陸豐凹陷文昌組低滲低阻儲(chǔ)層特征及成因研究

李 義 熊 亭 張 偉 程樂利

(①中海油服油田技術(shù)事業(yè)部深圳作業(yè)公司；②中海石油(中國)有限公司深圳分公司；③長江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院；④長江大學(xué)錄井技術(shù)與工程研究院；⑤油氣資源與探測國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室)

0 引 言

低滲儲(chǔ)層指滲透率極低的儲(chǔ)層，在整體致密的背景下尋找物性相對(duì)較好的甜點(diǎn)，是低滲儲(chǔ)層研究面臨的主要任務(wù)[1-3]。低滲儲(chǔ)層的地質(zhì)成因有多種類型，如細(xì)粒、高泥質(zhì)含量導(dǎo)致的淺層原生型低滲儲(chǔ)層，強(qiáng)壓實(shí)強(qiáng)膠結(jié)條件下的深層改造型低滲儲(chǔ)層[4-6]，以及強(qiáng)烈成巖致密條件下的構(gòu)造改造次生型低滲儲(chǔ)層[7-9]。低阻儲(chǔ)層實(shí)際指的是低阻油氣層[10]，通常是由沉積、油氣成藏、成巖作用、水動(dòng)力活動(dòng)和鉆井液侵入等多種因素造成[11-14]。由于低阻油氣層與相鄰水層的電阻率差異較小、油氣水界面復(fù)雜，導(dǎo)致流體性質(zhì)識(shí)別困難，其解釋結(jié)論和試油結(jié)果常見“油層出水”和“水層出油”等矛盾情況[15-16]。

陸豐凹陷是珠江口盆地最早發(fā)現(xiàn)油氣田的凹陷，其深層古近系的資源量已占總資源量的近80%[17]。隨著陸豐凹陷古近系深層儲(chǔ)層的勘探程度加大，鉆遇大量低滲低阻儲(chǔ)層[18]，其儲(chǔ)層成因機(jī)理尚不明晰，導(dǎo)致優(yōu)勢儲(chǔ)層難以精細(xì)刻畫、流體性質(zhì)識(shí)別困難。本文基于儲(chǔ)層巖石學(xué)研究和物性分析資料，從沉積和成巖等多方面綜合分析，研究了陸豐凹陷文昌組低滲低阻儲(chǔ)層的成因，對(duì)研究區(qū)后續(xù)勘探開發(fā)作業(yè)具有一定的指導(dǎo)作用。

1 地質(zhì)概況

珠江口盆地是我國南海主要的油氣產(chǎn)區(qū)之一，是在中生代復(fù)雜褶皺基底之上形成的陸源伸展型盆地[19]。該盆地經(jīng)歷的主要構(gòu)造演化過程可分為三個(gè)階段，分別為始新世裂陷階段、漸新世-中中新世坳陷階段和晚中新世至今的塊斷構(gòu)造活化階段。新生代以來至少經(jīng)歷了珠瓊運(yùn)動(dòng)、南海運(yùn)動(dòng)、白云運(yùn)動(dòng)和東沙運(yùn)動(dòng)等構(gòu)造事件[17,20-21]。陸豐凹陷位于盆地東北部，面積約7 000 km2，東西與陸豐中低凸起和惠陸低凸起相連，南北被東沙隆起和北部隆起帶所圍限。凹陷內(nèi)部總體表現(xiàn)為壘嵌式結(jié)構(gòu)，新生代以來的地層自下而上劃分為文昌組、恩平組、珠海組、珠江組、韓江組、粵海組、萬山組(圖1)[15]。其中文昌組整體發(fā)育一套深湖相夾三角洲相的砂泥質(zhì)沉積物[22-23]。

圖1 陸豐凹陷區(qū)域構(gòu)造位置

2 儲(chǔ)層巖石學(xué)與物性特征

2.1 巖石學(xué)特征

分析并統(tǒng)計(jì)了文昌組12口井共計(jì)104個(gè)常規(guī)和鑄體薄片樣品，研究區(qū)文昌組儲(chǔ)層以巖屑石英砂巖為主，少量長石石英砂巖、巖屑砂巖，偶見含鈣質(zhì)巖屑石英砂巖，填隙物含量普遍小于10%。砂巖粒度較粗，分選總體中等，磨圓中-差，以線接觸為主，部分達(dá)到凹凸-線接觸，膠結(jié)類型主要為壓嵌型。

2.2 物性特征

2.2.1 孔隙類型

結(jié)合鑄體薄片分析結(jié)果，儲(chǔ)層砂巖孔隙以次生孔隙為主，占95%以上，其中絕大多數(shù)為粒間溶孔(圖2a)，其次為長石溶孔及巖屑溶孔(圖2b)，少數(shù)樣品見微裂縫發(fā)育。

圖2 文昌組儲(chǔ)層鏡下孔隙特征

2.2.2 孔滲特征

結(jié)合巖心觀察及薄片鏡下定名結(jié)果，統(tǒng)計(jì)得到含礫粗砂巖及粗砂巖59個(gè)，含礫中砂巖及中砂巖19個(gè)，而細(xì)砂巖及粉砂巖樣品共計(jì)26個(gè)。通過這三類樣品的孔隙度及滲透率的交會(huì)圖可見(圖3)，總體上各樣品的孔滲相關(guān)性不強(qiáng)，但同類粒度的樣品孔滲關(guān)系有較好的正相關(guān)關(guān)系。

圖3 文昌組儲(chǔ)層孔滲分析結(jié)果

2.2.3 孔隙結(jié)構(gòu)特征

分析文昌組19塊砂巖樣品的典型壓汞曲線可見(圖4)，孔喉以單峰為主，排驅(qū)壓力不高(普遍低于0.1 MPa)，但曲線整體較陡，退汞曲線不完整、退汞效率較低(普遍低于20%)，說明孔隙結(jié)構(gòu)以中-小孔、細(xì)喉道型為主。根據(jù)毛細(xì)管壓力曲線形態(tài)特征可分為三類：

Ⅰ類為高進(jìn)汞飽和度、低排驅(qū)壓力型毛細(xì)管壓力曲線，總體表現(xiàn)為高進(jìn)汞飽和度(大于90%)、低排驅(qū)壓力(小于0.025 MPa)，“平臺(tái)”特征明顯，達(dá)到排驅(qū)壓力后，隨著壓力增加，進(jìn)汞飽和度明顯增加(圖4a)。此類曲線反映儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)好，連通性好，孔喉分布均勻，儲(chǔ)集性能好，試油結(jié)果一般為高產(chǎn)。

Ⅱ類為中進(jìn)汞飽和度、中排驅(qū)壓力型毛細(xì)管壓力曲線，總體上表現(xiàn)為中進(jìn)汞飽和度(70%～80%之間)、中排驅(qū)壓力(介于0.025～0.1 MPa之間)，曲線“平臺(tái)”較短，拐點(diǎn)明顯(圖4b)。此類曲線反映儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)相對(duì)較好，巖石粒度較粗，連通狀況中等，儲(chǔ)集性能中等，試油結(jié)果一般為工業(yè)產(chǎn)能。

Ⅲ類為中進(jìn)汞飽和度、中-高排驅(qū)壓力型毛細(xì)管壓力曲線，總體上表現(xiàn)為中進(jìn)汞飽和度(大于70%)、中-高排驅(qū)壓力(大于0.1 MPa)，呈斜坡形，雙拐點(diǎn)不明顯(圖4c、圖4d)。該類曲線反映儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)較差，巖石連通性較差，儲(chǔ)集性能較差，試油結(jié)果一般為產(chǎn)量較低或無產(chǎn)能。

圖4 文昌組砂巖壓汞曲線特征

3 儲(chǔ)層低滲成因

儲(chǔ)層物性受多種因素的影響，包括沉積條件、成巖作用、構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、油氣充注，及異常高壓等因素[24]，多數(shù)情況下主要受前兩種因素影響。

3.1 沉積作用影響

文昌組地層主要發(fā)育濱淺湖、中深湖和辮狀河三角洲沉積環(huán)境[1]，鉆遇砂體的沉積微相類型主要為濱淺湖灘壩和辮狀河三角洲前緣水下分流河道兩種。

3.1.1 不同微相砂體的孔滲特征

對(duì)文昌組5口井89層砂體的常規(guī)及電成像解釋成果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，其中辮狀河三角洲前緣水下分流河道微相砂體共計(jì)72層，層厚390 m，占比最高，達(dá)到86.9%；分流間灣微相砂體共計(jì)5層，厚10.7 m，占總厚2.4%；遠(yuǎn)砂壩微相砂體共計(jì)5層，厚23 m，占總厚5.2%；淺湖相灘壩微相砂體共計(jì)7層，累計(jì)層厚24.8 m，占總厚5.5%。

結(jié)合儲(chǔ)層物性結(jié)果，辮狀河三角洲前緣水下分流河道砂體物性最好，儲(chǔ)層孔隙度范圍在10%～16%之間，主頻在10%～12%；分流間灣沉積砂體物性次之，孔隙度均小于14%，主頻在10%～12%；遠(yuǎn)砂壩沉積砂體物性最差，孔隙度普遍小于10%，試油結(jié)果以差油層及干層為主；淺湖相灘壩沉積的物性分布較分散，主頻在10%～14%，且單層厚度較薄，普遍小于3 m。

3.1.2 不同微相的砂體孔隙結(jié)構(gòu)特征

基于實(shí)驗(yàn)分析、測井資料及試油結(jié)果將文昌組儲(chǔ)層品質(zhì)劃分為三類：Ⅰ類物性及孔隙結(jié)構(gòu)最好，多發(fā)育辮狀河三角洲前緣水下分流河道沉積，以砂礫巖、粗砂巖為主，鏡下顯示儲(chǔ)層孔隙發(fā)育，喉道較粗，具較高產(chǎn)能；Ⅱ類物性及孔隙結(jié)構(gòu)中等，以辮狀河三角洲前緣水下分流河道為主，巖性較Ⅰ類儲(chǔ)層細(xì)，鏡下顯示孔隙連通性較差，其次為淺湖相灘壩沉積，產(chǎn)量中等；Ⅲ類物性及孔隙結(jié)構(gòu)較差，連通性也較差，以辮狀河三角洲前緣分流間灣及遠(yuǎn)砂壩為主，產(chǎn)能較低或無產(chǎn)能。

在沉積作用方面，儲(chǔ)層以近源辮狀河三角洲水下分流河道為主，緊鄰物源導(dǎo)致砂巖的成分成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度較低，孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜。

3.2 成巖作用的控制作用

在成巖作用方面，壓實(shí)作用造成了原生孔隙大量減少，膠結(jié)物及自生黏土礦物充填粒間導(dǎo)致物性進(jìn)一步變差。

3.2.1 壓實(shí)作用

對(duì)于深部地層而言，壓實(shí)作用是儲(chǔ)層減孔的最主要原因[25]。文昌組砂巖成分成熟度較低[25]，由于上覆沉積負(fù)荷大，在深埋過程中顆粒重新排列(圖5a)，因此顆粒間接觸關(guān)系緊密，原生孔隙損失殆盡，是孔隙度減少的主要因素。

3.2.2 膠結(jié)作用

膠結(jié)物類型包括硅質(zhì)、碳酸鹽和黏土礦物，硅質(zhì)膠結(jié)物為石英次生加大，碳酸鹽膠結(jié)物主要為方解石，黏土礦物主要為伊利石，偶見白云石、黃鐵礦、菱鐵礦等(含量<1%)(圖5b)?？傮w來看，樣品砂巖的填隙物含量較少，方解石含量在0.5%～6%之間，一般呈細(xì)晶-中晶狀充填于粒間；黏土礦物含量在0.5%～4%之間，充填于粒間孔隙中。

圖5 文昌組儲(chǔ)層鏡下成巖作用特征

在孔隙發(fā)育較好的樣品中，偏光鏡下偶見方解石充填于粒間，孔隙連通性差；掃描電鏡下可見絲片狀伊利石、石英次生加大充填粒間，黃鐵礦以聚合體顯微球狀的形態(tài)充填于粒間。

在孔隙發(fā)育較差的樣品中，方解石呈連晶狀在局部膠結(jié)顆粒產(chǎn)出，泥質(zhì)呈雜基狀充填于粒間，孔隙發(fā)育情況和連通性均較差；鑄體薄片顯示該樣品粒間孔分布較均，孔隙間充填自生石英、含硫酸鹽礦物、自生高嶺石及片狀伊利石等。

3.2.3 溶蝕作用

部分長石顆粒發(fā)生溶解形成粒內(nèi)溶孔(圖2a)，或完全溶解形成鑄?？?，并生成少量高嶺石等自生黏土礦物，長石顆粒被溶蝕形成次生溶孔(圖2a)。由于儲(chǔ)層砂巖總體上可溶組分含量偏低，導(dǎo)致溶蝕作用對(duì)文昌組儲(chǔ)層的增孔并不明顯。

4 儲(chǔ)層低阻成因

典型的低阻油層成因涉及巖性、地層水礦化度、高束縛水飽和度、黏土礦物、鹽水鉆井液侵入和導(dǎo)電礦物六方面[8-9,13]。由于研究區(qū)鉆井均采用隨鉆電阻率測井，受鉆井液侵入影響較??；而偏光鏡下分析結(jié)果表明，導(dǎo)電礦物含量極低，可排除鉆井液侵入和導(dǎo)電礦物兩方面的影響。因此，本文低阻儲(chǔ)層成因分析主要從巖性、地層水礦化度、束縛水飽和度，及黏土礦物展開分析。

4.1 巖性影響

圖6顯示了儲(chǔ)層含油性與巖性、物性均存在一定的規(guī)律關(guān)系，當(dāng)隨著儲(chǔ)層巖性越粗物性越好時(shí)，所對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)層含油性也有變好的趨勢，粉砂巖對(duì)應(yīng)物性及含油性相對(duì)要差。

圖6 儲(chǔ)層含油性與巖性、物性關(guān)系

4.2 地層水礦化度

文昌組共計(jì)對(duì)3口井進(jìn)行取樣作業(yè)，取樣深度在3 687～4 250 m之間，實(shí)測氯根介于2 475～6 330 mg/L，基于水分析純度計(jì)算并重新估算的氯根介于2 008～4 821 mg/L。從不同深度讀取典型水層的電阻率值，與深度進(jìn)行交會(huì)發(fā)現(xiàn)，地層水電阻率與深度呈正相關(guān)的關(guān)系(圖7a)；利用礦化度與電阻率關(guān)系轉(zhuǎn)化后，文昌組地層水礦化度有隨深度增加而降低的趨勢(圖7b)。陸豐凹陷的文昌組地層埋深大于3 500 m，較高的地層水礦化度直接降低了儲(chǔ)層電阻率。

圖7 文昌組地層水隨深度分布特征

4.3 束縛水飽和度

壓汞實(shí)驗(yàn)獲得的毛細(xì)管壓力曲線可有效表征微觀孔喉空間的分布特征，而已知低阻油層巖樣的退汞效率僅16%，表明儲(chǔ)層微觀孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜，細(xì)小孔隙占比大。結(jié)合薄片分析結(jié)果，長石溶蝕形成的次生孤立孔隙以及黏土礦物等對(duì)孔隙喉道的充填作用導(dǎo)致喉道的不連通，有助于高束縛水飽和度儲(chǔ)層的形成。對(duì)比物性相對(duì)較好且油水電阻率差異明顯的油層樣品，其退汞效率均大于30%，最高可達(dá)37.2%，偏光鏡下特征顯示儲(chǔ)層孔隙聯(lián)通性較好，孤立孔隙明顯減少。

由文昌組的壓汞毛細(xì)管壓力曲線可見(圖8)，低對(duì)比度油層發(fā)育的巖心樣品最大進(jìn)汞飽和度較低，退汞效率也較低。由此推測，相對(duì)復(fù)雜的孔隙結(jié)構(gòu)儲(chǔ)層，其孤立孔隙更為發(fā)育、孔隙間連通性也較差，對(duì)應(yīng)的樣品退汞效率也低，均有利于形成高束縛水飽和度的儲(chǔ)層，加上原始沉積的陸相低礦化度淡水的影響，一定程度上導(dǎo)致了低對(duì)比度油層的形成。

圖8 文昌組典型井樣品毛細(xì)管壓力曲線

4.4 黏土礦物

統(tǒng)計(jì)文昌組72個(gè)全巖樣品的X射線衍射全巖分析結(jié)果(圖9)，其黏土礦物含量均較低，大部分低于10%，因此可以排除因黏土礦物含量高導(dǎo)致的儲(chǔ)層低阻成因。

通過對(duì)研究區(qū)域測井曲線特征、巖心實(shí)驗(yàn)結(jié)果等宏觀及微觀兩方面的綜合分析，導(dǎo)致文昌組低阻油層發(fā)育的主要原因可歸納為：儲(chǔ)層巖性變化快，孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜，孤立孔隙較多，儲(chǔ)層孔隙聯(lián)通性差導(dǎo)致束縛水含量較高，以及深層地層水礦化度高的共同影響。

圖9 文昌組典型井全巖樣品分析結(jié)果

5 結(jié) 論

(1)陸豐凹陷文昌組儲(chǔ)層以巖屑石英砂巖為主，填隙物含量少；砂巖粒度較粗，分選總體中等，磨圓中-差，膠結(jié)類型主要為壓嵌型。儲(chǔ)集空間以次生孔隙為主，總體上樣品的孔滲相關(guān)性不強(qiáng)，但同類粒度的樣品孔滲關(guān)系有較好的正相關(guān)關(guān)系。

(2)儲(chǔ)層孔喉特征以單峰為主，孔隙結(jié)構(gòu)以中-小孔、細(xì)喉道型為主，根據(jù)毛細(xì)管壓力曲線形態(tài)特征可分為高進(jìn)汞飽和度、低排驅(qū)壓力，中進(jìn)汞飽和度、中排驅(qū)壓力和中進(jìn)汞飽和度、中-高排驅(qū)壓力三類，分別對(duì)應(yīng)高產(chǎn)、工業(yè)產(chǎn)能和無產(chǎn)能三種試油結(jié)果。

(3)儲(chǔ)層以近源辮狀河三角洲水下分流河道為主，緊鄰物源導(dǎo)致砂巖的成分成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度較低，孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜；而壓實(shí)作用造成了原生孔隙大量減少，膠結(jié)物及自生黏土礦物充填粒間導(dǎo)致物性進(jìn)一步變差。因此，沉積條件是控制儲(chǔ)層質(zhì)量的基礎(chǔ)，而成巖作用則是造成儲(chǔ)層低孔、低滲的主要原因。

(4)儲(chǔ)層孤立孔隙多和聯(lián)通性差導(dǎo)致束縛水含量較高，且由于地層水礦化度高，導(dǎo)致研究區(qū)低對(duì)比度油層較為發(fā)育。