第一作者简介 曾小明,男,1987年生,地质工程师,主要从事储集层预测和评价。E-mail: zengxm4@cnooc.com.cn。
目前储集层分类方法多数只是从储集层的物性特征角度进行分类,而没有从储集层的成因机制进行分类。通过利用分析化验资料、钻测井资料和测试资料,对北部湾盆地乌石凹陷东区始新统流沙港组三段 Ⅱ油组( L3Ⅱ油组)的沉积特征、成岩作用和构造特征进行分析,进而研究其对储集层物性的影响,并对储集层进行分类。结果表明: L3Ⅱ油组主要发育扇三角洲内前缘水下分流河道、外前缘水下分流河道和席状砂 3种沉积微相;成岩相主要识别出泥质杂基充填相、不稳定组分溶蚀相和强压实致密相 3种成岩相;裂缝相则以无裂缝相为主,局部可观察到高角度和网状裂缝相。在此基础上通过三者的叠加对储集层的岩石物理相进行分类命名,划分出内前缘水下分流河道—泥质杂基充填相—高角度裂缝相等 9种不同的岩石物理相。根据不同的岩石物理相特征,总结归纳出了 Ⅰ类好储集层、 Ⅱ类中等储集层和 Ⅲ类差储集层共 3类储集层,实现了从储集层成因机制的角度对储集层进行分类和评价。
About the first author Zeng Xiaoming,born in 1987,is an geological engineer. He is mainly engaged in researches of reservoir prediction and evaluation. E-mail: zengxm4@cnooc.com.cn.
Currently, most of the reservoir classification are based on the physical characteristics of reservoirs,rather than genetic mechanism. Take the pay set Ⅱ in Member 3 of Eocene Liushagang Formation as the study object,the sedimentary characteristics,diagenesis and tectonic features were studied to analyse their influences on the physical properties of reservoirs based on the analysis of assaying,drlling,logging and testing data. The results showed that subaqueous distributary channel of the inner and outer fan delta front,sheet sands were developped in the Member 3 of Liushagang Formation in eastern Wushi sag,Beibu Wan Basin;three types of diagenetic facies, mud matrix filling,unstable components dissolution and strong compaction, were identified;the fracture facies were mainly composed of none fracture facies,with network fractures and high-angle fractures appeared partially in layers. Then the petrophysical facies can be classified through the superimpositions and coupling of the sedimentary facies,diagenetic facies and tectonic facies. Nine types of petrophysical facies such as underwater distributary channel of the inner fan delta front-mud matrix filling-high angle fracture were divided in this way. Three types of reservoirs—good reservoir class Ⅰ, intermediate reservoir class Ⅱ and poor reservoir class Ⅲ,were classified based on the characteristics of different types of petrophysical facies,which realized the classification and evaluation of reservoirs from the perspective of genetic mechanism.
目前储集层的分类方法, 大多基于储集层物性, 即孔隙度和渗透率大小、孔喉半径、排驱压力等孔隙和喉道特征参数(黄薇等, 2013), 这种方法没有从储集层的成因机理进行分类, 无法起到平面预测的作用, 应用范围有限。储集层物性主要受沉积作用、成岩作用和构造的共同控制(史基安和王琪, 1995; Snjos et al., 2000; Lima and Ros, 2002; Hammer et al., 2010)。单独有利的沉积相、成岩相或者构造不一定形成物性较好的储集层; 同样单独不利的沉积相、成岩相或者构造也不一定形成物性较差的储集层(郭燕华等, 2000)。因此任何单一的沉积相、成岩相和构造都不能完全刻画出储集层物性的成因, 需要三者共同来表征其成因, 为此Spain(1992)、熊琦华等(1994)国内外学者提出了岩石物理相的概念。岩石物理相是具有一定岩石物理性质的储集层成因单元, 是沉积作用、成岩作用及构造作用对储集层的综合影响(熊琦华等, 1994; 姚光庆等, 1995), 它既可反映储集层宏观物性, 又可反映微观孔隙结构特征(程会明等, 2002), 是储集层物性成因的一种定性描述方式。基于储集层岩石物理相分类, 可用于: (1)提高测井储集层参数(孔隙度、渗透率和饱和度等)解释精度, 通过提供储集层参数解释模型, 将复杂储集层非均质、非线性问题转化为相对均质、线性问题予以解决(宋子齐等, 2013); (2)预测有利储集层分布和剩余油分布, 指导勘探方向和井位部署(熊琦华等, 1994; 谭成仟等, 2002)。
近年来得益于勘探思路的转变和新采集的海底电缆三维地震资料, 南海北部湾盆地乌石凹陷东区的勘探取得了较大的突破和进展, 在古近系始新统流沙港组三段(以下简称流三段)获得较大的油气发现, 但其储集层岩性复杂、物性变化快、储集层类型划分不清, 制约了开发方案的编制。为此本次研究, 从岩石物理相的角度来对储集层进行分类和评价, 厘清优质储集层的成因和展布, 来指导下一步的开发部署。
乌石凹陷位于南海北部湾盆地南部坳陷的东部, 是新生代形成的具有“ 南断北超” 结构特征的箕状凹陷, 北邻企西隆起, 南靠流沙凸起(柳永杰等, 2008, 图1)。研究区始新统流三段Ⅱ 油组(以下简称L3Ⅱ 油组)是物源来自于北东方向的粗粒扇三角洲沉积, 以扇三角洲前缘沉积为主, 岩性主要为砂砾岩和含砾砂岩(曾小明等, 2016a)。砂岩岩石类型主要为岩屑砂岩, 颗粒间主要呈点— 线式接触, 颗粒磨圆以次圆— 次棱角状为主, 分选中— 差, 表现为近源快速沉积特征。填隙物主要包括泥质杂基和胶结物, 其中泥质杂基含量较高, 质量分数平均为5.2%; 而胶结物含量较低, 体积分数平均为1.5%, 主要为自生黏土矿物(高龄石、伊利石等), 少量的铁方解石、菱铁矿等碳酸盐胶结物。
从岩心和壁心分析化验资料来看, 研究区岩性以砂砾岩和含砾砂岩为主, 其孔渗关系比较复杂。岩心和壁心孔隙度主要分布在15.0%~22.0%, 平均为18.4%; 渗透率主要分布在(0.1~222.8)× 10-3μ m2, 平均为39.4× 10-3μ m2, 主要表现为中孔低渗特征, 局部发育中孔中渗储集层。
根据黏土X衍射、孢粉颜色和包裹体等分析化验资料表明, 流三段储集层镜质体反射率分布在0.53%~0.66%, 孢粉颜色为深黄— 桔黄, 热变指数(TAI)分布在2.81~3.64之间, 最大热解温度主要分布在441~456, ℃之间。伊/蒙混层中蒙皂石占15%~30%, 颗粒间以点— 线接触为主。碳酸盐胶结物以亮晶铁方解石和铁白云石为主, 次为菱铁矿。储集层埋藏深度在2400~2900, m之间。根据中华人民共和国石油天然气行业标准(SY/T5477-2003), 综合认为流三段储集层处于中成岩A期(尤丽等, 2015)。通过对铸体薄片进行镜下观察和统计, 表明储集层孔隙类型以次生孔隙为主, 原生孔隙占21.3%, 次生孔隙占78.7%, 其中次生孔隙中铸模孔占40.6%、长石粒内溶孔占14.5%、岩屑粒内溶孔占10.6%、粒间溶孔占7.3%、杂基溶孔占4.3%、其他占1.4%(图 2, 图3)。由于溶蚀作用较强, 使喉道类型复杂多样, 缩颈型喉道、片状喉道、弯片状喉道及管束状喉道都可见。
由于岩石物理相是沉积、成岩和构造作用的综合反映, 为此本次研究对岩石物理相命名和划分采用这三者的叠加, 即沉积相+成岩相+裂缝相(赖锦等, 2014, 2015; 单祥等, 2016)。而储集层物性主要受沉积、成岩和构造作用共同的控制, 因此岩石物理相实现了从成因上对储集层进行分类, 可对储集层产生直观明了的感性认识。
综合区域地质背景、岩心和壁心观察描述、粒度分析、测井相等相标志, 认为研究区L3Ⅱ 油组为物源来自于北东方向的水进型扇三角洲(曾小明等, 2016b), 以扇三角洲前缘沉积为主, 扇三角洲前缘又可细分为内前缘和外前缘(图 4)。研究区主要可以识别出内前缘水下分流河道、外前缘水下分流河道、席状砂和间湾, 储集层主要分布在前面3种沉积微相中。
3.1.1 内前缘水下分流河道
扇三角洲内前缘水下分流河道沉积微相(W1、W2、W3、W5、W9和W11井), 岩性以砂砾岩为主, 由于地形较陡, 表现为近物源快速沉积, 粒度累积概率曲线上以跳跃— 悬浮两段式为主, 悬浮段发育(占50%以上), 呈现重力流特征(图 5-a); 测井上表现为大套厚层高幅箱状砂体, 单套砂体厚度达10~30, m, 岩心上表现为砂泥岩混杂堆积, 呈块状或者粗尾递变层理, 纵向上河道叠置现象明显; 碎屑颗粒分选磨圆差, 以次棱角状为主; 岩石组分中岩屑含量较多, 体积分数可达58.0%, 岩石结构和成分成熟度较低; 同时杂基含量也高, 质量分数为6.8%~8.9%, 表现为杂基支撑。
3.1.2 外前缘水下分流河道
扇三角洲外前缘水下分流河道沉积微相(W4、W7和W8井), 水动力条件较强, 岩性以含砾砂岩和中— 粗砂岩为主, 沉积物经过了一定距离的搬运, 粒度累积概率曲线上以滚动— 跳跃— 悬浮三段式为主, 少量的跳跃— 悬浮两段式, 牵引流特征; 测井上表现为中厚层中高幅钟型特征, 单套砂体厚度5~10, m, 纵向上河道叠置现象少见; 沉积物经过了一定的淘洗, 分选磨圆更好, 以次棱— 次圆状为主, 岩石组分中岩屑含量也减少, 泥质被带走的更多, 杂基质量分数为3.5%~5.1%, 表现为颗粒支撑(图 5-b)。
3.1.3 席状砂
席状砂沉积微相(W10井), 水动力条件较弱, 岩性以中— 细砂岩为主, 砂泥岩薄互层, 测井上表现为薄层中低幅漏斗型和指状特征; 粒度累积概率曲线上以跳跃— 悬浮两段式为主, 虽然其分选磨圆较好(图 5-c), 但其粒度较细, 泥质含量高, 杂基质量分数可达10.8%。
成岩相是指沉积物在一定沉积和成岩环境下经历一定成岩演化的产物, 成岩相通常包含两方面内容, 即成岩环境以及在该环境下的成岩产物(杨宁等, 2013)。研究区对储集层物性影响最大的是压实作用和溶解作用, 胶结作用较弱, 胶结物含量较少, 体积分数分布在0.5%~11%之间, 平均为2.7%, 一方面是由于研究区储集层的泥质杂基含量比较高, 并且储集层油气充注强度大, 抑制了碳酸盐和硅质等胶结物的发育(Marchand et al., 2002; 纪友亮等, 2015), 另一方面成岩早期形成的碳酸盐胶结物经溶解或蚀变后, 保存下来的量极少。因此研究区主要识别和划分出以下3种成岩相:
3.2.1 泥质杂基充填相
在沉积物快速沉积的环境下, 砂泥岩混杂堆积, 泥质杂基含量高, 质量分数可达6.8%~8.9%, 表现为杂基支撑, 颗粒分选磨圆差, 以次棱角状为主, 颗粒间呈线— 点接触, 孔隙连通性差, 表现为泥质杂基充填相(图 6-a), 在测井曲线上表现为“ 中等密度、中等声波、高中子” 特征, 密度主要分布在2.3~2.6g/cm3之间, 补偿中子孔隙度13%~21%、声波时差75~89, μ s/ft。
3.2.2 不稳定组分溶蚀相
由于研究区岩石类型主要为岩屑砂岩, 成分成熟度较低, 含有较多的长石和岩屑等不稳定组分, 为溶蚀作用提供了物质基础。研究区在始新世末期开始进入排烃期, 渐新世中期进入主要生、排烃期(胡德胜等, 2016), 流二段成熟的烃源岩排出大量的有机酸, 对储集层中不稳定组分有较强的溶蚀作用, 溶蚀作用增加的孔隙度达4.5%~18.1%, 溶蚀率达63.5%~92.1%, 表现为强溶蚀特征, 发育较多的粒间、粒内溶孔和铸模孔, 对孔隙和喉道有扩大作用, 极大地改善了孔隙结构(图 6-b)。尤其是靠近大断裂的储集层更容易接触到有机酸, 溶蚀作用更强。在测井曲线上表现为“ 低密度、高声波、低-中中子” 特征, 密度主要分布在2.2~2.5 g/cm3, 补偿中子孔隙度10%~18%、声波时差81~92, μ s/ft。
3.2.3 强压实致密相
在水动力较弱的环境, 岩性变细, 泥质沉积的更多, 并且埋深比较大, 这些因素对压实作用有较大的促进作用(朱世发等, 2009; 操应长等, 2011; 贾爽等, 2014), 受到较强的压实作用, 压实率平均为80.7%, 表现为强压实作用(图 6-c)。并且由于泥质含量高, 对酸性流体的流动有一定的阻碍作用, 溶蚀作用较弱。在测井曲线上表现为“ 中等密度、中等声波、中等中子” 特征, 密度主要分布在2.3~2.6 g/cm3, 补偿中子孔隙度14%~20%、声波时差71~83, μ s/ft。
构造作用对储集层物性最直接的影响是构造应力使岩石破裂产生裂缝, 可明显改善储集层渗流能力。根据裂缝发育的级别从低到高可分为近水平裂缝、低角度斜交裂缝、高角度斜交裂缝和网状裂缝(赖锦等, 2013), 因此对于裂缝相划分了无裂缝相、近水平裂缝相、低角度裂缝相、高角度裂缝相和网状裂缝相5种。通过对研究区岩心和成像测井资料研究发现, 在局部井段可观察到高角度(图 7-a)和网状裂缝(图 7-c, 7-d), 虽然大部分裂缝被方解石所充填(图 7-b), 但仍然可以增加储集层的渗流能力。由于流三段形成于盆地演化的断陷期, 构造强度大, 断裂发育, 再加上砂砾岩储集层在埋深不大的地方通常比较疏松, 有利于裂缝的形成。因此研究区在部分储集层段发育高角度裂缝相和网状裂缝相。
通过上述分析表明, L3Ⅱ 油组储集层沉积微相主要有扇三角洲内前缘水下分流河道、外前缘水下分流河道和席状砂3种类型; 成岩相主要有泥质杂基充填相、不稳定组分溶蚀相和强压实致密相3种类型; 裂缝相主要有3种, 以无裂缝相为主, 局部层段发育高角度裂缝相和网状裂缝相。由于L3Ⅱ 油组储集层岩石物理相的命名是通过三者叠加来实现, 理论上可划分出27种(3× 3× 3)岩石物理相, 但其中包括一些不合理的组合, 如外前缘水下分流河道— 泥质杂基充填— 无裂缝相, 这是由于外前缘水下分流河道微相泥质杂基含量不高; 还有一些岩石物理相受资料限制, 无法在现有资料情况下识别出来或者发育很少的, 比如席状砂— 泥质杂基充填— 高角度裂缝相。根据各种岩石物理相的特征, 主要识别和划分出9种岩石物理相(表 1, 图8)。
根据划分出来的9种岩石物理相物性特征, 可以将L3Ⅱ 油组储集层归纳出以下3种类型:
该类好储集层主要发育于外前缘水下分流河道— 不稳定组分溶蚀相— 无裂缝相这种岩石物理相中(表 1, 图9), 是最有利的沉积相带和最有利的成岩相带叠加的结果, 物性较好。储集层的分选磨圆较好, 泥质含量较低, 原始孔隙度较大, 同时溶蚀作用强, 岩屑和长石溶蚀严重, 次生孔隙发育, 孔隙连通性较好, 物性较好, 是研究区良好的油气储集层, 岩心和壁心物性实验分析得到其渗透率平均为194.1× 10-3μ m2。W8的侧钻井W8Sa在该类储集层DST测试日产原油可达189.1, m3, 比采油指数为2.036, m3/(d· MPa· m), 产能较好。
该类中等储集层主要发育于内前缘水下分流河道— 不稳定组分溶蚀相— 无裂缝相、席状砂— 不稳定组分溶蚀相— 无裂缝相、席状砂— 强压实致密相— 网状裂缝相和内前缘水下分流河道— 泥质杂基充填相— 高角度裂缝相4种岩石物理相中, 物性中等(表 1, 图9)。具体表现为: 对于裂缝不发育的内前缘水下分流河道也有部分储集层泥质杂基含量不高, 并且靠近断裂系统, 比较容易接触到有机酸, 溶蚀作用强, 次生孔隙发育, 孔隙连通性较好, 岩心和壁心渗透率平均为41.6× 10-3μ m2; 席状砂由于搬运距离较远, 虽然粒度较细, 但其分选磨圆较好, 有利于酸性流体的流动, 溶蚀作用较强, 岩心和壁心渗透率平均为38.8× 10-3μ m2。对于发育裂缝的内前缘水下分流河道和席状砂, 即使在不利的成岩相情况下, 由于存在裂缝, 储集层的渗流能力仍然得到了极大的改善。W1井在该类储集层中DST测试日产原油为44.3, m3, 比采油指数为0.093, m3/(d· MPa· m), 产能中等。
该类差储集层主要发育于内前缘水下分流河道— 泥质杂基充填相— 无裂缝相、外前缘水下分流河道— 强压实致密相— 无裂缝相、席状砂— 强压实致密相— 无裂缝相和席状砂— 泥质杂基充填相— 无裂缝相这4种岩石物理相中(表 1, 图9), 主要是不利的沉积相、不利的成岩相或者无裂缝相带叠加的结果, 物性较差。这类储集层主要是由以下2种情况造成的: (1)储集层分选磨圆差, 泥质杂基含量高, 泥质杂基堵塞了喉道, 孔隙连通性差; (2)储集层由于埋深大, 压实作用强烈, 原生孔隙保存较少, 次生孔隙不发育, 储集层较致密且裂缝不发育。W2和W5井在该类储集层中DST测试日产原油分别为2.2, m3和1.8, m3, 比采油指数分别为0.004和0.015, m3/(d· MPa· m), 产能较差。
1)北部湾盆地乌石凹陷东区始新统流沙港组三段Ⅱ 油组为粗粒扇三角洲前缘沉积, 可识别出内前缘水下分流河道、外前缘水下分流河道和席状砂3种沉积微相; 压实作用和溶解作用较强, 胶结作用较弱, 识别和划分出了泥质杂基充填相、不稳定组分溶蚀相和强压实致密相3种成岩相; 在断裂附近的部分储集层发育高角度裂缝相和网状裂缝相。
2)通过采用“ 沉积相+成岩相+裂缝相” 来命名储集层的岩石物理相, 研究区主要发育9种岩石物理相, 并从岩石物理相的角度对储集层进行分类和评价, 归纳和划分出3类储集层, 其中Ⅰ 类好储集层主要分布在W4和W8井附近。实现了从储集层物性成因对储集层进行分类和评价, 可指导后期的研究工作。
作者声明没有竞争性利益冲突.