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西湖凹陷平北缓坡带盖层特征及封堵性评价

关蕴文 周锋 蒲仁海 范昌育

关蕴文,周锋,蒲仁海,等. 西湖凹陷平北缓坡带盖层特征及封堵性评价[J]. 海洋地质前沿,2022,38(10):34-41 doi:  10.16028/j.1009-2722.2021.258
引用本文: 关蕴文,周锋,蒲仁海,等. 西湖凹陷平北缓坡带盖层特征及封堵性评价[J]. 海洋地质前沿,2022,38(10):34-41 doi:  10.16028/j.1009-2722.2021.258
GUAN Yunwen, ZHOU Feng, PU Renhai, et al. Caprock characteristics and sealing evaluation of Pingbei gentle slope belt in Xihu Sag[J]. Marine Geology Frontiers, 2022, 38(10): 34-41 doi:  10.16028/j.1009-2722.2021.258
Citation: GUAN Yunwen, ZHOU Feng, PU Renhai, et al. Caprock characteristics and sealing evaluation of Pingbei gentle slope belt in Xihu Sag[J]. Marine Geology Frontiers, 2022, 38(10): 34-41 doi:  10.16028/j.1009-2722.2021.258

西湖凹陷平北缓坡带盖层特征及封堵性评价

doi: 10.16028/j.1009-2722.2021.258
基金项目: 国家自然科学基金“非常规油气勘探与开发地球物理基础理论与方法研究”(41390451)
详细信息
    作者简介:

    关蕴文(1997—),女,在读硕士,主要从事石油地质方面的研究工作. E-mail:gynw_6@163.com

    通讯作者:

    蒲仁海(1962—),男,博士,教授,主要从事油气地质与地球物理方面的研究工作. E-mail:perenhai@126.com

  • 中图分类号: P744.4;TE155

Caprock characteristics and sealing evaluation of Pingbei gentle slope belt in Xihu Sag

图(10)
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-09-30
  • 录用日期:  2022-08-22
  • 网络出版日期:  2022-08-26
  • 刊出日期:  2022-10-25

西湖凹陷平北缓坡带盖层特征及封堵性评价

doi: 10.16028/j.1009-2722.2021.258
    基金项目:  国家自然科学基金“非常规油气勘探与开发地球物理基础理论与方法研究”(41390451)
    作者简介:

    关蕴文(1997—),女,在读硕士,主要从事石油地质方面的研究工作. E-mail:gynw_6@163.com

    通讯作者: 蒲仁海(1962—),男,博士,教授,主要从事油气地质与地球物理方面的研究工作. E-mail:perenhai@126.com
  • 中图分类号: P744.4;TE155

摘要: 盖层是西湖凹陷平湖构造带平北缓坡带的主要控藏因素之一。为厘清平北缓坡带优质盖层分布及控藏规律,利用该区满覆盖1 200 km2三维地震和23口探井资料,运用井约束地震反演技术,分析了盖层发育规律及封堵效果。结果发现,平北缓坡带平上段存在一套平均孔隙度1.5%的泥岩区域盖层S1,致使平湖组烃源岩生成的油气能够绝大部分滞留于平湖组内部。选取T31界面上下50 ms时窗制作了S1盖层时间厚度图,较为客观地展现了这套盖层的全貌及分布特征,并指出L1、W4、B2等钻井失利是由于局部封堵性变差所致。考虑到断层对盖层封堵性的影响,认为当泥质涂抹因子<1.8时才对油气具有良好封堵性。综合考虑盖层厚度、泥质含量、断裂等因素,将平北缓坡带划分为完全封盖区、部分封盖区、无能力封盖区,以期有助于该区的油气勘探。

English Abstract

关蕴文,周锋,蒲仁海,等. 西湖凹陷平北缓坡带盖层特征及封堵性评价[J]. 海洋地质前沿,2022,38(10):34-41 doi:  10.16028/j.1009-2722.2021.258
引用本文: 关蕴文,周锋,蒲仁海,等. 西湖凹陷平北缓坡带盖层特征及封堵性评价[J]. 海洋地质前沿,2022,38(10):34-41 doi:  10.16028/j.1009-2722.2021.258
GUAN Yunwen, ZHOU Feng, PU Renhai, et al. Caprock characteristics and sealing evaluation of Pingbei gentle slope belt in Xihu Sag[J]. Marine Geology Frontiers, 2022, 38(10): 34-41 doi:  10.16028/j.1009-2722.2021.258
Citation: GUAN Yunwen, ZHOU Feng, PU Renhai, et al. Caprock characteristics and sealing evaluation of Pingbei gentle slope belt in Xihu Sag[J]. Marine Geology Frontiers, 2022, 38(10): 34-41 doi:  10.16028/j.1009-2722.2021.258
    • 石油地质学家很早就认识到盖层对油气成藏聚集及保存起着决定性作用[1-2]。理论上任何一种岩石类型都可以成为盖层[3]。但优质的盖层只限于蒸发岩、碳酸盐岩、泥页岩等几种岩性[4]。就分布范围而言,盖层有区域盖层和局部盖层之分。区域盖层基本上决定了含油气盆地内油气的分布规律[1],而局部盖层只对一个或几个圈闭起作用。因而,区域盖层的分布及完整性研究是预测区域油气分布的关键[5]

      平湖构造带位于西湖凹陷西部边缘,总体呈东倾斜坡,是发育于古隆起背景上由深大断裂控制的油气富集区[6]。由南向北,平湖构造带可进一步划分为平南、平中和平北地区。平湖构造带是西湖凹陷勘探程度相对较高的地区,其中位于北部的平北地区有3个油气田已投产。随着勘探的持续推进,该区的构造油气圈闭大多已被钻探揭示,构造-岩性圈闭、岩性圈闭也已成为下一步的主要勘探方向。在此背景下,该地区油气盖层的研究开始受到重视[7]

      王存武等[8]以钻井及岩芯资料为基础,从宏观、微观尺度对研究区盖层微观性质和区域分布特征开展了研究,指出泥岩盖层排驱压力较高,微观封闭性好,单个油气层的盖层厚度一般为1~5 m。李敏等[7]认为平湖组砂泥岩纵向上形成旋回式生储盖组合,薄互层明显,且泥岩累积厚度大、分布稳定,利于形成区域性盖层。王伟等[9]指出平湖斜坡带盖层依据平均厚度和盖地比排序由高到低依次为平湖组、花港组上段和花港组下段,其中平湖组泥岩平均厚度最大,盖地比多高于50%,是本区条件最为优越的区域盖层。张宙等[10]对西湖凹陷花港组和平湖组的油气分布特征及其主控因素进行了对比研究,认为有效区域性泥岩盖层和断裂发育的规模及样式是平北缓坡带油气富集的关键。虽然众多学者一致认可平北地区盖层的控藏作用,但都是从仅有的钻井资料进行局部描述,缺乏对平湖组盖层控藏的整体认识。本文选取平北缓坡带满覆盖1 200 km2三维地震和23口探井资料,运用井约束地震反演,对平湖组盖层地质特征、测井相、分布规律进行了分析,并考虑了断层-盖层配置关系,最终对该区盖层的封盖能力进行了平面预测。

    • 西湖凹陷位于中国东海陆架盆地东部,是一个新生代含油气凹陷。西湖凹陷呈近SN向长条形展布,夹于钓鱼岛隆褶带与海礁隆起、渔山东低隆起之间(图1)。平北缓坡带处于西湖凹陷平湖构造带平北地区,面积达1 800 km2。钻探揭示,研究区新生代沉积层包括始新统宝石组和平湖组,渐新统花港组,中新统龙井组、玉泉组、柳浪组,上新统三潭组和更新统东海群(图2)。其中,宝石组、平湖组及花港组是主要的含油气层位。平湖组同时也是主力烃源岩发育层位[11]

      图  1  研究区地理位置及构造简图

      Figure 1.  Location and tectonic setting of the study area

      图  2  西湖凹陷新生界沉积-构造及油气分布综合柱状图

      Figure 2.  The Cenozoic stratigraphy and tectonic events in Xihu Sag and the comprehensive histogram of oil and gas distribution

      西湖凹陷新生代盆地经历了断陷(古新世—始新世, Tg—T30)、拗陷(渐新世—中新世,T30—T11)和区域沉降(中新世—第四纪, T20—Q)3个演化阶段[12],发生了6次区域性构造运动:基隆运动(Tg)、雁荡运动(T50)、瓯江运动(T40)、玉泉运动(T30)、花港运动(T20)、龙井运动(T11)(图2)。频繁的构造运动使得西湖凹陷油气成藏复杂化,保存条件成为油气勘探重点关注的风险点之一。

      研究区平湖组形成于始新世裂谷期,属于海陆过渡沉积环境[13]。由下至上,进一步划分为平下段、平中段和平上段。平下段沉积于水侵时期,沉积物以大套泥岩夹砂岩沉积为主,是烃源岩发育段;而平上段沉积于水退时期,沉积物以砂岩、泥岩间互沉积为主,是储层发育段;平中段则处于两者之间的过渡演化阶段。在西湖凹陷西部海礁凸起物源的控沉作用下,砂体自西向东间歇性推进,呈楔状尖灭于暗色泥岩中,形成了以煤系烃源岩、多种成因砂体(潮道、潮坪、三角洲前缘)广泛叠置的优越源储配置[12]。地震剖面上,平湖组表现为密集、多相位、连续性好的反射特征,与其上部相位弱、连续性差的花港组具有明显差异[14]。同时,研究区具有西高东低的斜坡背景,为东部生烃中心生成的油气向西部上倾方向运移、聚集、成藏创造了有利条件[14]。在盆地断陷演化时期,主要发育2组不同方向的断裂系统,遍及整个斜坡带[15],一组以NE向展布、与构造走向基本一致的东倾和西倾张性断裂为主体断裂;另一组为少量的 NW 向展布并与主体断裂相交或切割,组成了带、块结合的基本格局(图1b)。以上因素最终导致在西湖凹陷平湖构造带中,油藏的保存形式主要是以断鼻、断背斜、断块为主。因此,在断层的破坏下,盖层的垂向发育情况以及横向封闭性是研究区油气保存及分布的关键。

    • 钻探揭示,平湖组是以砂岩为储层,以泥岩为盖层组成的储盖组合。张建培等[16]认为平湖组泥岩盖层形成于半封闭海湾泥、泥坪、前三角洲相沉积环境。从单井数据看,平湖组泥岩单层厚度平均为1.9~8.5 m,最大单层厚度可达30 m。根据X衍射分析,平湖组泥岩中黏土矿物以伊利石为主,平均占70%,其次为高岭石及绿泥石,分别占16%、12.8%。少量的伊蒙混层,占比<2%,混层比约31.6%。从黏土矿物组成来看,研究区泥岩可塑性和膨胀性并非最佳,因为蒙脱石含量低。从含砂量来看,平湖组泥岩质纯,粉砂含量占比为2%~10%。

      根据实测数据,平湖组泥岩孔隙度平均3.6%,渗透率平均3.5×10−6 μm2,突破压力平均5.3 MPa,表明平湖组泥岩盖层具有较好的微观封闭性能。据理论测算,埋深3 000 m状态下,突破压力1 MPa的泥岩盖层,可以封盖>100 m的常压油柱高度[8]。而平湖组油藏的油柱高度一般在几米到几十米之间。因此,单从垂向封盖性而言,平湖组泥岩完全可以胜任本区的油气盖层。

    • 选取平北缓坡带满覆盖1200 km2三维地震和23口探井资料,运用井约束地震反演技术,充分利用地震资料横向信息的连续性和钻测井资料纵向信息的准确性,从而更加准确地评价研究区盖层的三维几何形态和厚度等关键特征。图3是平北地区过B1-B3-B4-W2-W4-K4井平湖组孔隙度反演剖面。其中,T30是平湖组顶界,T40是平湖组底界,T32、T34分别是平上段/平中段、平中段/平下段的分界线。根据该剖面孔隙度展布情况可以看出,平湖组储层(图中显示为橙黄色)大规模发育于平下段上部及平上段,零星发育于平中段。而成规模的盖层(图中显示为深蓝色)大致有3套,分别分布于T31、T33、T34附近,分别标记为S1、S2、S3。不难发现,S1盖层厚度最大(约30~60 ms),连续性最好,是平均孔隙度为1.5%的致密泥质岩盖层。据统计,目前研究区60%油气发现位于平湖组,花港组的油气资源量占比<20%[6]。显然,S1盖层可能对平中段及其以下储层的油气富集成藏起到关键作用,如若不然,平湖组之上厚层的花港组优质储层将很容易承接平湖组的油气泄漏。图3中局部如B4和W4井处S1盖层致密程度变差(黄色)可能是B4和W4井失利的主要因素。而S2盖层在孔雀亭区块发育较好,向宝云亭区块变差,并且刚好与其之下的储层发育程度相反,这表明S2盖层可能对其下的油气封盖成藏效应较弱。S3盖层分布范围更加局限,仅在武云亭区块较为发育,但S3盖层之下的储层却在该区最不发育,在储层最发育的孔雀亭区块,S3盖层基本不发育。因此,S1盖层极可能属于平湖组的区域性盖层,而S2、S3盖层只是平湖组内部的局部盖层。

      图  3  平北地区B1-B3-B4-W2-W4-K4井孔隙度反演剖面

      Figure 3.  Porosity inversion profile of wells B1-B3-B4-W2-W4-K4 in Pingbei area

      为了准确评价S1区域盖层的平面分布特征,选取T31界面上下50 ms时窗制作了研究区平上段底界上下孔隙度<5%的时间厚度图(图4)。不难发现,孔雀亭与武云亭之间的来鹤亭区块S1盖层厚度最大,被其覆盖的平中段和平下段岩性油气藏潜力较大。另外,L1、T2、W4、B2井等失利皆可能与局部区域盖层封堵性不好有关。而K1、K4、W10和W3井的平上段含油气与S1区域盖层面积较小、封闭相对差有关(图4)。S1盖层厚度相对大的区域与平中段和平下段的含气检测有利范围较为吻合[7],揭示这些区域可作为下一步勘探的有利区。

      图  4  平湖组盖层时间厚度图

      Figure 4.  The time thickness diagram of Pinghu Formation caprock

    • 根据井约束孔隙度反演剖面图,选取B4井(平中段浅黄色)、W2(平中段深蓝色)、W4井(平中段淡绿色)、K4井(平中段淡蓝色)做连井剖面图(图5),发现测井曲线与孔隙度剖面整体吻合良好,平湖组泥岩含量高,累计厚度大,盖地比高。

      图  5  平北地区B4-W2-W4-K4连井剖面

      Figure 5.  B4-W2-W4-K4 multi-well profile in Pingbei area

      通过测井曲线和孔隙度曲线分析认为,盖层的封堵性在局部上存在3类情况:①W2井代表的深蓝色低孔隙度致密泥岩(<5%),根据GR曲线可以看到W2井平中段泥岩累计厚度大,孔隙度极小,盖层封堵性好。②W4井代表的淡绿色较低孔隙(6%~10%)的致密砂岩,从测井曲线上看泥岩累计厚度较薄,封堵性差。③K4井代表的低孔隙泥岩,纵向累计厚度小,砂岩厚度大,但砂岩平面分布面积较小(图4),致使油气穿过平中段在其上部成藏;若局部砂岩面积过大(以L1井为代表)(图4),则油气完全散失,使平中段上下段均不成藏。从测井曲线上来看,每口井的盖层特征和其试油结果也吻合较好。

      值得注意的是,从测井曲线上看,虽然B4井从孔隙度曲线和孔隙度反演剖面上的颜色(孔隙度10%~15%)表征一致,但B4井平中段泥岩盖层累计厚度并不小,孔隙度与岩性不匹配。地震剖面(图6)揭示,B4井T31界面附近存在断裂,断层破碎带导致孔隙度变大。此外,从地震剖面发现,多数断裂未断穿T30界面(平中段顶面)。因此,受断裂的影响,平中段上部对油气的封堵性在区域中起决定作用。换言之,研究区断层的发育对盖层封堵性具有一定影响。

      图  6  B4-W2-K4连井地震剖面

      Figure 6.  Seismic multi-well profile of wells B4-W2-K4

    • 决定断层封堵性好坏的因素有断距、泥岩厚度、断面正压力等[17]。平湖构造带是以层状油气藏为主,油气藏横向上连片分布,纵向上在平湖组各个层段均有分布。其主要原因是平湖组断层-盖层配置关系控制了油气的纵、横向运移。因此,从断层-盖层关系入手,我们制作了平北地区平湖组T31顶面断裂落差平面图(图7),以研究区23口探井试油数据为基础,结合各断层圈闭T31断距和平中段盖层厚度的统计结果,评价断层封堵性。

      图  7  平北地区T31界面断裂落差平面图

      Figure 7.  The fault fall at T31 interface in Pingbei area

      评价断层横向封堵性的常用指数有泥质涂抹因子(SSF)、断层泥比率(SGR)、黏土涂抹势(CSP)等[18-22]。由于S1区域盖层对平北地区油气分布起主要控制作用,为了更直观地描述,我们选用泥质涂抹因子SSF来评价断层封堵性,SSF = T31断距/S1盖层泥岩厚度。根据现有资料,本次研究对23口井附近断层的断盖配置进行研究(图8)。统计表明,当SSF<1.8时,属油气聚集区,油气可以聚集;当SSF>1.8时,属油气渗漏区,该区域内井位所在的断层圈闭内油气沿着断裂发生了垂向调整,圈闭只含水。如图9所示,若断距小,断层未断开泥岩盖层,则断层依旧具有垂向封堵的能力。若断距大,断层断穿了盖层则有2种情况:当盖层泥岩厚度大、泥质含量高、砂层厚度小,泥岩连续涂抹于薄砂层之上使得断层依旧具有横向封堵性(图9a);反之,当泥岩厚度小、泥质含量低、砂层厚度大,泥岩不能连续的涂抹于断面的砂体,使得盖层的封堵性完全丧失(图9b)。因此,泥岩越厚,泥质含量越多,断层对接的砂体越薄,成藏概率越大[23]

      图  8  研究区S1盖层油气聚集/泄漏对应的SSF界限

      Figure 8.  The SSF limit corresponding to oil and gas accumulation/leakage of S1 caprock in the study area

      图  9  泥岩涂抹的连续性与断距及泥岩厚度关系示意图

      Figure 9.  The relationship between continuity of mudstone coating and fault displacement and mudstone thickness

      综合盖层厚度、泥质含量、断裂等对平北地区S1区域盖层封堵性进行分类评价(图10),将研究区分为完全封盖区、部分封盖区、无能力封盖区。当盖层厚度>40 ms,断裂未将S1盖层断穿,则属于完全封盖。当盖层厚度介于20~40 ms,部分断裂虽将盖层断开,若SSF<1.8,则该断裂依旧未破坏盖层对油气的封堵,也属完全封盖;若SSF>1.8,则油气能沿断面垂向运移,但有几率在上部成藏,此属部分封盖。当盖层厚度<20 ms,且SSF>1.8,则视为无能力封盖。平北缓坡带三维区域中完全封盖区占29.5%,部分封盖区占31.5%,无能力封盖区占39.0%。可以看出,研究区来鹤亭区块完全封盖区大面积发育,揭示该区域平中段和平下段未来可作为岩性油气藏重点区域。而在无能力封盖区,应该将平上段和花港组作为勘探目的层。

      图  10  研究区S1盖层封堵性分类评价平面图

      Figure 10.  Sealing classification and evaluation of S1 caprock in the study area

    • (1)西湖凹陷平湖构造带平北地区平湖组发育S1、S2、S3共3套泥岩盖层,分别位于平上段、平中段、平下段顶部。其中,S1为一套孔隙度<5%、平均厚度约30 ms的区域盖层,对平湖组油气成藏封堵起决定作用;S2、S3为局部盖层。受S1盖层控制,平北地区油气藏大部分储集在平中段上部,部分分布于平中段下部和平下段。

      (2)S1区域盖层局部封堵性差存在3类情况:第1类以L1、B2、W4井为代表,盖层局部缺失面积较大致使油气全部散失,平中段和平下段均未成藏;第2类以W3、K1、K4井为代表,盖层局部缺失面积小,使油气在平上段和平下段均有分布;第3类以B4、T5井为代表,断层断穿S1盖层,致使油气散失。

      (3)断裂封闭条件是平北缓坡带油气成藏的另一重要因素,只有当SSF值<1.8时,断层才具有封堵性,才能使油气有效聚集成藏。综合评价指出,平北缓坡带三维区域中完全封盖区占29.5%,部分封盖区占31.5%,无能力封盖区占39.0%。针对各类封盖区需采取不同的勘探策略。

参考文献 (23)

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