張立安，曹 龍，崔名喆，吳穹螈，穆朋飛

（中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津300459）

裂縫性古潛山變質巖和碳酸鹽巖地層是一類重要的儲集層，適合油氣聚集形成特殊油氣藏［1-3］。隨著國內(nèi)油氣勘探開發(fā)程度的不斷深入， 近些年來，在渤海灣盆地已發(fā)現(xiàn)大量潛山油氣田［4-7］。 然而潛山油田具有地質年代久遠、埋藏深度大、構造運動頻繁、儲層展布規(guī)律多樣、非均值性極強、勘探風險大（單井鉆探費用近億元）等難點，嚴重制約著潛山油田的高效開發(fā)。 前人對潛山裂縫儲層做過大量研究，側重于潛山裂縫規(guī)律和儲層發(fā)育模式［8-11］，少有學者將研究成果定量刻畫到三維地質模型，指導油田開發(fā)生產(chǎn)實踐。 結合前人對古潛山變質巖及古潛山碳酸鹽巖儲層的研究思路，應用取心井、三維地震和測井資料，明確了碳酸鹽巖儲層發(fā)育的主控因素和展布規(guī)律，在地質模式基礎上結合生產(chǎn)動態(tài)資料建立古潛山裂縫雙孔介質三維地質模型，為BZ28油田低效井治理及挖潛提供地質依據(jù)。

1 研究區(qū)地質概況

BZ28油田位于渤海西部海域渤南低凸起的中段，是一個受多期斷層復雜化的古潛山斷塊油氣藏（見圖1）， 南側和西側發(fā)育兩條大斷層控制著整個構造形態(tài)， 使之成為地層向北東傾沒的單斜古潛山，潛山內(nèi)部發(fā)育兩組次級斷層相互交織切割。 其具有繼承性的基底古凸起構造格局，多期構造運動及海平面升降控制了碳酸鹽巖地層的沉積特征。 地層自下而上劃分為下寒武統(tǒng)府君山組、饅頭組和毛莊組，中寒武統(tǒng)徐莊組和張夏組，上寒武統(tǒng)崮山組、長山組和鳳山組， 下奧陶統(tǒng)冶里組和亮甲山組，中奧陶統(tǒng)下馬家溝組和上馬家溝組。 研究區(qū)至少存在5期不同程度的沉積間斷， 研究區(qū)下寒武系地層在西部和南部處于古陸剝蝕區(qū)，無沉積；中寒武統(tǒng)厚度自西向東增大； 上寒武統(tǒng)-奧陶統(tǒng)均有不同程度的剝蝕。 實鉆錄井資料在府君山組、饅頭組、毛莊組、 亮甲山組和馬家溝組碳酸鹽巖均有油氣顯示，不同區(qū)塊、 不同井點和不同層段地層厚度差異明顯，儲層厚度變化巨大。

2 碳酸鹽巖儲層發(fā)育機制

根據(jù)巖心描述、壁心、鉆井巖屑、巖石薄片、掃描電鏡、 分析化驗等資料綜合研究，BZ28油田巖性主要為碳酸鹽巖，含少量碎屑巖和混積巖［12］。 碳酸鹽巖發(fā)育有白云巖、灰?guī)r、云灰?guī)r和灰云巖。 白云巖以不等粒白云巖、粉晶白云巖為主，其次為細晶白云巖；灰?guī)r以含屑(球粒、生屑、砂粒屑)泥晶灰?guī)r為主，其次為泥晶灰?guī)r和粉晶灰?guī)r。 薄片下，孔隙類型主要為次生孔隙，原始孔隙次之。 其中，次生孔隙可見粒間溶孔、晶間溶孔、溶縫及裂縫；原生孔隙保留有粒間孔、粒內(nèi)孔、晶間孔、體腔孔和鳥眼孔。

2.1 沉積是控制儲層發(fā)育的物質基礎

通過巖性組合、沉積構造、生物化石等綜合分析，結合區(qū)域構造沉積、古地貌和古水深研究，認為BZ28油田古生界碳酸鹽巖地層沉積時期地殼運動相對平靜，地形相對平緩［13-15］，根據(jù)平面位置，可分為臺地邊緣、開闊臺地和局限臺地三種相（見圖2）。

開闊臺地相屬于高能沉積環(huán)境，為海水相對較淺的區(qū)域，水體深度小于100 m，位于臺地邊緣和局限臺地之間，海域比較廣闊，通常不受障壁島或生物礁遮擋，水體循環(huán)良好，鹽度正常，沉積過程中水體能量強，容易形成顆粒巖。 顆粒巖粒間孔隙發(fā)育，但在成巖過程中被大量膠結物充填，原生有效孔隙基本未保留下來，少見殘留粒間孔。 巖石薄片可見大部分顆粒巖發(fā)生過白云石化作用，但孔隙被膠結物充填， 在后期成巖作用中很難受溶蝕作用改造，孔隙度很低。 少部分顆粒巖在經(jīng)過膠結作用充填和白云石化后，仍保留有部分原生孔隙，后期遭受構造作用和溶蝕作用的強烈改造， 孔隙度大幅改善，是BZ28油田非常重要的碳酸鹽巖儲集層。

局限臺地相屬于中—低能沉積環(huán)境，位于開闊臺地內(nèi)側，海水循環(huán)受到極大限制，向海方向通?？梢娪缮锝富驕\灘所構建的斷續(xù)相連狀障壁島，鹽度不正?；蜉^高，主要發(fā)育云坪、灰云坪、泥云坪和云灰坪沉積。 水體能量較低，日照蒸發(fā)能力強，利于原生灰?guī)r發(fā)生白云石化，形成晶粒巖、顆粒晶粒巖及生物晶粒巖。 晶粒巖原生孔隙相對不發(fā)育，但在后期成巖過程中經(jīng)過白云石化、溶蝕溶解、構造運動等作用反復改造， 有利于次生孔隙和裂縫發(fā)育，形成優(yōu)質儲層。

2.2 成巖是控制儲層發(fā)育的重要保障

通過巖石薄片觀察、 成巖系列研究及巖性礦物分析， 研究區(qū)古潛山碳酸鹽巖儲層經(jīng)歷成巖作用有白云石化作用、溶解作用、壓實作用、膠結作用和去白云化作用。 對于BZ28油田，膠結作用屬于破壞性成巖作用，大量膠結物充填原始孔隙空間；壓實作用損失大部分原始孔隙度，但可以產(chǎn)生裂縫，利于酸性流體運移形成壓溶隙； 對碳酸鹽巖儲層最關鍵的是白云山化作用和溶解作用，改善儲層形成次生孔隙。

根據(jù)巖石薄片觀察， 除部分井段發(fā)育泥晶～泥粉晶白云巖外（見圖3a），其余多為交代白云巖（見圖3b）。 據(jù)統(tǒng)計，當白云石含量為35%～60%時，白云石晶間孔最發(fā)育， 孔隙直徑也相對較大， 孔徑為0.01～0.05 mm，孔隙邊緣呈折線狀。在部分白云石晶間孔中，可見有機質充填（見圖3c）、孔壁或殘留瀝青。 白云石化結晶作用不僅產(chǎn)生晶間孔和晶間微孔，且白云巖脆性最強，易形成裂縫，晶間縫隙為后期溶解作用提供先決條件。 依據(jù)對研究區(qū)碳酸鹽巖儲層評價結果，白云巖平均孔隙度為4.52%，灰?guī)r平均孔隙度為1.91%，灰質白云巖、泥質白云巖及白云質灰?guī)r的平均孔隙度為2.33%。

依據(jù)沉積序列和成巖序列研究，溶解作用可分為三個階段：早期古潛山內(nèi)幕溶蝕作用階段、中期地層埋藏溶解作用階段和晚期地表風化巖溶作用階段。 據(jù)巖石薄片統(tǒng)計，BZ28油田最主要的孔隙空間為晶間溶孔和粒間溶孔（見圖3d），少見粒內(nèi)溶孔、溶溝和溶縫。 粒間溶孔孔徑0.03～0.40 m，孔隙邊緣呈不規(guī)則鋸齒狀； 鏡下晶間溶孔分布最普遍，是在晶間孔基礎上溶蝕形成，孔徑0.02～0.30 mm，孔隙邊緣呈不規(guī)則港灣狀；粒內(nèi)溶孔分布較少，呈不均勻孤立狀；溶溝和溶縫通常是在裂縫基礎上進一步發(fā)生溶蝕形成，寬度約0.1～0.5 mm，延伸范圍不遠，發(fā)育不普遍。 地層埋藏溶解作用階段，部分溶孔進一步擴大，形成超大溶蝕孔。 表層巖溶作用階段，易溶物質溶解發(fā)生垮塌，形成巖溶角礫和溶洞，此類強溶蝕作用僅在局部井段可見，且多被泥質、黃鐵礦或方解石充填（見圖3e、3f）。

2.3 構造是控制裂縫發(fā)育的關鍵因素

渤海灣盆地區(qū)域地質構造演化表明，研究區(qū)古潛山碳酸鹽巖地層沉積后，受郯廬走滑斷裂西支活動的持續(xù)影響，構造地質活動開始頻繁［16］。 BZ28油田南側和西側存在長期活動的大斷裂帶，構造運動一方面嚴格控制古潛山的構造形態(tài)和斷裂系統(tǒng)，在油田內(nèi)部發(fā)育近南北向和近東西向兩組斷層相互切割，將油田劃分成7個斷塊。 另一方面，構造運動使盆地多次抬升，碳酸鹽巖地層遭受長期大氣風化剝蝕和雨水淋濾作用形成古潛山裂縫儲層。 據(jù)巖心、薄片觀察和鉆井資料統(tǒng)計，上油組儲層裂縫較下油組發(fā)育， 證明在古生界碳酸鹽巖地層沉積以后， 后期構造運動對碳酸鹽巖儲層的改造作用更強。

斷裂系統(tǒng)及裂縫發(fā)育程度對儲層發(fā)育情況亦起到控制作用。 研究區(qū)未充填或半充填裂縫比較發(fā)育，充填物主要為鈣質、硅質和泥質等碎屑，部分被方解石膠結充填，可見溶蝕孔洞沿裂縫呈串珠狀發(fā)育，裂縫對儲層的貢獻主要表現(xiàn)在為油氣的運移和成藏提供大量的有效儲集空間，同時也是油氣開采的主要滲流通道。

3 碳酸鹽巖儲層地質建模

3.1 儲層地質模式

3.1.1 儲層平面分區(qū)

由于研究區(qū)古生界地層遭受長期剝蝕而缺失嚴重，為了恢復研究區(qū)古地貌特征，研究中采用印模法和趨勢面法相結合對古地貌進行恢復。 研究區(qū)古巖溶地貌根據(jù)地形高低， 劃分為巖溶高地帶、巖溶斜坡帶和巖溶洼地帶（見圖4）。 其中，巖溶高地呈點狀呈現(xiàn)，分布范圍?。粠r溶斜坡呈連片狀分布，發(fā)育范圍比較寬廣；巖溶洼地主要發(fā)育在研究區(qū)北部和東南部，分布范圍比較局限。 寬緩的巖溶斜坡帶和點狀巖溶高地帶是白云巖石化的最有利區(qū)，局部發(fā)育石膏和硬石膏，在后期埋藏成巖過程中極易發(fā)生溶解而形成優(yōu)質儲層［17-20］。新生紀時期，沉積海進體系域，海平面上升，古近系沙河街組碎屑巖地層逐漸超覆在碳酸鹽巖潛山地層之上。 由于潛山碳酸鹽巖底部為太古界花崗巖基巖，因此碳酸鹽巖地層頂、底均存在不滲透性地層，使地層水易沿裂縫和孔隙平行流動，發(fā)生順層侵蝕。 但受地層水溶蝕作用影響比較局限。

3.1.2 儲層垂向分帶

BZ28油田碳酸鹽巖儲層垂向具有明顯分帶性（見圖5），下油組發(fā)育順層溶蝕帶，中間被不穩(wěn)定厚層致密灰?guī)r段或泥巖段所分隔，上油組主要發(fā)育垂直淋濾帶和風化殼帶。 下油組碳酸鹽巖地層與底部太古界花崗巖基底呈不整合面接觸，成巖過程中地層水沿層運動發(fā)生溶蝕，當寒武系碳酸鹽巖地層暴露地表后，遭受表生淋濾作用，儲層得到進一步改造。 儲集空間主要為晶間溶孔、粒間溶孔、溶蝕縫等，屬于潛山內(nèi)幕溶蝕型儲層。 上油組儲層位于碳酸鹽巖潛山頂部，已鉆井顯示，主要分布在潛山頂面，厚度為0～250 m。 在新生代古近系沙河街組碎屑巖地層沉積前， 古潛山碳酸鹽巖地層出露地表，長期遭受風化剝蝕、表生水淋濾和構造運動形成風化巖溶帶，孔、洞、縫均十分發(fā)育，屬于風化殼巖溶型儲層。

3.1.3 儲層發(fā)育模式

本次研究以塊狀碳酸鹽巖中間發(fā)育非儲集灰?guī)r和泥巖段為界， 將目的層劃分為下油組和上油組，上油組儲層發(fā)育優(yōu)于下油組。 其中，上油組孔、洞、縫均十分發(fā)育，儲層厚度相對穩(wěn)定，分布范圍較廣。 優(yōu)質儲層呈帶狀分布于研究區(qū)西南部局限臺地和開闊臺地間，N1井區(qū)和S1井區(qū)儲層最發(fā)育， 是油田開發(fā)調(diào)整的優(yōu)勢區(qū)。8D井區(qū)和T1井區(qū)靠近臺地邊緣古地貌較低區(qū)域，隔夾層發(fā)育，儲層物性較差（見圖6）。

3.2 地質建模

裂縫性儲層地質建模應綜合考慮原始孔隙的分布規(guī)律、溶解作用對溶蝕孔隙的控制作用和斷裂系統(tǒng)對裂縫發(fā)育的控制作用等因素［21-26］，遵循成因建模法則，以垂向和平面劃分的區(qū)帶作為約束條件，運用Petrel軟件建立雙孔介質儲層地質模型。

3.2.1 儲層裂縫建模

前人關于渤海灣盆地區(qū)域構造研究表明，新生代時期，渤南低凸起主要遭遇拉張應力作用，斷層主應力方向為北東—南西向。 根據(jù)巖心井構造應力實驗結果，巖石力學參數(shù)泊松比為0.28，內(nèi)摩擦系數(shù)為0.54。通過已鉆井巖心觀察、核磁測井和成像測井等資料得知，BZ28油田沿北東和北西方向發(fā)育兩組裂縫，裂縫寬度為0.05～0.25 mm。第一組裂縫傾角為15°～35°，屬于低角度裂縫；第二組裂縫傾角為55°～80°，屬于高角度裂縫。其中，下油組裂縫密度平均為5條/m，上油組裂縫密度平均為14條/m。 儲層裂縫的空間展布則需要依靠地震手段進行分析，分別提取下油組和上油組頂面沿層的平均曲率、 最大曲率、最小曲率、高斯曲率等多種曲率屬性，對比發(fā)現(xiàn)，最大曲率對縫洞系統(tǒng)較為敏感， 與鉆井吻合較好，對裂縫展布具有很好的指示意義。 以鉆井所獲取的裂縫參數(shù)作為硬數(shù)據(jù)，以地震資料所提取的曲率屬性作為軟數(shù)據(jù)，利用帶趨勢性的序貫指示方法插值建立裂縫概率體（見圖7），結合生產(chǎn)動態(tài)資料對概率模型進行優(yōu)選，以優(yōu)選模型為約束，應用Petrel軟件建立離散裂縫片三維空間分布模型（見圖8）。

3.2.2 儲層屬性建模

裂縫性儲層屬性包括基質孔隙度和滲透率、裂縫孔隙度和滲透率［27-28］。其中，基質孔隙度和滲透率建模采用常規(guī)建模方法，以古潛山碳酸鹽巖沉積相作為控制條件，對井點數(shù)據(jù)用克里金插值。 裂縫孔隙度可利用離散裂縫片（DFN）面積乘以裂縫平均寬度計算得到。 裂縫滲透率有兩種計算方法：一是利用試井解釋滲透率對基質滲透率進行校正；二是利用離散裂縫片和平均裂縫寬度進行等效滲透率計算。 但試井分析存在很大不確定性，因此本次研究通過對裂縫網(wǎng)格模型粗化， 獲取裂縫網(wǎng)絡模型的sigma因子、裂縫孔隙度和I、J、K方向的裂縫滲透率。實際上， 裂縫與基質屬于統(tǒng)一的流體動力學單元，將裂縫網(wǎng)格模型耦合基質模型，從而得到潛山裂縫性儲層雙孔雙滲地質模型，油藏數(shù)值模擬結果更加符合地質模式。 根據(jù)雙孔雙滲模型分析油田不同開發(fā)階段基質、裂縫的出油規(guī)律和滲流特征，結合隔夾層分布特征，解決生產(chǎn)矛盾，為潛山裂縫油藏不穩(wěn)定注水技術研究提供地質依據(jù)， 增油效果明顯。油田早期研究未認識到下油組亦存在隔夾層，通過地質模型分析證實N1井與BZ28井的連通性，且之間存在隔夾層， 注水井N1井新解釋58 m儲層并補孔，BZ28-1井增油效果明顯，成功治理低效井,解決N1～BZ28-1井組動靜態(tài)矛盾。

4 結論

（1）研究區(qū)平面上白云巖發(fā)育區(qū)控制優(yōu)質儲層展布，在成巖階段，白云巖易發(fā)生溶蝕形成孔隙，在構造運動時期，白云巖易產(chǎn)生裂縫改善儲層。 垂向上，下油組主要發(fā)育內(nèi)幕溶蝕孔隙型儲層，中間被致密層分隔， 上油組主要發(fā)育風化殼巖溶型儲層，上油組儲層發(fā)育優(yōu)于下油組。

（2）綜合鉆井、測井、地震資料，逐步認清古潛山碳酸鹽巖裂縫儲層發(fā)育模式，建立符合地下認識的儲層地質模型。 該研究成果成功解決了油田生產(chǎn)動靜態(tài)矛盾和多口低效井治理問題，同時為油田潛力挖潛和增儲上產(chǎn)提供可靠的地質依據(jù)。 該項技術形成了潛山碳酸鹽巖裂縫性儲層發(fā)育模式研究思路和雙孔介質儲層地質建模方法，有助于渤海灣盆地類似油田的高效勘探開發(fā)。