南海西部烏石凹陷流沙港組二段儲(chǔ)層精細(xì)表征

郭書生 高永德 曲長偉 蔡惠敏 孫本強(qiáng) 劉延梅

(1. 中海石油(中國)有限公司湛江分公司 廣東湛江 524057； 2. 斯倫貝謝中國公司 北京 100015)

南海北部灣盆地油氣資源豐富，先后在潿西南凹陷和烏石凹陷獲得原油勘探的重大突破[1-2]，烏石凹陷東區(qū)中央隆起帶構(gòu)造脊是油氣運(yùn)移的主要指向區(qū)，也是近年來油氣勘探的重要靶區(qū)[3-5]。目前烏石凹陷始新統(tǒng)流沙港組有重大油氣發(fā)現(xiàn)，其中流沙港組二段構(gòu)造型油藏分布規(guī)模較大且儲(chǔ)量豐富[6-7]，但該儲(chǔ)層存在巖性復(fù)雜、物性條件較差且非均質(zhì)性較強(qiáng)等問題，造成對(duì)該儲(chǔ)層沉積體系、優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層成因及展布范圍認(rèn)識(shí)不精確，從而導(dǎo)致有些井位測試為低產(chǎn)，大大增加了勘探成本并延長了勘探周期。

測井技術(shù)具有連續(xù)性好和精度高的特點(diǎn)，已逐漸成為儲(chǔ)層評(píng)價(jià)和描述不可或缺的手段。高分辨率電阻率成像測井可用于揭示地層中規(guī)模尺度較大的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造[8-10]，如交錯(cuò)層理、平行層理、鈣質(zhì)結(jié)核、底沖刷面、裂縫和斷層等。元素俘獲能譜測井采用波譜分析推導(dǎo)地層元素含量，得到地層連續(xù)的巖石骨架密度[11]，精確計(jì)算泥質(zhì)含量、孔隙度、滲透率及飽和度等巖石物理參數(shù)。因此，本文將高分辨率電阻率成像測井與元素俘獲能譜測井綜合應(yīng)用，既能對(duì)烏石凹陷流二段地層巖相、沉積構(gòu)造和沉積模式等進(jìn)行研究分析，又能精細(xì)評(píng)價(jià)地層礦物組成及孔隙度、滲透率、飽和度等巖石物理參數(shù)，從而為流二段儲(chǔ)層精細(xì)表征提供了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，并為流二段儲(chǔ)層品質(zhì)評(píng)價(jià)開辟了一條新途徑。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

烏石凹陷為南海北部灣盆地南部坳陷東北部的一個(gè)次級(jí)構(gòu)造單元[12-14]，整體為東西走向，平面上呈“S”形[3,15](圖1)。烏石凹陷經(jīng)歷了古近紀(jì)裂陷(張裂期)和新近紀(jì)拗陷(裂后期)2個(gè)階段，形成了“下斷上坳”的雙層構(gòu)造模式，自下而上發(fā)育古近系長流組、流沙港組(流三段、流二段和流一段)和潿洲組，新近系下洋組、角尾組、燈樓角組、望樓港組和第四系[16]。根據(jù)凹陷古近系特征，可將烏石凹陷進(jìn)一步劃分為西洼北部陡坡帶、西部洼陷帶、西洼南部緩坡帶、轉(zhuǎn)換背斜帶、中央隆起帶、南部洼陷帶和東洼南部陡坡帶[15,17](圖1)。

圖1 烏石凹陷區(qū)域構(gòu)造位置及構(gòu)造單元[14,16]Fig .1 Location and structure units of Wushi sag[14,16]

2 巖心刻度與巖性識(shí)別

本次研究結(jié)合常規(guī)錄井、常規(guī)測井、井壁取心和高分辨率電阻率成像資料進(jìn)行巖性識(shí)別，尤其注重利用井壁取心資料刻度高分辨率電阻率圖像。研究區(qū)主要識(shí)別出以下幾種巖石類型：

1) 泥巖：常規(guī)測井曲線自然伽馬大于90 API，中子孔隙度和密度讀值較高，主要形成于靜水環(huán)境；隨鉆高分辨率電阻率圖像上可見水平層理和層狀構(gòu)造。

2) 炭質(zhì)泥巖：常規(guī)測井曲線自然伽馬大于90 API，中子孔隙度變大而密度讀值變小，巖屑常污手，局部具煤質(zhì)光澤；隨鉆高分辨率電阻率圖像上可見水平層理和層狀構(gòu)造。

3) 粉砂巖：常規(guī)測井曲線自然伽馬為70～80 API，中子孔隙度和密度負(fù)向分開小于1格，密度讀值一般小于2.4 g/cm3；井壁取心上粉砂巖局部含泥質(zhì)較重，泥質(zhì)膠結(jié)，較疏松；隨鉆高分辨率電阻率圖像上主要為暗黃色，可見塊狀特征(圖2a)。

4) 泥質(zhì)細(xì)砂巖：常規(guī)測井曲線自然伽馬為60～80 API，中子孔隙度和密度近于重合，密度讀值小于2.5 g/cm3；井壁取心表明泥質(zhì)細(xì)砂巖成分以石英為主，致密的泥質(zhì)膠結(jié)；隨鉆高分辨率電阻率圖像主要表現(xiàn)為亮黃色，可見泥質(zhì)成分較重(圖2b)。

5) 細(xì)砂巖：流二段最主要的儲(chǔ)層巖石類型，常規(guī)測井曲線自然伽馬為60～70 API，中子孔隙度和密度負(fù)向分開近1格，成分以石英為主，次棱角—次圓狀，分選較好，疏松泥質(zhì)膠結(jié)；隨鉆高分辨率電阻率圖像上以塊狀構(gòu)造為主，可見交錯(cuò)層理和平行層理(圖2c)。

6) 中砂巖：流二段主要的儲(chǔ)層巖石類型，常規(guī)測井曲線自然伽馬小于60 API，中子孔隙度和密度負(fù)向分開大于1格，密度讀值一般小于2.3 g/cm3；

圖2 烏石凹陷流二段常見巖性高分辨率電阻率成像測井圖像特征Fig .2 High-resolution micro-electrical image characteristics of common lithology in Liu-2 Member in Wushi sag

井壁取心表明中砂巖成分也以石英為主，疏松泥質(zhì)膠結(jié)；隨鉆高分辨率電阻率圖像上中砂巖主要表現(xiàn)為淺黃色，可見部分中砂巖發(fā)育石英礫石顆粒，主要表現(xiàn)為塊狀構(gòu)造(圖2d)。

根據(jù)元素俘獲能譜測井結(jié)果，流二段地層硅元素和鋁元素含量最高，其次為鐵元素，其他元素含量較少。礦物組成以黏土礦物和硅質(zhì)礦物為主，黏土礦物分布在50%～84%， 平均63.9%，硅質(zhì)礦物主要分布在14%～58%，平均35.8%，并含有微量的方解石和黃鐵礦(圖3)。

圖3 烏石凹陷流二段地層元素俘獲能譜測井結(jié)果Fig .3 Element capture spectrum result of Liu-2 Member in Wushi sag

3 沉積微相特征

前人對(duì)研究區(qū)流二段沉積相的分析主要是基于常規(guī)測井曲線響應(yīng)特征、取心資料及錄井資料所提供的巖石顏色、粒度等信息，但這些資料存在分辨率低、連續(xù)性差、成本高及周期長等不足。隨鉆高分辨率電阻率成像具有全井眼覆蓋、分辨率高、連續(xù)性強(qiáng)、成本低及周期短的特征，可提供巖性及沉積構(gòu)造特征，是沉積相研究的一種新手段。

以隨鉆高分辨率電阻率成像為基礎(chǔ)，在烏石凹陷流二段識(shí)別出了底沖刷面、交錯(cuò)層理、平行層理、變形層理、滑塌構(gòu)造、鈣質(zhì)結(jié)核、水平層理及層狀構(gòu)造等典型沉積構(gòu)造(圖4)。隨鉆高分辨率電阻率圖像上底沖刷面常表現(xiàn)為凹凸不平的界面，界面之上常為巖性較粗的細(xì)砂巖、泥質(zhì)細(xì)砂巖或中砂巖，界面之下多以泥巖為主，為牽引流或重力流水道典型的指示標(biāo)志(圖4a)。交錯(cuò)層理常發(fā)育在細(xì)砂巖與中砂巖中，在隨鉆高分辨率電阻率圖像上表現(xiàn)為連續(xù)且成層性較好的細(xì)紋理特征，也是牽引流或重力流水道典型的沉積標(biāo)志(圖4b)。

根據(jù)隨鉆高分辨率電阻率成像，結(jié)合地震特征、常規(guī)測井曲線、井壁取心資料等，烏石凹陷流二段主要為牽引流及懸浮沉積，主要發(fā)育扇三角洲前緣沉積，還發(fā)育扇三角洲平原、前扇三角洲及半深湖沉積，可進(jìn)一步識(shí)別出水下分流河道、河口壩、支流間灣、水下天然堤、席狀砂、河漫沼澤、前扇三角洲泥等沉積微相，并建立了相應(yīng)的成像解釋圖版。

圖4 烏石凹陷流二段常見層理及典型構(gòu)造高分辨率電阻率成像測井圖像特征Fig .4 High-resolution micro-electrical image characteristics of common bedding and typical structure of Liu-2 Member in Wushi sag

水下分流河道為流二段最有利的儲(chǔ)層沉積環(huán)境，巖性主要為淺灰色粉砂巖、細(xì)砂巖、泥質(zhì)細(xì)砂巖和中砂巖；隨鉆高分辨率電阻率圖像上主要發(fā)育塊狀構(gòu)造及交錯(cuò)層理，可見平行層理及變形層理發(fā)育；常規(guī)測井曲線自然伽馬低值，常呈箱形或鐘形；底部沉積物粒度相對(duì)較粗，水動(dòng)力較強(qiáng)，在隨鉆高分辨率電阻率圖像上可見明顯的底沖刷面(圖5)。河口壩也是流二段1種重要的儲(chǔ)層沉積微相，巖性主要為細(xì)砂巖和粉砂巖；隨鉆高分辨率電阻率圖像上可見塊狀構(gòu)造、變形層理、交錯(cuò)層理和平行層理發(fā)育；常規(guī)測井曲線自然伽馬讀值較低、成微鋸齒狀，主要表現(xiàn)為漏斗形(圖6)。半深湖相中發(fā)育的泥巖是流二段最主要的蓋層及烴源巖，主要為褐灰色泥巖；隨鉆高分辨率電阻率圖像上主要發(fā)育層狀構(gòu)造、塊狀構(gòu)造和滑塌變形構(gòu)造，部分層段可見泥巖夾雜鈣質(zhì)結(jié)核；常規(guī)測井曲線上自然伽馬讀值較高，指示水動(dòng)力較弱且較穩(wěn)定的水體環(huán)境，滑塌變形泥巖的出現(xiàn)主要是受后期構(gòu)造活動(dòng)的改造(圖7)。

水下分流河道是流二段最重要的儲(chǔ)層沉積微相，本文首次嘗試依據(jù)高分辨率電阻率成像識(shí)別沉積構(gòu)造類型，建立研究區(qū)水下分流河道砂體沉積序列模式，以期對(duì)水下分流河道沉積有更深入的認(rèn)識(shí)。通過對(duì)流二段水下分流河道發(fā)育的沉積類型的統(tǒng)計(jì)和詳細(xì)分析，研究區(qū)流二段水下分流河道主要發(fā)育變形層理-交錯(cuò)層理-平行層理、變形層理-塊狀構(gòu)造、塊狀構(gòu)造-交錯(cuò)層理、塊狀構(gòu)造-交錯(cuò)層理-平行層理、塊狀構(gòu)造-平行層理以及交錯(cuò)層理-平行層理等6種沉積序列模式(圖8)，其中塊狀構(gòu)造-交錯(cuò)層理沉積序列最為發(fā)育，其次為變形構(gòu)造-塊狀構(gòu)造以及塊狀構(gòu)造-交錯(cuò)層理-平行層理沉積序列類型，其他沉積序列類型發(fā)育較少。對(duì)研究區(qū)水下分流河道沉積序列的總結(jié)，彌補(bǔ)了井壁取心資料不連續(xù)的劣勢，深化了對(duì)研究區(qū)儲(chǔ)層沉積特征的認(rèn)識(shí)。

圖5 烏石凹陷流二段水下分流河道微相成像解釋圖版Fig .5 Micro-electrical image interpretation chart of underwater distributary channel in Liu-2 Member in Wushi sag

圖6 烏石凹陷流二段河口壩微相成像解釋圖版Fig .6 Micro-electrical image interpretation chart of mouth bar in Liu-2 Member in Wushi sag

圖7 烏石凹陷流二段半深湖相成像解釋圖版Fig .7 Micro-electrical image interpretation chart of semi-deep lacustrine mudstone in Liu-2 Member in Wushi sag

圖8 烏石凹陷流二段水下分流河道沉積序列模式Fig .8 Sedimentary sequence model of underwater distributary channel sandstone in Liu-2 Member in Wushi sag

4 儲(chǔ)層物性特征

以高分辨率電阻率成像識(shí)別出的儲(chǔ)層巖性、沉積構(gòu)造及沉積環(huán)境等為基礎(chǔ)，對(duì)儲(chǔ)層孔隙度、滲透率和飽和度等巖石物理參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。利用常規(guī)曲線計(jì)算儲(chǔ)層孔隙度時(shí)采用固定骨架參數(shù)，但當(dāng)儲(chǔ)層礦物組分發(fā)生變化或者骨架參數(shù)不準(zhǔn)確時(shí)，計(jì)算的孔隙度準(zhǔn)確性值得商榷?；谠胤@能譜測量及分析能夠得到地層中的礦物組成信息，將此結(jié)果用于多礦物儲(chǔ)層評(píng)價(jià)模型計(jì)算中[18]，根據(jù)印度尼西亞公式及Herron公式可得到含油飽和度與地層滲透率等參數(shù)。相對(duì)于用常規(guī)測井曲線進(jìn)行儲(chǔ)層評(píng)價(jià)，該計(jì)算結(jié)果更加精細(xì)，得到的儲(chǔ)層參數(shù)更加準(zhǔn)確。

根據(jù)元素俘獲能譜計(jì)算的儲(chǔ)層參數(shù)，烏石凹陷流二段可以劃分出2套油層和17套含油水層。以A井為例，3 081.0～3 084.5 m井段油層中泥質(zhì)含量比較低、巖性純、儲(chǔ)層物性較好，元素俘獲能譜得到的孔隙度、泥質(zhì)含量、飽和度、滲透率與常規(guī)解釋基本一致(圖9)。

圖9 烏石凹陷A井流二段油層儲(chǔ)層綜合評(píng)價(jià)圖Fig .9 Reservoir evaluation result of oil reservoir in Liu-2 Member of Well A in Wushi sag

但是，A井3套含油水層中泥質(zhì)含量較高，用元素俘獲能譜進(jìn)行儲(chǔ)層評(píng)價(jià)得到的泥質(zhì)含量高于常規(guī)儲(chǔ)層評(píng)價(jià)得到的泥質(zhì)含量，用元素俘獲能譜進(jìn)行儲(chǔ)層評(píng)價(jià)得到的有效孔隙度和滲透率小于常規(guī)儲(chǔ)層評(píng)價(jià)得到的有效孔隙度和滲透率(圖10)。且該井3套含油水層中泥質(zhì)含量越多，2種方法計(jì)算的儲(chǔ)層參數(shù)差別越大，其中在泥質(zhì)含量比較重的A、C層，泥質(zhì)含量相差10%～15%，孔隙度相差1%～3%；而在泥質(zhì)含量較少的B層，計(jì)算參數(shù)差別較小。

5 構(gòu)造特征分析

前人對(duì)斷層的識(shí)別?；诘卣鹳Y料，所識(shí)別的斷層常屬于規(guī)模較大的斷層[19]，而發(fā)育規(guī)模較小的斷層在地震剖面上無法識(shí)別。隨鉆高分辨率電阻率成像的分辨率可達(dá)10 mm，既可識(shí)別發(fā)育規(guī)模較大的斷層并與地震資料互相刻度，也可判斷地震剖面無法識(shí)別的微斷層。

根據(jù)隨鉆高分辨率電阻率成像，烏石凹陷流二段發(fā)育開啟型和閉合型2種斷層。第1類為開啟型斷層，斷面為低阻特征，常發(fā)育在砂巖地層中，斷面兩側(cè)地層常發(fā)生明顯錯(cuò)動(dòng)，斷層附近常發(fā)育變形，且元素俘獲能譜結(jié)果顯示斷面附近并無明顯泥質(zhì)成分或高導(dǎo)礦物成分增加的特征，低阻成因主要為鉆井液的充注；此類斷層常作為油氣的輸導(dǎo)通道，有利于排烴時(shí)期油氣在砂巖儲(chǔ)層中的賦存(圖11a)。第2類為閉合型斷層，主要發(fā)育在泥巖地層中，斷面常呈高亮特征，斷層附近常有高阻縫發(fā)育；此類斷層主要由烴源巖排烴作用形成，斷層被充填，在閉合之前可作為排烴通道，但對(duì)后期油氣運(yùn)移的影響較小(圖11b)。

圖10 烏石凹陷A井流二段含油水層儲(chǔ)層綜合評(píng)價(jià)圖Fig .10 Reservoir evaluation result of oil-bearing water reservoir in Liu-2 Member of Well A in Wushi sag

圖11 烏石凹陷流二段砂巖與泥巖層段斷層成像特征Fig .11 High-resolution micro-electrical image characteristics of fault in sandstone and mudstone of Liu-2 Member Wushi sag

6 砂體展布分析

根據(jù)巖礦特征、重礦物組合特征及水動(dòng)力特征的研究，前人認(rèn)為烏石凹陷流沙港組主要受控于南、北兩個(gè)方向的物源[20]?；诟叻直媛孰娮杪食上襁M(jìn)行砂體展布分析主要依據(jù)電阻率成像識(shí)別的砂巖中的交錯(cuò)層理[21]。一般來講，交錯(cuò)層理需要進(jìn)行構(gòu)造傾角消除，而構(gòu)造傾角通常由砂體下部泥巖段中穩(wěn)定的地層傾角來確定[7,9]。以烏石凹陷A井為例，該井流二段地層傾角均較大，須在構(gòu)造傾角消除之后才能獲得更為準(zhǔn)確的砂體展布方向，即古水流方向或物源方向(圖12)。結(jié)果表明，該井流二段砂體的展布方向主要為近南、北2個(gè)方向，古水流方向?yàn)榻?、?個(gè)方向，即物源方向存在近南、北2個(gè)方向(圖12)，這一認(rèn)識(shí)對(duì)于該井區(qū)今后勘探井和開發(fā)井的鉆井方案設(shè)計(jì)具有一定的指導(dǎo)意義。

圖12 烏石凹陷A井流二段古水流方向構(gòu)造傾角消除前后玫瑰圖對(duì)比Fig .12 Comparison of paleo current orientation before and after SDR in Liu-2 Member of Well A in Wushi sag

7 結(jié)論

1) 依據(jù)隨鉆高分辨率成像及井壁取心資料標(biāo)定，烏石凹陷流二段主要發(fā)育6種巖石類型，細(xì)砂巖與中砂巖為主要儲(chǔ)層巖石類型，黏土礦物和硅質(zhì)礦物為主要礦物組成，并識(shí)別出了相應(yīng)的沉積構(gòu)造。

2) 建立了烏石凹陷流二段牽引流(扇三角洲前緣)沉積微相圖版，確定了各種沉積微相的巖性-沉積構(gòu)造-常規(guī)曲線-成像特征的判別標(biāo)志，對(duì)未取心但有成像資料的區(qū)域進(jìn)行了沉積微相精細(xì)劃分。

3) 高分辨率電阻率成像結(jié)合元素俘獲能譜測井可用于準(zhǔn)確計(jì)算儲(chǔ)層的孔隙度、滲透率及含油飽和度等物性參數(shù)，據(jù)此在烏石凹陷流二段識(shí)別出了2套油層和17套含油水層。

4) 基于隨鉆高分辨率電阻率成像及元素俘獲能譜測井，在烏石凹陷流二段識(shí)別出了閉合型和開啟型2種規(guī)模較小的微斷層，流二段砂體展布方向主要為近南、北2個(gè)方向，即物源方向主要為近南、北2個(gè)方向。這些認(rèn)識(shí)為該地區(qū)流體運(yùn)移的深入研究提供了強(qiáng)有力基礎(chǔ)，對(duì)該地區(qū)今后鉆井方案設(shè)計(jì)具有一定的指導(dǎo)意義。