渤海大型潜山凝析气藏储层特征及影响因素

2021-03-08党胜国黄保纲李俊飞王大为

复杂油气藏 2021年4期

党胜国，黄保纲，李俊飞，王大为，廖辉

（中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津 300452）

渤海湾盆地是我国东部最重要的含油气盆地之一，油气资源丰富，近三四十年来在盆地基底新太古界变质岩潜山储层中发现了大量的潜山油气藏［1-2］。辽河坳陷西部凹陷发现的兴隆台潜山油田成为渤海湾盆地第一个变质岩潜山油田。随后在辽河坳陷西部凹陷的杜家台、胜利塘、齐家、欢喜岭和大民屯的东胜堡、静安堡、曹台等发现一批变质岩潜山油气藏。之后发现了渤海海域沙垒田凸起曹妃甸变质岩潜山油气田、辽东湾地区锦州25-1南变质岩潜山复合油气田、渤中凹陷西南部的渤中19-6 变质岩潜山凝析气藏［3］。本文以渤海海域近年来最大的潜山油气发现渤中19-6 大型潜山凝析气藏为例，依据钻井取心、测录井、化验分析、测试等资料，结合野外露头观察深入剖析新太古界潜山凝析气藏岩性特征、储集空间类型和主控因素，为渤海深层潜山油气藏的勘探开发提供技术支持。

1 地质概况

渤中19-6 新太古界潜山凝析气藏位于渤海西南部海域，气田范围内水深约21.7～25.3 m。构造上位于渤中凹陷西南部，是一个被渤中凹陷、沙南凹陷和黄河口凹陷等多个富烃凹陷所包围的基岩潜山，油气源条件充足，区域成藏位置优越。构造形态整体表现为被三条近南北向走滑断层和一系列近东西向断层所切割的具有背斜特征的复杂断块构造（图1）。气藏埋深3 856～5 444 m，气藏类型为块状凝析气藏，未钻遇气水界面，钻井揭示最长含气井段978 m。气藏温度梯度3.5℃/100 m，地层压力系数1.115～1.215，地露压差（地层压力和露点压力之差。地露压差越小，开采过程中凝析油越容易析出。）为1.32 MPa，气油比1 059 m3/m3，凝析油含量884 cm3/m3，CO2含量9.19%～16.27%，H2S 含量（0.009～0.037）g/m3，属低地露压差、特高含量油、低含CO2、微含H2S凝析气藏。

图1 渤中19-6新太古界顶面构造纲要

2 岩性特征

依据岩心、壁心描述和岩石薄片鉴定结果，研究区新太古界潜山岩性十分复杂，可分为三大类，分别为变质岩、岩浆岩和沉积岩。变质岩为潜山钻遇的主体岩性，主要包括区域变质岩片麻岩类、动力变质岩和混合岩；岩浆岩主要为晚期侵入体，以岩脉形式穿插发育在变质岩中，主要包括酸性花岗岩、中性闪长玢岩和基性辉绿岩；沉积岩主要包括发育在潜山顶部的一套砂砾岩和夹杂其间发育的少量火山碎屑岩凝灰岩。

2.1 片麻岩

片麻岩主要由石英、斜长石、钾长石、角闪石和少量片状矿物黑云母、白云母等组成，其中长石含量大于25%，长石+石英含量大于70%，云母、角闪石等矿物平行排列形成的面理，围绕一些变斑晶或大的粒状矿物晶体而弯曲，使形成的面理不平坦，呈鳞片粒状变晶结构或粒状变晶结构、片麻状构造或弱片麻状构造。根据斜长石比率和暗色矿物含量，研究区主要发育斜长片麻岩、二长片麻岩，二长片麻岩中斜长石比率介于35～65，云母含量一般为15%～30%（图2a）；斜长片麻岩中斜长石比率介于65～90，云母含量一般为15%～30%（图2b）。

图2 变质岩岩石类型

2.2 混合岩

混合岩指变质岩经过混合岩化作用与长英质物质复合在一起的岩石，主要由基体和脉体两部分以不同的比例混合构成，基体是指混合岩中变质岩的部分，而脉体指加入其中的花岗质或长英质部分，研究区主要发育混合岩化片麻岩、混合岩化变质花岗岩（图2c、2d）。混合岩化片麻岩石英含量约35%，长石含量约65%。粒径多大于0.7 mm，晶粒紧密镶嵌分布。岩石风化蚀变作用很强，长石基本都发生蚀变作用，局部仅剩少量残留未被风化。混合岩化变质花岗岩主要见石英、正长石和斜长石，见白云母，花岗变晶结构，石英约50%，正长石约24%，斜长石约25%，白云母1%。矿物晶粒极粗大，紧密镶嵌分布。

2.3 动力变质岩

动力变质岩是原有的各种岩石在应力作用下发生不同程度的破裂、粉碎或塑性变形及重结晶所形成的岩石，主要产出于断层带、剪切带，在野外常呈带状分布。研究区主要受走滑断裂及其派生断层控制，岩石以脆性变形为主，主要形成碎裂岩、碎斑岩和少量初糜棱岩，具有碎裂结构、碎斑结构（图2e、2f）。碎裂岩具碎裂结构，应力作用所形成的裂隙将岩石切割为不规则的碎块，位移一般不大，碎块间有时可大致互相拼接，主体颗粒粒径大于2 mm，碎块间充满碎基及次生的泥质、硅质或铁锰质等物质，含量一般小于50%。碎斑岩具碎斑结构，由破裂作用产生的碎粒、碎粉物质包围着残留碎斑，碎斑仍多于碎基，碎斑大都经位移、转动，但可在不同程度上保留原岩的性质和结构，主要颗粒粒径0.5～2.0 mm。

2.4 侵入岩

岩浆岩侵入体主要由地壳深处或上地幔中形成的高温熔融的岩浆侵入早期岩体中形成。研究区主要发育酸性侵入岩花岗斑岩、中性侵入岩闪长玢岩、基性侵入岩辉绿岩。

花岗斑岩为斑状结构，斑晶主要为石英、碱性长石和少量斜长石，碱性长石含量高于斜长石，暗色矿物黑云母、角闪石含量较少，基质为显微嵌晶晶质或隐晶质结构，主要发育在B井区（图3a）。

图3 侵入岩和砂砾岩岩石类型

闪长玢岩由基质和斑晶两部分组成，斑状结构，斑晶主要为宽板状自形—半自形中性斜长石，少量的石英颗粒和钾长石。基质细小，主要由自形—半自形板条状钾长石、斜长石组成，长石板条具半定向分布，板条间可见少量石英（图3b）。

辉绿岩是浅成基性侵入岩，暗绿或灰绿色，辉绿结构，常见块状构造和条带状构造，岩石主要由基性斜长石和辉石组成，少量角闪石。辉绿结构中斜长石和辉石颗粒大小相差不多，它形单个辉石颗粒充填于较自形的板条状斜长石晶体所构成的近三角形空隙中（图3c）。

2.5 砂砾岩

潜山顶部存在一套厚度不等的砂砾岩，主要由砾石、粗砂、填隙物和一些自生矿物组成，与下伏变质岩体直接接触（图3d、3e、3f）。砾石含量10%～90%，粗砂含量7%～85%，砾石成分为石英、斜长石、钾长石、火成岩岩块、变质岩岩块，火成岩岩块为花岗岩岩块，变质岩岩块为石英岩岩块。铁泥质的填隙物和铁白云石、黄铁矿、菱铁矿等自生矿物充填粒间孔隙，主要为近源短距离搬运及原地风化的产物。

3 储集空间类型

综合应用露头测量、岩心及壁心观察、薄片鉴定、扫描电镜、压汞分析、成像测井等资料，研究潜山宏观和微观储集空间类型和特征［4-5］。变质岩潜山储集空间类型十分复杂，主要的储集空间类型有宏观裂缝、微观裂缝、碎裂颗粒粒间孔、粒内溶孔、沿裂缝溶蚀孔隙等［6-9］。储集空间组合类型以裂缝-孔隙和孔隙-裂缝型为主，次为孔隙型和裂缝型，具有双重孔隙介质的特点。

3.1 野外露头观测

秦皇岛地区多个新太古界变质岩野外露头观测表明，经历多期构造运动，发育多组裂缝系统，且岩石长期暴露地表，经过强烈的风化淋滤作用，岩性疏松，断层及节理面的强烈风化，差异风化显著。鸽子窝公园鹰角亭附近露头垂向裂缝2.2 条/m，低角度裂缝1.0 条/m，沿裂缝局部发育不同大小的溶蚀孔洞，石英伟晶岩岩脉抗风化能力较强，常孤立裸露于海岸边（图4a）。

3.2 宏观裂缝特征

通过岩心、壁心和成像测井等资料分析表明，研究区宏观裂缝发育，切割关系和充填情况复杂，发育多期次裂缝系统，潜山上部由于叠加物理化学风化作用，断层破碎带等部位岩石破碎严重，形成网状裂缝系统，同时距离潜山顶部越近，充填程度越高。

岩心观察表明自上而下储层类型由裂缝-孔隙型向孔隙-裂缝型过渡，下部岩心充填程度低，其中第4 次岩心可见缝宽达5～6 mm 的特大型开启缝，局部可见沿裂缝两侧或多期裂缝交叉部位产生的溶蚀孔洞和扩溶缝，中高角度斜交缝占比76.7%（图4b）。壁心观察显示，单井壁心中发育裂缝的占比为33.3%～97.2%，有效缝缝宽为0.1～1.0 mm，缝长一般在0.3～2.5 cm（图4c）。

成像测井解释宏观裂缝以未充填、半充填的开启缝为主，统计结果分析表明，裂缝走向主要为近东西向和北东东向，次为北西西向和北西向，井点裂缝走向主要受井点附近断层走向控制，与断层走向相关性高。裂缝倾角主要以30°～80°中、高角度斜交缝为主，次为10°～30°的低角度斜交缝，小于10°的水平缝和大于80°的垂直缝最少，单井裂缝密度（1.2～4.3）条/m。

3.3 微观裂缝特征

岩石薄片观察和扫描电镜分析表明，在潜山上部、动力变质作用碎裂岩段、断层破碎带，裂缝十分发育，以网状裂缝为主（图4d）。潜山上部由于叠加风化淋溶作用，早期形成的裂缝后期一般发生溶蚀改造，沿裂缝壁有不规则的各类溶解缝。另外早期被方解石充填的裂缝，后期受到不同程度的溶蚀，也形成了部分沿裂缝的溶蚀孔隙。潜山内幕主要发育构造裂缝和岩石、矿物等沿解理形成的解理缝或晶体缝。有效裂缝的开度一般为1～100 μm，以微裂缝为主。

3.4 孔隙特征

潜山储层孔隙类型主要为颗粒粒间孔、溶蚀孔隙及部分晶间孔，原生孔隙不发育（图4e、4f）。

图4 储集空间类型

颗粒粒间孔包含碎屑颗粒粒间孔和碎裂颗粒粒间孔两种类型，前者主要发育在潜山半风化带顶部砂砾岩，后者主要发育在潜山半风化带和内幕动力变质作用强烈的地区，受构造应力影响，岩石破碎严重，发育碎裂颗粒粒间孔。

溶蚀孔隙也是本区一种主要的储集空间类型，包括粒内溶孔和填隙物溶孔，属于次生孔隙。易溶矿物斜长石和角闪石等或者粒间、裂缝中的碳酸盐类填隙物，在地表水或地下水沿着断裂或裂缝渗入过程中，使岩石产生蚀变，进而发生溶蚀，形成次生溶蚀孔隙［10］。

晶间孔指矿物晶体间的细小孔隙，常见的有长石晶间孔，长石与石英晶间孔，黑云母、角闪石与其他矿物变晶间孔，裂缝充填物晶间孔等［11］。

4 主控因素

新太古界潜山经历了多期次构造运动和长期的风化淋滤作用，形成了有利的潜山储集体，但由于不同的岩石类型和古地貌等差异，储层非均质性较强，优势储层主要受构造、古地貌、岩性等因素联合控制［12-16］。

4.1 构造运动

构造运动所形成的地应力是导致潜山储层形成的主导外因。渤中19-6 构造区发育3 组北北东-南南西走向的大型走滑断裂，隶属于渤海郯庐西支走滑断裂带，其形成与构造演化共同控制研究区潜山形成和储层发育程度。通过对断裂系统解剖和断层发育史分析，研究区经历了印支-燕山早期持续左行走滑挤压褶隆成山、燕山中期大规模左行走滑拉张差异隆升、新生代走滑-伸展复合改造与埋藏定型三大演化阶段。

中新生代多期强烈的走滑活动不仅控制渤中19-6构造区潜山的形成，同时还导致了潜山内幕多期次、多方向、多组系裂缝系统的大量发育。在中新生代构造演化过程厘定的基础上，通过裂缝方向、组系的特征分析，建立构造运动、地应力场与裂缝特征的对应关系，研究认为主要发育三期裂缝系统:①印支-燕山早期，持续的左行走滑挤压应力场下，形成的北西向低角度剪裂缝；②燕山中期，随着太平洋板块俯冲角度和速率的变化，研究区由压扭构造体制转入张扭构造体制，在左行走滑拉张应力场下，形成的东西向高角度裂缝；③喜玛拉雅构造期，在右行走滑和南北向伸展复合应力场下形成的北东向高角度剪裂缝和近东西向高角度张裂缝。其中，喜马拉雅构造期的走滑-伸展复合作用不仅生成新的裂缝，还导致了早期裂缝的活化改造。这些多层次、多期发育、不均匀分布的裂缝带，呈现出“藕断丝连”的空间展布特点。

4.2 古地貌

走滑断层活动控制了太古界潜山古地貌特征，包括地形起伏、地表水分布和物源补给区位置，它与古气候条件一起对太古界潜山储层具有一定控制作用。通过构造演化分析和古地貌恢复研究表明，研究区南部古地貌具有“早低晚高”的特点，北部具有“早高晚低”的特点（图5）。古近系东三段沉积期构造发生反转，南部构造抬升，北部由于一系列南掉正断层的活动，北部相对南部由构造高变为低，古近系东一二段沉积时期，构造继续反转抬升，沉积中心持续向北迁移，新近系馆陶组沉积期后，构造基本定型。北部相对于南部潜山地层持续暴露地表，更多遭受风化淋滤作用，易在潜山顶部形成优质的风化壳型储层。

图5 新太古界潜山古地貌

4.3 岩性

相对于构造因素，岩性是控制潜山储层发育程度的主导内因。在相同的构造应力作用条件下，脆性成分含量相对较高的岩石更容易发育裂缝。研究区潜山岩性以浅色二长片麻岩、斜长片麻岩和以其为原岩形成的碎裂片麻岩、碎裂岩，部分混合片麻岩和混合花岗岩，部分中性闪长玢岩侵入体，少量基性灰绿岩。主要造岩矿物有斜长石、钾长石、石英、黑云母、白云母、角闪石、辉石等，其中长石、石英属于浅色矿物，云母、角闪石、辉石属于暗色矿物，浅色矿物脆性较高，暗色矿物塑性较强。长石具有两组解理，易沿解理破裂形成解理缝，在地层水渗流作用下，晶体构造缝隙和原生的晶间缝发生溶蚀，形成较好的储集体。石英比较稳定，不易蚀变，但在应力作用下易发生破裂，形成构造缝。而短柱状或粒状习性的暗色矿物和片状云母则相对难于破裂，不易形成好的储集体。薄片观察统计表明变质岩长石+石英百分含量在20%～100%，平均为91%，云母和角闪石矿物百分含量主要分布在5%～15%，平均为9%，以脆性矿物含量较高的浅色岩石为主，在构造应力作用下有利于形成良好的储集体。

4.4 其他因素

4.4.1 风化淋滤作用

风化作用和构造应力形成了大量的孔隙和裂缝，有利于矿物质含量低的地表水沿裂缝向下渗透，发生淋滤作用，使易蚀变的矿物沿裂缝发育区产生蚀变和溶蚀，形成溶蚀扩大缝和溶蚀孔洞，从而改善潜山储层的储渗能力。在古地貌高部位，风化作用较低部位强烈，风化作用的产物在风、水流、重力等地质应力作用下发生滚动、搬运，向低部位低势能区运移堆积，对低部位的裂缝、溶蚀孔洞发生充填作用。

4.4.2 溶蚀与充填作用

溶蚀与充填作用是影响潜山储集层的重要因素。在早期孔、缝的溶蚀作用中，上覆地层的成岩流体或地表水进入沿早期形成的裂缝渗入地层，既能对一些矿物质进行溶解，又能进行交代反应。当地层水离子浓度小于被带物质的临界浓度时，溶解物被带走，溶解作用主要对储集空间起建设性作用。当离子浓度等于或大于被带走物质的临界浓度，溶液饱和，被带物在适宜环境下沉淀发生重结晶作用，溶蚀作用的结果为沉淀物充填早期形成的孔、缝，对早期的储集空间起破坏性作用。

岩浆热液沿断层或裂缝发育带侵入地层，也会堵塞先期形成的优质储集空间，同时也会与围岩发生不同程度的混合岩化，冷凝结晶过程中岩体收缩会发生碎裂化作用，改善储集空间。在漫长的地质历史中，裂缝经受多期充填、溶蚀、再充填和再溶蚀作用，分析表明硅、铁质等成分的充填往往形成无效裂缝，而泥、钙质成分充填物后期容易蚀变、再溶蚀从而形成半充填的复成分有效裂缝。