張景軍，韓江波，王暢溪，王志坤，張宇薇

(1.東北石油大學(xué)，黑龍江 大慶 163318；2.中國(guó)石油冀東油田分公司，河北 唐山 063004)

0 引 言

自G Shanmugam博士最早提出砂質(zhì)碎屑流概念以來(lái)，砂質(zhì)碎屑流沉積逐漸成為國(guó)際上深水油氣勘探領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)[1-2]。南堡凹陷為渤海灣盆地潛在油氣地質(zhì)儲(chǔ)量最高的凹陷之一，灘海地區(qū)發(fā)育厚度很大的砂質(zhì)碎屑流沉積砂體，近年來(lái)在該地區(qū)發(fā)現(xiàn)了109t規(guī)模的南堡大油田[3-4]。隨著綜合地質(zhì)研究的深化和各種基礎(chǔ)資料的不斷豐富，淺部油藏規(guī)模性開(kāi)發(fā)，儲(chǔ)量逐漸降低，急需對(duì)深部油氣儲(chǔ)層進(jìn)行精細(xì)研究，而現(xiàn)有的勘探成果也表明該區(qū)深部?jī)?chǔ)層具有良好的油藏勘探開(kāi)發(fā)前景。因此，開(kāi)展南堡凹陷古近系砂質(zhì)碎屑流儲(chǔ)層評(píng)價(jià)，對(duì)該區(qū)油氣勘探的長(zhǎng)期持續(xù)發(fā)展具有積極意義。

1 區(qū)域概況

南堡凹陷位于渤海灣盆地黃驊坳陷北部，分為陸地和灘海2個(gè)部分，勘探面積約為1 932 km2，其中，灘海面積約為1 000 km2。凹陷整體近東西向展布，受郯廬和燕山兩大斷裂系統(tǒng)的影響，斷層十分發(fā)育[5]。凹陷北部以西南莊、柏各莊斷裂為界與周邊凸起相鄰，內(nèi)部被高柳斷層分為2個(gè)區(qū)域，為北斷南超、東斷西超的箕狀凹陷，發(fā)育南堡1～5號(hào)有利構(gòu)造，林雀、曹妃甸、柳南等5個(gè)次級(jí)洼陷[6](圖1)。

南堡凹陷地層發(fā)育較為完整，自上而下依次發(fā)育第四系平原組、上第三系明化鎮(zhèn)組和館陶組、古近系東營(yíng)組(東一段—東三段)和沙河街組(沙一段—沙三段)，中生界侏羅系和古生界奧陶系地層，其中，館陶組、東營(yíng)組、沙河街組均為含油氣層，而東營(yíng)組、沙河街組發(fā)育的大厚度砂質(zhì)碎屑流沉積砂體可為油氣聚集提供良好條件[7-10]。目的層位主要為古近系東營(yíng)組和沙河街組。

圖1 南堡凹陷區(qū)域地質(zhì)概況

2 有利構(gòu)造及層段優(yōu)選

南堡凹陷灘海地區(qū)發(fā)育5個(gè)有利構(gòu)造，即5號(hào)、1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)構(gòu)造和近南西向的4號(hào)構(gòu)造，其中，2號(hào)及3號(hào)構(gòu)造為優(yōu)選區(qū)塊。主要原因?yàn)椋孩倌喜康纳硥咎锿蛊馂?號(hào)、3號(hào)構(gòu)造的砂質(zhì)碎屑流沉積提供了充足的物質(zhì)來(lái)源；②沙三段、沙一段時(shí)期南堡凹陷古近紀(jì)古湖泊分別達(dá)到最大深度，東三段沉積期也具有較大水深[11]；③通過(guò)地震剖面圖，可以在2號(hào)及3號(hào)構(gòu)造找到砂質(zhì)碎屑流發(fā)育所需的深水和淺水坡折；④東營(yíng)組沉積期斷層活動(dòng)頻繁，活動(dòng)速率高達(dá)500～1 200 m/Ma，古近系火山具有多期發(fā)育的特征，在沙河街組和東營(yíng)組沉積時(shí)期火山活動(dòng)期次均大于5次[12-13]。因此，優(yōu)選構(gòu)造為2號(hào)及3號(hào)構(gòu)造，確定目的層位為具有深水環(huán)境的沙一段(上、下)和東三段。

3 砂質(zhì)碎屑流儲(chǔ)層物性特征

3.1 儲(chǔ)層巖石學(xué)特征

3.1.1 巖石類型及特征

研究區(qū)砂質(zhì)碎屑流沉積砂體的巖石類型主要為巖屑長(zhǎng)石砂(礫)巖和長(zhǎng)石巖屑砂(礫)巖，而長(zhǎng)石砂巖較為少見(jiàn)。碎屑成分以石英、長(zhǎng)石為主，可見(jiàn)中基性及酸性噴出巖、動(dòng)力變質(zhì)巖、云母片巖等巖漿巖和變質(zhì)巖巖屑成分。石英含量為31.2%～44.3%，主要以單晶石英存在，次生加大也較發(fā)育，但加大程度不同，反映巖石處于不同的成巖作用階段；長(zhǎng)石含量為24.2%～35.8%，次生加大普遍發(fā)育，多為Ⅱ—Ⅲ級(jí)；巖屑含量為11.8%～33.7%，不同類型的巖石巖屑含量存在較大差異，長(zhǎng)石巖屑砂巖中含量最高，為33.7%，巖屑質(zhì)長(zhǎng)石砂巖中含量最低，為11.8%，巖屑組分主要為變質(zhì)巖屑，其次為酸性噴出巖屑、中基性噴出巖和凝灰?guī)r屑，含有少量沉積巖巖屑。

3.1.2 巖石結(jié)構(gòu)特征

通過(guò)對(duì)研究區(qū)巖心樣品觀察分析可知：砂質(zhì)碎屑流儲(chǔ)層砂體主要巖性為砂礫巖、粗砂巖、中砂巖和細(xì)砂巖等，各巖性含量分別為17.7%、40.0%、21.6%和16.6%，整體粒度較粗，粒度中值為0.078～3.100 mm，平均粒度中值為0.890 mm；分選系數(shù)為1.30～3.35，平均為1.96，分選較差；碎屑顆粒的磨圓度中等，以次棱狀—次圓狀為主，顆粒之間以點(diǎn)-線接觸為主；膠結(jié)類型多為孔隙型膠結(jié)，膠結(jié)物成分主要為方解石，高嶺石、伊利石以及綠泥石，以泥質(zhì)膠結(jié)為主。綜上所述，目的層位發(fā)育的砂質(zhì)碎屑流沉積砂巖整體上成分成熟度為中等，結(jié)構(gòu)成熟度為低—中等。

3.2 儲(chǔ)層物性特征

測(cè)井二次解釋結(jié)果表明，研究區(qū)目的層位儲(chǔ)層孔隙度主要為3.0%～22.1%，峰值主要集中在10.0%～15.0%；滲透率為0.1～158.9 mD，峰值主要集中在1.0～10.0 mD。根據(jù)砂巖儲(chǔ)集層物性劃分標(biāo)準(zhǔn)，研究區(qū)砂質(zhì)碎屑流儲(chǔ)層主要為低孔低滲儲(chǔ)層，占總儲(chǔ)層的87%，其次為中孔低滲儲(chǔ)層，占總儲(chǔ)層的12%，發(fā)育極少量中孔中滲儲(chǔ)層。

3.3 儲(chǔ)層非均質(zhì)性

從地震屬性、砂巖厚度、孔隙度、滲透率的分布規(guī)律綜合評(píng)價(jià)研究區(qū)目的層位砂質(zhì)碎屑流儲(chǔ)層的非均質(zhì)性。

3.3.1 平面非均質(zhì)性

南堡凹陷2號(hào)構(gòu)造東三段的地震屬性、砂巖厚度、孔隙度及滲透率具有良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，整體趨勢(shì)較為一致(圖2)。均方根振幅屬性高值區(qū)、砂巖厚度的高值區(qū)均發(fā)育于工區(qū)的北部和中部的NP2-16、NP2-18井和NP2-19井附近，整體呈條帶狀或局部片狀展布，連續(xù)性較好。受沉積砂體巖性及厚度的控制，孔隙度和滲透率的高值區(qū)同樣分布在工區(qū)的中部和北部，呈近北東向S形條帶狀展布，NP2-18井物性最好，NP2-16、NP2-19井及工區(qū)北部的物性次之，工區(qū)東北部NP2-6、LP1井附近及南部邊緣物性較差。綜上所述，南堡凹陷2號(hào)東三段砂質(zhì)碎屑流儲(chǔ)層具有較強(qiáng)的平面非均質(zhì)性。

南堡凹陷3號(hào)構(gòu)造沙一上段均方根振幅屬性特征及砂體厚度近南北向展布，呈條帶狀分布，南部靠近物源接受大量沉積砂體，形成較厚的砂層，砂體發(fā)育好于北部(圖3)。工區(qū)內(nèi)NP2-27—NP306X3—PG2—NP306X1—NP3-80—NP306X6等井附近及其連線兩側(cè)砂巖厚度較大，東部NP3-81井、南部NP3-26井附近砂巖厚度相對(duì)較薄。孔隙度和滲透率分布規(guī)律主要受到沉積砂體控制，與砂體展布規(guī)律具有很好的匹配關(guān)系，孔隙度及滲透率高值區(qū)發(fā)育于東南部的NP306X6井及北部的NP3-27井，而東部的NP3-81井和西部邊緣部分相對(duì)較差。

南堡凹陷3號(hào)構(gòu)造沙一下段砂質(zhì)碎屑流分布面積較小。工區(qū)東北部NP3-81井和西南部NP3-26井附近砂巖厚度較大，砂體較為發(fā)育，中部砂體發(fā)育較差，厚度較薄。儲(chǔ)層物性與砂巖等厚同樣具有良好的匹配關(guān)系，孔隙度和滲透率在東北部和西南部較高，在中部區(qū)域較低，整體呈現(xiàn)出兩頭高中間低的趨勢(shì)(圖4)。

3.3.2 層間非均質(zhì)性

層間非均質(zhì)性主要表現(xiàn)在層系的旋回性、各層段滲透率的非均質(zhì)程度、隔層分布、特殊類型層的分布、層組和小層劃分等[14]。此次研究主要依據(jù)滲透非均質(zhì)系數(shù)、孔隙度、滲透率的差異來(lái)分析3個(gè)層段之間的非均質(zhì)性特征。

3.3.2.1 層間非均質(zhì)系數(shù)的差異

南堡凹陷2號(hào)構(gòu)造東三段和南堡3號(hào)構(gòu)造沙一段砂質(zhì)碎屑流具有相似的沉積環(huán)境，但是由于埋深和成巖作用不同，導(dǎo)致滲透率縱向分布表現(xiàn)出明顯差異。

南堡凹陷2號(hào)構(gòu)造東三段儲(chǔ)層變異系數(shù)大于2.5，級(jí)差系數(shù)大于82，突進(jìn)系數(shù)大于4.5，整體表現(xiàn)為強(qiáng)非均質(zhì)性；南堡凹陷3號(hào)構(gòu)造沙一下段儲(chǔ)層變異系數(shù)大于2.2，級(jí)差系數(shù)大于85，突進(jìn)系數(shù)大于5.5，整體表現(xiàn)為強(qiáng)非均質(zhì)性；南堡3 號(hào)構(gòu)造沙一上段儲(chǔ)層變異系數(shù)小于1.5，級(jí)差系數(shù)小于50，突進(jìn)系數(shù)小于4.0，非均質(zhì)性與東三段和沙一下段相比較弱。因此，南堡凹陷3號(hào)構(gòu)造沙一下段儲(chǔ)層非均質(zhì)性最強(qiáng)，2號(hào)構(gòu)造東三段儲(chǔ)層次之，而3號(hào)構(gòu)造沙一上段儲(chǔ)層非均質(zhì)性最弱。

3.3.2.2 層間物性差異

南堡凹陷2號(hào)構(gòu)造東三段儲(chǔ)層孔隙度主要為10.0%～20.0%，其中，孔隙度大于10.0%的樣品占89.6%，平均為15.0%；滲透率主要為1.0～50.0 mD，平均為24.9 mD。整體上屬于中低孔中低滲儲(chǔ)層。南堡凹陷3號(hào)構(gòu)造沙一上段儲(chǔ)層孔隙度主要為5.0%～15.0%，平均為8.3%；滲透率主要為0.1～50.0 mD，平均為8.8 mD。整體上屬于低孔低滲儲(chǔ)層。南堡凹陷3號(hào)構(gòu)造沙一下段儲(chǔ)層孔隙度主要為0.0～10.0%，平均為6.7%；滲透率主要為0.0～1.0 mD，平均為0.6mD。整體上屬于低孔低滲儲(chǔ)層。綜上所述，南堡凹陷2號(hào)構(gòu)造東三段儲(chǔ)層物性最好，3號(hào)構(gòu)造沙一上段及下段的儲(chǔ)層物性均較差。

圖2 南堡2號(hào)構(gòu)造東三段儲(chǔ)層特征

4 儲(chǔ)層分類與評(píng)價(jià)

隨著石油勘探開(kāi)發(fā)程度的深入，儲(chǔ)層評(píng)價(jià)的重要性愈加凸顯出來(lái)[15]，而儲(chǔ)層評(píng)價(jià)所用方法和選擇的參數(shù)有所不同[16-20]。此次研究以取得的巖心分析資料及測(cè)井解釋成果為基礎(chǔ)，選取了儲(chǔ)層厚度(砂巖厚度)、孔隙度及滲透率3個(gè)參數(shù)，運(yùn)用單井點(diǎn)評(píng)價(jià)與整體評(píng)價(jià)相結(jié)合的思路和專家(權(quán)重)評(píng)價(jià)法對(duì)3號(hào)構(gòu)造沙一上、下亞段和2號(hào)構(gòu)造東三段砂質(zhì)碎屑流儲(chǔ)層開(kāi)展綜合分析與評(píng)價(jià)。

圖3 南堡3號(hào)構(gòu)造沙一上段儲(chǔ)層特征

4.1 儲(chǔ)層分類

此次研究在3號(hào)構(gòu)造沙一上段提取了15口井的樣品，沙一下段提取10口井的樣品，2號(hào)構(gòu)造東三段提取10口井的樣品。以南堡3號(hào)構(gòu)造沙一上段為例，開(kāi)展儲(chǔ)層綜合評(píng)價(jià)：①獲取相關(guān)構(gòu)造目的層位參數(shù)后，除以該參數(shù)的極大值得到單項(xiàng)評(píng)分；②將各項(xiàng)參數(shù)單項(xiàng)評(píng)分分別乘以權(quán)重系數(shù)，求得單項(xiàng)權(quán)衡評(píng)分，其中，砂巖厚度權(quán)重系數(shù)為0.4，滲透率權(quán)重系數(shù)為0.3，孔隙度權(quán)重系數(shù)為0.3；③將各井點(diǎn)單項(xiàng)權(quán)衡評(píng)分求和，得到儲(chǔ)層綜合評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)，依據(jù)儲(chǔ)層分類評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行儲(chǔ)層分類，其中，綜合得分大于0.7為Ⅰ類儲(chǔ)層，綜合得分0.4～0.7為Ⅱ類儲(chǔ)層，綜合得分小于0.4為Ⅲ類儲(chǔ)層[21](表1)。各構(gòu)造儲(chǔ)層分類結(jié)果見(jiàn)圖5。

由圖5a可知，南堡2號(hào)構(gòu)造東三段砂質(zhì)碎屑流儲(chǔ)層整體質(zhì)量較高，連通性好，Ⅰ類儲(chǔ)層占40%，主要分布于工區(qū)的西北部，集中發(fā)育于NP2-16、NP2-18、NP2-19井附近；其余均為Ⅱ類儲(chǔ)層，分布面積較廣，以NP2-6井為代表；Ⅲ類儲(chǔ)層不發(fā)育?？傮w來(lái)看，該層段的儲(chǔ)集性能良好，具有進(jìn)一步開(kāi)發(fā)的潛能。

由圖5b可知，南堡3號(hào)構(gòu)造沙一上段砂質(zhì)碎屑流儲(chǔ)層中Ⅰ類儲(chǔ)層占48%，主要分布在工區(qū)的北部NP3-27井區(qū)，中部NP306X3、PG2井之間，西南部NP306X1井區(qū)，東南邊部NP306X2和NP306X6井附近，整體分布面積較大但平面連續(xù)性較差、分布較散，呈三角形分布；Ⅱ類儲(chǔ)層占26%，分布在工區(qū)中西部，呈條帶狀展布，以NP306X3、PG2、NP3-80井為代表，平面連續(xù)性較好；Ⅲ類儲(chǔ)層占26%，分布于工區(qū)的東北部NP3-81井和南部邊緣NP3-26井附近。總體來(lái)看，Ⅰ類儲(chǔ)層最為發(fā)育，Ⅱ、Ⅲ類儲(chǔ)層相對(duì)發(fā)育，整體儲(chǔ)層質(zhì)量較好。

由圖5c可知，南堡3號(hào)構(gòu)造沙一下段砂質(zhì)碎屑流儲(chǔ)層中Ⅰ類儲(chǔ)層占30%，主要分布在工區(qū)東北部NP3-81井區(qū)和西南部的NP3-26井區(qū)；Ⅱ類儲(chǔ)層占40%，分布于工區(qū)中部NP306X2和西南部邊緣的PG2、NP306X1井附近，呈條帶狀展布；Ⅲ類儲(chǔ)層占30%，分布于工區(qū)中部的NP3-80、NP306X6井附近和西北部邊緣。整體而言該儲(chǔ)層差異性較大，質(zhì)量相對(duì)較好，Ⅰ類和Ⅱ類儲(chǔ)層約占總儲(chǔ)層的83%，Ⅱ類儲(chǔ)層最為發(fā)育，NP3-81、NP3-26井區(qū)域最可能成為下一步產(chǎn)能建設(shè)的目標(biāo)區(qū)。

圖4 南堡3號(hào)構(gòu)造沙一下段儲(chǔ)層特征

表1 南堡3號(hào)構(gòu)造沙一上段儲(chǔ)層綜合評(píng)價(jià)

圖5 各儲(chǔ)層分類評(píng)價(jià)成果

5 結(jié) 論

(1) 從重力流發(fā)育環(huán)境出發(fā)，優(yōu)選出2號(hào)構(gòu)造東三段及3號(hào)構(gòu)造沙一段上、下段發(fā)育的砂質(zhì)碎屑流儲(chǔ)層為優(yōu)選區(qū)塊。

(2) 目的儲(chǔ)層巖石類型以巖屑長(zhǎng)石砂巖和長(zhǎng)石巖屑砂巖為主，石英、長(zhǎng)石含量較高且次生加大普遍發(fā)育，巖屑組分以變質(zhì)巖屑為主，含少量沉積巖屑。儲(chǔ)層主要屬于低孔低滲儲(chǔ)層，具有較強(qiáng)的平面非均質(zhì)性和層間非均質(zhì)性。

(3) 整體而言，目的儲(chǔ)層質(zhì)量較好，Ⅰ類和Ⅱ類儲(chǔ)層約占總儲(chǔ)層的83%，其中，南堡凹陷2號(hào)構(gòu)造東三段儲(chǔ)層質(zhì)量最好且平面連通性高；3號(hào)構(gòu)造沙一上段儲(chǔ)層質(zhì)量相對(duì)較好，Ⅰ類儲(chǔ)層最為發(fā)育但分布較為分散連續(xù)性較差；3號(hào)構(gòu)造沙一下段Ⅱ類儲(chǔ)層最為發(fā)育，平面上Ⅰ類及Ⅱ類儲(chǔ)層分布在研究區(qū)兩端，中間被長(zhǎng)條狀的Ⅲ類儲(chǔ)層隔開(kāi)，儲(chǔ)層質(zhì)量相對(duì)較差。