后期巖漿巖由研究區(qū)北東方向侵入，甚至有可能沿著遼西2號斷層左側(cè)的深谷流至2井區(qū)與7井區(qū)南部，同時后期巖漿巖沿著大的斷層或者裂縫形成巖漿巖巖脈。

綜上所述，基于對研究區(qū)巖石類型、暗色礦物含量及巖性演化分析，建立了錦州南油田變質(zhì)巖潛山優(yōu)勢巖性序列，由好到差依次為混合花崗巖、混合片麻巖、片麻巖、注入混合巖、閃長玢巖/輝綠巖。統(tǒng)計(jì)中也發(fā)現(xiàn)，混合花崗巖、混合片麻巖以及片麻巖裂縫均較發(fā)育，雖也有一定的差別，但差別不大，裂縫發(fā)育情況明顯好于后三種巖性。

3 潛山儲層展布特征

3.1 垂向展布

基于上述變質(zhì)巖和巖漿巖測井響應(yīng)特征，結(jié)合地震、錄井及鑄體薄片等資料，對錦州南地區(qū)40余口變質(zhì)巖潛山鉆井的巖性進(jìn)行劃分，總結(jié)了區(qū)內(nèi)潛山各種巖性儲層的垂向展布特征，即錦州南潛山裂縫帶巖性由表及里大致可分為片麻巖帶、混合片麻巖帶及混合花崗巖帶，巖漿巖則以不同厚度夾雜在這三種巖性帶之中，構(gòu)造角礫巖往往在斷層附近較為發(fā)育，注入混合巖則多發(fā)育于潛山構(gòu)造低部位邊部(圖6)。但并非所有井/井區(qū)各種巖性均發(fā)育，有的井甚至只鉆遇一種巖性，其巖性縱向分布與構(gòu)造位置緊密相關(guān)。

圖6 研究區(qū)變質(zhì)巖潛山裂縫帶巖性剖面

3.2 平面展布

綜合巖心、薄片以及測井等資料，統(tǒng)計(jì)研究區(qū)不同巖性平面展布情況，繪制相應(yīng)圖件(圖7)，并對平面展布特征進(jìn)行總結(jié)。

圖7 研究區(qū)潛山巖性平面分布

片麻巖為研究區(qū)分布范圍最廣的巖性，主要分布在2井區(qū)、7井區(qū)及4D井區(qū)，斷裂系統(tǒng)較為發(fā)育，是目前油氣分布的主要區(qū)域，儲量占整個錦州南潛山油田的60%以上，該巖性區(qū)的開發(fā)井產(chǎn)能較高，初期平均日產(chǎn)能約為500 m3；混合片麻巖主要分布在1井區(qū)與8井區(qū)，主要位于整個潛山構(gòu)造的最高部位，其斷裂系統(tǒng)也最為發(fā)育，該巖性區(qū)的開發(fā)井產(chǎn)能也較高，初期平均日產(chǎn)能約為300 m3；混合花崗巖主要位于遼西1號斷層和遼西2號斷層上升盤一側(cè)；注入混合巖在研究區(qū)則主要分布在遼西2號斷層下降盤一側(cè)或潛山構(gòu)造低部位的邊部，該區(qū)域的生產(chǎn)井產(chǎn)能較差，注水井的注水能力也較差，表明裂縫不發(fā)育。

4 結(jié)論

(1)變質(zhì)巖潛山巖性復(fù)雜，識別困難，需通過巖心、薄片資料進(jìn)行識別，但海上油氣田取心受成本限制，巖心資料較少。通過總結(jié)變質(zhì)巖“常規(guī)測井+元素俘獲測井+成像測井”的響應(yīng)特征，為識別變質(zhì)巖巖性及優(yōu)勢巖性提供一定的參考。

(2)巖石類型及暗色礦物含量對研究區(qū)變質(zhì)巖裂縫儲層形成具有控制作用，結(jié)合研究區(qū)遼東型鞍山群變質(zhì)巖演化特征分析，建立了錦州南油田變質(zhì)巖潛山優(yōu)勢巖性序列，由好到差依次為混合花崗巖、混合片麻巖、片麻巖、注入混合巖、閃長玢巖/輝綠巖。

(3)錦州南油田變質(zhì)巖儲層巖性空間分布不均勻。垂向上呈“似層狀”分布，由表及里可大致分為片麻巖帶、混合片麻巖帶及混合花崗巖帶，但變質(zhì)作用不均一，有些巖性在垂向上可能未發(fā)育；平面上呈分區(qū)性分布。在開發(fā)生產(chǎn)中，應(yīng)盡量避開注入混合巖、侵入巖等發(fā)育區(qū)域。