司兆偉, 孔祥生, 梁忠奎, 謝偉彪, 耿雪杰, 白松濤

(1.冀東油田勘探開發(fā)研究院, 河北 唐山 063004; 2.中國石油集團(tuán)測井有限公司油氣評價中心, 陜西 西安 710077)

0 引 言

低對比度油氣層是指油氣層電阻率減小或水層電阻率增大導(dǎo)致二者電阻率對比度降低在測井上難以識別的油氣層[1-2]。低對比度油氣層廣泛存在于復(fù)雜砂巖油氣藏中,成因類型較多,可歸納為外因、內(nèi)因和復(fù)合成因3種[3-4]:①外因指由非地層因素變化引起的低對比度,主要有鹽水泥漿侵入等;②內(nèi)因是指油氣層本身特性變化導(dǎo)致的低對比度,如微孔隙發(fā)育、黏土附加導(dǎo)電、泥質(zhì)夾層以及地層水礦化度變化等;③復(fù)合成因是指由內(nèi)因、外因共同作用所導(dǎo)致的低對比度。

低對比度油氣層成因機(jī)理非常復(fù)雜,巖石物理成因與構(gòu)造、沉積和成巖作用的關(guān)系需要進(jìn)一步明確。為此,本文從儲層成巖作用角度,以冀東油田南堡1-5區(qū)東一段為例,著重探討烴類侵位對低對比度油氣層形成的控制作用。

1 低對比度油氣層特征及成因類型

對于冀東油田低對比度油氣層主要成因有低幅度構(gòu)造、高地層水礦化度、束縛水含量高等客觀認(rèn)識[5],在油氣水層判別規(guī)律研究中具有一定的應(yīng)用效果,但在南堡1-5區(qū)東一段流體判別中,其低對比度成因機(jī)制較以往成因有所不同,增加了流體測井識別難度。

1.1 低對比度油氣層特征

南堡1-5區(qū)東一段為淺湖環(huán)境的辮狀河三角洲前緣亞相,儲層以細(xì)砂巖、中砂巖為主,其次為不等粒砂巖和少量粗砂巖、粉砂巖。巖心常規(guī)物性分析資料表明,儲層孔隙度主要分布在15%～28%之間,平均為24.7%,滲透率主要分布在(10～500)×10-3μm2之間,平均為92.7×10-3μm2,屬典型的中孔隙度中滲透型儲層。

根據(jù)研究區(qū)東一段油、水層電阻率統(tǒng)計分析,油層深側(cè)向電阻率主要分布在4～20 Ω·m之間,水層深側(cè)向電阻率主要分布在3～14 Ω·m之間,水層電阻率普遍較高,油、水層二者之間存在一個范圍較廣的重疊區(qū)域(見圖1),反映出低對比度油氣層發(fā)育的特點。

圖1 南堡1-5區(qū)Ed1油水層電阻率分布圖

1.2 低對比度油氣層成因分析

巖心觀察表明,研究區(qū)含油級別不同的儲層,滴酸反應(yīng)差異明顯,含油級別較低的儲層滴酸反應(yīng)強(qiáng)烈,而含油級別較高的儲層滴酸反應(yīng)較弱或基本無反應(yīng)。通過對儲層礦物成分統(tǒng)計分析,發(fā)現(xiàn)在富含油或油浸級別儲層中,方解石、白云石等碳酸鹽礦物含量一般較低,大部分小于8%,而在油斑或熒光級別儲層中,碳酸鹽礦物含量相對較高,可達(dá)到14%左右(見圖2)。碳酸鹽本身就是高電阻率礦物,含量增大勢必導(dǎo)致儲層電阻率的升高。同時碳酸鹽礦物以膠結(jié)物的形式出現(xiàn),充填了儲層的部分孔隙,致使儲層的孔隙孔喉更加狹窄,導(dǎo)電截面變小,導(dǎo)電路徑愈發(fā)曲折,進(jìn)一步影響了巖石的導(dǎo)電性,造成水層電阻率增大,縮小了油氣層、水層二者電阻率的差異,測井響應(yīng)表現(xiàn)為高電阻率水層特征,容易造成假低對比度油氣層。

圖2 南堡1-5區(qū)Ed1不同含油級別儲層中碳酸鹽膠結(jié)物含量分布圖

上述研究表明,油水層碳酸鹽膠結(jié)物含量差異是造成研究區(qū)儲層形成低對比度油氣層的主控因素。如圖3所示,L1井10、11、13號層,深側(cè)向電阻率在7～9 Ω·m之間,孔隙度在23%～25%之間,綜合解釋為油層。3層合投,平均日產(chǎn)液20 m3,含水90%以上。找水資料證實,11號層為主產(chǎn)液層,13號層為次產(chǎn)液層。通過對井壁取心重新滴酸觀察,11、13號層滴酸強(qiáng)烈起泡,說明其電阻率數(shù)值較高,實為碳酸鹽膠結(jié)物含量較高所致,屬于假低對比度油氣層。

圖3 L1井測井成果圖*非法定計量單位:1 ft=12 in=0.304 8 m,下同

2 烴類侵位對低對比度油氣層形成的控制作用

研究區(qū)東一段儲層中碳酸鹽膠結(jié)物含量與其含油性關(guān)系密切,水層碳酸鹽膠結(jié)物含量高,油層含量低,是低對比度油氣層形成的主要因素。碳酸鹽膠結(jié)物含量與儲層的化學(xué)成巖作用存在緊密的聯(lián)系,控制成巖作用的地球化學(xué)因素非常復(fù)雜,其中烴類的充注起著重要作用。早期學(xué)者曾經(jīng)認(rèn)為,烴類侵位將導(dǎo)致儲層成巖作用的終止[6]。20世紀(jì)80年代中期以來的研究表明,烴類侵位后,儲層成巖作用雖受到不同程度的影響,但不一定完全終止[7-9]。本文主要從影響儲層碳酸鹽膠結(jié)物成巖作用的角度,分析其在低對比度油氣層形成中所起的控制作用。

2.1 烴類侵位對早期碳酸鹽膠結(jié)物溶解作用的影響

圖4 L2井2 718.26 m粗砂質(zhì)中砂巖×50泥粉晶白云石膠巖、交代顆粒,石英次生加大

隨著埋深增加,烴源巖中的有機(jī)質(zhì)開始脫羧并釋放出CO2,進(jìn)入孔隙流體后形成溶解能力很強(qiáng)的酸性水。碳酸鹽膠結(jié)物化學(xué)性質(zhì)活潑,對成巖流體的酸堿度十分敏感。當(dāng)酸性水進(jìn)入砂巖孔隙系統(tǒng)后,會對其中早期形成的碳酸鹽膠結(jié)物和易溶骨架顆粒進(jìn)行溶蝕,產(chǎn)生大量粒間和粒內(nèi)溶蝕孔隙[10]。溶蝕作用形成的次生孔隙有利于烴類聚集,聚集的烴類又為孔隙水提供一定量的有機(jī)酸,進(jìn)一步促進(jìn)早期碳酸鹽膠結(jié)物及易溶骨架顆粒的溶解,二者之間相輔相成。

由鏡下觀測,含油級別較高的砂巖樣品碳酸鹽等礦物的溶解作用十分強(qiáng)烈,產(chǎn)生了大量的次生孔隙,粒間溶孔、粒內(nèi)溶孔及黏土礦物晶間微孔發(fā)育,偶見鑄?？?見圖5)。

圖5 L2井2 717.82 m油浸粗砂質(zhì)中砂巖×100粒間、粒內(nèi)、港灣、鑄模及膠結(jié)物晶間溶孔

2.2 烴類侵位對晚期碳酸鹽膠結(jié)作用的影響

研究區(qū)晚期碳酸鹽膠結(jié)物多以分散狀、孔隙式膠結(jié)物出現(xiàn),充填于剩余粒間孔和各類次生溶孔中,成分以鐵白云石為主,呈潔凈的大晶粒狀,其周圍多為黏土混層。黏土礦物的轉(zhuǎn)化、長石的溶解等成巖作用產(chǎn)生了大量的Mg2+、Fe2+和Ca2+離子,為晚期碳酸鹽膠結(jié)物形成提供了物質(zhì)來源。

烴類注入儲層后,一方面阻礙了地層水流動,而孔隙流體的流動對成巖過程起關(guān)鍵作用;另一方面烴類的聚集改變了孔隙水的化學(xué)組成,導(dǎo)致孔隙水中無機(jī)離子濃度及pH值降低,且替換孔隙水的烴類流體阻礙了礦物與離子之間的質(zhì)量傳遞,致使晚期碳酸鹽的膠結(jié)作用受到抑制,明顯減弱或停止。

根據(jù)研究區(qū)儲層礦物成分的鏡下觀測,含油級別高的砂巖樣品中,晚期碳酸鹽膠結(jié)物(主要為鐵白云石)發(fā)育較差,呈零散狀分布,不完全充填粒間(見圖6)。含油級別低的砂巖樣品中,晚期碳酸鹽膠結(jié)物十分發(fā)育,充填了大部分粒間孔隙(見圖7)。造成這一現(xiàn)象的原因比較復(fù)雜,但含油性不同的儲層其晚期碳酸鹽膠結(jié)物含量存在較明顯的差異,與烴類侵位導(dǎo)致碳酸鹽礦物的膠結(jié)作用受到抑制存在必然的聯(lián)系。

圖6 L3井2 930.20 m富含油細(xì)砂巖×2 000少量鐵白云石膠結(jié)、伊利石及伊蒙混層

圖7 L3井2 922.95 m油跡細(xì)砂巖×1 700粒間自生鐵白云石膠結(jié)

研究區(qū)東一段碳酸鹽膠結(jié)物成巖演化與烴類流體的活動密切相關(guān),烴類充注不僅會促進(jìn)儲層早期形成的碳酸鹽膠結(jié)物的進(jìn)一步溶解,且對晚期碳酸鹽的膠結(jié)具有一定程度的抑制作用,造成含油性不同的儲層碳酸鹽膠結(jié)物含量存在明顯差異,是形成東一段水層電阻率升高、油層電阻率降低現(xiàn)象的直接原因。

3 應(yīng)用實例

在研究區(qū)低對比度油氣層解釋評價過程中,結(jié)合井壁取心、氣測錄井等資料取得了良好效果。圖8為L4井的測井解釋成果圖,該井30號層深側(cè)向電阻率在6 ～8 Ω·m之間,與上部24、25、26號層相比,單一電性油層特征明顯,但該層井壁取心滴酸反應(yīng)強(qiáng)烈,后期巖石分析化驗資料也證實,其碳酸鹽膠結(jié)物含量明顯高于上部24、25、26號層,依據(jù)儲層含油性與碳酸鹽膠結(jié)物含量相關(guān)性認(rèn)識,綜合解釋為水層。24、25、26號層解釋為油層。30號層射孔后,累計產(chǎn)水146.65 m3,未見油氣;24、25、26號層合投后,日產(chǎn)油24.7 t,日產(chǎn)氣4 355 m3,含水12.4%。試油結(jié)果與解釋結(jié)論相符,印證了上述觀點的正確性。

圖8 L4井測井成果圖

4 結(jié) 論

(1) 通過南堡1-5區(qū)東一段的研究,發(fā)現(xiàn)含油級別較高的儲層其烴類充注后其化學(xué)成巖環(huán)境發(fā)生很大改變,一方面烴類攜帶的有機(jī)酸對早期形成的碳酸鹽膠結(jié)物具有很強(qiáng)的溶解作用;另一方面聚集的烴類抑制了晚期碳酸鹽膠結(jié)物的形成,造成碳酸鹽膠結(jié)物含量低。而含油級別較低的儲層,成巖環(huán)境變化不大,碳酸鹽的成巖演化未受明顯影響,含量較高。

(2) 碳酸鹽膠結(jié)物含量的差異模糊了油、水層的電性評判標(biāo)準(zhǔn),導(dǎo)致了低對比度油氣層的形成。整個過程中,烴類流體的影響發(fā)生在儲層成巖作用的不同階段,貫穿于低對比度油氣層形成的全過程,控制作用明顯。且該認(rèn)識在實際資料的解釋評價中應(yīng)用效果明顯,對低對比度油氣層的識別技術(shù)研究具有很強(qiáng)的指導(dǎo)意義。

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