录井工程  2019 , 30 (4): 105-111 https://doi.org/10.3969/j.issn.1672-9803.2019.04.020

地质研究

板桥凹陷深层扇三角洲前缘优质储集层特征及控制因素——以沙河街组为例

吴刚, 宋舜尧, 卢异, 左毅, 成亚斌, 陈子香, 陈小欣

中国石油大港油田公司勘探开发研究院

中图分类号:  TE132.1

文献标识码:  A

收稿日期: 2019-09-10

网络出版日期:  2019-12-25

版权声明:  2019 《录井工程》杂志社 《录井工程》杂志社 所有

作者简介:

作者简介:吴刚 工程师,1983年生,2009年毕业于中国石油大学(华东)矿产普查与勘探专业,获硕士学位,现从事油气田开发地质工作。通信地址:300280 天津市大港油田幸福路1280号。电话:(022)63960305。E-mail:wugangupc@163.com

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摘要

综合利用岩心、铸体薄片、扫描电镜、生产动态等资料,对板桥凹陷沙河街组深层储集层特征、主控因素进行了分析。研究区深层储集层以岩屑长石砂岩、长石岩屑砂岩为主,孔隙类型主要为粒间溶孔、粒内溶孔及颗粒铸模孔;机械压实、胶结作用是储集层物性变差的主要因素,酸性介质主导的溶蚀作用增加孔隙,而超压作用保护孔隙。研究表明深层储集层形成是“构造-沉积-成岩”多因素相互耦合作用的结果。深凹区紧邻油源断层的水下分流河道微相砂体粒度粗、原始孔隙条件好,酸性流体易于进入并形成次生溶孔,后期油气充注及其导致的异常高压抑制了胶结等减孔成岩作用,为“强溶蚀-弱胶结”成岩相,发育一定规模的中高孔-中高渗储集层,是深层油气勘探开发的潜力目标区。

关键词: 板桥凹陷 ; 扇三角洲前缘 ; 优质储集层 ; 多因素耦合 ; 强溶蚀 ; 弱胶结 ; 控制因素

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吴刚, 宋舜尧, 卢异, 左毅, 成亚斌, 陈子香, 陈小欣. 板桥凹陷深层扇三角洲前缘优质储集层特征及控制因素——以沙河街组为例[J]. 录井工程, 2019, 30(4): 105-111 https://doi.org/10.3969/j.issn.1672-9803.2019.04.020

0 引 言

随着油气勘探持续深入,深层油气已成为油气勘探的重要领域[1,2,3]。渤海湾盆地在3 500~4 500 m的深层具有较好的成藏条件,深层碎屑岩将成为今后主要的储量增长领域[4]。相关研究已证实深层储集层发育特征是制约深层油气勘探开发的关键因素[4]。板桥凹陷位于渤海湾盆地黄骅坳陷中北部,夹持于边界断层沧东断裂与滨海断裂带之间,深层多指沙河街组埋深大于3 500 m的地层。目前凹陷探明开发的油气储量主要分布于沙河街组中浅层,深层储量仅占8.3%[5];近期钻探的BS 37井于3 800 m的深层钻遇孔隙度15.5%、渗透率41 mD的优质储集层,试油获得了百吨高产,证实了板桥凹陷深层的油气勘探潜力。前人已在板桥凹陷的成藏[5,6]、沉积[7,8,9,10,11]、储集层 [11,12,13]等方面作了大量研究,关于沙河街组深层储集层特征及控制因素的系统研究尚需深入开展。

研究区沙河街组厚度为3~4 km,是主要的烃源岩层、储集层和油气产层。沙河街组沉积期为板桥凹陷断陷稳定发展阶段[5],凹陷陡坡和缓坡分别发育扇三角洲-滑塌浊积扇、辫状河三角洲沉积体系[13]。扇三角洲-滑塌浊积扇沉积体系为研究区主要沉积相带,直接发育于凹陷深湖区生油岩中,深层具备形成岩性油气藏的条件。综合铸体薄片、扫描电镜等资料,对沙河街组深层储集层特征、主控因素进行了系统分析,为下一步深层油气勘探开发提供指导。

1 储集层特征

1.1 储集层岩石学特征

板桥凹陷沙河街组储集层以灰色岩屑长石砂岩、长石岩屑砂岩为主,石英平均含量31.3%,长石平均含量37%,岩屑平均含量31.7%(图1)。岩屑以不稳定的岩浆岩屑为主(含量25.1%),主要有流纹岩岩块、花岗岩岩块。碎屑颗粒分选中等-好,磨圆以次尖-次圆为主,胶结物以钙质为主,颗粒支撑,线、点-线接触,孔隙式、接触-孔隙式及接触式胶结,岩石成分成熟度较低、结构成熟度中等-低。

图1   板桥凹陷沙河街组储集层岩石学分类

   

1.2 储集空间特征

储集层孔隙类型主要为粒间溶蚀孔、粒内溶蚀孔、颗粒铸模孔,还有少量残余粒间孔和裂缝。

(1)研究区残余粒间孔隙很少且孔径较小。一方面机械压实造成物理性减孔,另一方面石英、长石等次生加大或方解石胶结作用造成化学性减孔[12],残余粒间孔外形呈不规则状(图2a)。

图2   板桥凹陷沙河街组深层储集层储集空间特征

   

(2)粒间溶蚀孔是研究区主要孔隙类型,溶孔边缘大多呈港湾状、长条状等不规则形态。相邻粒间孔隙之间的喉道受溶蚀形成长条状溶蚀粒间孔隙,该类孔隙致使两个甚至多个粒间孔连成次生长条状孔隙(图2a)。

(3)铸模孔由长石等不稳定碎屑颗粒溶蚀后形成,其完全溶解后仅留下泥晶包壳(图2b)。

(4)研究区颗粒富含长石,常见沿长石解理方向部分或全部被溶解形成的粒内溶孔[14,15],使颗粒呈现“蜂巢状”特征(图2c)。

1.3 储集层物性特征

板桥凹陷沙河街组深层储集层平均孔隙度14.96%、平均渗透率17.1 mD。孔隙度分布相对集中,整体在5%~25%范围内,主要分布范围为15%~20%(图3a);渗透率数值变化范围较大(0.01~4 510 mD),主要分布范围在0.01~50 mD,平均渗透率27.1 mD(图3b);储集层整体上属于中低孔、低(特低)渗储集层。

图3   板桥凹陷沙河街组深层储集层孔隙度和渗透率分布

   

纵向上,储集层孔渗性虽与埋藏深度存在一定的正相关性,但并非完全线性正相关,在2 600~2 950 m、3 350~3 900 m范围内发育两个主要的次生孔隙发育带(图4a),尤其在3 350~3 900 m的中深层范围内,孔隙度大于15%的中-高孔型储集层约占总量的27%,对应深度的渗透率也呈现明显的增大趋势(图4b),3 350~3 900 m的深层异常高孔段发育相对优质储集层,对深层油气勘探有重要意义。

图4   板桥凹陷沙河街组深层储集层孔隙度及渗透率特征

   

2 储集层控制因素分析

沉积作用、成岩作用、超压作用等地质因素相互耦合,控制着板桥凹陷深层碎屑岩储集性能的演化与分布[13]

2.1 沉积作用对储集层的作用

板桥凹陷沧县隆起物源区岩性主要为变质岩、花岗岩及石炭-二叠系长石砂岩[7],沙河街组深部储集层的长石含量范围为20%~49%,大量的长石为深部储集层的溶蚀成岩作用提供了物质基础。

沉积相带控制着储集层原始沉积条件的变化与后期成岩作用类型及演化程度[13]

沙河街组微相主要为扇三角洲前缘水下分流河道、河口坝、席状砂及滑塌浊积扇。水下分流河道属于较强水动力沉积相,其粒度较粗,分选较好,杂基含量少,孔隙度为33.1%~36.6%(表1);空间上储集层范围广,与外界流体连通性好,为酸性流体进入提供了通道和场所,利于形成次生溶孔(图2a、图2b),为强溶蚀-弱胶结成岩相,以中孔-中高渗储集层为主。

表1   板桥凹陷沙河街组主要微相储集层成岩作用-孔隙空间-物性特征

   

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前缘席状砂等属于较弱水动力沉积相带,以细粒沉积物为主,杂基含量高,原始孔隙度为34.1%(表1);骨架颗粒较细,压实作用强,相序上前缘席状砂紧邻含高矿化度孔隙水的泥岩,碳酸盐胶结物含量较高(表1),为强胶结-弱溶蚀成岩相,储集层以低孔、低渗储集层为主。

2.2 成岩作用对储集层的作用

(1)压实作用是碎屑岩储集层原生孔隙大量缩减的重要因素[13]。沙河街组压实作用主要发生在早成岩B期至中成岩A1期,并在中成岩A2期持续进行。随着压实、压溶作用的增强,碎屑颗粒间由点接触变成点-线接触和线接触,长石发生脆性破裂(图5a),泥质岩屑等塑性岩屑假杂基化发生弯曲变形(图5b)充填孔隙、堵塞喉道,降低了储集层孔渗性。压实作用减小的孔隙度达23.5%~29.5%,视压实率约为86.2%,储集层处于强压实程度阶段。

图5   板桥凹陷沙河街组深层储集层成岩作用特征

   

(2)溶蚀作用是板桥凹陷沙河街组主要的建设性成岩作用。板桥凹陷沙三段烃源岩在镜质体反射率0.37%~0.65%、古地温70~110℃时期,生成大量有机酸并不断排出,通过与断层、输导砂体运移进入储集砂体,溶于储集砂体孔隙水中形成酸性水介质,选择性溶解长石、岩屑等易溶矿物(图2b),增加储集层孔隙。板桥凹陷沙三段在3 500~3 900 m深度的有机酸含量高值区,孔隙度、渗透率亦处于高值区(图6),表明酸性介质主导的溶解作用对深埋藏储集层有一定程度的增孔效应[11]

图6   板桥凹陷深层有机酸、孔-渗深度关系图(据文献[11]修改)

   

(3)板桥凹陷沙河街组深层发育碳酸盐岩胶结、硅质胶结,及黏土矿物胶结。碳酸盐岩胶结是储集层物性变差的主要因素之一,硅质胶结、黏土矿物胶结对储集层物性具两面性。

碳酸盐岩胶结物充填颗粒间的原生或次生孔隙,使储集层孔渗条件变差。

硅质胶结物主要表现为石英次生加大、自生石英小晶体的形成及长石次生加大。石英次生加大边可环绕整个石英,也可分布于石英颗粒的局部,一方面使孔隙空间缩小(图5c),另一方面使部分孔隙缩小型喉道变窄成为缩颈型或片状喉道。石英次生加大破坏了储集层的储渗性能,但可在一定程度上提高骨架颗粒强度、抑制压实作用。

黏土矿物主要有高岭石、伊利石、伊/蒙混层和绿泥石。丝片状伊/蒙混层填积孔隙分隔孔隙喉道,使储集层物性变差;孔隙衬里绿泥石降低压实作用,抑制石英次生加大边的形成(图5c),对储集层起保护作用。

2.3 超压对储集层的保护作用

板桥凹陷深层超压作用主要与不均衡压实相关。不均衡压实作用主要发生在构造沉降与埋藏速率相对较高的沉积盆地[15]。沙河街组沙三段、沙二段、沙一下亚段沉降速率在430~680 m/Ma之间;超压段内砂泥岩厚度比基本介于0.15~0.24之间,与现代沉积物超压区的砂泥比接近,不均衡压实增压为超压形成的主要机制。统计表明,板桥凹陷深层存在三个较大规模的超压带:长芦断层超压带、板桥断层超压带、大张坨断层超压带,三个超压带均位于凹陷深凹区,且紧邻油源断层分布。

超压一定程度上减缓深层储集层的压实作用,可有效保存一部分原生孔隙,从而使深层储集层具有较高的孔隙度,BS 39井深度3 799 m处地层压力系数为1.36,孔隙度18%、渗透率78.8 mD(表2)。

表2   板桥凹陷沙河街组深层物性-产量-异常高压统计

   

井名层位深度/
m
孔隙度/
%
渗透率/
mD
产量/
(t·d-1)
压力
系数
BS 39E3s23 79918.078.822.801.36
BX 43-1E3s13 82722.0117.018.801.29
BS 25E3s33 80216.021.017.401.27
BS 5-1E3s33 66516.09.99.501.25
BS 51E3s33 67521.242.09.451.55

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3 多因素耦合成储机制与区带划分

板桥凹陷深层优质储集层形成是“构造-沉积-成岩”各要素相互耦合、综合作用的结果(图7)。

图7   板桥凹陷深层多因素耦合成储模式

   

受持续的构造埋藏作用,储集层处于强压实程度阶段,视压实率约为86.2%,储集层进入中成岩A2期。沉积相带控制着原始储集条件,扇三角洲前缘水下分流河道杂基含量低、颗粒分选磨圆较好,原始孔隙度可达36.6%,颗粒间支撑作用可明显减缓压实减孔作用,深部有机酸通过断-砂输导进入储集层,长石、岩屑碎屑颗粒发生溶蚀作用、次生孔隙发育。由于紧邻油源断层、后期油气的持续充注使得储集层内部出现异常高压、压力系数最高可达1.55,油气及异常高压的存在又抑制了后期胶结等减孔成岩作用,储集层为中孔-中喉型孔隙结构,属于“弱胶结-强溶蚀”成岩作用特征,评价为中高孔-中高渗储集层。扇三角洲前缘席状砂等相带粒度细、杂基含量高,原始孔隙度为34.5%,颗粒细、储集层压实作用强,碳酸盐含量为10.6%,为中孔-细喉型孔隙结构,评价为“强胶结-弱溶蚀”成岩作用特征,以低孔、低渗储集层为主。

研究表明,以扇三角洲前缘水下分流河道为主的板桥凹陷深层优质储集层孔渗条件好,相序上紧邻前扇三角洲、深湖泥等相带,是油气运移的有利指向区,应是下一步油气勘探开发的重要目标区。近期在该凹陷实施的BS 37井于3 800 m的深层钻遇孔隙度15.5%、渗透率41 mD的优质储集层,试油获得了百吨高产,进一步证实了板桥凹陷深层的油气勘探潜力。

4 结 论

(1)板桥凹陷深层储集层以岩屑长石砂岩、长石岩屑砂岩为主;孔隙类型主要为粒间溶孔、粒内溶孔及颗粒铸模孔,残余粒间孔隙很少且孔径较小,粒间溶蚀孔是主要孔隙类型。

(2)机械压实作用是储集层物性变差的重要因素,深层储集层目前处于强压实程度阶段,碳酸盐岩胶结是储集层物性变差的主要因素之一,硅质胶结、黏土矿物胶结对储集层物性具两面性,酸性介质主导的溶蚀作用增加孔隙,超压作用保护孔隙。

(3)板桥凹陷深层储集层形成是“构造-沉积-成岩”综合作用的结果。水下分流河道微相砂体粒度粗、原始孔隙条件好,酸性流体易于进入并形成次生溶孔,后期油气充注及其导致的异常高压抑制了胶结等减孔成岩作用,为“强溶蚀-弱胶结”成岩相,发育一定规模的中孔、中高渗储集层。

(编辑 李特)


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