曹 錚,林承焰,2,董春梅,2,任麗華,2,宋 雷,邢新亞,馬曉蘭

[1. 中國石油大學(華東) 地球科學與技術學院，山東 青島 266580； 2.山東省油藏重點實驗室，山東 青島 266580；3.中國石油 吉林油田分公司 勘探開發(fā)研究院，吉林 松原 138000； 4.中國石化 勝利油田分公司 井下作業(yè)公司，山東 東營 257000]

評價和預測低滲透、致密砂巖儲層質量變化是油田勘探開發(fā)所面臨的一個關鍵挑戰(zhàn)，并引起了國內(nèi)外眾多學者的關注。以往研究主要考慮沉積作用、成巖作用和構造作用的單一因素對儲層質量變化的影響[1-3]，如沉積相主要控制顆粒粒徑、分選、砂體幾何形態(tài)以及砂巖原始孔隙特征，并對早期成巖作用具有重要影響[4-7]；成巖作用主要通過壓實、膠結和溶蝕作用影響儲層質量[8-11]；構造活動引起盆地內(nèi)流體的大規(guī)模流動和運移，對流經(jīng)的砂巖儲層有明顯的影響，如常見的有機酸溶蝕[12-14]。隨著層序地層學理論的提出和發(fā)展，逐漸認識到層序對各級基準面旋回下的沉積、成巖以及顆粒組分等具有重要控制作用，具體表現(xiàn)在層序格架通過控制沉積相的空間展布及近地表的成巖環(huán)境(如孔隙水化學性質、沉積速率及生物擾動等)，進而影響儲層質量的變化[4]。

大情字井地區(qū)是松遼盆地南部重要的油氣勘探開發(fā)區(qū)塊，葡萄花油層為該區(qū)中淺層三大含油層系之一。大情字井地區(qū)葡萄花油層發(fā)育典型的低滲透薄窄砂體，儲層質量非均質性較強，導致平面有利相帶展布和油氣富集規(guī)律認識不清，特別是對引起儲層質量差異的成因及控制因素認識模糊。文章以松遼盆地南部大情字井地區(qū)葡萄花油層為例，綜合運用巖心描述、薄片分析、電鏡掃描和XRD等技術手段，首先建立多級次的高精度層序地層格架，對各級層序控制下的儲層特征和沉積相類型進行分析，進而開展層序格架、沉積作用、成巖作用和構造活動共同約束下的儲層質量變化和優(yōu)質儲層分析預測，為研究區(qū)及類似區(qū)塊低滲透、致密油藏的勘探與開發(fā)提供指導。

1 地質概況

大情字井地區(qū)位于松遼盆地南部中央坳陷區(qū)長嶺凹陷的腹部，北鄰乾安次凹，南接黑帝廟次凹，整體為一向斜構造[15]，構造兩翼不對稱，東緩西陡，面積約1 200 km2(圖1)。葡萄花油層自沉積至今經(jīng)歷了三次大的構造反轉運動，分別發(fā)生于嫩江組沉積末期、明水組沉積末期及古近系沉積末期，其中嫩江組沉積末期和明水組沉積末期松遼盆地南部發(fā)生強烈的水平擠壓構造反轉抬升運動，導致研究區(qū)沿向斜軸部形成了中央斷裂帶[15]，斷裂帶內(nèi)斷層多為北西和北北西走向，呈平行或左行雁列式展布[16]，斷層密度平均為1.8條/km2，平面延伸長度1～10 km，斷距10～60 m不等，將研究區(qū)切割成一系列壘塹相間、斷階連接的小斷塊(圖1)。前人研究表明，研究區(qū)葡萄花油層具有雙源供烴的特征，即研究區(qū)黑157井以南至黑帝廟次凹為上覆嫩江組一段烴源巖供烴[16-17]，黑157井以北至乾安次凹為下伏青一段烴源巖供烴[18]，主要成藏期為明水組沉積末期[15]。

2 層序格架和沉積相類型

圖2 松遼盆地南部大情字井地區(qū)葡萄花油層層序地層格架剖面Fig.2 Profile of the sequence stratigraphic framework of Putaohua oil layer in Daqingzijing area,southern Songliao Basin

以巖心觀察描述和測井資料分析為基礎，通過開展大情字井地區(qū)葡萄花油層的沉積背景、沉積特征和沉積構造研究，明確研究區(qū)葡萄花油層主要發(fā)育淺水網(wǎng)狀河三角洲沉積。葡萄花油層低位體系域由一個退積型準層序組(Ⅰ號)和一個進積型準層序組(Ⅱ號)組成，Ⅰ號準層序組主要由兩個退積型準層序構成(1和2號)，Ⅱ號準層序組可進一步劃分為一個退積型準層序(3號)和一個完整的準層序(4號)。湖侵體系域主要由兩個退積型準層序組構成(Ⅲ,Ⅳ號)，Ⅲ號準層序組由兩個退積型準層序(5和6號)組成，Ⅳ號準層序組可劃分為3個退積型準層序(7,8,9號)。

利用1 282口井進行砂體解剖，結合現(xiàn)代沉積調研，于三角洲平原網(wǎng)狀河道分叉、匯聚的結點處發(fā)現(xiàn)一種新型砂體類型：即岔道口砂巖，為受單向環(huán)流和洄流作用共同控制而形成的平面呈近“人”字形的沉積體[20-21]。根據(jù)其發(fā)育位置及成因可進一步可分為3種亞類：分流砂型、匯流砂和復合型岔道口砂巖(圖3)。分流砂形成于河道分叉處，水流在此處受頂托而變緩，導致沉積。分流砂頭部指向上游，并不斷向上游加積生長，受沉積時水流沖擊強度的影響，砂體頭部粒度相對較粗[22]；匯流砂形成于河道匯聚處，頭部指向下游，并不斷向下游方向加積生長，研究區(qū)該類型砂體發(fā)育較少，多被改造為復合型岔道口砂巖；復合型岔道口砂巖發(fā)育在河道分叉交匯的X型路口處，為分流砂和匯流砂相向生長組合形成的“條帶狀”或“X型”砂體。

9個準層序沉積相解剖表明葡萄花油層低位體系域是由三角洲平原主干分流河道(含岔道口砂巖)、小型分支河道(含岔道口砂巖)和決口扇組成，巖性主要為粉砂巖和泥質粉砂巖(圖3)。主干分流河道單砂體厚度為2～5 m，復合河道砂體厚為3～10 m(圖2)，沉積構造以塊狀層理和小型交錯層理為主，可見底部沖刷構造(圖4a—c)。岔道口單砂體厚度為2～4 m，復合砂體厚為3～8 m(圖2)，沉積構造主要以小型交錯層理為主(圖4d)，正粒序。小型分支河道主要以泥質粉砂巖為主，砂體厚度為2 m左右。決口扇和天然堤砂體以泥質粉砂巖為主，砂體厚度在2 m以內(nèi)，常見小型波狀層理及生物潛穴(圖4e)。湖侵體系域砂巖主要由三角洲前緣水下分流河道砂巖和席狀砂組成。水下分流河道砂巖以粉砂巖為主，少量細砂巖，可見小型交錯層理(圖4f)，單河道砂體厚度為2～4 m不等，復合河道砂體厚度為3～5 m。席狀砂主要以粉砂巖和泥質粉砂巖為主，單砂體厚度為2 m左右。

3 儲層基本特征

3.1 巖石學特征

研究區(qū)葡萄花油層儲層巖石類型為巖屑長石砂巖和長石巖屑砂巖(圖5)，碎屑顆粒組分以長石(平均為37.7%)和巖屑(平均為34.5%)為主，石英(平均為28.6%)含量相對較低。長石類型以鉀長石(平均為25.1%)為主，斜長石(平均為12.7%)次之，巖屑類型以中酸性火山巖巖屑為主。雜基含量平均為5.4%；膠結物總量平均為8.3%。碳酸鹽膠結物含量平均為3.8%，主要為鐵方解石(平均為1.7%；圖6a)和鐵白云石(平均為1.8%；圖6b)。硅質膠結物主要以次生加大邊或粒間孔隙充填的微晶石英形式存在(圖6b，c)，含量較低(平均為1.4%)；粘土礦物含量平均為3.9%，其主要類型為伊利石(平均為2.3%)和綠泥石(平均為1.3%)，其中伊利石主要呈絲狀或片狀包裹顆粒邊緣或充填粒間孔隙(圖6d)，高嶺石(平均為0.3%)和伊蒙混層(平均為0.2%)含量較少；黃鐵礦含量為平均為0.4%(圖6e)。研究區(qū)葡萄花油層砂巖顆粒粒度以粉砂-細粒為主，分選中等到好，磨圓以次棱角為主，成分成熟度低，結構成熟度中等。

圖4 松遼盆地南部大情字井地區(qū)葡萄花油層典型沉積構造現(xiàn)象Fig.4 Typical sedimentary structures in Putaohua oil layer in Daqingzijing area, southern Songliao Basina.黑157井，埋深1 909.7 m，主干分流河道，小型交錯層理；b.乾157井,埋深1 841.8 m，主干分流河道，塊狀層理；c.黑158井，埋深1 951.1 m，主干分流河道，底部沖刷面；d.黑152井，埋深1 934.2 m，主干分流河道岔道口，小型交錯層理；e.黑45井，埋深1 876.2 m，決口扇，小型波狀層理， 生物潛穴；f.乾160井，1 867.5 m，水下分流河道，小型沖刷面

圖5 松遼盆地南部大情字井地區(qū)葡萄花油層砂巖成分三角圖Fig. 5 Ternary diagram showing sandstone minerology in Putaohua oil layer in Daqingzijing area, southern Songliao Basin

3.2 儲集空間類型及物性特征

研究區(qū)葡萄花油層的儲集空間類型主要為殘余原生粒間孔隙(平均為0.3%；圖6f)和次生溶蝕孔隙(平均為2.3%；圖6g)，個別樣品點發(fā)育微裂縫(圖6h)。次生溶蝕孔隙主要類型為粒間溶孔(多為長石及巖屑顆粒的邊緣溶孔和原生粒間孔隙組成的復合孔，少量碳酸鹽膠結物溶孔)，其次為長石和巖屑的粒內(nèi)溶孔。

體系域沉積微相平均孔隙度/%平均滲透率/(10-3μm2)粒度中值/mm平均碳酸鹽膠結物含量/%平均粘土礦物含量/%平均硅質膠結物含量/%平均次生溶蝕面孔率/%湖侵體系域水下分流河道13．88．580．034．64．01．41．8席狀砂6．73．26低位體系域主干分流河道14．711．120．063．63．91．32．4小型分支河道5．70．98岔道口砂巖15．018．310．073．33．71．42．6

研究區(qū)葡萄花油層孔隙度為2.8%～20.1%，平均為12.8%；滲透率為0.03×10-3～103×10-3μm2，平均為7.65×10-3μm2，為中低孔、低滲-致密儲層。低位體系域砂巖孔隙度平均為13.7%，滲透率平均為10.07×10-3μm2；湖侵體系域砂巖的孔隙度平均為10.62%，滲透率平均為6.32×10-3μm2。結合鏡下薄片觀察分析可知，低位體系域砂巖的原生孔隙度與湖侵體系域砂巖一樣(表1)，平均為0.3%，次生溶蝕孔隙度(平均為2.5%)比湖侵體系域砂巖高(平均為1.8%)。

4 低滲透儲層質量控制因素

4.1 沉積作用對儲層質量的控制

研究區(qū)葡萄花油層的儲層質量差異與層序格架約束下的沉積作用密切相關。對比可知，低位體系域三角洲平原主干分流河道砂巖和岔道口砂巖的平均孔隙度和平均滲透率最高，其次為湖侵體系域水下分流河道砂巖和席狀砂，低位體系域小型分支河道的儲集物性最差(表1)。試油結果顯示，低位體系域主干分流河道砂巖和岔道口砂巖的試油平均產(chǎn)能強度分別為7.1 t/d和16.3 t/d，而湖侵體系域水下分流河道砂巖的試油平均產(chǎn)強度能僅為3.7 t/d。

分析其差異原因，一方面，受可容空間增長速率和沉積速率變化的影響，葡萄花油層砂巖主要集中發(fā)育于初始湖泛面上下(準層序3—6，圖2)。低位體系域發(fā)育早期(準層序1，2)，湖盆整體抬升，物源供應不足，沉積速率低，非補償性的沉積特征突出[19]，該時期研究區(qū)主要發(fā)育三角洲前緣亞相沉積，砂體發(fā)育規(guī)模和分布范圍均較小，整體呈“泥包砂”特征。低位體系域發(fā)育晚期(準層序3，4)，可容空間最小，物源供應充足，沉積相帶整體向湖推進。該時期研究區(qū)主要發(fā)育三角洲平原亞相沉積，垂向多為兩期河道相互切疊，分流河道平面呈“結網(wǎng)狀”展布(圖2)。湖侵體系域發(fā)育時期，湖平面快速上升，向上可容空間增大，沉積相帶整體向陸后退，研究區(qū)以三角洲前緣亞相沉積為主，水下分流河道垂向孤立發(fā)育，平面呈“枝狀”向湖盆中心推進，河道末端經(jīng)湖水改造，遭受不同程度的席狀砂化(圖3)。受相帶遷移影響，湖侵體系域分流河道水動力較低位體系域弱，故湖侵體系域砂巖粒度相對低位體系域砂巖更細，導致低位體系域砂巖在壓實過程中能夠保存更多的原生孔隙，從而具有更高的儲層質量(表1)。根據(jù)Scherer[23]建立的原生孔隙度計算公式，恢復葡萄花油層沉積的原生孔隙度，平均為29.8%，由壓實作用造成的葡萄花油層的原生孔隙度損失率為40%～80%(圖7)，其中低位體系域砂巖的壓實減孔量平均為11.36%，湖侵體系域砂巖的壓實減孔量平均為12.4%(圖8)。

圖7 松遼盆地南部大情字井地區(qū)葡萄花油層壓實作用和膠結作用在孔隙度損失中的相對重要性評價Fig.7 Diagram showing the roles of compaction and cementation played in porosity reduction, Putaohua oil layer,Daqingzijing area,southern Songliao Basin

圖8 松遼盆地南部大情字井地區(qū)葡萄花油層埋藏史-成巖作用序列-孔隙度演化史綜合圖Fig. 8 Relationship between burial history,diagensis sequence and evolution of porosity for Putaohua oil layer in Daqingzijing areaK.白堊系；E.古近系；N.新近系；Q.第四系；K2qn.青山口組；K2y.姚家組；K2n.嫩江組；K2s.四方臺組；K2m.明水組

圖9 松遼盆地南部大情字井地區(qū)葡萄花油層孔隙度、滲透率和膠結物含量關系Fig. 9 Relationship among porosity,permeability and cement contents in Putaohua oil layer in Daqingzijing area,southern Songliao Basin

4.2 成巖作用對儲層質量的控制

層序格架約束下的成巖作用是導致研究區(qū)葡萄花油層儲層質量差異演化的重要影響因素，筆者通過薄片觀察分析，結合埋藏演化史及有機質熱演化史分析，建立了大情字井地區(qū)葡萄花油層的儲層成巖序列。通過分析自生礦物的發(fā)育、交代及溶蝕充填關系，明確了葡萄花油層經(jīng)歷了堿性-酸性-堿性的成巖流體環(huán)境演化。在此基礎上，定量恢復了低位體系域砂巖和湖侵體系域砂巖不同地質歷史時期關鍵成巖作用對儲層孔隙度的貢獻量演化史[24-25](圖9)。

4.2.1 膠結作用

研究區(qū)葡萄花油層膠結物類型以碳酸鹽膠結物、粘土礦物和硅質膠結物為主，膠結物含量與儲層物性呈反比(圖9)，由膠結作用導致的葡萄花油層原生孔隙度損失率約為7%～40%(圖7)，其中低位體系域砂巖的膠結減孔量平均為8.51%，湖侵體系域砂巖的膠結減孔量平均為10.17%(圖8)。對比不同體系域砂巖的膠結物含量可知，低位體系域砂巖和湖侵體系域砂巖的粘土礦物和硅質膠結物含量相近，而碳酸鹽膠結物含量差異較大(表1)。由此可知，碳酸鹽膠結物含量差異對儲層質量差異的貢獻較大。

4.2.2 溶蝕作用

大情字井地區(qū)葡萄花油層具有雙源供烴的特征，烴源巖熱演化早期釋放大量短鏈有機酸[26-27]沿斷層運移至葡萄花油層，導致儲層砂巖中長石、巖屑顆粒遭受溶蝕，從而形成大量次生溶蝕孔隙。結合鏡下薄片觀察分析及孔隙度演化表明，研究區(qū)葡萄花油層的平均次生溶蝕面孔率為2.3%，對應增加的孔隙度約4.2%，占現(xiàn)今總孔隙度的29%左右。由此可知，溶蝕作用能在很大程度上改善葡萄花油層的儲層質量。其中低位體系域砂巖的溶蝕增孔量平均為4.57%，占現(xiàn)今總孔隙度的33.3%左右，湖侵體系域砂巖的平均增孔量為3.29%，占現(xiàn)今總孔隙度的30.9%左右(圖8)。受層序格架約束下的沉積作用的影響，垂向上，葡萄花油層砂巖主要集中發(fā)育于初始湖泛面上下(圖2)，界面上下的河道砂巖均可作為有機酸流體流動的通道。與湖侵體系域砂巖相比，低位體系域砂巖垂向疊置性好，平面展布范圍廣(圖2，圖3)，導致酸性流體在低位體系域砂巖中的流動性更好，與砂巖中的不穩(wěn)定硅酸鹽礦物(如長石、巖屑)的接觸范圍更廣，反應更徹底，從而導致低位體系域砂巖中的次生溶蝕孔隙的發(fā)育程度更高(表1)。平面上，主干分流河道、分流河道岔道口和水下分流河道部位的溶蝕作用相對決口扇和席狀砂部位較強。

圖10 松遼盆地南部大情字井地區(qū)葡萄花油層斷層類型[21]Fig.10 Fault types in Putaohua oil layer in Daqingzijing area,southern Songliao Basin[21]

4.3 構造活動對儲層質量的控制

筆者統(tǒng)計了低位體系域砂巖和湖侵體系域砂巖中同屬(水下)分流河道微相的6個薄片數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)采樣點次生溶蝕面孔率與其至油源斷層距離及采樣點的砂巖的平均粒徑有一定相關性，即臨近油源斷裂的相對粗粒砂巖的次生溶蝕面孔率大。此外，與單一油源斷層溝通的砂巖相比，多條油源斷層夾持的斷階或斷塊內(nèi)的砂巖的次生溶蝕孔隙度更高，儲層質量相對更好。如嫩一段烴源巖控制范圍內(nèi)，對比黑152井(單一油源斷層溝通)和黑157井(雙油源斷層夾持)，儲層均為低位體系域三角洲平原分流河道岔道口細砂巖沉積，兩者的平均原生粒間孔隙度均為0.5%，平均次生溶蝕孔隙度分別為1.2%和2.6%。

5 結論

1) 大情字井地區(qū)葡萄花油層砂巖主要沉積于低位體系域三角洲平原環(huán)境和湖侵體系域三角洲前緣環(huán)境，砂體成因類型為主干分流河道砂巖、岔道口砂巖、小型分支河道砂巖、水下分流河道砂巖和席狀砂。儲層巖石類型主要為巖屑長石砂巖和長石巖屑砂巖，屬于中-低孔、低滲-致密砂巖儲層，孔隙類型以次生溶蝕孔隙和殘余原生粒間孔為主，局部地區(qū)發(fā)育微裂縫。

2) 大情字井地區(qū)葡萄花油層低位體系域砂巖的平均孔隙度和平均滲透率比湖侵體系域砂巖的高，其中低位體系域主干分流河道砂巖和岔道口砂巖的儲層質量最好，湖侵體系域水下分流河道砂巖次之，低位體系域小型分支河道和湖侵體系域席狀砂的儲層質量相對最差。

3) 大情字井地區(qū)葡萄花油層儲層質量主要受層序格架、沉積作用、成巖作用及構造活動等因素共同控制。層序格架約束下的沉積作用控制葡萄花油層不同體系域沉積微相的縱橫向展布及砂體發(fā)育規(guī)模差異，垂向上，低位體系域砂巖的發(fā)育規(guī)模大、連通性好，為相對優(yōu)質儲層的發(fā)育層段，平面上主干分流河道砂巖和岔道口砂巖的儲層物性相對較好；成巖壓實作用是導致研究區(qū)葡萄花油層砂巖低滲透化的直接因素，層序格架控制了低位體系域和湖侵體系域的早期成巖環(huán)境的差異，進而影響了后期碳酸鹽膠結作用的強度，導致湖侵體系域砂巖的碳酸鹽膠結相對更強。溶蝕作用的強度主要受控于儲層物性好壞、油源斷裂展布、及距油源斷裂距離。即臨近油源斷裂或被多條油源斷裂夾持的低位體系域中上部主干分流河道是相對優(yōu)質儲層發(fā)育的主要部位。

參 考 文 獻

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