惠州凹陷环惠州26洼古近系储层条件及对油气成藏的影响

郭智毅,刘 培,徐乐意,徐国盛,熊万林,高 翔,刘徐敏

1.油气藏地质及开发工程全国重点实验室(成都理工大学),成都 6100592.中海石油(中国)有限公司 深圳分公司,广东 深圳 518054

引言

据现有研究及勘探实践表明,珠江口盆地是中国典型的深水盆地,同时也是南海地区最大的产油气区之一,油气资源丰富。惠州凹陷是珠江口盆地典型的富烃洼陷,油气勘探程度较高,是珠江口盆地最为重要的地区［1-4］。

惠州凹陷早期勘探层位主要集中在中浅层新近系,2019年钻探HZ26-6构造时在古近系恩平组、文昌组与古潜山获得高气油比的凝析气藏,实现了油气勘探重大突破,发现了古潜山-古近系复式油气藏,表明该区域古近系与古潜山同样具有巨大的勘探开发潜力,目前勘探方向已逐渐向深层的古近系与古潜山转移［5-6］。

据高泉(2022年)对府谷-保德地区山西组碎屑岩储层及汪旭东(2017年)对陆丰凹陷南部文昌组碎屑岩储层的研究表明,形成大中型油气田的必不可少条件,是优质储层的发育［7-8］。受制于钻井深度限制,早期惠州凹陷古近系储层研究主要集中在珠海组［9-10］,仅见少许对恩平组、文昌组储层特征、成因机理和孔隙度演化的研究［11-12］,在古近系储层与油气成藏关系方面的研究更是少之又少。基于此,本文选取了环惠州26洼4个构造,对其古近系储层条件与油气成藏之间的关系进行了系统研究,具体据各构造沉积相、岩石学特征、储层物性和成岩作用的差异性对比,再结合储层流体包裹体确定的成藏期次和成藏过程判别,分析了储层条件对油气成藏产生的具体作用,为下一步油气勘探提供科学依据。

1 区域地质背景

惠州凹陷地处珠江口盆地北部,珠一坳陷的中部,由2个凹陷及2条隆起带所包围,东西向依次为陆丰凹陷、西江凹陷,南北向依次为东沙隆起带和北部隆起带(图1-A)。且惠州凹陷又包含了惠州21洼、惠州26洼、惠州22洼和西江30洼等共11个洼陷单元。其中惠州26洼位于惠州凹陷中南部,地处惠州26转换带和东沙隆起的北部,东西向依次为惠州22洼、西江30洼,北部为惠州21洼(图1-B)。

图1 研究区构造位置图及古近系综合柱状图Fig.1 Structural location map and Paleogene comprehensive histogram of the study area

惠州凹陷共经历了三期构造演化,可大致划分为:始新世的裂陷期、晚渐新世-中中新世裂后拗陷期和晚中新世至今的构造活化期。且由下而上发育了古近系的文昌组、恩平组、珠海组,新近系的珠江组、韩江组、粤海组、万山组和第四系地层。研究区主要发育了4次大规模的构造运动:(1)珠琼运动一幕,发生于早-中始新世,约47.8 Ma,对应文昌组沉积早期;(2)珠琼运动二幕,发生于中-晚始新世,约38 Ma,对应恩平组沉积早期;(3)南海运动,发生于晚渐新世,约33.9 Ma,对应珠海组沉积时期,共分为2幕;(4)东沙运动,发生于中新世晚期,约10 Ma,对应粤海组沉积时期［13-14］。其中古近系的文昌组和恩平组是惠州凹陷的2套主力烃源岩层系,也是本文储层条件研究的主要对象。

2 储层宏观特征

本文主要研究层位为惠州凹陷古近系的恩平组和文昌组,而恩平组又可细分为恩平一二段、恩平三段和恩平四段,文昌组可细分为文昌一段、文昌二段、文昌三段、文昌四段、文昌五段和文昌六段。其中文昌一段、文昌二段、文昌三段和文昌六段因构造抬升而隆剥缺失(图2、3)。

HZ-A构造恩平组沉积相由恩平四段至恩平一二段逐渐演变为扇三角洲相(图2)。

HZ-B构造和HZ-C构造恩平组沉积相均为辫状河三角洲相。

HZ-D构造恩平组沉积相由恩四段的扇三角洲相逐渐变化为恩一二段的辫状河三角洲相。

结合研究区地层剥蚀和资料完整性情况,文昌组仅绘制了文昌四段和文昌五段的沉积相平面图。

HZ-A构造文五段沉积相为近岸水下扇相,文四段演变为以扇三角洲为主及部分滨浅湖相。

HZ-B构造文五段沉积相主要为扇三角洲相、滨浅湖相和中深湖湘,文四段以中深湖相为主,部分地区为滨浅湖相。

HZ-C构造则是由文五段的辫状河三角洲为主,演变为文四段的以滨浅湖相为主。

HZ-D构造文五段以滨浅湖相为主,文四段则发育了一套以扇三角洲相为主的砂岩(图3)。

图3 惠州靶区文昌组沉积相平面图Fig.3 Plan of sedimentary facies of Wenchang Formation in Huizhou target area

其中,HZ-A构造恩平组沉积微相主要为沙坝和水下分流河道2种,文昌组主要为水下分流河道。HZ-B构造恩平组沉积微相主要为辫状河道、泛滥平原、分流河道和辫状河道夹泛滥河道4种,文昌组主要为河口坝、湖底扇、水下分流河道和河口坝与间湾泥间互层。通过各构造的沉积微相及其与孔隙度、渗透率之关系做出了相关性图件,如图4、图5所示。

图4 HZ-A构造沉积微相孔渗相关性Fig.4 Porosity and permeability correlation of sedimentary microfacies of HZ-A structure

图5 HZ-B构造沉积微相孔渗相关性Fig.5 Porosity and permeability correlation of sedimentary microfacies of HZ-B structure

图中可看出,文昌组地层中HZ-A构造以水下分流河道微相物性最好,HZ-B构造以河口坝微相物性最好;恩平组地层中HZ-A构造以沙坝微相物性最好,HZ-B构造以辫状河道微相物性最好。且HZ-A构造的物性较HZ-B构造略好。这与各自砂岩的物源、岩石成分、分选、磨圆及后期成岩演化密切相关(此后详述)。

3 储层微观特征

3.1 储层岩石学特征及差异性

经过对研究区岩石薄片鉴定及统计后得出,HZ-A构造恩平组储层以长石砂岩为主(图6-A),HZ-B构造储层以长石岩屑质石英砂岩为主(图6-B)。

图6 研究区恩平组岩石类型三角投点图Fig.6 Triangular projection of rock types of Enping Formation in the study area

HZ-A构造文昌组储层以长石类和岩屑类砂岩为主(图7-A),HZ-B构造储层以石英类和岩屑类砂岩为主(图7-B)。

图7 研究区文昌组岩石类型三角投点图Fig.7 Triangular projection of rock types of Wenchang Formation in the study area

HZ-A构造文昌组、恩平组砂岩分选以差为主,HZ-B构造文昌组、恩平组砂岩以中等为主;磨圆均以次棱-次圆为主。HZ-A构造与HZ-B构造文昌组、恩平组砂岩储层中的填隙物含量相差较大,填隙物中又以自生黏土矿物为主,还含有少量泥质杂基和碳酸盐矿物。HZ-A构造恩平组黏土矿物质量分数平均值为5.2%,以高岭石为主,文昌组黏土矿物质量分数为7.2%,以绿泥石为主;HZ-B构造恩平组黏土矿物质量分数为13.4%,以伊利石为主,文昌组黏土矿物质量分数为19.8%,也以伊利石为主。

HZ-A构造文昌组、恩平组砂岩成分成熟度和结构成熟度较低,属于近物源沉积,HZ-B构造相对距物源区较远。

3.2 储层物性特征及差异性

根据前人研究成果,结合HZ26洼各构造井位的压汞曲线特征综合分析之后,总结出古近系储层分级评价标准(图8),同样适用于珠一坳陷的其他次级凹陷。

研究区各构造古近系恩平、文昌组地层物性整体较差,主要发育特低-低孔、特低-低的Ⅱ、Ⅲ类储层。HZ-A构造恩平组和文昌组都发育了少量中孔-中渗的Ⅰ类储层。HZ-A构造恩平组平均孔隙度为10.4%,渗透率集中在(0.1～1)×10-3μm2;文昌组平均孔隙度为14.5%,渗透率集中在 (10～100)×10-3μm2;HZ-B构造文昌组平均孔隙度为8%,渗透率集中在(0.1～1)×10-3μm2;HZ-C构造恩平组平均孔隙度为9.3%,渗透率集中在(0.1～1)×10-3μm2。文昌组平均孔隙度为6.7%,渗透率集中在(0.1～1)×10-3μm2。

观察渗透率与深度关系图(图9)可发现,HZ-A构造恩平组渗透率大概在3 000 m时达到最大,超过3 000 m渗透率会随着深度的增大逐渐减小,并且储层类型由Ⅰ类储层转变为Ⅱ类储层,下降了一个级别,同时可获得的油气产能也会逐渐降低。同理HZ-A构造文昌组储层物性变化的转折点深度为3 500 m;HZ-C构造恩平组储层物性变化的转折点深度为3 700 m,文昌组储层物性变化的转折点深度为4 400 m;HZ-B构造文昌组储层物性变化的转折点深度为4 650 m。 这些物性变化深度的转折点与成岩阶段演化密切相关。

图9 研究区各构造渗透率与深度关系图Fig.9 Relationship between permeability and depth of each structure in the study area

总体上,HZ-A构造的物性优于HZ-C构造和HZ-B构造,HZ-B构造物性相对较差。

3.3 储层成岩作用及演化特征

成岩作用在储层埋藏过程中对储层优劣的改变往往发挥着不可忽视的作用,它主要包括压实、压溶、溶蚀和胶结等作用,其中一些作用对储层物性会产生有益的影响,使其孔隙度和渗透率增大,有利于油气充注并储存,例如溶蚀作用;但诸如压实和胶结等作用,会使储层孔隙度减小。这些成岩作用相互联系和牵制,共同影响着储层的发育。

经过对研究区各构造井位的薄片观察后发现,该地区主要发育的成岩作用包括:压实作用、黏土矿物包壳、长石岩屑溶解、高岭石充填、石英次生加大,方解石胶结、凝灰质蚀变、油气充注、铁白云石或黄铜矿充填等(图10)。

图10 研究区不同类别成岩作用薄片显微照片Fig.10 Thin section micrographs of different types of diagenesis in the study area

且还发现HZ26洼周缘各构造成岩作用类型基本相同,但各构造因埋深和沉积环境等的不同,其成岩作用的强度也各不相同,如图11所示。相比HZ-A构造,HZ-B和HZ-D构造压实作用更强,填隙物含量更高,溶蚀强度减弱,导致其储集物性较差。可见,不同构造由于埋深不同而导致储集物性主要受成岩作用的控制。

图11 研究区各构造压实、溶蚀作用典型薄片显微照片Fig.11 Typical thin section micrograph of compaction and dissolution of each structure in the study area

研究区古近系储层孔隙类型以原生孔隙为主,原生孔隙的保存机制是形成优质储层的关键［14］。地层先经过压实作用大大缩减了原生孔隙;之后发生了长石岩屑的溶解作用,增大了孔隙度,溶解作用期间还发生了压实、石英加大作用和高岭石的填充作用减小孔隙,部分构造增孔作用强度不及减孔作用使得孔隙不增反减,再之后发生方解石胶结使孔隙进一步减小;早期油气充注占据孔隙可以抑制胶结物的产生、提高储层抗压实能力,减小原生孔隙的损失［15-17］,直至现今。

通过结合研究区各构造成岩作用、薄片资料、储层物性资料、包裹体资料和埋藏史图,做出了HZ-A构造和HZ-B构造成岩-成储-成藏耦合关系图(图12、13)。

根据中国石油天然气集团有限公司2003年成岩阶段划分标准［18］,对HZ-A构造和HZ-B构造的恩平、文昌组储层包裹体均一温度划分可得出:

HZ-A构造的恩平组和文昌组储层成岩演化阶段均已进入中成岩阶段A期。

HZ-B构造文昌组已经进入了中成岩阶段B期,恩平组部分地区处于中成岩阶段A期,部分地区处于中成岩阶段B期。进入中成岩阶段B期储层已经趋于致密化。HZ-A构造油气层以Ⅱ类储层为主,且仍处于中成岩阶段A期,储层正在致密化的过程中,属于成藏同步致密型,即油气一边充注成藏,储层一边致密的过程;还有少部分Ⅰ类储层在储层致密化之前就已经完成了油气充注成藏,属于成藏未致密型。而HZ-B构造主要发育了Ⅱ类和Ⅲ类储层,且大部分已经进入了中成岩阶段B期,油气主力充注时,储层趋于致密化,那么HZ-B构造就属于成藏致密型。

总体来说,环惠州26洼周缘典型构造古近系油气储层致密化类型较为多样,主要有成藏未致密型、成藏同步致密型和成藏致密型。

4 储层条件对油气成藏的影响

油气藏的形成包含了烃源岩、储层、盖层、圈闭、运移和保存共6大要素。这6大要素又可归纳为5个基本条件,形成油气藏必须具有充足的油气来源、匹配的生储盖组合、有效的圈闭、良好的输导体系和有利的保存条件。各要素在油气藏形成过程中产生着重要的控制作用,储层条件自然也不可或缺。

4.1 储层条件对油气运移输导的作用

在油气成藏的过程中油气的运移输导是不可或缺的一环,输导体系一般由断层提供的纵向运移通道和储层砂体提供的横向运移通道构成,其中储层砂体的横向运移输导效率又与储层物性和连通性息息相关。

环惠州26洼古近系恩平、文昌组发育了大套的辫状河三角洲和扇三角洲相的砂岩,储层级别以Ⅱ类和Ⅲ类为主,这类储层物性足以支撑油气横向运移的基本条件。

从宏观沉积相来看,文昌组文四段发育了大套滨浅湖和中深湖相的泥岩,恩平组湖相泥岩含量相对较少,具有“恩平富砂、文昌富泥”的特征。如HZ-B构造文四段含砂率相对较低,储层砂体连通性较差,油气横向运移效率低(图14,红色为砂体),导致HZ-B-1、HZ-B-2测试产水;而文五段砂体发育连续,连通性较好,油气横向输导路径通畅和成藏效率高,导致HZ-B-1、HZ-B-2测试产油气(图15)。

图14 HZB构造文四段储层反演岩性剖面Fig.14 Inverted lithologic profile of reservoir in Wen-4 section of HZ-B structure

图15 HZ-B构造文五段储层反演岩性剖面Fig.15 Inverted lithologic profile of reservoir in Wen-5 section of HZ-B structure

4.2 储层条件对油气聚集成藏的作用

环惠州26洼古近系油气在洼陷内烃源岩中生成之后主要通过3种输导类型向斜坡带圈闭聚集成藏。

第一种是以HZ-A构造为代表的先断后砂型网状输导体系,油气生成后先通过断层纵向向上运移,再经过储层的横向运移通道进入圈闭内聚集成藏。这种输导类型具有下生上储、近源宽窗强供的特征(图16)。

图16 HZ-A构造古近系油气输导剖面Fig.16 Paleogene oil and gas transport profile of HZ-A structure

第二种为断、砂联合型网状输导体系,在HZ-B和HZ-C构造常见,油气不分先后顺序的利用断层和砂体多次运移进入圈闭聚集成藏。这种输导类型具有旁生侧储、下生上储的特征(图17)。

图17 HZ-B、HZ-C构造古近系油气输导剖面Fig.17 Paleogene oil and gas transport profile of HZ-B and HZ-C structures

第三种为砂体独立型输导体系,以HZ-D构造居多,油气仅通过储层砂体侧向运移即可进入圈闭聚集成藏。这种输导类型具有旁生侧储及远源供烃的特征(图18)。

图18 HZ-D构造古近系油气输导剖面Fig.18 Paleogene oil and gas transport profile of HZ-D structure

在上述3种输导类型中储层砂体均参与其中,为油气聚集成藏提供运移通道,发挥了重要作用。

5 结 论

a.环惠州26洼古近系恩平组主要发育扇三角洲和辫状河三角洲沉积相,文昌组主要发育扇三角洲、近岸水下扇、滨浅湖和中深湖沉积相。2套地层主要发育特低-低孔、特低-低渗的Ⅱ类和Ⅲ类储层,其中HZ-A构造恩平、文昌组地层均发育有少部分中孔-中渗储层。

b.研究区各构造恩平、文昌组储层成岩作用基本相同,包括压实、高岭石充填、石英加大和方解石胶结等减孔作用,还有长石岩屑溶蚀、凝灰质蚀变等增孔作用,因为各构造埋深不同,成岩作用强度也有所不同。HZ-A构造整体基本处于中成岩阶段A期,地层未致密化,部分油气储层属于成藏未致密型,也有少部分属于成藏同步致密型。HZ-B构造部分处于中成岩阶段A期,部分已处于中成岩阶段B期,地层已致密化,属于成藏致密型。

c.环惠州26洼古近系恩平、文昌组储层发育有大套辫状河三角洲和扇三角洲相砂岩,储层类型以Ⅱ类和Ⅲ类为主,为油气运移输导提供了有效的横向运移通道,并参与了油气聚集过程,与断层的纵向运移通道遥相呼应,提供了先断后砂型网状输导体系,断、砂联合型网状输导体系和砂体独立型输导体系共3种输导类型,使油气更容易通过各种路径聚集成藏。