邊瑞康，張培先，鄧飛涌，鄭兆惠，王廣源，徐忠美

(1. 中國地質(zhì)大學(xué)(北京) 海相儲層演化與油氣富集機理教育部重點實驗室，北京，100083；2. 中國石油西南油氣田蜀南氣礦，四川 瀘州，646000；3. 北京信必優(yōu)信息技術(shù)有限公司，北京，100085)

根緣氣是以根狀氣形式存在于致密砂巖儲層中的天然氣聚集，即致密砂巖儲層與氣源巖大面積接觸，天然氣進入致密砂巖后以活塞式運移方式運移并聚集在致密砂巖底部，形成氣藏與源巖直接接觸的特點。根緣氣藏概念的提出是對前人深盆氣藏和盆地中心氣藏研究成果的發(fā)展[1-2]?！吧钆铓狻笔荕asters[3]在對西加拿大盆地的埃爾母華士、牛奶河以及美國的圣胡安盆地氣田特點總結(jié)基礎(chǔ)上所提出的象形概念，它從氣藏頂部特征入手，強調(diào)需要批量鉆井才能確定的“氣水倒置”關(guān)系；Rose等[4]在研究拉頓盆地時，提出了“盆地中心氣”術(shù)語，它從氣藏底部特征入手，強調(diào)氣藏的“無邊底水”特征，雖然這一術(shù)語更有益于氣藏類型的識別，但對“無邊底水”特征的確定仍然不是一件容易實現(xiàn)的事情，也需到大量鉆井才能實現(xiàn)；而“根緣氣”則從氣藏內(nèi)部結(jié)構(gòu)入手，強調(diào)“致密砂巖底部含氣”這一特征，且單口鉆井即可識別該特征，從而確定氣藏類型[2]。因此，“根緣氣”既能在機理上給出明確的成藏解釋，又能在識別方法上進行快捷操作，易于在早期鉆井資料較少情況下對天然氣的聚集類型予以確定，對勘探方向和方法予以預(yù)測和參考。目前，在我國已有根緣氣產(chǎn)出及相關(guān)研究成果，主要集中在四川盆地和鄂爾多斯盆地等中西部地區(qū)[5-7]，東部斷陷盆地內(nèi)根緣氣研究仍是一個前緣課題。遼河坳陷東部凹陷沙三段致密砂巖含氣普遍存在，因此，此類氣藏的研究對于認清該地區(qū)天然氣的成藏規(guī)律和尋找新的天然氣勘探領(lǐng)域有著重要意義。

1 根緣氣成藏條件

根緣氣在運移機理上為典型的活塞式運移機理[8-9]?；钊竭\移機理實質(zhì)上就是致密砂巖儲層中生烴膨脹力與毛細管力的平衡，是特殊儲層介質(zhì)條件下能量場的平衡，因此，大面積分布的致密砂巖儲層及充足氣源成為根緣氣成藏的必要條件。

1.1 儲層條件

儲層致密是氣水不能進行自由空間交換的前提，根緣氣形成的孔隙度和滲透率上限一般為 13%和1.5×10-3μm2[10]。遼河坳陷東部凹陷碎屑巖儲層以巖屑質(zhì)長石砂巖為主，石英含量(質(zhì)量分數(shù)，下同)占碎屑物總量的10%～50%，平均為39.3%；長石含量一般為18%～51%，平均為35.7%；巖屑含量平均為19%[11]。通過對涵蓋凹陷內(nèi) 11個油氣田多口鉆井的孔隙度和滲透率數(shù)據(jù)的分層統(tǒng)計，結(jié)果顯示(見表1)：東部凹陷儲層物性受機械壓實作用控制明顯，上部東營組和沙一、二段儲層物性較好，下部沙三段儲層物性較差。東營組僅14.6%的砂巖儲層孔隙度≤13%，11.4%的滲透率≤1.5×10-3μm2，沙一、二段僅27.5%的孔隙度≤13%，6.7%的滲透率≤1.5×10-3μm2，均未形成較大規(guī)模的致密儲層發(fā)育帶，因此不是根緣氣藏發(fā)育的有利層段；而沙三段45.1%的孔隙度≤13%，25.5%的滲透率≤1.5×10-3μm2，形成較大規(guī)模的致密儲層發(fā)育帶，故從儲層發(fā)育條件分析，沙三段為根緣氣藏形成最為有利的層段。

作為典型的新生代裂谷凹陷，遼河坳陷東部凹陷的發(fā)育和演化經(jīng)歷了地殼的拱張、裂陷和坳陷3大階段[12-15]。沙三段沉積時期，凹陷進入裂陷階段，受主干斷裂強烈活動影響，凹陷基底開始斷裂并大幅度陷落，形成廣泛的淺湖—半深湖—深湖環(huán)境，沉積分布較廣的沙三下部大套泥巖段。沙三段晚期，基底斷塊活動開始減弱，使整個凹陷處于相對隆起狀態(tài)，從而進入水退期，沉積物供給充足，發(fā)育大型三角洲，這些三角洲砂巖在后期成巖演化過程中普遍致密化(見圖1)，在凹陷北部茨榆坨—牛居地區(qū)、中部歐利坨子地區(qū)和南部黃金帶—大平房地區(qū)形成致密儲層發(fā)育帶(見圖 2)，為根緣氣藏的發(fā)育提供了良好的儲層條件。

1.2 烴源巖

東部凹陷主要發(fā)育有古近系沙三段、沙一二段和東營組3套烴源巖，巖性主要為深湖－半深湖相泥巖，部分地區(qū)夾厚度不等的沼澤相煤系地層[16]。由于根緣氣藏大規(guī)模的形成要求烴源巖主要位于致密砂巖儲層下部，或互層出現(xiàn)，因此對于沙三段內(nèi)的根緣氣藏而言，沙一、二段和東營組的烴源巖貢獻不大，以沙三段內(nèi)的烴源巖供氣為主。

沙三段烴源巖自下而上又可分為沙三中下和沙三上2段，沙三中下段源巖在東部凹陷廣泛發(fā)育，總體上呈現(xiàn)出南北厚中間薄的“啞鈴狀”分布特征，南部地區(qū)駕掌寺洼陷最大厚度逾千米，其它地區(qū)厚度一般介于100～500 m。沙三上段烴源巖分布面積和厚度均較沙三下段小，也呈現(xiàn)出南北厚中間薄的“啞鈴狀”特征，以凹陷北部的牛居－長灘地區(qū)為最厚，最大厚度為700 m；其次為南部的駕掌寺洼陷，最大厚度為400 m。

沙三段烴源巖干酪根類型整體上以利于生氣的ⅡB型和Ⅲ型為主(見圖3)。烴源巖熱解分析表明沙三段有機質(zhì)豐度高(見表2)，其中平均總有機碳(TOC)含量達到7.02%。熱演化程度方面，通過對53口鉆井的382個有機質(zhì)成熟度(Ro)進行統(tǒng)計，得到Ro的最小值為0.3%，最大值為1.7%，平均值為0.6%。腐殖型有機質(zhì)Ro達到0.5%即進入成熟階段，而沙三段76%的Ro達到了這一標準，表明沙三段烴源巖已進入大規(guī)模生氣階段。

根據(jù)烴源巖類型、厚度、總有機碳含量和熱演化程度等指標，對東部凹陷累計生氣強度進行了模擬計算，結(jié)果顯示(見圖4)，東部凹陷沙三段累計生氣強度高值區(qū)主要位于凹陷南部的黃金帶—大平房地區(qū)和北部的牛居—青龍臺地區(qū)等深凹部位，形成2個沿凹陷展布方向發(fā)育的生氣帶。北部生氣帶最大累計生氣強度達到6×108m3/km2，南部生氣帶最大累計生氣強度超過16×108m3/km2，為該地區(qū)根緣氣藏的形成提供了充足的氣源保障。

表1 遼河坳陷東部凹陷各層段孔隙度、滲透率統(tǒng)計表Table 1 Statistical list of porosity and permeability in different formations of eastern sag of Liaohe depression

圖1 遼河坳陷東部凹陷沙三段致密砂巖儲層特征Fig.1 Characteristic of tight sandstone reservoir in S3 of eastern sag of Liaohe depression

圖2 遼河坳陷東部凹陷沙三段砂巖孔隙度等值線平面分布圖Fig.2 Porosity distribution map of sandstone in S3 of eastern sag of Liaohe depression

表2 東部凹陷沙三段烴源巖熱解分析Table 2 Thermal decomposition analyses of source rocks in S3 of Eastern Depression

圖3 遼河坳陷東部凹陷沙三段烴源巖干酪根元素組成范氏圖Fig.3 Van Krevelen diagram of kerogen elements of source rocks in S3 of eastern sag of Liaohe depression

2 根緣氣分布預(yù)測

與常規(guī)儲層氣受浮力作用并從砂巖頂部開始聚集不同，根緣氣的形成受儲層孔喉半徑等因素的制約，天然氣在致密砂巖中不受或不完全受浮力作用控制，而是從底部對砂巖內(nèi)地層水進行整體排驅(qū)，優(yōu)先聚集于砂巖底部，因此，致密砂巖底部含氣成為該類氣藏區(qū)別于常規(guī)儲層氣藏的基本標志。前人所述“氣水倒置”、“無邊底水”、“不規(guī)則含氣”、“長井段含氣”、“氣水關(guān)系復(fù)雜”等均屬于根緣氣“致密砂巖底部含氣”的表現(xiàn)形式或演變結(jié)果[17]。

通過對東部凹陷多口鉆井綜合錄井圖分析發(fā)現(xiàn)，其中至少有73口井的綜合錄井圖有明顯的氣測異常，顯示沙三段內(nèi)致密砂巖段底部含氣。以茨611井為例，沙三段2 786～2 850 m，砂巖段平均孔隙度為9%，屬于致密砂巖類型，并形成多個砂泥巖互層段，其中 3個致密砂巖段底部氣測曲線數(shù)值表現(xiàn)為高異常(圖5)。

對以上 73口鉆井致密砂巖底部含氣層段進行厚度統(tǒng)計，并將其成圖(見圖6)，結(jié)果顯示，沙三段單井累計致密砂巖底部含氣層段最大厚度為146 m，平均厚度為52 m，在東部凹陷的北部和南部均有分布。其中，北部以茨榆坨—牛居地區(qū)為中心，最大厚度達到70 m以上；南部以黃金帶—大平房地區(qū)為中心，最大厚度達到50 m以上。成藏條件分析認為，上述2個地區(qū)在致密砂巖儲層和烴源巖發(fā)育方面也是東部凹陷最為有利的地區(qū)。因此，綜合成藏條件和勘探實踐，認為東部凹陷北部茨榆坨—牛居地區(qū)和南部黃金帶—大平房地區(qū)為根緣氣藏發(fā)育最有利區(qū)。

圖4 遼河坳陷東部凹陷沙三段累計生氣強度等值線平面圖Fig.4 Cumulative gas generation intensity map of S3 in eastern sag of Liaohe depression

圖5 遼河坳陷東部凹陷茨611井沙三段綜合錄井圖Fig.5 Composite log of Well Ci 611 of S3 in eastern sag of Liaohe depression

圖6 遼河坳陷東部凹陷沙三段致密砂巖含氣段厚度等值線圖Fig.6 Gas bearing thickness map of tight sandstone in S3 of eastern sag of Liaohe depression

3 結(jié)論

(1) 成藏條件分析認為，遼河坳陷東部凹陷沙三段具有根緣氣藏發(fā)育的基本地質(zhì)條件。沙三段晚期沉積環(huán)境，以及后期成巖演化作用，使沙三段 45.1%的砂巖儲層孔隙度≤13%，25.5%的滲透率≤1.5×10-3μm2，形成了較大規(guī)模的致密砂巖發(fā)育帶，成為根緣氣儲層發(fā)育的主體；沙三段烴源巖干酪根類型以利于生氣的ⅡB型和Ⅲ型為主。據(jù)源巖有機質(zhì)豐度分析，該段烴源巖已進入大規(guī)模生氣階段，為根緣氣藏的形成提供了有力的氣源保障。

(2) 由于運聚機理與常規(guī)儲層氣不同，根緣氣具有致密砂巖底部含氣特點，故在氣測曲線形態(tài)上形成下部異常的特征。對東部凹陷多口鉆井沙三段致密砂巖底部含氣層段進行厚度統(tǒng)計，結(jié)果顯示凹陷北部茨榆坨—牛居地區(qū)和南部黃金帶—大平房地區(qū)為致密砂巖底部含氣段累計厚度最大值發(fā)育區(qū)，儲層和烴源巖條件分析也顯示這2個地區(qū)為根緣氣成藏條件最有利地區(qū)，因此，綜合成藏條件和勘探實踐，認為上述 2個地區(qū)為根緣氣藏發(fā)育最有利地區(qū)。

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