張 汶 杜春曉 周連德 張國(guó)坤 呂世聰

中海石油(中國(guó))有限公司天津分公司, 天津 300459

0 前言

近年渤海油田在碳酸鹽巖古潛山油藏的勘探取得了較大突破,但古潛山受風(fēng)化剝蝕作用及成巖作用的影響,常表現(xiàn)出儲(chǔ)層類型復(fù)雜、非均質(zhì)性強(qiáng)、油藏發(fā)育模式多樣等特征[1-3]。1994年,李定龍、王興志等人將巖溶分為沉積型、暴露型和埋藏型三大類[4-5]。2001年,金振奎、侯方浩等人對(duì)大港奧陶系碳酸鹽巖儲(chǔ)層與巖性、沉積環(huán)境、水動(dòng)力條件、古地形、斷裂和風(fēng)化淋濾時(shí)間進(jìn)行了結(jié)合分析[6-7]。2012年,王起琮等人將巖溶儲(chǔ)層分為8類,儲(chǔ)集空間分為4類,并按儲(chǔ)層優(yōu)劣劃分為5類7亞類[8]。

巖溶儲(chǔ)層的研究取得了一定成果,但在不同區(qū)域受不同地質(zhì)影響因素的巖溶儲(chǔ)層特征具有較大差異,各區(qū)塊間巖溶儲(chǔ)層模式可類比性較差,同時(shí),對(duì)巖溶與構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、成巖作用等因素之間的相互關(guān)系還無統(tǒng)一認(rèn)識(shí),因此,需對(duì)巖溶儲(chǔ)層特征、影響因素及發(fā)育模式進(jìn)行研究[9-14]。本文以南堡凹陷曹妃甸A油田奧陶系碳酸鹽巖潛山為例,通過鉆井、取心、測(cè)井、測(cè)試等對(duì)古巖溶儲(chǔ)層特征及發(fā)育模式重新認(rèn)識(shí),豐富了南堡凹陷潛山的油藏模式,對(duì)油田勘探開發(fā)具有一定的指導(dǎo)意義[15-20]。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

曹妃甸A油田位于南堡凹陷南端,處于往南向沙壘田凸起過渡的斷階帶上,構(gòu)造及成藏條件優(yōu)越。據(jù)油田6口探井示,古潛山自上而下鉆遇奧陶系亮甲山組和冶里組;寒武系主要鉆遇鳳山組、長(zhǎng)山組、崮山組、張夏組和徐莊組,其中奧陶系亮甲山組和冶里組是主要含油層段,曹妃甸A油田區(qū)域位置見圖1。

圖1 曹妃甸A油田區(qū)域位置圖

2 古巖溶儲(chǔ)層特征

2.1 儲(chǔ)層巖石學(xué)特征

2.1.1 云質(zhì)角礫巖

云質(zhì)角礫巖顏色為灰色,礫石為白云巖和灰?guī)r,角礫支撐結(jié)構(gòu),主要發(fā)育在潛山頂部。巖心和薄片見白云石呈菱形不均勻分布,白云巖受應(yīng)力作用發(fā)生破碎呈角礫狀。同時(shí)可見巖石發(fā)育高、低角度縫和網(wǎng)狀縫,多被方解石充填;并發(fā)育少量溶蝕孔,分布不均勻,形態(tài)不規(guī)則,整體連通性差，見圖2-a)～b)。

2.1.2 泥晶白云巖

泥晶白云巖為潛山的主要巖性,顏色為灰色～深灰色,通過巖心觀察為塊狀構(gòu)造,呈泥晶結(jié)構(gòu),巖性致密,受斷層及巖溶作用影響,部分深度薄片可見少量高角度縫及溶蝕孔,且多被方解石充填,未見孔隙發(fā)育，見圖2-c)～d)。

2.1.3 粉-細(xì)晶白云巖

粉-細(xì)晶白云巖為含油層段,從巖心觀察到該段的裂縫比上下層段泥晶云巖的裂縫更為發(fā)育,且多為高角度裂縫,巖心多破碎,含油飽滿、原油味濃、油脂感強(qiáng),且不見巖石本色。從薄片可見,粉-細(xì)晶為泥晶不均勻重結(jié)晶形成,結(jié)晶粒度大小不均勻,裂縫較為發(fā)育,大部分縱橫交錯(cuò),互相連通,同時(shí)可見次生溶孔，見圖2-e)～f)。

2.1.4 安山巖

潛山下部還有火山巖發(fā)育。據(jù)巖心和薄片觀察,其巖性為安山巖,為灰色,巖性致密,斑晶主要為長(zhǎng)石,黏土化嚴(yán)重,基質(zhì)中可見交織結(jié)構(gòu)。并見少量溶孔被高嶺石充填,僅見1條未充填裂縫見圖2-g)～h)。

圖2 研究區(qū)潛山各類儲(chǔ)層巖石學(xué)特征照片

2.2 儲(chǔ)集空間特征

潛山儲(chǔ)層具有以下特征:1)非風(fēng)化殼型巖溶儲(chǔ)層;早先勘探評(píng)價(jià)階段一度認(rèn)為潛山為風(fēng)化殼型巖溶儲(chǔ)層,但通過近期的鉆井、取心、測(cè)試發(fā)現(xiàn),潛山橫向分布局限,縱向巖溶深度各井間差異大,儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng),同時(shí)巖溶儲(chǔ)層中巖溶洞穴等儲(chǔ)集空間在潛山并不發(fā)育,因此儲(chǔ)集空間類型有待進(jìn)一步分析論證。2)儲(chǔ)層物性為低孔低滲,基質(zhì)孔隙差;孔隙度主要分布在2%～5%,平均值4.4%;滲透率分布在0.01×10-3～49.3×10-3μm2,平均值2.4×10-3μm2,反映出基質(zhì)孔隙對(duì)油氣儲(chǔ)運(yùn)的貢獻(xiàn)十分有限。3)裂縫和小型溶蝕孔洞為主要儲(chǔ)滲空間;發(fā)育較豐富的高角度縫和溶蝕孔洞,裂縫和孔洞縫的發(fā)育程度與構(gòu)造活動(dòng)和儲(chǔ)層巖性有關(guān)。4)儲(chǔ)層段電性特征明顯易于識(shí)別;潛山基質(zhì)孔隙度低,巖性致密,導(dǎo)致圍巖密度和電阻率曲線數(shù)值高,而含油層段受孔隙系統(tǒng)及流體影響,密度和電阻率曲線數(shù)值相對(duì)低,易于識(shí)別,研究區(qū)潛山各類碳酸鹽巖電性特征見表1。

表1 研究區(qū)潛山各類碳酸鹽巖電性特征表

3 古巖溶發(fā)育模式

3.1 儲(chǔ)層成因

研究區(qū)潛山成像測(cè)井及陰極發(fā)光資料見圖3。潛山裂縫走向以NE方向?yàn)橹?其次是NW方向,兩組裂縫的分布與潛山頂面構(gòu)造圖中的斷裂系統(tǒng)基本吻合,說明裂縫受構(gòu)造作用控制明顯,見圖3-a)～b);因此,潛山物性雖整體較差,但靠近斷層地帶裂縫可能較為發(fā)育。

裂縫發(fā)育程度與巖性密切相關(guān),各類巖石裂縫減少的順序依次為:云質(zhì)角礫巖>粉-細(xì)晶白云巖>泥晶白云巖>白云質(zhì)灰?guī)r>灰?guī)r?？梢钥闯隽芽p主要發(fā)育在脆性的白云巖中,潛山巖性雖然主要為泥晶云巖,但其結(jié)晶程度有差異,結(jié)晶程度越粗裂縫越發(fā)育,曹妃甸A油田潛山各類巖石裂縫統(tǒng)計(jì)情況見表2。

地層水和有機(jī)酸對(duì)儲(chǔ)層有一定改善作用,沿裂縫形成了一定的溶蝕孔洞,但充填作用對(duì)儲(chǔ)層的影響更為嚴(yán)重,總體是對(duì)儲(chǔ)集空間的破壞。從陰極發(fā)光資料看出,儲(chǔ)層裂縫中方解脈發(fā)橘黃和亮黃色光,反映了儲(chǔ)集層遭受了兩期充填,見圖3-c)～d)。由區(qū)域構(gòu)造演化剖面可見,古近系沙河街組和東營(yíng)組時(shí)期斷層活動(dòng)強(qiáng)烈,而進(jìn)入新近系館陶組以后,整個(gè)斷層活動(dòng)速率突然降低,基本不活動(dòng),但進(jìn)入明化鎮(zhèn)組沉積時(shí)期,其斷層又開始活動(dòng),速率開始增加,見圖4。可以推測(cè)兩次充填很可能和區(qū)域上兩次大構(gòu)造活動(dòng)有關(guān)。

a)CFD 1井成像測(cè)井資料

b)CFD 2井成像測(cè)井資料

c)CFD 1井陰極發(fā)光資料

d)CFD 2井陰極發(fā)光資料圖3 研究區(qū)潛山成像測(cè)井及陰極發(fā)光資料圖

表2 曹妃甸A油田潛山各類巖石裂縫統(tǒng)計(jì)情況表

3.2 受斷裂和巖性控制的巖溶儲(chǔ)層模式

結(jié)合各種地質(zhì)作用,建立了研究區(qū)受斷裂和巖性控制的巖溶模式，見圖5。

古近系沙河街組和東營(yíng)組時(shí)期構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈,斷層在潛山奧陶系亮甲山組和冶里組形成了大量的裂縫,其中細(xì)晶白云巖層段裂縫系統(tǒng)更為發(fā)育,但同時(shí)斷裂溝通地表水,大氣降水沿著斷裂下滲至目的層段對(duì)其斷裂及斷裂形成的儲(chǔ)集空間進(jìn)行充填。

新近系明化鎮(zhèn)組以來構(gòu)造活動(dòng)再次加強(qiáng),斷層在形成斷裂的同時(shí)溝通地表水對(duì)儲(chǔ)集空間再次充填。通過兩次地質(zhì)運(yùn)動(dòng),泥晶白云巖段裂縫基本被充填,但細(xì)晶白云巖段裂縫相對(duì)更為發(fā)育,仍有部分裂縫未被充填,為主要含油層段。

a)研究區(qū)主要構(gòu)造帶演化剖面圖

b)研究區(qū)主要斷裂伸展速率圖圖4 研究區(qū)主要構(gòu)造帶演化剖面及主要斷裂伸展速率圖

結(jié)合鉆井情況,油層縱向主要分布在亮甲山組兩段以細(xì)晶云巖為主的層段內(nèi),而平面上CFD 5井位于構(gòu)造低部位,巖性以泥晶云(灰)巖為主,不發(fā)育儲(chǔ)層,反應(yīng)出CFD 5井海拔深度-3 570 m已經(jīng)低于潛水面深度,由此可以推斷出研究區(qū)細(xì)晶云巖縱向上主要發(fā)育在亮甲山組兩個(gè)層段內(nèi),平面上發(fā)育在海拔深度-3 570 m以上的范圍。

a)新近系明化鎮(zhèn)組和第四系時(shí)期巖溶模式示意圖

b)古近系沙河街組和東營(yíng)組時(shí)期巖溶模式示意圖圖5 研究區(qū)1、2井區(qū)巖溶模式示意圖

4 結(jié)論

1)曹妃甸A油田奧陶系潛山儲(chǔ)層受結(jié)晶程度的影響,巖性主要為泥-細(xì)晶白云巖,儲(chǔ)集空間主要由未充填或半充填裂縫,以及沿裂縫溶蝕擴(kuò)大的孔洞構(gòu)成,垂向及橫向分布受斷裂系統(tǒng)和儲(chǔ)層巖性控制。

2)潛山為受斷裂和巖性控制的巖溶模式,儲(chǔ)集空間的形成主要受古近系沙河街組、東營(yíng)組時(shí)期和新近系明化鎮(zhèn)組兩次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響,一方面形成了大量的斷裂系統(tǒng),其中細(xì)晶云巖段由于巖性脆,儲(chǔ)集空間尤為發(fā)育;另一方面斷裂溝通地表水對(duì)儲(chǔ)集空間進(jìn)行充填,同時(shí)造成了破壞。受充填作用影響,除細(xì)晶云巖層段,其他巖性孔隙基本被完全充填,同時(shí)結(jié)合鉆井資料,確定細(xì)晶云巖層段縱向上發(fā)育在亮甲山組的兩個(gè)層段中,橫向上主要發(fā)育在潛水面海拔深度-3 570 m以上的區(qū)域。說明儲(chǔ)層發(fā)育在仍有未充填或半充填縫的粉-細(xì)晶白云巖層段中,否定了原先風(fēng)化殼型巖溶儲(chǔ)層的認(rèn)識(shí),該認(rèn)識(shí)對(duì)勘探目標(biāo)具有指導(dǎo)意義。