0 引言
压力封存箱的概念最早由POWLEY于1990年使用了流体封存箱（Fluid Compartment）的概念，并对其进行了分类［1-2］。后经美国学者HUNT［3］完善，其定义是具有较好水力连通性和较高孔隙度的岩体被渗透率极低的壳状岩体包围所形成的封闭的水力系统和封闭的化学系统［4-7］。沉积盆地中形成压力封存箱的上下封隔层呈区域平板状，而边部封隔带呈垂直的板状，通常是具有相对封隔或屏障的地质要素［8-9］。封存箱常被划分为上、中、下3个压力带，上部和下部均为压力过渡带，压力呈突变状态；中部为封存箱箱体，各种岩性压力梯度大致统一，其中往往具有异常地层压力［10-12］。箱体内超压表现为声波时差垂向上的低速异常，孔隙率的较高异常等［13-14］。压力封存箱作为一个封闭的水动力系统和物理化学系统，油气的生成、运移、聚集均能在封存箱内完成，形成与外界水动力环境相分隔、独立的流体压力系统［15-16］，不仅延缓了上覆地层的压实作用，留存粒间原生孔隙，形成异常高孔隙带及良好的保存条件，使原地生成的油气在箱内富集成藏［17］。目前对超压封存箱压力封闭机制的讨论主要集中在理论和数学模型方面以及封闭层的渗透性、封闭层的厚度、封存箱的地质模型及封存箱内部压力调整所需的时间等方面［18-21］。其形成、分布、演化及与油气成藏的关系将成为长期研究的重点问题。
1 地质概况
QHD35-5油田位于渤海中部海域，大沽灯塔83°方向约154 km处，东经119°44′，北纬39°08′。其构造位于渤中坳陷石臼坨凸起东倾末端南侧陡坡带（图1）。QHD35-A井馆陶组—沙三段砂岩普遍见到油气显示，含油级别不高，主要见荧光显示；含气时气测含量中甲烷均为最高，在6%~9%之间。
2 QHD35⁃A井储集空间类型及物性特征
2.1 储层岩石学特征
QHD35-A井沙二段异常高孔隙发育段储集层的岩石碎屑主要成分为长石、石英和岩屑，平均含量分别为38.24%、28.06%、33.70%，主要为岩屑长石砂岩及长石岩屑砂岩（图3）。高孔隙带砂岩粒径大多在0.1~0.5 mm之间，粒度以细粒为主，且粒级明显高于低孔隙带；颗粒保存完整，分选程度优于低孔隙带；压裂现象极少，粒间多以点—线接触为主，杂基含量相比于低孔隙带明显较少。
2.2 储层物性及储集空间特征
2.2.1 储集空间类型
QHD35-A井沙二段孔隙发育，保留早成岩期的孔隙结构面貌，颗粒以线接触和点—线接触为主，粒间存在大量的原生孔隙，发育少量次生孔隙［图4（a），图4（b）］。原生孔是沙二段厚层砂岩中最主要的储集空间类型，在多数深度段中占储集空间的半数以上。多为由于颗粒保存完好，颗粒间挤压较少从而点—线接触形成的正常粒间孔，以及由于胶结作用较弱，不完全充填粒间所形成的剩余粒间孔，极少见原生粒内孔；次生孔隙少量发育，多为溶蚀孔。其中粒内次生孔隙主要成因为长石的粒内溶蚀，溶蚀严重部位可形成铸模孔，除此之外也存在部分岩屑的粒内溶蚀孔；研究井段中仅有少量裂缝出现，多为在厚层砂岩下段的长石因压实作用形成的压裂缝［图4（c）—图4（h）］。
图4 QHD35-A井沙二段砂岩结构镜下特征（a）QHD35-A井， 3 872 m，颗粒点—线接触，大量原生孔；（b）QHD35-A井，3 895 m，颗粒点接触，大量原生孔； （c）QHD35-A井，3 910 m，长石粒内溶蚀；（d）QHD35-A井， 3 889 m，铸膜孔；（e）QHD35-A井， 3 916 m，岩屑溶蚀；（f）QHD35-A井， 3 910 m，中酸性喷出岩岩屑溶蚀；（g）QHD35-A井， 3 910 m，长石压裂缝发育；（h）QHD35-A井， 3 917.2 m，长石粒内缝 Fig.4 Structural microscopic characterisation of sandstone structure in the Sha 2 Member in Well QHD35-A |
统计QHD35-A井沙二段高孔隙发育段的储集空间垂向变化（图5）发现，厚层砂岩中部是原生孔隙最为发育的层段，比如埋深3 884 m处原生孔隙占比达90%以上，颗粒间点—线接触的粒间孔，几乎未见次生孔隙及裂缝；而在厚层砂岩的中下部，随深度增加原生孔隙的占比逐渐减少，次生孔隙逐渐增多，比如埋深3 920 m砂泥交界处，溶蚀作用最强，粒内溶孔占比达90%。
2.2.2 物性特征
总体上QHD35-A井由上至下东三段至沙一段、沙二段及沙三段岩性变化为厚层泥岩—厚层砂岩—厚层泥岩。其中沙二段内部岩性变化为泥岩与砂岩交错，沙二段上部存在厚度约为50 m的厚层砂岩，中下部砂岩段与泥岩段均匀交错分布，且每段厚度均匀，均为5 m左右。
细砂岩孔隙度集中在12%~17%之间，平均值为13.6%，渗透率为（0.2~161.1）×10-3 μm2，平均值为21.0×10-3 μm2（图6）。孔隙度在沙二段上部厚层砂岩处较高，随深度变化不大，基本维持在10%~17%之间。其下部砂岩孔隙度变化较大，储层物性不均匀，孔隙度低至5.5%，最高为17.2%；沙二段上部厚层砂岩处渗透率始终处于高值，甚至在埋深3 884~3 895 m处出现了136.51×10-3 μm2及161.13×10-3 μm2的异常高值。沙二段中下部砂岩层中渗透率快速下降，均在10×10-3 μm2以下，远不及上部厚层砂岩。
沙二段厚层砂岩顶部钙质、铁质及铁白云石胶结发育，粒间可见大量绿泥石充填，说明存在压力释放和流体交换；厚层砂岩底部绿泥石大量发育，铁白云石交代现象明显，偶见长石溶蚀。上下的厚层泥岩成为中部压力与流体封存的有利条件，使得流体交换与压力的释放只存在于外部的厚层泥岩中，处于以上二者之间的厚层砂岩由于地层封闭性较好，几乎不存在压力与流体交换，长期稳定的特殊环境使得中部的厚层砂岩保留了大量的原生孔，形成了中部异常高孔隙带（图7）。
2.2.3 成岩作用特征
QHD35-A井沙二段砂岩储层成岩作用整体较弱，可见少量压实作用、压溶作用、溶蚀作用和交代作用，且不同深度的成岩作用程度差别较大。
2.2.4 压实作用
图8 QHD35-A井成岩作用类型镜下照片（a）QHD35-A井，3 902 m，长石压裂，晶形错断；（b）QHD35-A井，3 910 m，长石压裂缝发育；（c）QHD35-A井，3 914 m，长石碎裂；（d）QHD35-A井，3 902 m，缝合线接触；（e）QHD35-A井，3 920 m，长石溶蚀；（f）QHD35-A井，3 916 m，岩屑溶蚀；（g）QHD35-A井，3 929.2 m，铁白云石交代白云石；（h）QHD35-A井，3 950.2 m，铁方解石交代颗粒；（i）QHD35-A井，3 872 m，钙质、泥质胶结物充填粒间；（j）QHD35-A井，3 889 m，石英次生加大；（k）QHD35-A井，3 949 m，绿泥石大量发育；（l）QHD35-A井，3 960 m，粒间铁白云石完全充填 Fig.8 Microscopic photo of the type of diagenetic in Well QHD35-A |
2.2.5 溶蚀作用及交代作用
2.2.6 胶结作用
3 压力封存箱特征及其对成藏影响
3.1 压力封存箱特征
3.1.1 压力封存箱宏观特征
3.1.2 压力封存箱微观特征
3.1.2.1 孔隙特征
3.1.2.2 成岩作用特征
压力封存箱是一个在三维空间被物理屏障（大多是渗透性很低的封隔层和断裂带）包围的相对独立的地质体，在大部分地质时期，其内部的物质、能量与外界没有明显交换，只有箱壳处的物质和能量变化比较急剧［32］。这使得箱体中部储层在相对稳定的环境下保有早成岩阶段特征，而箱体边缘处由于气体流体交换频繁，表现出实际的成岩阶段特征。
研究井段成岩作用主要以压实作用、压溶作用、胶结作用、溶蚀作用和交代作用为主。压实作用主要表现为长石的碎裂、压裂和晶型错乱（埋深3 902~3 914 m）以及云母的压实变形（埋深3 938 m；3 966 m）；压溶作用较少，仅表现为颗粒间的缝合线接触（埋深3 902 m）；溶蚀作用多见于长石的粒内溶蚀（埋深3 889~3 895 m，3 966~3 977 m）和岩屑的粒间溶蚀（埋深3 916 m）；交代作用在沙二段中也不常见，仅存在铁白云石交代白云石（埋深3 924~3 929 m，3 950 m）和铁方解石交代颗粒（埋深3 850 m）2种存在形式。
相对明显的胶结作用：沙一段砂泥互层，多见泥质与钙质充填粒间，石英的次生加大和铁白云石胶结也较为发育；沙二段中部埋深3 869~3 938 m的厚层砂岩内，胶结作用明显变弱，只偶有I级石英次生加大；沙二段下部埋深3 940~3 991 m砂泥互层处，胶结作用明显变强，常见粒间铁白云石完全充填，泥晶包壳和绿泥石大量发育。
综上所述，QHD35-A井压力封存箱箱体内部厚层砂岩处几乎未见成岩作用，而在箱体上下边缘砂泥接触部位成岩作用较强。厚层砂岩中部仍保留有早成岩阶段的特征，而上下箱壳处的成岩作用揭示其已进入晚成岩阶段。这样的矛盾说明在上下厚层泥岩封隔下，中部厚层砂岩几乎不与外界进行流体压力交换，形成了一个完全封闭的储集空间，即压力封存箱体。
3.1.2.3 流体及气体特征
压力封存箱显著特征为箱体内的高孔渗性储层与油气水等流体［20］。QHD35-A井沙二段细砂岩孔隙度集中在12%~17%之间，平均值为13.6%，渗透率为（0.2~161.1）×10-3 μm2，平均值为21.0×10-3 μm2，属于高孔渗性储层，普遍见到油气显示，特别是钻遇孔隙裂缝发育的细砂岩、泥质粉砂岩地层时，油气显示特征明显，出现了钻时明显降低、气测值升高、钻井液黏度上升的现象。说明沙二段中部厚砂岩层饱含油气水流体，即压力封存箱典型特征之一。
除流体特征外，部分气体在一定程度上也能反映地层封闭性。轻烃因碳数较低，容易挥发，并且不同轻烃在水中的溶解度和抵抗生物降解作用的能力不同，当其在全烃中含量过低时可能与油藏保存条件（水洗作用、生物降解和散失作用）有关，因此可利用轻烃的含量来说明地层封闭性［33］。即轻烃占烃类总量的比值越大，轻烃越多，说明其保存条件越好，封闭性越强。QHD35-A井沙二段中部厚层砂岩中，轻烃占气测全量的比值最大，均能达到50%左右，说明在此区段易挥发变质的轻烃保存完好，具有地层封闭性较强这一压力封存箱的关键特征。
3.2 压力封存箱特征对成藏影响
异常高压减缓了泥岩的压实作用，使封存箱上部的泥岩在深部仍具有相对较大的孔隙度及渗透性［37］，为烃类运移提供畅通的渠道，加快烃类排驱。同时压力封存箱中饱含孔隙流体，其形成和发育的超压系统也大大削弱了正常压实作用对箱体中部厚层砂岩的影响，使得箱体中部砂岩得以保留有大量的原生孔隙，大大改善了储集层的性能。
4 结论
（1）渤海湾盆地渤中坳陷石臼坨凸起东倾QHD35-A井沙二段具有明显的压力封存箱特征：宏观表现为侧向与垂向均存在有效封隔，使其形成了一个相对独立的地质单元，因快速沉降所导致的异常高压被封存其中，具有独立的流体压力系统；微观表现为在研究深度段中部（箱体中部）保留有大量原生孔隙，处于早成岩阶段且几乎不存在成岩作用，饱含油气水等流体。而上部和下部（箱体边缘）成岩作用明显强于中部，存在较强的气体与流体交换。
（2）压力封存箱的存在对油气成藏具有一定的积极影响。封存箱的空间结构不仅为油气的保存提供良好的条件，其内含的异常压力也为油气的运移提供动力，使得封存箱反复进行破裂—泄压—再封闭的过程，同时也反复成藏；封存箱的微观结构也削弱了正常压实对中部砂岩带来的影响，极大地改善了储层物性，同时为烃类的顺利运移提供有保障的渠道，加快其排驱与成藏。基于封存箱的整体特点，该类油藏在开采时可以充分利用其内部压力释放替代一部分人工能量，从而极大地降低开采成本，在生产方面具有“高压—高产—稳产”的特征。
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