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潍北凹陷致密气藏的成藏条件研究

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凹陷 致密 条件 研究
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第15卷第6期 2004年12月 天然气地球科学 5 I)2004 非常规天然气:致密砂岩气 潍北凹陷致密气藏的成藏条件研究 曾溅辉 ,蔡进功。,宫秀梅 (1.石油大学石油天然气成藏机理教育部重点实验室。北京102249; 2.石油大学(北京)盆地与 油藏研究中心,北京102249; 3.中石化胜利油田地质科学研究院,山东东营25701 5) 摘要:潍北凹陷的区域地质和石油地质研究结果表明,潍北凹陷具备了形成致密气藏的构造、沉 积、烃源岩、储层、盖层和圈闭条件,其中最有利的地区和层系为北部洼陷带埋深大于3()()()组二段砂岩。通过对大地构造背景和石油地质条件相似的潍北凹陷和东濮凹陷对比研究发现.这 两个凹陷的致密气藏形成条件存在着差异.这些差异主要表现在烃源岩、储层和盖层条件上。其中 东濮凹陷致密气藏的形成条件明显优于潍北凹陷。 关键词:致密气;成藏条件;潍北凹陷 中图分类号:献标识码:A 文章编号:1672—1926(200 t)0(5 0622—06 0 前言 致密砂岩气一般指孔隙度低(40 )、天然气在其中流动速度较为 缓慢的砂岩层中的天然气。致密砂岩气埋藏深度一 般较大,习惯上也称为“深层致密砂岩气”[1.2 2。该类 气藏还可以划分出许多亚类,例如深盆气藏(as)地中心气藏(和连续气藏(- 等。致密气藏一般集中分布在盆地 的中央或凹陷较深的部位(向斜构造凹陷或盆地轴 部),其中深盆气藏为致密气藏中的一种。目前在北 美许多盆地如胡安盆地、大绿河盆 地和在 我国的四川濮凹陷、鄂尔多斯盆地和吐哈盆 地均先后发现致密气藏 。 潍北凹陷是渤海湾裂谷盆地东南部昌潍坳陷内 以第三系始新统分布为主,呈北断南超的一个小型 箕状断陷凹陷。该凹陷构造上处于郯庐断裂带的沂 沭断裂带之内,东部以昌邑 大店断裂与鲁东隆起 为界,西部以沟断裂与候镇凹陷分隔,北部 以古城潍河口断层与昌北凸起分界,南部与潍县 凸起相接,面积880 昌67、火5、央6井的钻探 证实本区具有丰富的天然气资源.J{ 表现为致密 气藏的特征。例如央5井产气层的连通孔隙度平均 2.9 ,空气渗透率平均为0.25 x l()。。但是潍 北凹陷是否具备致密气藏的成减条件?它与 它致 密气藏发育的盆地或凹陷的成减条件存住什么差 异?需要进一步的研究。 1 潍北凹陷致密气藏的形成条件 1.1 区域地质条件 受气源和储层条件控制,致崭 地构造的深部位。统计研究表I .北荚致密气藏通 常出现于前陆盆地(另外还有一些仃在于山问、兜拉 通以及裂谷类型盆地)之中,存在=向部位、前渊中心以及构造向斜深部位,分别形成 斜坡型、前渊型和向斜深凹型致南气臧。致密气藏发 育区的构造演化可以是较为稳定的持续沉降.也可 以出现多次升降,但气藏内部的共同特征是:除甜点 或甜点层以外,气藏所处盆地位 的构造面貌简单 且断裂、裂缝及微裂缝不发育 。’ 。潍北凹陷分为 3个次级构造单元,即北部洼陷带、南部斜坡带和中 部断裂带。其中,北部洼陷带为较稳定的持续沉降。 并且是盆地沉积沉降中心,由于靠近f 北大断层,应 收稿日期 2004()8 1 7;修回日期:200 l 09 1 5. 基金项目:中石化“十五”重点科技攻关项目(编号:助. 作者简介:曾溅辉(1962),男,江西新干人,教授,博士生导师,主要从事油气运移和聚集、盆地流体研究 曾溅辉等:潍北凹陷致密气藏的成藏条件研究 623 力不易集中故断层不发育,是凹陷内新生界沉积最 厚的地带 ],具备了形成致密气藏的构造条件。 致密气藏的沉积条件表现为沉积、沉降迅速,碎 屑物质成分复杂,分选不好,泥质含量高,后期的成 岩作用又比较强烈,因而有利于致密砂岩层的形成, 相应的陆相沉积环境为滨浅湖相、沼泽相、河流沼泽 相及三角洲相等。潍北凹陷以下第三系始新统地层 沉积为主,在北部洼陷中心总厚度可达8 000 ,中部地区一般为3 000 4 000 m,南部地区厚仅 数百米。钻井揭露地层有中生界白垩系、新生界下第 三系孔店组和沙四段、上第三系馆陶组和明化镇组 以及第四系平原组。油气主要集中分布在孔店组地 层。孔店组的主要沉积类型为扇三角1相、近岸水下 扇、冲积 洪积扇相、深湖 半深湖和浅湖相沉积, 由于紧靠物源区,沉积沉降迅速,碎屑物质成分复 杂,分选不好,泥质含量高,后期的成岩作用又比较 强烈,另外烃源岩和储集岩相互叠置,因而有利于致 密砂岩气的形成。 1.2烃源岩条件 致密气藏中天然气的来源可有多种途径.烃源 岩可分别是海、陆相暗色泥、页岩、煤系地层、碳酸盐 岩或它们的共同组合 。’ 。 潍北凹陷的烃源岩主要为孔店绀的孔二段,其 分布面积518平均厚度914m.并且主要分布在 北部洼陷带。孔二段的烃源岩主要为暗色泥岩、碳质 页岩、煤层和油页岩,有机碳的含量介于0.13 ~ 19.80 之间,平均含量为2.62 ,在平面上,北部 洼陷的有机碳含量最高,50个样品有机碳的平均值 为2.98%。对孔二段暗色泥岩的33块干酪根显微 组分分析表明:属Ⅲ型干酪根的样品有20块,占总 数的60.6 9/6;属于混合型(Ⅱ!型)干酪根的样品有 13块,占总数的39.40 。因此,孔二段暗色泥岩有 机质主要是Ⅲ型干酪根,其次为Ⅱ:型干酪根,有利 于生气 。孔二段烃源岩R 变化范围在0.40 ~ 1.62%之问,按目前公认的镜煤反射率R 一0.5 为成熟下限,那么孔二段烃源岩的生油门限为 1 700 m。1 700~3 000 ;3 000 要生成天然 气。北部洼陷带孔二段烃源岩的埋深大多在3 000 m 以下,因此,从热成熟角看度孔店组烃源岩可以大量 生气。 总之,潍北凹陷孔二段分布大量的碳质页岩和 煤层,有机碳含量较高,有机质主要是Ⅲ型千酪根, 其次为Ⅱ 型干酪根,另外,北部洼陷于 0.j ,直至1.6 以上,说明潍北【 备了天然 气生成的烃源岩条件,有利于致密气臧的形成。 1.3储层条件 与常规天然气储层具有不同的特 ,致密气藏 的储层非常致密.尤其是深盆区,含气带储层一般为 致密状,孔隙度分布范围集中于7 ~12 之 般小于10 ,渗透率通常低于(0.1~1.0)× 10 含水饱和度一般在30 ~7() 之 潍北凹陷主要储集层有3套.【!部 砂岩,孔一段中、下部砂岩和孑 其中孔一段中、下部砂岩埋藏相对较浅.物性比较 好,不利于敛密气的储集。但是孔二段主要为符类粉 砂岩、粉细砂岩、白云质砂岩、页顷眇 干¨含砾眇岩. 横向变化大.分布不太稳定成众多的岩体儿火 于油页岩、泥岩间,主要为扇 角洲_币 嘲沉 积 。孔二段砂岩的物性变化比较人.孔隙度分n 在2.1 ~28.3 之间.渗透率大多分佑在((J.1~ 5 163.6)×10。/间。但是.随 埋藏深度增 加,孔隙度 渗透率降低.从图1 2可 ,孔隙 图l 滩北凹陷于大于10 的储层主要分布 藏深度小于 3 000 埋藏深度大于3 000 其孑埋藏深度2 000 储层的渗透率骤然减小,并集 ”住(1 0~1 00)× 1 0。/到了2 500 的渗透率更小.多 集中在1.0×10。下。在平皿上,扎隙度小于 10 的储层主要分布在北部洼陷带的 北部位。 对已有的央5、央6和昌67 个致密气藏的统 计结果表明,储集层的单层厚度一般为1~2 m,总 624 天 然 气 地球 科 学 5 三 2渗透率(%) 图2潍北凹陷渗透率与深度的关系 厚度变化在52。0~207.0 孔二段总厚度 的15 ~34 。致密气藏储集岩的孔隙度分布在 0.5 ~17.3 之间,其中64 的储集岩的孔隙度 在1 ~5 之问,26 的储集岩的孔隙度在5 ~ 10 之间,仅有7 的储集岩的孔隙度大于10 ,渗 透率分布在(0..6)×10。间,其中45% 的储集岩的渗透率小于0.0。31 的储 集岩的渗透率在(0.05~0.1)×10。 m!之间,23 的储集岩的渗透率在(0.1~0.5)×10。间。 因此,潍北凹陷北部洼陷带深部储层具有低孔、低 渗、成岩作用强等特点,有利于致密气藏的形成。 1.4封盖条件 致密气藏的封盖层有两类:一类为岩性封盖层, 另一类为毛细管压力封盖层。毛细管压力封闭通常 出现在孔喉很小,并且存在二相或三相流体的储层 中。致密砂岩气藏的封盖层不限于分布在气藏上方, 它们往往是穿插于气藏内部或紧密闭绕气藏分布, 构成在空间上并不完全封闭的阻隔,可在垂直或水 平方向上同时存在致密含气储层与I:方常规含水储 层的过渡连通。致密砂岩气藏具有更多的“自储 自 封闭”特征 。潍北凹陷孔二段发育的各种砂岩储 层以其上下左右的泥岩为生油气岩及盖层,为自生 自储自盖组合,尤其是在北部洼陷带.囚此有利于致 密气藏的形成。 1.5 圈闭条件 致密气藏一般集中分布在盆地的中央或[的部位(向斜构造凹陷或盆地轴部).因此致密气 藏既可以出现在常规的构造圈 【可以出现在 隐蔽圈闭如岩性圈闭和地层圈闭 {I 。本区北部洼 陷带孔店组主要为岩性圈闭,足俄靠储层横向的相 变或者自身储集性能的变化形成封堵条件。一般储 层发育不好,多相变或者储层性质变化大.对构造要 求比较低,并且多发育于前扇三角洲亚相、外扇亚相 以及呈薄层状、透镜状砂岩发育 .有利于致密气减 的形成。 2 潍北凹陷与东濮凹陷致密气藏形成 条件的对比 东濮凹陷属于渤海湾含油气 的一部分,ff『5 300 北东向长条状。东濮凹陷为地堑式的 断陷盆地,由东部洼陷带、中央隆起,特、西部洼陷带 和西部斜坡断阶带组成。目前,东濮凹陷已在东部洼 陷带的杜寨、李屯、户部寨等地发现了致密气田 (藏)一” 。由于潍北凹陷和东濮凹陷的大地构造背 景和石油地质条件相似,因此,通过对比两个凹陷致 密气藏的形成条件,可以更好地认识潍北凹陷敛密 气藏的形成和分布。 表1为潍北凹陷与东濮凹陷敏密气成藏条件对 表l 潍北凹陷与东濮凹陷致密气成藏条件对比 皆 潍北凹陷 东濮凹 性 构 造 条 件 誓呈 塞 姜 , 造层为基底’在新生代地壳水平拉张 蟮本一 敛 背景 应力作用下逐渐裂解为断陷而形成的断陷盆地 “ 茎 构 ~删…, 化阶段 篙 1 ).最后为 j 演化 ¨ 差太大 o.6 曾溅辉等:潍北凹陷致密气藏的成藏条件研究 625 储 集 层 条 件 储集岩 类型 和展布 主要为 向变化 大,分布不太稳定,主要为扇三角洲砂 砾岩储层和近岸水下扇储层 主要分布 主要含气储集层为沙三 ~沙三一和沙四 段砂岩层,为冲积扇、近岸水下扇、湖底扇 或浊流沉积,主要分布在东部洼陷带,埋 在北部洼陷带埋深大于3 500 大于3 50()度大.分布面积广 东濮凹陷和潍北【型基本相似.但东濮凹陷的』2,厚度大,分布J 中成岩晚期的埋深为3 300~4 200 要为残余粒问溶孔和粒内溶 L;晚成岩阶 段的埋深为 4 200~6 000 m,主要为粒间 隙微 别不大 它 条 件 篡 孝 黧 矧较大 比表,从表中可知: (1)潍北凹陷和东濮凹陷构造背景和凹陷内部 的构造特征基本一致,致密气都集中分布在单断“箕 状”洼陷内,但两个凹陷的构造演化阶段相差较大, 其中东濮凹陷断陷阶段持续的时间较长,导致沉积 厚度大,因而在构造条件上比潍北凹陷更有利于致 密气藏的形成。 (2)虽然下第三系地层厚度和沉积体系相差不 626 天 然 气地球科 学 5 大,但两个凹陷揭露的地层岩性组合相差较大,总体 来说,东濮凹陷比潍北凹陷具有更好的致密气藏形 成的沉积条件。 (3)潍北叫陷和东濮凹陷烃源岩的差异性较 大:①潍北凹陷烃源岩的类型多样。而东濮凹陷主要 气源岩相对单一,其厚度和分布范围远远大于潍北 凹陷;②潍北凹陷孔二段烃源岩的有机地化指标一 般均高于东濮凹陷。表明潍北凹陷烃源岩的品质可 能好于东濮凹陷;@潍北凹陷烃源岩以Ⅲ和1I 型干 酪根为主,有利于生气,而东濮凹陷烃源岩以型干酪根为主。有利于生油,这暗示着两个凹陷的 生气机制可能存在着差别;①潍北凹陷的生油和生 气门限远低于东濮凹陷,只有北部洼陷的烃源岩进 入成熟一高熟阶段,而东濮凹陷东部洼陷带沙三一 沙四段烃源岩已全部进入生气阶段。因此,总体来 说,东濮凹陷烃源岩形成致密气藏的条件稍强于潍 北凹陷。 (4)潍北凹陷与东濮凹陷致密气藏形成的储层 条件中的孔隙类型、物性以及成岩阶段差别不大,但 是东濮凹陷构成致密气藏的储层的层位多。厚度大, 分布亦广,同时东濮凹陷致密储层中发育更多的物 性较好的甜点。另外,潍北凹陷天然气的盖层主要为 孔二段泥岩,而东濮凹陷具有多套由泥岩和膏盐组 成的盖层,封盖性相对更好,因此东濮凹陷致密气藏 形成的储盖条件好于潍北凹陷。 (5)东濮凹陷和潍北凹陷致密气藏形成的圈闭 条件基本相似。即在东濮凹陷的东部洼陷带与潍北 凹陷北部洼陷带的深部主要为岩性圈闭,依靠储层 横向的相变或者自身储集性能的变化形成封堵条 件,且多发育于前扇三角洲亚相、外扇亚相以及薄层 状、透镜状砂岩发育区。 (6)东濮凹陷的平均地温梯度在3.12~3.3(、/ 在下第三系一些受膏盐层影响的地 区,导致热流局部集中,平均地温梯度可达4.6~ 4.8(、/m。埋深3 300 力 系数在0.95~1.10之间,但埋深大于3 300 表现为异常高压,压力系数大于1.2~1.7。潍北 凹陷的平均地温梯度在3.6~3.8(、/埋深3 000 000 低压。压力系数一般小于0.90。 综上所述。虽然东濮凹陷和潍北凹陷都具备了 致密气藏的形成条件,但前者优于后者。 3 结论 圈闭条件研究结果表明,潍北凹陷具备了形成致密 气藏的条件,其中最有利的地区和层系为北部洼陷 带埋深大于3 000 北凹陷 和东濮凹陷的大地构造背景和石油地质条件相似, 但两个凹陷的致密气藏形成条件存在着差异,这些 差异主要表现在烃源岩、储层和盖层条件上。但是东 濮凹陷致密气藏的形成条件明显优于潍北凹陷,这 是为什么东濮凹陷目前发现较多的致密气藏。并且 储量较大的主要原因。 参考文献: [1]戴金星,裴锡古,戚厚发、中国天然气地质学(卷二)[M] 北 京:石油地质出版社,1 996.66 73. 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