西湖凹陷古近系始新统平湖组低渗-致密背景下优质储层特征及分布预测.pdf

第 卷第期成都理工大学学报（自然科学版）年月 （）：文章编号 （）收稿日期 。基金项目“十四五”国家重大科技专项（）；中海油集团有限公司七年行动计划重大科技专项（）。作者简介张武（），高级工程师，研究方向：沉积储层研究，：。西湖凹陷古近系始新统平湖组低渗致密背景下优质储层特征及分布预测张武（中海石油（中国）有限公司 上海分公司，上海 ）摘要通过岩石薄片、扫描电镜、粉末粒度、物性等实验测试资料，结合测井及地震数据，开展砂岩储层微观薄片岩心测井地震尺度的研究，以解决西湖凹陷宝云亭区平湖组深层低渗致密背景下储层有效性识别及预测难的问题。结果表明，宝云亭区平湖组下段优质储层刚性颗粒含量较高，泥质杂基含量低，砂岩较“洁净”；储集空间原生孔隙保存好，次生溶孔占比 ，受沉积物源控制形成的洁粗砂岩及后期溶蚀改造是平湖组埋深 依然发育优质储层的关键。在划分平湖组成岩相类型基础上，利用 神经网络拟合技术建立取心段不同成岩相与测井参数的关系，结合地震敏感属性对成岩相进行预测，强物源供给能力形成的水下分流河道微相，叠合中强压实强溶蚀相是优质储层发育区，该地质认识及预测方法对平湖组深层勘探具有一定的指导意义。关键词西湖凹陷；平湖组；低渗致密储层；成岩相评价；优质储层预测 分类号 文献标志码犆 犺 犪 狉 犪 犮 狋 犲 狉 犻 狊 狋 犻 犮 狊犪 狀 犱犱 犻 狊 狋 狉 犻 犫 狌 狋 犻 狅 狀狆 狉 犲 犱 犻 犮 狋 犻 狅 狀狅 犳犺 犻 犵 犺 狇 狌 犪 犾 犻 狋 狔狉 犲 狊 犲 狉 狏 狅 犻 狉 狊狌 狀 犱 犲 狉 狋 犺 犲犫 犪 犮 犽 犵 狉 狅 狌 狀 犱狅 犳 犾 狅 狑狆 犲 狉 犿 犲 犪 犫 犻 犾 犻 狋 狔犪 狀 犱狋 犻 犵 犺 狋 狀 犲 狊 狊狅 犳犘 犪 犾 犲 狅 犵 犲 狀 犲犈 狅 犮 犲 狀 犲犘 犻 狀 犵 犺 狌犉 狅 狉 犿 犪 狋 犻 狅 狀 犻 狀犡 犻 犺 狌犛 犪 犵 犛 犺 犪 狀 犵 犺 犪 犻犅 狉 犪 狀 犮 犺狅 犳犆犖犗 犗 犆犔 狋 犱，犛 犺 犪 狀 犵 犺 犪 犻 ，犆 犺 犻 狀 犪犃 犫 狊 狋 狉 犪 犮 狋：，犓 犲 狔 狑 狅 狉 犱 狊：；近年来东海西湖凹陷常规油气勘探发现越来越少，走向深层超深层勘探是必然的方向之一。该区先后发现多个气田，但整体产能低、商业开采价值小，亟待优质储量的发现。西湖凹陷平湖组储层砂体连续性较差，厚度一般小于，砂地厚度比为 ，目的层埋深多在 ，非均质性强，整体属于低渗致密储层。目前对深层低渗致密背景下优质储层发育条件及分布预测不够精细。随着研究的深入，认为沉积水动力差异及成岩演化是控制平湖组储层物性的关键因素，生烃超压是深层保持优质储层的必要条件。因此，通过对研究区岩心观察、薄片鉴定、粉末粒度、扫描电镜、激光微区同位素分析等测试分析，从沉积及成岩演化等方面综合论述了西湖凹陷宝云亭区平湖组优质储层发育条件及分布规律，结合测井及地震资料，形成一套地质地球物理联合预测优质储层展布的方法，为有利勘探区预测打下基础。地质背景西湖凹陷是中国东部近海最大的含油气凹陷，总面积约 ，南北以低凸起分别与钓北凹陷和福江凹陷相邻，东侧紧邻钓鱼岛隆褶带，凹陷东西方向上总体可划分出个次级构造单元，即西部斜坡带、中央洼陷反转构造带和东 部断阶带（图）。西湖凹陷内以新生代碎图西湖凹陷构造带位置及地层简表犉 犻 犵 第期张武：西湖凹陷古近系始新统平湖组低渗致密背景下优质储层特征及分布预测屑沉积为主，经历了古新世始新世断陷、渐新世中新世坳陷和上新世第四纪区域沉降等个阶段。西湖凹陷西斜坡平湖组沉积期为受断拗转换弱沉降、缓坡度、半封闭背景的浅水环境，纵向上，由平湖组中下部局限海相平湖组上部陆相沼泽演变，前人将平湖组自下而上划分为个三级层序（），层序对应平下段低位域主要发育辫状河三角洲前缘潮间坪沉积；层序对应平中段水进域主要发育潮坪受潮汐影响三角洲前缘沉积，富煤且形成的稳定海泛泥岩是很好的区域盖层；层序对应平上段高位域主要发育三角洲平原沉积。平下段断拗转换早期地形起伏大，主要发育辫状河三角洲沉积，单砂层厚度 不等，岩性以厚层细中砂岩、含砾砂岩为主，岩心上见河道底部滞留沉积、明显冲刷面，冲刷面之上槽状交错层理发育反应水动力较强，深层依然发育优质储层。储层基本特征 岩石学特征根据西湖凹陷宝云亭区 次薄片鉴定分析，平湖组储层以长石岩屑质石英砂岩为主，次为岩屑质石英砂岩和长石质石英砂岩（图）。碎屑成分成熟度较高，石英颗粒的体积分数平均为 ；长石适量，平均为 ；岩屑平均为 。岩性以细中粒砂岩、中粒砂岩为主。分选性中等好，磨圆度主要为次棱次圆状，接触类型以点线、线接触为主，压嵌孔隙胶结。西湖凹陷宝云亭区平湖组下段发育辫状河三角洲前缘潮间坪沉积，整体水动力较强，泥质杂基的体积分图西湖凹陷宝云亭区平湖组岩石特征犉 犻 犵 ，数为，大部在以下，砂体较洁净。胶结物主要为碳酸盐胶结物（方解石、白云石），平均体积分数为。自生黏土矿物中高岭石较为常见，平均体积分数为，硅质平均体积分数为，菱铁矿及黄铁矿少见。孔喉结构特征根据铸体薄片鉴定、图像分析和扫描电镜资料，西湖凹陷宝云亭区平湖组为孔隙型储层，孔隙类型包括原生孔、次生溶蚀孔隙，原生孔基础上形成的粒间溶孔扩大孔最常见，其次为长石、岩屑溶蚀形成的粒内溶孔，粒间孔中常见石英次生加大及自生高岭石充填（图），局部孔隙被碳酸盐、含铁碳酸盐充填。低渗储层孔喉结构复杂，利用不同渗透率级别样品进行高压压汞分析，西湖凹陷宝云亭区平湖组储层孔喉半径主要分布在微米亚微米级，主要喉道半径控制了储层渗流能力。根据压汞资料分析（图），平湖组储层孔喉结构整体比较好，平均孔喉半径为 ；排驱压力为 ；孔喉结构总体上随埋深的增大而变差，但都呈单峰型，孔喉半径较集中，都有宽缓的进汞压力平台，说明孔喉分选好。一般来说孔喉半径，对应储层渗透率，经溶蚀改造的扩大喉道半径砂体往往发育优质高渗带。物性特征依据宝云亭区口井岩心和壁心物性分析资料，按照 海上石油天然气储量计算规范 储层物性分类标准，宝云亭区平湖组属于中孔中低渗储层。孔隙度为 ，平均值为 ；渗透率为（），平均值为 ，总体上平湖组物性随深度增加而变差。宝云亭区主力油气层主要分布于平下段，孔隙度（狇）为 ，平均为 ，渗透率（犓）主要为（），低渗特低渗储层占，的中高渗储层占（图）。优质储层主控因素宝云亭区平湖组优质储层的发育是先天物源条件、沉积微相以及后期成岩演化、超压共同作用的结果。宝云亭区平湖组下段埋藏深度在 ，砂体相变快、非均质性强，深层低渗致密背景下优质储层的刻画尤为关键。通过岩心、成都理工大学学报（自然科学版）第 卷图西湖凹陷宝云亭区平湖组储层孔隙特征犉 犻 犵 ，（）粒间溶孔，石英次生加大常见，井，深度 ，（）；（）长石溶蚀形成粒内孔，井，深度 ，（）；（）原生孔、粒间溶孔，见石英自生加大现象，井，深度 ，（）；（）粒间孔中分布书页状高岭石，井，深度 图西湖凹陷宝云亭区平湖组孔喉结构特征犉 犻 犵 ，图西湖凹陷宝云亭区平湖组物性特征犉 犻 犵 ，第期张武：西湖凹陷古近系始新统平湖组低渗致密背景下优质储层特征及分布预测储层微观特征等分析，影响平北平湖组下段优质储层发育主要包括沉积微相、次生溶蚀及超压作用。沉积微相的影响不同地貌及汇水条件形成的沉积砂体分异大，辫状河三角洲前缘主要沉积微相类型有水下分流河道、泥炭沼泽、水下分流间湾，潮间坪发育微相类型为潮道、潮汐砂坝、混合坪，依据平下段不同沉积微相与物性的统计规律（表），其中水下分流河道微相以细中砂岩为主，埋藏深度近 ，孔隙度为 ，渗透率为（），是宝云亭平湖组下段优势相带。潮道、潮汐砂坝微相以中细砂岩为主，储层多已进入低渗致密阶段，局部发育低渗储层，混合坪沉积泥质含量高，深埋条件下已致密。表宝云亭区平湖组不同沉积微相物性统计表犜 犪 犫 犾 犲 微相类型埋深厚度主要岩性狇范围平均值犓 范围平均值水下分流河道 细中砂岩、含砾砂岩 潮道 中细砂岩 潮汐砂坝 细中砂岩 混合坪 粉细砂岩 不同沉积微相砂体主要表现在沉积水动力条件的差异，水下分流河道以中厚层交错层理、平行层理中砂岩为主，潮汐砂坝以薄层双向交错层理细砂岩为主，不同水动力条件粒度、泥质差异大。统计西湖凹陷宝云亭区平湖组物性与粉末粒度关系（图），可以看出粒度对渗透率的控制作用明显，粒度越粗渗透率越高（犚 ）。粒度对孔隙度的控制较弱（犚 ）。可以看出原始沉积条件主要影响储层渗流能力，一方面粗相带原始物性好利于中成岩期酸性流体的进入，溶蚀改造储层，另一方面粗相带沉积时水动力强，泥质杂基较少，成岩演化过程中胶结弱，利于形成优质储层。溶蚀作用的影响在扫描电镜及铸体薄片下，砂岩中可以观察到大量长石被溶蚀形成的次生孔隙，长石溶蚀产生的自生高岭石通常是研究区次生孔隙发育的指示矿物（图），研究区次生孔隙占 以上，部分层位高达，次生溶孔与物性呈明显正相关（图），溶蚀作用是研究区最关键的建设性成岩作用。碳酸盐矿物的碳、氧同位素能示踪流体性质，选取宝云亭区平湖组粒间孔隙中方解石胶结物进 行 激 光 微 区 碳、氧 同 位 素 测 试，平 湖 组 值为 ，平均为，值 为 ，平 均 为 。碳、氧同位素数值投点（图）发现，数据点均落在区，说明碳酸盐的形成主要与有机酸的脱羧基作用有关。宝云亭区平湖组富煤，煤系地层型干酪根可以释放出比、型干酪根更多的有机酸类流体，有机酸供给充足，此区地温梯度为 ，深度处于有图西湖凹陷宝云亭区平湖组物性与粉末粒度关系犉 犻 犵 ，成都理工大学学报（自然科学版）第 卷图西湖凹陷宝云亭区平湖组物性与次生溶孔关系犉犻 犵 ，图宝云亭区平湖组碳酸盐胶结物碳氧同位素图版犉 犻 犵 利于溶蚀的中成岩期。长石等硅铝酸盐溶蚀反应，耗离子的同时，铝、硅离子逐渐富集，在运移速率低部位结晶析出而造成高岭石发育，渗流能 力 差 砂 体 容 易 高 岭 石 原 地 沉 淀 阻 塞 孔隙 ，因此原始沉积条件好的砂体溶蚀作用越发育。生烃超压的影响西湖凹陷宝云亭区平湖组普遍发现异常高压，压力系数为 ，超压界面埋深多在 ，发育层位对应平中段水进域海泛泥岩层。前人研究认为平湖组异常压力主要由生烃增压形成，超压发育规律与煤系烃源岩及地温梯度密切相关。宝云亭区地温梯度 ，平湖组煤系烃源岩在深度 左右进入成熟期，超压主要为自源生烃增压成因，平中段海泛泥岩形成了很好的封堵层，平下段普遍发育超压。西湖凹陷宝云亭区平下段储层异常压力的形成往往伴随油气的充注，异常高压对成岩作用的影响主要体现在抵抗上伏地层的强压实作用，降低压实减孔作用，而伴随的油气进入储层抑制自生矿物特别是伊利石的形成保护孔喉。异常高压能够降低压实作用及胶结作用对储层储集性能的破坏，使宝云亭区平下段在深度 依然保持相对较好的储集物性。多口井资料统计，宝云亭区平湖组孔隙剩余压力与孔隙度密切相关，孔隙剩余压力越大物性越好（图）。因此，异常高压是宝云亭区平湖组深层保存优质储层有利条件之一。优质储层分布预测西湖凹陷平湖组深层勘探面临的最大问题是对优质储层的识别与预测，海上钻井成本高、取心少，以岩心分析出发的储层评价局限性大。近年来对于勘探较成熟区基于井震学习的优质储层预测方法较为成熟，本文从岩心定量成岩相评价入手，建立岩心测井地震预测优质储层平面分布的技术 方 法，在 勘 探 实 践 中 取 得 了 良 好 的 效果 。成岩相定量评价选取西湖凹陷宝云亭区口探井 样次进行成岩相定量分析，结果显示平湖组压实作用是储层物性变差最主要因素，压实减孔率达到 ；视胶结率在 之间，分布差异较大，细粒沉积砂岩易于富集钙质导致储层致密，更普遍发育的充填部分孔隙，以钙尖形式存在，对储层影响较小；溶蚀改造是发育优质储层的最关键因素，将视溶蚀率 作为优质储层的一个重要指标。综合宝云亭区平湖组优质储层主控因素、成岩相及物性参数，将宝云亭区平湖组储层成第期张武：西湖凹陷古近系始新统平湖组低渗致密背景下优质储层特征及分布预测图宝云亭区平湖组孔隙剩余压力与孔隙度关系犉 犻 犵 表宝云亭区平湖组成岩相类型划分犜 犪 犫 犾 犲 成岩相相相相主要成岩特征中等压实，溶蚀强，弱胶结中强压实，中等溶蚀，弱胶结强压实，弱溶蚀，强胶结沉积微相水下分流河道潮汐砂坝、潮道水下分流间湾、混合坪岩石类型中、粗砂岩，含砾砂岩中细砂岩粉细砂岩、钙质砂岩孔隙特征原生孔、溶蚀扩大孔、粒?孔原生孔较发育，粒间溶孔、粒?溶孔次生孔隙发育差孔隙度 渗透率 视压实率 视胶结率 视溶蚀率 岩相划分为相、相、相类（表），其中类强溶蚀高岭石胶结相最优，类中等溶蚀相其次，相溶蚀弱，钙质、伊利石胶结强，整体物性最差。优质储层分布预测基于取心的成岩相评价受限于样品数量及分布，不能有效评价纵向及平面储层特征，制约了深层勘探的效率。通过对优质储层预测的持续攻关，测井参数能有效地表征储层孔喉结构特征，从而搭建起地质地震有利成岩相预测的桥梁。从岩心资料出发，绘制不同类型成岩相与表征地层信息的测井参数进行交汇（图），可以看出纵波时差、密度、中子能很好地区分相。统计成岩相敏感测井参数分布区间（表），可以看出相 纵 波 时 差（），密 度（），中子（）大于 （体积比），表现为高纵波时差、高中子、低密度特点。进而利用 神经网络技术，建立敏感参数（纵波时差、中子、密度）与成岩相的相关模型，将成岩相特征测井化，拟合全井段溶蚀率曲线。用非线性机器学习方法做映射，以溶蚀率曲线为目标进行非线性反演，优选敏感地震属性，多属性拟合预测成岩相展布。从宝云亭区平湖组下段通过地震多属性约束预测成岩相分布可以看出（图），相呈条带状分布，埋深 的 及 井区分布较广，在 深度局部分布，主要分布于 井以北。不同成岩相带物性差异大，井钻遇相，发育高角度斜层理及平行层理，以中砂岩为主，孔隙度为 ，渗透率成都理工大学学报（自然科学版）第 卷图 宝云亭区平湖组不同类型成岩相与测井参数交会图犉 犻 犵 ，表宝云亭区平湖组成岩相敏感参数分布统计表犜 犪 犫 犾 犲 相相相纵波时差（）密度（）中子（体积比）为（）；钻遇相，发育双向水流交错层理细砂岩，常见双黏土层，孔隙度为 ，渗透率为（）（图），实钻井物性分析与成岩相预测结果吻合较好。依据前文优质储层主控因素分析，宝云亭区平湖组下段上覆海泛泥岩，普遍发育超压，有利沉积微相叠合有利成岩相即为优质储层发育区域。根据基准面变化，结合微古地貌、物源单井相、砂体比，地震相等特征，在宝云亭区平湖组层序低位域槽垒式砂体发育模式指导下，刻画了宝云亭区平湖组下段沉积微相展布。其中水动力较强的图 宝云亭区平湖组下段成岩相分布图犉 犻 犵 图 宝云亭区平湖组不同成岩相连井剖面犉 犻 犵 ，第期张武：西湖凹陷古近系始新统平湖组低渗致密背景下优质储层特征及分布预测水下分流河道、潮汐砂坝、潮道微相是平湖组优势相带，叠合成岩相带平面分布形成了宝云亭区平下段优质储层平面图（图）。强物源供给能力形成的主水系，叠合中强压实强溶蚀相是优质储层发育区，也是今后有利的勘探目标。图 宝云亭区平湖组下段优质储层分布图犉 犻 犵 结论 西湖凹陷宝云亭区平湖组属于中孔中低渗储层，低渗特低渗储层占，物性受埋深控制明显。强物源供给能力形成的水下分流河道微相、有机酸溶蚀作用及生烃超压作用共同控制了宝云亭区平湖组下段 埋深下优质储层的发育。将平湖组成岩相划分为、共类，利用 神经网络及地震属性拟合技术对成岩相进行分布预测，平面预测结果与实钻结果吻合较好，有一定的推广应用价值。参考文献国家能源局 致密砂岩气地质评价方法北京：石油工业出版社，：，（）朱筱敏，潘荣，朱世发，等致密储层研究进展和热点问题分析地学前缘，（）：，犲 狋犪 犾 ，（）：（）邹才能，朱如凯，吴松涛，等常规与非常规油气聚集类型、特征、机理及展望 以中国致密油和致密气为例石油学报，（）：，犲 狋 犪 犾 ，：，（）：（）戴金星，倪云燕，吴小奇，等中国致密砂岩气及在勘探开发上的重要意义石油勘探与开发，（）：，犲 狋犪 犾 ，（）：（）张武，侯国伟，肖晓光，等西湖凹陷低渗储层成因及优质储层主控因素中国海上油气，（）：，犲 狋 犪 犾 ，（）：（）张武，徐发，徐国盛，等西湖凹陷某构造花港组致密砂岩储层成岩作用与孔隙演化成都理工大学学报（自然科学版），（）：，犲 狋犪 犾 （），（）：（）周心怀，蒋一鸣，唐贤君西湖凹陷成盆背景、原型盆地演化及勘探启示中国海上油气，（）：，（）：（成都理工大学学报（自然科学版）第 卷 ）何将启，梁世友，陈拥锋，等东海盆地西湖凹陷新生代构造演化对油气的控制作用 以平湖组油气响应为例石油实验地质，（）：，犲 狋 犪 犾 ，（）：（）蒋一鸣，邵龙义，李帅，等西湖凹陷平湖构造带平湖组沉积体系及层序地层研究现代地质，（）：，犲 狋犪 犾 ，（）：（）蔡华，秦兰芝，刘英辉西湖凹陷平北斜坡带海陆过渡相源汇系统差异性及其耦合模式地球科学，（）：，（）：（）郭宏莉，王大锐塔里木油气区砂岩储集层碳酸盐胶结物的同位素组成与成因分析石油勘探与开发 ，（）：，（）：（）曾溅辉，朱志强，吴琼，等烃源岩的有机酸生成及其影响因素的模拟实验研究沉积学报，（）：，犲 狋 犪 犾 ，（）：（），犲 狋 犪 犾 ，（）：黄思静，黄可可，冯文立，等成岩过程中长石、高岭石、伊利石之间的物质交换与次生孔隙的形成：来自鄂尔多斯盆地上古生界和川西凹陷三叠系须家河组的研究地球化学，（）：，犲 狋 犪 犾 ，（）：（）侯志强，张书平，李军，等西湖凹陷中部西斜坡地区超压成因机制石油学报，（）：，犲 狋 犪 犾 ，（）：（）林煜，吴胜和，徐樟有，等应用多尺度资料研究川西大邑构造上三叠统须家河组成岩储集相古地理学报，（）：，犲 狋 犪 犾 ，（）：（）汪孝敬，李维锋，袁晓光，等金湖凹陷戴南组成岩相定量表征与 孔 隙 演 化 模 式科 学 技 术 与 工 程，（）：，犲 狋犪 犾 ，（）：（）廖然黄骅坳陷沧东凹陷孔二段成岩作用特征及定量评价岩性油气藏，（）：，（）：（）张武，肖晓光，苗清，等西湖凹陷中北部花港组优质储层主控因素及强溶蚀区预测成都理工大学学报（自然科学版），（）：，犲 狋 犪 犾 ，（），（）：（）第期张武：西湖凹陷古近系始新统平湖组低渗致密背景下优质储层特征及分布预测