鶯歌海盆地東方區黃流組儲層微觀孔喉特征及對物性的影響①

馬 劍 黃志龍 吳紅燭 劉 平 徐新德

(1．中國石油大學(北京)油氣資源與探測國家重點實驗室 北京 102249;2．中海石油(中國)有限公司湛江分公司 廣東湛江 524057)

0 引言

鶯歌海盆地已有三十余年的勘探歷史。底辟構造帶淺層的主要構造均已鉆探?？碧綄嵺`表明淺層尋找大型氣田越來越難，而底辟區中深層高溫高壓帶具有良好的成藏條件，是尋找大中型氣田的重要領域。近期，在東方區中深層高溫高壓帶勘探中于東方13區黃流組相繼發現了東方13-1、東方13-2等大型巖性—構造復合型氣田，為盆地天然氣產量和儲量儲備做出了重要貢獻［1］。目前，中深層高溫高壓帶已成為鶯歌海盆地勘探研究的熱點。關于高溫高壓的定義有兩種:一種是用實際溫度、壓力定義;一種是用地溫梯度和壓力系數區分。其中，油氣開發領域偏重于前者，在井下作業和凝析氣(或油)—水相態研究中，認為壓力大于40 MPa為高壓［2-3］，壓力大于60 MPa為特高壓［4］，溫度大于130℃為高溫，溫度大于165℃為異常高溫［2-3，5］。油氣勘探領域普遍采用后者來定義，原蘇聯學者將壓力系數1．3～2．0稱為高壓，我國學者和專家把壓力系數大于1．2或1．25稱為高壓，壓力系數大于 1．5或 1．55稱為異常高壓［6-8］。目前揭露底辟帶東方區梅山組—黃流組地層溫度達 132℃以上，地層壓力系數為 1．56 ～2．23［9］，屬于高溫高壓地層。為了弄清楚鶯歌海盆地東方區高溫高壓帶天然氣的成藏機理，首先要對其儲層特征進行研究，而儲層微觀孔喉特征是決定其儲層物性的主要因素，所以研究儲層微觀孔喉特征及其對物性的影響具有重要的理論和實際意義。

1 區域地質概況

鶯歌海盆地位于我國海南省與越南之間的鶯歌海海域，總體呈NNW走向［10］，其海域面積超過11×104km2，是南海北部大陸架西區發育的新生代轉換—伸展型含油氣盆地［11］。盆地以①號斷裂和黑水河大斷裂為界，可劃分為三個一級構造單元:鶯東斜坡帶、鶯西斜坡帶和中央坳陷帶。由于受近代板塊運動誘發的巖石圈多幕伸展與紅河斷裂右旋扭動聯合作用，中央坳陷帶發育雁列式排列的底辟構造［12-13］。研究區位于中央坳陷帶中央底辟區北部，主要包括DF1-1、DF13-1、DF13-2 和 DF29-1 區(圖1)。盆地地層發育較完整，自上而下依次為第四系樂東組(Ql)、上新統鶯歌海組(N2y)、中新統黃流組(N1h)、梅山組(N1m)和三亞組(N1s)、漸新統陵水組(E2l)和崖城組(E2y)，沉積厚度巨大?？碧缴习漾L歌海組二段上部—樂東組組合稱為淺層，把梅山組—鶯歌海組二段下部組合稱為中深層［6］。本次研究目的層位主要是中深層黃流組(N1h)。物源體系影響了該區沉積體系的空間布局和儲層品質，根據碎屑組分特征、重礦物組合特征，結合沉積相分析，認為DF13-1氣田西部、DF13-2氣田、DF29-1構造西部的黃流組一段海底扇水道砂源于西部昆嵩隆起物源區，而DF13-1氣田東部、DF29-1構造東部以及DF1-1氣田的淺海灘壩砂主要源于東部海南島隆起物源區［14］。鉆遇黃流組的多口井見滑塌變形構造、包卷層理和鮑馬序列等重力流沉積［15］，前人也指出東方區西部黃流組主力儲層為高密度濁流成因［16］。

圖1 鶯歌海盆地區域構造劃分圖［9］Fig．1 Regional tectonic division of the Yinggehai Basin

2 儲層物性特征

從巖芯樣品的物性分析數據來看，盆地東方區黃流組儲層孔隙度主要分布在15% ～25%，滲透率一般分布在(0．1 ～100)×10－3μm2之間，以中孔、中—低滲儲層為主，但儲層物性差異較大(圖2)。其中，DF13-2區儲層物性最好，孔隙度主要分布在15% ～20%，滲透率主要分布在(1．0 ～ 100)×10－3μm2，DF13-1區儲層物性較好，孔隙度主要分布在10% ～20%，滲透率分布范圍較寬，主要為(0．1 ～100)×10－3μm2，DF1-1區和DF29-1區儲層物性較差，以中孔、低滲(或特低滲)儲層為主。此外，同一地區不同鉆井之間儲層物性差異也非常大，如DF13-1區從DF13-1-4井至DF13-1-6井再到DF13-1-3井，DF13-2區從DF13-2-8d井至DF13-2-2、DF13-2-4井再到DF13-2-1井，儲層物性逐漸變差(圖2)。

東方區黃流組孔隙度較高主要是與超壓有關。盆地中深層普遍發育超壓，超壓帶原生孔隙得以大量保留，同時超壓帶內流體活動強烈，可以形成一定量的粒間、粒內溶孔，故爾孔隙度較高。

3 黃流組儲層微觀孔喉特征及成因

目前，研究儲層微觀孔喉特征的方法主要有鑄體薄片、掃描電鏡、X衍射及圖像孔隙法等，但這些手段僅能定性或半定量地描述儲層微觀孔喉特征［17-22］。定量獲取儲層孔喉特征參數的可靠手段是壓汞技術，它包括常規壓汞和恒速壓汞兩種。其中，恒速壓汞是目前國際上研究儲層微觀孔隙結構最先進的技術之一，它克服了常規壓汞技術的不足，能夠分別對多孔介質中孔隙、喉道的大小和數量進行直接測量，可定量給出孔隙和喉道的信息［23］，尤其適用于孔喉非均質性較強的低滲—超低滲砂巖儲層微觀結構的研究［24-25］。所以，本次儲層微觀孔喉特征研究主要采用恒速壓汞技術。

3．1 恒速壓汞實驗及樣品分布

恒速壓汞實驗溫度約為25℃，實驗最大進汞壓力為6．16 MPa，汞潤濕接觸角為140°，水銀表面張力為480 mN/m，相對濕度為77% ～72%RH。實驗共測定了黃流組9塊巖芯樣品的儲層微觀孔喉特征參數。這些樣品取自相同地區、相同層位和相同物源，埋深也相近，因此，儲層所經歷的成巖作用接近。實驗樣品孔隙度分布在11．22% ～19．34%，滲透率分布在(0．035 ～28．00)×10－3μm2(表 1)。根據含氣砂巖儲層分類評價標準(行業標準SY/T6285—2011)，實驗樣品可以分為四類:低孔—特低滲儲層、低孔—低滲儲層、中孔—低滲儲層和中孔—中滲儲層。其中，樣品N3和N9屬低孔—特低滲儲層，樣品N8為低孔—低滲儲層，樣品N1、N2、N6、和N7屬中孔—低滲儲層，樣品N4、N5為中孔—中滲儲層。因此，中低滲儲層是高溫高壓帶儲層的主要類型。

3．2 儲層微觀孔喉特征

恒速壓汞實驗結果表明，各樣品孔隙半徑差異不大，喉道半徑、“孔喉比”、主流喉道半徑及分選系數等差異較大(表1)。儲層平均孔隙半徑分布較集中，一般分布在100～200μm，9塊不同滲透率級別的巖芯樣品，其孔隙半徑分布相近，差異很小(圖3a)。分析認為這與儲層中發育異常超壓有關，超壓的形成減緩了壓實成巖作用，抑制了儲層原生孔隙減小的速率，所以超壓帶儲層保留了大量大孔隙級別的原生孔隙。實驗樣品的平均喉道半徑主要分布在0．25～2．87 μm，不同物性儲層的喉道半徑分布差異較大。總體表現為:物性越差，喉道半徑分布區間越窄，小喉道所占比例越高;而物性較好的儲層，其喉道半徑分布區間很寬緩，多介于1～6 μm，大喉道所占比例較高(圖3b)。此外，不同物性的儲層，其“孔喉比”(孔隙半徑/喉道半徑)分布也有差異。對于低滲儲層(滲透率為(0．1 ～10)×10－3μm2)，物性越差，“孔喉比”主峰越向右移，其分布區間也越寬，高“孔喉比”部分所占比例越高;而常規儲層(滲透率大于10×10－3μm2)，其“孔喉比”分布區間較集中，多為 50 ～150，物性越好，主峰所占比例越高(圖3c);特低滲儲層(滲透率小于0．1×10－3μm2)的“孔喉比”分布于兩個極端(或小于50，或大于500)。

圖2 鶯歌海盆地東方區黃流組儲層物性分布直方圖Fig．2 The histogram of reservoir property of the Huangliu Formation in DF area，Yinggehai Basin

表1 鶯歌海盆地東方區黃流組樣品孔隙結構參數Table 1 Pore structure parameters of the Huangliu Formation samples in DF area，Yinggehai Basin

所以，鶯歌海盆地中央底辟區超壓帶黃流組儲層孔喉分布具有明顯的非均質性，主要體現在喉道大小及其分布、“孔喉比”大小及其分布(或稱孔喉配置關系)兩大方面。

圖3 鶯歌海盆地東方區黃流組儲層微觀孔、喉分布圖Fig．3 Reservoir micropores and throats distribution of the Huangliu Formation in DF area，Yinggehai Basin

3．3 儲層微觀孔喉特征的成因

盆地中央底辟區超壓帶黃流組主要發育海底扇，物源多來自盆地西部的越南地區，顆粒粒徑以粉砂級為主，細砂級較少。儲層巖性主要為石英雜砂巖，顆粒以石英為主，雜基以黏土礦物為主，含量較高，介于15% ～28%。黃流組儲集空間多為原生粒間孔，鏡下石英、長石顆粒排列疏松，顆粒間接觸關系多為點接觸，也見線接觸，凹凸接觸少見;儲層中云母等塑性顆粒無明顯變形，僅局部(顆粒接觸處)略向內凹(圖4)。這些特征反映了黃流組壓實和壓溶作用較弱。儲層碳酸鹽膠結現象不常見，石英次生加大常見，但加大級別較低，反映了膠結作用程度較低。所以，東方區黃流組儲層結構成熟度低，成巖作用不強。

當壓實和膠結等減孔成巖作用較弱時，沉積作用控制儲層微觀孔喉特征，表現為巖石顆粒粒徑大小和雜基(或泥質)含量將會影響儲層孔隙和喉道半徑大小及其分布。統計數據表明，東方區黃流組砂巖儲層孔隙和喉道半徑平均值與泥質含量、平均粒徑φ值之間存在負相關性，泥質含量越高或平均粒徑φ值越大，平均孔隙和喉道半徑越小(圖5)，這反映了高溫高壓帶黃流組儲層壓實、膠結等減孔成巖作用較弱的特點，與薄片鏡下觀察結果“顆粒排列疏松、膠結與交代等成巖作用較弱”是一致的。鏡下觀察發現，鶯歌海盆地東方區黃流組儲層中，泥質雜基多以孔隙充填方式產出，這是沉積作用形成的，它的含量多少對儲層孔隙、喉道大小及其物性都有重要影響，巖石孔隙、喉道半徑平均值與泥質含量、顆粒平均粒徑φ值間的負相關性，說明了高溫高壓背景下的黃流組儲層微觀孔喉特征與沉積作用關系密切。對比不同沉積微相砂巖樣品微觀孔喉參數，發現同屬海底扇砂巖樣品，其沉積微相不同，對應砂巖儲層泥質含量、平均粒徑φ值、孔隙半徑、喉道半徑大小差異很大?？偟膩砜?，主河道砂巖樣品泥質含量較低，平均粒徑φ較小，孔隙和喉道平均半徑較大;分流河道砂巖樣品泥質含量較高，平均粒徑φ較高，孔隙和喉道平均半徑較小;河道間砂巖樣品泥質含量最高，平均粒徑φ最高，孔隙、喉道半徑最小(表2)。這是研究區沉積作用對儲層微觀孔喉特征具有控制作用的直接反映。受沉積作用控制，東方區黃流組儲層泥質含量較高、顆粒平均粒徑較小，所以平均孔隙半徑和喉道半徑都較小。

4 儲層孔喉特征對物性的影響

前人研究認為，平均喉道半徑包含了喉道數量的概念［24］，它和主流喉道半徑都是反映儲層滲流能力的重要微觀參數［26］。盆地東方區黃流組儲層平均喉道半徑、最大連通喉道半徑與滲透率之間存在較好的正相關性，并且這種正相關性比它們與孔隙度之間的相關性好(圖6a～d)，而主流喉道半徑與儲層物性之間無明顯正相關性(圖6e，f)，說明研究區黃流組儲層喉道分布的非均質性很強，樣品中小喉道數量較高，但大喉道控制著儲層物性。儲層喉道特征參數與儲層物性之間的關系，進一步說明喉道大小及其分布是影響儲層滲流能力的關鍵因素，中深層黃流組儲層滲流能力可以由平均喉道半徑來表征。

圖4 鶯歌海盆地東方區黃流組儲層成巖作用特征a．DF1-1-12井，2 708．34 m，粉砂巖中石英、長石顆粒點、線接觸，石英自生加大發育，且邊緣有溶蝕，單偏光，鑄體薄片;b．DF13-1-6井，2 873．80 m，粉砂巖中顆粒排列疏松，長石顆粒溶蝕強烈，可見石英自生加大，單偏光，鑄體薄片;c．DF13-1-2井，2 992．42 m，粉砂巖中雜質支撐結構，局部線接觸，單偏光，鑄體薄片;d．DF13-1-3井，2 912．31 m，含泥粉砂巖中平直長條狀云母，與顆粒接觸部略向內凹，單偏光，鑄體薄片。Fig．4 Reservoir diagenesis characteristics of the Huangliu Formation in DF area，Yinggehai Basin

圖5 鶯歌海盆地東方區黃流組儲層孔隙半徑、喉道半徑與泥質含量、顆粒平均粒徑的關系Fig．5 The relationship between reservoir porosity radius，throat radius and mudstone content，average grain size of the Huangliu Formation in DF area，Yinggehai Basin

另外，黃流組砂巖儲層喉道分選系數隨孔隙度、滲透率增高呈現增大趨勢，但這種趨勢在滲透率小于1．0×10－3μm2的儲層中表現不太明顯，在滲透率大于1．0×10－3μm2的儲層中，二者有較好的正相關性(圖7)。分選系數增大，即儲層非均質性增強，但此時較大喉道的數量也相應增加，因此，其儲層物性變好。這也表明研究區儲層的滲透性主要由占少數比例的較大喉道控制。

表2 鶯歌海盆地東方區黃流組樣品主要孔隙結構參數與沉積微相分布Table 2 Main pore structure parameters and sedimentary microfacies of the Huangliu Formation samples in DF area，Yinggehai Basin

圖6 黃流組儲層物性與平均喉道半徑、主流喉道半徑、最大連通喉道半徑的關系Fig．6 The relationship between reservoir property and average throat radius，main throat radius，largest throat radius

圖7 鶯歌海盆地東方區黃流組儲層物性與喉道分選系數的關系Fig．7 The relationship between reservoir property and throat sorting coefficient in DF area，Yinggehai Basin

5 結論

(1)鶯歌海盆地中央底辟帶東方區黃流組儲層以中孔、中低滲為主，但各地區儲層物性差異較大。

(2)儲層孔喉分布具有較強的非均質性，儲層孔隙半徑分布相對集中，喉道半徑及“孔喉比”分布差異大。滲透性較差的儲層，喉道半徑分布區間窄，小喉道所占比例高，儲層“孔喉比”分布范圍寬，“孔喉比”較大。而滲透性好的儲層，其喉道半徑分布區間很寬緩，大喉道所占比例較高，儲層“孔喉比”分布范圍窄，“孔喉比”較小。

(3)受沉積作用的控制，鶯歌海盆地東方區高溫高壓帶儲層平均喉道半徑小，所以儲層滲透率較低。

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