尤 麗 張迎朝 楊希冰 吳仕玖 招湛杰 代 龍 鐘 佳 徐守立
(中海石油(中國(guó))有限公司湛江分公司 廣東湛江 524057)
隨著南海西部海域油氣勘探程度的加深,勘探領(lǐng)域逐漸向中深層拓展,如鶯歌海-瓊東南盆地(簡(jiǎn)稱鶯-瓊盆地)中新統(tǒng)[1]、北部灣盆地與珠江口盆地古近系[2]。南海西部中深層存在強(qiáng)非均質(zhì)性[3]和低滲儲(chǔ)層[4-6]、高溫超壓環(huán)境[5-7],在沉積體、成巖場(chǎng)與流體作用等方面表現(xiàn)出復(fù)雜多樣特點(diǎn)[8-9],發(fā)育(扇)三角洲、水道-海底扇[1,10]等復(fù)雜沉積體,具有高溫常壓、高溫超壓等復(fù)雜溫壓場(chǎng)[11],存在多期油氣充注及CO2、大氣淡水等流體作用[11-13],因此,復(fù)雜沉積體、成巖場(chǎng)、流體作用背景下儲(chǔ)層演化與形成機(jī)制是制約該地區(qū)中深層油氣勘探突破的關(guān)鍵問(wèn)題。而對(duì)于復(fù)雜領(lǐng)域儲(chǔ)層而言,儲(chǔ)集條件除與沉積、成巖和構(gòu)造作用密切相關(guān)外,儲(chǔ)層孔隙演化史與油氣充注、特殊成因機(jī)制關(guān)系也很重要[14-15]。本文以鶯-瓊盆地中新統(tǒng)重力流水道-海底扇、高溫超壓儲(chǔ)層與北部灣盆地烏石凹陷流沙港組二段(扇)三角洲、高溫常壓儲(chǔ)層為例,系統(tǒng)研究其儲(chǔ)層巖相-儲(chǔ)集相特征,建立儲(chǔ)層孔隙、成巖演化及與油氣充注的匹配關(guān)系,明確儲(chǔ)集條件形成機(jī)制,圈定有利儲(chǔ)層分布,形成了復(fù)雜沉積成巖場(chǎng)有利儲(chǔ)層評(píng)價(jià)預(yù)測(cè)技術(shù)序列,應(yīng)用于南海西部中深層重點(diǎn)油氣勘探領(lǐng)域并取得了顯著成效。
針對(duì)南海西部中深層面臨的復(fù)雜沉積類型、成巖場(chǎng)背景、多類型流體作用,認(rèn)識(shí)與刻畫不同或相同沉積體儲(chǔ)層巖相-儲(chǔ)集相特征,劃分區(qū)域沉積與成巖場(chǎng)特征,明確不同地質(zhì)條件巖相、成巖和孔隙演化及與油氣等流體充注的耦合關(guān)系,確定儲(chǔ)層物性主控因素與有效儲(chǔ)層成因機(jī)制,建立不同沉積體、溫壓場(chǎng)、流體影響的儲(chǔ)層物性預(yù)測(cè)模型,疊合成儲(chǔ)主控因素圈定有利儲(chǔ)層分布區(qū),預(yù)測(cè)有利區(qū)物性特征,為重點(diǎn)區(qū)帶、目標(biāo)評(píng)價(jià)及鉆井部署提供依據(jù),形成了復(fù)雜沉積成巖場(chǎng)有利儲(chǔ)層評(píng)價(jià)預(yù)測(cè)技術(shù)序列,主要包括以下3個(gè)方面。
該技術(shù)是從沉積巖巖性、組分、結(jié)構(gòu)、地球化學(xué)等方面剖析巖石學(xué)特征,并結(jié)合區(qū)域沉積、成巖等背景反映沉積與成巖環(huán)境響應(yīng)記錄,揭示沉積巖形成的沉積環(huán)境、成巖過(guò)程中成巖環(huán)境的演替,綜合巖石薄片、常規(guī)壓汞、恒速壓汞、核磁共振等技術(shù)手段刻畫儲(chǔ)層孔喉結(jié)構(gòu)特征。該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了從定性到定量、從二維到三維、從評(píng)價(jià)到恢復(fù)、從靜態(tài)到動(dòng)態(tài)精細(xì)表征儲(chǔ)層巖相及孔喉結(jié)構(gòu)特征,恢復(fù)沉積環(huán)境及成巖過(guò)程,研究沉積環(huán)境、成巖環(huán)境、孔喉結(jié)構(gòu)等對(duì)儲(chǔ)層物性的影響,明確了不同沉積環(huán)境造成不同儲(chǔ)集條件差異的原因,進(jìn)而指出儲(chǔ)層發(fā)育機(jī)制。
早期儲(chǔ)層演化研究多限于對(duì)現(xiàn)今儲(chǔ)層成巖類型、強(qiáng)度與儲(chǔ)集性進(jìn)行定性或半定量評(píng)價(jià),缺乏儲(chǔ)層成巖、孔隙演化與油氣充注的配置研究[7]??紫抖炕謴?fù)及關(guān)鍵時(shí)刻儲(chǔ)層物性預(yù)測(cè)技術(shù)是在區(qū)域巖相、成巖相、儲(chǔ)集相研究的基礎(chǔ)上,明確區(qū)域成巖演化、孔隙演化,建立區(qū)域成巖孔隙演化共生序列,并結(jié)合埋藏史與成藏史,明確成巖孔隙演化與成藏期次時(shí)間匹配關(guān)系,明確儲(chǔ)層為“先致密、后充注”或“先充注、后致密”類型,進(jìn)而確定上述不同儲(chǔ)層類型有利儲(chǔ)層控制因素,明確不同成藏期儲(chǔ)層儲(chǔ)集性、成巖相特征,預(yù)測(cè)成藏關(guān)鍵時(shí)刻儲(chǔ)層物性特征,在一定程度上實(shí)現(xiàn)了儲(chǔ)層演化與成藏條件的時(shí)空配置研究。
以往多以沉積相或結(jié)合井點(diǎn)定性或半定量評(píng)價(jià)成巖相[5]和預(yù)測(cè)有利儲(chǔ)層。對(duì)于中深層儲(chǔ)層而言,成巖作用已是儲(chǔ)層物性的關(guān)鍵影響因素,僅以沉積相帶進(jìn)行有利儲(chǔ)層預(yù)測(cè)并不能完全解決優(yōu)勢(shì)沉積相儲(chǔ)層物性非均質(zhì)性的原因。成巖-儲(chǔ)集相定量評(píng)價(jià)及有利儲(chǔ)層預(yù)測(cè)技術(shù)是在宏觀沉積體落實(shí)的前提下進(jìn)行儲(chǔ)層巖相、成巖相、儲(chǔ)集相對(duì)比研究,根據(jù)區(qū)域孔滲演化與壓實(shí)演化、膠結(jié)與溶解強(qiáng)度關(guān)系建立不同沉積體、溫壓場(chǎng)背景成巖相劃分方案,對(duì)壓實(shí)、膠結(jié)、溶蝕相進(jìn)行定量評(píng)價(jià)與區(qū)域展布分析,剖析其對(duì)儲(chǔ)集相發(fā)育的關(guān)鍵控制因素,疊合控制有利儲(chǔ)層的關(guān)鍵巖相、成巖相與儲(chǔ)集相分布,預(yù)測(cè)有利儲(chǔ)層分布,建立區(qū)域孔滲演化模型,定量化預(yù)測(cè)有利區(qū)儲(chǔ)集巖性、物性特征,指出有利勘探方向。
鶯-瓊盆地中新統(tǒng)梅山組和黃流組主要發(fā)育三角洲、濱海、淺海、海底扇和軸向水道沉積[1,16-17],其中重力流水道-海底扇沉積以粉、細(xì)砂巖為主,含少量中、粗砂巖,巖石類型主要為石英砂巖、巖屑石英砂巖、長(zhǎng)石巖屑石英砂巖和長(zhǎng)石巖屑砂巖等。鶯-瓊盆地普遍發(fā)育高溫超壓背景,且由東方區(qū)—樂(lè)東區(qū)—樂(lè)東-陵水凹陷地溫梯度變低[11],進(jìn)而導(dǎo)致由東方區(qū)—樂(lè)東區(qū)—樂(lè)東-陵水凹陷成巖、孔隙演化變慢。隨著埋深由2 700 m增加至4 800 m,儲(chǔ)層孔隙度縱向變化不明顯,孔隙度主要為10%~15%(圖1),孔隙類型表現(xiàn)為以殘余粒間孔為主、發(fā)育部分粒內(nèi)溶孔的組合特點(diǎn)(圖2);儲(chǔ)層滲透率變化大,主要為1~100 mD(圖1),非均質(zhì)性強(qiáng)。以大樂(lè)東區(qū)為例,由于差異地溫梯度分布與異常超壓保護(hù)等作用,由斜坡區(qū)到凹陷中心進(jìn)入相同成巖階段的深度明顯加深,成巖演化變慢,相同層位以淺埋藏的斜坡區(qū)儲(chǔ)層厚度、物性最優(yōu),凹陷斜坡帶的樂(lè)東B區(qū)孔隙度在10%左右,低孔特征為主;凹陷中心的樂(lè)東A區(qū)盡管埋深在3 800 m附近,仍然發(fā)育中孔。
圖1 鶯-瓊盆地中新統(tǒng)儲(chǔ)層物性演化特征
圖2 鶯-瓊盆地中新統(tǒng)儲(chǔ)層微觀特征
鶯-瓊盆地中新統(tǒng)重力流、高溫超壓儲(chǔ)層儲(chǔ)集條件形成受控于差異沉積體的母質(zhì)與高溫超壓、天然氣充注、超壓形成時(shí)間等因素影響的差異壓實(shí)、膠結(jié)影響。
不同粒級(jí)砂巖滲透率隨埋深演化特征顯示(圖1c), 在相近埋深條件下,儲(chǔ)集巖粒度越粗,滲透率明顯偏好。東方區(qū)埋深2 700~3 300 m的細(xì)砂巖滲透率明顯優(yōu)于極細(xì)砂巖,粉砂巖的滲透率明顯較差;大樂(lè)東區(qū)發(fā)育東、西兩大物源影響的水道-海底扇沉積儲(chǔ)層[1,16-17]。類比東方區(qū),認(rèn)為凹陷中心以西物源的較粗、低泥質(zhì)雜基沉積體最有利;凹陷斜坡以東物源的厚層、粗粒沉積體抗壓實(shí)程度強(qiáng),利于深部有利儲(chǔ)層發(fā)育,相近埋深儲(chǔ)層物性較好。對(duì)于樂(lè)東-陵水凹陷,斜坡區(qū)陵水A區(qū)極細(xì)砂巖滲透率優(yōu)于粉砂巖,且往凹陷中心方向的2井泥質(zhì)雜基含量較低,儲(chǔ)層滲透率較好,凹陷方向中砂巖滲透率優(yōu)于細(xì)砂巖。這表明,沉積環(huán)境造成的儲(chǔ)集巖厚度、粒度與泥質(zhì)雜基含量是該地區(qū)有利儲(chǔ)層的重要控制因素。
區(qū)域溫壓場(chǎng)顯示,東方區(qū)—樂(lè)東區(qū)—樂(lè)東-陵水凹陷普遍發(fā)育高溫、超壓,且由東方區(qū)—樂(lè)東區(qū)—樂(lè)東-陵水凹陷、由斜坡—凹陷斜坡—凹陷中心,相同層位地溫梯度降低、壓力系數(shù)增強(qiáng)[11,18-19],進(jìn)而成巖演化變慢,對(duì)應(yīng)進(jìn)入各成巖期深度變深(圖3),這是東方區(qū)埋深2 700~5 000 m儲(chǔ)層孔隙度縱向變化不大且發(fā)育粒間孔+次生孔孔隙組合的主要原因,也是樂(lè)東區(qū)相近埋深條件下凹陷中心儲(chǔ)層孔隙度明顯優(yōu)于斜坡區(qū)或凹陷斜坡區(qū)的主要原因。樂(lè)東區(qū)凹陷中心發(fā)育較早期超壓[11,19]、天然氣充注[20-21],該時(shí)期儲(chǔ)層壓實(shí)程度不強(qiáng),孔隙度在15%左右,利于天然氣充注成藏;同時(shí)早期超壓、天然氣充注一定程度抑制了壓實(shí)、膠結(jié)作用進(jìn)行,保護(hù)了粒間孔,由凹陷中心往斜坡區(qū)受鈣質(zhì)膠結(jié)影響增強(qiáng);凹陷斜坡區(qū)發(fā)育較晚期超壓、天然氣充注,受壓實(shí)作用影響程度強(qiáng)于凹陷中心;斜坡區(qū)不發(fā)育超壓,鈣質(zhì)膠結(jié)強(qiáng),儲(chǔ)層物性隨埋深增加呈顯著變差趨勢(shì)。由此可見(jiàn),高溫超壓、天然氣充注是影響該地區(qū)有利儲(chǔ)層發(fā)育的關(guān)鍵因素。
鶯-瓊盆地中新統(tǒng)重力流沉積、高溫超壓領(lǐng)域發(fā)育“早期天然氣充注、超壓形成,晚期成巖演化中等—致密”與“早期成巖演化致密,晚期天然氣充注或超壓形成”兩種演化模式,定量刻畫區(qū)域成巖相分布,并疊合區(qū)域沉積-成巖相分布以預(yù)測(cè)有利儲(chǔ)層分布。以樂(lè)東區(qū)為例(圖4),發(fā)育早期超壓、天然氣充注保護(hù)孔隙演化模式的凹陷中心儲(chǔ)層條件最為有利,如樂(lè)東A-3等有利目標(biāo)預(yù)測(cè)埋深3 900~4 200 m儲(chǔ)層孔隙度為13%~18%,屬于低—中孔特征;其次為發(fā)育后一種演化模式的凹陷斜坡區(qū),厚層粗粒砂體、中等—近強(qiáng)壓實(shí)區(qū)相對(duì)有利,如樂(lè)東B-1、B-2、B-3,其中靠近凹陷中心、受膠結(jié)程度影響較弱的樂(lè)東B-1更為有利,預(yù)測(cè)埋深3 500~4 500 m的細(xì)、中砂巖儲(chǔ)層孔隙度為10%~16%?;谏鲜鲅芯拷Y(jié)果,評(píng)價(jià)樂(lè)東A-3、B-1、B-2、B-3等為有利目標(biāo),并推動(dòng)系列鉆探,獲得了天然氣地質(zhì)儲(chǔ)量,其中LDB-3a井深層獲得80余米氣測(cè)異常,LDB-1c井深層測(cè)試獲得商業(yè)有效氣藏發(fā)現(xiàn)。
圖3 鶯歌海盆地樂(lè)東區(qū)中新統(tǒng)黃流組儲(chǔ)層成巖、孔隙演化與油氣充注序列
圖4 鶯歌海盆地樂(lè)東區(qū)沉積成巖-儲(chǔ)集相剖面
北部灣盆地烏石凹陷始新統(tǒng)流沙港組二段發(fā)育(扇)三角洲[10,13],儲(chǔ)集巖以粉、細(xì)砂巖為主,北部斜坡帶—烏石東區(qū)較南部陡坡帶—凹陷中心儲(chǔ)集巖粒度粗、含砂率高、單層厚度大。由于區(qū)域差異熱流值與局部火山活動(dòng)的影響,烏石凹陷存在南、北兩個(gè)不同古地溫場(chǎng)的成巖演化體系[3],分別為北部較高古地溫場(chǎng)與南部中等古地溫場(chǎng);從北部斜坡帶—中區(qū)—南部陡坡帶,進(jìn)入各成巖期深度加深。鉆井常規(guī)物性、鑄體薄片分析表明,流二段儲(chǔ)層儲(chǔ)集性能具有明顯的分區(qū)、分帶性,橫向上表現(xiàn)為北部—東北部斜坡帶淺—中埋深的烏石9/2/1構(gòu)造較南部陡坡帶中—深埋的烏石7/13/6構(gòu)造喉道粗、粒間孔發(fā)育、物性好,南部陡坡帶西段深埋的烏石7/13構(gòu)造較東段中—深埋的烏石6構(gòu)造喉道粗、次生孔發(fā)育、物性好;縱向上儲(chǔ)層物性隨埋深增加而變差,相近埋深時(shí)南部陡坡帶、凹陷中心物性好于東北部斜坡帶,南部陡坡帶西段物性好于南部陡坡帶東段(圖5、6)。
綜合不同構(gòu)造帶成巖序列、不同巖性孔隙演化特征、鏡質(zhì)體反射率等參數(shù),結(jié)合區(qū)域埋藏史、油氣充注史[13]等,建立烏石凹陷流沙港組區(qū)域成巖、孔隙演化與油氣充注序列(圖6),明確了流二段有利儲(chǔ)層主控因素為沉積環(huán)境、水動(dòng)力影響的粒度與泥質(zhì)雜基含量、地溫場(chǎng)造成的成巖演化與成巖強(qiáng)度以及溶解作用。
圖5 北部灣盆地烏石凹陷流二段儲(chǔ)層物性特征
圖6 北部灣盆地烏石凹陷流二段儲(chǔ)層成巖、孔隙演化與油氣充注序列
烏石凹陷流二段北物源三角洲前緣水下分流河道由于物源供給充足、水動(dòng)力強(qiáng),儲(chǔ)集巖含砂率高、粒度較粗、泥質(zhì)雜基少,基本為有效儲(chǔ)層,儲(chǔ)層物性好于湖底扇沉積儲(chǔ)層;由于儲(chǔ)集巖厚度、粒度等差異,儲(chǔ)層物性明顯不同,相同沉積相帶的儲(chǔ)集巖厚度大、粒度越粗,抵抗壓實(shí)能力越強(qiáng),進(jìn)入各孔隙帶深度加深,相近埋深條件下儲(chǔ)集性能更優(yōu)(圖6)。因此,強(qiáng)水動(dòng)力條件形成的厚層、粗粒儲(chǔ)集巖體是有利儲(chǔ)層形成的前提。
差異地溫場(chǎng)造成的差異成巖演化、成巖強(qiáng)度明顯控制儲(chǔ)層儲(chǔ)集條件。流二段烴源巖在新近紀(jì)處于主要生排烴期[13],此時(shí)流二段儲(chǔ)層壓實(shí)作用不強(qiáng),儲(chǔ)層孔隙度在25%左右(圖6),利于油氣充注成藏,為“早期油充注成藏、后期成巖演化中等—致密”的儲(chǔ)層演化模式;以壓實(shí)程度較弱或較低古地溫場(chǎng)區(qū)更加有利,表現(xiàn)為處于中等古地溫場(chǎng)背景的南部陡坡帶—中區(qū),成巖演化程度較弱,相近埋深儲(chǔ)層物性好于處于較高古地溫場(chǎng)背景的烏石東區(qū)和北部斜坡,且埋深下限更深。
溶解作用的改善是深埋藏儲(chǔ)層儲(chǔ)集條件形成的重要因素。流二段儲(chǔ)層埋深主要為1 800~4 000 m(圖6),處于中成巖階段A—B期,此時(shí)有機(jī)酸大量形成,溶解不穩(wěn)定組分形成次生孔隙,南部陡坡帶西段烏石13構(gòu)造由于不穩(wěn)定組分含量較高且更靠近生烴中心,利于有機(jī)酸的溶解作用形成,形成以次生孔為主,發(fā)育粒間孔的孔隙組合,儲(chǔ)層滲透率明顯較好;而南部陡坡帶東段烏石5、6構(gòu)造不穩(wěn)定組分含量較少且遠(yuǎn)離生烴中心,表現(xiàn)為粒間孔+少量次生孔的組合,儲(chǔ)層滲透率差。
在區(qū)域沉積體落實(shí)的前提下,通過(guò)分析區(qū)域儲(chǔ)層展布特征,定量評(píng)價(jià)壓實(shí)作用并對(duì)壓實(shí)相進(jìn)行分布預(yù)測(cè),疊合沉積相、壓實(shí)相等主控因素分布與儲(chǔ)層類型分布,從而圈定區(qū)域有利儲(chǔ)層分布(圖7)。北部斜坡帶、東區(qū)反轉(zhuǎn)帶的三角洲沉積、弱—中等壓實(shí)區(qū)為最有利儲(chǔ)層分布區(qū);(扇)三角洲沉積水下分流河道沉積體、中等—近強(qiáng)壓實(shí)區(qū)或強(qiáng)溶解區(qū)可以發(fā)育有利儲(chǔ)層。上述研究結(jié)果有力支持了系列目標(biāo)評(píng)價(jià),其中烏石2、1W構(gòu)造鉆探獲得中產(chǎn)商業(yè)油層發(fā)現(xiàn),儲(chǔ)層為中孔、中滲;南部陡坡帶與北部斜坡(扇)三角洲沉積、近強(qiáng)壓實(shí)區(qū)的烏石5、6構(gòu)造發(fā)現(xiàn)了厚層油層;南部陡坡西段扇體不穩(wěn)定組分含量較高、靠近生烴凹陷中心的中等—強(qiáng)溶蝕區(qū)儲(chǔ)層優(yōu),據(jù)此成功評(píng)價(jià)了該區(qū)深層領(lǐng)域目標(biāo),WS8-1井深層獲得厚層油層發(fā)現(xiàn),推動(dòng)了該區(qū)域的勘探。
圖7 北部灣盆地烏石凹陷流二段沉積壓實(shí)-儲(chǔ)集相分布
1) 針對(duì)南海西部海域中深層復(fù)雜沉積體、溫壓場(chǎng)、多種流體作用背景下儲(chǔ)層演化與有利儲(chǔ)層形成機(jī)制等關(guān)鍵問(wèn)題,建立了復(fù)雜沉積成巖場(chǎng)背景有利儲(chǔ)層評(píng)價(jià)預(yù)測(cè)技術(shù)序列,主要包括巖相-孔喉結(jié)構(gòu)精細(xì)表征技術(shù)、孔隙演化定量恢復(fù)及關(guān)鍵時(shí)刻儲(chǔ)層物性預(yù)測(cè)技術(shù)和成巖-儲(chǔ)集相定量評(píng)價(jià)及有利儲(chǔ)層預(yù)測(cè)技術(shù)等。該技術(shù)序列應(yīng)用于南海西部海域中深層重點(diǎn)油氣勘探領(lǐng)域,取得了顯著勘探成效。
2) 鶯-瓊盆地中新統(tǒng)重力流沉積、高溫超壓領(lǐng)域發(fā)育“早期天然氣充注、超壓形成,晚期成巖演化中等—致密”與“早期成巖演化致密,晚期天然氣充注、超壓形成”兩種儲(chǔ)層模式;儲(chǔ)集條件受控于差異沉積體的母質(zhì)與高溫超壓、天然氣充注、超壓形成時(shí)間等影響下的差異壓實(shí)、膠結(jié)作用;凹陷中心儲(chǔ)層條件最有利,其次為凹陷斜坡區(qū)。在該研究結(jié)果指導(dǎo)下成功評(píng)價(jià)了有利目標(biāo),鉆探獲得天然氣商業(yè)發(fā)現(xiàn)。
3) 北部灣盆地烏石凹陷流二段(扇)三角洲、高溫超壓領(lǐng)域發(fā)育“早期油充注、后期成巖演化中等—致密”的儲(chǔ)層模式,有利儲(chǔ)層形成受控于沉積水動(dòng)力造成的粒度與泥質(zhì)雜基、差異地溫場(chǎng)造成的成巖演化與成巖強(qiáng)度、溶解作用等因素;北部斜坡為最有利儲(chǔ)層發(fā)育區(qū),其次為南部陡坡和凹陷中心。在該研究結(jié)果指導(dǎo)下成功評(píng)價(jià)了有利區(qū)帶,推動(dòng)了區(qū)域勘探。
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