西湖凹陷深层有效储层形成机理及深度下限研究.pdf
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1、为了明确西湖凹陷有效储层形成机理,实施海上经济有效勘探开发战略,文章综合运用铸体薄片、扫描电镜、恒速压汞、X衍射和DST测试等技术方法,从源汇岩三方面分析了西湖凹陷有效储层的成因、发育规律,并探讨了其发育的深度下限。结果表明,有效储层的形成受控于物源、沉积和成岩的共同作用,西湖凹陷周边以岩浆岩(特别是花岗岩)、变质岩为主的母岩来源,大型辫状河、三角洲潮坪的强水动力沉积背景,为西湖凹陷深层低渗背景下有效储层的发育提供了有利的先天条件,后期成岩作用对储层孔喉结构的改造决定了有效储层纵向分布。有利沉积微相、溶蚀强度大和早期绿泥石发育是控制西湖凹陷有效储层发育的主控因素,低地温、超压发育背景下的洁净的
2、中、粗和含砾中粗砂岩储层决定了有效储层发育的下限。关键词:西湖凹陷;平湖组;有效储层;主控因素中图分类号:P618.13 文献标识码:A 文章编号:1006-7493(2023)04-630-14Study on Genetic Mechanism and Lower Limit of Deep Effective Reservoirs in the Xihu Sag XIAO XiaoguangShanghai Branch of CNOOC Ltd.,Shanghai 200335,ChinaAbstract:In order to clarify the formation mechan
3、ism of effective reservoir in the Xihu sag and implement the strategy for the development of marine economy effective exploration,we used thin section identification,scanning electron microscopy,constant rate mercury injection,X-ray diffraction and DST tests to analyze the genesis and development of
4、 effective reservoirs in the Xihu sag from three aspects including source,sink,and lithology,and discusses the lower limit of their development depth.The result shows that the formation of effective reservoir is controlled by provenance,sedimentation,and diagenesis.The igneous(especially granite)and
5、 metamorphic rocks occur around the Xihu Sag.The strong hydrodynamics of large braided river-delta-tidal flat sedimentary environment provides conditions for the development of effective reservoirs under deep low permeability in the Xihu Sag,while transformation of pore throat structures by diagenes
6、is determines vertical distribution of effective reservoirs.Favorable sedimentary microfacies,strong dissolution and early chlorite development are the main factors controlling effective reservoir development in the Xihu Sag.Clean medium-coarse and gravel-bearing medium-coarse sandstone reservoirs u
7、nder low geothermal and overpressured development determine the lower limit of effective reservoir development.Key words:Xihu Sag;Pinghu Formation;effective reservoir;main controlling factorsFirst author:XIAO Xiaoguang,Engineer;E-mail:DOI:10.16108/j.issn1006-7493.2022004引用格式:肖晓光.2023.西湖凹陷深层有效储层形成机理及
8、深度下限研究J.高校地质学报,29(4):630-643肖晓光631肖晓光等:西湖凹陷深层有效储层形成机理及深度下限研究4 期随着时间的推移和新技术的大规模运用,许多中大型油气田已经进入勘探开发后期。目前,受全球经济复苏、常规油气发现量下降和油价震荡波动的三重影响,各主要油气公司将寻找深层有效储层提上日程,希望找到新的油气储量增长点(邹才能等,2015;朱筱敏等,2018;British Petroleum Company,2011)。油气勘探开发技术和地质理论的日趋成熟,让介于致密砂岩气和常规油气之间的低孔低渗储层成为油气增储上产最为现实的领域之一,在其大背景下有效储层的发育机理、形成机制及
9、影响因素也成为了石油地质学家关注的焦点(贾承造等,2012;邹才能等,2011)。“有效储层”作为一个相对概念,指具有自然产能或采用水平井、多分支井和压裂等现有工艺技术可采出油气的砂岩,该砂岩物性下限可用储层最小孔隙度或最小渗透率来度量,但没有一个固定范围,通常根据研究区储层中含油气性及产油气状况而定(戚厚发,1989;王艳忠等,2009)。国内外学者对深层有效储层的形成演化机理作了大量的研究,在美国 Middle Park、土耳其 East Anatolia,渤海湾盆地,准噶尔盆地等均有重大油气发现(邹才能等,2012;朱筱敏等,2018)。一般来说,随着埋藏深度的增加,储层的压实和胶结作用
10、会越来越强,对比常规油气,低孔、低渗储层大多经历了更为复杂的埋藏演化过程,成岩改造强烈,孔喉系统杂乱,非均值性强,储集性能差,导致有效储层的寻找困难,开发成本高。西湖凹陷勘探开发实践表明,盆内低孔低渗油气藏普遍发育,渗透率大于1 mD的储层在不采用任何工艺手段的情况下拥有自然产能,可以作为有效储层(苏奥等,2018;徐国盛等,2016)。本文针对西湖凹陷低孔低渗砂岩储层埋深大、非均质性强的问题,综合运用涉及西湖凹陷45 口井的 4196 块普通(铸体)薄片鉴定、8141 块岩壁心物性、596 块粒度分析、1490 块扫描电镜、9 块恒速(高压)压汞、601 块 X 衍射和 106 块DST 与
11、 MDT 测试等实物资料,深入研究西湖凹陷有效储层的形成机理,明确其主控因素,总结在普遍低孔低渗的背景上有效储层的分布规律和深度下限,以期为当前西湖凹陷乃至中国的低孔低渗砂岩储层油气勘探提供借鉴。1 研究区概况西湖凹陷位于上海市东南,构造上属于东海盆地浙东拗陷内的三级构造单元(图 1)(肖晓光等,图1 西湖凹陷构造带位置图Fig.1 Map showing the regional tectonic division of the Xihu Sag上海台北台西盆地澎佳屿坳陷钱塘凹陷雁荡凸起丽水椒江凹陷凹陷福州凹陷050100宁波0100 km中一级构造单元 分区线二级构造单元 分区线断层A1井
12、名Z-2Z-9Y-8Z-10Y-3X-9X-6X-4X-5X-3Z-1X-1X-2S-1Z-3Z-4Z-6Y-10Z-5km50钓鱼岛隆褶带东部断阶区带造构央反转东次凹海礁隆起渔山东低隆起西湖凹陷杭州构造带平湖天台构造带构造带钓北凹陷西区坡斜部西次凹钓北凹陷福江凹陷西湖凹陷钓鱼岛隆褶带冲绳海槽盆地虎皮礁隆起海礁隆起常熟低凸起渔山低凸起肖晓光:西湖凹陷深层有效储层形成机理及深度下限研究高校地质学报2 9 卷 4 期6322021)。凹陷北接虎皮礁隆起、福江凹陷,南邻钓北凹陷,西面从北到南与长江坳陷、海礁隆起、钱塘凹陷及渔山东低隆起四个构造单元相接,东部与钓鱼岛隆褶带相邻,内部呈现“两洼夹一隆”的
13、构造格局,且具有“东西分带,南北分块”的构造特征(周心怀等,2019)。根据新生代的构造格局、断裂系统、沉积发育及油气分布等特征,西湖凹陷自西到东可划为西部斜坡带、西次凹、中央反转构造带、东次凹和东部断阶带,其中西部斜坡带由上向下又可进一步划分为杭州、平湖和天台构造带等三个次一级的构造。西湖凹陷构造演化主要经历了古新世始新世断陷期、渐新世中新世拗陷期和上新世第四系区域沉降期三个阶段。从下到上依次发育始新统瓯江组和平湖组,渐新统花港组,中新统龙井组、玉泉组和柳浪组,上新统三潭组以及第四系东海群。平湖组和花港组作为西湖凹陷主要目的层是本次研究的重点。其中平湖组储层主要在西斜坡钻遇,钻井揭示的沉积厚
14、度约为 5001500 m,是一套潮坪背景下发育的自生自储的三角洲沉积。物源主要为来自西部海礁隆起的变质岩和花岗岩,岩性以深灰色粉砂质泥岩、黑色泥岩,浅灰色细、中砂岩为主,夹有沥青质薄煤层,有利沉积微相为水下分流河道、潮汐砂坝,砂体薄且不连续,埋深普遍在 35004800 m;上覆花港组储层在整个西湖凹陷均有分布,探井揭示地层厚度 6002200 m,主要为河流相沉积。受北部轴向虎皮礁隆起和东、西部钓鱼岛隆褶带和海礁隆起短轴物源联合供给的影响,岩性以浅灰色细砂岩、中砂岩,泥岩、粉砂质泥岩为主,局部含砾。单套砂体厚、横向连续性好、纵向叠置频繁,厚度最大可达数百米,储层沉积微相为心滩和河床,埋深普
15、遍在 32004500 m(蒋一鸣等,2020;张武等,2019)。总体上,储层物性跨度大,有效储层发育(图 2)。2 储层基本特征2.1 岩石学特征统分并析计 4196 余块薄片可知(图 3),平图2 西湖凹陷储层分布特征(据张武等,2019,有修改)Fig.2 Cross section show the distribution of reservoirs in the Xihu Sag30003500400045005000ERT1100岩性深度GR10150砂层组地层28002900300031003200330034003500360037003800390040004100420
16、043004400八平湖组花港组下段花港组上段P12P11P10P9P8P7P6P5P4P3P2H 8H 7H 6H 3H 2H 1RT1100岩性深度GR10 150280029003000310032003300340035003600370038003900400041004200430044004500460047004800RT1100岩性深度GR101502800290030003100320033003400350036003700380039004000410042004300440045004600470048004900RT1100岩性深度GR101502800290030
17、00310032003300340035003600370038003900400041004200430044004500460047004800490050005100RT1100岩性深度GR101502800290030003100320033003400350036003700380039004000410042004300RT1100岩性深度GR1015028002900300031003200330034003500360037003800390040004100420043004400X-4X-6X-5Z-4Z-3Z-5X-4井X-6井X-5井Z-4井Z-3井Z-5井西部斜坡带西
18、次凹中央反转构造带砂体有效储层发育范围有效储层顶界面特低渗储层顶界面龙井组花港组平湖组633肖晓光等:西湖凹陷深层有效储层形成机理及深度下限研究4 期湖组和花港组储层砂岩岩石类型均主要为长石岩屑质石英砂岩,含部分岩屑质石英砂岩和岩屑质长石砂岩,岩矿特征差异不大。其中平湖组石英含量 59.0%90.0%,平均 68.0%,长石含量为8.0%23.0%,平均 14.5%,岩屑含量为 5.0%32%,平 均 17.5%;花 港 组 石 英 含 量 50.0%93.0%,平 均 65.5%,长 石 含 量 为 6.8%25.0%,平 均16.3%,岩屑含量为 5.0%36%,平均 18.2%。整体结构
19、成熟度较高,分选以好为主,次为中好及中等分选;磨圆度则都以次圆次棱、次棱次圆为主;泥质杂基含量普遍低于 5%。平湖组储层的主要粒度区间值为 0.180.46 mm,花港组储层的主要粒度区间值为 0.150.48 mm,均以细粒砂岩为主,占砂岩总量的 70以上,其次为中砂岩,粉砂岩和含砾砂岩。2.2 物性特征统计 43 口井 8141 块岩、壁心实测物性资料,西湖凹陷平湖组砂岩储层的平均孔隙度为12.0%,主要分布区间为 10.0%15.0%,其次为6.0%10.0%;平均渗透率为 43.34 mD,主要分布区 间 为 0.11.0 mD,其 次 为 10.0100.0 mD,少部 分 1.01
20、0.0 mD,分 别 占 37.11、21.95 和17.82;花港组储层的平均孔隙度为 9.4%,孔隙度主要分布区间为 6.0%10.0%,10.0%15.0%;平均渗透率为 7.88 mD,主要分布区间为 0.11.0 mD,其次为 1.010.0 mD,分别占 57.01、25.54(图4)。由数据分析可知,平湖组砂岩储层以低孔低特低渗为主,其次为中孔中渗,花港组砂岩储层总体以特低孔特低渗为主,其次为低孔低渗型。2.3 储层孔喉特征通过对西湖凹陷 41 口井 5686 块铸体薄片和扫描电镜的观察与数据统计可知:西湖凹陷储层的储集空间主要为孔隙(图 5),仅见少量裂缝。孔隙类型以次生孔隙为
21、主,平均面孔率约为 4.42%,占总孔隙的 73.0%,包括粒间溶孔、粒内溶孔、铸模孔等,溶蚀介质主要为长石,易溶岩屑等硅铝酸盐,形态往往呈不规则状。原生孔隙相对较少,平均面孔率为 1.18%,占总孔隙的 27.0%。面孔率大小和孔隙类型受深度、粒度和溶蚀强度控制,平湖组中、下段溶蚀强、粒度较粗,面孔率大且原生孔占比高,花港组上段虽然埋深较浅,但粒度细,溶蚀作用不强,面孔率小且原生孔不发育。喉道是决定储层渗透性好坏的最根本因素,其复杂程度难以用普通的高压压汞识别,恒速压汞作为近年来应用比较广泛的新技术可以有效区分孔隙半径和喉道半径(冯动军等,2021;米悦等,2021)。从图 6 中可以看出,
22、不同物性的样品反映到孔隙半径上区别不大,均集中分布在 90250 m之间,而喉道半径差异较大,呈现喉道半径峰值越图3 西湖凹陷储层岩石学三角图Fig.3 Ternary diagram showing the reservoir petrology in the Xihu Sag图4 西湖凹陷储层物性特征Fig.4 Physical properties of reservoirs in the Xihu Sag0255075100N=4196?102550?%?%?%0%661010151525253010%20%30%40%50%60%?N=6519?N=1622?0%10%20%30%4
23、0%50%60%?N=6519?N=1622?/mD0.1111010100100500?5000.1肖晓光:西湖凹陷深层有效储层形成机理及深度下限研究高校地质学报2 9 卷 4 期634大渗透率越好的规律。渗透率小于 1 mD 的样品,喉道半径峰值均小于 1 m,而渗透率达到 7.9 mD的样品,喉道半径峰值大于 3 m,曲线平台低且平缓。不同大小和类型的喉道对渗透率的贡献不一,作为以溶蚀孔为主的储层,喉道半径峰值大和平台宽缓往往意味着溶蚀更加强烈,有效储层发育的概率更高。3 有效储层形成机理西湖凹陷储层致密是两方面影响因素叠加后的结果:一方面受沉积作用影响,即由于沉积时水动力变化,初始沉积
24、时颗粒粒度细(主要是细砂、粉砂等),泥质杂基含量高,分选差,原始孔隙度较低,造成在埋深较浅时储层致密;另一方面主要受图6 西湖凹陷Z-5气田孔隙、喉道半径分布特征Fig.6 Distribution characteristics of pore throat radius of Z-5 gas field in the Xihu Sag图5 西湖凹陷储层孔隙类型特征Fig.5 Characteristics of pore types for reservoirs in the Xihu SagZ-7井,4334 m,颗粒挤压变形,原生孔隙发育,x10(-)X-6井,4054.96 m,碎屑
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