張宇焜，楊 爍，郭 曉，王 帥，王 暉，宋來(lái)明

(1.中海油研究總院有限責(zé)任公司，北京 100028；2.中國(guó)海洋石油國(guó)際有限公司，北京 100028)

0 引 言

目前東西伯利亞地臺(tái)已發(fā)現(xiàn)70多個(gè)油氣田，是俄羅斯重要的含油氣遠(yuǎn)景區(qū)[1]。東西伯利亞地臺(tái)受文德紀(jì)初期貝加爾運(yùn)動(dòng)影響發(fā)生廣泛的海侵，文德紀(jì)早期的海陸過(guò)渡相陸源碎屑巖和晚期的碳酸鹽巖在地臺(tái)古隆起超覆沉積，形成主要儲(chǔ)集層。前人對(duì)該區(qū)域的研究多集中在探勘潛力分析，現(xiàn)階段已投入正式開發(fā)的油氣田較少，該類儲(chǔ)層的開發(fā)特征研究更是鮮有涉及[2-4]。但該地區(qū)地質(zhì)特征復(fù)雜，儲(chǔ)層年代久遠(yuǎn)，成巖作用發(fā)育，油氣勘探開發(fā)難度大。為此，以東西伯利亞臺(tái)地東南部涅帕-鮑圖奧巴隆起A油田為例，通過(guò)下文德統(tǒng)涅帕組碎屑巖儲(chǔ)層巖性特征和沉積相類型分析，建立了該套地層的沉積演化模式，構(gòu)建下文德統(tǒng)沉積相平面展布特征。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合油田試采情況和室內(nèi)物理模擬實(shí)驗(yàn)開展開發(fā)潛力分析，明確開發(fā)優(yōu)勢(shì)相和儲(chǔ)層滲透性改善措施，為海陸過(guò)渡相碎屑巖儲(chǔ)層的勘探與開發(fā)提供地質(zhì)資料和理論依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

研究區(qū)位于東西伯利亞地臺(tái)東南部涅帕-鮑圖奧巴隆起(圖1)。東西伯利亞地臺(tái)基底由太古界和下元古界的片麻巖、花崗巖和少量巖漿巖構(gòu)成，構(gòu)造演化主要經(jīng)歷了元古代里菲紀(jì)—文德紀(jì)早期坳拉谷、文德紀(jì)晚期—寒武紀(jì)—奧陶紀(jì)地臺(tái)2個(gè)發(fā)育階段，多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)疊加改造形成了現(xiàn)今的地臺(tái)區(qū)隆坳相間、盆緣發(fā)育前陸坳陷的構(gòu)造格局[5]。

圖1 俄羅斯東西伯利亞地臺(tái)構(gòu)造分區(qū)(據(jù)文獻(xiàn)[5]修改)Fig.1 Tectonic division of east Siberian Platform in Russia (Modified from reference [5])

里菲紀(jì)富含有機(jī)質(zhì)泥巖、泥質(zhì)碳酸鹽巖，為東西伯利亞地臺(tái)的主要烴源巖。早文德紀(jì)海侵逐漸擴(kuò)大，涅帕-鮑圖奧巴隆起被底部砂巖超覆，并逐漸向以碳酸鹽巖為主夾砂泥巖的沉積層序過(guò)渡，底部超覆砂巖成為主要的含油氣地層。文德紀(jì)晚期海侵范圍最大，海水覆蓋涅帕-鮑圖奧巴隆起，但海水不深且分隔明顯，為陸源碎屑陸棚沉積向碳酸鹽巖局限臺(tái)地轉(zhuǎn)換的過(guò)程[5]，該時(shí)期以碳酸鹽巖和鹽巖發(fā)育為主，形成良好的白云巖儲(chǔ)層。寒武紀(jì)初期繼承了晚文德紀(jì)的沉積條件，涅帕-鮑圖奧巴隆起成為較閉塞的蒸發(fā)盆地，沉積厚度近1 500 m的膏鹽巖和白云巖交互地層，是東西伯利亞地臺(tái)的區(qū)域性蓋層，且對(duì)下伏里菲系烴源巖生成的油氣形成逐級(jí)封堵，使油氣得以保存?？傮w來(lái)看，文德紀(jì)—寒武紀(jì)是一個(gè)完整的海進(jìn)海退旋回。

涅帕組自下而上可劃分為B13和B10兩段，均為油氣富集段。下部B13段分布于涅帕-鮑圖奧巴隆起東南翼的大部分地區(qū)，向西北逐漸尖滅。在西北部構(gòu)造位置最高隆起區(qū)，B13段直接覆蓋于結(jié)晶基底或古風(fēng)化殼之上，埋深為1 400～1 700 m，在斜坡區(qū)可達(dá)2 000 m。

2 巖相類型及特征

2.1 巖石學(xué)特征

東西伯利亞地臺(tái)下文德統(tǒng)涅帕組B13段主要發(fā)育長(zhǎng)石砂巖和巖屑長(zhǎng)石砂巖，長(zhǎng)石石英砂巖和長(zhǎng)石巖屑砂巖含量較低。骨架顆粒磨圓呈次棱角狀、次圓狀，分選為中等。長(zhǎng)石主要為酸性斜長(zhǎng)石和鉀長(zhǎng)石，含量較高，巖屑含量低，粒間發(fā)育硬石膏膠結(jié)物(圖2)。

圖2 研究區(qū)涅帕組B13段砂巖鏡下特征Fig.2 Microscopic characteristics of sandstone in B13 member of Nepa Formation in the study area

圖3為研究區(qū)涅帕組B10段砂巖鏡下特征。研究區(qū)下文德統(tǒng)涅帕組B10段主要發(fā)育長(zhǎng)石巖屑砂巖和巖屑石英砂巖，長(zhǎng)石石英砂巖發(fā)育較少。骨架顆粒磨圓呈次棱角狀、次圓狀，分選較差。長(zhǎng)石含量較B13段大幅降低，巖屑含量略有增加，粒間可見碳酸鹽巖膠結(jié)物(圖3)。

圖3 研究區(qū)涅帕組B10段砂巖鏡下特征Fig.3 Microscopic characteristics of sandstone in B10 member of Nepa Formation in the study area

2.2 標(biāo)志性巖石相

結(jié)合巖心資料分析，研究區(qū)下文德統(tǒng)涅帕組儲(chǔ)層可劃分為8類巖石相(圖4)，分別表示不同的沉積特征。

巖相1為灰褐色細(xì)-粗砂巖(圖4a)，基質(zhì)中可見石英礫及棱角狀巖屑，底部發(fā)育少量塊狀粉砂巖，分選較差；沉積構(gòu)造為具有旋回性的砂泥互層，交錯(cuò)層理發(fā)育，呈薄層狀壓實(shí)在紋層中。巖相2為泥質(zhì)細(xì)砂巖夾粗粉砂巖(圖4b)，極少見厚度為2～3 cm的粗砂巖夾層，分選為中等—好，發(fā)育水平層理、低角度波狀層理、透鏡狀層理及波痕構(gòu)造；該巖相與巖相1組合構(gòu)成一個(gè)正粒序沉積旋回，底部發(fā)育粗砂巖，向上粒度逐漸變細(xì)，頂部發(fā)育薄層狀粉砂巖。巖相3為淺灰色粉砂巖(圖4c)，分選較好，無(wú)雜質(zhì)，局部發(fā)育波狀層理和水平層理。巖相4為棕灰色細(xì)砂巖與綠色粉砂巖互層(圖4d)，分選中等，發(fā)育薄水平層理和低角度交錯(cuò)層理，可見水下滑塌成因的微褶皺變形。巖相5為砂質(zhì)粉砂巖過(guò)渡至粉砂質(zhì)泥巖，深灰色或黑色泥巖夾層中可見砂質(zhì)透鏡體(圖4e)，發(fā)育波狀層理、水平層理和包卷層理。巖相6為粉-細(xì)砂巖(圖4f)，發(fā)育有少量厚度為2～3 cm的中-粗砂巖夾層，分選較好，可見炭質(zhì)。其中，厚度小于1 mm的綠色泥巖薄夾層造成沉積構(gòu)造的不連續(xù)。巖相7為細(xì)砂巖和泥巖互層(圖4g)，互層界面較為模糊，砂質(zhì)夾層炭化，底部砂質(zhì)顆粒含量逐漸減少，泥質(zhì)夾層逐漸增多，發(fā)育近水平的波狀層理。巖相8為灰色砂質(zhì)灰?guī)r(圖4 h)，可見粒徑約為1 mm的圓形石英顆粒。地層上部的砂泥巖基質(zhì)中發(fā)育硬石膏和直徑約為2 cm的黃白色碳酸鹽巖斑塊，與下部地層的接觸界面清晰且不平整。

圖4 研究區(qū)涅帕組典型巖石相巖心照片F(xiàn)ig.4 Core photos of typical lithofacies of Nepa Formation in the study area

3 沉積特征

文德紀(jì)早期，西伯利亞大陸受到由東向南的巨大海侵，研究區(qū)所處的涅帕-鮑圖奧巴隆起沿岸平原受到周期性海侵?？v向上，B13、B10段均由3套海侵單元組成，全區(qū)不同位置發(fā)育暫時(shí)性的沖積扇和障壁海岸沉積[6-8]。平面上，研究區(qū)障壁海岸沉積由西向東依次發(fā)育沼澤、潮坪、潟湖、障壁島、臨濱沉積雙相。

3.1 沉積相類型及特征

3.1.1 沖積扇

研究區(qū)下文德統(tǒng)涅帕組沉積時(shí)期，地表環(huán)境簡(jiǎn)單，突發(fā)山洪形成的沉積物由高處向下覆蓋于斜坡之上并延伸至平原地區(qū)，形成范圍廣泛的沖積扇。頂部扇根處沉積物粒度最粗，順斜坡向下沉積物逐漸變細(xì)。

管理風(fēng)險(xiǎn)與海外投資主體的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)有很大相關(guān)性，走出去企業(yè)需在摸索中積累經(jīng)驗(yàn)不斷提高管理方法和意識(shí)，同時(shí)要學(xué)會(huì)在復(fù)盤管理經(jīng)驗(yàn)的同時(shí)不斷吸收其他企業(yè)的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。

研究區(qū)內(nèi)沖積扇整體為中-粗砂巖沉積(圖4a)，由斜坡向下變?yōu)榧?xì)砂巖和發(fā)育泥質(zhì)隔夾層的粗粉砂巖(圖4b)，粒度逐漸變細(xì)，這是由于越來(lái)越多的細(xì)粒物質(zhì)造成水流能量減弱而形成的。由于斜坡角度變緩影響流體的速度和黏度，沉積物分選極差，細(xì)粒砂質(zhì)基質(zhì)中緊密排列棱角狀的碎屑顆粒，沉積物磨圓程度也很低。粗粒砂巖沉積于扇根，發(fā)育巨大的傾斜隔夾層，在水動(dòng)力減弱處沉積懸浮的細(xì)粒碎屑。沖積扇內(nèi)部發(fā)育徑流水道沉積，表現(xiàn)為分選好的細(xì)砂巖和粉砂巖互層，砂質(zhì)隔夾層的厚度約為10～15 cm(圖4c)，徑流水道流經(jīng)處還會(huì)發(fā)育一些漫洪砂體。徑流水道沉積發(fā)育薄水平層理、交錯(cuò)層理和波狀層理，分選較好，表明沉積時(shí)水動(dòng)力較弱，同時(shí)可見由于水下滑動(dòng)形成的微褶皺。隨著沖積扇推進(jìn)，入海后流速減弱，分選較好的砂質(zhì)沉積形成片流沉積。片流沉積由分選較好的細(xì)砂巖組成，發(fā)育平緩的波狀層理和水平層理(圖4d)，厚度一般小于1 m。

3.1.2 潮坪

主要發(fā)育薄層泥質(zhì)、黏土碎屑和砂質(zhì)透鏡體，波狀層理與薄水平層理交互發(fā)育，水動(dòng)力較弱(圖4e)。由于潮汐作用和臨時(shí)性水道漫溢，地表植被覆蓋于沿海平原上。

3.1.3 障壁島

由分選好的細(xì)-粉砂巖組成，厚度較薄(圖4f)。通常由厚度為1～3 mm的砂泥巖層均勻疊合而成，成層性顯著，由于濱岸地帶海浪作用的影響，單層厚度為2～3 cm。巖心表現(xiàn)為分選好的灰色、深灰色、淺褐灰色的細(xì)-粉砂巖沉積，含圓形石英顆粒，并發(fā)育大量平緩的交錯(cuò)層理，偶見不連續(xù)的爬升波痕，是濱岸過(guò)渡地區(qū)的顯著特征，底部細(xì)?；|(zhì)中常見圓形的淤泥碎片，是濱岸波浪改造的結(jié)果。

3.1.4 低鹽度潟湖

由于濱岸帶海侵作用形成孤立的淺水盆地沉積，充填粉砂質(zhì)泥巖，發(fā)育薄水平層理和角度較緩的交錯(cuò)層理(圖4g)，多發(fā)育在濱岸斜坡帶的過(guò)渡區(qū)。B13段沉積時(shí)期，蒸發(fā)量相對(duì)較低，形成低鹽度潟湖沉積。

3.1.5 高鹽度潟湖

研究區(qū)多數(shù)井在B10段上部鉆遇石膏化、發(fā)育白云巖隔夾層的砂質(zhì)-黏土質(zhì)巖層(圖4h)，厚度不超過(guò)2 m，局部可見黃鐵礦包裹體。此類沉積物發(fā)育在沿海孤立的池塘中，由于海水滲透和蒸發(fā)后沉積，且該時(shí)期蒸發(fā)量很大，潟湖水體濃縮，形成高鹽度潟湖沉積，類似陸源薩布哈沉積。

3.2 沉積演化模式

研究區(qū)下文德統(tǒng)涅帕組B13段可分為3個(gè)沉積階段，B10段分為2個(gè)沉積階段。B13段1小層沉積時(shí)期，海洋盆地位于研究區(qū)東部，受潮汐作用影響，濱岸被暫時(shí)性淹沒，主要發(fā)育潮坪和障壁島沉積(圖5a)。北部發(fā)育由突發(fā)性山洪形成的陸源碎屑沖積扇，并由于重復(fù)性事件造成沖積扇垂向疊加。沖積扇被河流切割，大量碎屑物質(zhì)漫溢出河道向周邊溢流，隨著流速降低，細(xì)粒砂泥巖開始廣泛沉積。B13段2小層沉積環(huán)境相同，東部為障壁島沉積，沿海洋盆地分布，向西發(fā)育被動(dòng)水動(dòng)力條件下形成的泥質(zhì)潟湖沉積(圖5b)。由于持續(xù)海侵作用，海岸線向西遷移，B13段3小層開始發(fā)育臨濱相沉積，以泥質(zhì)為主的潟湖在東部砂質(zhì)沉積上發(fā)育(圖5c)。

A-15井在B13段鉆遇沖積扇，巖心分析發(fā)現(xiàn)，扇體沉積物粒度分級(jí)明顯，磨圓程度更高，基本不發(fā)育粗粒碎屑，反映了長(zhǎng)距離搬運(yùn)形成的特征[9-11]。地震解釋和巖心描述發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)北部和東北部(A-6、A-16井等地區(qū))雖然與A-15井均為沖積扇沉積，但并不發(fā)育儲(chǔ)層，這表明沖積扇體經(jīng)過(guò)后期改造影響了儲(chǔ)集物性。

B10段為海退階段在海岸斜坡形成的砂質(zhì)沉積體。在早期的1小層沉積期內(nèi)，研究區(qū)大部分區(qū)域沉積砂質(zhì)、粉砂質(zhì)和黏土的混合沉積物，北部發(fā)育由突發(fā)性洪水形成的小型沖積扇(圖5d)。由于海退作用，海岸線持續(xù)向東部深海方向遷移。在2小層沉積期內(nèi)，研究區(qū)內(nèi)孤立的水塘、河道中殘留的海水持續(xù)蒸發(fā)，同時(shí)與砂泥物質(zhì)沉積形成蒸發(fā)巖(硬石膏和鹽巖)，表現(xiàn)白云巖化特征及發(fā)育碳酸鹽巖碎屑，這種相類型被稱為陸源薩布哈，其發(fā)育于含鹽的泥濘低部位[12-14]。研究區(qū)大部分區(qū)域被這種黏土和砂質(zhì)混合的沉積物覆蓋(圖5e)。B10段形成后，由于持續(xù)海侵作用，黏土層在研究區(qū)廣泛沉積，成為優(yōu)質(zhì)蓋層。整體來(lái)看，研究區(qū)下文德統(tǒng)涅帕組發(fā)育由沖積扇過(guò)渡至障壁海岸的海陸過(guò)渡相沉積模式。

圖5 研究區(qū)涅帕組各沉積階段沉積相平面分布Fig.5 Plane distribution of sedimentary facies of each sedimentary stage of Nepa Formation in the study area

4 開發(fā)潛力分析

4.1 儲(chǔ)層品質(zhì)特征

沉積特征直接決定了儲(chǔ)層物性。鉆井揭示B13段和B10段儲(chǔ)層平均有效厚度分別為7.9、2.7 m，平均凈毛比分別為30.3%、17.3%，平均孔隙度均為10.6%，平均滲透率分別為12、22 mD，儲(chǔ)層厚度薄、凈毛比低，且低孔低滲。試采情況表明，通過(guò)泵抽或自噴方式，B13段單井日產(chǎn)油量為1.8～108.0 m3/d，平均為33.2 m3/d；B10段單井日產(chǎn)油量為1.8～18.2 m3/d，平均僅為6.5 m3/d。儲(chǔ)層物性和油井產(chǎn)能平面上由西北部和北部向東南部逐漸降低，試采高產(chǎn)井主要分布在沖積扇和障壁島內(nèi)，縱向上B13段優(yōu)于B10段。同時(shí)，研究區(qū)部分試采井通過(guò)壓裂，可有效提高產(chǎn)能約7～11倍。

由典型井特征(表1)可知，鉆井揭示不同沉積相中的有效厚度、物性變化迅速。其中，A-5井測(cè)試壓差為4.8 MPa，日產(chǎn)油為104.9 m3/d；延長(zhǎng)測(cè)試階段第1次關(guān)井前測(cè)試壓差為1.4 MPa，日產(chǎn)油為30.5 m3/d；第2次關(guān)井前測(cè)試壓差為2.2 MPa，日產(chǎn)油為59.8 m3/d；第3次關(guān)井前測(cè)試壓差為4.8 MPa，日產(chǎn)油為143.4 m3/d，采油指數(shù)隨時(shí)間呈增加的趨勢(shì)。而相鄰僅5.4 km的A-13井在同層位測(cè)試日產(chǎn)油僅為5.0 m3/d。這表明受控于沉積相帶的平面快速變化，儲(chǔ)層連續(xù)性差，厚度薄且變化大。

表1 研究區(qū)涅帕組典型井儲(chǔ)層物性與產(chǎn)量特征Table 1 Reservoir physical properties and production characteristics of typical wells of Nepa Formation in the study area

4.2 開發(fā)策略

研究區(qū)儲(chǔ)層物性差、厚度薄、非均質(zhì)性強(qiáng)，但是該類沖積扇過(guò)渡至障壁海岸的海陸過(guò)渡相沉積環(huán)境，儲(chǔ)層展布范圍廣，評(píng)價(jià)認(rèn)為儲(chǔ)量規(guī)?？捎^。因此，結(jié)合儲(chǔ)層品質(zhì)和試采認(rèn)識(shí)，研究區(qū)適合以多級(jí)壓裂水平井結(jié)合注水的模式進(jìn)行開發(fā)。針對(duì)壓裂增產(chǎn)能力，結(jié)合郎兆新水平井產(chǎn)能公式[15]，考慮壓裂級(jí)數(shù)，計(jì)算出研究區(qū)高品質(zhì)儲(chǔ)層采用10級(jí)壓裂(研究區(qū)計(jì)劃采用壓裂級(jí)數(shù))。水平井單井日產(chǎn)油增幅可達(dá)2.8倍，該研究為油田合理配產(chǎn)提供了依據(jù)。為降低風(fēng)險(xiǎn)，在開發(fā)過(guò)程中需要針對(duì)水平井多級(jí)壓裂和注水效果分期開展先導(dǎo)試驗(yàn)，在儲(chǔ)量動(dòng)用方面需要優(yōu)先開發(fā)儲(chǔ)層品質(zhì)高的井區(qū)，分階段推進(jìn)儲(chǔ)層落實(shí)程度，提升油田開發(fā)效果。

這類海陸過(guò)渡相碎屑巖儲(chǔ)層內(nèi)部普遍含鹽，含鹽量直接影響儲(chǔ)層物性特征(圖6)。通過(guò)物理模擬實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，儲(chǔ)層巖心進(jìn)行高礦化度地層水驅(qū)替，巖心滲透率不發(fā)生變化；約驅(qū)替1.5倍孔隙體積高礦壓度水后，繼續(xù)采用低礦化度水進(jìn)行驅(qū)替實(shí)驗(yàn)，所有巖心滲透率均有不同程度的提高(圖7)。這是由于低礦化度注水使孔隙中的鹽類微粒發(fā)生運(yùn)移和離子溶解，導(dǎo)致孔隙喉道變大，滲透率提高。實(shí)驗(yàn)表明：研究區(qū)采用低礦化度水驅(qū)能有效增加儲(chǔ)層孔隙體積，提升儲(chǔ)層滲透性，提高注水井的注入能力，并有效降低油井井筒石膏沉積風(fēng)險(xiǎn)[16-17]。

圖6 基于巖心分析結(jié)果的儲(chǔ)層物性與含鹽量的關(guān)系Fig.6 Relationship between reservoir physical properties and salt content based on core analysis results

圖7 不同滲透率的巖心物理模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果Fig.7 Experimental results of core physical simulation with different permeability values

5 結(jié) 論

(1) 結(jié)合區(qū)域地質(zhì)研究和巖石相分析，將涅帕組劃分為受周期性海侵作用形成的3套海侵地層單元和2套海退地層單元；在此基礎(chǔ)上確定各沉積期內(nèi)沉積相的平面展布特征和沉積變化規(guī)律，并建立了由沖積扇過(guò)渡至障壁海岸的海陸過(guò)渡相沉積模式。

(2) 確定沉積特征和儲(chǔ)層品質(zhì)的關(guān)系，在油田試采和巖心分析基礎(chǔ)上，明確海陸過(guò)渡相碎屑巖儲(chǔ)層含鹽量直接影響儲(chǔ)集物性，通過(guò)低礦化度水驅(qū)替的方式可以使鹽類微粒發(fā)生運(yùn)移和溶解，從而提升儲(chǔ)層滲透性。以此為基礎(chǔ)制訂了以多級(jí)壓裂水平井結(jié)合注水的開發(fā)模式，分批開展先導(dǎo)試驗(yàn)，優(yōu)先開發(fā)儲(chǔ)層品質(zhì)高的井區(qū)，逐階段推進(jìn)儲(chǔ)層落實(shí)程度的開發(fā)策略。