胡 斌 郭素杰 于海軍 馮曰全 李 艷 于偉高 顏懷羽
(①中國石油渤海鉆探工程有限公司第二錄井分公司;②中國石油華北油田公司勘探事業(yè)部)
近年來,油田勘探開發(fā)目標向“難、非”領域發(fā)展,位于廊固凹陷東北部的楊稅務潛山構(gòu)造帶,具有億噸級儲量,是華北油田油氣接替的新領域[1]。該區(qū)自20世紀80年代開始啟動勘探開發(fā),到目前為止,已完成了11口井鉆探,油氣顯示主要集中在奧陶系,前期分別對馬家溝組及亮甲山組進行了大型酸壓改造,大部分井能夠獲得高產(chǎn)油氣流,但有的井測錄井均顯示較好,壓裂試油結(jié)果卻差強人意[2],有的井氣測顯示低但壓裂后卻喜獲高產(chǎn)。這表明楊稅務潛山儲集層非均質(zhì)性強,橫向變化大[3]。本文綜合應用XRD礦物分析及巖石薄片鑒定技術(shù)對研究區(qū)奧陶系巖石成分構(gòu)成、微觀結(jié)構(gòu)和孔縫發(fā)育情況開展分析,明晰楊稅務潛山奧陶系地層的微觀特征、儲集空間類型及儲集層物性影響因素,對儲集層進行精細評價,取得了較好的效果[4],為下一步試油及儲集層改造選層提供了科學依據(jù)[5]。
XRD(X Ray Diffraction)全稱為X射線衍射全巖礦物分析,根據(jù)巖性不同,礦物含量存在差異的原理,可以通過定量分析確定巖石礦物含量的變化,達到巖性定名的目的。該技術(shù)適用于礦物及物相鑒定分析,可定量檢測樣品的礦物組成,根據(jù)礦物含量變化實現(xiàn)成分構(gòu)成精細定名,從而解決細碎巖屑辨識難題。
已鉆井資料表明,楊稅務潛山主要目的層位為奧陶系碳酸鹽巖地層,巖性主要包括灰?guī)r、白云巖及過渡類型的復雜巖性。根據(jù)鉆井取心實物XRD分析,判定碳酸鹽巖主要是由方解石、白云石、鐵白云石以及黏土、石英、長石等礦物組成。因此,以方解石作為灰?guī)r主要判定礦物,以白云石+鐵白云石作為白云巖主要判定礦物,以黏土+石英等雜基作為泥質(zhì)含量判定組合,參考沉積巖定名方法,建立了XRD礦物分析碳酸鹽巖定名標準(表1),實現(xiàn)了礦物成分精細定名[6]。
巖石薄片鑒定技術(shù)是在偏光顯微鏡下鑒定透明礦物和巖石類型的一種方法。將礦物或巖石標本磨制成薄片后,在偏光顯微鏡下觀察其結(jié)晶特點,確定巖石的礦物成分,分析其結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、礦物的生成順序,確定巖石類型及其成因特征,最后認定巖石名稱。該方法主要依靠巖石礦物組成、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造進行巖性定名[5]。
楊稅務潛山為碳酸鹽巖地層,成分為方解石、白云石,主要由晶粒、顆粒、膠結(jié)物三種結(jié)構(gòu)組成,少見灰泥、云泥(饅頭組的泥灰?guī)r)和生物格架。晶粒類結(jié)構(gòu)(泥晶、粉晶、細晶)灰?guī)r、白云巖最為常見;顆粒類結(jié)構(gòu)主要為內(nèi)碎屑(如奧陶系鳳山組、長山組、崮山組的竹葉狀灰?guī)r),也見生物碎屑、鮞粒(如張夏組的鮞?;?guī)r)、藻粒等;膠結(jié)物主要沉積于顆粒之間,結(jié)晶方解石和白云石分為泥晶和亮晶兩種(在楊稅務潛山顆粒組構(gòu)中較為常見)。
表1 碳酸鹽巖XRD礦物成分定名標準
根據(jù)11口潛山井巖石薄片鑒定資料,楊稅務潛山奧陶系碳酸鹽巖儲集層巖性種類較多,具有礦物成分簡單,巖石類型多樣,巖石結(jié)構(gòu)復雜的特點。礦物成分主要為方解石,其次為白云石,少量石膏、燧石、鐵礦和黏土礦物。硬石膏等鹽巖類含量較少,基本在3%以下,泥質(zhì)1%~15%,黃鐵礦0~1%。巖石結(jié)構(gòu)較為復雜,包括顆粒、晶粒、云斑和角礫結(jié)構(gòu)等。主要巖性為泥晶灰?guī)r、泥粉晶云巖等。而從XRD分析數(shù)據(jù)來看,亮甲山組白云石含量最高,上馬家溝組、下馬家溝組以及冶里組方解石含量較高,同時冶里組地層泥質(zhì)含量最低(圖1)。
鉆遇的潛山奧陶系地層自上而下分別為峰峰組、上馬家溝組、下馬家溝組、亮甲山組、冶里組。通過11口已鉆井1492塊巖屑、巖心偏光薄片及XRD精細分析,進一步深化楊稅務潛山奧陶系地層微觀特征認識。
圖1 楊稅務潛山奧陶系礦物含量統(tǒng)計柱狀圖
從11口井XRD分析數(shù)據(jù)來看,該組白云石含量一般為20%~60%;方解石含量一般為15%~60%;泥質(zhì)含量一般為17%~40%。巖性以灰?guī)r為主,夾泥灰?guī)r、灰質(zhì)白云巖、白云巖等。通過250塊薄片樣品鑒定分析總結(jié),該段上部為褐灰色灰?guī)r夾灰黃色白云巖, 鏡下上段以泥晶灰?guī)r為主,有的結(jié)晶稍粗、見砂礫屑灰?guī)r,泥質(zhì)含量2%~4%,個別見板條狀石膏,有的樣品中見縫合線、溶蝕孔洞,方解石充填;下部為灰黃色、灰色白云質(zhì)泥灰?guī)r、泥質(zhì)白云巖,夾褐灰色灰?guī)r及紫紅色泥質(zhì)白云巖,鏡下以泥粉晶、泥晶白云巖為主,可見殘余砂礫屑結(jié)構(gòu),常見云化作用,泥質(zhì)含量稍高,個別達到15%,可見發(fā)育溶蝕孔(圖2)。
圖2 峰峰組地層巖石偏光薄片分析
該組XRD礦物成分主要為方解石,含量最高達80%,其次為白云石,二者含量一般在90%以上,泥質(zhì)含量一般為15%~25%,少量硬石膏、硅質(zhì)及陸源石英、長石等。上部主要為灰?guī)r與白云巖互層,夾薄層灰質(zhì)白云巖; 中部以厚層狀灰?guī)r為主,夾白云巖、含泥灰?guī)r;底部以云質(zhì)灰?guī)r、灰質(zhì)云巖為主。通過348塊薄片樣品鑒定分析總結(jié),巖石較峰峰組更純,泥質(zhì)含量低,仍具風化特征;鏡下以泥晶灰?guī)r為主,夾泥晶白云巖、粉晶白云巖、云質(zhì)灰?guī)r。方解石+白云石含量一般大于90%,泥質(zhì)含量2%~15%,少數(shù)大于20%,一般為4%~8%;見少量長石、石英陸源碎屑,見白云巖化;可見構(gòu)造縫、縫合線、溶蝕構(gòu)造復合縫等發(fā)育,主要由方解石、白云石、石膏、泥質(zhì)、硅質(zhì)、碳質(zhì)等充填(圖3)。
圖3 上馬家溝組地層巖石偏光薄片分析
根據(jù)XRD礦物成分分析,該組礦物成分主要為方解石,含量一般為45%~60%;其次為白云石,含量一般為25%~50%;二者含量一般在90%以上,部分泥質(zhì),少量石膏及石英、長石陸源碎屑等。上部以灰質(zhì)云巖為主,夾薄層灰質(zhì)灰?guī)r、泥云巖;下部以厚層云灰?guī)r為主,夾薄層灰云巖。鏡下以泥晶灰?guī)r、含泥質(zhì)泥晶灰?guī)r為主,部分泥粉晶云巖、灰質(zhì)云巖。方解石+白云石含量一般大于90%,泥質(zhì)含量2%~18%,少數(shù)大于30%,一般為8%~14%;見少量介形、棘皮類等生物碎屑,見白云巖化;可見構(gòu)造縫、縫合線、溶蝕縫等,多由方解石、硅質(zhì)、有機質(zhì)等充填,偶見晶間孔(圖4)。
圖4 下馬家溝組地層巖石偏光薄片分析
亮甲山組礦物成分主要為白云石,含量一般為10%~80%;其次為方解石,含量一般為15%~30%,部分泥質(zhì),少量石英、長石陸源碎屑等。巖性上部以黑色、深灰色白云巖為主,夾灰色、深灰色灰?guī)r;下部為深灰色灰?guī)r,夾灰褐色灰?guī)r,及灰色白云巖,本組含少量燧石條帶團塊。鏡下顯示中上部為大段的泥晶、泥粉晶白云巖,部分粉晶、細晶云巖,泥質(zhì)含量4%~8%,個別達到18%,多呈條帶狀分布;下部為泥晶灰?guī)r,少量亮晶砂屑灰?guī)r、藻屑泥晶灰?guī)r,泥質(zhì)含量6%~9%,最多可達11%,可見晶間孔、溶蝕孔隙及構(gòu)造縫、縫合線等(圖5)。
圖5 亮甲山組地層巖石偏光薄片分析
根據(jù)礦物成分分析,冶里組礦物成分主要為方解石,含量一般為35%~70%;其次為白云石,含量一般為10%~20%;泥質(zhì)含量除AT 101X井外一般為12%~20%。巖性上部以深灰色、灰色灰?guī)r為主,含白云質(zhì)泥灰?guī)r,及小竹葉狀灰?guī)r,泥質(zhì)條帶灰?guī)r,下部以厚層灰色灰?guī)r為主,巖性較純,PDC復合鉆井條件下巖屑細碎,難以見到竹葉狀灰?guī)r。該組地層沉積較薄,一般為30~50 m,顏色變淺,高伽馬灰?guī)r為底部標志層;薄片樣品鑒定以厚層灰?guī)r、泥灰?guī)r為主,見竹葉狀灰?guī)r,鏡下為大段的泥晶灰?guī)r、含泥質(zhì)泥晶灰?guī)r,少量砂屑灰?guī)r、云斑泥晶灰?guī)r,底部見粉晶云巖。泥質(zhì)含量一般為3%~5%,個別可達到20%;見少量介形類、棘皮類等生物碎屑,可見方解石充填的溶蝕孔隙及構(gòu)造縫等。
冶里組碳酸鹽巖以泥晶結(jié)構(gòu)為主,部分泥晶砂屑結(jié)構(gòu),少量粉晶及云斑結(jié)構(gòu),見構(gòu)造縫,溶蝕孔、縫,均被方解石充填,孔隙有效性較差(圖6)。
圖6 冶里組地層巖石偏光薄片分析
根據(jù)巖心觀察、薄片鑒定及鉆井、試油情況綜合分析結(jié)果(表2),楊稅務潛山主要儲集層分布在奧陶系,受不同成因控制,發(fā)育有晶間(溶)孔、構(gòu)造溶蝕縫和構(gòu)造縫三種儲集空間與巖性具相關性:云巖發(fā)育段以晶間(溶)孔為主,其次為溶蝕縫,泥質(zhì)含量越低,晶粒結(jié)晶越粗大,晶間孔越發(fā)育;灰?guī)r發(fā)育段以構(gòu)造縫、溶蝕微裂縫為主。云巖與灰?guī)r間互段以微裂縫-晶間(溶)孔為主,構(gòu)造縫、構(gòu)造-溶蝕縫在云巖、灰?guī)r段皆有發(fā)育,對儲集層影響非常大,是溝通潛山及內(nèi)幕儲集層的有效通道。氣測顯示活躍段巖性既有云巖,也有灰?guī)r。下馬家溝組下段-亮甲山組、下馬家溝組上段-上馬家溝組下段、峰峰組下段-下馬家溝組上段白云巖發(fā)育段以晶間(溶)孔為主,其次為溶蝕縫;上馬家溝組中段灰?guī)r以構(gòu)造縫、溶蝕微裂縫為主;峰峰組下段、上馬家溝組上段、下馬家溝組上段云巖與灰?guī)r的間互段以微裂縫-晶間(溶)孔為主。
表2 楊稅務潛山儲集空間分布情況
根據(jù)儲集層儲集空間類型、儲集空間的有效性、泥質(zhì)含量以及白云石含量,對潛山奧陶系地層各組段的儲集層發(fā)育情況進行如下排序:亮甲山組儲集層最為發(fā)育;其次是上馬家溝組、下馬家溝組;峰峰組儲集層發(fā)育最差。結(jié)合測井綜合解釋結(jié)果、巖心物性分析結(jié)果,與薄片、礦物分析儲集層認識較為一致,均指向白云巖井段為奧陶系有利儲集層,亮甲山組最好。
薄片資料統(tǒng)計表明,儲集空間類型為孔隙類的樣品占樣品總數(shù)的一半以上,其余為裂縫型儲集空間類型,進一步說明亮甲山組巖性較純,在溶蝕作用和構(gòu)造作用下易于產(chǎn)生孔縫,儲集層發(fā)育較好,利于油氣成藏(圖7)。
圖7 主要儲集空間類型
通過觀察、對比分析已鉆井巖心、巖石薄片、鑄體薄片等得出,影響楊稅務潛山儲集層發(fā)育的因素主要有成巖作用(云化作用、巖溶作用、壓實作用)、巖性及應力作用等。
成巖作用對儲集層性質(zhì)的影響非常大,尤其是膠結(jié)作用和溶蝕作用,可以產(chǎn)生、充填和完全改造孔隙。主要的成巖作用包括云化重結(jié)晶作用、巖溶作用、壓實作用。云化作用在峰峰組下段-上馬家溝組上段、上馬家溝組下段-下馬家溝組上段、亮甲山組較為發(fā)育,白云石含量較高;巖溶作用主要發(fā)育在峰峰組頂部巖溶面之下200 m左右范圍內(nèi),在不同井存在較大差異;壓實作用以縫合線等為特征,在全區(qū)皆有發(fā)育。
因巖石結(jié)構(gòu)和礦物組分差異,溶蝕特征也有明顯差別。巖溶作用主要發(fā)育在峰峰組頂部巖溶面之下200 m左右范圍內(nèi),且不同井間存在較大差異。
石灰?guī)r結(jié)構(gòu)致密,但方解石易溶,因而溶蝕作用主要沿斷裂、裂縫和層面進行;白云石較抗溶,但因白云巖結(jié)構(gòu)較疏松,原始孔滲性好,溶蝕作用不僅沿斷裂、裂縫和層面進行,同時在基巖中有更大規(guī)模的溶蝕作用,溶蝕過程中比表面積遠大于石灰?guī)r,因此云巖類為有利儲集巖。通過巖心資料進一步分析白云巖的儲集層物性,因為楊稅務潛山井鉆井取心較少,僅有兩口井在潛山儲集層段有少量取心,所以實測物性數(shù)據(jù)也較少。AT 2X、AT 3兩口井經(jīng)實測物性數(shù)據(jù)分析顯示均屬于特低孔型儲集層,泥晶白云巖孔隙度較低,滲透性差,基本不具備形成優(yōu)質(zhì)儲集層的物性條件。粉晶、細晶白云巖粒間發(fā)育晶間孔及晶間溶孔,具有較高的孔隙度、滲透率,孔隙度為3.9%~7.2%(平均4.2%~6.6%),是形成儲集層最有利的巖石類型,晶間孔、晶間溶孔主要發(fā)育在泥晶白云巖、粉晶白云巖中,對應井段油氣顯示也較活躍(圖8)。
圖8 不同類型白云巖孔隙度柱狀圖
構(gòu)造應力作用以裂縫發(fā)育的形式展現(xiàn),不同井儲集層構(gòu)造作用發(fā)育程度差異較大。前人研究表明,冀中坳陷北部中生代至少發(fā)育兩期規(guī)模較大的逆沖構(gòu)造,即印支期受到揚子板塊向北俯沖作用影響而形成的近EW向逆沖構(gòu)造,燕山早期受到中國東部古太平洋板塊NW向俯沖作用的影響而形成的NE向逆沖構(gòu)造。這兩次構(gòu)造活動發(fā)育了多條近EW向和NE向的逆沖斷層,而在逆沖斷層上盤極易發(fā)生擴張裂縫和剪切裂縫,這些裂縫促進了區(qū)內(nèi)碳酸鹽巖裂縫儲集層的發(fā)育。這兩次構(gòu)造運動造成大規(guī)模逆沖褶皺現(xiàn)象,使?jié)撋郊皟?nèi)幕逆沖構(gòu)造更為發(fā)育,本來平坦的地層發(fā)生褶皺傾斜,地層產(chǎn)狀開始形成一定角度,潛山內(nèi)幕地層在逆沖斷裂處直接暴露于地表,不僅有利于發(fā)生表生巖溶作用,還有利于發(fā)生順層巖溶作用以及受斷裂控制的巖溶作用,從而更有利于多種巖溶作用的形成,使楊稅務潛山內(nèi)幕溶蝕孔、洞、縫均較為發(fā)育(圖9)。整體上看,峰峰組-上馬家溝組上段、上馬家溝組下段
圖9 儲集層影響因素鏡下特征
至下馬家溝組上段的云巖發(fā)育段皆有發(fā)育,在大套灰?guī)r發(fā)育的上馬家溝組下段則欠發(fā)育,斷裂、裂縫、節(jié)理等的發(fā)育程度是巖溶發(fā)育的先決條件之一,為大規(guī)模流體滲入、溶蝕、泄出提供了有利條件[1]。
(1)通過XRD分析可以看出亮甲山組白云石含量最高,上馬家溝組、下馬家溝組以及冶里組方解石含量較高,同時冶里組地層泥質(zhì)含量最低。
(2)奧陶系發(fā)育大套碳酸鹽巖,儲集層段集中在峰峰組下部-上馬家溝組上部、上馬家溝組下部和下馬家溝組上部,奧陶系地層云斑發(fā)育,白云化成連片狀,白云巖富集層段,儲集性能較好。
(3)楊稅務潛山儲集層主要發(fā)育晶間(溶)孔、構(gòu)造溶蝕縫和構(gòu)造縫三種儲集空間類型。白云巖發(fā)育段以晶間(溶)孔為主,其次為溶蝕縫;灰?guī)r發(fā)育段以構(gòu)造縫、溶蝕微裂縫為主;云巖與灰?guī)r間互段以微裂縫-晶間(溶)孔為主。
(4)峰峰組上部發(fā)育一套受巖溶作用控制的儲集層,有一定的儲集性能;上馬家溝組中下部灰?guī)r中發(fā)育一套云巖富集段,儲集性能較好;亮甲山組發(fā)育厚層的白云巖,發(fā)育有晶間(溶)孔等,儲集性能較好。
(5)楊稅務潛山儲集層分布變化較大,集中分布在奧陶系,電性分析均屬于低孔型-特低孔型儲集層,裂縫發(fā)育不均;上馬家溝組下段、亮甲山組為本區(qū)相對最好碳酸鹽巖儲集層;峰峰組下段、上馬家溝組上段、下馬家溝下段為本區(qū)較好的碳酸鹽巖儲集層;峰峰組上段為本區(qū)相對較差的碳酸鹽巖儲集層。
(6)區(qū)內(nèi)儲集層受成巖作用、巖石類型、裂縫發(fā)育程度共同控制,云巖類是有利儲集巖,儲集類型主要為裂縫-孔隙型。