南堡凹陷曹妃甸油田奧陶系潛山巖溶帶特征及油藏模式

張 汶，杜春曉，孫風濤，張婕茹，呂世聰

（中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津塘沽 300459）

南堡凹陷曹妃甸油田奧陶系潛山巖溶帶特征及油藏模式

張 汶，杜春曉，孫風濤，張婕茹，呂世聰

（中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津塘沽 300459）

南堡凹陷西南端曹妃甸油田奧陶系潛山在沉積后經歷了漫長的地質改造，其巖溶帶結構與儲層分布特征均有別于周邊潛山油藏。受成巖期膠結作用影響，研究區潛山巖溶帶并沒有發育碳酸鹽巖巖溶的完整模式。通過鉆井、取心、測井、測試等資料分析，研究區碳酸鹽巖潛山巖性以白云巖為主，但結晶程度有差異，為泥–細晶白云巖。巖溶帶中儲層的發育受巖性的控制和影響，主要發育在巖性以細晶白云巖為主的三個層段內，儲集空間主要包括孔隙、溶洞及裂縫，為低孔低滲儲層。巖溶帶油藏類型為層狀的巖性–構造油藏。

南堡凹陷；奧陶系；碳酸鹽巖潛山；巖溶帶結構；儲層分布

碳酸鹽巖潛山一直是我國油氣地質研究的重點之一，尤其是20世紀50年代以來，中國巖溶儲層勘探理論與實踐取得了重大進展，相繼在四川、渤海灣、鄂爾多斯、塔里木等盆地發現碳酸鹽巖巖溶儲層油氣田，巖溶儲層也成為重要的油氣勘探領域[1～4]。渤海灣盆地已探明多個碳酸鹽巖潛山油氣藏，如已投入開發生產的渤中28油氣田。碳酸鹽巖潛山儲層發育受多因素影響，不同沉積背景下的儲層分布特征差異較大，本次研究的南堡凹陷西南端曹妃甸油田雖然巖性、層位與渤中28油田相近，但其儲層控制因素、發育特征和成藏模式與渤中28油田截然不同。隨著南堡凹陷碳酸鹽巖潛山勘探工作不斷推進，對該區域潛山油藏儲層發育控制因素和分布特征進行分析和總結，對于完善碳酸鹽巖油氣田的勘探開發思路具有一定的意義。

1 地質概況

曹妃甸油田位于南堡凹陷西南部，緊鄰沙壘田凸起，處于凸起向凹陷過渡的斷階帶上，構造條件優越，同時，南堡凹陷多套地層廣泛發育優質烴源巖，油源充足，具有形成大中型油氣田的物質基礎[5～7]（圖1）。古潛山自上而下鉆遇地層為下奧陶統亮甲山組、冶里組，上寒武統鳳山組、長山組、崮山組和中寒武統張夏組、徐莊組；儲層主要發育在潛山構造高部位的細晶白云巖層段內，方解石含量一般不超過10%，陸源碎屑多為泥質，含量1%～4%。巖心分析儲層孔隙度 2%～15%，平均 4.4%；滲透率為 0.1×10–3～11×10–3μm2。構造裂縫約占儲集空間的58%，晶間孔和各類溶蝕孔洞約占42%，是一套致密的溶蝕孔隙、裂縫型含油儲層。

2 潛山巖溶帶特征

2.1 巖性特征

根據鉆井、取心、巖石薄片等資料分析，研究區碳酸鹽巖潛山巖性以白云巖為主，但結晶程度有差異，為泥–細晶白云巖，其中四個層段巖溶作用較為明顯；第一個層段為潛山頂部的巖溶角礫層段，即風化殼結構中的殘積層，巖性主要為云質角礫巖；另外三個層段分別發育在亮甲山組和崮山組，其巖性主要為細晶白云巖，裂縫和溶蝕孔、洞相對較發育；同時，亮甲山組底部有侵入巖巖脈，巖性為輝綠巖，較致密，并對其上覆白云巖有變質的作用。

圖1 曹妃甸油田區域位置

潛山頂部發育一套灰色云質巖溶角礫巖，礫石主要為白云巖和灰巖，角礫支撐結構，自下而上角礫增大，裂縫主要發育高角度縫和網狀縫，但多被方解石充填，順其裂縫可見少量溶蝕孔和巖溶垮塌特征，形成的孔洞基本被方解石完全充填，發育在3 442.4～3 447.7 m。

潛山巖性主要為灰色–深灰色泥晶云巖，發育高角度裂縫，見少量的溶蝕孔洞，多被方解石充填。其中3 444.7～3 447.7 m發育云質干化角礫巖，角礫成分為泥晶白云巖，呈水平層狀發育，為潮坪相沉積特征，巖性較致密。

從 CFD2井鉆井、薄片資料來看，潛山含油層段巖性以粉～細晶白云巖為主，多為泥晶白云巖不均勻重結晶而成；結晶粒度大小較不均勻，結晶粒度較粗巖石脆性較好，裂縫更為發育，粉～細晶白云巖層段形成裂縫條數明顯多于泥晶白云巖層段，且多為高角度裂縫，基本上被方解石充填，可見未充填或半充填縫、洞；主要發育在3 447.7～3 448.2 m和3 706.3～3 709.5 m兩段。

總體而言，研究區內儲層段巖性以白云巖為主，巖石力學性質較脆，在構造應力作用下易于破裂，同時，其裂縫的發育受巖性的影響，結晶顆粒粒度越粗，則裂縫、溶洞越發育，裂縫發育段巖性基本上以細晶白云巖為主。

2.2 儲集空間特征

根據巖心觀察、薄片資料及FMI資料研究，研究區潛山儲集空間主要包括孔隙、溶洞、裂縫3種基本類型，受成巖期膠結作用的影響，未–半充填的孔、洞、縫主要發育在巖性以細晶白云巖為主的層段中（表1、表2）。

表1 潛山儲層與基巖孔隙特征

表2 潛山儲層與基巖裂縫特征

孔隙主要有晶間孔和溶蝕孔2種類型。晶間孔主要形成于重結晶和白云巖化作用，根據薄片資料統計情況，晶間孔孔徑為0.01～1.20 mm，平均為0.15 mm，面孔率0～8.0%，平均為1.1%。溶蝕孔主要包括晶間溶孔和粒間溶孔，薄片觀察孔徑為0.01～1.60 mm，平均為0.20 mm，面孔率0～22.5%，平均為6.7%。

洞多以孤立狀分布，洞徑大小為5～10 mm，根據成因類型細分為礫間洞、礫間溶洞和晶間溶洞 3種類型。礫間洞為溶塌角礫的礫間支撐洞，據巖心觀察，研究區潛山頂部風化破碎帶較發育此類儲集空間，洞徑2～20 mm，呈多棱角不規則狀，幾乎全被白云石、硅質、方解石、泥質等充填。礫間溶洞為角礫之間填隙物被溶蝕擴大而成的洞，主要見于潛山頂面風化破碎帶，洞徑2～10 mm，多被白云石、方解石和硅質充填。晶間溶洞為晶間孔、洞受地層水溶蝕加大而成，偶見于粉–細晶白云巖中，多被白云石、方解石充填。

裂縫根據成因可分為構造縫、構–溶縫、溶蝕縫3種類型。該區儲層段裂縫較發育，裂縫線密度達15條/m，并且產狀以斜交縫和垂直縫為主，占裂縫總數的近90%，但多被白云石和方解石充填。構造縫為構造應力作用形成，產狀以中–高角度為主，縫寬0.1～25.0 mm，占總裂縫數的22%。構–溶縫為構造縫受地層水溶蝕擴大而成，產狀以中–高角度為主，縫寬0.1～3.0 mm，占總縫數的56%。溶蝕縫為溶蝕作用形成的裂縫，多發育在潛山頂部風化殼，縫寬0.01～0.25 mm，占總縫數的22%。

2.3 電性特征

由于潛山內部基巖以泥晶云巖為主，巖性致密，測井孔隙度低，但電阻率測量值極高，導致在儲層段深、淺側向電阻率遠低于圍巖電阻率并出現正幅度差的特點。基巖泥晶云巖段自然伽馬曲線具有“低、平、直”的特征，且電阻率值極高，多在10 000 Ω·m以上，同時，測井曲線呈現出高密度、低中子、低聲波時差的特征。儲層段自然伽馬曲線高低不等，電阻率曲線呈高阻背景下的低阻特征，曲線呈相對低密度、高中子、高聲波時差的特點。

2.4 物性發育特征

根據研究區各口井巖心和壁心分析統計，潛山儲層孔隙度主要分布在2%～5%，平均值4.4%；滲透率主要分布在 0.01×10–3～0.10×10–3μm2，平均值2.4×10–3μm2，依據非碎屑巖儲層分類標準，該區儲層物性類型為低孔低滲型儲層（圖2）。

圖2 曹妃甸油田潛山儲層孔隙度、滲透率分布情況

2.5 儲層發育控制因素

對于裂縫型潛山，構造作用對儲層發育有較大的影響，構造斷裂作用所形成的裂縫有利于改善儲集性能，裂縫可以溝通孔隙、提高儲層的滲透率，同時也有利于孔隙水和地下水的活動及溶蝕孔洞的發育，形成孔、洞、縫系統。CFD1井潛山裂縫走向以NE方向為主，其次是NW方向，兩組裂縫的分布與潛山頂面構造圖中的斷裂系統基本吻合，說明裂縫受構造作用控制明顯。

一般來說，裂縫的發育程度與巖性也密切相關，構造裂縫在白云巖中最發育，巖石裂縫減少的順序依次為：泥質白云巖＞白云巖＞白云質灰巖＞灰巖＞砂巖＞硬石膏＞石膏。曹妃甸油田巖性主要為泥晶云巖，其結晶程度越高，裂縫越發育。從CFD2井細晶白云巖中裂縫較為發育，并且常呈高角度或直立分布；而泥晶或微晶白云巖中裂縫不發育。

本研究區潛山并沒有發育碳酸鹽巖巖溶的完整模式，不能識別出特別明顯的垂直滲流帶和水平潛流帶；其潛山巖溶的發育主要受巖性的控制和影響，白云巖結晶粒度越粗，則越容易產生裂縫，地表水和地層水順裂縫更易生成溶蝕縫、洞；同時，儲層的物性好壞還與后期成巖作用有關，潛山內部發育的裂縫由于膠結作用的影響，大部分被白云石和方解石完全充填，被充填段儲層物性變差，而未充填或半充填段儲層物性較好[8-17]。

根據潛山內部各類巖性層段的裂縫發育程度分析，其巖溶結構可劃分為兩部分，一是上部的巖溶殘積層；二是下部的溶蝕帶。巖溶殘積層發育在潛山頂部，不規則的角礫大小混雜，并且完全被膠結，不具有儲層特征。在巖溶殘積層之下的溶蝕帶內，發育三段裂縫溶孔相對較發育的細晶白云巖層段，為研究區潛山內部的儲層段。

3 潛山巖溶帶油藏模式

潛山地層作為研究區的主要含油層段，由于油藏埋藏較深，地震資料品質不佳，地震相標志沒有明顯特征，利用地震資料無法有效預測儲層的分布。本文采用鉆井、測井、測試等資料應用與古地貌相結合的方法開展潛山儲層展布特征的研究。

3.1 潛山儲層縱向分布特征

根據巖心觀察、薄片資料以及鉆井資料可知，潛山內部儲層發育受巖性控制，主要分布在奧陶系亮甲山組和寒武系崮山組的三套細晶白云巖層段內，構造縫和溶蝕縫、洞較發育，但大部分被方解石充填，孔滲性較差，深度分別為3 451.7～3 467.5 m、3 474.7～3 488.7 m及3 686.9～3 709.1 m。同時結合測井資料和試油結論，油層主要集中在亮甲山組的兩段儲層內，崮山組巖溶段測試證實為水層。

3.2 潛山儲層橫向分布特征

依據本區鉆井資料，同時結合古地貌特征、巖溶破碎帶結構模式進行綜合分析，構造高部位是構造作用和巖溶作用最強烈的區域，有利于儲層的發育[18–20]；從實鉆情況也可以看出，位于潛山高部位的CFD1井和CFD2井儲層較發育，分別鉆遇儲層35.5 m和36.7 m。而構造低部位由于埋藏相對較深，風化作用及地表、地層水的淋濾、溶蝕作用較弱，不利于潛山儲層的發育，同時，構造低部位相對更容易受到后期沉積物的充填改造，因此儲層發育情況較差；實鉆情況CFD5井位于CFD1井構造低部位，海拔深度-3 640 m，鉆遇儲層6.5 m，厚度明顯變薄，并且單層厚度小于 1 m，說明巖溶作用在該深度影響已較小，同時 CFD3井位于古地貌低洼處，構造深度-3 877 m，未鉆遇儲層；同樣CFD4井也位于古地貌低洼處，構造深度-3 740 m，未鉆遇儲層。因此綜合考慮，本區潛山儲層橫向上主要分布在構造高部位，鉆井揭示的儲層底界-3 700 m為界，該深度以上的區域為巖溶發育區，低于該深度巖溶作用相對較弱，形成有效儲層的可能性較小（圖3）。

圖3 曹妃甸A油田潛山亮甲山組儲層發育預測圖

3.3 油藏發育模式

圖4 曹妃甸油田油藏模式

潛山亮甲山組油藏類型屬于層狀巖性–構造油藏（圖4），CFD1井和CFD2井分別在亮甲山組含油層段-3 389～-3 450 m和-3 432～-3 464 m進行了試油測試，其中CFD1井酸化后最大日產油130.3 m3，CFD2井酸化后最大日產油84.5 m3，不含水，但隨后含水快速上升到90%，水分析驗證為地層水。由此認為 CFD2井測試層段底面離油水界面較近，油水界面為海拔-3 464 m，油層主要富集在潛山高部位。

4 結論

（1）曹妃甸油田潛山巖性以泥–細晶白云巖為主，結晶程度有差異，白云巖結晶粒度越粗，則脆性越好，裂縫更為發育，地表水和地層水順裂縫更易生成溶蝕縫、洞。研究區范圍內粉–細晶白云巖縫、洞發育程度明顯高于泥晶白云巖。

（2）研究區潛山巖溶破碎帶受成巖期膠結作用影響并沒有發育碳酸鹽巖巖溶的完整模式，不能識別出特別明顯的垂直滲流帶和水平潛流帶；其發育主要受巖性的控制和影響，可劃分為兩部分，上部為巖溶殘積層，該層段膠結程度高，巖性致密，為非儲層段；下部為溶蝕帶，其中存在三個層段裂縫溶孔相對較發育，巖性均以細晶白云巖為主，為儲層段，分布在亮甲山組和崮山組。

（3）縱向上，潛山油層分布在亮甲山組的兩段儲層內，崮山組巖溶段測試證實為水層；平面上，亮甲山組巖溶作用主要影響構造高部位，海拔深度-3 700 m之上的區域，油藏類型屬于層狀的巖性–構造油藏。

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TE112.322

A

1673–8217（2017）06–0056–05

2017–06–05

張汶，工程師，1983年生，2009年研究生畢業于長江大學礦產普查與勘探專業，現從事油氣田開發地質研究工作。

“十三五”國家科技重大專項“渤海油田加密調整及提高采收率油藏工程技術示范”（2016ZX05058001）資助。

蒲洪果