西湖凹陷深層低滲-致密氣藏“甜點(diǎn)”類型劃分及成因探討

趙仲祥，董春梅,2，林承焰,2，張憲國(guó),2，段冬平，黃 鑫，曾 芳

[1.中國(guó)石油大學(xué)(華東) 地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東 青島 266580; 2.中國(guó)石油大學(xué)(華東) 山東省油藏地質(zhì)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266580; 3.中海石油(中國(guó)) 有限公司 上海分公司，上海 200000]

隨著全球經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人類對(duì)資源的需求不斷增長(zhǎng)。陸上油氣勘探日趨成熟，新發(fā)現(xiàn)的油氣藏規(guī)模越來越小，這種油氣的供需矛盾逐漸促使海洋油氣資源成為能源發(fā)展的重點(diǎn)。但是海洋油氣勘探和開發(fā)受環(huán)境、技術(shù)和經(jīng)濟(jì)等因素的影響，鉆井?dāng)?shù)量往往較少，井網(wǎng)密度小，導(dǎo)致很多地質(zhì)規(guī)律認(rèn)識(shí)不清，尤其是深層低滲和致密儲(chǔ)層，成因復(fù)雜，非均質(zhì)性強(qiáng)，越發(fā)加大了海上油氣藏“甜點(diǎn)”的研究難度[1]。

東海陸架盆地西湖凹陷花港組主要為河流沉積相，儲(chǔ)層沉積微相主要為辮狀水道，單套砂體累計(jì)厚度最大可達(dá)百米，儲(chǔ)層物性較差，非均質(zhì)性強(qiáng)，屬于低滲-致密儲(chǔ)層[2-4]。前人研究得出，在縱向上，西湖凹陷壓實(shí)作用的差異導(dǎo)致花(花港組)上段整體儲(chǔ)層物性明顯好于花下段，同時(shí)在相同層位內(nèi)，壓實(shí)作用受多方面因素影響，存在強(qiáng)烈的不均一性；西湖凹陷儲(chǔ)層物性控制因素分析表明沉積環(huán)境、壓實(shí)作用、粘土礦物類型及含量、溶蝕作用、異常壓力和深部熱液等因素是影響儲(chǔ)層物性的主要因素，但是不同研究區(qū)主控因素差異明顯[4-6]。研究區(qū)勘探開發(fā)程度較低，前人研究較少。本文旨在基于研究區(qū)現(xiàn)階段的勘探開發(fā)現(xiàn)狀，對(duì)“甜點(diǎn)”進(jìn)行分類、特征總結(jié)和原因分析，進(jìn)而總結(jié)一套適合海上、少井深層低滲-致密氣田“甜點(diǎn)”的研究思路和方法。

1 地質(zhì)概況

西湖凹陷位于東海陸架盆地東部坳陷的中部，面積為5.9×104km2，東海陸架盆地是我國(guó)近海面積最大的含油氣盆地。為一狹長(zhǎng)的新生代沉積凹陷，沉積厚度可達(dá)萬米，是東海盆地研究程度最高，也是最具勘探潛力的凹陷[7]。西湖凹陷主要經(jīng)歷了斷陷—拗陷—整體沉降3個(gè)階段。早期平湖組以下為斷陷期，中期花港組-柳浪組為拗陷期，晚期三潭組-東海群為整體沉降期[8-9]。多期裂陷和反轉(zhuǎn)構(gòu)造作用的疊加形成相對(duì)復(fù)雜的構(gòu)造格架樣式和盆地地質(zhì)結(jié)構(gòu)，平面上可劃分為西部斜坡帶、西部次凹帶、中央反轉(zhuǎn)構(gòu)造帶、東部次凹帶和東部斷階帶[10](圖1)。

研究區(qū)是位于西湖凹陷內(nèi)的一個(gè)寬緩背斜帶，構(gòu)造較為簡(jiǎn)單，斷層較少。目的層段花港組為砂泥巖互層，屬于一套湖相三角洲沉積，氣層主力砂體厚度大，分布穩(wěn)定，發(fā)育辮狀河三角洲前緣沉積。根據(jù)花港組內(nèi)部特征，將研究區(qū)花港組分為兩部分：4 000 m以淺為花港組上部，以深為花港組下部，測(cè)試結(jié)果顯示研究區(qū)在花港組具有較好的開發(fā)潛力。

2 “甜點(diǎn)”定義及分類

2.1 “甜點(diǎn)”定義

從20世紀(jì)90年代開始，國(guó)內(nèi)外學(xué)者就開始對(duì)“甜點(diǎn)”定義開始探討。1999年美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局(USGS)把“甜點(diǎn)”定義為可以持續(xù)提供30年產(chǎn)量的致密砂巖氣區(qū)塊*Popov M A, Nuccio V F, Dyman T S, et al. Basin-centered gas systems of the U.S[R].USGS, 2000.。Law認(rèn)為致密砂巖氣藏中的“甜點(diǎn)”是沉積和構(gòu)造作用所造成的局部高產(chǎn)氣區(qū)[11]。張金川等則將“甜點(diǎn)”定義為致密砂巖氣藏內(nèi)部孔、滲物性相對(duì)發(fā)育處的天然氣濃集區(qū)帶[12]。楊升宇等認(rèn)為致密砂巖氣勘探開發(fā)過程中的儲(chǔ)層“甜點(diǎn)”可以被認(rèn)為是在砂巖整體物性較差背景下的局部高孔高滲區(qū)，并且能夠提供較高天然氣日產(chǎn)量和持久經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量的致密砂巖氣發(fā)育區(qū)[13]。目前“甜點(diǎn)”這一名詞并不只局限于致密砂巖氣，它已經(jīng)在頁巖氣和頁巖油等非常規(guī)油氣領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。筆者認(rèn)為致密砂巖氣藏“甜點(diǎn)”應(yīng)該是針對(duì)特定研究工區(qū)，在當(dāng)前經(jīng)濟(jì)、技術(shù)條件下，根據(jù)研究區(qū)當(dāng)前勘探開發(fā)現(xiàn)狀及要求，能夠?qū)崿F(xiàn)經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定生產(chǎn)的區(qū)域。研究區(qū)尚未投入開發(fā)，無準(zhǔn)確的產(chǎn)能數(shù)據(jù)，井位少，資料有限，前人研究不夠深入。在此情況下，“甜點(diǎn)”劃分著重考慮理論產(chǎn)能、儲(chǔ)層物性和含水性3方面。

圖1 西湖凹陷地層概況、構(gòu)造演化與構(gòu)造單元?jiǎng)澐?據(jù)文獻(xiàn)[10]修改)Fig.1 Strata,tectonic evolution and tectonic unit division in the Xihu Sag(modified from reference[10])

2.2 “甜點(diǎn)”分類

產(chǎn)能是經(jīng)濟(jì)價(jià)值最直觀的體現(xiàn)，也是評(píng)價(jià)“甜點(diǎn)”最直觀的參數(shù)[14-15]，本次研究用產(chǎn)能作為“甜點(diǎn)”分類的主要依據(jù)。研究區(qū)探井壓裂實(shí)驗(yàn)效果較差，所以下文中所提產(chǎn)能指自然產(chǎn)能。研究區(qū)試氣層段少，無法通過試氣資料直接建立起“甜點(diǎn)”的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，本次研究認(rèn)為基于壓汞和巖心物性分析的R35計(jì)算氣藏產(chǎn)能方法能夠很好的彌補(bǔ)以上不足。

壓汞毛管壓力實(shí)驗(yàn)中累積進(jìn)汞飽和度達(dá)到35%時(shí)對(duì)應(yīng)的孔喉半徑，稱之為R35，它可以反映儲(chǔ)層中的孔隙結(jié)構(gòu)特征。國(guó)外采用R35方法評(píng)價(jià)氣藏產(chǎn)能的研究已相對(duì)成熟，1980年Winland[16]在對(duì)Spindle油氣田有效、無效儲(chǔ)層界線劃分時(shí)，提出了R35與孔、滲的統(tǒng)計(jì)關(guān)系式；1995年Martin[17]等人提出了不同級(jí)別R35與氣井產(chǎn)能的大致對(duì)應(yīng)關(guān)系；2002年Aguilera[18]提出了類似Winland的統(tǒng)計(jì)關(guān)系式，并認(rèn)為R35為孔隙網(wǎng)絡(luò)相互連通且能使流體在其內(nèi)部流動(dòng)的最小孔喉半徑；2006年Byrnes[19]等人通過大量統(tǒng)計(jì)R35與氣藏產(chǎn)能關(guān)系，確定了常規(guī)氣與致密氣界限值；2010年Roberto[20]等人在總結(jié)前人研究成果基礎(chǔ)上，通過理論分析及測(cè)試驗(yàn)證，得出R35方法可以將常規(guī)氣、致密氣、頁巖氣進(jìn)行統(tǒng)一的儲(chǔ)層分類評(píng)價(jià)。國(guó)內(nèi)學(xué)者林潼等人[21]2016年對(duì)致密砂巖儲(chǔ)層評(píng)價(jià)時(shí)發(fā)現(xiàn)，R35對(duì)致密儲(chǔ)層氣層和干層的劃分效果明顯優(yōu)于常規(guī)方法；蔡華等人[22]在2015年對(duì)東海盆地嘗試?yán)肦35進(jìn)行產(chǎn)能評(píng)價(jià)，并發(fā)現(xiàn)東海盆地R35產(chǎn)能評(píng)價(jià)公式與Aguilera經(jīng)典公式存在較大差異。總結(jié)前人的研究結(jié)果，本文利用5段試氣和對(duì)應(yīng)的R35進(jìn)行分析，建立起研究區(qū)理想每米無阻流量QAOF與R35相關(guān)公式[公式(1)，圖2a]：

(1)

式中：QAOF為理想無阻流量，104m3/d;H為測(cè)試層有效厚度,m;R35為累積進(jìn)汞飽和度達(dá)到35%時(shí)對(duì)應(yīng)的孔喉半徑，μm。

壓汞得到的R35數(shù)量有限，怎樣將R35跟常規(guī)資料結(jié)合起來是十分有必要的。Winland[16]通過對(duì)不同地區(qū)不同孔隙度、滲透率樣品的進(jìn)汞飽和度分析提出了用孔隙度和滲透率計(jì)算R35的經(jīng)驗(yàn)公式[公式(2)]。并將滲透率小于0.48×10-3μm2，孔隙度小于7.8%的儲(chǔ)層劃歸于無效儲(chǔ)層，這種劃分標(biāo)準(zhǔn)并不適合研究區(qū)。對(duì)研究區(qū)300個(gè)壓汞資料展開分析，利用線性回歸分析法求得研究區(qū)用孔隙度、滲透率計(jì)算R35的公式[公式(3)]，計(jì)算結(jié)果與壓汞實(shí)測(cè)R35值具有很好的匹配關(guān)系(圖2b)：

(2)

lnR35=-0.755 7+0.539 2lnKair+

0.646 4lnΦ

(3)

圖2 西湖凹陷R35計(jì)算無阻流量相關(guān)圖件Fig.2 Graphs displaying the computation of open flow capacity via the formula R35 in the Xihu Saga.R35計(jì)算無阻流量的相關(guān)公式；b.測(cè)井計(jì)算R35與壓汞實(shí)測(cè)R35匹配度

式中：Kair為空氣滲透率，10-3μm2；Φ為孔隙度,%。

采用公式(3)和公式(1)計(jì)算每個(gè)深度的R35及無阻流量。結(jié)合海上油田穩(wěn)定產(chǎn)量與無阻流量轉(zhuǎn)換關(guān)系，認(rèn)為無阻流量的1/3為穩(wěn)定產(chǎn)量，求取每個(gè)小層內(nèi)的穩(wěn)定產(chǎn)量平均值乘以1 000得到每個(gè)層位的千米井深穩(wěn)定產(chǎn)量。依據(jù)行標(biāo)《海上石油天然氣儲(chǔ)量計(jì)算規(guī)范》(DZ/T 0252—2013)，以千米井深穩(wěn)定產(chǎn)量作為產(chǎn)能分類標(biāo)準(zhǔn)：千米井深穩(wěn)定產(chǎn)量≥15×104m3/(km·d)為高產(chǎn)氣藏；5×104m3/(km·d)≤千米井深穩(wěn)定產(chǎn)量≤15×104m3/(km·d)為中產(chǎn)氣藏；1×104m3/(km·d)≤千米井深穩(wěn)定產(chǎn)量≤5×104m3/(km·d)，為低產(chǎn)氣藏；千米井深穩(wěn)定產(chǎn)量<1×104m3/(km·d)為特低產(chǎn)氣藏。根據(jù)計(jì)算所得的千米井深穩(wěn)定產(chǎn)量將研究區(qū)產(chǎn)能分為高產(chǎn)、中產(chǎn)、低產(chǎn)和特低產(chǎn)，并根據(jù)產(chǎn)能劃分“甜點(diǎn)”。Ⅰ類“甜點(diǎn)”對(duì)應(yīng)高產(chǎn)氣藏，Ⅱ類“甜點(diǎn)”對(duì)應(yīng)中產(chǎn)氣藏，Ⅲ類“甜點(diǎn)”對(duì)應(yīng)低產(chǎn)氣藏。其中Ⅰ類和Ⅱ類“甜點(diǎn)”是在當(dāng)前經(jīng)濟(jì)、技術(shù)背景下能夠?qū)崿F(xiàn)有效開發(fā)的“甜點(diǎn)”類型，而研究區(qū)主要為低滲-近致密儲(chǔ)層，尤其是花港組下部，當(dāng)深度大于4 000 m時(shí)，滲透率基本小于1×10-3μm2，孔隙度均小于9%，試氣及千米井深穩(wěn)定產(chǎn)量均顯示為低產(chǎn)和特低產(chǎn)氣藏。本次研究將花港組下部的低產(chǎn)氣藏劃分為Ⅲ類“甜點(diǎn)”，作為下階段勘探和開發(fā)“潛力層”。

3 “甜點(diǎn)”特征

3.1 巖石學(xué)特征

研究區(qū)目的層各類“甜點(diǎn)”巖石學(xué)組分特征基本一致。主要巖石類型為長(zhǎng)石巖屑質(zhì)石英砂巖，少量長(zhǎng)石質(zhì)巖屑砂巖和巖屑砂巖(圖3)。巖石的成分成熟度較好，石英含量、長(zhǎng)石、巖屑含量變化不大，石英含量平均63.4%～65.1%，長(zhǎng)石含量平均16%左右，巖屑含量平均18.3%～20.2%。結(jié)構(gòu)成熟度中等，顆粒磨圓以次棱-次圓狀為主，分選中等-好或好，接觸類型以點(diǎn)-線接觸為主，少量凹凸-線接觸以及線-點(diǎn)接觸，膠結(jié)類型以接觸-壓嵌式膠結(jié)為主。

3.2 孔喉類型

研究區(qū)為典型低滲-致密砂巖儲(chǔ)層，儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)，孔隙和喉道類型復(fù)雜，不同“甜點(diǎn)”孔隙和喉道的類型及大小都有各自的特點(diǎn)，同時(shí)孔喉的差異導(dǎo)致不同“甜點(diǎn)”的孔隙度和滲透率具有不同的范圍[23]。

低滲透儲(chǔ)層具有復(fù)雜的儲(chǔ)集空間類型及組合，其孔隙結(jié)構(gòu)類型因受沉積和成巖作用等較多地質(zhì)因素影響而復(fù)雜多樣[24]。對(duì)研究區(qū)不同層段鑄體薄片觀察發(fā)現(xiàn)，花港組儲(chǔ)層具有多種不同類型的孔隙，主要包括粒間孔、粒內(nèi)孔和晶間孔。經(jīng)鏡下測(cè)量可知孔隙直徑大小不均，大部分小于100 μm。

圖3 西湖凹陷巖石分類Fig.3 Petrographic classification of the Xihu Sag

粒間孔主要發(fā)育有3種類型，第一種為復(fù)合孔(圖4a,b)，其特征為孔隙邊緣較為平直的原生孔和邊緣顆粒被部分溶蝕形成的溶蝕孔組合形成，由于壓實(shí)作用較弱，原生孔隙得以保存下來，后期溶蝕作用使孔隙進(jìn)一步擴(kuò)大，這類孔隙孔徑較大，連通性好，平均孔隙直徑大于70 μm；第二種為殘余粒間孔(圖4c)，由于儲(chǔ)層埋藏深，機(jī)械壓實(shí)作用較強(qiáng)，成巖過程中原生粒間孔隙被壓實(shí)和充填后殘余的孔隙，孔隙直徑小、連通性差異性大，具有強(qiáng)烈的非均質(zhì)性，平均孔隙直徑在40～85 μm，在各個(gè)目的層段均較發(fā)育；第三種為粒間溶孔(圖4a)，受溶蝕作用影響，在顆粒接觸邊緣或顆粒之間的膠結(jié)物產(chǎn)生的次生孔隙，這類孔隙孔徑較小，連通性差，平均孔隙直徑一般在20～50 μm，在研究區(qū)較為常見。

粒內(nèi)孔主要為粒內(nèi)溶孔和鑄?？?圖4c)，主要為長(zhǎng)石不穩(wěn)定礦物成分的溶蝕，其次為巖屑顆粒溶蝕，石英溶蝕少見(圖4g)。粒內(nèi)溶蝕孔隙一般孔徑較小，且為孤立的，孔隙連通性差。

晶間孔主要有綠泥石和自生伊利石及伊蒙混層晶間微孔隙(圖4j)，這些粘土礦物晶體之間具有一定的微孔隙，具有一定的滲流能力，但孔隙孔徑較小，且連通性差，對(duì)儲(chǔ)層的滲透率貢獻(xiàn)很小。

在低滲透儲(chǔ)層中，喉道是影響儲(chǔ)層滲透率的關(guān)鍵因素。受顆粒本身大小和形狀、巖石顆粒間的接觸關(guān)系、膠結(jié)物形態(tài)等因素影響，喉道的大小及形態(tài)差異較大[15]。研究區(qū)花港組儲(chǔ)層喉道類型主要有：孔隙縮小型喉道、縮頸型喉道、片狀喉道和管束狀喉道。

對(duì)于不同類型的低滲透儲(chǔ)層，其孔隙大小及規(guī)模差異不大，但滲透率差異較大，而滲透率差異體現(xiàn)在喉道的差別，喉道是控制低滲透儲(chǔ)層質(zhì)量的關(guān)鍵因素[21]。因此，著重通過對(duì)喉道分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)研究進(jìn)行孔隙結(jié)構(gòu)分類。選取平均連通孔喉半徑作為研究區(qū)孔隙結(jié)構(gòu)分級(jí)的指標(biāo)參數(shù)。采用數(shù)據(jù)構(gòu)形分析法對(duì)研究區(qū)孔隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類，根據(jù)累計(jì)曲線上的拐點(diǎn)數(shù)量，將研究區(qū)孔隙結(jié)構(gòu)劃分為6類(圖5a)。

圖4 西湖凹陷儲(chǔ)層微觀特征Fig.4 Microscopic characteristics of reservoirs in the Xihu Saga.“甜點(diǎn)”Ⅰ類，中砂巖，以復(fù)合孔為主，X-3井，埋深3 843 m;b.“甜點(diǎn)”Ⅱ類，原生孔為主，綠泥石薄膜常見，X-4井，埋深3 672.3 m;c.“甜點(diǎn)”Ⅲ類，少量殘余粒間孔，粒內(nèi)溶蝕孔為主,X-1井，埋深4 287.8 m;d.細(xì)砂巖，成熟度低，塑性礦物被壓彎曲變形充填于顆粒之間，物性差，X-2井，埋深3 666.4 m;e.方解石膠結(jié)致密層，基本無面孔率，X-2井，埋深3 822.1 m;f.平行層理，礦物成分不同，壓實(shí)程度不同，物性不均一，X-2井，埋深3 908.3 m;g.石英粒內(nèi)溶孔，碳酸鹽膠結(jié)，X-2井，埋深4 052.2 m;h.含泥礫層，鏡下分選差，小的泥屑塑性變形充填到顆粒之間，物性較差，X-1井，埋深3 863.5 m;i.綠泥石薄膜，X-2井，埋深3 718 m，SEM;j.伊利石充填孔隙，X-1井，埋深4 016.2 m，SEM;k.伊蒙混層充填孔隙，X-2井，埋深 4 247.1 m，SEM;l.石英多呈藍(lán)紫色，次生加大邊較發(fā)育，X-2井，埋深3 766 m，陰極發(fā)光

圖5 西湖凹陷孔隙結(jié)構(gòu)分類及特征Fig.5 Classification and characteristics of pore structures in the Xihu Saga.累計(jì)平均孔喉半徑劃分孔隙結(jié)構(gòu);b.不同“甜點(diǎn)”類型所含孔隙類型比重

Ⅰ類，孔隙類型以粒間復(fù)合孔為主，粒間原生孔次之，含較多粒內(nèi)溶蝕孔；喉道類型以孔隙縮小型喉道為主，其次為縮頸型喉道。鏡下測(cè)量平均孔隙直徑大于70 μm，孔隙度一般大于11.6%，平均為14.6%，滲透率一般大于3.5×10-3μm2，平均為46.6×10-3μm2。壓汞曲線為具有一定斜率的平臺(tái)型，平臺(tái)相對(duì)較短，分選相對(duì)較差，排替壓力小于0.1 MPa，最大連通孔喉半徑大于6 μm，平均連通孔喉半徑大于3 μm。

Ⅱ類，孔隙類型主要為粒間復(fù)合孔和粒間原生孔，粒內(nèi)溶蝕孔較少，喉道類型主要為縮頸型喉道、片狀喉道，鏡下測(cè)量平均孔隙直徑一般在40～85 μm?？紫抖纫话銥?.7%～18.4%，平均為10.5%，滲透率一般為0.76×10-3～3.5×10-3μm2，平均為1.6×10-3μm2。壓汞曲線為具有一定斜率的平臺(tái)型，平臺(tái)相對(duì)較長(zhǎng)，分選相對(duì)較好，排替壓力在0.1～0.2 MPa。

Ⅲ類，孔隙類型以原生孔保存的粒間殘余孔為主；喉道以片狀喉道為主，其次為縮頸型喉道。鏡下測(cè)量平均孔隙直徑一般在30～70 μm，孔隙度一般為6%～14.4%，平均為9%；滲透率一般為(0.35～0.8)×10-3μm2，平均為0.63×10-3μm2。壓汞曲線為具有長(zhǎng)平臺(tái)型，平臺(tái)最長(zhǎng)，分選較好，排替壓力在0.2～0.8 MPa，最大連通孔喉半徑為0.7～2.4 μm,平均連通孔喉半徑為0.3～1.1 μm。

Ⅳ類，孔隙以粒間溶蝕孔、粒內(nèi)溶蝕孔為主，粒間殘余孔較少。喉道以片狀喉道為主，彎片狀次之，縮頸型喉道較少，鏡下測(cè)量平均孔隙直徑一般在20～50 μm。孔隙度主要分布在5%～11%，平均為7.3%，滲透率一般為(0.23～0.45)×10-3μm2,平均為0.37×10-3μm2。壓汞曲線為具有一定斜率的平臺(tái)型，平臺(tái)較短，分選較差，排替壓力在0.8～2 MPa。最大連通孔喉半徑為0.3～0.7 μm，平均連通孔喉半徑為0.13～0.3 μm。

Ⅴ類，孔隙以粒內(nèi)溶蝕孔為主，粒間溶蝕孔、鑄?？状沃?，喉道為片狀喉道、彎片狀喉道，鏡下測(cè)量平均孔隙直徑為8～20 μm，孔隙度主要分布在2%～8%，平均為4.6%，滲透率一般為(0.03～0.22)×10-3μm2，平均為0.15×10-3μm2。壓汞曲線為緩坡形，平臺(tái)較短，分選較差，排替壓力在2～5 MPa。最大連通孔喉半徑為0.12～0.3 μm，平均連通孔喉半徑介于0.02～0.13 μm。

Ⅵ類，僅見少量粒內(nèi)溶蝕孔，喉道基本不發(fā)育，鏡下測(cè)量平均孔隙直徑小于10 μm，孔隙度一般小于2.2%，滲透率一般小于0.06×10-3μm2；壓汞曲線表現(xiàn)為陡坡形，排驅(qū)壓力大，一般大于6 MPa。最大連通孔喉半徑小于0.12 μm，平均連通孔喉半徑小于0.02 μm。

通過分析得Ⅰ類“甜點(diǎn)”儲(chǔ)層以Ⅰ類孔隙結(jié)構(gòu)為主；Ⅱ類“甜點(diǎn)”儲(chǔ)層中主要發(fā)育Ⅱ類孔隙結(jié)構(gòu)，其次為Ⅰ類孔隙結(jié)構(gòu)，少見Ⅲ類孔隙結(jié)構(gòu)；Ⅲ類“甜點(diǎn)”主要以Ⅲ類孔隙結(jié)構(gòu)為主，發(fā)育少量Ⅳ類孔隙結(jié)構(gòu)；Ⅴ類、Ⅵ類孔隙結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)滲透率小于0.22×10-3μm2，屬于強(qiáng)致密儲(chǔ)層，主要發(fā)育在非“甜點(diǎn)”儲(chǔ)層(圖5b)。

3.3 束縛水含量

研究區(qū)不同“甜點(diǎn)”類型的束縛水含量有較大差別，尤其是Ⅰ類“甜點(diǎn)”的束縛水含量明顯低于其它類型儲(chǔ)層。高含水一直以來是制約氣藏開發(fā)的難點(diǎn)[23-25]。前人研究核磁共振T2(弛豫時(shí)間)譜圖能夠很好的反映束縛水含量，且準(zhǔn)確度高，但是不能對(duì)全井段進(jìn)行規(guī)律總結(jié)。束縛水飽和度與孔隙結(jié)構(gòu)、巖石性質(zhì)及形成條件密切相關(guān)[24]。對(duì)于低滲-致密氣藏儲(chǔ)層，束縛水與可動(dòng)水滲孔比的大小側(cè)面反映了巖石的孔隙結(jié)構(gòu)，中子-密度孔隙度差值與巖石束縛水含量相關(guān)，泥質(zhì)含量間接決定著巖石的孔隙結(jié)構(gòu)特征，三者從不同的角度反映了巖石束縛水飽和度(Swi)的狀態(tài)[25]。通過以上測(cè)井參數(shù)與研究區(qū)25塊核磁共振測(cè)試數(shù)據(jù)建立關(guān)系，運(yùn)用多元線性回歸擬合出束縛水飽和度測(cè)井計(jì)算公式如下[公式(4)]：

(4)

總結(jié)來看：研究區(qū)Ⅰ類“甜點(diǎn)”T2譜圖形態(tài)為右偏峰式，具體形態(tài)呈現(xiàn)多樣化，最大峰值從30～200 ms不定(圖6a)。從測(cè)井束縛水飽和度與千米井深穩(wěn)定產(chǎn)量匹配來看，束縛水飽和度大多處于22%～57%(圖6d);Ⅱ類“甜點(diǎn)”與 Ⅲ類“甜點(diǎn)”束縛水含量相近，T2譜圖形態(tài)為均勻雙峰式，兩個(gè)峰值在2.2 ms和40 ms左右(圖6b)。測(cè)井束縛水飽和度與千米井深穩(wěn)定產(chǎn)量匹配表明，Ⅱ類“甜點(diǎn)”與Ⅲ類“甜點(diǎn)”束縛水飽和度大多處于45%～55%(圖6d)；非“甜點(diǎn)”儲(chǔ)層為左偏峰式，主要峰值基本在2 ms附近，另一個(gè)峰值不穩(wěn)定，可大可小(圖6c)。測(cè)井束縛水飽和度與千米井深穩(wěn)定產(chǎn)量匹配表明，非“甜點(diǎn)”儲(chǔ)層束縛水飽和度基本大于50%(圖6d)。

4 “甜點(diǎn)”成因

4.1 埋藏深度

埋藏深度是研究區(qū)目的層控制“甜點(diǎn)”發(fā)育的決定性作用。通過對(duì)研究區(qū)多次MDT錄井測(cè)壓和DST地層測(cè)壓得出，研究區(qū)目的層地層壓力系數(shù)在1.01～1.03，屬常壓地層。儲(chǔ)層物性隨深度增加變差，深度越深差異變小。據(jù)統(tǒng)計(jì)埋深大于4 000 m基本不發(fā)育“甜點(diǎn)”儲(chǔ)層，現(xiàn)階段有開發(fā)價(jià)值的Ⅰ類“甜點(diǎn)”和Ⅱ類“甜點(diǎn)”幾乎全部發(fā)育在花港組上部(表1)。

4.2 沉積作用

花港組上部，沉積作用是Ⅰ類和Ⅱ類“甜點(diǎn)”儲(chǔ)層發(fā)育的主控因素。沉積作用從沉積環(huán)境、事件性沉積及層理類型等方面控制著“甜點(diǎn)”儲(chǔ)層的發(fā)育。

4.2.1 沉積環(huán)境是控制“甜點(diǎn)”發(fā)育的內(nèi)因

不同沉積環(huán)境下，砂體的粒度和成熟度等方面有明顯差異。研究區(qū)花港組發(fā)育一套大型辮狀河三角洲沉積體系，目的層發(fā)育辮狀河三角洲前緣亞相，以大套厚層砂巖為主。主要發(fā)育辮狀水道、水道間、溢岸沉積和席狀砂4種微相，其中以辮狀水道為主，辮狀水道根據(jù)水道底部有無底礫巖和沖刷面，分為高能辮狀水道和低能辮狀水道，高能辮狀水道粒度明顯比低能辮狀水道粗。經(jīng)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)“甜點(diǎn)”主要發(fā)育在辮狀水道中，Ⅰ類和Ⅱ類“甜點(diǎn)”主要發(fā)育在辮狀水道的中砂巖，Ⅰ類“甜點(diǎn)”大多只在高能辮狀水道中發(fā)育。Ⅲ類“甜點(diǎn)”主要發(fā)育在低能辮狀水道的細(xì)砂巖中，中砂巖次之(圖7)。這主要是由于沉積水動(dòng)力越強(qiáng)，粒度越粗，塑性礦物越少，抗壓實(shí)能力也就越強(qiáng)，促進(jìn)了原生孔隙的保留(圖8)；同時(shí)粒度越粗、分選越好，表面積越小，顆粒之間的支撐力越大，孔喉連通性越好。

圖6 西湖凹陷不同“甜點(diǎn)”類型核磁共振束縛水飽和度特征(離心力2.07 MPa)Fig.6 Characteristics of irreducible water saturation revealed by magnetic resonance spectrogram for different“sweet spots” in the Xihu Sag(with the centrifugal force of 2.07 MPa)a.“甜點(diǎn)”Ⅰ類T2譜圖;b.“甜點(diǎn)”Ⅱ類、Ⅲ類T2譜圖;c.非“甜點(diǎn)”T2譜圖;d.不同“甜點(diǎn)”束縛水含量標(biāo)準(zhǔn)

層位R35/μm千米井深穩(wěn)定產(chǎn)量/(104 m3·km-1·d-1)孔隙度/%滲透率/(10-3 μm2)花港組上部0.2～16.51～400.05.0～200.20～260.00花港組下部<1.0<8.04.7～9.00.01～1.00

圖7 西湖凹陷不同微相“甜點(diǎn)”分布概率Fig.7 Probability distribution of “sweet spots” in different depositional microfacies in the Xihu Sag

4.2.2 事件性沉積不利于“甜點(diǎn)”的形成

研究區(qū)發(fā)育多套含灰黑色泥礫層，礫石大小不一，形態(tài)不同，按排列方式大致可以分為兩類：雜亂排列和定向排列。雜亂排列類型的泥礫大小和形態(tài)差別較大，部分呈撕裂狀；定向排列類型的泥礫粒度普遍較小，具有一定的成層性，形狀較為圓潤(rùn)，說明經(jīng)過一定距離的搬運(yùn)。

圖9上段的泥礫層，發(fā)育兩種類型泥礫，泥巖撕裂屑(①號(hào))主量元素和微量元素含量與下伏泥巖差別都較大，主量元素中Si含量明顯增多，其它主量元素含量都相應(yīng)減少，微量元素含量普遍比下伏泥巖少; 泥礫(②號(hào))與其緊鄰下覆泥巖段具有相近的常量元素和微量元素類型和含量，說明泥礫(②號(hào))來自附近下伏泥巖出露的位置，而泥巖撕裂屑(①號(hào))來自其它地區(qū)的泥巖。前人研究，水體越深溶解氧含量相對(duì)越高，海水中Mn2+被氧化，以Mn(Ⅳ)的氧化物或氫氧化物沉淀下來。Ti是一種較穩(wěn)定的元素，很難形成可溶性化合物，所以海水中Ti的含量很低，沉積物中Ti主要來自陸源碎屑物質(zhì)，根據(jù)Mn和Ti兩種元素的特征差異性，Mn/Ti比值可以判斷水體的深淺，比值越大水體越深，反之則反[26]。泥礫(②號(hào))為灰色，泥巖撕裂屑(①號(hào))為灰黑色，同時(shí)泥礫(②號(hào))和下伏泥巖中Mn/Ti比相近且比泥巖撕裂屑(①號(hào))小，驗(yàn)證前文所述泥礫(②號(hào))為就近沉積，同時(shí)證明泥巖撕裂屑(①號(hào))來自更深的水體環(huán)境。推斷本段泥礫層段是同一期風(fēng)暴浪將較深水處和近處的未固結(jié)泥巖攪起混合后在此處快速堆積而成。圖9下段泥礫(③號(hào))與下伏泥巖相比，主量元素中Fe和Ti含量偏高，微量元素普遍比下伏泥巖段含量少，Mn/Ti比明顯比下伏泥巖小，說明此段泥礫來自相對(duì)較淺的水體環(huán)境，推斷泥礫(③號(hào))是洪水沖刷上游泥巖并搬運(yùn)而來。

通過鑄體薄片、壓汞和測(cè)井等資料觀察分析，泥礫層物性普遍較差，非均質(zhì)性強(qiáng)(圖4h)。雜亂排列泥礫層，厚度較大，一般在0.5～3 m，層內(nèi)的砂巖層分選差，成熟度低，含大量泥質(zhì)雜基，壓實(shí)作用強(qiáng)烈。鏡下觀察幾乎所有薄片都發(fā)育碳酸鹽膠結(jié)，膠結(jié)物一般不會(huì)充填整個(gè)薄片，而是不均勻的分布在薄片的不同位置，大大增加了儲(chǔ)層不均一性；定向排列的小泥礫層厚度較薄，一般小于0.5 m，分選稍好，同樣發(fā)育不均勻碳酸鹽膠結(jié)。緊鄰定向排列小泥礫層上部一般發(fā)育一套0.3～1 m的相對(duì)高滲層，這是洪水過后，水動(dòng)力相對(duì)較強(qiáng)的一套沉積，沉積物相對(duì)較粗，物性好。

圖9 西湖凹陷X-1井地層綜合柱狀圖Fig.9 Composite stratigraphic column of Well X-1 in the Xihu Sag

4.2.3 不同層理構(gòu)造儲(chǔ)層物性不同

研究區(qū)層理十分發(fā)育，主要發(fā)育塊狀層理、平行層理和波狀層理3種，且物性依次變差。這主要是由于形成塊狀層理的水動(dòng)力最強(qiáng)，粒度最粗，以中砂巖為主，細(xì)砂巖次之；平行層理其次，以細(xì)砂巖為主；波狀層理最細(xì)，以粉砂巖為主(圖10)。相同巖性時(shí)(以細(xì)砂巖為例)，塊狀層理的孔隙結(jié)構(gòu)普遍比其它兩種層理好。塊狀層理砂巖較為干凈，原生孔隙較多，孔隙結(jié)構(gòu)好，物性最好；平行層理段由于紋層之間成分不同，物性不同的層相間分布，導(dǎo)致平行層理進(jìn)汞曲線存在多種類型，孔隙結(jié)構(gòu)多樣化，物性不均一(圖4f)；波狀層理細(xì)砂巖中大多具有高含量粉砂及泥質(zhì)，壓實(shí)作用強(qiáng)，孔隙結(jié)構(gòu)差，物性最差。

圖10 西湖凹陷不同層理中巖性分布概率Fig.10 Probability distribution of lithologies in different layers of the Xihu Sag

4.3 成巖作用

成巖作用對(duì)不同類型“甜點(diǎn)”所起作用不同。在花港組上部，成巖作用對(duì)“甜點(diǎn)”儲(chǔ)層影響較為有限，其中伊利石和伊蒙混層是影響儲(chǔ)層物性的重要因素，溶蝕作用對(duì)部分“甜點(diǎn)”儲(chǔ)層具有改善作用，膠結(jié)作用只是對(duì)局部?jī)?chǔ)層起致密化作用；花港組下部，溶蝕作用是Ⅲ類“甜點(diǎn)”的主控因素。

4.3.1 膠結(jié)作用是儲(chǔ)層致密化的重要影響因素

研究區(qū)膠結(jié)作用普遍發(fā)育，但局部富集，從壓實(shí)作用和膠結(jié)作用減孔圖中可以看出，膠結(jié)作用減孔所占比重較少，膠結(jié)減孔量約1%～12%，占總減孔量的4%～32%，主要包括碳酸鹽、硅質(zhì)和粘土礦物(圖11)。

1) 粘土礦物膠結(jié)

粘土礦物膠結(jié)是影響“甜點(diǎn)”儲(chǔ)層發(fā)育的主要成巖因素，研究區(qū)粘土礦物以綠泥石、伊利石和伊蒙混層為主(圖4i—k)。統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，花港組上部，伊利石和伊蒙混層含量與孔隙度、滲透率呈負(fù)相關(guān)關(guān)系(圖12a—d)，說明埋深淺于4 000 m時(shí)，伊利石和伊蒙混層是控制儲(chǔ)層的重要因素。通過鑄體薄片和掃面電鏡觀察，伊利石常以蜂窩狀和絲縷狀附著在顆粒表面或填充于粒間孔隙和喉道中，使得孔隙儲(chǔ)集性和連通性變差(圖4j,k)；其次，粘土礦物在壓力作用下，發(fā)生塑性變形，從而減少骨架顆粒之間的摩擦，促進(jìn)壓實(shí)作用，同時(shí)，變形的粘土礦物充填在顆粒之間，多方面促進(jìn)儲(chǔ)層物性的變差。

圖11 西湖凹陷壓實(shí)作用和膠結(jié)作用在孔隙度損失中的相對(duì)重要性評(píng)價(jià)Fig.11 Impact of compaction and cementation on porosity loss in the Xihu Sag

綠泥石的?？鬃饔媚壳笆且粋€(gè)飽受爭(zhēng)議的話題[27]，前人指出西湖凹陷中央隆褶帶優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層發(fā)育層段與高綠泥石含量正相關(guān)明顯，綠泥石膜抑制石英次生加大，有效保護(hù)了原生孔隙[28]。但是筆者統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，無論是花港組上部還是花港組下部，綠泥石含量與儲(chǔ)層物性均沒有較好的單向相關(guān)性(圖12e—h)。這主要是因?yàn)椋芯繀^(qū)硅質(zhì)膠結(jié)率低，基本小于1%，所以綠泥石膜抑制硅質(zhì)膠結(jié)不是儲(chǔ)層保孔的主要原因；其次，研究區(qū)共發(fā)育孔隙襯里和孔隙充填兩種綠泥石，孔隙襯里綠泥石可以促進(jìn)原生孔隙的保留，但是孔隙充填綠泥石則跟其它粘土礦物一樣，阻塞孔隙和喉道，綠泥石含量與孔隙度、滲透率相關(guān)關(guān)系圖中顯示的兩向相關(guān)性，可能就是受此原因?qū)е?圖12e,f)，

2) 碳酸鹽膠結(jié)

碳酸鹽膠結(jié)物是研究區(qū)花港組含量最多的自生礦物，主要包括方解石膠結(jié)和鐵方解石膠結(jié)物(圖4e)，碳酸鹽膠結(jié)物含量的增加會(huì)導(dǎo)致儲(chǔ)層孔隙度和滲透率降低，不利于儲(chǔ)集空間的發(fā)育。在辮狀河三角洲前緣辮狀水道砂體底部鄰近泥巖的地方發(fā)現(xiàn)較多早期方解石基底式膠結(jié)，形成致密的砂巖儲(chǔ)層。經(jīng)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，儲(chǔ)層中膠結(jié)物含量大于10%的砂體一般距砂泥界面0.8 m范圍內(nèi)，即砂體邊緣處易于形成碳酸鹽基底式膠結(jié)，由砂體邊緣向砂體內(nèi)部，膠結(jié)物含量逐漸減低(圖13)。受膠結(jié)物分布特征的影響，研究區(qū)儲(chǔ)層存在一定厚度的膠結(jié)殼，儲(chǔ)集物性在砂體邊緣向砂體中部逐漸增加，在砂體中部膠結(jié)作用較弱，儲(chǔ)集物性較高，孔隙度相對(duì)較為穩(wěn)定。

4.3.2 溶蝕作用是Ⅲ類“甜點(diǎn)”形成的控制因素

研究區(qū)溶蝕作用普遍，鑄體薄片觀察、統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，少量巖屑顆粒及早期碳酸鹽膠結(jié)物也容易發(fā)生溶蝕，形成溶蝕孔和晶間微孔。極少數(shù)的石英顆粒發(fā)生堿性溶蝕，形成石英粒內(nèi)孔。主要以長(zhǎng)石顆粒溶蝕為主，溶蝕形成粒間孔、粒內(nèi)溶孔及鑄模孔。長(zhǎng)石溶蝕作用主要是在原生孔隙或者長(zhǎng)石粒內(nèi)縫基礎(chǔ)上進(jìn)行的，原生孔隙及粒內(nèi)縫越多，溶蝕作用越發(fā)育，所以，花港組下部相對(duì)溶蝕增孔量遠(yuǎn)高于花港組上部，但是絕對(duì)溶蝕增孔量，花港組上部遠(yuǎn)多于花港組下部。采用視溶蝕率[公式(5)]定量表征溶蝕程度，花港組上部視溶蝕率在35%～65%左右，為中等溶蝕；花港組下部氣層組整體較為致密，視溶蝕率大于70%，為中等-強(qiáng)溶蝕。所在，溶蝕作用對(duì)Ⅰ類“甜點(diǎn)”和Ⅱ類“甜點(diǎn)”的形成，主要起到改善作用；花港組下部致密儲(chǔ)層中，溶蝕作用是Ⅲ類“甜點(diǎn)”形成的主控因素。

(5)

圖12 西湖凹陷粘土礦物含量與孔隙度、滲透率關(guān)系Fig.12 Clay mineral content vs.porosity and permeability in the Xihu Saga.花港組上部伊利石、伊蒙混層含量與滲透率關(guān)系；b.花港組上部伊利石、伊蒙混層含量與孔隙度關(guān)系；c.花港組下部伊利石、伊蒙混層含量與滲透率關(guān)系；d.花港組下部伊利石、伊蒙混層含量與孔隙度關(guān)系；e.花港組上部綠泥石含量與滲透率關(guān)系；f.花港組上部綠泥石含量與孔隙度關(guān)系；g.花 港組下部綠泥石含量與滲透率關(guān)系；h.花港組下部綠泥石含量與孔隙度關(guān)系；

4.4 構(gòu)造運(yùn)動(dòng)

構(gòu)造運(yùn)動(dòng)是“甜點(diǎn)”形成的必要條件。前人研究西湖凹陷中央隆起帶一共經(jīng)歷過3期成藏，第一期為中中新世，第二期為中新世晚期，第三期為上新世—第四紀(jì)，是西湖凹陷中央隆起帶主要成藏期[29]。研究區(qū)寬緩背斜構(gòu)造，是在花港組沉積以后龍井運(yùn)動(dòng)時(shí)期，受擠壓作用形成的。龍井運(yùn)動(dòng)發(fā)生在第三期成藏之前，本時(shí)期形成的背斜構(gòu)造為后期氣藏的形成提供了良好的圈閉條件。此外，蓋層是氣藏形成和保存的關(guān)鍵[30]，從研究區(qū)地震剖面看，研究區(qū)斷層較少，只有少數(shù)斷層斷穿目的層花港組上部的蓋層，為氣藏的形成提供了完整的蓋層。龍井運(yùn)動(dòng)以后西湖凹陷進(jìn)入緩慢沉降區(qū)，穩(wěn)定的構(gòu)造環(huán)境也為研究區(qū)氣藏的保存提供了保障。圈閉形成時(shí)間與主要成藏期次良好的匹配關(guān)系，加上后期穩(wěn)定的構(gòu)造環(huán)境是研究區(qū)氣藏“甜點(diǎn)”形成的必要條件。

圖13 西湖凹陷膠結(jié)物含量與距砂泥界面距離的關(guān)系Fig.13 Relationship of cement content and distance from the interface between sandstone and mudstone in the Xihu Sag

5 結(jié)論

1) 致密砂巖氣藏“甜點(diǎn)”應(yīng)該是針對(duì)特定研究工區(qū)，在當(dāng)前經(jīng)濟(jì)和技術(shù)背景下，根據(jù)研究區(qū)當(dāng)前勘探開發(fā)現(xiàn)狀及要求，能夠?qū)崿F(xiàn)經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定生產(chǎn)的區(qū)域。當(dāng)前情況下研究區(qū)“甜點(diǎn)”劃分應(yīng)著重考慮儲(chǔ)層物性、理論產(chǎn)能和含水性3方面。

2) 根據(jù)R35計(jì)算研究區(qū)的理論產(chǎn)能，根據(jù)產(chǎn)能將“甜點(diǎn)”分為3類，Ⅰ類和Ⅱ類“甜點(diǎn)”為高產(chǎn)、中產(chǎn)層段，在當(dāng)前經(jīng)濟(jì)和技術(shù)背景下能夠?qū)崿F(xiàn)有效開發(fā)；花港組下部大部分層段滲透率基本小于1×10-3μm2，孔隙度小于9%，試氣及千米井深穩(wěn)定產(chǎn)量均顯示為低產(chǎn)和特低產(chǎn)氣藏。本次研究將花港組下部低產(chǎn)氣藏儲(chǔ)層作為Ⅲ類“甜點(diǎn)”，作為下階段勘探和開發(fā)“潛力層”。不同類型的“甜點(diǎn)”具有相近的巖石學(xué)特征，但是在物性、孔隙機(jī)構(gòu)和束縛水飽和度等方面存在較大差別。

3) 埋藏深度是控制“甜點(diǎn)”發(fā)育的決定性因素，4 000 m以深基本不發(fā)育Ⅰ類和Ⅱ類“甜點(diǎn)”。在花港組上部，Ⅰ類和Ⅱ類“甜點(diǎn)”儲(chǔ)層物性主要受沉積作用控制，成巖作用增加了儲(chǔ)層不均一性；花港組下部，溶蝕作用是形成Ⅲ類“甜點(diǎn)”的主要因素；同時(shí)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)與主要成藏期次良好的匹配關(guān)系，加上后期穩(wěn)定的構(gòu)造環(huán)境為研究區(qū)氣藏“甜點(diǎn)”形成提供了保障。