渤海海域蓬莱油田低阻油层成因模式研究

林国松，康 凯，郭富欣，刘彦成，王永慧

(1.中海石油(中国)有限公司天津分公司,天津 300452；2.中海油研究总院,北京 100028)

0 引 言

近年来，随着石油勘探开发技术的不断进步，低阻油层在新区勘探以及老区复查增储中有了越来越多的新发现。作为一种非常规资源，因其潜力巨大，已引起了广泛关注。低阻油层微观成因机理多样，每一种类型的低阻油层都有其独特的地质成因模式[1-2]。目前，国内外对低阻油层的相关研究更偏重于微观成因机理以及测井识别方面[3-14]，对控制低阻油层形成的宏观地质成因模式研究相对较少。而宏观地质成因模式对指导寻找低阻油层有利区带具有非常重要的意义。因此，以渤海地区蓬莱油田l62低阻油层为例，以微观成因机理研究为基础，宏观地质控制因素耦合，总结了宏观成因模式，该模式在蓬莱油田新区块低阻油层的发现以及老区低阻油层摸排中均发挥了重要的作用。

1 研究区概况

蓬莱油田位于渤南地区低凸起东部，是新近系陆相多套河流相砂岩油藏，主要含油层段为馆陶组与明下段，自下而上共分为12个油层组。其中，馆陶组早中期(l12—l6油层组)主控物源为胶辽隆起，沉积体系为近源辫状河沉积；馆陶组中晚期(l6—l5油层组)至明下段时期(l4—l1油层组)主控物源转变为辽东隆起，沉积体系为远源曲流河沉积。物源转换时期为l6油层组早期[15]。l6油层组内发育3个小层，其中l62小层厚度大、储量规模大，为主力小层。l62平均电阻率约为6 Ω·m，电阻率指数为1.7，为低阻油层。

2 l62低阻油层微观成因机理分析

形成低阻油层的控制因素有很多，如储层粒度、构造幅度、成岩作用、黏土矿物等。单一因素或多因素复合影响可形成不同类型的低阻油层。

2.1 储层特征对低阻油层的影响

蓬莱油田为河流相沉积，砂体的粒度受沉积微相的影响较大。总体上，薄层砂体指示泛滥平原、溢岸沉积或河道边缘沉积等微相，粒度较细；厚层砂体指示心滩、边滩、河道滞留沉积等微相，粒度较粗。因此，为了增强可对比性，选取砂体厚度较大的主力小层的粒度进行对比。统计激光粒度实验数据，对比各主力小层的粒度，平均粒度为0.26 mm，最大值为0.43 mm，l62小层粒度较细，仅为0.14 mm，低于平均值。统计X衍射实验数据，将各油层组储层的泥质含量进行对比。各油层组储层的泥质含量差别较小，平均含量为6.0%，最小值为5.0%，l6油层组泥质含量最高，为8.5%。结果显示，l6油层组储层泥质含量为8.5%，明显高于其他油层组(图1)。

由于储层粒度细、泥质含量较高，导致储层中束缚水含量升高，进而导致储层电阻率降低。利用岩心岩电实验对储层束缚水饱和度进行了测试。实验结果显示，各主力小层平均束缚水饱和度为16.90%，l30小层束缚水饱和度最低，为9.50%，l62小层束缚水饱和度最高，为30.10%(表1)。因此，由于储层粒度细、泥质含量高，l62小层具有较高的束缚水饱和度，是其形成低阻油层的重要原因之一。

图1 蓬莱油田新近纪古气候、古物源、储层特征演化对比

表1 各小层束缚水饱和度对比

2.2 黏土矿物对低阻油层的影响

黏土矿物对低阻油层的影响主要体现在以下2个方面：①黏土矿物自身具有阳离子交换能力，会增强储层的导电性，其中，蒙脱石的阳离子交换能力最强；②蒙脱石、伊利石、伊蒙混层等会在矿物颗粒表面形成薄膜状、丝片状、搭桥状结构，增强储层的导电性(图2)。

图2 l62小层黏土矿物特征

通过对X衍射实验数据进行统计，将各油层组储层的黏土矿物含量、蒙脱石含量进行对比。对比结果显示，各油层组储层中的蒙脱石含量差别较大，平均含量为1.26%，最低为0.54%。其中，馆陶组各油层组蒙脱石平均含量为1.47%，明化镇组平均含量为0.69%。馆陶组各油层组蒙脱石含量有2个峰值，分别为l6、l9油层组，其中l6油层组含量最高，为3.32%(图1)。同时，l6油层组储层中的黏土矿物含量最高，增强了黏土矿物的附加导电能力。

通过阳离子交换实验对储层的阳离子交换能力进行了测试。实验结果可知，各主力小层平均阳离子交换量为0.07 mmol/g，l50小层交换量最低，为0.04 mmol/g ，l62小层的阳离子交换量最高，为0.12 mmol/g(表2)。阳离子交换量越高，则代表了阳离子交换能力越强。因此，由于蒙脱石含量高，l62小层的阳离子交换能力最强，是导致其形成低阻油层的另一重要原因。

综上研究可知，储层粒度细、泥质含量高，导致束缚水形成导电网络，增强导电性；黏土矿物含量高、蒙脱石含量高导致储层具有较强的附加导电能力。因此，l62低阻油层属于高束缚水-黏土附加导电复合成因低阻油层。

表2 各小层阳离子交换能力对比

3 古气候、古物源特征及其耦合对低阻储层的控制

3.1 古气候、古物源特征

孢粉及藻类等古生物分析化验数据对古气候具有重要的指示作用。孢粉中的喜热分子指示了炎热气候，喜热分子越多，气候越炎热；相反，松科孢粉属于喜凉分子，松科孢粉含量越多，气候越寒冷。湖相藻类与滨岸沼泽类共同指示了古水体环境，间接指示了古气候的湿润程度：当滨岸沼泽类明显多于湖相藻类，指示了水体较浅，为干旱气候条件下的滨岸沼泽沉积环境；当湖相藻类大量发育，则指示了水体相对较深，为潮湿气候条件下湖相沉积环境。

通过对P1井的孢粉、藻类等古生物化石资料进行研究，恢复了馆陶组以及明化镇组时期古气候。结果显示，馆陶组早中期气候整体相对干冷，l6、l9油层组是干冷气候的2个极点，其中l6油层组为最干冷时期，与井壁取心资料认识一致。l5油层组之后，温度以及湿度迅速提升，至明下段时期，温湿气候达到了新近系的极点。明下段晚期，气候又迅速向干冷气候转变(图1)。

该文利用三维地震、岩石薄片、重矿物等资料，综合运用古地貌分析法、母岩示踪法、ZTR指数法对蓬莱油田馆陶组的主控物源方向进行分析；运用岩屑类型演化法、岩石结构成熟度演化法、地震属性分析法对物源的演化规律进行分析，进而分析了主控物源的演化对沉积体系的影响。馆陶组至明化镇组时期，蓬莱油田的主控物源方向也发生转变。研究认为，馆陶组早期至l7油层组沉积时期，蓬莱油田的主控物源为东部胶辽隆起，其母岩岩性以变质石英岩为主，沉积体系为近源辫状河沉积。l6油层组沉积时期，油田的物源发生转变，由胶辽隆起演变为辽东隆起，母岩岩性变为以中酸性喷出岩、花岗岩为主，沉积类型由近源的辫状河演变为远源的曲流河。l5油层组至明化镇组时期，主控物源均为辽东隆起，沉积类型为远源的曲流河沉积[15]。

3.2 古气候、古物源耦合对水动力的影响

古气候与古物源耦合共同控制了古水动力条件。古气候的湿度可以反映出降水量以及河流规模的大小，进一步影响了水动力的强弱。古物源的远近对水动力也有较大的影响：近源沉积时，地势较陡，搬运通道坡降较大，搬运距离近，水动力强；远源沉积时，地势平缓，搬运通道坡降较小，搬运距离远，水动力弱。

选取3个典型油层组——l9、l6、l4，分别代表了近物源-干冷气候、远物源-干冷气候、远物源-湿热气候的物源-气候条件，分析古气候与古物源耦合对水动力的影响。

l9油层组沉积时期，气候相对干冷，降水量少，物源为近源。由于受干冷的古气候的影响，该时期水动力相对较弱，沉积碎屑物卸载速度较快，分选差。因此，l9油层组储层粒度较细，泥质含量高，泥质含量仅次于l6油层组(图1)。l6油层组沉积时期，气候最为干冷，同时该时期的古物源由近源转变为远源，河流规模较小，弱水动力条件，导致l62小层粒度细，泥质含量最高(图1)。l4油层组沉积时期，气候湿热，雨水充沛，物源为远物源，河流规模大，水动力较强。此时，河流曲流化特征增强，搬运距离增大，与l6油层组相比，其储层粒度较细，泥质含量较低(图1)。

3.3 古气候、古物源耦合对蒙脱石生成的影响

控制黏土矿物形成的因素有很多，其中最重要的是古气候，其次是母岩岩性。在干冷的气候条件下，风化作用相对较弱，有利于蒙脱石Na+、Ca2+的保存，进而有利于蒙脱石、伊蒙混层类黏土矿物的形成和保存。另外，大量研究表明，中酸性火山物质很容易风化成蒙脱石[16-27]。

通过对比古气候曲线与各油层组储层蒙脱石含量发现，二者之间具有较好的相关性。与其他油层组储层蒙脱石含量相比，古气候最干冷的l6、l9油层组，蒙脱石含量达到2个峰值。虽然l6、l9油层组气候相近，但由于物源区母岩岩性的转变，l6油层组蒙脱石含量较高。l9油层组沉积时期，物源为胶辽隆起，母岩岩性为变质石英岩(图3a、b)。而l6油层组沉积时期，物源转变为辽东隆起，母岩岩性也转变为中酸性喷出岩、花岗岩(图3c)。就母岩岩性而言，l6油层组比l9油层组更容易形成蒙脱石。因此，在古气候与古物源的耦合作用下，l6油层组最有利于形成蒙脱石。

图3 P3井薄片岩屑

3.4 低阻油层成因模式

l62小层是蓬莱油田15个主力小层中唯一的低阻油层，其特殊性以及唯一性是古物源演化与古气候演化耦合作用的结果(图4)。

干冷的古气候为l62小层提供了较弱的水动力条件，同时，风化淋虑作用减弱，为蒙脱石的形成与保存提供了有利的条件；l6油层组时期物源的转化增加了碎屑物质的搬运距离，同时发生改变的还有母岩岩性。干冷气候的弱水动力与搬运距离的增大耦合，进一步减弱了水动力，致使沉积物粒度细、泥质含量高，最终导致储层中具有较高含量的束缚水；干冷气候的弱风化淋虑作用与中酸性火山岩的母岩岩性耦合，为蒙脱石的形成与保存提供了绝佳的条件，导致l62储层中具有高含量的蒙脱石，最终导致储层具有很强的黏土附加导电能力，降低了电阻率。高束缚水、强黏土附加导电耦合，共同控制形成了l62小层的低阻特征。

图4l62低阻油层地质成因模式

纵观蓬莱油田馆陶组至明下段各时期的物源、气候特征，l62小层的母岩岩性、搬运距离、干冷气候恰到好处的耦合，成就了这个唯一适合低阻油层形成的特殊环境，这也是纵向15个主力小层中唯有l62小层具有低阻特征的原因。

4 实例应用

2017年底，在蓬莱油田某新区块新钻2口开发井——PF8、PF23井。2口井l62小层储层底部电阻率均较低。由于没有中子密度测井数据，仅依靠GR以及电阻率曲线进行测井解释，最初将l62小层底部砂体解释为水层。而按照低阻油层地质成因模式，认为l62低阻油层的主控因素为古气候与古物源，二者在全油田是统一的，且这2个储层的电阻率为6～7 Ω·m，与其他区块的低阻油层电阻率基本一致，因此，将这个砂体判断为低阻油层。为验证该认识的可靠性，对这2口井进行了C/O测井，测试结果显示该砂体C/O较高，为油层,不含水。验证了该低阻储层为油层。

在馆陶组早期，辽东隆起物源区已经控制了蓬莱油田上游区域的沉积，因此，该区域已经具备了远物源以及母岩岩性为中酸性火山岩的条件。参考l62低阻油层的成因模式，在馆陶组,2个干冷气候极值期(l9、l6油层组时期)，在该区域具有较大的形成低阻油层的潜力。该研究方法，对于指导蓬莱油田东北方向渤东凹陷，寻找馆陶组低阻油层具有重要的指导意义。

5 结 论

(1) 储层粒度细、泥质含量高增大了储层束缚水饱和度，蒙脱石含量高增强了储层的阳离子交换能力，二者共同影响形成了l62油层低电阻率特征。因此,蓬莱油田l62低阻油层属于黏土附加导电-高束缚水高束缚水-黏土附加导电复合成因低阻油层。

(2)l62低阻油层是古气候、古物源2个主控因素耦合作用的结果，其储层特殊性以及唯一性表明必须在2个主控因素同时有利的情况下才能形成低阻油层，缺一不可。

(3) 影响蒙脱石发育的主要因素为气候与母岩岩性。对比l5油层组与l9油层组蒙脱石含量，认为气候是控制蒙脱石生成的最重要的因素，母岩岩性次之。

(4) 根据l62低阻油层宏观地质成因模式，认为在馆陶组l9、l6油层组时期，渤东地区具有较大的形成低阻油层的潜力。