林國松，康 凱，郭富欣，劉彥成，王永慧

(1.中海石油(中國)有限公司天津分公司,天津 300452；2.中海油研究總院,北京 100028)

0 引 言

近年來，隨著石油勘探開發(fā)技術(shù)的不斷進步，低阻油層在新區(qū)勘探以及老區(qū)復(fù)查增儲中有了越來越多的新發(fā)現(xiàn)。作為一種非常規(guī)資源，因其潛力巨大，已引起了廣泛關(guān)注。低阻油層微觀成因機理多樣，每一種類型的低阻油層都有其獨特的地質(zhì)成因模式[1-2]。目前，國內(nèi)外對低阻油層的相關(guān)研究更偏重于微觀成因機理以及測井識別方面[3-14]，對控制低阻油層形成的宏觀地質(zhì)成因模式研究相對較少。而宏觀地質(zhì)成因模式對指導(dǎo)尋找低阻油層有利區(qū)帶具有非常重要的意義。因此，以渤海地區(qū)蓬萊油田l62低阻油層為例，以微觀成因機理研究為基礎(chǔ)，宏觀地質(zhì)控制因素耦合，總結(jié)了宏觀成因模式，該模式在蓬萊油田新區(qū)塊低阻油層的發(fā)現(xiàn)以及老區(qū)低阻油層摸排中均發(fā)揮了重要的作用。

1 研究區(qū)概況

蓬萊油田位于渤南地區(qū)低凸起東部，是新近系陸相多套河流相砂巖油藏，主要含油層段為館陶組與明下段，自下而上共分為12個油層組。其中，館陶組早中期(l12—l6油層組)主控物源為膠遼隆起，沉積體系為近源辮狀河沉積；館陶組中晚期(l6—l5油層組)至明下段時期(l4—l1油層組)主控物源轉(zhuǎn)變?yōu)檫|東隆起，沉積體系為遠源曲流河沉積。物源轉(zhuǎn)換時期為l6油層組早期[15]。l6油層組內(nèi)發(fā)育3個小層，其中l(wèi)62小層厚度大、儲量規(guī)模大，為主力小層。l62平均電阻率約為6 Ω·m，電阻率指數(shù)為1.7，為低阻油層。

2 l62低阻油層微觀成因機理分析

形成低阻油層的控制因素有很多，如儲層粒度、構(gòu)造幅度、成巖作用、黏土礦物等。單一因素或多因素復(fù)合影響可形成不同類型的低阻油層。

2.1 儲層特征對低阻油層的影響

蓬萊油田為河流相沉積，砂體的粒度受沉積微相的影響較大?？傮w上，薄層砂體指示泛濫平原、溢岸沉積或河道邊緣沉積等微相，粒度較細；厚層砂體指示心灘、邊灘、河道滯留沉積等微相，粒度較粗。因此，為了增強可對比性，選取砂體厚度較大的主力小層的粒度進行對比。統(tǒng)計激光粒度實驗數(shù)據(jù)，對比各主力小層的粒度，平均粒度為0.26 mm，最大值為0.43 mm，l62小層粒度較細，僅為0.14 mm，低于平均值。統(tǒng)計X衍射實驗數(shù)據(jù)，將各油層組儲層的泥質(zhì)含量進行對比。各油層組儲層的泥質(zhì)含量差別較小，平均含量為6.0%，最小值為5.0%，l6油層組泥質(zhì)含量最高，為8.5%。結(jié)果顯示，l6油層組儲層泥質(zhì)含量為8.5%，明顯高于其他油層組(圖1)。

由于儲層粒度細、泥質(zhì)含量較高，導(dǎo)致儲層中束縛水含量升高，進而導(dǎo)致儲層電阻率降低。利用巖心巖電實驗對儲層束縛水飽和度進行了測試。實驗結(jié)果顯示，各主力小層平均束縛水飽和度為16.90%，l30小層束縛水飽和度最低，為9.50%，l62小層束縛水飽和度最高，為30.10%(表1)。因此，由于儲層粒度細、泥質(zhì)含量高，l62小層具有較高的束縛水飽和度，是其形成低阻油層的重要原因之一。

圖1 蓬萊油田新近紀古氣候、古物源、儲層特征演化對比

表1 各小層束縛水飽和度對比

2.2 黏土礦物對低阻油層的影響

黏土礦物對低阻油層的影響主要體現(xiàn)在以下2個方面：①黏土礦物自身具有陽離子交換能力，會增強儲層的導(dǎo)電性，其中，蒙脫石的陽離子交換能力最強；②蒙脫石、伊利石、伊蒙混層等會在礦物顆粒表面形成薄膜狀、絲片狀、搭橋狀結(jié)構(gòu)，增強儲層的導(dǎo)電性(圖2)。

圖2 l62小層黏土礦物特征

通過對X衍射實驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，將各油層組儲層的黏土礦物含量、蒙脫石含量進行對比。對比結(jié)果顯示，各油層組儲層中的蒙脫石含量差別較大，平均含量為1.26%，最低為0.54%。其中，館陶組各油層組蒙脫石平均含量為1.47%，明化鎮(zhèn)組平均含量為0.69%。館陶組各油層組蒙脫石含量有2個峰值，分別為l6、l9油層組，其中l(wèi)6油層組含量最高，為3.32%(圖1)。同時，l6油層組儲層中的黏土礦物含量最高，增強了黏土礦物的附加導(dǎo)電能力。

通過陽離子交換實驗對儲層的陽離子交換能力進行了測試。實驗結(jié)果可知，各主力小層平均陽離子交換量為0.07 mmol/g，l50小層交換量最低，為0.04 mmol/g ，l62小層的陽離子交換量最高，為0.12 mmol/g(表2)。陽離子交換量越高，則代表了陽離子交換能力越強。因此，由于蒙脫石含量高，l62小層的陽離子交換能力最強，是導(dǎo)致其形成低阻油層的另一重要原因。

綜上研究可知，儲層粒度細、泥質(zhì)含量高，導(dǎo)致束縛水形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，增強導(dǎo)電性；黏土礦物含量高、蒙脫石含量高導(dǎo)致儲層具有較強的附加導(dǎo)電能力。因此，l62低阻油層屬于高束縛水-黏土附加導(dǎo)電復(fù)合成因低阻油層。

表2 各小層陽離子交換能力對比

3 古氣候、古物源特征及其耦合對低阻儲層的控制

3.1 古氣候、古物源特征

孢粉及藻類等古生物分析化驗數(shù)據(jù)對古氣候具有重要的指示作用。孢粉中的喜熱分子指示了炎熱氣候，喜熱分子越多，氣候越炎熱；相反，松科孢粉屬于喜涼分子，松科孢粉含量越多，氣候越寒冷。湖相藻類與濱岸沼澤類共同指示了古水體環(huán)境，間接指示了古氣候的濕潤程度：當(dāng)濱岸沼澤類明顯多于湖相藻類，指示了水體較淺，為干旱氣候條件下的濱岸沼澤沉積環(huán)境；當(dāng)湖相藻類大量發(fā)育，則指示了水體相對較深，為潮濕氣候條件下湖相沉積環(huán)境。

通過對P1井的孢粉、藻類等古生物化石資料進行研究，恢復(fù)了館陶組以及明化鎮(zhèn)組時期古氣候。結(jié)果顯示，館陶組早中期氣候整體相對干冷，l6、l9油層組是干冷氣候的2個極點，其中l(wèi)6油層組為最干冷時期，與井壁取心資料認識一致。l5油層組之后，溫度以及濕度迅速提升，至明下段時期，溫濕氣候達到了新近系的極點。明下段晚期，氣候又迅速向干冷氣候轉(zhuǎn)變(圖1)。

該文利用三維地震、巖石薄片、重礦物等資料，綜合運用古地貌分析法、母巖示蹤法、ZTR指數(shù)法對蓬萊油田館陶組的主控物源方向進行分析；運用巖屑類型演化法、巖石結(jié)構(gòu)成熟度演化法、地震屬性分析法對物源的演化規(guī)律進行分析，進而分析了主控物源的演化對沉積體系的影響。館陶組至明化鎮(zhèn)組時期，蓬萊油田的主控物源方向也發(fā)生轉(zhuǎn)變。研究認為，館陶組早期至l7油層組沉積時期，蓬萊油田的主控物源為東部膠遼隆起，其母巖巖性以變質(zhì)石英巖為主，沉積體系為近源辮狀河沉積。l6油層組沉積時期，油田的物源發(fā)生轉(zhuǎn)變，由膠遼隆起演變?yōu)檫|東隆起，母巖巖性變?yōu)橐灾兴嵝試姵鰩r、花崗巖為主，沉積類型由近源的辮狀河演變?yōu)檫h源的曲流河。l5油層組至明化鎮(zhèn)組時期，主控物源均為遼東隆起，沉積類型為遠源的曲流河沉積[15]。

3.2 古氣候、古物源耦合對水動力的影響

古氣候與古物源耦合共同控制了古水動力條件。古氣候的濕度可以反映出降水量以及河流規(guī)模的大小，進一步影響了水動力的強弱。古物源的遠近對水動力也有較大的影響：近源沉積時，地勢較陡，搬運通道坡降較大，搬運距離近，水動力強；遠源沉積時，地勢平緩，搬運通道坡降較小，搬運距離遠，水動力弱。

選取3個典型油層組——l9、l6、l4，分別代表了近物源-干冷氣候、遠物源-干冷氣候、遠物源-濕熱氣候的物源-氣候條件，分析古氣候與古物源耦合對水動力的影響。

l9油層組沉積時期，氣候相對干冷，降水量少，物源為近源。由于受干冷的古氣候的影響，該時期水動力相對較弱，沉積碎屑物卸載速度較快，分選差。因此，l9油層組儲層粒度較細，泥質(zhì)含量高，泥質(zhì)含量僅次于l6油層組(圖1)。l6油層組沉積時期，氣候最為干冷，同時該時期的古物源由近源轉(zhuǎn)變?yōu)檫h源，河流規(guī)模較小，弱水動力條件，導(dǎo)致l62小層粒度細，泥質(zhì)含量最高(圖1)。l4油層組沉積時期，氣候濕熱，雨水充沛，物源為遠物源，河流規(guī)模大，水動力較強。此時，河流曲流化特征增強，搬運距離增大，與l6油層組相比，其儲層粒度較細，泥質(zhì)含量較低(圖1)。

3.3 古氣候、古物源耦合對蒙脫石生成的影響

控制黏土礦物形成的因素有很多，其中最重要的是古氣候，其次是母巖巖性。在干冷的氣候條件下，風(fēng)化作用相對較弱，有利于蒙脫石Na+、Ca2+的保存，進而有利于蒙脫石、伊蒙混層類黏土礦物的形成和保存。另外，大量研究表明，中酸性火山物質(zhì)很容易風(fēng)化成蒙脫石[16-27]。

通過對比古氣候曲線與各油層組儲層蒙脫石含量發(fā)現(xiàn)，二者之間具有較好的相關(guān)性。與其他油層組儲層蒙脫石含量相比，古氣候最干冷的l6、l9油層組，蒙脫石含量達到2個峰值。雖然l6、l9油層組氣候相近，但由于物源區(qū)母巖巖性的轉(zhuǎn)變，l6油層組蒙脫石含量較高。l9油層組沉積時期，物源為膠遼隆起，母巖巖性為變質(zhì)石英巖(圖3a、b)。而l6油層組沉積時期，物源轉(zhuǎn)變?yōu)檫|東隆起，母巖巖性也轉(zhuǎn)變?yōu)橹兴嵝試姵鰩r、花崗巖(圖3c)。就母巖巖性而言，l6油層組比l9油層組更容易形成蒙脫石。因此，在古氣候與古物源的耦合作用下，l6油層組最有利于形成蒙脫石。

圖3 P3井薄片巖屑

3.4 低阻油層成因模式

l62小層是蓬萊油田15個主力小層中唯一的低阻油層，其特殊性以及唯一性是古物源演化與古氣候演化耦合作用的結(jié)果(圖4)。

干冷的古氣候為l62小層提供了較弱的水動力條件，同時，風(fēng)化淋慮作用減弱，為蒙脫石的形成與保存提供了有利的條件；l6油層組時期物源的轉(zhuǎn)化增加了碎屑物質(zhì)的搬運距離，同時發(fā)生改變的還有母巖巖性。干冷氣候的弱水動力與搬運距離的增大耦合，進一步減弱了水動力，致使沉積物粒度細、泥質(zhì)含量高，最終導(dǎo)致儲層中具有較高含量的束縛水；干冷氣候的弱風(fēng)化淋慮作用與中酸性火山巖的母巖巖性耦合，為蒙脫石的形成與保存提供了絕佳的條件，導(dǎo)致l62儲層中具有高含量的蒙脫石，最終導(dǎo)致儲層具有很強的黏土附加導(dǎo)電能力，降低了電阻率。高束縛水、強黏土附加導(dǎo)電耦合，共同控制形成了l62小層的低阻特征。

圖4l62低阻油層地質(zhì)成因模式

縱觀蓬萊油田館陶組至明下段各時期的物源、氣候特征，l62小層的母巖巖性、搬運距離、干冷氣候恰到好處的耦合，成就了這個唯一適合低阻油層形成的特殊環(huán)境，這也是縱向15個主力小層中唯有l(wèi)62小層具有低阻特征的原因。

4 實例應(yīng)用

2017年底，在蓬萊油田某新區(qū)塊新鉆2口開發(fā)井——PF8、PF23井。2口井l62小層儲層底部電阻率均較低。由于沒有中子密度測井?dāng)?shù)據(jù)，僅依靠GR以及電阻率曲線進行測井解釋，最初將l62小層底部砂體解釋為水層。而按照低阻油層地質(zhì)成因模式，認為l62低阻油層的主控因素為古氣候與古物源，二者在全油田是統(tǒng)一的，且這2個儲層的電阻率為6～7 Ω·m，與其他區(qū)塊的低阻油層電阻率基本一致，因此，將這個砂體判斷為低阻油層。為驗證該認識的可靠性，對這2口井進行了C/O測井，測試結(jié)果顯示該砂體C/O較高，為油層,不含水。驗證了該低阻儲層為油層。

在館陶組早期，遼東隆起物源區(qū)已經(jīng)控制了蓬萊油田上游區(qū)域的沉積，因此，該區(qū)域已經(jīng)具備了遠物源以及母巖巖性為中酸性火山巖的條件。參考l62低阻油層的成因模式，在館陶組,2個干冷氣候極值期(l9、l6油層組時期)，在該區(qū)域具有較大的形成低阻油層的潛力。該研究方法，對于指導(dǎo)蓬萊油田東北方向渤東凹陷，尋找館陶組低阻油層具有重要的指導(dǎo)意義。

5 結(jié) 論

(1) 儲層粒度細、泥質(zhì)含量高增大了儲層束縛水飽和度，蒙脫石含量高增強了儲層的陽離子交換能力，二者共同影響形成了l62油層低電阻率特征。因此,蓬萊油田l62低阻油層屬于黏土附加導(dǎo)電-高束縛水高束縛水-黏土附加導(dǎo)電復(fù)合成因低阻油層。

(2)l62低阻油層是古氣候、古物源2個主控因素耦合作用的結(jié)果，其儲層特殊性以及唯一性表明必須在2個主控因素同時有利的情況下才能形成低阻油層，缺一不可。

(3) 影響蒙脫石發(fā)育的主要因素為氣候與母巖巖性。對比l5油層組與l9油層組蒙脫石含量，認為氣候是控制蒙脫石生成的最重要的因素，母巖巖性次之。

(4) 根據(jù)l62低阻油層宏觀地質(zhì)成因模式，認為在館陶組l9、l6油層組時期，渤東地區(qū)具有較大的形成低阻油層的潛力。