2. 中国石油勘探开发研究院 西北分院, 兰州 730020;
3. 中国科学院大学, 北京 100049
2. PetroChina Research Institute of Petroleum Exploration & DevelopmentNorthwest, Lanzhou 730000, China;
3. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
作为一种新生古储型特殊油气藏类型,潜山油气藏自1909年在美国辛辛纳堤隆起东翼勘探被发现以来,已成为国内外重要的油气勘探类型[1]。在利比亚锡尔特盆地拿法拉油田、越南九龙盆地白虎油田获得亿吨级储量规模[2-4],先后在我国塔里木盆地奥陶系,渤海湾盆地辽河坳陷、济阳坳陷、渤中坳陷、冀中坳陷,松辽盆地等均有规模储量发现[5-7]。近几年在乍得Bonger盆地、印尼苏门答腊盆地和柴达木盆地变质基岩潜山中获得新的油气突破[8-11],成为油气勘探接替领域。国外大型富油气古潜山储层以碳酸盐岩及花岗岩居多[12-14],我国西部盆地基岩以碳酸盐岩、变质岩为主,而东部断陷盆地受构造及火山活动影响,基岩岩性以火成岩、变质岩为主,储层复杂、非均质性强,岩性控制火成岩、变质岩储层裂缝、孔洞发育程度及含油性,是储层预测的难点。目前针对岩性识别主要有岩心薄片分析、测井相、岩相、重力、磁力、电法及地震等方法[15-17],从岩性对裂缝、孔洞储层的控制作用方面的研究多为特征描述,缺乏储层发育的优势岩性对储层孔渗性的直接对应关系的研究及预测。以海拉尔盆地浅变质基岩为例,对布达特群基岩潜山开展岩性控储特征研究、优势岩性识别与预测,以期指导该类型潜山油气藏的勘探。
1 地质概况海拉尔盆地位于大兴安岭山脉西部的呼伦贝尔草原,面积约为4.05万km2,具两隆三坳的构造格局。贝尔凹陷为海拉尔盆地最重要的富油气凹陷,包括贝西、贝中、贝北3个生烃次凹及西部斜坡带、中央隆起带、东部贝勒洪布斯隆起带3个正向构造单元[图 1(a)]。基底布达特群为石炭—二叠系,上覆盖层经历了5个构造演化阶段[18-20],即铜钵庙组沉积期残留盆地阶段、南屯组一段下部和中部沉积期初始裂陷阶段、南屯组一段上部和南屯组二段沉积期强烈裂陷阶段、大磨拐河组—伊敏组沉积期断—坳转化阶段以及青元岗组沉积期坳陷阶段。纵向上划分为下部、中部、上部共3套含油气系统,主力烃源岩为南一段中部暗色泥岩,主要油气产层为中下部组合的南屯组、铜钵庙组,部分来自布达特群,少量来自上部组合大磨拐河组[图 1(b)]。
贝尔凹陷中央隆起带被贝西、贝中2个主力生烃次凹环绕,是凹陷重要的油气富集构造带,其中霍多莫尔、苏德尔特次级构造带是重要的已发现油气储量区,在南屯组、布达特群、铜钵庙组等主要层系均有工业油流发现。研究区横跨苏德尔特与塔拉汗2个构造带,北端为苏德尔特构造南部,在基岩潜山中获得高产油气层,单井产量变化快,日产油0.15~160.00 t,平均日产油20 t,南端为塔拉汗构造带北部,在基岩潜山中仅少数井发现油气显示,储层非均质性是造成含油性差异的主要原因。钻井揭示苏德尔特构造基岩岩性以浅变质砂岩、凝灰质砂岩为主,塔拉汗构造受贝尔凹陷南部火山活动影响,在基岩中含大量火山岩、火山碎屑岩,岩性分布差异是造成该区储层非均质性的主要原因。
2 岩石学特征海拉尔盆地基底为石炭系—二叠系沉积岩基础上的褶皱基底,中生代早—中期受中国东北部强烈火山活动影响,发育大量中基性—中酸性火山岩,导致基底布达特群岩石类型多样,横向变化大,经历了区域浅变质作用及较强的动力变质作用,发育一套原岩为沉积岩、火山岩、火山碎屑岩的浅变质岩系[21],且岩性复杂、成岩作用强。
通过岩心观察、薄片鉴定等,布达特群发育火成岩、火山碎屑岩、沉积火山碎屑岩、火山碎屑沉积岩、正常沉积岩5种岩类,具体包括玄武岩、安山岩、闪长玢岩、安山质凝灰岩、沉凝灰岩、凝灰质砂岩、砂砾岩、粉细砂岩、泥岩共9种岩性。岩石发育多期复杂裂缝,部分裂缝被石英、铁白云石、方解石等矿物充填。镜下薄片鉴定显示浅变质特征发育,包括岩石变余结构、颗粒碎裂、重结晶作用、泥质变为霏细结构的硅质、长石绢云母化等[21],可细分为碎裂蚀变不等粒砂岩、碎裂安山凝灰岩、碎裂碳酸盐化凝灰质不等粒砂岩等多种细分类型。主要岩类不同岩性的成分、结构、镜下鉴定特征及矿物组成等如表 1所列。
通过井震标定、录井、测井、薄片鉴定等进行岩性校正,将钻井典型岩性对应的地震数据进行频谱分析,不同岩性具备不同的地震相特征,表现在振幅、频率、连续性上各不相同。
火成岩类中的安山岩、玄武岩、闪长玢岩为低振幅低频杂乱反射,常见外部具丘形、透镜状反射形态。粉细砂岩、凝灰质粉细砂岩、沉凝灰岩受原岩沉积作用及岩性变化影响,为中—高振幅较连续地震相,表现为层状反射。砂砾岩、泥岩、安山质凝灰岩内部岩性变化小,为中—弱振幅不连续杂乱反射,无明显外部反射形态(图 2)。
受矿物成分、组构及含量影响,不同岩性在测井曲线形态及值域上均具不同的响应特征[22-24]。泥岩、凝灰质粉细砂岩、沉凝灰岩因泥质、凝灰质含量较高,具有高自然伽马(GR)特征。砂砾岩、粉细砂岩GR值中—低,砂砾岩因杂基含量高,相对粉细砂岩表现为GR略高。安山质凝灰岩、安山岩、玄武岩、闪长玢岩具低GR特征,其中闪长玢岩因黑云母含量略高,其GR值略偏高。
电阻率(RLLD)响应特征表现为泥岩电阻率最低,粉细砂岩、凝灰质粉细砂岩、沉凝灰岩、安山质凝灰岩电阻率中偏低,安山岩、玄武岩电阻率中偏高,闪长玢岩电阻率最高。
中子测井(CNL)在反映暗色矿物含量高的岩性方面有一定优势[25],但本区岩性不纯,特征不明显。基底埋藏较深且经历浅变质作用,声波时差(DT)对岩性的区分度不大。整体上沉积岩与火山碎屑沉积岩包括粉细砂岩、砂砾岩、泥岩、凝灰质粉细砂岩,受岩石孔隙结构变化影响,三孔隙度测井曲线呈锯齿状、起伏变化大;沉积火山碎屑岩与火山碎屑岩类包括沉凝灰岩、安山质凝灰岩,三孔隙度测井曲线呈弱锯齿状、变化较小;火成岩类包括安山岩、玄武岩、闪长玢岩,三孔隙度测井曲线变化更小,基本为平直状,反映岩石更致密。测井曲线交会结果显示,自然伽马与电阻率交会可区分9种岩性中的5种及2种岩性组合,5种岩性包括粉细砂岩、砂砾岩、泥岩、安山质凝灰岩、闪长玢岩,2种岩性组合为安山岩与玄武岩组合、沉凝灰岩与凝灰质砂岩组合[图 3(a)]。在自然伽马与电阻率交会基础上,再通过补偿密度与补偿中子孔隙度交会可以区分安山岩与玄武岩,沉凝灰岩与凝灰质砂岩[图 3(b)~(c)],因此,以上述方法为基础,通过测井曲线综合交会达到9种岩性测井识别的目的。主要岩性测井响应值如表 2所列。
海拉尔盆地布达特群浅变质岩经历了风化剥蚀、溶蚀淋滤、构造破碎等作用的强烈改造,储集空间较发育[21]。根据岩心观察、薄片鉴定、成像测井等研究发现,储层具双重介质特征,发育裂缝、孔隙2种储层类型,主要为风化、成岩等作用形成的裂缝和各种次生溶孔(洞)、构造作用形成的裂缝等,有效储集空间包括未完全充填裂缝、溶蚀裂缝、溶蚀孔洞,其次为基质孔隙[图 4(a)~(c)]。裂缝表现为多期次发育,充填石英、方解石、铁白云石等脉体,不同期次裂缝呈网状切割[图 4(d)~(e)]。
海拉尔盆地布达特群储层主要受控于风化淋滤与断裂活动2种改造作用,在古地貌高点及断裂活动带储层发育,而基岩不同岩性及其矿物成分、岩石抗风化能力、岩石强度等物理化学性质差异决定了受这2种作用的改造程度不同。
粉细砂岩、砂砾岩、凝灰质砂岩等碎屑沉积岩中的砂质岩,含大量长石、中基性火山灰等物理、化学稳定性差的矿物,在风化淋滤、生烃过程中有机酸等酸性流体作用下提供大量可溶物质,形成次生溶蚀孔隙[图 4(f)]。泥质岩风化效应对其改变不大,风化后仍然作为盖层[26]。
岩性对构造裂缝的形成也有明显的控制作用[27],岩心观察泥质岩相对砂质岩,裂缝发育程度低,砂质岩易发育多期裂缝,张开度大、未完全充填的裂缝为有效储集空间[图 4(a)]。砂泥互层发育时,砂岩裂缝明显多于泥岩,裂缝终止于岩性界面附近[图 4(d),(g)],砂泥岩界面往往是应力薄弱面,易产生顺层裂缝。构造断裂带内泥质层易揉皱变形,不发育明显的裂缝网络,砂质层易被强烈研磨、碎裂,碎块、粒屑具有一定的定向排列特征,并形成复杂的裂缝网络,在流体作用下沿裂缝发育多期胶结,其中钙质胶结物易被后期酸性流体溶蚀形成孔洞,裂缝加溶蚀孔洞成为油气运移聚集的空间[图 4(h)]。
凝灰岩中的中基性凝灰质提供可溶物质[28],在酸性流体作用下发育次生孔隙,明显提高孔隙度(图 5)。其脆性要低于砂质岩,裂缝发育程度低于砂质岩,但要好于泥岩,储层物性中等。玄武岩、安山岩、闪长玢岩为中基性岩,含Fe与Mg的黑云母、角闪石等暗色不稳定矿物含量高,浅色矿物含量低,风化可以一定程度改善储层孔隙度,但研究区为中基性块状熔岩,角闪石、黑云母等暗色矿物含量高,相对含石英与长石等浅色矿物的酸性岩浆岩而言,岩石脆性小,裂缝发育差,因此储层物性一般[图 4(i)]。泥岩、粉砂质泥岩基质孔渗低,碳酸盐化泥岩中的碳酸盐主要为多期裂缝胶结充填物,碳酸盐含量高表明可溶物质含量高,利于局部接受流体溶蚀改造,增加储层孔渗性(图 5)。
岩心测试数据统计显示,布达特群孔隙度为0.1%~14.5%,平均为4.9%,渗透率为0.01~3.80 mD,平均为0.31 mD,属于特低孔特低渗储集层。通过9口井159个取心岩样孔隙度、渗透率测试及试油数据统计分析(图 5),不同岩性及岩性组合与储层发育程度及产油量具有一定的相关性,根据储层品质及产油量的差异可将多种岩性划分为一定的岩性序列,代表储层发育程度的差异,共划分为4个岩性序列(表 3)。
Ⅰ类岩性序列为含火山碎屑沉积岩、中—细粒沉积岩岩,主要为粉细砂岩、碎裂蚀变不等粒砂岩、凝灰质砂岩。发育裂缝-孔隙型储层,裂缝与孔隙沟通,物性好,产量较高,日产油>15 t;Ⅱ类岩性序列为火山碎屑岩,主要为安山质凝灰岩,包括碎裂安山质凝灰岩、碎裂蚀变安山质凝灰岩。发育孔隙型或裂缝型储层,孔隙型为主的储层孔隙发育但缺乏沟通孔隙的裂缝,压裂后可获得产能,多口井的试油数据表明压裂前后产量变化大,甚至干层经压裂后变为产层。裂缝型为主的储层裂缝发育而孔隙不发育,裂缝能改善渗透性但其本身的储集性能有限,造成初期产量高,后期迅速衰减,物性中等,日产油一般在1~15 t;Ⅲ类岩性序列为沉积火山碎屑岩和沉积岩中的泥质岩,包括绿泥石化沉凝灰岩、碳酸盐化泥岩、粉砂质泥岩。储层裂缝与孔隙均发育较差,物性差,压裂后产量低,一般日产油>1 t或为干层;Ⅳ类岩性序列为中基性火山熔岩类,包括闪长玢岩、蚀变安山岩、玄武岩。裂缝与孔隙基本不发育,物性差,压裂后评价为干层。
5 储层岩性序列预测储层岩性序列预测分为3步:首先用频谱聚类法区分火山岩和砂岩。与钻井结果对比表明,类型1频谱发育区与钻井揭示的火成岩、安山质凝灰岩吻合,类型2频谱发育区与凝灰质砂岩、粉细砂岩较吻合,类型3频谱发育区对岩性识别效果一般[图 6(a)]。再用多种地震属性融合与聚类方法,优选波形平均弧长、积分绝对振幅、频谱个数等3个对岩性敏感的有效属性[图 6(b)~(d)]。然后用神经网络聚类法将上述3类属性的融合体细分为5个类型,其中类型1范围与钻井揭示粉细砂岩吻合,类型2和4与沉凝灰岩—泥岩范围吻合,类型5代表凝灰质砂岩、安山质凝灰岩、火成岩范围[图 7(a)]。将上述频谱聚类与多属性融合聚类2种方法代表的岩类分布范围综合,可预测该区岩性序列平面分布[图 7(b)],代表不同级别的储层发育带。其中Ⅰ类岩性序列包括凝灰质砂岩—粉细砂岩类,粉细砂岩主要分布于贝15、贝38、贝32井区和塔拉汗构造带东部,凝灰质砂岩分布于塔拉汗构造带中部德4、德1、贝34井区;Ⅱ类岩性序列主要为安山质凝灰岩,主要分布于塔拉汗构造带中部德2井区;Ⅲ类岩性序列包括沉凝灰岩与泥岩类,分布于塔拉汗构造东西两侧地区;Ⅳ类岩性序列包括玄武岩等中基性熔岩,分布于塔拉汗构造带中南部。蚂蚁体裂缝预测显示,从3D工区北东—南西方向,储层随岩性序列变化呈现规律性变化,Ⅰ,Ⅱ类岩性序列区储层发育,Ⅲ,Ⅳ类岩性序列区储层发育差(图 8),预测结论均与钻井揭示结果吻合。
(1) 海拉尔盆地布达特群基岩潜山为复杂浅变质岩系,包括火成岩、火山碎屑岩、沉积火山碎屑岩、火山碎屑沉积岩、沉积岩等5类,9种主要岩性。测井上可用自然伽马与电阻率、补偿密度与补偿中子孔隙度曲线交会识别。地震上火成岩类为低振幅低频杂乱反射,沉积岩类、火山碎屑沉积岩类等具中—强振幅较连续地震相,表现为层状反射,火山碎屑岩类等为中—弱振幅不连续杂乱反射,无明显外部反射形态。
(2) 不同岩性的物理化学性质不同,受风化淋滤、断裂活动等作用的改造程度不同,造成裂缝-孔隙型储层非均质性强。粉细砂岩、砂砾岩、凝灰质砂岩等易发育裂缝及次生溶蚀孔隙,泥质岩相对砂质岩次生孔隙及裂缝发育程度均低;玄武岩、安山岩、闪长玢岩等中基性岩裂缝发育程度均低。
(3) 岩性与储层发育级别及产油量具有一定的相关性,可划分为4个储层岩性序列,对应好、较好、中、差4级储层品质。Ⅰ类岩性序列为含火山碎屑沉积岩、沉积岩的中—细粒岩,Ⅱ类岩性序列为火山碎屑岩,Ⅲ类岩性序列为沉积火山碎屑岩和沉积岩中的泥质岩,Ⅳ类岩性序列为中基性火山岩熔岩类。
(4) 地震频谱聚类、多属性神经网络聚类法可以有效预测岩性序列及储层分布,德2三维地震工区预测结果显示Ⅰ类岩性序列包括凝灰质砂岩—粉细砂岩,主要分布于贝15、贝38、贝32井区和塔拉汗构造带东部、中部地区。
致谢大庆油田勘探开发研究院吴海波、彭威给予了悉心指导,在此表示感谢!
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