南堡凹陷深層砂質碎屑流儲層特征

吳遠坤，陳 吉，王春紅，孫愛艷，仲學哲

(中油冀東油田分公司，河北 唐山 063000)

引 言

自1950年Kuenen提出重力流理論和Bouma在1962年提出經典鮑馬序列開始[1-2]，深水重力流沉積逐漸成為油氣研究領域的熱點，并在國內外取得較大的油氣發現[3-4]。從1859年到2007年，被動陸緣深水環境發現的油田占全球油田總發現量的34%[5-6]。中國學者在深水重力流沉積研究中也取得了較多研究成果[7-11]，并在松遼盆地、鄂爾多斯和渤海灣等地的油氣勘探中取得了較大突破。砂質碎屑流屬于重力流中的一種，是Shanmugam G于1996年提出的有別于傳統的濁流沉積。Shanmugam G認為砂質碎屑流是一種賓漢流體，在全球沉積界引發了廣泛的關注，代表了砂質碎屑流最新的研究進展[12-13]。在對G2區塊沙一段儲集巖研究過程中，發現了一種優質儲層。經分析認為，該類儲層有別于南堡凹陷深層傳統的三角洲沉積儲層，為砂質碎屑流沉積儲層。深入研究該類儲層，對南堡凹陷今后尋找或開發同類儲層油藏具有重要的意義。

1 地質概況

南堡3號構造位于渤海灣盆地黃驊坳陷北部的南堡凹陷構造南部，西北接南堡2號構造，南鄰沙壘田凸起，東連南堡4號構造，整體呈東西向展布，圈閉面積較大，是油氣聚集的有利場所。G2區塊位于南堡3號構造西南部，是由南堡3號斷層和北東向斷層夾持的斷塊[14-15]。研究區第三系自下而上依次發育沙河街組、東營組、館陶組和明化鎮組，其中沙河街組又分為沙三段 (Es3)、沙二段 (Es2)和沙一段 (Es1)，沙一段埋深一般為3 900～4 500 m，最大埋深可達5 200 m。

2 鑒別標志

2.1 巖心特征

研究區巖性為厚層灰色砂礫巖和細砂巖，覆蓋于深水環境的深灰色、黑色泥巖之上，砂巖頂底面與泥巖常呈突變接觸。砂巖呈厚層塊狀，厚度一般為5～8 m，最薄為1 m，最厚可達10 m以上，以砂礫巖為主，底部常發育逆粒序的細砂巖，整體上符合重力流沉積的lowe序列。砂質碎屑流具有顆粒流搬運特征，在搬運過程中顆粒間相互碰撞，磨圓度中等，泥巖為深灰色和黑色，質地較純，其上覆蓋灰色砂礫巖或細砂巖(圖1a)。

(1)砂礫巖(lowe序列R段)表現為礫石、粗砂巖和中砂巖混雜堆積的厚層塊狀構造，分選差，磨圓度中等，厚度差異較大，可見植物碎屑化石。砂礫巖以正粒序為主，局部可見逆粒序，厚層砂礫巖中常見薄層細砂巖夾層、細砂巖與砂礫巖薄互層以及薄層黑色泥巖條帶，薄互層中的砂礫巖厚度為1～15 cm(圖1b)。泥質雜基含量少，儲層物性好，有的砂礫巖中甚至可以直接看到孔隙。砂礫巖中的礫石常飄浮于砂巖之上呈“飄礫”狀態(圖1c)，礫石含量最高可達70%，直徑約為2～5 cm，分選性中等—差，磨圓度中等，代表了流體具有一定的強度。泥巖撕裂屑在其中也有出現，與層面近乎平行或小角度斜交，主要有2種類型:一種是由原地沖刷破碎形成的泥巖撕裂屑，呈不規則的長條狀、棱角狀;另一種則明顯經過一定距離的搬運，具有明顯磨圓的泥礫，推測其是由三角洲平原或前緣砂體受外力觸發滑動、滑塌后被搬運過來的。

圖1 G2區塊X1井巖心宏觀特征

(2)細砂、粉砂巖(lowe序列S段)主要發育在砂體底部，與深水泥巖呈突變接觸，常呈逆粒序和塊狀構造，厚度一般為0.2～1.0 m，少量在砂礫巖中呈薄互層或者在細砂巖夾層發育，厚度一般為5～15 cm(圖1b)。從巖心上來看，粉細砂巖中的泥質含量明顯高于砂礫巖，物性相對較差。

泥巖在取心段不是很發育，厚度較薄，一般為0.3～1.0 m，直接覆蓋于灰色砂礫巖之上，而砂巖中所夾的泥巖條帶厚度為0.5～5.0 cm，顏色為深灰色和黑色，質地較純，可見螺類和腕足類化石，表明其處于較深水的沉積環境(圖1d)。

2.2 粒度特征

研究區粒度分布直方圖表現為明顯的“雙峰”形態，表明粒度分選較差，從礫巖到細砂巖的含量均較高，顯示出與三角洲沉積的差異性。粒度累積曲線整體上呈向上凸的形態，曲線底部偏陡且向著細粒沉積物方向逐漸變緩，并以較緩的坡度逐漸延伸，反映巖石結構成熟度較低。從粒度CM圖來看，頂部高CM值數據為飄礫成分，其余數據基本平行C=M基線，具有典型的重力流沉積特征。粒度概率曲線表現為兩段式，這是由于砂質碎屑流屬于高密度塑性流體，大小顆粒混雜堆積，一起被搬運、卸載、沉降并整體凍結，因而組分中缺乏滾動顆粒。粒度概率曲線中跳躍總體占了大部分，粒度分布區間大，從礫巖延伸至細砂巖，含量可達70% ～80%，斜率為50～60°;懸浮組分總粒度分布占20% ～30%，斜率為10～20°。

2.3 地球物理特征

研究區砂體在GR曲線上主要表現為中幅齒化箱型和中幅指狀2種形式，基本沒有出現鐘型等典型牽引流的曲線形狀特征。箱型和指狀的砂體的頂底面皆為突變接觸關系，代表了事件性沉積特點，而齒化箱型則是由于砂礫巖中所夾的粉、細砂巖夾層以及泥質含量的差異造成的。同時，測井曲線顯示研究區泥巖段的電阻率局部較高，推測泥巖中的有機質已經具有較高的成熟度。

2.4 砂體展布特征

研究區砂體非常發育，展布范圍廣，砂層厚度大，隔夾層不發育，垂直物源方向和平行物源方向砂體連通性較好，無明顯差別，表現為典型的重力流沉積特征，由面流沉積形成毯狀分布砂體，扇體內部砂體展布無明顯的方向性。單層砂體厚度大，為1～18 m，集中分布在4～12 m，平均單砂體厚度約為7.2 m。

3 儲層物性特征及控制因素

3.1 儲層物性特征

G2區塊沙一段儲層平均孔隙度為13.4%，平均滲透率為46.9×10-3μm2，屬于低孔、中低滲儲層。研究區儲層物性主要受2個因素的影響，即沉積相帶的控制和成巖作用。

研究顯示，不同沉積相帶的儲層的巖性和物性差別較大，位于扇中的砂體厚度大，巖性粗、物性好;位于外扇的砂體厚度薄，巖性細，物性差。lowe序列R段以砂礫巖為主，物性(尤其是滲透率)較好，孔隙度基本大于13%，滲透率普遍大于50×10-3μm2，測井解釋為油層;而S段以粉、細砂巖為主，物性較差，孔隙度基本低于10%，滲透率普遍低于30×10-3μm2，測井解釋以干層為主。

研究區油井在投產后具有較高的日產量，這與該地區低孔低滲的儲層類型矛盾，主要原因在于數據統計時沒有剔除S段粉砂巖非有效儲層的數據，在剔除后重新計算的平均孔隙度為15.1%，平均滲透率為189.4×10-3μm2，屬于中孔、中滲儲層，與開發數據符合。

3.2 儲層控制因素

成巖作用對儲層物性的控制體現在壓實、膠結和溶蝕作用3個方面。優質的沉積砂體在壓實作用較強而溶蝕作用較弱的情況下難以形成優質儲層;而良好的沉積砂體在溶蝕、壓溶等建設性成巖作用下形成的儲層的物性與滲流性能較好。研究區沙一段埋深為4 100 m左右，壓實作用強，是儲層物性變差的最重要原因。鏡下可見碎屑顆粒以線接觸為主，局部可見縫合線接觸、塑性顆粒擠壓破碎以及云母擠壓變形等特征。

(1)膠結作用以膠結物充填孔隙的方式來降低儲層物性，其作用相對較弱，對儲層物性的影響作用有限。膠結物見少量硅質膠結、早期碳酸鹽膠結物、晚期碳酸鹽膠結物和泥質膠結。硅質膠結表現為石英次生加大，鏡下可見Ⅱ～Ⅲ級石英次生加大;早期碳酸鹽膠結物為方解石;晚期碳酸鹽膠結物為鐵白云石和鐵方解石;黏土礦物以蜂窩狀伊蒙混層和絲縷狀伊利石為主，含少量書頁狀高嶺石和針葉片狀綠泥石。

(2)溶蝕作用改善儲層物性，屬于建設性成巖作用，研究區儲層以次生溶蝕孔隙為主，含少量的原生粒間孔隙和裂縫。次生孔隙主要由粒間溶蝕孔隙和粒內溶蝕孔隙構成，占總孔隙的60%以上。粒間溶孔主要是由于長石等顆粒和碳酸鹽膠結物發生溶蝕形成，鏡下常見碎屑顆粒邊緣不規則，呈港灣狀、鋸齒狀，長石沿解理縫溶蝕(圖2a);粒內溶孔主要由碎屑顆粒發生交代、蝕變或溶蝕形成，該類孔隙雖然常見，但是連通性很差。原生孔隙占總孔隙的25%左右，以殘余粒間孔為主。裂縫占總孔隙的15%左右，包括構造微裂縫和成巖壓溶縫，鏡下可見長石和巖屑等塑性顆粒擠壓破碎嚴重(圖2b)。

圖2 G2區塊G2井沙一段巖心鑄體薄片照片

4 產能分析

砂質碎屑流獨特的沉積特征和成巖作用，使得G2區塊油井的油氣產量較高，遞減率較低。已完鉆井初期日產油均超過50 t/d，穩產1～2 a。運用沉積相模式精細預測沉積砂體展布，同時通過研究有機酸性水的來源、運移通道和運移方向，精細預測溶蝕作用對儲層改造的展布范圍，綜合確定優勢儲層發育區(圖3)。研究結果與實際鉆探效果基本一致，2013年9月至今，新鉆井位18口，油井投產初期均達到了設計產能，區塊產能建設取得了良好的開發效果。

5 結論

(1)研究區沙一段發育砂質碎屑流沉積儲層。其砂體沉積表現為縱向呈厚層塊狀，橫向呈毯狀分布，具有低泥質含量、單層厚度大、橫向連通性好、顆粒混雜堆積的特點，儲集空間較好;同時后期溶蝕、壓溶等建設性成巖作用進一步改善了其儲集空間和滲流性能。這些獨特的沉積特征和物性特征支撐了G2區塊油井的高油氣產量。

(2)研究區以次生溶蝕孔隙為主，含少量原生殘余粒間孔和裂縫，平均孔隙度為13.4%，平均滲透率為46.9×10-3μm2，屬于低孔、中低滲儲層。剔除S段細砂巖非有效儲層數據后，平均孔隙度為15.1%，平均滲透率為189.4×10-3μm2，屬于中 孔、中滲儲層。

圖3 G2區塊沙一段儲層綜合評價

(3)沉積相是研究區儲層物性的最主要控制因素，砂質碎屑流儲層R段的砂礫巖物性較好，測井解釋結論以油層為主，而S段粉細砂巖物性較差，測井解釋結論以干層為主;成巖作用對該區儲層物性也具有重要影響，主要體現在壓實、溶蝕和膠結作用3個方面，壓實作用和膠結作用屬于破壞性成巖作用，溶蝕作用屬于建設性成巖作用。

(4)南堡凹陷處于陸相小湖盆環境，具備斜坡背景，物源補給充分，并具有地震和火山噴發等多種觸發機制，具備大規模發育砂質碎屑流沉積的地質條件，將成為南堡油田尋找深部有利儲層的新區塊。

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