渤中19-6凝析氣田太古宇潛山儲層發育主控因素及地質模式

范廷恩，牛濤，范洪軍，胡光義，樊鵬軍，馬淑芳，肖大坤

中海油研究總院有限責任公司，北京100028

1 地質概況

渤中19-6潛山凝析氣田是近年來渤海發現的最大千億方大氣田，該氣田的發現將為緩解華北地區用氣緊張、實現京津冀綠色低碳經濟發展發揮重要作用。渤中19-6凝析氣田位于渤中凹陷西南部，東南方向為渤南低凸起，西部為埕北低凸起，南接黃河口凹陷，北接渤中凹陷主洼，為渤中凹陷西南次洼和南次洼夾持的、具有洼中隆特征的背斜構造帶（圖1）。研究區渤中19-6構造帶及周邊縱向地層自上而下依次發育第四系平原組、明化鎮組、館陶組、東營組、沙河街組以及太古宇變質巖基底，除上述地層外，構造帶南部還發育孔店組砂礫巖地層，構造帶北部發育中生界地層。其中，沙三段、沙一段以及東三段為主要的3套烴源巖層，明化鎮組、館陶組、孔店組等主要發育碎屑巖儲層，中生界地層巖性主要為砂礫巖和凝灰巖[1-2]，太古宇為變質巖基底。

圖1 渤中19-6凝析氣田區域位置圖Fig.1 The location of Bozhong 19-6 condensate field

太古宇變質巖潛山基底是研究區的主要含氣層段，埋藏深度4 200～5 500 m，構造上被南北走向的郯廬斷裂切割成東、西兩部分，并進一步被近東西向次級斷裂切割成復雜斷塊[3]。巖性以二長片麻巖、變質花崗巖以及混合花崗巖為主，儲層空間分布復雜，儲集空間類型以裂縫為主，同時發育一定數量的溶蝕孔隙。潛山平均孔隙度3.9%，平均滲透率2.6 mD，低孔低滲特征。凝析油含量平均700 g/m3，屬于特高含凝析油的塊狀凝析氣藏。

鉆井揭示渤中19-6太古宇潛山儲層發育規律復雜，主要表現在：①不同斷塊及同一斷塊不同位置儲層發育厚度差異大，變化快，有效儲層厚度40～400 m，測試產能差異大，測試產氣量1.1～30萬方/天；②含氣層段長，儲層不僅在潛山風化帶發育，在進尺1 000 m的內幕帶仍發育有效儲層。渤中19-6太古宇潛山的發現是近年來深層天然氣勘探的重大突破，但目前對其儲層發育模式及控制因素的研究、認識還不夠深入。本文基于鉆井、測井、測試等資料，綜合闡述了渤中19-6太古宇潛山儲層的發育規律和地質模式，對該氣田及周邊相似潛山油氣田的儲層認識及開發方案編制具有重要意義。

2 潛山縱向分帶

太古宇變質巖潛山儲層形成的控制因素復雜，前人研究一般認為巖性、構造運動和風化淋濾作用是變質巖潛山儲層形成的三大主要控制因素，其中巖石類型是內因，構造運動和風化淋濾作用是外因[4-5]。在潛山巖石類型相同的條件下隨著深度增加，潛山內部受構造以及地表風化淋濾等作用的改造作用逐漸減弱，因此，潛山儲集層縱向發育程度出現差異。潛山頂部除在構造運動過程中形成構造縫外，在出露地表期間遭受風化淋濾作用的進一步改造，形成風化縫、收縮縫、溶蝕孔縫等儲集空間類型，越靠近潛山頂部，改造作用越強，儲層中裂縫和孔隙越發育[6-11]。通常情況下，在石油勘探開發中將這部分受構造和風化淋濾作用雙重影響的儲集層段稱為風化帶。隨著深度的增加，構造應力以及地表地質營力作用逐漸減弱，儲集空間類型主要以構造縫為主且構造縫數量逐漸減少，這部分主要受構造運動控制而不受風化淋濾作用影響或影響很小的儲集層稱為內幕帶[12-18]。在野外太古宇變質巖露頭中這種縱向的差異比較普遍，在露頭頂部裂縫非常發育，網狀裂縫發育特征明顯，巖石碎裂化程度高（圖2a），隨深度增大，裂縫數量逐漸減少，巖體越來越致密。

圖2 山東泰安新泰地區斷裂帶野外地質露頭特征Fig.2 Outcrops of a fault zone in Xintai region,Tai 'an,Shandong Province

通過對渤中19-6凝析氣田已鉆井進行分析發現，風化帶和內幕帶儲集性能的差異在物性以及鉆時、電阻率等電測曲線上也有明顯的體現。其中風化帶由于裂縫較為發育，成像測井平均線裂縫密度3～6條/m，儲集性能好，測井解釋平均孔隙度2.4%～6.5%，凈毛比0.33～0.62（表1）。而內幕帶儲集層整體較差，平均裂縫線密度0.8～1.2條/m，測井解釋平均孔隙度1.7%～3.9%，凈毛比小于0.35。從電測曲線上看，風化帶裂縫發育，鉆時和電阻率相對較低，鉆時8～29 min/m，電阻率170～1 100Ω·m。另外，由于風化帶受風化淋濾作用較強，黏土礦物增多，伽馬能譜測井中TH、U含量較內幕帶明顯增高。內幕帶致密層較為發育，鉆時普遍較高，為12～52 min/m，電阻率明顯高于風化帶，為700～22 000Ω·m，由于內幕帶受風化淋濾作用較弱，TH、U含量較風化帶明顯降低（圖3）。

表1 渤中19-6太古宇潛山風化帶分帶標準Table 1 Standards for classification of weathering zone in Bozhong19-6 field

圖3 渤中19-6太古宇潛山BZ19-6-G井單井縱向分帶特征Fig.3 Vertical zonation of BZ19-6-G well in Bozhong 19-6 field

3 風化帶儲層特征

渤中19-6太古宇潛山風化帶厚度42～415 m，厚度差異大，主要儲集空間為構造裂縫、風化縫，其次是溶蝕縫、溶蝕孔等。巖心顯示風化帶整體裂縫較為發育，同時，宏觀裂縫整體充填程度高，超過50%的宏觀裂縫完全充填，為閉合無效縫，充填物主要為泥質、硅質、鈣質、鐵白云石等。成像測井解釋有效裂縫開度200～600μm，裂縫相互切割整體呈網狀特征，越靠近潛山頂部風化改造作用越強，巖石碎裂化程度越高（圖4a），隨著深度增加，風化縫數量減少，以構造縫為主（圖4b），裂縫間的巖塊變致密。另外，張裂縫延伸長度短，裂縫壁不規則，平均張開度大，個別殘留張裂縫開度大于2 mm，在部分張裂中可見發育完好的石英晶體（圖4c），石英晶體的存在對裂縫的支撐作用明顯，有效降低了壓實過程中裂縫的閉合程度（圖4d）。通過鑄體薄片和掃描電鏡分析發現，微觀儲集空間類型主要為微裂縫，其次是溶蝕孔隙，溶蝕孔隙沿微裂縫呈串珠狀分布。微觀儲集空間整體充填程度也較高，鑄體薄片定量統計結果顯示微觀裂縫充填比例達85.2%，主要充填物為白云石、鐵白云石、硅質、泥質等（圖5）。

圖4 BZ19-6-G井太古宇潛山巖心特征Fig.4 Pictures of cores from well BZ19-6-G in Bozhong19-6 field

圖5 渤中19-6潛山微觀裂縫類型及充填特征Fig.5 The types and filling characteristics of micro-fractures in Bozhong 19-6 field

4 風化帶儲層發育控制因素

風化帶儲層受構造和風化淋濾雙重作用控制，整體儲層比較發育，空間連續性好，呈“似層狀”分布。通過古地貌、斷層、溝-脊、坡度等控制因素與風化帶儲層關系分析發現，風化帶厚度主要受古地貌控制，古地貌構造越高，風化帶厚度越大。同時，受局部斷層、溝-脊、坡度等因素的調節作用，局部風化帶儲層厚度增大或減小。

4.1 宏觀古地貌

通過風化帶厚度與各控制因素的相關性分析發現，渤中19-6潛山風化帶厚度受古地貌控制明顯。渤中19-6太古宇潛山上覆地層為沙一段和沙二段，以穩定沉積的灰色、深灰色泥巖為主，且與上覆東營組沉積之間為整合接觸，因此采用層拉平的方法將沙河街組頂拉平進行古地貌恢復[19]，恢復的古地貌能夠反映潛山在埋藏前的相對古地貌形態（圖6）。根據層拉平的機理，上覆沙河街組地層厚度變化即反映了古地貌的高低變化。統計發現，風化帶厚度與潛山上覆沙河街組地層厚度相關性較好（圖7），對應的古地貌構造高部位儲層厚度大，向構造低部位儲層厚度逐漸減薄。渤中19-6構造古近系沉積前的古地貌恢復結果顯示，研究區構造整體呈近南北向的構造脊形態（圖7），構造脊部位風化帶厚度最大，儲層平均厚度213 m，向兩側構造低部位厚度逐漸減薄，平均厚度僅為56 m，整體表現為從構造高部位向低部位逐漸減薄的“似層狀”鯉魚背模式。

圖6 渤中19-6太古宇潛山古近系地層沉積前古地貌圖Fig.6 Paleogeomorphology of buried hill in Bozhong19-6 field

圖7 太古宇潛山風化帶厚度與上覆沙河街組地層厚度交會圖Fig.7 The relation of the weathering zone thickness to the strata thickness of the overlying Shahejie Formation

潛山在構造運動過程中除形成控制斷塊邊界的較大規模斷層外，還會派生出一些較小規模的斷層，這些小斷層使得斷塊內部潛山頂面呈現出高低起伏的初始地貌特征。同時，由于斷層及斷層附近裂縫發育集中，巖體風化剝蝕速度快，逐漸被侵蝕成為溝谷，經過長期的風化剝蝕之后潛山頂面就形成了高低起伏的“溝-脊”地貌[20]。其中，“脊”為剝蝕殘留高部位，風化帶厚度大，“溝”為原斷層位置被侵蝕而成的低谷部位，風化帶厚度相對較薄。通過潛山頂面“溝脊”微地貌的精細刻畫能夠進一步表征潛山風化帶厚度的變化規律和分布特征。溝脊在潛山構造高部位和低部位均發育，通過溝脊地貌的精細刻畫，可以指導在構造高部位預測出裂縫發育相對差的“溝”，進而進一步指導開發井網部署。同時，也可以指導在構造低部位預測出裂縫相對發育的“脊”，據此進行潛力評價。

4.2 巖石類型

巖石類型是影響潛山儲層發育的重要內因，特別是暗色礦物的含量直接影響了裂縫形成的難易程度。根據前人研究結果，黑云母、角閃石等暗色礦物為韌性礦物，不易形成構造裂縫[5]，因此暗色礦物含量越高越不利于裂縫型儲層的形成。統計發現，渤中19-6潛山中央構造脊東西兩側暗色礦物含量差異明顯，其中西塊暗色礦物含量低，暗色礦物含量平均3.9%，儲層厚度120～420 m，測試產量18～31萬方/天，無阻流量45～160萬方/天。東塊暗色礦物含量較高，暗色礦物含量平均7.5%，儲層厚度38～253 m，測試產量1.1～20萬方/天，無阻流量1.2～70萬方/天，西塊儲層及測試產能明顯比東塊好。

4.3 局部斷層

斷層及斷層周圍一定范圍內為應力集中區，往往會派生或次生一些構造裂縫，形成的構造裂縫不僅可以直接作為潛山巖體的儲滲空間，而且也為巖體出露地表后的風化淋濾提供了基礎[5]。類比其他潛山油氣田及野外地質露頭勘測結果顯示，斷層單側影響裂縫發育的距離約為150 m。對山東新泰野外一處斷距約為150～200 m的斷層進行觀測，該斷層上升盤出露太古宇變質巖，在斷層帶核心約20 m范圍內裂縫相互切割，巖塊基本完全碎裂，局部可見明顯的斷塊角礫、靡棱巖等。隨著與斷層距離增加，裂縫密度逐漸降低，距離斷層約50 m范圍內，平均裂縫密度為20～30條/m（圖2d），50～100 m范圍內平面裂縫密度5～15條/m（圖2c），100～150范圍內平均裂縫密度3～10條/m（圖2b），當距離斷層距離超過150 m時，變質巖露頭僅有零星裂縫發育，基本以致密巖塊為主（表2）。在斷層及其一定范圍內由于裂縫發育，為后期的風化淋濾作用提供了便利，不僅巖塊風化程度相比其他地方高，且沿裂縫風化的深度更大，最終形成的風化帶厚度大，因此局部斷層的發育會對風化帶厚度起到一定的調節作用。

表2 新泰變質巖露頭斷層附近裂縫發育密度統計Table 2 Fracture density on the metamorphic outcrop fault near Xintai

4.4 構造坡度

構造坡度的陡緩影響風化帶的保存程度，平緩的潛山面有利于風化帶的保存，儲集層厚度大，儲集性能好；反之，潛山面陡，風化帶更容易被侵蝕，不利于風化帶的保存，風化帶厚度薄，儲集性能

差。勝利油田太古宇潛山不同部位的生產井的試油資料統計證實，平緩潛山頂面的太古宇儲集體的儲集性能普遍優于陡峭的潛山斜坡[4]。渤中19-6潛山各斷塊坡度3.9°～16.4°，對應的風化帶儲層厚度差異較大，統計結果顯示坡度小于9°的斷塊風化帶厚度110～220 m，坡度大于9°的斷塊風化帶厚度42～92 m（圖8）。需要注意的是，實際的古地貌比較復雜，同一斷塊內也具有一定的構造起伏，不同部位坡度也都有一定差異，因此，在同一斷塊內部也會因為坡度的差異導致局部風化帶厚度的增大或減小。

圖8 渤中19-6凝析氣田風化帶厚度與坡度關系圖Fig.8 Relationship between weathering zone thickness and slope in Bozhong19-6 field

5 內幕帶儲層特征

早期渤海海上已發現的太古宇潛山油氣田，如錦州25-1南潛山、蓬萊9-1潛山油田、曹妃甸18-1/18-2油田等，含油氣層段都集中分布在距離潛山頂50～300 m范圍的風化帶內。2011年在遼河興隆臺潛山深化勘探中鉆探的興古7井在潛山頂面1 500 m以下深度段獲得了高產油氣流，這充分說明太古宇潛山儲集層不一定限于潛山頂部的風化殼，在潛山內幕仍具有形成油氣藏的可能，潛山內幕也具有巨大勘探潛力。渤中19-6凝析氣田多口探井揭示在進山1 000 m范圍內的內幕帶仍發育有效儲層（圖3）。

5.1 內幕帶儲層特征

內幕帶巖心、鑄體薄片、成像測井等綜合分析結果表明，儲層的主要儲集空間類型為構造裂縫，風化淋濾作用形成的風化縫、溶蝕孔發育較少，基質相對致密，整體裂縫走向以NE向和近NE向為主。與風化帶相比低角度裂縫數量減少，高角度裂縫比例增加，傾角大于60°的高角度縫比例占到26.1%～49%。另外，由于內幕帶受風化淋濾作用影響小，溶蝕孔隙發育較少，長石礦物表面相對新鮮，蝕變程度較低。內幕帶儲層整體較差，儲層凈毛比小于0.35，測井解釋孔隙度2.13%～3.86%，測井解釋滲透率1.75～2.30 mD。

5.2 主控因素分析

對于潛山內幕儲層的成因目前業內還沒有形成統一意見，多數人認為構造改造程度是影響內幕儲層發育的最關鍵因素，只要構造運動足夠強烈，即使是巖石礦物中暗色礦物含量高或巖性單一，同樣也可以形成優質儲層[12]。

渤中19-6潛山經歷了印支運動、燕山運動、喜山運動多期構造運動，形成了多期斷裂系統：印支期揚子板塊與華北板塊碰撞，產生大量北西西向的逆沖斷層；燕山期太平洋板塊沿北西西向朝東亞大陸俯沖，郯廬斷裂發生左旋擠壓，派生出大量北東向的斷層；燕山早期渤海灣盆地進入拉張裂陷階段，在近南北向的拉張作用下，形成了大量東西向張性正斷層。多期復雜的構造運動在潛山內部形成了大量的內幕高角度斷層，這些內幕斷層控制了內幕裂縫的發育。

5.3 內幕帶儲層分布模式

潛山內幕帶儲層主要受內幕高角度斷層控制，內幕儲層沿斷層呈“帶狀”分布，內幕高角度斷層的識別刻畫成為內幕儲層預測的關鍵。通過對原始地震數據進行F-K濾波處理，潛山內幕高角度斷層的地震反射得到了很好的增強（圖9），同時將不同傾向的高角度斷層分開。其次，通過在潛山內幕不同深度提取沿層振幅切片，來表征潛山內幕高角度斷層的平面分布特征。通過內幕高角度斷層的識別，發現內幕高角度斷層發育的區域幕帶儲層普遍發育好，高角度斷層與井點儲層特征及測試結果吻合較好。

圖9 潛山內幕高角度斷層地震反射特征Fig.9 The seismic reflection characteristics of high Angle faults of a buried hill

內幕高角度斷層屬性分析顯示，內幕高角度斷層整體分布具有局部發育集中、不均勻、平面分布不連續的特征。同時，潛山向下隨深度增加應力差減小，溶蝕作用減弱，改善儲層物性的成巖作用減弱。但是，壓實及膠結作用增強，導致儲層物性逐漸變差。因此，潛山內幕帶儲層縱向具有沿內幕高角度斷層“帶狀”分布，同時在一定范圍內自上而下裂縫帶逐漸變窄，呈“漏斗形”的展布模式（圖10）。

圖10 渤中19-6凝析氣田太古宇潛山地質模式Fig.10 The geological model of a buried hill in Bozhong19-6 field

6 結論

（1）渤中19-6潛山縱向上分為風化帶和內幕帶，風化帶厚度42～415 m，空間上分布連續，從高部位到低部位厚度逐漸減薄，呈“似層狀”分布。內幕帶沿內幕高角度斷層呈“帶狀”漏斗型分布，空間分布不連續，通過內幕高角度斷層與風化帶連通。

（2）風化帶儲層厚度整體與宏觀古地貌相關性好，同時受巖石類型、局部斷層、溝脊微地貌以及坡度等因素的調節控制，局部厚度增大或減小。風化帶儲層受構造運動和風化淋濾作用雙重控制，儲集空間包括構造縫、風化縫及溶蝕孔隙等，物性較好；

（3）內幕帶儲層主要受控于巖石類型和構造運動兩大因素，渤中19-6潛山巖性較為單一，礦物組成差異小，構造改造程度是潛山內幕裂縫是否發育的關鍵因素。潛山內幕儲集空間以構造裂縫為主，基質致密，物性相對較差。