馬 劍 黃志龍 吳紅燭 劉 平 徐新德

(1．中國石油大學(xué)(北京)油氣資源與探測國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 北京 102249;2．中海石油(中國)有限公司湛江分公司 廣東湛江 524057)

0 引言

鶯歌海盆地已有三十余年的勘探歷史。底辟構(gòu)造帶淺層的主要構(gòu)造均已鉆探?？碧綄?shí)踐表明淺層尋找大型氣田越來越難，而底辟區(qū)中深層高溫高壓帶具有良好的成藏條件，是尋找大中型氣田的重要領(lǐng)域。近期，在東方區(qū)中深層高溫高壓帶勘探中于東方13區(qū)黃流組相繼發(fā)現(xiàn)了東方13-1、東方13-2等大型巖性—構(gòu)造復(fù)合型氣田，為盆地天然氣產(chǎn)量和儲(chǔ)量儲(chǔ)備做出了重要貢獻(xiàn)［1］。目前，中深層高溫高壓帶已成為鶯歌海盆地勘探研究的熱點(diǎn)。關(guān)于高溫高壓的定義有兩種:一種是用實(shí)際溫度、壓力定義;一種是用地溫梯度和壓力系數(shù)區(qū)分。其中，油氣開發(fā)領(lǐng)域偏重于前者，在井下作業(yè)和凝析氣(或油)—水相態(tài)研究中，認(rèn)為壓力大于40 MPa為高壓［2-3］，壓力大于60 MPa為特高壓［4］，溫度大于130℃為高溫，溫度大于165℃為異常高溫［2-3，5］。油氣勘探領(lǐng)域普遍采用后者來定義，原蘇聯(lián)學(xué)者將壓力系數(shù)1．3～2．0稱為高壓，我國學(xué)者和專家把壓力系數(shù)大于1．2或1．25稱為高壓，壓力系數(shù)大于 1．5或 1．55稱為異常高壓［6-8］。目前揭露底辟帶東方區(qū)梅山組—黃流組地層溫度達(dá) 132℃以上，地層壓力系數(shù)為 1．56 ～2．23［9］，屬于高溫高壓地層。為了弄清楚鶯歌海盆地東方區(qū)高溫高壓帶天然氣的成藏機(jī)理，首先要對其儲(chǔ)層特征進(jìn)行研究，而儲(chǔ)層微觀孔喉特征是決定其儲(chǔ)層物性的主要因素，所以研究儲(chǔ)層微觀孔喉特征及其對物性的影響具有重要的理論和實(shí)際意義。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

鶯歌海盆地位于我國海南省與越南之間的鶯歌海海域，總體呈NNW走向［10］，其海域面積超過11×104km2，是南海北部大陸架西區(qū)發(fā)育的新生代轉(zhuǎn)換—伸展型含油氣盆地［11］。盆地以①號(hào)斷裂和黑水河大斷裂為界，可劃分為三個(gè)一級(jí)構(gòu)造單元:鶯東斜坡帶、鶯西斜坡帶和中央坳陷帶。由于受近代板塊運(yùn)動(dòng)誘發(fā)的巖石圈多幕伸展與紅河斷裂右旋扭動(dòng)聯(lián)合作用，中央坳陷帶發(fā)育雁列式排列的底辟構(gòu)造［12-13］。研究區(qū)位于中央坳陷帶中央底辟區(qū)北部，主要包括DF1-1、DF13-1、DF13-2 和 DF29-1 區(qū)(圖1)。盆地地層發(fā)育較完整，自上而下依次為第四系樂東組(Ql)、上新統(tǒng)鶯歌海組(N2y)、中新統(tǒng)黃流組(N1h)、梅山組(N1m)和三亞組(N1s)、漸新統(tǒng)陵水組(E2l)和崖城組(E2y)，沉積厚度巨大。勘探上把鶯歌海組二段上部—樂東組組合稱為淺層，把梅山組—鶯歌海組二段下部組合稱為中深層［6］。本次研究目的層位主要是中深層黃流組(N1h)。物源體系影響了該區(qū)沉積體系的空間布局和儲(chǔ)層品質(zhì)，根據(jù)碎屑組分特征、重礦物組合特征，結(jié)合沉積相分析，認(rèn)為DF13-1氣田西部、DF13-2氣田、DF29-1構(gòu)造西部的黃流組一段海底扇水道砂源于西部昆嵩隆起物源區(qū)，而DF13-1氣田東部、DF29-1構(gòu)造東部以及DF1-1氣田的淺海灘壩砂主要源于東部海南島隆起物源區(qū)［14］。鉆遇黃流組的多口井見滑塌變形構(gòu)造、包卷層理和鮑馬序列等重力流沉積［15］，前人也指出東方區(qū)西部黃流組主力儲(chǔ)層為高密度濁流成因［16］。

圖1 鶯歌海盆地區(qū)域構(gòu)造劃分圖［9］Fig．1 Regional tectonic division of the Yinggehai Basin

2 儲(chǔ)層物性特征

從巖芯樣品的物性分析數(shù)據(jù)來看，盆地東方區(qū)黃流組儲(chǔ)層孔隙度主要分布在15% ～25%，滲透率一般分布在(0．1 ～100)×10－3μm2之間，以中孔、中—低滲儲(chǔ)層為主，但儲(chǔ)層物性差異較大(圖2)。其中，DF13-2區(qū)儲(chǔ)層物性最好，孔隙度主要分布在15% ～20%，滲透率主要分布在(1．0 ～ 100)×10－3μm2，DF13-1區(qū)儲(chǔ)層物性較好，孔隙度主要分布在10% ～20%，滲透率分布范圍較寬，主要為(0．1 ～100)×10－3μm2，DF1-1區(qū)和DF29-1區(qū)儲(chǔ)層物性較差，以中孔、低滲(或特低滲)儲(chǔ)層為主。此外，同一地區(qū)不同鉆井之間儲(chǔ)層物性差異也非常大，如DF13-1區(qū)從DF13-1-4井至DF13-1-6井再到DF13-1-3井，DF13-2區(qū)從DF13-2-8d井至DF13-2-2、DF13-2-4井再到DF13-2-1井，儲(chǔ)層物性逐漸變差(圖2)。

東方區(qū)黃流組孔隙度較高主要是與超壓有關(guān)。盆地中深層普遍發(fā)育超壓，超壓帶原生孔隙得以大量保留，同時(shí)超壓帶內(nèi)流體活動(dòng)強(qiáng)烈，可以形成一定量的粒間、粒內(nèi)溶孔，故爾孔隙度較高。

3 黃流組儲(chǔ)層微觀孔喉特征及成因

目前，研究儲(chǔ)層微觀孔喉特征的方法主要有鑄體薄片、掃描電鏡、X衍射及圖像孔隙法等，但這些手段僅能定性或半定量地描述儲(chǔ)層微觀孔喉特征［17-22］。定量獲取儲(chǔ)層孔喉特征參數(shù)的可靠手段是壓汞技術(shù)，它包括常規(guī)壓汞和恒速壓汞兩種。其中，恒速壓汞是目前國際上研究儲(chǔ)層微觀孔隙結(jié)構(gòu)最先進(jìn)的技術(shù)之一，它克服了常規(guī)壓汞技術(shù)的不足，能夠分別對多孔介質(zhì)中孔隙、喉道的大小和數(shù)量進(jìn)行直接測量，可定量給出孔隙和喉道的信息［23］，尤其適用于孔喉非均質(zhì)性較強(qiáng)的低滲—超低滲砂巖儲(chǔ)層微觀結(jié)構(gòu)的研究［24-25］。所以，本次儲(chǔ)層微觀孔喉特征研究主要采用恒速壓汞技術(shù)。

3．1 恒速壓汞實(shí)驗(yàn)及樣品分布

恒速壓汞實(shí)驗(yàn)溫度約為25℃，實(shí)驗(yàn)最大進(jìn)汞壓力為6．16 MPa，汞潤濕接觸角為140°，水銀表面張力為480 mN/m，相對濕度為77% ～72%RH。實(shí)驗(yàn)共測定了黃流組9塊巖芯樣品的儲(chǔ)層微觀孔喉特征參數(shù)。這些樣品取自相同地區(qū)、相同層位和相同物源，埋深也相近，因此，儲(chǔ)層所經(jīng)歷的成巖作用接近。實(shí)驗(yàn)樣品孔隙度分布在11．22% ～19．34%，滲透率分布在(0．035 ～28．00)×10－3μm2(表 1)。根據(jù)含氣砂巖儲(chǔ)層分類評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T6285—2011)，實(shí)驗(yàn)樣品可以分為四類:低孔—特低滲儲(chǔ)層、低孔—低滲儲(chǔ)層、中孔—低滲儲(chǔ)層和中孔—中滲儲(chǔ)層。其中，樣品N3和N9屬低孔—特低滲儲(chǔ)層，樣品N8為低孔—低滲儲(chǔ)層，樣品N1、N2、N6、和N7屬中孔—低滲儲(chǔ)層，樣品N4、N5為中孔—中滲儲(chǔ)層。因此，中低滲儲(chǔ)層是高溫高壓帶儲(chǔ)層的主要類型。

3．2 儲(chǔ)層微觀孔喉特征

恒速壓汞實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，各樣品孔隙半徑差異不大，喉道半徑、“孔喉比”、主流喉道半徑及分選系數(shù)等差異較大(表1)。儲(chǔ)層平均孔隙半徑分布較集中，一般分布在100～200μm，9塊不同滲透率級(jí)別的巖芯樣品，其孔隙半徑分布相近，差異很小(圖3a)。分析認(rèn)為這與儲(chǔ)層中發(fā)育異常超壓有關(guān)，超壓的形成減緩了壓實(shí)成巖作用，抑制了儲(chǔ)層原生孔隙減小的速率，所以超壓帶儲(chǔ)層保留了大量大孔隙級(jí)別的原生孔隙。實(shí)驗(yàn)樣品的平均喉道半徑主要分布在0．25～2．87 μm，不同物性儲(chǔ)層的喉道半徑分布差異較大?？傮w表現(xiàn)為:物性越差，喉道半徑分布區(qū)間越窄，小喉道所占比例越高;而物性較好的儲(chǔ)層，其喉道半徑分布區(qū)間很寬緩，多介于1～6 μm，大喉道所占比例較高(圖3b)。此外，不同物性的儲(chǔ)層，其“孔喉比”(孔隙半徑/喉道半徑)分布也有差異。對于低滲儲(chǔ)層(滲透率為(0．1 ～10)×10－3μm2)，物性越差，“孔喉比”主峰越向右移，其分布區(qū)間也越寬，高“孔喉比”部分所占比例越高;而常規(guī)儲(chǔ)層(滲透率大于10×10－3μm2)，其“孔喉比”分布區(qū)間較集中，多為 50 ～150，物性越好，主峰所占比例越高(圖3c);特低滲儲(chǔ)層(滲透率小于0．1×10－3μm2)的“孔喉比”分布于兩個(gè)極端(或小于50，或大于500)。

圖2 鶯歌海盆地東方區(qū)黃流組儲(chǔ)層物性分布直方圖Fig．2 The histogram of reservoir property of the Huangliu Formation in DF area，Yinggehai Basin

表1 鶯歌海盆地東方區(qū)黃流組樣品孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)Table 1 Pore structure parameters of the Huangliu Formation samples in DF area，Yinggehai Basin

所以，鶯歌海盆地中央底辟區(qū)超壓帶黃流組儲(chǔ)層孔喉分布具有明顯的非均質(zhì)性，主要體現(xiàn)在喉道大小及其分布、“孔喉比”大小及其分布(或稱孔喉配置關(guān)系)兩大方面。

圖3 鶯歌海盆地東方區(qū)黃流組儲(chǔ)層微觀孔、喉分布圖Fig．3 Reservoir micropores and throats distribution of the Huangliu Formation in DF area，Yinggehai Basin

3．3 儲(chǔ)層微觀孔喉特征的成因

盆地中央底辟區(qū)超壓帶黃流組主要發(fā)育海底扇，物源多來自盆地西部的越南地區(qū)，顆粒粒徑以粉砂級(jí)為主，細(xì)砂級(jí)較少。儲(chǔ)層巖性主要為石英雜砂巖，顆粒以石英為主，雜基以黏土礦物為主，含量較高，介于15% ～28%。黃流組儲(chǔ)集空間多為原生粒間孔，鏡下石英、長石顆粒排列疏松，顆粒間接觸關(guān)系多為點(diǎn)接觸，也見線接觸，凹凸接觸少見;儲(chǔ)層中云母等塑性顆粒無明顯變形，僅局部(顆粒接觸處)略向內(nèi)凹(圖4)。這些特征反映了黃流組壓實(shí)和壓溶作用較弱。儲(chǔ)層碳酸鹽膠結(jié)現(xiàn)象不常見，石英次生加大常見，但加大級(jí)別較低，反映了膠結(jié)作用程度較低。所以，東方區(qū)黃流組儲(chǔ)層結(jié)構(gòu)成熟度低，成巖作用不強(qiáng)。

當(dāng)壓實(shí)和膠結(jié)等減孔成巖作用較弱時(shí)，沉積作用控制儲(chǔ)層微觀孔喉特征，表現(xiàn)為巖石顆粒粒徑大小和雜基(或泥質(zhì))含量將會(huì)影響儲(chǔ)層孔隙和喉道半徑大小及其分布。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，東方區(qū)黃流組砂巖儲(chǔ)層孔隙和喉道半徑平均值與泥質(zhì)含量、平均粒徑φ值之間存在負(fù)相關(guān)性，泥質(zhì)含量越高或平均粒徑φ值越大，平均孔隙和喉道半徑越小(圖5)，這反映了高溫高壓帶黃流組儲(chǔ)層壓實(shí)、膠結(jié)等減孔成巖作用較弱的特點(diǎn)，與薄片鏡下觀察結(jié)果“顆粒排列疏松、膠結(jié)與交代等成巖作用較弱”是一致的。鏡下觀察發(fā)現(xiàn)，鶯歌海盆地東方區(qū)黃流組儲(chǔ)層中，泥質(zhì)雜基多以孔隙充填方式產(chǎn)出，這是沉積作用形成的，它的含量多少對儲(chǔ)層孔隙、喉道大小及其物性都有重要影響，巖石孔隙、喉道半徑平均值與泥質(zhì)含量、顆粒平均粒徑φ值間的負(fù)相關(guān)性，說明了高溫高壓背景下的黃流組儲(chǔ)層微觀孔喉特征與沉積作用關(guān)系密切。對比不同沉積微相砂巖樣品微觀孔喉參數(shù)，發(fā)現(xiàn)同屬海底扇砂巖樣品，其沉積微相不同，對應(yīng)砂巖儲(chǔ)層泥質(zhì)含量、平均粒徑φ值、孔隙半徑、喉道半徑大小差異很大?？偟膩砜?，主河道砂巖樣品泥質(zhì)含量較低，平均粒徑φ較小，孔隙和喉道平均半徑較大;分流河道砂巖樣品泥質(zhì)含量較高，平均粒徑φ較高，孔隙和喉道平均半徑較小;河道間砂巖樣品泥質(zhì)含量最高，平均粒徑φ最高，孔隙、喉道半徑最小(表2)。這是研究區(qū)沉積作用對儲(chǔ)層微觀孔喉特征具有控制作用的直接反映。受沉積作用控制，東方區(qū)黃流組儲(chǔ)層泥質(zhì)含量較高、顆粒平均粒徑較小，所以平均孔隙半徑和喉道半徑都較小。

4 儲(chǔ)層孔喉特征對物性的影響

前人研究認(rèn)為，平均喉道半徑包含了喉道數(shù)量的概念［24］，它和主流喉道半徑都是反映儲(chǔ)層滲流能力的重要微觀參數(shù)［26］。盆地東方區(qū)黃流組儲(chǔ)層平均喉道半徑、最大連通喉道半徑與滲透率之間存在較好的正相關(guān)性，并且這種正相關(guān)性比它們與孔隙度之間的相關(guān)性好(圖6a～d)，而主流喉道半徑與儲(chǔ)層物性之間無明顯正相關(guān)性(圖6e，f)，說明研究區(qū)黃流組儲(chǔ)層喉道分布的非均質(zhì)性很強(qiáng)，樣品中小喉道數(shù)量較高，但大喉道控制著儲(chǔ)層物性。儲(chǔ)層喉道特征參數(shù)與儲(chǔ)層物性之間的關(guān)系，進(jìn)一步說明喉道大小及其分布是影響儲(chǔ)層滲流能力的關(guān)鍵因素，中深層黃流組儲(chǔ)層滲流能力可以由平均喉道半徑來表征。

圖4 鶯歌海盆地東方區(qū)黃流組儲(chǔ)層成巖作用特征a．DF1-1-12井，2 708．34 m，粉砂巖中石英、長石顆粒點(diǎn)、線接觸，石英自生加大發(fā)育，且邊緣有溶蝕，單偏光，鑄體薄片;b．DF13-1-6井，2 873．80 m，粉砂巖中顆粒排列疏松，長石顆粒溶蝕強(qiáng)烈，可見石英自生加大，單偏光，鑄體薄片;c．DF13-1-2井，2 992．42 m，粉砂巖中雜質(zhì)支撐結(jié)構(gòu)，局部線接觸，單偏光，鑄體薄片;d．DF13-1-3井，2 912．31 m，含泥粉砂巖中平直長條狀云母，與顆粒接觸部略向內(nèi)凹，單偏光，鑄體薄片。Fig．4 Reservoir diagenesis characteristics of the Huangliu Formation in DF area，Yinggehai Basin

圖5 鶯歌海盆地東方區(qū)黃流組儲(chǔ)層孔隙半徑、喉道半徑與泥質(zhì)含量、顆粒平均粒徑的關(guān)系Fig．5 The relationship between reservoir porosity radius，throat radius and mudstone content，average grain size of the Huangliu Formation in DF area，Yinggehai Basin

另外，黃流組砂巖儲(chǔ)層喉道分選系數(shù)隨孔隙度、滲透率增高呈現(xiàn)增大趨勢，但這種趨勢在滲透率小于1．0×10－3μm2的儲(chǔ)層中表現(xiàn)不太明顯，在滲透率大于1．0×10－3μm2的儲(chǔ)層中，二者有較好的正相關(guān)性(圖7)。分選系數(shù)增大，即儲(chǔ)層非均質(zhì)性增強(qiáng)，但此時(shí)較大喉道的數(shù)量也相應(yīng)增加，因此，其儲(chǔ)層物性變好。這也表明研究區(qū)儲(chǔ)層的滲透性主要由占少數(shù)比例的較大喉道控制。

表2 鶯歌海盆地東方區(qū)黃流組樣品主要孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)與沉積微相分布Table 2 Main pore structure parameters and sedimentary microfacies of the Huangliu Formation samples in DF area，Yinggehai Basin

圖6 黃流組儲(chǔ)層物性與平均喉道半徑、主流喉道半徑、最大連通喉道半徑的關(guān)系Fig．6 The relationship between reservoir property and average throat radius，main throat radius，largest throat radius

圖7 鶯歌海盆地東方區(qū)黃流組儲(chǔ)層物性與喉道分選系數(shù)的關(guān)系Fig．7 The relationship between reservoir property and throat sorting coefficient in DF area，Yinggehai Basin

5 結(jié)論

(1)鶯歌海盆地中央底辟帶東方區(qū)黃流組儲(chǔ)層以中孔、中低滲為主，但各地區(qū)儲(chǔ)層物性差異較大。

(2)儲(chǔ)層孔喉分布具有較強(qiáng)的非均質(zhì)性，儲(chǔ)層孔隙半徑分布相對集中，喉道半徑及“孔喉比”分布差異大。滲透性較差的儲(chǔ)層，喉道半徑分布區(qū)間窄，小喉道所占比例高，儲(chǔ)層“孔喉比”分布范圍寬，“孔喉比”較大。而滲透性好的儲(chǔ)層，其喉道半徑分布區(qū)間很寬緩，大喉道所占比例較高，儲(chǔ)層“孔喉比”分布范圍窄，“孔喉比”較小。

(3)受沉積作用的控制，鶯歌海盆地東方區(qū)高溫高壓帶儲(chǔ)層平均喉道半徑小，所以儲(chǔ)層滲透率較低。

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