姚 佳,王 昕,王清斌,李 歡
(中海石油(中國)有限公司 天津分公司,天津 300452)
黃河口凹陷BZ34區(qū)古近系沙一二段儲集層成巖相與有利儲層預(yù)測
姚 佳,王 昕,王清斌,李 歡
(中海石油(中國)有限公司 天津分公司,天津 300452)
通過鑄體薄片、掃描電鏡、電子背散射、陰極發(fā)光等技術(shù)手段結(jié)合物性資料以及沉積(微)相劃分,對研究區(qū)沙一二段儲集層成巖作用類型及點(薄片)、線(單井)、面(平面展布)成巖相分布及有利儲層分布進行了研究。結(jié)果表明:研究區(qū)沙一二段受同沉積火成巖噴發(fā)和水解的影響,廣泛發(fā)育櫛殼狀白云石、鉀長石鈉長石化、石英溶蝕等堿性條件下發(fā)生的成巖作用,同時層狀分布的火山巖對于下覆地層起到了保護作用,減弱了下覆地層的壓實作用;此外,受后期酸性流體的影響,研究區(qū)也發(fā)育諸如長石、巖屑溶蝕等酸性條件下發(fā)生的成巖作用,沙一二段儲層發(fā)育溶蝕孔,占比達到56.7%(均值)。采用“(微相)砂體部位+主體成巖現(xiàn)象+孔隙類型”的復(fù)合命名方式,對薄片、單井及平面區(qū)域進行了成巖相的命名和劃分,共劃分為三類:水下分流水道砂體側(cè)翼細粉砂巖-菱鐵礦膠結(jié)-低孔成巖相、三角洲前緣-中細砂巖-欠壓實-白云石包殼-溶孔相、火山熔巖遠端凝灰質(zhì)中細砂巖-凝灰質(zhì)膠結(jié)-致密相。欠壓實-白云石包殼-溶孔相在測井響應(yīng)上具有DT低、RD與RS間隔幅度較大、CNCF與RHOZ較為接近或交叉的特點;菱鐵礦膠結(jié)-低孔成巖相具有DT高、RD與RS較為接近、CNCF與RHOZ間隔幅度較大的特點,測井解釋的油層、油水同層與欠壓實-白云石包殼-溶孔相具有較好的匹配關(guān)系。三角洲前緣-中細砂-欠壓實-白云石包殼-溶孔相為有利儲層發(fā)育區(qū)帶。
黃河口凹陷;BZ34區(qū);沙一二段儲集層;成巖相;儲層預(yù)測
火山巖的存在會對周圍碎屑巖儲層產(chǎn)生較多的影響,首先火山巖幾何體的存在會對水流流向、砂體展布等產(chǎn)生影響,另外火山物質(zhì)的溶解及再沉淀對碎屑巖埋藏過程中的成巖作用-孔隙建造產(chǎn)生較深的影響[1-4]。成巖相綜合了沉積(微)相、成巖作用、流體性質(zhì)、物性、孔隙結(jié)構(gòu)等因素,將成巖作用研究的成果從點(薄片)擴展到線(單井)和面(平面),從而使得成巖作用的研究具有了預(yù)測性。黃河口凹陷古近系發(fā)育火山巖建造,火山巖對儲層的影響較為復(fù)雜,給優(yōu)質(zhì)儲層的預(yù)測帶來困難,進而束縛了勘探的步伐,本文針對該問題,充分利用已鉆井資料和成果,對研究區(qū)沙一二段儲層成巖作用進行了細致的研究,并結(jié)合沉積(微)相、物性、孔隙結(jié)構(gòu)等資料,對研究區(qū)成巖相進行了劃分,旨在更加深入地了解火山巖對研究區(qū)儲層的影響,提高該區(qū)儲層預(yù)測的準確性。
圖1 研究區(qū)位置(據(jù)劉占紅修改)與沙河街組一、二段火成巖及沉積相平面展布圖Fig.1 Location of study area(modified after Liu Zhanhong) and plane distribution of igneous rock and sedimentary facies of Es1-2
黃河口凹陷是位于渤海灣盆地東部盆緣的一個新生代次級凹陷,被萊北低凸起和渤南低凸起南北夾持,南部與萊州灣凹陷相隔,北部與渤中凹陷相望,東部為廟西凹陷,西部與陸上勝利油田沾化凹陷相接(圖1)[5-6]。古近系地層發(fā)育較為齊全:古近系發(fā)育孔店組(E1-2k)、沙河街組(一、二、三、四段)(E2s1、E2s2、E2s3、E2s4)、東營組(一、二、三段)(E3d1、E3d2、E3d3);新近系發(fā)育館陶組(N1g)、明化鎮(zhèn)組(上、下段)(N2mu、N2ml);第四系平原組(Qp)。古近系主要發(fā)育沙三段、沙二段、東下段、東上段4套含油層系[7]。鉆井及地震資料表明黃河口古近系廣泛發(fā)育兩套火山巖,火山巖巖性以基性玄武巖為主,粗火山碎屑少見,噴發(fā)能量低,主要以火山通道相和溢流相為主[8],第一套集中在沙一、二段,第二套主要位于東一、二段,巖體多屬刺穿式發(fā)育,溢流相火山巖呈層狀展布,分布面積廣、堆積厚度大[9],但與東一二段相比,沙一二段這一期的火山巖分布面積和影響范圍相對較小。研究區(qū)沙一二段以辮狀河三角洲前緣為主,辮狀河三角洲前緣遠端次之,火山巖在研究區(qū)物源方向的上游及下游均有分布,在火山口遠端,凝灰質(zhì)飄落至此往往形成凝灰質(zhì)砂巖[10](圖1)。
2.1 砂巖巖石學(xué)特征
統(tǒng)計研究區(qū)鉆井薄片鑒定資料,表明沙一二段儲層砂巖巖石類型以巖屑長石砂巖和長石巖屑砂巖為主(圖2)。碎屑顆粒組分中石英體積分數(shù)為23%~42%,長石體積分數(shù)為25%~49%,且以鉀長石為主,巖屑體積分數(shù)為14%~52%,不同井的具體巖屑類型不同,靠近火山口的BZ34-1井、BZ34-7井、BZ34-6井以火山巖巖屑為主,而距離火山口相對較遠的BZ34-4井以變質(zhì)巖巖屑為主,整體沉積巖巖屑均少見。砂巖顆粒粒度整體偏細,為細砂巖-中砂巖,分選中等-好,顆粒磨圓程度為次棱角狀-次圓狀。膠結(jié)物以白云石、鐵白云石、方解石、高嶺石及泥質(zhì)為主。
圖2 巖石碎屑組分三角圖Fig.2 Triangular diagram of clast components1.石英砂巖;2.長石石英砂巖;3.巖屑石英砂巖;4.長石砂巖;5.巖屑長石砂巖;6.長石巖屑砂巖;7.巖屑砂巖
2.2 儲層物性
研究區(qū)沙一二段儲層物性總體較好,BZ34-1井孔隙度為14.4%~27.4%,平均為21.9%,滲透率為6×10-3~94.3×10-3μm2,平均為57.6×10-3μm2;BZ34-4井孔隙度為11.5%~18.1%,平均值為15.6%;BZ34-7井孔隙度為14.46%~28.5%,平均值為14.17%。沙一二段孔隙類型總體以溶蝕孔隙為主,溶蝕孔隙占面孔率比例為12.5%~100%,平均值為56.7%(表1)。
表1 研究區(qū)沙一二段孔隙類型
注:數(shù)據(jù)來自鑄體薄片統(tǒng)計。
沙一二段沉積時期火成巖分布范圍相對較小,典型的火山水解礦物如沸石等含量較低,火山物質(zhì)與水介質(zhì)接觸會釋放大量的Fe3+、Fe2+、Mg2+、Ca2+、K+、Na+、Mn2+等堿性離子,使水介質(zhì)的pH值升高、礦化度增大,明顯地影響了研究區(qū)沙一二段砂巖的成巖路徑,另外火山機構(gòu)的存在也會對臨區(qū)砂巖的機械壓實等方面產(chǎn)生影響。通過鑄體薄片、掃描電鏡、電子背散射、陰極發(fā)光等技術(shù)手段觀察和研究,明確了研究區(qū)沙一二段儲層砂巖主要歷經(jīng)的成巖作用如下。
3.1 白云石包殼
Fe3+、Fe2+、Mg2+、Ca2+的大量釋放促進了碳酸鹽膠結(jié)物特別是白云石的形成,白云石包殼呈櫛殼狀或表皮鮞形態(tài)附著在碎屑顆粒的表面(圖3(a)、(b)、(c)),一方面能夠有效抑制石英、長石等的次生生長,同時減弱了壓實作用對砂巖儲層的破壞,由于櫛殼狀白云石往往保存有粒間的微孔縫,并未將孔吼完全堵塞,這為后期酸性流體的進入提供了條件。
3.2 鉀長石鈉長石化作用
鈉長石(NaAlSi3O8)的存在反映堿性水介質(zhì)環(huán)境,沙一二段鈉長石沿裂隙、解理交代鉀長石(KAlSi3O8),自生鈉長石在淋濾溶蝕的鉀長石顆粒表面附著或沿邊緣交代鉀長石(圖3(d)、(e))。玄武巖本身的富鈉貧鉀特征為該反應(yīng)的發(fā)生提供了充足的Na+,從而促進了反應(yīng)向著鈉長石生成的方向發(fā)生。該反應(yīng)伴隨次生孔隙的形成是由于鉀長石的溶解速率大于鈉長石的沉淀速率[11-13],因此是一種對形成優(yōu)質(zhì)儲層有利的成巖作用過程。
圖3 沙一二段典型成巖現(xiàn)象微觀圖像Fig.3 Typical diagenesis phenomenon microgram of Es1-2(a)BZ34-1井,3 084 m,櫛殼狀白云石,背散射;(b)BZ34-1井,3 084 m,白云石沿孔隙壁生長,陰極發(fā)光;(c)BZ34-1井,3 037 m,顆粒表面發(fā)育菱形白云石晶體,掃描電鏡;(d)BZ34-1井,3 037 m,鉀長石鈉長石化,背散射;(e)BZ34-1井,3 037 m,鉀長石溶蝕與自生鈉長石晶體,背散射;(f)BZ34-1井,3 081 m,火山巖巖屑發(fā)育但未發(fā)生明顯變形,單偏光;(g)BZ34-1井,3 060 m,石英顆粒溶蝕;(h)BZ34-1井,3 081 m,書頁狀高嶺石集合體,掃描電鏡;(i)BZ34-1井,3 037 m,長石顆粒溶蝕,顆粒形態(tài)完整,單偏光
3.3 溶蝕作用
研究區(qū)沙一二段也發(fā)育局部層段的孔隙高值帶,薄片及掃描電鏡觀察發(fā)現(xiàn)砂巖樣品中長石、巖屑溶蝕現(xiàn)象及溶蝕孔隙較為發(fā)育(圖3(f)、(i)),由于后期有機酸性流體的進入,使得長石、巖屑等不穩(wěn)定組分發(fā)生溶蝕,形成大量次生溶蝕孔隙,同時形成大量自生高嶺石,呈較好的書頁狀形態(tài)(圖3(h))。
此外石英作為一種非常穩(wěn)定的碎屑組分,普遍認為它難于溶解,但在研究區(qū)見到了較多的石英顆粒的溶蝕現(xiàn)象(圖3(g)),石英顆粒呈港灣狀、蠶食狀。邱隆偉、曾允孚等[14-15]也對石英溶蝕的現(xiàn)象做出過解釋,認為pH值>8.5時有利于石英的溶解,而研究區(qū)沙一二段玄武巖水解則為這種條件的形成提供了物質(zhì)基礎(chǔ),玄武巖水解可以釋放大量的Mg2+、Ca2+、Na+、K+、Fe3+等堿性離子,使得同沉積水介質(zhì)快速向堿性轉(zhuǎn)化,在淺埋藏階段即可發(fā)生石英溶蝕現(xiàn)象。
圖4 研究區(qū)鉆井泥巖聲波時差-深度關(guān)系圖(據(jù)柴永波修改)[19]Fig.4 Mudstone acoustic travel time vs. depth of wells in study area
3.4 壓實作用
泥巖由于其在埋藏過程中主要受機械壓實的影響,因此泥巖聲波時差的變化可以用于研究地層壓實程度[16-18]。圖中4口井泥巖聲波時差-深度關(guān)系表明研究區(qū)從東營組開始即處于欠壓實的狀態(tài)(圖4),東營組及其下部地層泥巖聲波時差值均高于相應(yīng)深度正常壓實狀態(tài)下對應(yīng)的數(shù)值,且出現(xiàn)欠壓實的界面與火山巖的分布存在較好的對應(yīng)關(guān)系,表明層狀分布的火山巖對下覆地層起到了保護作用,減弱了下覆地層的壓實程度,柴永波等[19]對于該區(qū)的研究結(jié)果也表明了這一點。另外薄片觀察發(fā)現(xiàn)長石、巖屑溶解后仍較好地保持了顆粒原有的形態(tài),并未發(fā)生明顯的變形,這也反映了該區(qū)處于欠壓實的狀態(tài)(圖3(f)、(i))。
4.1 劃分依據(jù)、命名原則
不同成巖相是沉積物經(jīng)歷不同成巖作用、成巖環(huán)境和成巖演化序列形成,最終表現(xiàn)為其巖石學(xué)特征、成巖特征、物性以及孔隙結(jié)構(gòu)特征不同。成巖相是反映成巖環(huán)境的巖石學(xué)特征、地球化學(xué)特征和巖石物理特征的總和,對成巖相的命名強調(diào)成巖環(huán)境中發(fā)生的成巖作用和成巖過程[20-23]。
在前人沉積(微)相研究基礎(chǔ)上,通過巖石薄片及背散射、SEM等觀察分析,明確不同沉積微相的黏土礦物類型、典型成巖現(xiàn)象、水巖反應(yīng)的流體介質(zhì)類型、孔隙類型,突出不同成巖相的主要孔隙類型,采用“微相砂體部位+主體成巖現(xiàn)象+孔隙類型”的復(fù)合命名方式。
4.2 沙一二段薄片成巖相劃分
4.2.1 水下分流水道砂體側(cè)翼細粉砂-菱鐵礦膠結(jié)-低孔成巖相
圖5 研究區(qū)塊狀菱鐵礦膠結(jié)Fig.5 Bulk siderite cementation in study area(a)BZ34-10井,3 444.7 m,單偏光;(b)BZ34-10井,3 444.7 m,正交光
菱鐵礦(FeCO3)的形成與還原劑的存在密切相關(guān),水道砂體側(cè)翼和分流間灣薄砂層中,由于水動力較弱,河流攜帶的Fe3+易于沉積于此,此外由于泥質(zhì)含量較高,后期有機質(zhì)分解釋放的還原劑促進了Fe2+的形成,故菱鐵礦多發(fā)育于分流水道砂體側(cè)翼、分流間灣、扇體邊緣等區(qū)域[24-27]。圖(5)中見到菱鐵礦呈塊狀,不僅占據(jù)了較大比例的原生孔隙空間,同時也不利于流體的流動,對儲層來說是具有較大破壞性的成巖相。
4.2.2 三角洲前緣-中細砂-欠壓實-白云石包殼-溶孔相
該成巖相主要發(fā)育于有火山巖分布及周圍物源方向下游的區(qū)域,一方面層狀火山巖的存在降低了研究區(qū)儲層的壓實程度,另一方面受玄武巖水解影響,在成巖早期壓實程度較弱的情況下,水介質(zhì)呈堿性,同時釋放的大量堿性離子促使白云石在碎屑顆粒表面沉淀結(jié)晶,形成了白云石包殼和櫛殼狀白云石,不僅增強了砂巖的抗壓實能力,同時由于其并未完全占據(jù)原生孔隙,為后期酸性流體的進入保留了重要的通道,使得長石、巖屑等溶蝕形成大量次生孔隙。此外,早期堿性流體促進了石英顆粒發(fā)生溶蝕,因此該相溶蝕孔隙較為發(fā)育,比重也較大,是研究區(qū)最為有利的優(yōu)質(zhì)儲層發(fā)育區(qū)帶。
4.2.3 火山熔巖遠端凝灰質(zhì)中細砂巖-凝灰質(zhì)膠結(jié)-致密相
圖6 研究區(qū)凝灰質(zhì)砂巖Fig.6 Tufaceous sandstone in study area(a)BZ34-5井,3 127.5 m,單偏光;(b)BZ34-5井,3 127.5 m,正交光
圖7 BZ34-1井沙一二段成巖相縱向分布特征Fig.7 Vertical distribution feature of Es1-2 of BZ34-1 well
火山噴發(fā)產(chǎn)生的火山灰在距離火山巖相對較遠的地區(qū)沉積下來與碎屑顆粒形成了凝灰質(zhì)砂巖(圖6),凝灰質(zhì)膠結(jié)致密,占據(jù)了原生孔隙,不利于后期流體的進入,因此也不易于產(chǎn)生次生孔隙,故該相為研究區(qū)最為不利的優(yōu)質(zhì)儲層發(fā)育區(qū)帶,但由于玄武巖的噴發(fā)能量也偏小,該相發(fā)育的范圍總體也較小,并不是主導(dǎo)性成巖相。
5.1 重點單井成巖相縱向分布特征
圖8 BZ34區(qū)沙一二段成巖相平面分布圖Fig.8 Plane distribution feature of Es1-2 diagenetic facies in BZ34 area
通過對薄片成巖相所對應(yīng)的砂層的測井響應(yīng)特征進行標定,在沉積(微)相劃分的基礎(chǔ)上,結(jié)合物性資料,對縱向單井的成巖相進行劃分(圖7)??傮w上沙一二砂巖成巖相以欠壓實-白云石包殼-溶孔相為主,在厚層泥巖中的薄層砂巖以菱鐵礦膠結(jié)-低孔成巖相為主,泥巖未劃分成巖相。欠壓實-白云石包殼-溶孔相在測井響應(yīng)上具有DT低、RD與RS間隔幅度較大、CNCF與RHOZ較為接近或交叉的特點;菱鐵礦膠結(jié)-低孔成巖相具有DT高、RD與RS較為接近、CNCF與RHOZ間隔幅度較大的特點。測井解釋的油層、油水同層與欠壓實-白云石包殼-溶孔相具有較好的匹配關(guān)系。
5.2 成巖相橫向展布特征與有利區(qū)帶預(yù)測
在沉積(微)相劃分、單井成巖相劃分的基礎(chǔ)上,結(jié)合儲層發(fā)育的典型控制性成巖作用等因素,將BZ34區(qū)沙一二段劃分為如下幾類成巖相(圖8):(1)靠近火山體分布的儲層由于受火山巖噴發(fā)物的水解,使得水介質(zhì)變?yōu)閴A性,在干旱的氣候條件下,發(fā)育白云石等灰質(zhì)包殼,可以有效抑制石英加大與壓實作用,對粒間孔進行了保護,是沙一二段儲層孔隙保存的主要控制因素,同時受到物源供給水流的影響,為三角洲前緣中細砂巖-白云石包殼-溶孔相,是研究區(qū)最為有利的優(yōu)質(zhì)儲層發(fā)育區(qū);(2)三角洲扇體邊緣及分流水道砂體側(cè)翼,水動力較弱,鐵質(zhì)在此沉積,在后期有機質(zhì)等還原劑的作用下生成Fe2+,形成菱鐵礦膠結(jié),發(fā)育分流水道砂體側(cè)翼細粉砂巖-菱鐵礦膠結(jié)-低孔成巖相,不利于孔隙的保存和優(yōu)質(zhì)儲層的發(fā)育;(3)距離火山巖體較遠的砂體邊緣區(qū),砂體中碎屑顆粒粒度較細,火山灰飄落至此發(fā)生水解,受湖水與凝灰質(zhì)水解的雙重影響,形成凝灰質(zhì)細粉砂巖,發(fā)育凝灰質(zhì)膠結(jié),物性較差,為火山熔巖遠端凝灰質(zhì)細粉砂巖-凝灰質(zhì)膠結(jié)-低孔相,不利于優(yōu)質(zhì)儲層發(fā)育。
(1)研究區(qū)沙一二段受同沉積火山噴發(fā)的影響,發(fā)育櫛殼狀白云石包殼、鉀長石鈉長石化、石英溶蝕等在堿性條件下發(fā)生的成巖現(xiàn)象,同時受層狀分布火山巖的影響,對其下覆地層產(chǎn)生了抗壓實的作用,使得下覆地層處于欠壓實的狀態(tài);此外受后期酸性流體的影響,研究區(qū)也發(fā)育長石、巖屑等的溶蝕,見晶型較好的書頁狀高嶺石。研究區(qū)沙一二段儲層溶蝕孔隙較為發(fā)育,占比12.5%~100%,平均值為56.7%。
(2)依據(jù)薄片鑒定、沉積(微)相劃分,采用“微相砂體部位+主體成巖現(xiàn)象+孔隙類型”的復(fù)合命名方式,將研究區(qū)薄片成巖相劃分為三類:水下分流水道砂體側(cè)翼細粉砂巖-菱鐵礦膠結(jié)-低孔成巖相、三角洲前緣-中細砂巖-欠壓實-白云石包殼-溶孔相、火山熔巖遠端凝灰質(zhì)中細砂巖-凝灰質(zhì)膠結(jié)-致密相。
(3)在薄片成巖相劃分的基礎(chǔ)上,結(jié)合各薄片成巖相測井響應(yīng)特征,對研究區(qū)重點單井進行了成巖相劃分,欠壓實-白云石包殼-溶孔相在測井響應(yīng)上具有DT低、RD與RS間隔幅度較大、CNCF與RHOZ較為接近或交叉的特點;菱鐵礦膠結(jié)-低孔成巖相具有DT高、RD與RS較為接近、CNCF與RHOZ間隔幅度較大的特點。測井解釋的油層、油水同層與欠壓實-白云石包殼-溶孔相具有較好的匹配關(guān)系。
(4)結(jié)合單井成巖相劃分、平面沉積相展布特征,對研究區(qū)成巖相平面展布進行了劃分,物源方向火山巖分布區(qū)域及其下游區(qū)域的三角洲平原-前緣部位發(fā)育櫛殼狀白云石,是優(yōu)質(zhì)儲層發(fā)育的最為有利的區(qū)域,而扇體邊緣發(fā)育菱鐵礦、火山熔巖遠端凝灰質(zhì)富集,均不利于儲層的發(fā)育。
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Reservoir Diagenetic Facies and Favorable Reservoir Prediction of the Member 1 and 2 of Palaeogene Shahejie Formation in BZ34 Area of Huanghekou Depression
YAO Jia, WANG Xin, WANG Qingbin, LI Huan
(Tianjin Branch, CNOOC Ltd., Tianjin 300452, China)
To study the diagenesis, diagenetic facies (point, line, plane) and favorable reservoirs of of Es1-2, casting thin sections, scanning electron microscope(SEM), electron backscatter differaction(EBSD), cathode luminescence(CL), physical properties data and sedimentary microfacies analysis have been applied to the sampled drilling wells. The result indicates that: influenced by synsedimentary volcanic eruption and hydrolysis, diagenesis in alkaline condition took place in Es1-2reservoir, forming ctenoid dolomite, potassium feldspar albitization and quartz dissolution. Meanwhile the layered igneous rock protected the underlying stratum by weakening the compaction. Besides, diagenesis in acid condition followed, such as dissolving feldspar and debris. Dissolved pore accounts for 56.7% percentage(average value) in Es1-2reservoir. Adopting composite naming way as the diagenetic facies of casting thin section, single well and planar region are named following the “(microfacies) sandstone position+main diagenesis phenomenon+ pore types”, and classified into three types: the underwater distributary channel sand body flank-fine-silt sand-siderite cementation-low porosity facies, the delta front-medium-fine sand-undercompaction-dolomite involucrum-dissolved pore facies and the distal volcanic lava-tufaceous medium-fine sand-tufaceous cementation-tight facies. The identification of oil reservoir and oil-water reservoir by well logging interpretation matched the undercompaction-dolomite involucrum-dissolved pore facies. In this research, the most prospected reservoir favors the delta front-medium-fine sand-undercompaction-dolomite involucrum-dissolved pore facies.
Huanghekou depression; BZ34 area; Es1-2reservoir; diagenetic facies; reservoir prediction
2016-03-15;改回日期:2016-05-20;責(zé)任編輯:孫義梅。
國家“十二五”科技重大專項(2011ZX05023-002);國家“十二五”科技重大專項(2011ZX05023-001-004);國家“十二五”科技重大專項(2011ZX05023-006-002)。
姚 佳,女,工程師,1983年出生,資源勘查工程專業(yè),從事石油地質(zhì)研究與石油勘探工作。
Email:yaojia@cnooc.com.cn。
TE122.2
A
1000-8527(2016)06-1339-09