冀中坳陷北部奥陶系储层形成机理与分布模式

赵文龙，韩春元，严梦颖，乔 博，罗 静，薛 辉，郭惠平

(中国石油华北油田分公司，河北 任丘 062552)

0 引 言

奥陶系潜山是冀中坳陷北部的重要油气勘探领域，已发现苏桥、永清等奥陶系潜山油气藏，并取得了良好的勘探效益[1-2]。而北部河西务潜山带一直被认为储集条件差、非均质性强，难以形成油气富集。针对潜山带奥陶系的储集条件，前人曾做过大量研究工作[3-7]，尤其是在研究储集空间组合特征、储集体成因等方面。吴小洲等[8]认为冀中奥陶系储层基本为非均质似块状结构，构造形态和控山断层是储层发育的主要因素，指出了背斜构造、断裂发育带利于储层发育，以裂缝发育丰度对储集层进行评价，而岩石类型及岩溶作用对储层的影响论述较弱，并不能较好地反映储层的储集类型以及分布特征。郭建华等[9]将多期次岩溶作用和断裂活动作为制约储层发育的因素，主要论述了河西务构造带岩溶类型、期次及构造裂缝分布规律对储集层的改造作用，却缺少了对岩性控制的孔隙型储层的分析，可能会遗漏对该类储层的评价。

因此，文中在岩心观察基础上，综合运用钻井、测井、分析化验等资料，通过对储层基本特征、成因类型、主控因素等展开攻关研究，明确了奥陶系潜山带有利储层的形成机制及发育特征，建立了储层发育分布模式，为该区油藏模式的建立和油气勘探部署提供了依据。

1 区域地质概况

冀中坳陷北部潜山带已发现并落实了东储、韩村、杨税务、刘其营、刘其营西、永清和中岔口潜山圈闭(图1)。地层发育下奥陶统冶里组、亮甲山组，中奥陶统下马家沟组、上马家沟组和峰峰组，缺失上奥陶统地层。多口井试油资料显示，上马家沟组—峰峰组是该区奥陶系潜山主要的含油层系(表1)。

图1 冀中坳陷北部奥陶系潜山圈闭简图Fig.1 Sketch map of Ordovician buried hill traps in northern Jizhong depression

表1 河西务构造带潜山井试油数据Table 1 Well test data of buried hills in Hexiwu tectonic belt

2 储集层特征

2.1 储集空间类型

钻井资料揭示，奥陶系潜山地层岩性较为复杂，发育多种岩石类型，储集层岩性以白云岩为主，其次为灰质云岩、云质灰岩和灰岩。储集空间经历了多期次成岩作用、岩溶作用以及构造断裂的改造，原生孔隙较难保存，储集空间主要为晶间孔、晶间溶孔、构造裂缝和溶蚀孔洞等次生储集空间。

2.1.1 晶间(溶)孔

晶间孔在白云岩中较为发育，方解石被云化为白云石的过程，也是晶粒变小的过程，往往产生晶间孔(图2a)。晶间孔之间一般有喉道或者微裂缝相连，在适宜条件下，岩溶流体可以渗入晶间孔内产生晶间溶孔(图2b)。

2.1.2 构造裂缝

未被充填的构造缝既可作为油气储集空间又是重要的渗流通道，由务古2、务古4井玫瑰花图(图2c、d)可以看出，区内裂缝方向主要为北东—南西向和北西—南东向。杨税务、南旺、韩村以及东储4个潜山多口井的裂缝测井识别显示(表2)，上马家沟组上部—峰峰组裂缝发育程度最高，在杨税务和韩村潜山最为发育，占地层厚度的30.3%～34.1%；上马家沟组中部层段裂缝发育较为局限，仅在杨税务潜山发育，占地层厚度的23.5%，而在韩村和东储潜山发育极少甚至不发育；下马家沟组上部—上马家沟组下部层段裂缝相对较发育，个别井如务古2井裂缝发育厚度占地层厚度的52.6%，Ⅱ级裂缝为主要裂缝，占裂缝的89.52%。

表2 冀中北部潜山储层主要层段测井解释裂缝发育情况Table 2 Fracture development status by well logging interpretation of main intervals of buried hill reservoirs in northern Jizhong depression

图2 奥陶系碳酸盐岩晶间孔、晶间溶孔及构造裂缝Fig.2 Intergranular pores intergranular solution pores and structural fracture in Ordovician carbonate rocks

2.1.3 溶蚀孔洞

冀中坳陷部分区域缺失上奥陶统，经历了大规模的地层剥蚀和长期的岩溶作用，风化溶蚀现象比较常见。据河西务构造带钻井液漏失和钻具放空数据，永清潜山、刘其营潜山钻井液漏失量为1.00～422.96 m3，钻具放空长度为0.20～1.35 m，永34井马家沟组3 254.53～3 255.88 m井段钻井液漏失达422.86 m3，钻具放空长度达1.35 m，表明溶蚀孔洞比较发育。

2.2 储层发育特征

根据潜山储集空间组合特征，结合实际沉积特征和层序演化序列，划分出白云岩孔隙型和岩溶缝洞型两大类，并在纵向上识别出5套储层。

白云岩孔隙型储层在纵向上有4个发育段，受海平面变化的影响，均发育于海退旋回的上部，分布于亮甲山组上部—下马家沟组下部、下马家沟组上部—上马家沟组下部、上马家沟组中部和上马家沟组上部—峰峰组下部。该类储层的形成主要受白云石化作用的控制，储集空间以晶间孔、粒内或粒间溶孔等孔隙、微裂缝为主，储集类型主要为裂缝-孔隙型。岩性主要为泥-粉晶白云岩、灰质白云岩，通常为中薄层互层状沉积，主要在云坪、灰云坪等潮坪沉积环境中形成。

岩溶缝洞型储层主要沿加里东不整合面分布，由于长期受暴露和风化剥蚀作用影响，岩溶主导的储集空间占优，主要为溶孔、溶洞、构造-溶蚀缝、微裂缝，储集类型为裂缝-溶蚀孔洞缝型。储集岩以泥-粉晶白云岩、灰质白云岩为主，其次为泥晶灰岩，主要在灰云坪、云灰坪和局限台地环境中沉积。据钻井液漏失、钻具放空资料及Fe、Mn、Sr、87Sr/86Sr、∑REE等地球化学数据分析(图3)，此类储集层主要发育在不整合面以下的峰峰组—上马家沟组上部。

图3 务古4、马97井奥陶系岩性及地球化学特征Fig.3 Ordovician and geochemical characteristics in Well Wugu 4 and Well Ma 97

3 储层发育的形成机理探讨

通过测井、录井、测试及试油等手段研究，发现河西务构造带潜山储集层发育程度差异较大,储集层的储集物性非均质性较强,主要受岩性、裂缝发育程度、岩溶作用强度等因素的影响。

3.1 白云岩是储层形成的基础

白云岩的分布控制了孔隙的发育：①孔隙发育程度与岩性有关，据永16、永22井16.14 m的岩心统计，白云岩类占65%，灰岩类占35%。灰岩平均孔隙度为2.0%，平均渗透率为0.32 mD；白云岩平均孔隙度为3.2%，平均渗透率为0.55 mD。②白云岩往往发育较多的晶间孔，尤其是粉细晶白云岩的晶间孔最为发育。据永11、永16、永22、苏1-4井泥晶白云岩和粉细晶白云岩基质孔隙度统计，泥晶白云岩基质孔隙度为0.48%～1.60%，而粉晶白云岩基质孔隙度为0.32%～6.20%。

白云岩的分布控制了裂缝的发育程度。白云岩的储集物性比灰岩好，主要原因是白云岩比灰岩脆性大，其裂缝发育程度随之增高。据务古2井碳酸盐岩裂缝统计，白云岩段裂缝厚度为108.1 m，裂缝率达48.5%，而灰岩段裂缝厚度为49.7 m，裂缝率为17.2%，白云岩段裂缝率远大于灰岩层段。此外，相关研究表明，除个别低温水介质中CO2含量较高、压力较大的条件外，白云岩的溶解度均高于方解石的溶解度，加之白云岩较好的晶间孔和较高的裂缝率等特点，决定了白云岩溶蚀孔洞缝比灰岩发育程度高，因此，白云岩的发育也是利于岩溶作用的重要因素。

3.2 裂缝发育程度是储层形成的关键

裂缝能极大地沟通储集空间，裂缝发育的部位可以控制原有孔隙的连通，可以连通晶间孔、溶孔，使相对孤立的孔隙连片，也可以使裂缝之间相互贯通，进而改善储层的储集性能。岩溶流体也往往沿着裂缝进行岩溶作用。裂缝不发育区岩溶作用只能在岩石表面进行，通常不利于形成有效储层。裂缝发育程度是储层形成的关键所在，断裂活动促进裂缝发育，在实钻过程中，普遍存在断层附近的井发生井漏、钻具放空的现象。永15井的上马家沟组钻进时槽面显示较活跃，曾2次发生井涌，3 081.9～3 302.0 m已测试出油。表明断裂附近的构造缝及顺缝溶洞发育，大大改善了岩石的储集性能。

3.3 岩溶作用强度控制储层的优劣

岩溶作用控制着大缝洞的形成，往往是岩溶缝洞型储层形成的主要因素。据钻井液漏失、钻具放空资料及Fe、Mn、Sr、87Sr/86Sr、∑REE等地球化学数据分析[10]，岩溶作用主要发育在不整合面以下的峰峰组—上马家沟组上部，在河西务潜山带岩溶作用较为普遍发育，主要集中在不整合面以下100 m范围之内。储层的优劣与岩溶作用时间成正比关系，岩溶时间越长，其缝洞越发育、储集性能越好，储层越发育[11-16]。如霸县凹陷的牛19井，上覆地层无石炭系—二叠系的覆盖，其风化淋滤时间明显变长，在1 578.7～1 594.0 m井段岩溶缝洞较为发育，发生钻井液漏失349.2 m3的井漏，而刘其营潜山、东储潜山等均有石炭系—二叠系的覆盖，岩溶作用段发育程度明显变弱，16口井中仅有4口井发生放空漏失，岩溶缝洞不甚发育。

4 储层发育分布模式

以储层的形成机理为主线，建立了冀中坳陷北部奥陶系区域块-层复合型、区域层状、局部块状3种储层发育与分布模式。

4.1 区域块-层复合型

该储层发育模式受岩溶作用和岩性的双重控制。当岩溶作用较为强烈、岩性影响变为次要时，储集空间类型以溶蚀性缝洞为主，储层的分布主要沿不整合面形成块状，具有区域块状溶蚀缝洞型储层发育分布模式，霸县凹陷的苏桥潜山带上马家沟组上部—峰峰组储层具有区域块状特征。当岩溶作用较弱时，储层分布主要受层状白云岩控制，储集空间则为白云岩晶间孔、构造微裂缝与溶蚀孔洞缝，具有区域块-层复合型发育分布模式，廊固凹陷河西务北部潜山带上马家沟组上部—峰峰组为区域块-层复合型储层。

4.2 区域层状

该储层发育模式主要受岩性控制，以泥-粉-细晶白云岩为主，储集空间主要为白云石晶间孔和构造微裂缝。潮坪相是白云岩形成的主要环境，通过蒸发泵白云化和回流渗透白云化作用，形成的储层往往具有横向上连续、纵向上分带、区域性层状分布的特征。在亮甲山组—下马家沟组下部、下马家沟组上部—上马家沟组下部、上马家沟组上部—峰峰组下部较为集中发育此类储层。

4.3 局部块状

该储层发育模式受岩性、裂缝发育程度控制，储层岩性以中-粗晶白云岩为主，储集空间可以是晶间孔、微裂缝，也可以是溶蚀孔洞缝。剖面中的中-粗晶白云岩具有明显的雾心亮边结构，并且经历了多期次的交代作用，阴极发光呈暗紫色，较高的白云石有序度(0.93～0.96)、δ18O值负漂移(-6.783‰～-9.380‰)以及白云岩流体包裹体较高的温度(均一化温度达77.2 ℃)也证实了该类白云岩具有埋藏白云化的典型特征。该模式下形成的白云岩可能是在埋藏过程中受断层等因素影响，整体呈现出局部块状分布模式，在上马家沟组中部表现出局部块状分布特征。基于以上认识，在杨税务潜山带西部钻探安探1X井，于区域块-层复合状储层中获得日产气为40.89×104m3/d、日产油为71.16 m3/d的高产油气流；在杨税务潜山带东部钻探的安探3井，于区域层状亮甲山储层获得日产气为50×104m3/d、日产油为35.00 m3/d的高产油气流。预测杨税务潜山天然气圈闭资源量326×108m3、凝析油873×104t，实现杨税务潜山奥陶系油气勘探重大突破。研究成果对杨税务及其周边奥陶系潜山领域的勘探部署具有长远的指导意义和应用价值。

5 结 论

(1) 冀中坳陷北部奥陶系潜山发育4套白云岩孔隙型和1套岩溶缝洞型储集层。岩性主要为泥-粉晶白云岩、灰质白云岩，其次为泥晶灰岩，储集空间主要发育晶间(溶)孔、构造裂缝和溶蚀孔洞等。云岩孔隙型储层发育在亮甲山组—下马家沟组下部、下马家沟组上部—上马家沟组下部、上马家沟组中部及上马沟组上部—峰峰组下部，岩溶缝洞型储层发育在上马家沟组上部—峰峰组。

(2) 奥陶系潜山有利储层的形成主要受到岩石类型、裂缝发育程度和岩溶作用强度的多种作用控制，岩石类型是控制储层形成的基础，裂缝发育程度是制约储层形成的关键，岩溶作用强度控制储层的优劣。

(3) 储层发育区域发育层状、区域块-层复合状和局部块状3种模式，亮甲山组—下马家沟组下部、下马家沟组上部—上马家沟组下部、上马家沟组上部—峰峰组下部受到潮坪相蒸发泵白云化和回流渗透白云化作用的控制，具有区域层状分布特征；上马家沟组上部—峰峰组受到岩溶作用和层状白云岩双重作用的影响，具有区域块-层复合状分布特点；而上马家沟组中部具有埋藏白云化作用的特征，表现出局部块状分布模式。3种模式的建立有力地支撑了杨税务潜山重大勘探突破，对奥陶系潜山领域的勘探部署具有长远的指导意义和应用价值。