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海相砂岩储层流体包裹体特征与成藏时期——以塔中志留系沥青砂岩为例

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海相 砂岩 流体 包裹 特征 时期 塔中志留系 沥青
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大 庆 石 油 学 院 学 报 F 33卷 第3期 2009年6月 3 2009 海相砂岩储层流 ——以塔中 体包裹体特征与成藏时期 志留系沥青砂岩为例 赵志刚 (大庆油田有限责任公司勘探开发研究院,黑龙江大庆163712) 摘要:利用流体包裹体均一温度结合精细时温埋藏史曲线研究油气充注时间.结果表明:塔中志留系成藏期为3 期,第1期为志留纪末期一泥盆纪,油气遭到破坏,形成大面积分布的沥青砂岩;第2期为三叠纪,充注的油气中主要是高 碳数的烷烃;第3期为喜山期,充注的油气以低相对分子质量的烷烃较多,表现为轻质油气,高熟油裂解气顺断裂进入红 色泥岩段之下的砂岩中聚集. 关键词:流体包裹体;埋藏史曲线;成藏期次;均一温度;塔里木盆地;沥青砂岩 中图分类号:献标识码:A 文章编号:1000~1891(2009)03—0026—05 近年来,根据储层流体包裹体特征分析油气藏形成条件,成为定量成藏史研究的重要发展方向,并在 各个油田应用中取得成功.通过对流体包裹体的分析,可提供定量研究石油运移的有关信息,石油运移的 直接观察数据为评价石油注入圈闭提供可靠的资料,并且可以避免一种间接评价技术的不适当解释.通 过对包裹体中烃类直接的地球化学测试,还可以研究储层包裹体中烃类的母质特征及其成熟度口 ],以有 效地研究油藏注入历史及其来源 .笔者在分析塔中地区沉积环境和构造演化的基础上,利用流体包 裹体均一温度与精细埋藏史曲线相结合的方法,确定塔中地区油气成藏期次,研究油气运移方向和成藏规 律,以促进塔里木地区的石油勘探与开发. 1 地质背景 塔里木盆地位于新 疆维吾尔族自治区南 部,四周环山,呈扭动的 四边形状,为一大型内 陆山间盆地,见图1.志 留系分布呈东厚西薄, 北厚南薄,志留系残余 分布面积约294×10。 荧光以上油气显 示主要集中在塔中、塔 北和满东地区,沥青砂 岩主要分布在塔中、塔 北和巴楚以及柯坪露头 区.志留纪沉积期,塔 图1 塔里木盆地位置图(据李宇平,2004年) 收稿日期:2009一9;审稿人:付广;编辑:王文礼 作者简介:赵志刚(1978一),男,硕士,助理工程师,主要从事石油地质方面的研究 · 26 · 第3期 赵志刚:海相砂岩储层流体包裹体特征与成藏时期 里木盆地是一个地势较为平坦、水体较浅的陆内海,塔北隆起的构造演化对盆地的岩相古地理起到了主控 作用.塔北地形高差较大,有充足的物源供给沉积物,形成粗粒三角洲体系,西部由于物源供给不足,局部 形成滨岸海滩沉积.盆地东部地势高差较大,发育有河流、辫状三角洲和三角洲沉积.在草湖地区向北可 能存在一个与广海连通的出海通道.塔中以西地区没有大的物源供给,主要通过潮流或洋流向本区搬运 细粒物质. 塔里木盆地存在中下寒武统和中上奥陶统2套优质海相烃源岩,中下寒武统烃源岩主要分布于满加 尔凹陷东部,是一套欠补偿的盆地相页岩、泥岩和广海陆棚的灰岩、泥灰岩;中上奥陶统烃源岩主要为台地 或局限台地边缘相灰岩、泥灰岩.中下寒武统有机质类型为质体反射率R。为1.44%~2.00%,现 阶段寒武系烃源岩处于高一过成熟阶段,中上奥陶统烃源岩处于高成熟阶段的凝析油~湿气阶段.柯坪 塔格组中段发育水进型辫状三角洲,其主要由近端亚相、中部亚相和远端亚相3部分组成.岩性以中粗砂 岩为主,体积分数高达38.90 ;其次为细砂岩,塔中地区塔塔埃尔塔格组上段储层的孔隙度最大为 28.63 ,最小为1.4O ,平均为1O.17 .塔中地区柯坪塔格组上2亚段多为潮下浅海沉积环境,在该区 主要发育河口湾沉积和潮坪沉积体系.塔塔埃尔塔格组下段主要发育潮坪沉积与河口湾沉积,潮坪沉积 物主要由粉砂、黏土及细砂组成.塔中地区志留系红色泥岩段盖层具有较强的封堵油气能力,对志留系油 气藏的形成与保存具有极其重要的作用.地震和钻井资料显示红色泥岩在塔中地区广泛分布且厚度较 大,塔中地区红色泥岩段厚度平均超过70 m,到109 m,有29 m.红 色泥岩段由北往南、由西北向东南方向厚度有变薄的趋势.塔中地区志留系储集岩主要为岩屑砂岩,含部 分岩屑石英砂岩. 2 实验方法 在样品上找到准确的切片位置,用金刚刀切成3~4 片的任一面在磨片机上磨 平.粗磨后洗净,用磨后用氧化铬或重铬酸氨作磨料在抛光 机上抛光.将抛光的一面用冷杉胶粘在准备好的载玻片上.薄片的另一面按上述粗磨一细磨一抛光的工 序进行.在温控板上,80℃条件下卸下薄片,并将黏结剂用酒精或有机试剂洗净、烘干或晾干,编号备用. 选取部分有代表性的包裹体样品,在英国产仪器的使用温度 为一196。C~600℃,精度为±1℃,加热速率由计算机程序自动控制. 3 流体包裹体特征 3.1产状 盐水溶液包裹体在志留系样品中占体积分数较多,通常个体不大,一般为2~5“m(见图2(a)~(e)), 个别大于7 m(见图2(c),(f));形态各异,有圆形、椭圆形、长条形和不规则形状;颜色则以浅色为主,无 色或淡黄色;在石英裂隙和加大边中都有产出(见图2(a)~(d)),也有少量串珠状排列或沿面状产出(见 图2(e)).纯液相盐水包裹体数量不多,个体较小,2 廓清晰,多呈负晶形;在镜下无色透明,或 带淡黄色,与主矿物的折射率相差很大;沿石英边部产出(见图2(c)).气液两相盐水包裹体数量较多,大 小不等;气相一般存在于液相之中,由于密度和表面张力的关系,常呈球形或椭球形悬浮在液相中,当气液 比较小时,气相变成气泡,来回不停地跳动;气相和液相颜色都较浅,无色透明或淡黄色;只是气泡与溶液 问有黑环界线,气泡常具中心亮点,但由于光线折射及包裹体与薄片表面不平行,气泡有时带一定颜色,当 盐水溶液中含碳氢化合物时,常带黄色、棕褐、灰黑等色(见图2(c),(d),(f)). 3.2均一温度 塔中志留系储层样品中盐水包裹体分布非常丰富.包裹体样品均一温度变化范围较宽,介于85 135 C,见图3.不同深度样品的均一温度表现出明显的变化,结合成岩作用序列及包裹体的分布,可划分 大庆石油学院学报 第33卷2009年 · 28 · (a)4 439.8()m) (b)4 448.20 m) (c)4 448.20 m) (d) 448.20 m) (e)4 014.34 m) (f)I:(4 014.34 m) 35 3O 25 《20 15 10 5 0 量 槲 《 图2 塔中志留系见光下,400倍) 90~100 11O 20 12O~130 均一温度/~c 8o~90 90~100 100~11O 20 均一一温度/~c ,90~100 10 110~l∞1扣~1∞l∞~140 均一温度/℃ 40 35 30 《25 料20 15 10 5 0 4O 35 30 《25 料20 15 10 5 0 斛 爨 80~90 90~100 100~110 20 均一 温度/℃ 9O~100 l(x】~10~120 30 均一温度/℃ 9O~100 l(x】~1lO 20 120~130 均一温度/℃ 册衢 鲫 m 0 ∞ 鲫 ∞ 加 0 ∞ 加 0 第3期 赵志刚:海相砂岩储层流体包裹体特征与成藏时期 《 槲 40 35 30 量25 料2O 15 1O O ∞~∞∞l[I)~110~l∞l ~l∞ 均一温度/~c 专 瓣 40 35 30 《25 斟20 15 10 5 0 90~1(x】1o0~∞1∞~1∞1∞~l∞ 均一温度/~c 0~l(1~10~120】 卜 ∞0~100 10 ~ 120~130 130~141) 均一温度/~c 均一温度/~c 图3 塔中志留系各井不同深度盐水包裹体均一温度分布直方图 为3个变化段,即分布于石英自生加大边或自生钠长石中的均一温度略低,介于92℃~100℃;分布于自 生石英微晶内的均一温度最高,介于115℃~130℃;而分布于石英强加大边的均一温度介于前二者之 间,为100℃~115℃.由此表明,随着成岩矿物的演化发育,包裹体均一温度随之升高,烃类在不断成熟 演化,同时也在不断向储层中注入.根据均一温度的分段性可见,至少存在3期烃类流体包裹体的形成过 程,也反映出至少有3期主要的油气注入过程. 4 油气成藏期次确定 根据流体包裹体均一温度的分布,结合各井精细时温埋藏史曲线(见图4)来确定塔里木盆地各区油 气成藏期.由图3和图4可以看出,深度为4 420 126℃,峰值在115℃ ~119℃之间,对应地质时间为18~5 应油气注人时间为新近纪.深度为4 427 围为82℃~峰值在89℃~97℃之间,呈单峰态,油气注入深度为2 970~3 355 m,对应地质时 间为45~33 应油气注入时间为古近纪中期~晚期.深度为4 439.8 ~118℃,峰值在94℃~98℃之间,油气注入深度为3 360~3 465 m,对应地质时间为33~26 气 注入时间为古近纪晚期.深度为4 448.2 128℃,峰值在106℃~117 O 2 000 目4 000 6 000 8 000 地质时间/00 500 400 300 200 100 0 (a)4 塔中志留系b) ∞ ∞ 加垢m 0 蚰 ∞ 加垢m 0 大庆石油学院学报 第33卷2009年 ℃之间,油气注人深度为3 850~4 400 m,对应地质时间为15 今.7井样品(4 989.83 m)均 一温度为85℃~131℃,峰值为93℃~油气注入深度为2 430~3 100 m,对应地质时间为25O~ 225 气注人时间为三叠纪早期~中期. 17~4 463 定油气包裹体均一温度, 发现均一温度有3个分布范围:第1组为62 C~74℃,平均为66.59℃,对应地质时间为275~240 相应油气注人时间为二叠纪中期一三叠纪早期;第2组为100℃~135℃,对应地质时间为45 今,相应油气注入时间为古近纪早期一至今;第3组温度大于150℃,这是非均一化温度,是由高温热液造 成的.是没有形成油气包裹体, 原因可能是志留纪时的古油藏埋藏浅,近地表被破坏.因此,1井志留系存在3期成藏:晚加里东一 早海西期(志留纪一早泥盆纪),海西末期~印支期(二叠纪一三叠纪),喜山期(第三纪一第四纪). 张有瑜E 利用自生伊利石K—定中央隆起下志留统沥青砂岩的自生伊利石年 龄,结果表明,其自生伊利石年龄为383.45~235.17 明志留系古油藏形成于晚加里东期一海西期. 由以上分析可认为,塔里木盆地有3期油气注入,第1期为晚加里东一早海西期,这一时期志留系古 油藏经历了成藏与破坏;第2期为印支期(三叠纪);第3期为喜山期(第三纪一第四纪).后两期为主要油 气注入期. 5 讨论 从志留纪开始,塔里木盆地下古生界烃源岩经历了3期生、排烃.下古生界源岩的生烃期和志留系的 圈闭形成期控制了志留系沥青砂岩的形成期次及演化. 志留纪末期,下寒武统顶界有机成熟度总体上呈东高西低,在满西1井以东的凹陷内,R。>1.5 ,满 加尔凹陷主体中心部分为2 ~3 或大于3 ,这一区域的过成熟与满加尔凹陷内巨厚(>4 000 m)的中 上奥陶统沉积有关.在塔中隆起、塔北隆起及阿瓦提凹陷的部分地区R。达到1.5 ,处于生油高峰前后. 因此,在塔北、塔中和柯坪隆起区广布的志留系沥青砂岩,其油源来自原地的烃源岩. 二叠纪末期~三叠纪,下寒武统顶界有机成熟度仍呈现东高西低的格局,但各区有机质成熟度较志留 纪末期均有显著提高.在满西1井以东的凹陷,R。≥2.0 ,满加尔凹陷主体中心部分R。≥3 .仅在塔中 隆起和塔北隆起带西部R。介于1.3 ~1.5 之间,基本上处于凝析油气阶段,但这2块地区成熟度相对 较低(R。为1.3 ~1.5 ),分布面积有限.北部拗陷带的中西部和巴楚地区除塔西南凹陷的其他地区下 寒武统顶界R。介于1.5 ~2.0体上全盆地处于高成熟阶段. 现今,下寒武统顶界有机质成熟度分布格局不同于古生代和中生代,它明显受新生代盆地两侧2个前 陆坳陷(库车拗陷和塔西南拗陷)形成和演化控制,特别是古近系以来巨厚的沉积,使寒武系有机质成熟度 快速增高,阿瓦提凹陷(特别在其西部)第三系巨厚沉积(>4 000 m)使得寒武系有机质成熟度快速增高 (R >4.0 ,从而改变了有机质成熟度东高西低的格局,而呈现东部和西部高,R。>3 ,中部(阿瓦提凹 陷与满加尔凹陷过渡区)略低,R。也达到2.0 ~3.0 .仅在塔中隆起主垒带、塔北隆起的凸起区(英买 力凸起)和巴楚断隆一部分地区,下寒武统顶界R。介于1.8 ~2.0 之间.塔西南拗陷沉积了巨厚的第 三系,估计从麦盖提斜坡向南至凹陷区,下寒武统顶界R。从2.0 增高到4.0 9/6以上.显然,第三纪以来, 该区中下寒武统烃源岩有机成熟度的快速增高,使它成为极为重要的干气源区. 虽然这3期生烃都是下古生界源岩,但不同时期在层位上和平面上又有所不同.志留纪末期,源岩层 位主要是寒武系和下奥陶统的下部层系,地区主要是满加尔凹陷东部.二叠纪末~三叠纪,源岩层位是寒 武系到下奥陶统的上部,以及部分中上奥陶统,地区主要是满加尔凹陷西部.最后一期源岩层是部分寒武 系、下奥陶统和中上奥陶统,主要是阿瓦提一满加尔过渡带和塔北、塔中地区. (下转第79页) 第3期 黄志强:充气钻井气液体积流量计算 5 结论 (1)在充气钻井过程中,为保证环空携岩效果,携岩关键点处流体速度需克服岩屑临界浓度速度与沉 降速度之和. (2)在气液体积流量比较大情况下,应考虑注入气体对岩屑的悬浮、举升作用,计算气液混合流体状态 下的最优气液体积流量. (3)钻井液密度、井口回压、机械钻速、地层产出流体等影响充气钻井井底压力与最优气液体积流量的 计算,充气钻井设计过程中应综合考虑这些因素的影响. 参考文献: . 义金,樊洪海译.空气和气体钻井手册[M].北京:中国石化出版社,2006:204—214. 业荣,盂英峰.气体钻井理论与实践北京:石油工业出版社,2007:25. 晟,李黔,康雪林.充气欠平衡钻井环空气液固三相流动力学分析[J].钻采工艺,2007,30(2): [4]胥思平译.欠平衡钻井气体体积流量的计算[M].北京:中国石化出版社,2006:47. [5]付在国,孙应红,李勇.充气钻井井筒压力分布规律研究[J].断块油气田,2008,15(1):90—92. [6]朱丽华,黄晓川,刘英.国外充气钻井液钻井技术[J].钻采工艺,2006,29(5):9—12. (上接第36 结论 (1)塔中地区志留系海相砂岩储层第1期成藏为志留纪末期一泥盆纪,由于构造地层强烈抬升,大量 的油气藏遭到破坏,使志留系形成大面积分布的沥青砂岩,离地表近的层位氧化彻底,形成干沥青,但仍有 原油保存下来,形成稠油或重质油. (2)第2期成藏为三叠纪,该期与们进入残余孔隙中重新聚集,并与第1期的 氧化残余油气混合,即与软沥青和稠油混和形成密度大的稠油;与干沥青混和出现干沥青和原油共存.第 2期充注的油气中低碳数的烷烃质量分数很低,主要是高碳数的烷烃. (3)第3期聚集形成于喜山期(第三纪一第四纪),由于寒武一奥陶系烃源岩进入高成熟阶段,充注的 油气以低相对分子质量的烷烃较多,表现为轻质油气,高熟油裂解气顺断裂进入红色泥岩段之下的砂岩中 聚集. 参考文献: [1]卢焕章,范宏瑞,倪培,等.流体包裹体[M].北京:科学出版社,2004. 金亮.利用流体包裹体研究注入史[J].西安石油学院学报,1998,13(4):1, A,.in la ].993(10):255—270. 张有瑜.塔里木盆地典型砂岩油气储层自生伊利石K—].地学前缘,2004,11(4):636—647. S, M,.in a a 984,307: 354—357. , R, M.of in ]//, M.985:277—289. J.].991,31:294. ,,.in /.in 1985:565—583. 陈容林.沉积岩矿物包裹体测试方法及其在石油地质的应用/石油地质实验测试技术新发展.北京:地质出版社,1997. 麦碧娴,汪本善.泌阳凹陷下第三系流体包裹体特征及其应用一流体包裹体研究地球化学,1991(4):331—341. 施继锡,李本超,傅家谟,等.有机包裹体及其与油气的关系[J].中国科学’(1987(3):318—325. ·79· ]] ] ]] ]O 1 口
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