鶯歌海盆地樂東區(qū)高溫超壓儲層物性下限及分類

代龍，尤麗，吳仕玖，鐘佳，朱沛苑，招湛杰

中海石油（中國）有限公司海南分公司

0 前 言

有效儲層物性下限是指儲集巖成為有效儲層具有的最小標(biāo)準(zhǔn)，一般用最小孔隙度和滲透率來表征。當(dāng)前常用的儲層分類評價手段分為定性和定量兩大類，而無論進(jìn)行定性或定量的儲層評價，孔隙度、滲透率、孔隙結(jié)構(gòu)、粒度、分選等均是儲層評價的重要參數(shù)［1-2］。

鶯歌海盆地是我國南海北部大陸架重要的新生代富氣盆地［3-4］，隨著油氣勘探程度的不斷提高，勘探目標(biāo)已不斷向中深層拓展，并取得了較好的勘探發(fā)現(xiàn)。近年來，在鶯歌海盆地樂東區(qū)中新統(tǒng)黃流組和梅山組的油氣勘探獲得重大突破，先后鉆探的10 余口探井均鉆獲較好氣層，這證實了鶯歌海盆地高溫超壓的中深層領(lǐng)域具備巨大勘探潛力。但是，在鶯歌海盆地中深層的勘探過程中，面臨著高溫超壓背景下的強非均質(zhì)性、低滲等多種與儲層有關(guān)的難題，其中儲層物性主控因素及物性下限是制約勘探突破的關(guān)鍵問題之一。目前，涉及樂東區(qū)儲層物性控制因素的研究較為薄弱，有效儲層的物性下限難以明確界定，針對高溫超壓儲層精細(xì)分類方面的研究更少，這嚴(yán)重制約了鶯歌海盆地樂東區(qū)中深層的下一步勘探工作。因此，本文基于研究區(qū)10 余口鉆井的188 塊樣品進(jìn)行了巖石薄片觀察與分析，綜合測井、壓汞、地層測試、物性分析等資料，合理采用分布函數(shù)曲線法、測試法、排驅(qū)壓力法和經(jīng)驗統(tǒng)計法，明確了樂東區(qū)黃流組、梅山組有效儲層的物性下限，在此基礎(chǔ)上，通過分析有效儲層發(fā)育的控制因素，優(yōu)選主要參數(shù)對儲層進(jìn)行精細(xì)分類，以期為樂東區(qū)重點領(lǐng)域的勘探提供科學(xué)依據(jù)。

1 地質(zhì)背景

鶯歌海盆地是我國南海北部大陸架西北區(qū)的一個大型新生代沉積盆地，盆地東北側(cè)毗鄰北部灣盆地的南部隆起和海南隆起區(qū)，西側(cè)與昆嵩隆起相接并延伸至河內(nèi)坳陷，受紅河走滑斷裂帶的影響，盆地沿北西—南東向呈菱形展布（圖1）［5-6］。沉積地層由下往上依次發(fā)育始新統(tǒng)，漸新統(tǒng)崖城組和陵水組，中新統(tǒng)三亞組、梅山組和黃流組，上新統(tǒng)鶯歌海組以及第四系樂東組［7-9］。鶯歌海盆地以快速沉降充填、高地溫梯度、大規(guī)模的超壓熱流體活動為重要特征［10］，樂東區(qū)位于鶯歌海凹陷斜坡帶南段，盆內(nèi)熱流體活動較普遍，是典型的高溫盆地。盆地壓力變化大，樂東區(qū)表現(xiàn)為上部正常壓力、下部異常高壓。黃流組、梅山組沉積時期發(fā)育大規(guī)模的軸向水道和海底扇沉積，儲層發(fā)育條件優(yōu)越［11-12］。研究區(qū)緊鄰烴源巖，烴源條件好［13］；存在明顯構(gòu)造脊，運移匯集條件良好。綜合評價分析認(rèn)為，樂東區(qū)具備良好的成藏條件。

圖1 研究區(qū)位置與地層柱狀圖Fig.1 Tectonic location of the study area and stratigraphic column of Yinggehai Basin

2 儲層物性下限研究

前人在儲層物性下限方面已做了很多的研究，形成了分布函數(shù)曲線法、測試法、試油法、經(jīng)驗統(tǒng)計法、含水飽和度法、含油產(chǎn)狀法、排驅(qū)壓力法等較成熟的方法［14-15］。本文針對研究區(qū)實際地質(zhì)情況，合理應(yīng)用測井、常規(guī)物性、地層測試、壓汞等分析資料，優(yōu)選了分布函數(shù)曲線法、測試法、排驅(qū)壓力法和經(jīng)驗統(tǒng)計法來求取樂東區(qū)中新統(tǒng)黃流組和梅山組有效儲層的物性下限。

2.1 分布函數(shù)曲線法

分布函數(shù)曲線法是依據(jù)統(tǒng)計學(xué)原理，研究變量的總體分布規(guī)律。具體是建立有效儲層（氣層、氣水同層、差氣層以及水層）和非有效儲層（干層）的孔隙度和滲透率分布曲線［16］，有效儲層和非有效儲層分布曲線相交點對應(yīng)的數(shù)值為有效儲層物性下限。樂東區(qū)儲層物性的取心分析數(shù)據(jù)相對較少，但測井解釋資料相對較多。根據(jù)對目標(biāo)區(qū)10 余口井的中新統(tǒng)儲層測井解釋資料及油氣綜合地質(zhì)解釋結(jié)果（包括氣層、氣水同層、差氣層、水層和干層）展開分析，獲得該區(qū)有效儲層物性下限，求得孔隙度下限值為8%（圖2a），滲透率下限值為0.21×10-3μm2（圖2b）。

圖2 鶯歌海盆地樂東區(qū)中新統(tǒng)儲層物性下限求取的分布函數(shù)曲線法分析圖Fig.2 Analysis diagram of distribution function curve method for calculating the lower physical property limit of Miocene reservoir in Ledong area of Yinggehai Basin

2.2 測試法

測試法是利用油田地層測試成果區(qū)分有效儲層和非有效儲層。地層測試成果常常能夠直觀地反映儲層的物性和流體特征，是分析儲層有效性最為直接的資料［17］。根據(jù)樂東區(qū)4口井（A2-1井，A1-5井，A1-6 井，A1-13 井）共計113 個地層測試結(jié)果，選取地層測試中的有效點（測試有流動性的點）為有效儲層，干點和致密點為非有效儲層，通過建立有效點流動性與儲層物性之間的關(guān)系（圖3a，3b），求得該區(qū)物性下限。應(yīng)用此方法求取孔隙度下限值為7.8%（圖3a），滲透率下限值為0.18×10-3μm2（圖3b）。

圖3 鶯歌海盆地樂東區(qū)中新統(tǒng)儲層物性下限求取的測試法分析圖Fig.3 Analysis diagram of test method for calculating the lower physical property limit of Miocene reservoir in Ledong area of Yinggehai Basin

2.3 排驅(qū)壓力法

排驅(qū)壓力法就是通過定量表征儲層孔隙結(jié)構(gòu)特征，來反映儲層滲流能力［18-19］，通過明確排驅(qū)壓力臨界點，從而求取下限值。選取樂東區(qū)5 口井（A2-1 井，A1-5 井，A1-6 井，A1-13 井，A3-1 井）共計42個壓汞實驗數(shù)據(jù)，進(jìn)行排驅(qū)壓力與孔隙度、滲透率交會分析（圖4a，4b）。交會圖顯示，隨著孔隙度和滲透率的逐漸變化，排驅(qū)壓力發(fā)生變化同時會出現(xiàn)較明顯的拐點。當(dāng)孔隙度和滲透率值高于拐點值時，排驅(qū)壓力變化不大；當(dāng)孔隙度和滲透率值低于拐點時，排驅(qū)壓力會迅速變大。因而，求取該拐點對應(yīng)的物性值即為儲層物性下限。利用排驅(qū)壓力法求得孔隙度下限值為8%（圖4a），滲透率下限值為0.2×10-3μm2（圖4b）。

圖4 鶯歌海盆地樂東區(qū)中新統(tǒng)儲層物性下限求取的排驅(qū)壓力法分析圖Fig.4 Analysis diagram of displacement pressure method for calculating the lower physical property limit of Miocene reservoir in Ledong area of Yinggehai Basin

2.4 經(jīng)驗統(tǒng)計法

各大油田常采用經(jīng)驗統(tǒng)計法來確定物性下限［20］，即通過整理分析實測的孔隙度、滲透率數(shù)據(jù)，以低孔、低滲段累積儲滲能力丟失曲線計算有效儲層的物性下限，一般以儲滲能力丟失曲線5%為界限。根據(jù)研究區(qū)80 余塊壁心孔滲數(shù)據(jù)資料，建立樂東區(qū)中新統(tǒng)儲層滲透率丟失能力直方圖（圖5a），以儲滲能力損失5%為界限，明確滲透率下限值為0.2×10-3μm2。其中滲透率樣品累積丟失18%，丟失產(chǎn)油能力不大，因此認(rèn)為滲透率下限取值較為合理?；跇窎|區(qū)實測物性數(shù)據(jù)，建立了孔隙度-滲透率相關(guān)圖，以滲透率下限0.2×10-3μm2推算孔隙度下限為8%（圖5b）。

圖5 鶯歌海盆地樂東區(qū)中新統(tǒng)儲層物性下限求取的經(jīng)驗統(tǒng)計法分析圖Fig.5 Analysis diagram of empirical statistical method for calculating the lower physical property limit of Miocene reservoir in Ledong area of Yinggehai Basin

以上4 種方法中，分布函數(shù)法和經(jīng)驗統(tǒng)計法是以大量儲層物性數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)而求取物性下限，是一種靜態(tài)的統(tǒng)計方法；而排驅(qū)壓力法和測試法是以流體力學(xué)的原理求取，是一種動態(tài)的研究方法。以上方法各有不同特點，但獲取的下限值差別不大，表明這4 種方法求取的有效儲層物性下限值是合理的，求取4種方法下限值的平均值，確定樂東區(qū)中新統(tǒng)有效儲層物性的下限值，孔隙度下限為8%，滲透率下限為為0.2×10-3μm2。

3 有效儲層發(fā)育控制因素

勘探已證實鶯歌海盆地樂東區(qū)在黃流組、梅山組沉積時期發(fā)育大規(guī)模的軸向水道和海底扇沉積［21-23］。樂東區(qū)中新統(tǒng)儲層埋深較大，儲層非均質(zhì)性較強，分析認(rèn)為有效儲層可能受多種因素影響。本文在明確有效儲層物性下限的基礎(chǔ)上，通過分析和比較研究區(qū)儲層常規(guī)物性、薄片鑒定、壓汞等分析資料，進(jìn)而探討有效儲層發(fā)育的控制因素。

3.1 沉積作用的影響

沉積作用是儲層物性的重要影響因素。不同沉積背景下儲集巖的成分、粒度、分選、泥質(zhì)雜基含量各不相同［24］。樂東區(qū)儲集巖中的細(xì)砂巖、中砂巖和粗砂巖均發(fā)育，巖石顆粒分選以中等為主，部分分選較差，鏡下可見主要為顆粒支撐結(jié)構(gòu)。儲層物性與巖石顆粒平均粒徑和分選等參數(shù)間表現(xiàn)出較好的相關(guān)性：滲透率與粒度中值呈正相關(guān)關(guān)系（圖6a），即顆粒粒徑越大，滲透率越好；分選越好的儲層，滲透率整體上越高（圖6b）。此外，鏡下薄片顯示，樂東深埋區(qū)的壓實膠結(jié)強，其儲集空間主要為長石溶孔和鑄模孔，原生粒間孔相對較少，反映出樂東區(qū)儲層物性受后期的成巖改造較沉積作用的影響更大。

圖6 鶯歌海盆地樂東區(qū)中新統(tǒng)儲層物性與粒度中值、分選關(guān)系圖Fig.6 Relationships between physical property and grain size,sorting of the Miocene reservoirs in Ledong area of Yinggehai Basin

3.2 成巖作用的影響

根據(jù)鏡下鑄體薄片特征分析，樂東區(qū)儲層埋深在3 000 m 以淺時，壓實弱，碎屑顆粒以游離和點接觸為主；埋深在3 000~3 500 m 范圍時，壓實較弱，顆粒間以線—點接觸為主，少部分為線接觸；埋深在3 500~4 000 m 范圍時，壓實中等，碎屑顆粒以線接觸為主，部分為點—線接觸（圖7a）；埋深在4000 m 以深時，壓實較強，碎屑顆粒以凹凸—線接觸，部分石英顆粒被擠壓破裂，顆粒內(nèi)存在微裂縫（圖7b）。處于樂東區(qū)凹陷中心的B-7井黃流組儲層在3 500 m以深，顆粒以游離點或點—線接觸為主（圖7c），這可能與早期超壓形成有關(guān)。整體上來看，從淺層黃流組一段（簡稱黃一段）至深層梅山組二段（簡稱梅二段）、從斜坡帶至凹陷中心，隨著埋藏深度的增加，壓實作用起了主導(dǎo)作用，孔隙度逐漸減小。

研究區(qū)膠結(jié)作用主要表現(xiàn)為碳酸鹽膠結(jié)，膠結(jié)礦物主要為（鐵）方解石（圖7d）、（鐵）白云石（圖7e）和少量菱鐵礦。從膠結(jié)物發(fā)育情況來看，研究區(qū)黃一段膠結(jié)物含量主要分布在0.5%~8%之間，膠結(jié)損失孔隙度占原始孔隙的5%~15%（圖8a）；黃二段膠結(jié)物含量主要分布在0.5%~15%之間，局部可達(dá)20%~30%，膠結(jié)損失孔隙度占原始孔隙的5%~40%，局部可達(dá)70%（圖8b）。由斜坡帶的A2-1井區(qū)往凹陷中心的B-7井區(qū)，隨著搬運距離的增加，水介質(zhì)溫度和鹽度的影響發(fā)生變化，膠結(jié)強度逐漸變?nèi)?；縱向上，由黃一段至黃二段膠結(jié)物呈增加趨勢。儲層物性與碳酸鹽膠結(jié)物含量關(guān)系（圖8c）表明：碳酸鹽膠結(jié)物含量與滲透率呈明顯負(fù)相關(guān)性，當(dāng)碳酸鹽膠結(jié)物含量大于10%時，滲透率小于0.1×10-3μm2，說明膠結(jié)作用對物性有明顯影響。

圖8 鶯歌海盆地樂東區(qū)壓實作用、膠結(jié)作用及碳酸鹽膠結(jié)物含量與物性關(guān)系圖Fig.8 Relationship between compaction，cementation，carbonate cement content and physical properties in Ledong area of Yinggehai Basin

研究顯示樂東區(qū)黃流組及下部地層發(fā)育微裂隙，高溫?zé)崃黧w沿著微裂隙向上運移使得儲層不穩(wěn)定礦物溶解，形成大量次生孔隙，顯著改善了儲層物性。巖石薄片觀察與分析表明，樂東區(qū)中新統(tǒng)的溶解作用主要表現(xiàn)為長石（圖7f）、巖屑和碳酸鹽膠結(jié)物的溶解。凹陷斜坡帶的地溫梯度高，熱演化程度增加，受高溫?zé)崃黧w溶蝕作用影響明顯較強，特別是埋深較大的黃流組二段和梅山組（埋深均在4 000 m以深），形成較多的長石溶孔和鑄?？?。

圖7 鶯歌海盆地樂東區(qū)中新統(tǒng)砂巖顯微照片F(xiàn)ig.7 Micrograph of the Miocene sandstone in Ledong area of Yinggehai Basin

綜上分析，樂東區(qū)儲層物性區(qū)域上主要受壓實作用的控制，整體上隨埋深增加而變差，各層位受壓實作用的影響大于膠結(jié)作用，僅在局部膠結(jié)作用的影響大于壓實作用。碳酸鹽膠結(jié)與深部熱流體有關(guān)的溶解作用是有效儲層發(fā)育的主控因素，沉積作用控制的儲集巖粒度與分選對樂東區(qū)儲層物性的影響相對較小。

3.3 高溫超壓的影響

溫度和壓力是控制成巖演化的重要因素［25］。地溫的升高，在加快砂巖水-巖反應(yīng)速率的同時，也會加快地層機械壓實速率，致使孔隙度衰減加快［26］。樂東區(qū)地溫梯度分布顯示，沿斜坡帶—凹陷斜坡帶—凹陷中心方向，地溫梯度逐漸增加（由36 ℃/km 增加到42 ℃/km）。超壓對儲層物性的保護(hù)主要為抵抗壓實、抑制膠結(jié)，從而保護(hù)原生粒間孔。沿斜坡帶—凹陷斜坡帶—凹陷中心方向，超壓形成時間逐漸變早。樂東區(qū)儲層孔隙度與聲波時差變化特征表明（圖9），儲層埋深在3 200 m以淺時，孔隙減少幅度大；在埋深大于3 200 m 時，孔隙減少幅度變小，且深部仍可出現(xiàn)明顯高孔儲層（圖9a），在聲波時差上表現(xiàn)為異常超壓段（圖9b）。研究區(qū)平均壓力系數(shù)為1.7 左右，屬于異常超壓，超壓對儲層物性的保護(hù)起了重要作用。從樂東區(qū)斜坡帶往凹陷中心方向，超壓形成的時間更早、強度更大，儲層原生粒間孔更發(fā)育（圖7c）。

圖9 鶯歌海盆地樂東區(qū)儲層物性演化圖Fig.9 Physical property evolution of reservoir in Ledong area of Yinggehai Basin

4 儲層分類及綜合評價

樂東區(qū)中新統(tǒng)儲層受到沉積作用、成巖作用、地層壓力等多種因素的影響。由于影響儲層特征的因素眾多且很復(fù)雜，因此針對影響儲層的各項參數(shù)進(jìn)行全面、客觀、準(zhǔn)確的分析和研究，確定主要影響因素，優(yōu)選出能夠全面評價儲層的參數(shù)，才能達(dá)到合理評價儲層的目的。從樂東區(qū)中新統(tǒng)儲層的實際地質(zhì)情況出發(fā)，在明確有效儲層物性下限的基礎(chǔ)上，結(jié)合儲層的孔隙度、滲透率、孔喉結(jié)構(gòu)、碳酸鹽膠結(jié)物含量、粒度中值和分選性等6 項參數(shù)，建立高溫超壓儲層一體化分類方案（表1），將樂東區(qū)儲層進(jìn)一步劃分為Ⅰ、Ⅱ1、Ⅱ2、Ⅲ、Ⅳ1和Ⅳ2等6 類。

表1 鶯歌海盆地樂東區(qū)中新統(tǒng)儲層分類表Table 1 Classification of the Miocene reservoir in Ledong area of Yinggehai Basin

（1）Ⅰ類好儲層

Ⅰ類儲層物性最好，儲集巖粒度粗，以粗砂巖為主，分選為中等—好，膠結(jié)物含量低?？紫逗淼腊霃酱?，多屬于較細(xì)—細(xì)喉，滲透率達(dá)10×10-3μm2以上，以中孔、中滲儲層為主。該類儲層主要有黃二段粗砂巖，評價為好的有效儲層。

（2）Ⅱ1類較好儲層

Ⅱ1類儲層物性較好，儲集巖以粗砂巖為主，分選為中等，膠結(jié)物含量較低?？紫逗淼腊霃捷^大，多屬于細(xì)喉?？紫抖确植荚?0%~15%之間，滲透率分布在（5~10）×10-3μm2之間，以低孔、低滲儲層為主。該類儲層主要有黃二段粗砂巖，為較好有效儲層。

（3）Ⅱ2類中等儲層

該類儲層與前兩類相比，儲集巖粒度偏細(xì)，碳酸鹽膠結(jié)物含量顯著增加，儲層物性變差。當(dāng)碳酸鹽膠結(jié)物含量大于5%時，滲透率會迅速降低，導(dǎo)致物性變差?？缀矸诌x一般，喉道半徑較小，多屬于細(xì)喉、微喉。該類儲層主要有黃一段細(xì)砂巖、黃二段中砂巖和梅一段粗砂巖，評價為中等有效儲層。

（4）Ⅲ類偏差儲層

儲集巖以細(xì)、中砂巖為主，粒度較Ⅰ類、Ⅱ1類、Ⅱ2類稍細(xì)，碳酸鹽膠結(jié)物增多。孔喉分選一般，喉道半徑較小，多屬于細(xì)—微喉。孔隙度主要為8%~12%，滲透率為（0.2~1）×10-3μm2，以低孔、特低滲儲層為主。該類儲層主要有黃一段細(xì)砂巖、黃二段中砂巖和梅一段粗砂巖，為偏差有效儲層。

（5）Ⅳ1和Ⅳ2類致密儲層

Ⅳ1和Ⅳ2類儲層與前四類儲層相比最主要的特點是碳酸鹽膠結(jié)嚴(yán)重，平均含量高達(dá)15%，巖性以細(xì)砂巖為主?？紫督Y(jié)構(gòu)差，喉道半徑變小，以微喉為主。儲層物性很差，孔隙度基本上小于8%，滲透率小于0.2×10-3μm2。該類儲層分布在埋深相對較大的梅山組，物性最差，對產(chǎn)能基本上無貢獻(xiàn)，為非有效儲層。

基于上述儲層分類原則，根據(jù)已鉆井實測孔隙度、滲透率，開展深層儲層的分布預(yù)測。樂東區(qū)在黃流組—梅山組沉積時期發(fā)育大規(guī)模的軸向水道和海底扇沉積，儲層厚度大、粒度粗，且由于高溫?zé)崃黧w作用形成大量溶蝕孔。鑄體薄片鏡下顯示，A1-6 井4 312.7 m 深的儲層中見明顯的長石溶蝕（圖7f），可見溶蝕作用在深層較為發(fā)育。另外，孔隙度演化曲線表明（圖9a），受異常超壓對儲層孔隙的保護(hù)作用，深部出現(xiàn)明顯高孔儲層。預(yù)測研究區(qū)埋深于4 500~5 000 m 的中、粗砂巖孔隙度在8.5%~10%之間，仍為有效儲層?？碧綄嵺`亦證實，在樂東區(qū)先后鉆探的樂東A-1、A-2、A-3 等多個相鄰構(gòu)造中，在中新統(tǒng)黃流組、梅山組均鉆遇了厚層氣層，顯示出鶯歌海盆地樂東區(qū)高溫超壓儲層在深層具有良好的勘探前景。

5 結(jié) 論

（1）合理應(yīng)用分布函數(shù)曲線法、測試法、排驅(qū)壓力法和經(jīng)驗統(tǒng)計法，明確有效儲層物性下限。求取4種方法下限值的平均值，確定樂東區(qū)中新統(tǒng)有效儲層物性的下限值：孔隙度為8%，滲透率為0.2×10-3μm2。

（2）樂東區(qū)儲層物性區(qū)域上主要受壓實作用的控制，各層位受壓實作用的影響大于膠結(jié)作用，僅在局部膠結(jié)作用的影響大于壓實作用。碳酸鹽膠結(jié)與深部熱流體有關(guān)的溶解作用是有效儲層的主控因素，沉積作用控制的儲集巖粒度與分選性對樂東區(qū)儲層物性的影響相對較小。

（3）結(jié)合儲層的孔隙度、滲透率、孔喉結(jié)構(gòu)類型、碳酸鹽膠結(jié)物含量、粒度中值和分選性等特征參數(shù)，建立研究區(qū)高溫超壓儲層一體化分類方案，將樂東區(qū)中新統(tǒng)儲層精細(xì)劃分為Ⅰ、Ⅱ1、Ⅱ2、Ⅲ、Ⅳ1、Ⅳ2共6 類。其中，Ⅰ、Ⅱ1、Ⅱ2和Ⅲ類為有效儲層，是樂東區(qū)儲量的主要貢獻(xiàn)者；Ⅳ1、Ⅳ2類為非有效儲層，對儲量貢獻(xiàn)不大。