南堡凹陷碳酸盐岩潜山储层特征及岩溶模式

张 汶 杜春晓 周连德 张国坤 吕世聪

中海石油(中国)有限公司天津分公司, 天津 300459

0 前言

近年渤海油田在碳酸盐岩古潜山油藏的勘探取得了较大突破,但古潜山受风化剥蚀作用及成岩作用的影响,常表现出储层类型复杂、非均质性强、油藏发育模式多样等特征[1-3]。1994年,李定龙、王兴志等人将岩溶分为沉积型、暴露型和埋藏型三大类[4-5]。2001年,金振奎、侯方浩等人对大港奥陶系碳酸盐岩储层与岩性、沉积环境、水动力条件、古地形、断裂和风化淋滤时间进行了结合分析[6-7]。2012年,王起琮等人将岩溶储层分为8类,储集空间分为4类,并按储层优劣划分为5类7亚类[8]。

岩溶储层的研究取得了一定成果,但在不同区域受不同地质影响因素的岩溶储层特征具有较大差异,各区块间岩溶储层模式可类比性较差,同时,对岩溶与构造运动、成岩作用等因素之间的相互关系还无统一认识,因此,需对岩溶储层特征、影响因素及发育模式进行研究[9-14]。本文以南堡凹陷曹妃甸A油田奥陶系碳酸盐岩潜山为例,通过钻井、取心、测井、测试等对古岩溶储层特征及发育模式重新认识,丰富了南堡凹陷潜山的油藏模式,对油田勘探开发具有一定的指导意义[15-20]。

1 区域地质概况

曹妃甸A油田位于南堡凹陷南端,处于往南向沙垒田凸起过渡的断阶带上,构造及成藏条件优越。据油田6口探井示,古潜山自上而下钻遇奥陶系亮甲山组和冶里组;寒武系主要钻遇凤山组、长山组、崮山组、张夏组和徐庄组,其中奥陶系亮甲山组和冶里组是主要含油层段,曹妃甸A油田区域位置见图1。

图1 曹妃甸A油田区域位置图

2 古岩溶储层特征

2.1 储层岩石学特征

2.1.1 云质角砾岩

云质角砾岩颜色为灰色,砾石为白云岩和灰岩,角砾支撑结构,主要发育在潜山顶部。岩心和薄片见白云石呈菱形不均匀分布,白云岩受应力作用发生破碎呈角砾状。同时可见岩石发育高、低角度缝和网状缝,多被方解石充填;并发育少量溶蚀孔,分布不均匀,形态不规则,整体连通性差，见图2-a)～b)。

2.1.2 泥晶白云岩

泥晶白云岩为潜山的主要岩性,颜色为灰色～深灰色,通过岩心观察为块状构造,呈泥晶结构,岩性致密,受断层及岩溶作用影响,部分深度薄片可见少量高角度缝及溶蚀孔,且多被方解石充填,未见孔隙发育，见图2-c)～d)。

2.1.3 粉-细晶白云岩

粉-细晶白云岩为含油层段,从岩心观察到该段的裂缝比上下层段泥晶云岩的裂缝更为发育,且多为高角度裂缝,岩心多破碎,含油饱满、原油味浓、油脂感强,且不见岩石本色。从薄片可见,粉-细晶为泥晶不均匀重结晶形成,结晶粒度大小不均匀,裂缝较为发育,大部分纵横交错,互相连通,同时可见次生溶孔，见图2-e)～f)。

2.1.4 安山岩

潜山下部还有火山岩发育。据岩心和薄片观察,其岩性为安山岩,为灰色,岩性致密,斑晶主要为长石,黏土化严重,基质中可见交织结构。并见少量溶孔被高岭石充填,仅见1条未充填裂缝见图2-g)～h)。

图2 研究区潜山各类储层岩石学特征照片

2.2 储集空间特征

潜山储层具有以下特征:1)非风化壳型岩溶储层;早先勘探评价阶段一度认为潜山为风化壳型岩溶储层,但通过近期的钻井、取心、测试发现,潜山横向分布局限,纵向岩溶深度各井间差异大,储层非均质性强,同时岩溶储层中岩溶洞穴等储集空间在潜山并不发育,因此储集空间类型有待进一步分析论证。2)储层物性为低孔低渗,基质孔隙差;孔隙度主要分布在2%～5%,平均值4.4%;渗透率分布在0.01×10-3～49.3×10-3μm2,平均值2.4×10-3μm2,反映出基质孔隙对油气储运的贡献十分有限。3)裂缝和小型溶蚀孔洞为主要储渗空间;发育较丰富的高角度缝和溶蚀孔洞,裂缝和孔洞缝的发育程度与构造活动和储层岩性有关。4)储层段电性特征明显易于识别;潜山基质孔隙度低,岩性致密,导致围岩密度和电阻率曲线数值高,而含油层段受孔隙系统及流体影响,密度和电阻率曲线数值相对低,易于识别,研究区潜山各类碳酸盐岩电性特征见表1。

表1 研究区潜山各类碳酸盐岩电性特征表

3 古岩溶发育模式

3.1 储层成因

研究区潜山成像测井及阴极发光资料见图3。潜山裂缝走向以NE方向为主,其次是NW方向,两组裂缝的分布与潜山顶面构造图中的断裂系统基本吻合,说明裂缝受构造作用控制明显,见图3-a)～b);因此,潜山物性虽整体较差,但靠近断层地带裂缝可能较为发育。

裂缝发育程度与岩性密切相关,各类岩石裂缝减少的顺序依次为:云质角砾岩>粉-细晶白云岩>泥晶白云岩>白云质灰岩>灰岩。可以看出裂缝主要发育在脆性的白云岩中,潜山岩性虽然主要为泥晶云岩,但其结晶程度有差异,结晶程度越粗裂缝越发育,曹妃甸A油田潜山各类岩石裂缝统计情况见表2。

地层水和有机酸对储层有一定改善作用,沿裂缝形成了一定的溶蚀孔洞,但充填作用对储层的影响更为严重,总体是对储集空间的破坏。从阴极发光资料看出,储层裂缝中方解脉发橘黄和亮黄色光,反映了储集层遭受了两期充填,见图3-c)～d)。由区域构造演化剖面可见,古近系沙河街组和东营组时期断层活动强烈,而进入新近系馆陶组以后,整个断层活动速率突然降低,基本不活动,但进入明化镇组沉积时期,其断层又开始活动,速率开始增加,见图4。可以推测两次充填很可能和区域上两次大构造活动有关。

a)CFD 1井成像测井资料

b)CFD 2井成像测井资料

c)CFD 1井阴极发光资料

d)CFD 2井阴极发光资料图3 研究区潜山成像测井及阴极发光资料图

表2 曹妃甸A油田潜山各类岩石裂缝统计情况表

3.2 受断裂和岩性控制的岩溶储层模式

结合各种地质作用,建立了研究区受断裂和岩性控制的岩溶模式，见图5。

古近系沙河街组和东营组时期构造活动强烈,断层在潜山奥陶系亮甲山组和冶里组形成了大量的裂缝,其中细晶白云岩层段裂缝系统更为发育,但同时断裂沟通地表水,大气降水沿着断裂下渗至目的层段对其断裂及断裂形成的储集空间进行充填。

新近系明化镇组以来构造活动再次加强,断层在形成断裂的同时沟通地表水对储集空间再次充填。通过两次地质运动,泥晶白云岩段裂缝基本被充填,但细晶白云岩段裂缝相对更为发育,仍有部分裂缝未被充填,为主要含油层段。

a)研究区主要构造带演化剖面图

b)研究区主要断裂伸展速率图图4 研究区主要构造带演化剖面及主要断裂伸展速率图

结合钻井情况,油层纵向主要分布在亮甲山组两段以细晶云岩为主的层段内,而平面上CFD 5井位于构造低部位,岩性以泥晶云(灰)岩为主,不发育储层,反应出CFD 5井海拔深度-3 570 m已经低于潜水面深度,由此可以推断出研究区细晶云岩纵向上主要发育在亮甲山组两个层段内,平面上发育在海拔深度-3 570 m以上的范围。

a)新近系明化镇组和第四系时期岩溶模式示意图

b)古近系沙河街组和东营组时期岩溶模式示意图图5 研究区1、2井区岩溶模式示意图

4 结论

1)曹妃甸A油田奥陶系潜山储层受结晶程度的影响,岩性主要为泥-细晶白云岩,储集空间主要由未充填或半充填裂缝,以及沿裂缝溶蚀扩大的孔洞构成,垂向及横向分布受断裂系统和储层岩性控制。

2)潜山为受断裂和岩性控制的岩溶模式,储集空间的形成主要受古近系沙河街组、东营组时期和新近系明化镇组两次构造运动影响,一方面形成了大量的断裂系统,其中细晶云岩段由于岩性脆,储集空间尤为发育;另一方面断裂沟通地表水对储集空间进行充填,同时造成了破坏。受充填作用影响,除细晶云岩层段,其他岩性孔隙基本被完全充填,同时结合钻井资料,确定细晶云岩层段纵向上发育在亮甲山组的两个层段中,横向上主要发育在潜水面海拔深度-3 570 m以上的区域。说明储层发育在仍有未充填或半充填缝的粉-细晶白云岩层段中,否定了原先风化壳型岩溶储层的认识,该认识对勘探目标具有指导意义。