西湖凹陷古近系始新統(tǒng)平湖組低滲-致密背景下優(yōu)質(zhì)儲層特征及分布預(yù)測

張 武

(中海石油(中國)有限公司 上海分公司,上海 200335)

近年來東海西湖凹陷常規(guī)油氣勘探發(fā)現(xiàn)越來越少,走向深層-超深層勘探是必然的方向之一。該區(qū)先后發(fā)現(xiàn)多個氣田,但整體產(chǎn)能低、商業(yè)開采價值小,亟待優(yōu)質(zhì)儲量的發(fā)現(xiàn)［1-5］。西湖凹陷平湖組儲層砂體連續(xù)性較差,厚度一般小于50 m,砂地厚度比為30%～40%,目的層埋深多在3.5～4.8 km,非均質(zhì)性強(qiáng),整體屬于低滲-致密儲層。目前對深層低滲-致密背景下優(yōu)質(zhì)儲層發(fā)育條件及分布預(yù)測不夠精細(xì)［5-6］。隨著研究的深入,認(rèn)為沉積水動力差異及成巖演化是控制平湖組儲層物性的關(guān)鍵因素,生烴超壓是深層保持優(yōu)質(zhì)儲層的必要條件。因此,通過對研究區(qū)巖心觀察、薄片鑒定、粉末粒度、掃描電鏡、激光微區(qū)同位素分析等測試分析,從沉積及成巖演化等方面綜合論述了西湖凹陷寶云亭區(qū)平湖組優(yōu)質(zhì)儲層發(fā)育條件及分布規(guī)律,結(jié)合測井及地震資料,形成一套地質(zhì)-地球物理聯(lián)合預(yù)測優(yōu)質(zhì)儲層展布的方法,為有利勘探區(qū)預(yù)測打下基礎(chǔ)。

1 地質(zhì)背景

西湖凹陷是中國東部近海最大的含油氣凹陷,總面積約5.18×104km2,南北以低凸起分別與釣北凹陷和福江凹陷相鄰,東側(cè)緊鄰釣魚島隆褶帶,凹陷東西方向上總體可劃分出3個次級構(gòu)造單元,即西部斜坡帶、中央洼陷-反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶和東部斷階帶(圖1)［7-8］。西湖凹陷內(nèi)以新生代碎屑沉積為主,經(jīng)歷了古新世-始新世斷陷、漸新世-中新世坳陷和上新世-第四紀(jì)區(qū)域沉降等3個階段。西湖凹陷西斜坡平湖組沉積期為受斷-拗轉(zhuǎn)換弱沉降、緩坡度、半封閉背景的淺水環(huán)境,縱向上,由平湖組中下部局限海相—平湖組上部陸相沼澤演變,前人將平湖組自下而上劃分為3個三級層序(Ⅰ-Ⅲ)［9-10 ］,層序Ⅰ對應(yīng)平下段低位域主要發(fā)育辮狀河三角洲前緣—潮間坪沉積;層序Ⅱ?qū)?yīng)平中段水進(jìn)域主要發(fā)育潮坪-受潮汐影響三角洲前緣沉積,富煤且形成的穩(wěn)定海泛泥巖是很好的區(qū)域蓋層;層序Ⅲ對應(yīng)平上段高位域主要發(fā)育三角洲平原沉積。平下段斷-拗轉(zhuǎn)換早期地形起伏大,主要發(fā)育辮狀河三角洲沉積,單砂層厚度20～70 m不等,巖性以厚層細(xì)-中砂巖、含礫砂巖為主,巖心上見河道底部滯留沉積、明顯沖刷面,沖刷面之上槽狀交錯層理發(fā)育反應(yīng)水動力較強(qiáng),深層依然發(fā)育優(yōu)質(zhì)儲層。

圖1 西湖凹陷構(gòu)造帶位置及地層簡表Fig.1 Regional tectonic location and stratigraphic column in Xihu Sag

2 儲層基本特征

2.1 巖石學(xué)特征

根據(jù)西湖凹陷寶云亭區(qū)189次薄片鑒定分析,平湖組儲層以長石巖屑質(zhì)石英砂巖為主,次為巖屑質(zhì)石英砂巖和長石質(zhì)石英砂巖(圖2)。碎屑成分成熟度較高,石英顆粒的體積分?jǐn)?shù)平均為71.4%;長石適量,平均為11.7%;巖屑平均為16.9%。巖性以細(xì)-中粒砂巖、中粒砂巖為主。分選性中等-好,磨圓度主要為次棱-次圓狀,接觸類型以點(diǎn)-線、線接觸為主,壓嵌-孔隙膠結(jié)。西湖凹陷寶云亭區(qū)平湖組下段發(fā)育辮狀河三角洲前緣—潮間坪沉積,整體水動力較強(qiáng),泥質(zhì)雜基的體積分?jǐn)?shù)為1%～8%,大部在5%以下,砂體較潔凈。膠結(jié)物主要為碳酸鹽膠結(jié)物(方解石、白云石),平均體積分?jǐn)?shù)為4.1%。自生黏土礦物中高嶺石較為常見,平均體積分?jǐn)?shù)為3.5%,硅質(zhì)平均體積分?jǐn)?shù)為1.1%,菱鐵礦及黃鐵礦少見。

圖2 西湖凹陷寶云亭區(qū)平湖組巖石特征Fig.2 Petrological characteristics of Pinghu Formation in Baoyunting District,Xihu Sag

2.2 孔喉結(jié)構(gòu)特征

根據(jù)鑄體薄片鑒定、圖像分析和掃描電鏡資料,西湖凹陷寶云亭區(qū)平湖組為孔隙型儲層,孔隙類型包括原生孔、次生溶蝕孔隙,原生孔基礎(chǔ)上形成的粒間溶孔擴(kuò)大孔最常見,其次為長石、巖屑溶蝕形成的粒內(nèi)溶孔,粒間孔中常見石英次生加大及自生高嶺石充填(圖3),局部孔隙被碳酸鹽、含鐵碳酸鹽充填。

圖3 西湖凹陷寶云亭區(qū)平湖組儲層孔隙特征Fig.3 Characteristics of pore structure of Pinghu Formation in Baoyunting District,Xihu Sag(A)粒間溶孔,石英次生加大常見,XP1井,深度4 321 m,(-);(B)長石溶蝕形成粒內(nèi)孔,XP5井,深度3 850 m,(-);(C)原生孔、粒間溶孔,見石英自生加大現(xiàn)象,XP4井,深度4 330 m,(-);(D)粒間孔中分布書頁狀高嶺石,XP1井,深度4 374 m

低滲儲層孔喉結(jié)構(gòu)復(fù)雜,利用不同滲透率級別樣品進(jìn)行高壓壓汞分析,西湖凹陷寶云亭區(qū)平湖組儲層孔喉半徑主要分布在微米-亞微米級,主要喉道半徑控制了儲層滲流能力。根據(jù)壓汞資料分析(圖4),平湖組儲層孔喉結(jié)構(gòu)整體比較好,平均孔喉半徑為0.32～2.93 μm;排驅(qū)壓力為0.06～0.63 MPa;孔喉結(jié)構(gòu)總體上隨埋深的增大而變差,但都呈單峰型,孔喉半徑較集中,都有寬緩的進(jìn)汞壓力平臺,說明孔喉分選好。一般來說孔喉半徑>1 μm,對應(yīng)儲層滲透率>1 μm,經(jīng)溶蝕改造的擴(kuò)大喉道半徑砂體往往發(fā)育優(yōu)質(zhì)高滲帶。

圖4 西湖凹陷寶云亭區(qū)平湖組孔喉結(jié)構(gòu)特征Fig.4 Characteristics of pore throat structure of Pinghu Formation in Baoyunting District,Xihu Sag

2.3 物性特征

依據(jù)寶云亭區(qū)6口井巖心和壁心物性分析資料,按照DZ/T0252-2013《海上石油天然氣儲量計算規(guī)范》儲層物性分類標(biāo)準(zhǔn),寶云亭區(qū)平湖組屬于中孔-中低滲儲層?？紫抖葹?.4%～25.7%,平均值為15.0%;滲透率為(0.01～1 387)×10-3μm2,平均值為100.6×10-3μm2,總體上平湖組物性隨深度增加而變差。寶云亭區(qū)主力油氣層主要分布于平下段,孔隙度(q)為10%～25%,平均為14.4%,滲透率(K)主要為(0.1～10)×10-3μm2,低滲-特低滲儲層占68%,>10×10-3μm2的中高滲儲層占32%(圖5)。

圖5 西湖凹陷寶云亭區(qū)平湖組物性特征Fig.5 Physical properties of Pinghu Formation in Baoyunting District,Xihu Sag

3 優(yōu)質(zhì)儲層主控因素

寶云亭區(qū)平湖組優(yōu)質(zhì)儲層的發(fā)育是先天物源條件、沉積微相以及后期成巖演化、超壓共同作用的結(jié)果。寶云亭區(qū)平湖組下段埋藏深度在4.0～4.8 km,砂體相變快、非均質(zhì)性強(qiáng),深層低滲-致密背景下優(yōu)質(zhì)儲層的刻畫尤為關(guān)鍵。通過巖心、儲層微觀特征等分析,影響平北平湖組下段優(yōu)質(zhì)儲層發(fā)育主要包括沉積微相、次生溶蝕及超壓作用。

3.1 沉積微相的影響

不同地貌及匯水條件形成的沉積砂體分異大,辮狀河三角洲前緣主要沉積微相類型有水下分流河道、泥炭沼澤、水下分流間灣,潮間坪發(fā)育微相類型為潮道、潮汐砂壩、混合坪,依據(jù)平下段不同沉積微相與物性的統(tǒng)計規(guī)律(表1),其中水下分流河道微相以細(xì)-中砂巖為主,埋藏深度近4.4 km,孔隙度為12.2%～15.4%,滲透率為(4.5～14.2)×10-3μm2,是寶云亭平湖組下段優(yōu)勢相帶。潮道、潮汐砂壩微相以中-細(xì)砂巖為主,儲層多已進(jìn)入低滲-致密階段,局部發(fā)育低滲儲層,混合坪沉積泥質(zhì)含量高,4 km深埋條件下已致密。

表1 寶云亭區(qū)平湖組不同沉積微相物性統(tǒng)計表Table 1 Statistics of physical properties of different sedimentary microfacies of Pinghu Formation in Baoyunting District

不同沉積微相砂體主要表現(xiàn)在沉積水動力條件的差異,水下分流河道以中-厚層交錯層理、平行層理中砂巖為主,潮汐砂壩以薄層雙向交錯層理細(xì)砂巖為主,不同水動力條件粒度、泥質(zhì)差異大。統(tǒng)計西湖凹陷寶云亭區(qū)平湖組物性與粉末粒度關(guān)系(圖6),可以看出粒度對滲透率的控制作用明顯,粒度越粗滲透率越高(R2=0.47)。粒度對孔隙度的控制較弱(R2=0.16)?？梢钥闯鲈汲练e條件主要影響儲層滲流能力,一方面粗相帶原始物性好利于中成巖A期酸性流體的進(jìn)入,溶蝕改造儲層,另一方面粗相帶沉積時水動力強(qiáng),泥質(zhì)雜基較少,成巖演化過程中膠結(jié)弱,利于形成優(yōu)質(zhì)儲層。

圖6 西湖凹陷寶云亭區(qū)平湖組物性與粉末粒度關(guān)系Fig.6 Relationship between physical properties and powder particle size of Pinghu Formation in Baoyunting District,Xihu Sag

3.2 溶蝕作用的影響

在掃描電鏡及鑄體薄片下,砂巖中可以觀察到大量長石被溶蝕形成的次生孔隙,長石溶蝕產(chǎn)生的自生高嶺石通常是研究區(qū)次生孔隙發(fā)育的指示礦物(圖3),研究區(qū)次生孔隙占50%以上,部分層位高達(dá)70%,次生溶孔與物性呈明顯正相關(guān)(圖7),溶蝕作用是研究區(qū)最關(guān)鍵的建設(shè)性成巖作用。

圖7 西湖凹陷寶云亭區(qū)平湖組物性與次生溶孔關(guān)系Fig.7 Relationship between physical properties and secondary dissolved pores in Pinghu Formation in Baoyunting area,Xihu Sag

碳酸鹽礦物的碳、氧同位素能示蹤流體性質(zhì)［11］,選取寶云亭區(qū)平湖組粒間孔隙中方解石膠結(jié)物進(jìn)行激光微區(qū)碳、氧同位素測試,平湖組δ13CV-PDB值為-0.8‰～-7.8‰,平均為-3.6‰,δ13OV-PDB值為-10.3‰～-18.7‰,平均為-13.8‰。碳、氧同位素數(shù)值投點(diǎn)(圖8)發(fā)現(xiàn),數(shù)據(jù)點(diǎn)均落在Ⅲ區(qū),說明碳酸鹽的形成主要與有機(jī)酸的脫羧基作用有關(guān)。寶云亭區(qū)平湖組富煤,煤系地層Ⅲ型干酪根可以釋放出比Ⅰ、Ⅱ型干酪根更多的有機(jī)酸類流體［12］,有機(jī)酸供給充足,此區(qū)地溫梯度為28 ℃/km,3.5～4.6 km深度處于有利于溶蝕的中成巖A期。長石等硅鋁酸鹽溶蝕反應(yīng),耗H+離子的同時,鋁、硅離子逐漸富集,在運(yùn)移速率低部位結(jié)晶析出而造成高嶺石發(fā)育,滲流能力差砂體容易高嶺石原地沉淀阻塞孔隙［13-14］,因此原始沉積條件好的砂體溶蝕作用越發(fā)育。

圖8 寶云亭區(qū)平湖組碳酸鹽膠結(jié)物碳氧同位素圖版Fig.8 Carbon and oxygen isotope of carbonate cements of Pinghu Formation in Baoyunting District

3.3 生烴超壓的影響

西湖凹陷寶云亭區(qū)平湖組普遍發(fā)現(xiàn)異常高壓,壓力系數(shù)為1.2～1.8,超壓界面埋深多在3.6～4.0 km,發(fā)育層位對應(yīng)平中段水進(jìn)域海泛泥巖層。前人研究認(rèn)為平湖組異常壓力主要由生烴增壓形成［15］,超壓發(fā)育規(guī)律與煤系烴源巖及地溫梯度密切相關(guān)。寶云亭區(qū)地溫梯度28～30 ℃/km,平湖組煤系烴源巖在深度3.5 km左右進(jìn)入成熟期,超壓主要為自源生烴增壓成因,平中段海泛泥巖形成了很好的封堵層,平下段普遍發(fā)育超壓。

西湖凹陷寶云亭區(qū)平下段儲層異常壓力的形成往往伴隨油氣的充注,異常高壓對成巖作用的影響主要體現(xiàn)在抵抗上伏地層的強(qiáng)壓實(shí)作用,降低壓實(shí)減孔作用,而伴隨的油氣進(jìn)入儲層抑制自生礦物特別是伊利石的形成保護(hù)孔喉。異常高壓能夠降低壓實(shí)作用及膠結(jié)作用對儲層儲集性能的破壞,使寶云亭區(qū)平下段在深度4.6 km依然保持相對較好的儲集物性。多口井資料統(tǒng)計,寶云亭區(qū)平湖組孔隙剩余壓力與孔隙度密切相關(guān),孔隙剩余壓力越大物性越好(圖9)。因此,異常高壓是寶云亭區(qū)平湖組深層保存優(yōu)質(zhì)儲層有利條件之一。

圖9 寶云亭區(qū)平湖組孔隙剩余壓力與孔隙度關(guān)系Fig.9 Relationship between residual pore pressure and porosity of Pinghu Formation in Baoyunting District

4 優(yōu)質(zhì)儲層分布預(yù)測

西湖凹陷平湖組深層勘探面臨的最大問題是對優(yōu)質(zhì)儲層的識別與預(yù)測,海上鉆井成本高、取心少,以巖心分析出發(fā)的儲層評價局限性大。近年來對于勘探較成熟區(qū)基于井震學(xué)習(xí)的優(yōu)質(zhì)儲層預(yù)測方法較為成熟,本文從巖心定量成巖相評價入手,建立巖心-測井-地震預(yù)測優(yōu)質(zhì)儲層平面分布的技術(shù)方法,在勘探實(shí)踐中取得了良好的效果［16-18］。

4.1 成巖相定量評價

選取西湖凹陷寶云亭區(qū)6口探井932樣次進(jìn)行成巖相定量分析,結(jié)果顯示平湖組壓實(shí)作用是儲層物性變差最主要因素,壓實(shí)減孔率達(dá)到40%～90%;視膠結(jié)率在0%～40%之間,分布差異較大,細(xì)粒沉積砂巖易于富集鈣質(zhì)導(dǎo)致儲層致密,更普遍發(fā)育的充填部分孔隙,以鈣尖形式存在,對儲層影響較小;溶蝕改造是發(fā)育優(yōu)質(zhì)儲層的最關(guān)鍵因素,將視溶蝕率>15%作為優(yōu)質(zhì)儲層的一個重要指標(biāo)。綜合寶云亭區(qū)平湖組優(yōu)質(zhì)儲層主控因素、成巖相及物性參數(shù),將寶云亭區(qū)平湖組儲層成巖相劃分為A相、B相、C相3類(表2),其中A類強(qiáng)溶蝕高嶺石膠結(jié)相最優(yōu),B類中等溶蝕相其次,C相溶蝕弱,鈣質(zhì)、伊利石膠結(jié)強(qiáng),整體物性最差。

表2 寶云亭區(qū)平湖組成巖相類型劃分Table 2 Classification of lithofacies types of Pinghu Formation in Baoyunting District

4.2 優(yōu)質(zhì)儲層分布預(yù)測

基于取心的成巖相評價受限于樣品數(shù)量及分布,不能有效評價縱向及平面儲層特征,制約了深層勘探的效率。通過對優(yōu)質(zhì)儲層預(yù)測的持續(xù)攻關(guān),測井參數(shù)能有效地表征儲層孔喉結(jié)構(gòu)特征,從而搭建起地質(zhì)-地震有利成巖相預(yù)測的橋梁。從巖心資料出發(fā),繪制不同類型成巖相與表征地層信息的測井參數(shù)進(jìn)行交匯(圖10),可以看出縱波時差、密度、中子能很好地區(qū)分A/B/C相。統(tǒng)計成巖相敏感測井參數(shù)分布區(qū)間(表3),可以看出A相縱波時差(DTC)>239.5 μs/m,密度(ZDEN)<2.4 g/cm3,中子(CNCF)大于0.125(體積比),表現(xiàn)為高縱波時差、高中子、低密度特點(diǎn)。進(jìn)而利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù),建立敏感參數(shù)(縱波時差、中子、密度)與成巖相的相關(guān)模型,將成巖相特征測井化,擬合全井段溶蝕率曲線。用非線性機(jī)器學(xué)習(xí)方法做映射,以溶蝕率曲線為目標(biāo)進(jìn)行非線性反演,優(yōu)選敏感地震屬性,多屬性擬合預(yù)測成巖相展布［19］。

表3 寶云亭區(qū)平湖組成巖相敏感參數(shù)分布統(tǒng)計表Table 3 Statistics of the distribution of lithofacies sensitive parameters of Pinghu Formation in Baoyunting District

圖10 寶云亭區(qū)平湖組不同類型成巖相與測井參數(shù)交會圖Fig.10 Crossplot of different types of diagenetic facies and logging parameters in Pinghu Formation,Baoyunting District

從寶云亭區(qū)平湖組下段通過地震多屬性約束預(yù)測成巖相分布可以看出(圖11),A相呈條帶狀分布,埋深<4.2 km的XP4及BYT-A井區(qū)分布較廣,在4.2～4.6 km深度局部分布,主要分布于XP1井以北。不同成巖相帶物性差異大,XP5井鉆遇A相,發(fā)育高角度斜層理及平行層理,以中砂巖為主,孔隙度為18.7%～23.2%,滲透率為(95.2～582)×10-3μm2;XP2鉆遇B相,發(fā)育雙向水流交錯層理細(xì)砂巖,常見雙黏土層,孔隙度為13.7%～14.7%,滲透率為(2.5～6.6)×10-3μm2(圖12),實(shí)鉆井物性分析與成巖相預(yù)測結(jié)果吻合較好。

圖12 寶云亭區(qū)平湖組不同成巖相連井剖面Fig.12 Profiles of different diagenetic connected Wells in Pinghu Formation,Baoyunting District

依據(jù)前文優(yōu)質(zhì)儲層主控因素分析,寶云亭區(qū)平湖組下段上覆海泛泥巖,普遍發(fā)育超壓,有利沉積微相疊合有利成巖相即為優(yōu)質(zhì)儲層發(fā)育區(qū)域。根據(jù)基準(zhǔn)面變化,結(jié)合微古地貌、物源單井相、砂體比,地震相等特征,在寶云亭區(qū)平湖組層序Ⅰ低位域槽壘式砂體發(fā)育模式指導(dǎo)下,刻畫了寶云亭區(qū)平湖組下段沉積微相展布。其中水動力較強(qiáng)的水下分流河道、潮汐砂壩、潮道微相是平湖組優(yōu)勢相帶,疊合成巖相帶平面分布形成了寶云亭區(qū)平下段優(yōu)質(zhì)儲層平面圖(圖13)。強(qiáng)物源供給能力形成的主水系,疊合中強(qiáng)壓實(shí)強(qiáng)溶蝕相是優(yōu)質(zhì)儲層發(fā)育區(qū),也是今后有利的勘探目標(biāo)。

圖13 寶云亭區(qū)平湖組下段優(yōu)質(zhì)儲層分布圖Fig.13 Distribution map of high-quality reservoirs in the lower part of Pinghu Formation in Baoyunting District

5 結(jié)論

a.西湖凹陷寶云亭區(qū)平湖組屬于中孔-中低滲儲層,低滲-特低滲儲層占68%,物性受埋深控制明顯。

b.強(qiáng)物源供給能力形成的水下分流河道微相、有機(jī)酸溶蝕作用及生烴超壓作用共同控制了寶云亭區(qū)平湖組下段4.6 km埋深下優(yōu)質(zhì)儲層的發(fā)育。

c.將平湖組成巖相劃分為A、B、C共3類,利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及地震屬性擬合技術(shù)對成巖相進(jìn)行分布預(yù)測,平面預(yù)測結(jié)果與實(shí)鉆結(jié)果吻合較好,有一定的推廣應(yīng)用價值。