莺歌海盆地东方区黄流组储层微观孔喉特征及对物性的影响①
2015-12-02黄志龙吴红烛徐新德
马 剑 黄志龙 吴红烛 刘 平 徐新德
(1.中国石油大学(北京)油气资源与探测国家重点实验室 北京 102249;2.中海石油(中国)有限公司湛江分公司 广东湛江 524057)
0 引言
莺歌海盆地已有三十余年的勘探历史。底辟构造带浅层的主要构造均已钻探。勘探实践表明浅层寻找大型气田越来越难,而底辟区中深层高温高压带具有良好的成藏条件,是寻找大中型气田的重要领域。近期,在东方区中深层高温高压带勘探中于东方13区黄流组相继发现了东方13-1、东方13-2等大型岩性—构造复合型气田,为盆地天然气产量和储量储备做出了重要贡献[1]。目前,中深层高温高压带已成为莺歌海盆地勘探研究的热点。关于高温高压的定义有两种:一种是用实际温度、压力定义;一种是用地温梯度和压力系数区分。其中,油气开发领域偏重于前者,在井下作业和凝析气(或油)—水相态研究中,认为压力大于40 MPa为高压[2-3],压力大于60 MPa为特高压[4],温度大于130℃为高温,温度大于165℃为异常高温[2-3,5]。油气勘探领域普遍采用后者来定义,原苏联学者将压力系数1.3~2.0称为高压,我国学者和专家把压力系数大于1.2或1.25称为高压,压力系数大于 1.5或 1.55称为异常高压[6-8]。目前揭露底辟带东方区梅山组—黄流组地层温度达 132℃以上,地层压力系数为 1.56 ~2.23[9],属于高温高压地层。为了弄清楚莺歌海盆地东方区高温高压带天然气的成藏机理,首先要对其储层特征进行研究,而储层微观孔喉特征是决定其储层物性的主要因素,所以研究储层微观孔喉特征及其对物性的影响具有重要的理论和实际意义。
1 区域地质概况
莺歌海盆地位于我国海南省与越南之间的莺歌海海域,总体呈NNW走向[10],其海域面积超过11×104km2,是南海北部大陆架西区发育的新生代转换—伸展型含油气盆地[11]。盆地以①号断裂和黑水河大断裂为界,可划分为三个一级构造单元:莺东斜坡带、莺西斜坡带和中央坳陷带。由于受近代板块运动诱发的岩石圈多幕伸展与红河断裂右旋扭动联合作用,中央坳陷带发育雁列式排列的底辟构造[12-13]。研究区位于中央坳陷带中央底辟区北部,主要包括DF1-1、DF13-1、DF13-2 和 DF29-1 区(图1)。盆地地层发育较完整,自上而下依次为第四系乐东组(Ql)、上新统莺歌海组(N2y)、中新统黄流组(N1h)、梅山组(N1m)和三亚组(N1s)、渐新统陵水组(E2l)和崖城组(E2y),沉积厚度巨大。勘探上把莺歌海组二段上部—乐东组组合称为浅层,把梅山组—莺歌海组二段下部组合称为中深层[6]。本次研究目的层位主要是中深层黄流组(N1h)。物源体系影响了该区沉积体系的空间布局和储层品质,根据碎屑组分特征、重矿物组合特征,结合沉积相分析,认为DF13-1气田西部、DF13-2气田、DF29-1构造西部的黄流组一段海底扇水道砂源于西部昆嵩隆起物源区,而DF13-1气田东部、DF29-1构造东部以及DF1-1气田的浅海滩坝砂主要源于东部海南岛隆起物源区[14]。钻遇黄流组的多口井见滑塌变形构造、包卷层理和鲍马序列等重力流沉积[15],前人也指出东方区西部黄流组主力储层为高密度浊流成因[16]。
图1 莺歌海盆地区域构造划分图[9]Fig.1 Regional tectonic division of the Yinggehai Basin
2 储层物性特征
从岩芯样品的物性分析数据来看,盆地东方区黄流组储层孔隙度主要分布在15% ~25%,渗透率一般分布在(0.1 ~100)×10-3μm2之间,以中孔、中—低渗储层为主,但储层物性差异较大(图2)。其中,DF13-2区储层物性最好,孔隙度主要分布在15% ~20%,渗透率主要分布在(1.0 ~ 100)×10-3μm2,DF13-1区储层物性较好,孔隙度主要分布在10% ~20%,渗透率分布范围较宽,主要为(0.1 ~100)×10-3μm2,DF1-1区和DF29-1区储层物性较差,以中孔、低渗(或特低渗)储层为主。此外,同一地区不同钻井之间储层物性差异也非常大,如DF13-1区从DF13-1-4井至DF13-1-6井再到DF13-1-3井,DF13-2区从DF13-2-8d井至DF13-2-2、DF13-2-4井再到DF13-2-1井,储层物性逐渐变差(图2)。
东方区黄流组孔隙度较高主要是与超压有关。盆地中深层普遍发育超压,超压带原生孔隙得以大量保留,同时超压带内流体活动强烈,可以形成一定量的粒间、粒内溶孔,故尔孔隙度较高。
3 黄流组储层微观孔喉特征及成因
目前,研究储层微观孔喉特征的方法主要有铸体薄片、扫描电镜、X衍射及图像孔隙法等,但这些手段仅能定性或半定量地描述储层微观孔喉特征[17-22]。定量获取储层孔喉特征参数的可靠手段是压汞技术,它包括常规压汞和恒速压汞两种。其中,恒速压汞是目前国际上研究储层微观孔隙结构最先进的技术之一,它克服了常规压汞技术的不足,能够分别对多孔介质中孔隙、喉道的大小和数量进行直接测量,可定量给出孔隙和喉道的信息[23],尤其适用于孔喉非均质性较强的低渗—超低渗砂岩储层微观结构的研究[24-25]。所以,本次储层微观孔喉特征研究主要采用恒速压汞技术。
3.1 恒速压汞实验及样品分布
恒速压汞实验温度约为25℃,实验最大进汞压力为6.16 MPa,汞润湿接触角为140°,水银表面张力为480 mN/m,相对湿度为77% ~72%RH。实验共测定了黄流组9块岩芯样品的储层微观孔喉特征参数。这些样品取自相同地区、相同层位和相同物源,埋深也相近,因此,储层所经历的成岩作用接近。实验样品孔隙度分布在11.22% ~19.34%,渗透率分布在(0.035 ~28.00)×10-3μm2(表 1)。根据含气砂岩储层分类评价标准(行业标准SY/T6285—2011),实验样品可以分为四类:低孔—特低渗储层、低孔—低渗储层、中孔—低渗储层和中孔—中渗储层。其中,样品N3和N9属低孔—特低渗储层,样品N8为低孔—低渗储层,样品N1、N2、N6、和N7属中孔—低渗储层,样品N4、N5为中孔—中渗储层。因此,中低渗储层是高温高压带储层的主要类型。
3.2 储层微观孔喉特征
恒速压汞实验结果表明,各样品孔隙半径差异不大,喉道半径、“孔喉比”、主流喉道半径及分选系数等差异较大(表1)。储层平均孔隙半径分布较集中,一般分布在100~200μm,9块不同渗透率级别的岩芯样品,其孔隙半径分布相近,差异很小(图3a)。分析认为这与储层中发育异常超压有关,超压的形成减缓了压实成岩作用,抑制了储层原生孔隙减小的速率,所以超压带储层保留了大量大孔隙级别的原生孔隙。实验样品的平均喉道半径主要分布在0.25~2.87 μm,不同物性储层的喉道半径分布差异较大。总体表现为:物性越差,喉道半径分布区间越窄,小喉道所占比例越高;而物性较好的储层,其喉道半径分布区间很宽缓,多介于1~6 μm,大喉道所占比例较高(图3b)。此外,不同物性的储层,其“孔喉比”(孔隙半径/喉道半径)分布也有差异。对于低渗储层(渗透率为(0.1 ~10)×10-3μm2),物性越差,“孔喉比”主峰越向右移,其分布区间也越宽,高“孔喉比”部分所占比例越高;而常规储层(渗透率大于10×10-3μm2),其“孔喉比”分布区间较集中,多为 50 ~150,物性越好,主峰所占比例越高(图3c);特低渗储层(渗透率小于0.1×10-3μm2)的“孔喉比”分布于两个极端(或小于50,或大于500)。
图2 莺歌海盆地东方区黄流组储层物性分布直方图Fig.2 The histogram of reservoir property of the Huangliu Formation in DF area,Yinggehai Basin
表1 莺歌海盆地东方区黄流组样品孔隙结构参数Table 1 Pore structure parameters of the Huangliu Formation samples in DF area,Yinggehai Basin
所以,莺歌海盆地中央底辟区超压带黄流组储层孔喉分布具有明显的非均质性,主要体现在喉道大小及其分布、“孔喉比”大小及其分布(或称孔喉配置关系)两大方面。
图3 莺歌海盆地东方区黄流组储层微观孔、喉分布图Fig.3 Reservoir micropores and throats distribution of the Huangliu Formation in DF area,Yinggehai Basin
3.3 储层微观孔喉特征的成因
盆地中央底辟区超压带黄流组主要发育海底扇,物源多来自盆地西部的越南地区,颗粒粒径以粉砂级为主,细砂级较少。储层岩性主要为石英杂砂岩,颗粒以石英为主,杂基以黏土矿物为主,含量较高,介于15% ~28%。黄流组储集空间多为原生粒间孔,镜下石英、长石颗粒排列疏松,颗粒间接触关系多为点接触,也见线接触,凹凸接触少见;储层中云母等塑性颗粒无明显变形,仅局部(颗粒接触处)略向内凹(图4)。这些特征反映了黄流组压实和压溶作用较弱。储层碳酸盐胶结现象不常见,石英次生加大常见,但加大级别较低,反映了胶结作用程度较低。所以,东方区黄流组储层结构成熟度低,成岩作用不强。
当压实和胶结等减孔成岩作用较弱时,沉积作用控制储层微观孔喉特征,表现为岩石颗粒粒径大小和杂基(或泥质)含量将会影响储层孔隙和喉道半径大小及其分布。统计数据表明,东方区黄流组砂岩储层孔隙和喉道半径平均值与泥质含量、平均粒径φ值之间存在负相关性,泥质含量越高或平均粒径φ值越大,平均孔隙和喉道半径越小(图5),这反映了高温高压带黄流组储层压实、胶结等减孔成岩作用较弱的特点,与薄片镜下观察结果“颗粒排列疏松、胶结与交代等成岩作用较弱”是一致的。镜下观察发现,莺歌海盆地东方区黄流组储层中,泥质杂基多以孔隙充填方式产出,这是沉积作用形成的,它的含量多少对储层孔隙、喉道大小及其物性都有重要影响,岩石孔隙、喉道半径平均值与泥质含量、颗粒平均粒径φ值间的负相关性,说明了高温高压背景下的黄流组储层微观孔喉特征与沉积作用关系密切。对比不同沉积微相砂岩样品微观孔喉参数,发现同属海底扇砂岩样品,其沉积微相不同,对应砂岩储层泥质含量、平均粒径φ值、孔隙半径、喉道半径大小差异很大。总的来看,主河道砂岩样品泥质含量较低,平均粒径φ较小,孔隙和喉道平均半径较大;分流河道砂岩样品泥质含量较高,平均粒径φ较高,孔隙和喉道平均半径较小;河道间砂岩样品泥质含量最高,平均粒径φ最高,孔隙、喉道半径最小(表2)。这是研究区沉积作用对储层微观孔喉特征具有控制作用的直接反映。受沉积作用控制,东方区黄流组储层泥质含量较高、颗粒平均粒径较小,所以平均孔隙半径和喉道半径都较小。
4 储层孔喉特征对物性的影响
前人研究认为,平均喉道半径包含了喉道数量的概念[24],它和主流喉道半径都是反映储层渗流能力的重要微观参数[26]。盆地东方区黄流组储层平均喉道半径、最大连通喉道半径与渗透率之间存在较好的正相关性,并且这种正相关性比它们与孔隙度之间的相关性好(图6a~d),而主流喉道半径与储层物性之间无明显正相关性(图6e,f),说明研究区黄流组储层喉道分布的非均质性很强,样品中小喉道数量较高,但大喉道控制着储层物性。储层喉道特征参数与储层物性之间的关系,进一步说明喉道大小及其分布是影响储层渗流能力的关键因素,中深层黄流组储层渗流能力可以由平均喉道半径来表征。
图4 莺歌海盆地东方区黄流组储层成岩作用特征a.DF1-1-12井,2 708.34 m,粉砂岩中石英、长石颗粒点、线接触,石英自生加大发育,且边缘有溶蚀,单偏光,铸体薄片;b.DF13-1-6井,2 873.80 m,粉砂岩中颗粒排列疏松,长石颗粒溶蚀强烈,可见石英自生加大,单偏光,铸体薄片;c.DF13-1-2井,2 992.42 m,粉砂岩中杂质支撑结构,局部线接触,单偏光,铸体薄片;d.DF13-1-3井,2 912.31 m,含泥粉砂岩中平直长条状云母,与颗粒接触部略向内凹,单偏光,铸体薄片。Fig.4 Reservoir diagenesis characteristics of the Huangliu Formation in DF area,Yinggehai Basin
图5 莺歌海盆地东方区黄流组储层孔隙半径、喉道半径与泥质含量、颗粒平均粒径的关系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,黄流组砂岩储层喉道分选系数随孔隙度、渗透率增高呈现增大趋势,但这种趋势在渗透率小于1.0×10-3μm2的储层中表现不太明显,在渗透率大于1.0×10-3μm2的储层中,二者有较好的正相关性(图7)。分选系数增大,即储层非均质性增强,但此时较大喉道的数量也相应增加,因此,其储层物性变好。这也表明研究区储层的渗透性主要由占少数比例的较大喉道控制。
表2 莺歌海盆地东方区黄流组样品主要孔隙结构参数与沉积微相分布Table 2 Main pore structure parameters and sedimentary microfacies of the Huangliu Formation samples in DF area,Yinggehai Basin
图6 黄流组储层物性与平均喉道半径、主流喉道半径、最大连通喉道半径的关系Fig.6 The relationship between reservoir property and average throat radius,main throat radius,largest throat radius
图7 莺歌海盆地东方区黄流组储层物性与喉道分选系数的关系Fig.7 The relationship between reservoir property and throat sorting coefficient in DF area,Yinggehai Basin
5 结论
(1)莺歌海盆地中央底辟带东方区黄流组储层以中孔、中低渗为主,但各地区储层物性差异较大。
(2)储层孔喉分布具有较强的非均质性,储层孔隙半径分布相对集中,喉道半径及“孔喉比”分布差异大。渗透性较差的储层,喉道半径分布区间窄,小喉道所占比例高,储层“孔喉比”分布范围宽,“孔喉比”较大。而渗透性好的储层,其喉道半径分布区间很宽缓,大喉道所占比例较高,储层“孔喉比”分布范围窄,“孔喉比”较小。
(3)受沉积作用的控制,莺歌海盆地东方区高温高压带储层平均喉道半径小,所以储层渗透率较低。
References)
1 张伙兰,裴健翔,谢金有,等.莺歌海盆地东方区黄流组一段超压储层孔隙结构特征[J].中国海上油气,2014,26(1):30-38.[Zhang Huolan,Pei Jianxiang,Xie Jinyou,et al.Pore structure characteristics of Member 1 overpressured reservoir in Huangliu Formation,Dongfang area,Yinggehai Basin[J].China Offshore Oil and Gas,2014,26(1):30-38.]
2 魏国齐,李剑,张水昌,等.中国天然气基础地质理论问题研究新进展[J].天然气工业,2012,32(3):6-14.[Wei Guoqi,Li Jian,Zhang Shuichang,et al.New progress in the studies on basic geological theories of natural gas in China[J].Natural Gas Industry,2012,32(3):6-14.]
3 惠健,刘建仪,李颖川,等.异常高温凝析气藏产水规律综合研究[J].天然气工业,2004,24(7):89-91.[Hui Jian,Liu Jianyi,Li Yingchuan,et al.Integrated study on water-producing law of condensate reservoirs with anomaly high temperature[J].Natural Gas Industry,2004,24(7):89-91.]
4 郭绪强,阎炜,陈爽,等.特高压力下天然气压缩因子模型应用评价[J].石油大学学报:自然科学版,2000,24(6):36-38.[Guo Xuqiang,Yan Wei,Chen Shuang,et al.Comparison of methods for calculating compressibility factor of natural gas at elevated high pressure[J].Journal of the University of Petroleum,China:Edition of Natural Science,2000,24(6):36-38.]
5 刘志斌,刘道杰,田中敬,等.高温高压凝析气藏物质平衡方程的建立——考虑气藏气相水蒸气含量及岩石颗粒的弹性膨胀作用[J].天然气工业,2011,31(7):37-39.[Liu Zhibin,Liu Daojie,Tian Zhongjing,et al.Establishment of material balance equation of HPHT gas condensate reservoirs:Taking into account the water vapor content of gas phase and the elastic expansion of rock particles[J].Natural Gas Industry,2011,31(7):37-39.]
6 裴健翔,于俊峰,王立峰,等.莺歌海盆地中深层天然气勘探的关键问题及对策[J].石油学报,2011,32(4):573-578.[Pei Jianxiang,Yu Junfeng,Wang Lifeng,et al.Key challenges and strategies for the success of natural gas exploration in mid-deep strata of the Yinggehai Basin[J].Acta Petrolei Sinica,2011,32(4):573-578.]
7 陈善勇,李军,孙兵,等.歧北深层高温高压条件下烃源岩特殊的成烃演化规律[J].石油勘探与开发,2003,30(1):38-40.[Chen Shanyong,Li Jun,Sun Bing,et al.Special hydrocarbon-generation evolution of source rocks under deep,high temperature and pressure in northern Qikou area[J].Petroleum Exploration and Development,2003,30(1):38-40.]
8 刘震,贺维英,韩军,等.准噶尔盆地东部地温—地压系统与油气运聚成藏的关系[J].石油大学学报:自然科学版,2000,24(4):15-20.[Liu Zhen,He Weiying,Han Jun,et al.Relation of geotemperature-formation pressure systems with migration and accumulation of petroleum in the east of Junggar Basin[J].Journal of The University of Petroleum,China,2000,24(4):15-20.]
9 张伙兰,裴健翔,张迎朝,等.莺歌海盆地东方区中深层黄流组超压储集层特征[J].石油勘探与开发,2013,40(3):284-293.[Zhang Huolan,Pei Jianxiang,Zhang Yingzhao,et al.Overpressure reservoirs in the mid-deep Huangliu Formation of the Dongfang area,Yinggehai Basin,South China Sea[J].Petroleum Exploration and Development,2013,40(3):284-293.]
10 王英超,刘平,李国良,等.莺歌海盆地东方1-1气田地层水特征及其与油气保存的关系[J].天然气勘探与开发,2010,33(2):19-22.[Wang Yingchao,Liu Ping,Li Guoliang,et al.Formation water characteristics and its relationship with hydrocarbon preservation,DF1-1 gas field in Yinggehai Basin[J].Natural Gas Exploration and Development,2010,33(2):19-22.]
11 龚再升,李思田.南海北部大陆边缘盆地分布与油气聚集[M].北京:科学出版社,1997.[Gong Zaisheng,Li Sitian.Distribution and Petroleum Accumulation of Continental Margin Basins of Northern South China Sea[M].Beijing:Science Press,1997.]
12 郝芳,董伟良,邹华耀,等.莺歌海盆地汇聚型超压流体流动及天然气晚期快速成藏[J].石油学报,2003,24(6):7-12.[Hao Fang,Dong Weiliang,Zou Huayao,et al.Overpressure fluid flow and rapid accumulation of natural gas in Yinggehai Basin[J].Acta Petrolei Sinica,2003,24(6):7-12.]
13 Lei Chao,Ren Jianye,Clift P D,et al.The structure and formation of diapirs in the Yinggehai-Song Hong Basin,South China Sea[J].Marine and Petroleum Geology,2011,28(5):980-991.
14 张伙兰,谢金有,刘亿,等.莺歌海盆地XF区黄流组砂岩储集性能差异的控制因素及其地质意义[J].天然气工业,2014,34(5):43-48.[Zhang Huolan,Xie Jinyou,Liu Yi,et al.Controlling factors of storage capacity differences of Huangliu Formation sandstone in XF area of the Yinggehai Basin and their geologic significance[J].Natural Gas Industry,2014,34(5):43-48.]
15 谢玉洪,张迎朝,李绪深,等.莺歌海盆地高温超压气藏控藏要素与成藏模式[J].石油学报,2012,33(4):601-609.[Xie Yuhong,Zhang Yingzhao,Li Xushen,et al.Main controlling factors and formation models of natural gas reservoirs with high-temperature and overpressure in Yinggehai Basin[J].Acta Petrolei Sinica,2012,33(4):601-609.]
16 谢玉洪,范彩伟.莺歌海盆地东方区黄流组储层成因新认识[J].中国海上油气,2010,22(6):355-359,386.[Xie Yuhong,Fan Cai-wei.Some new knowledge about the origin of Huangliu Formation reservoirs in Dongfang area,Yinggehai Basin[J].China Offshore Oil and Gas,2010,22(6):355-359,386.]
17 Wardlaw N C,Taylor R P.Mercury capillary pressure curves and the interpretation of pore structure and capillary behavior in reservoir rocks[J].Bulletin of Canadian Petroleum Geology,1976,24(2):225-262.
18 Pittman E D.Relationship of porosity and permeability to various parameters derived from mercury injection:Capillary pressure curves for sandstone[J].AAPG Bulletin,1992,76(2):191-198.
19 Sun W,Tang G Q.Visual study of water injection in low permeable sandstone[J].Journal of Canadian Petroleum Technology,2006,45(11):21-26.
20 吴小斌,侯加根,孙卫.特低渗砂岩储层微观结构及孔隙演化定量分析[J].中南大学学报:自然科学版,2011,42(11):3438-3446.[Wu Xiaobin,Hou Jiagen,Sun Wei.Microstructure characteristics and quantitative analysis on porosity evolution of ultra-low sandstone reservoir[J].Journal of Central South University:Science and Technology,2011,42(11):3438-3446.]
21 张新涛,刘立,魏文艳.海拉尔盆地贝尔凹陷铜钵庙组成岩作用及其对孔隙演化的影响[J].吉林大学学报:地球科学版,2008,38(1):34-42.[Zhang Xintao,Liu Li,Wei Wenyan.Diagenesis and its influence to porosity evolution of Tongbomiao Formation in Beier sag,Hailaer Basin[J].Journal of Jilin University:Earth Science E-dition,2008,38(1):34-42.]
22 郭建华,朱锐,周小康.塔河地区西南缘东河砂岩的成岩作用与孔隙演化[J].中南大学学报:自然科学版,2006,37(3):572-578.[Guo Jianhua,Zhu Rui,Zhou Xiaokang.Diagenesis and porosity evolution of Donghe sandstone in southwest of Tahe area[J].Journal of Central South University:Science and Technology,2006,37(3):572-578.]
23 伍小玉,罗明高,聂振荣,等.恒速压汞技术在储层孔隙结构特征研究中的应用——以克拉玛依油田七中区及七东区克下组油藏为例[J].天然气勘探与开发,2012,35(3):20-30.[Wu Xiaoyu,Luo Minggao,Nie Zhenrong,et al.Application of constant-velocity mercury-injection technology to studying porous structure of reservoir:An example from Kexia Formation in 7 middle and east areas of Karamay Oilfield[J].Natural Gas Exploration & Development,2012,35(3):20-30.]
24 于俊波,郭殿军,王新强.基于恒速压汞技术的低渗透储层物性特征[J].大庆石油学院学报,2006,30(2):22-25.[Yu Junbo,Guo Dianjun,Wang Xinqiang.Study of microscopic behaviors of low permeable reservior through constant velocity mercury injection technique[J].Journal of Daqing Petroleum Institute,2006,30(2):22-25.]
25 林玉保,张江,刘先贵,等.喇嘛甸油田高含水后期储集层孔隙结构特征[J].石油勘探与开发,2008,35(2):215-219.[Lin Yubao,Zhang Jiang,Liu Xiangui,et al.Pore structure features of reservoirs at late high water-cut stage,Lamadian oilfield,Daqing[J].Petroleum Exploration and Development,2008,35(2):215-219.]
26 杨正明,张英芝,郝明强,等.低渗透油田储层综合评价方法[J].石油学报,2006,27(2):64-67.[Yang Zhengming,Zhang Yingzhi,Hao Mingqiang,et al.Comprehensive evaluation of reservoir in low-permeability oilfields[J].Acta Petrolei Sinica,2006,27(2):64-67.]