渤海海域渤中19-6基岩潜山储层孔隙微观特征及其发育控制因素

2022-08-13齐玉民

复杂油气藏 2022年2期

齐玉民

（中海油能源发展股份有限公司，天津 300452）

渤中19-6 为渤海海域近年来发现的千亿立方米深层天然气田［1-3］。钻探揭示渤中19-6发育两套深部储层，其中基岩潜山变质岩储层厚度大，横向分布范围广，全区稳定分布，为渤中19-6 主力储集层［4-5］。针对该基岩潜山的储层类型、控制因素及形成机制，已经开展了部分研究工作［5-9］，但由于储层岩性复杂，内部结构次生变化大，储层方面的研究认识还不够深入，尤其对储层孔隙微观结构特征的研究还比较缺乏，制约了基岩潜山有效储层评价开发。

本文结合岩心、薄片、物性等常规实验手段，利用微米CT 扫描、背散射扫描电镜二维成像（Maps）、全岩矿物定量分析（Qemscan）和三维孔隙数字岩心建模技术，对该套潜山储层的孔隙类型、孔隙微观结构特征进行了研究，探讨了孔隙发育控制因素，深化认识了渤中19-6 潜山变质岩储层发育特征和发育规律。

1 区域地质概况

研究区位于渤海湾盆地渤中凹陷西南部渤中19-6 深层气田。渤中19-6 构造位于渤中凹陷西南次洼与埕北低凸起缓坡带之间的局部凹中隆，被渤中凹陷和黄河口凹陷包围（图1）。渤中19-6 构造是在太古界基底上发展起来的，经历了印支、燕山、喜山等多期次运动的叠加改造，被南北向的郯庐断裂和近东西向的次级断裂切割形成复杂断块［10-12］（图2）。

图1 渤中19-6气田构造位置

图2 渤中19-6气田断裂分布

研究区地层由上覆新生界和下伏太古界潜山地层组成，新生界厚度可达4 500 m，包括第四系、新近系明化镇组和馆陶组、古近系东营组、沙河街组和孔店组。孔店组地层在研究区北部缺失，南部发育厚度400～700 m 砂砾岩地层，和太古界潜山地层一起构成研究区主力储层。

2 储层岩石学特征

根据太古界75块岩石薄片样品分析，太古界主要岩石类型为片麻岩类以及后期浅成侵入的闪长玢岩。

片麻岩类岩石成分主要为斜长石、钾长石、石英和少量的云母，根据斜长石比例，可进一步分为二长片麻岩和斜长片麻岩。二长片麻岩在变质岩薄片鉴定中占47%，颗粒接触紧密，孔隙不发育，仅见有微裂缝，面孔率普遍小于1%，而斜长片麻岩在变质岩薄片鉴定中占48.4%。受动力变质程度影响，斜长片麻岩经历了强烈的破碎作用，岩石颗粒碎裂，普遍裂缝较为发育，大部分裂缝被泥质或者碳酸盐岩矿物充填，受碎裂变质程度影响，缝宽主要分布于0.01～0.4 mm 和0.01～0.22 mm 两个区间内，95%以上的缝宽均小于1 mm。

闪长玢岩在太古代岩石中占比较小，其斑晶比较粗大，常被碳酸盐类交代，基质主要由中性斜长石和少量石英微晶组成，细板条状斜长石具定向—半定向分布（图3）。岩石比较致密，裂缝发育程度较弱，并且常被碳酸盐岩充填，总体属于相对不利的潜山储层岩类。

图3 渤中19-6-D井太古界岩石类型及特征

3 储层孔隙微观特征

研究区潜山储层整体较为致密。根据太古界91 块岩心和壁心常规物性分析，太古界储层孔隙度分布在0.2%～10.9%之间，平均值为3.81%，其中,大部分储层孔隙度＜5%，占比85.7%，这也导致薄片下孔隙难以详细观察。

鉴于此，本次选取了6块片麻岩类样品（气测孔隙度均小于5%）开展了微米CT 扫描和背散射扫描电镜成像分析，对其孔隙和裂缝进行了研究。

研究结果表明，6 块样品的二维面孔率分布为1.88%～6.94%，平均3.08%，主要储集空间可划分为三种，分别为溶蚀孔、微裂缝和构造裂缝。溶蚀孔主要为不稳定矿物（主要为长石）的粒内、粒间溶蚀形成的孔隙（图4a、4b）；微裂缝定义为颗粒尺度的，除一些解理缝、粒内破裂缝外，还包括沿着颗粒边缘弯曲分布的粒缘缝（图4c、4d）；构造裂缝定义为尺度较大的、跨颗粒的、在构造应力作用下产生破裂而形成的裂缝。统计表明，孔隙面孔率占比78%～89%，裂缝面孔率占比仅11%～22%（表1），表明孔隙是渤中19-6 构造变质岩潜山储层重要的储集空间。

图4 背散射扫描电镜图像下的溶蚀孔和微裂缝

统计发现，渤中19-6变质岩潜山储层孔隙以微米级孔为主，孔隙半径主要分布区间为0.3～5 μm，比一般的致密碎屑岩储层孔隙半径还要细小，孔隙半径在约500 μm 的地方，普遍发育一个小小的峰值，推测这与沿构造裂缝溶蚀形成的较大溶孔有关。不同样品的孔隙半径略有差异，多数样品小于1 μm 孔隙占比都较高，仅C4T1 样品小于1 μm 孔隙占比为45%，大于100 μm的孔隙半径占比一般小于1%，C4T3 样品大于100 μm 的孔隙半径占比达到了8%（图5）。

图5 渤中19-6 变质岩潜山储层孔隙半径分布

储层裂缝开度在0.3～10 μm、30～100 μm、300～1 000 μm 存在多个峰值区间，表明研究区变质岩潜山储层普遍存在三个尺度的裂缝网络（图6）。C4T1相对其他样品裂缝宽度最大，其裂缝宽度主要分布区间落在30～100 μm、300～1 000 μm，其他样品裂缝宽度主要分布区间落在0.3～10 μm、30～100 μm。

图6 渤中19-6 变质岩潜山储层裂缝开度分布

4 储层孔隙结构发育控制因素

4.1 岩性对孔隙微观结构发育的影响

前人已经注意到岩石中暗色矿物含量与储层发育程度关系密切［13-15］。根据6块样品的全岩矿物定量分析（Qemscan），样品C4T1 和C4T10 脆性矿物（石英+长石）含量较高，绿泥石、伊利石和云母含量较低；其他样品脆性矿物含量（石英+长石+白云石）有所降低，绿泥石或者云母、伊利石不同程度的增加（表1、图7）。通过与孔隙、裂缝分布对比后发现，脆性矿物含量增高，有利于提高大孔占比和裂缝开度，促进优质储层发育，绿泥石或者云母、伊利石含量较高，裂缝开度小，孔隙半径容易集中在1 μm 以下。因此，石英、长石含量高，绿泥石、伊利石含量低的储层段更有利于潜山储层发育。

图7 渤中19-6潜山储层全岩定量矿物分析图像

表1 渤中19-6变质岩潜山储层Qemscan和Maps主要组成分析结果表

4.2 溶蚀作用对孔隙微观结构发育的影响

变质岩潜山储层本身比较致密，必须经过后期成岩改造作用才能成为有效储层［16］。研究区溶蚀作用可能与暴露期风化溶蚀作用和深埋溶蚀作用有关。镜下主要为长石颗粒的内部和边缘溶蚀，也见到少量充填物的溶蚀，溶蚀主要沿着长石解理、粒缘缝以及构造裂缝进行，表明溶蚀作用与裂缝发育密切相关。溶蚀作用显著提高了变质岩储层的孔隙度，使变质岩潜山储层发育裂缝型、孔隙-裂缝型、裂缝-孔隙型等多种类型储层。

4.3 构造破裂作用对孔隙微观结构发育的影响

根据岩心、CT 扫描和Maps 图像观察，结合区域构造分析认为，渤中19-6 构造发育三期构造裂缝。第一期裂缝主要发育在印支期，受华北板块和扬子板块碰撞影响［5,8］，发育大量挤压低角度裂缝，主要发育在矿物晶体周围及内部，以充填白云石、黏土为特征，裂缝充填程度较高，裂缝开度小，有效性较差。第二期裂缝主要发育在燕山期，与太平洋板块向东亚大陆俯冲有关［5,8］，郯庐断裂发生左旋走滑作用，岩石破碎作用强烈，派生出大量颗粒贯穿缝、粒缘缝等，裂缝开度主要为0.3～10 μm、30～100 μm。第三期与新近纪太平洋俯冲、郯庐断裂发生右旋走滑作用有关［5,8］，裂缝主要为高角度裂缝，大部分呈半充填或开启状态，裂缝开度也较大，主要发育200～1 000 μm 开度的裂缝。在这种多期次构造运动控制下，渤中19-6 发育了不同尺度的裂缝，裂缝之间交错切割，促进溶蚀孔发育，构成了以构造裂缝、微裂缝连通溶蚀孔隙的储集网络（图8）。