南堡油田古生界潜山油气藏成藏条件分析

2016-12-20张敬艺齐立新

特种油气藏 2016年2期

关键词：南堡古生界储集

张敬艺，郭颖，卿颖，齐立新，于莹

(中国石油冀东油田分公司，河北唐山 063004)

南堡油田古生界潜山油气藏成藏条件分析

张敬艺，郭颖，卿颖，齐立新，于莹

(中国石油冀东油田分公司，河北唐山 063004)

通过对寒武—奥陶系野外岩石露头的实地观测与调研，结合岩心偏光薄片鉴定、铸体薄片鉴定、化学全分析、物性分析、扫描电镜、X衍射等资料分析，对南堡油田古生界潜山的油气成藏特点与油气富集规律进行分析，并探讨影响油气成藏的主控因素。研究结果表明：南堡油田潜山储层主要岩石类型为石灰岩和白云岩，主要储集类型为孔隙、裂缝及溶蚀孔，碳酸盐岩基质孔隙度低，晚期未充填的构造缝对油气聚集有利，油气沿断层和不整合面联合运移；有效烃源岩是成藏的基础，良好的成藏要素配置是关键，供烃窗口控制油气成藏，优质储层决定富集高产，构造高部位为油气聚集区。针对南堡油田古生界潜山的源、储关系，结合控藏因素，构建了油气成藏模式，指导有利圈闭落实和井位部署，对下步深化勘探具有指导意义。

古生界；潜山油气藏；碳酸盐岩；成藏条件；南堡油田

0 引言

古潜山是被新生代沉积地层所覆盖的特殊地质体，其形成可反映出基底的抬升与沉降、不整合面的风化剥蚀、残留盆地的形成等[1-3]。渤海湾盆地的冀中、辽河、济阳、黄骅等坳陷已发现了数十个潜山油气田[4-7]，展示了潜山油气藏勘探的广阔前景。南堡凹陷位于渤海湾盆地黄骅坳陷北部，总面积为1 932 km2，是在华北地台基底上，经中、新生代构造运动发育起来的一个北断南超的箕状富油气凹陷。近年来，随着南堡油田油气勘探开发工作不断深入，碳酸盐岩潜山油气藏逐步成为重要勘探领域。南堡凹陷1、2、3、5号构造带上发育有奥陶系和寒武系的碳酸盐岩潜山，南堡油田钻遇潜山地层的探井共17口，其中10口井获日产百吨高产工业油流，南堡2号构造潜山已进入开发阶段，预示南堡油田碳酸盐岩潜山具有良好的勘探前景。该文对南堡油田古生界潜山油气成藏条件进行综合分析，以求寻找新的勘探领域。

1 油源条件

烃源岩研究结果表明，南堡油田发育多套烃源岩[8]：下古生界海相碳酸盐岩、上古生界海陆交互煤系地层、中生界陆源碎屑煤系地层和暗色泥岩以及新生界古近系(沙三段、沙一段、东三段)湖相泥岩。不论是古近系油气藏还是古潜山油气藏，其丰富的油气资源主要来自古近系优质、成熟的烃源岩，中生界和古生界烃源岩生成的油气资源有限，难以形成较大规模的油气富集。油源对比结果显示[9-10]：南堡油田潜山的油源来自于凹陷内古近系沙三段生油岩层，该套烃源岩分布广、厚度大，有机质类型为腐泥腐殖型(Ⅱ2)—腐泥型(Ⅱ1)，有机质丰度高，平均为4%左右，部分高达8%，生烃潜量大于20 mg/g，Tmax一般在440 ℃以上，是一套成熟、优质的烃源岩[11]，为南堡凹陷潜山油气聚集提供了资源基础。

2 油气储集条件

2.1 储层岩石类型

通过大量野外露头观测、岩心观察及10余口井的薄片鉴定分析，明确研究区奥陶系碳酸盐岩主要岩石类型为石灰岩类、白云岩类以及过渡岩类，包括砾屑灰岩、砂屑灰岩、生物碎屑灰岩、鲕状灰岩、泥晶灰岩、云质泥晶灰岩、粉晶灰岩、泥灰岩、泥质条带灰岩、凝块石灰岩、泥晶白云岩、灰质粉晶白云岩、含灰粉晶白云岩、粉晶白云岩以及角砾岩等多种岩石类型。

2.2 储集空间类型

国内外潜山油藏的勘探经验表明，储层研究是潜山油藏研究的重点[12-13]。南堡油田寒武—奥陶系碳酸盐岩储层经历了多期成岩演化阶段，根据野外露头、岩心以及薄片鉴定结果，结合测井资料，按照储集空间的形态特征及成因类型划分，研究区主要发育基质孔隙、溶蚀孔洞和裂缝3种储集空间类型，储集空间以溶蚀孔洞和裂缝为主(图1)。

南堡滩海地区主要发育奥陶系潜山和寒武系潜山。其中，奥陶系潜山储集空间主要包括基质孔隙、溶蚀孔洞和裂缝3种储集空间类型，以溶蚀孔洞和裂缝为主。基质孔隙一般小于2 mm，包括原生粒间孔、粒间溶孔、粒内溶孔、晶间孔、晶间溶孔、晶内孔等；溶蚀孔洞一般大于2 mm；裂缝包括构造缝、压溶缝(缝合线)等。寒武系储集岩类主要由石灰岩和白云岩及其过渡类型组成，储集层为多孔介质，其储集空间具有如下3种特征：①储集空间往往是复合型，孔隙、裂缝、溶孔(洞)同时存在；②裂缝起到储集和贯穿孔隙、溶孔(洞)的作用；③储集空间的结构形态较为复杂，具有空间展布不连续的特征。受各种地质作用的控制，这3种储集空间在碳酸盐岩中发育的程度会有差异。

图1 南堡凹陷古生界碳酸盐岩潜山储层类型

2.3 储层物性特征分析

岩石物性分析结果表明，南堡油田奥陶系风化壳储层孔隙度主要为1.4%～4.0%，渗透率为0.1×10-3～66.4×10-3μm2；寒武系内幕储层孔隙度为5.5%～8.3%，渗透率为2.7×10-3～29.7×10-3μm2，属于低孔、中低渗或低孔、低渗型储层。南堡油田潜山储层发育，储层非均质性强，储集空间以裂缝和溶蚀孔洞为主，岩心、岩石薄片、成像测井资料以及钻井过程泥浆漏失和钻具放空现象均表明南堡油田潜山储层类型主要为裂缝孔洞型。

3 油气运移条件

3.1 油气运移通道

油源对比分析结果表明，南堡油田滩海地区的油气主要来自于林雀次洼古近系的油源，油气通过断层和不整合面及孔缝洞储集体进行疏导。

3.1.1 不整合面

南堡油田古生界地层由于长期遭受抬升、风化、淋滤、剥蚀，形成厚度较大、分布较广，与上覆古近系地层呈角度不整合接触的不整合面，在风化、剥蚀及地表水淋滤作用影响下，不整合面以下易于形成大量溶蚀裂缝及溶孔，从而形成油气在平面上的输导通道，能够使油气在横向上运移至较远的储集层中成藏，是沟通潜山与烃源岩之间的主要油气运移通道。

3.1.2 断裂

断裂在南堡油田奥陶系古潜山油气成藏过程中起到至关重要的作用，其不仅控制圈闭的形成、裂缝带的发育，更是油气垂向输导的主要通道。不同级别的断裂在油气输导过程中的作用不同，控制古潜山的大型正断层直接沟通下降盘油源，当断裂断距大于潜山顶面至烃源岩层的距离时，大段的生油岩将与古潜山储集体呈侧向对接状态，断层成为古潜山及其内幕油藏最主要的供油通道。另外与油气成藏期同时形成并活动的次一级断裂也是重要的油气输导通道，南堡1、2、5号潜山位于斜坡带，反向断层与同向断层都十分发育，构成了多种类型的潜山断块圈闭，这些断层在油气运移过程中起着重要的输导作用。

3.1.3 孔缝洞

不整合面和断层属于面状输导通道，孔渗性储集体则属于三维体的油气输导通道，在油气运移过程中起着十分重要的作用。古潜山储集体经历长期的风化、淋滤作用后，孔、缝、洞发育，构成孔—缝—洞相互连通的油气运聚场所。油气运移主要以裂缝和溶蚀孔洞作为通道，其中，构造缝、溶蚀缝以及压溶缝等裂缝系统起到非常重要的作用，岩心观察、荧光薄片、包裹体薄片等资料均证实了其作为油气输导通道的有效性。

不整合面、断裂、储集体3种油气输导通道在空间配置上构成了南堡古潜山油气成藏复杂的三维输导体系网络，这一输导网络在潜山油气聚集成藏过程中起到了重要作用，是油气运聚的重要通道。

3.2 油气运移模式

对南堡油田潜山油气成藏条件、构造特征以及生、储、盖时空组合关系的研究表明，南堡油田潜山主要发育奥陶系风化壳油藏及寒武系内幕油藏，其油气运移的主要模式为断层和不整合面的联合运移成藏模式，形成新生古储型油气藏(图2)。

图2 南堡油田古生界潜山油气成藏模式

由于南堡油田潜山顶面与古近系生油岩直接接触面积大，控山断层下降盘古近系生油岩与上升盘古生界地层大面积对接，油气通过断层面垂向运移和沿不整合面侧向运移进入潜山储集层，油气在储层内部通过孔缝洞联合储集体向潜山的高部位运移，在合适的圈闭条件下聚集成藏。

4 油气成藏主控因素分析

4.1 有效烃源岩是基础

渤海湾盆地古潜山勘探实践表明，古近系陆相断陷发育沙三段、沙一段等多套优质有效烃源岩，为古潜山油气藏提供了丰富油气资源。近年来的勘探证实，古潜山油气藏均围绕陆相生烃中心近源分布，而远离生烃中心的古潜山圈闭含油性较差。

4.2 供烃窗口控制油气成藏

通过大量的油源对比分析证实，南堡油田古生界潜山原油来源于古近系沙河街组沙三段烃源岩，通过多口井流体包裹体均一温度分析，证实了南堡油田潜山存在明化镇早期和晚期2期充注，沙三段有效烃源岩与潜山圈闭只有通过断层或者不整合面实现对接，烃源岩生成的油气才能运移至潜山圈闭中聚集成藏，否则早期形成的潜山圈闭无法捕获晚期生成的油气，因此，供烃窗口是油气成藏的基础。

4.3 优质储层决定油气富集高产

由于南堡凹陷碳酸盐岩储集层具有较强的非均质性，其孔隙度、渗透率较低，很难形成有效的储集空间，只有裂缝和溶蚀孔洞发育的部位才能形成有效储集空间，因此，岩溶缝洞型储层发育程度及分布范围控制着该区的油气分布和富集。南堡凹陷碳酸盐岩潜山成藏条件优越，油源条件好，供烃窗口大，储集空间以裂缝和溶蚀孔洞为主，缝洞发育的地方，才能形成油气的运聚，优质储层的发育程度是制约油气成藏的关键，优质储层发育区往往就是油气富集高产区。

4.4 良好的成藏要素配置是关键

对于南堡油田古潜山而言，除了优质烃源岩、有效储层及供烃窗口等必备要素外，油气成藏还需要具有良好的储盖配置，储层之上的优质盖层保证了油气被封闭在潜山圈闭中，潜山圈闭在侧向上需要有断层或不整合面形成有效的封挡。

5 下步勘探方向

南堡油田潜山圈闭类型多，目前潜山构造高部位勘探程度相对较高，奥陶系地层型风化壳(残丘)和寒武系潜山内幕油藏勘探程度低，是下步深化勘探的方向。

5.1 奥陶系地层型风化壳油藏

南堡油田潜山早期勘探以古近系直接覆盖的构造高部位为重点，钻探取得较好的效果，随着地质认识的深化，进一步明确地层分布控制有效储层的发育，进而控制油气成藏，因此，地层型风化壳(残丘)成为南堡油田潜山勘探重点。

南堡1、2号潜山奥陶系地层广泛发育，受多期构造运动影响，奥陶系下马家沟组地层存在明显侵蚀和削蚀，地层圈闭发育。供烃窗口、优质储层和圈闭有效性共同控制地层型风化壳圈闭油气成藏。南堡油田奥陶系下马家沟组地层型风化壳(残丘)圈闭上覆古近系细粒沉积物形成了区域性盖层，下马家沟组底部发育的厚度约为70 m的泥灰岩可作为一套较好的底板层，圈闭封挡条件相对较好，因此，主要以供烃窗口大小和优质储层发育状况为重点将地层型风化壳圈闭划分为Ⅰ、Ⅱ 2类勘探目标(图3)：Ⅰ类目标供烃条件好，岩溶储层发育；Ⅱ类目标供烃条件较好，岩溶储层较发育或发育；Ⅰ类目标将是下步评价的重点领域。

图3 南堡油田奥陶系潜山综合评价

5.2 寒武系潜山内幕油藏

传统的潜山油气成藏理论认为潜山油藏主要为构造最高部位的风化壳油藏[14-15]，随着潜山勘探的不断推进，南堡油田寒武系内幕潜山勘探获得突破。2011年南堡3号潜山堡古2井在潜山内幕寒武系毛庄组获日产油为27.8 m3/d、日产气为17.9×104m3/d的高产油气流，拓展了南堡油田新的找油领域。

南堡油田各潜山构造带均发育潜山内幕圈闭，沉积相研究表明，寒武系毛庄组为碎屑陆表海沉积，周期性出现孤立的碳酸盐台地、碎屑陆表海层序，上部发育泥晶鲕粒和藻鲕粒泥粒—颗粒灰岩，易于溶蚀，形成有利储层，钻探已证实毛庄组发育一套优质储层，具有较高产能。大型潜山断层的下降盘发育大套第三系Es34+5烃源岩，与上升盘的潜山圈闭体形成良好的空间配置关系，而且断裂的发育为油气由“源”到“藏”运移提供了有效通道。上覆徐庄组发育一套厚层泥岩，是一套良好的区域隔层，圈闭封挡条件较好，根据储集物性及供烃窗口大小将潜山内幕圈闭划分为Ⅰ、Ⅱ 2类，其中Ⅰ类圈闭将是下步勘探的重点(图4)。