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        鄂爾多斯盆地華慶地區(qū)長(zhǎng)8油層組成藏特征及控制因素①

        2012-11-13 07:07:10陳世加路俊剛姚涇利楊國(guó)平張紀(jì)智劉超威唐海評(píng)
        沉積學(xué)報(bào) 2012年6期
        關(guān)鍵詞:華慶烴源鄂爾多斯

        陳世加 路俊剛 姚涇利 楊國(guó)平 張紀(jì)智 劉超威 唐海評(píng) 王 剛

        (1.西南石油大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院 成都 610500;2.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院 西安 710018;3.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司采氣二廠 西安 710018)

        0 前言

        鄂爾多斯盆地長(zhǎng)8油層組是近年來(lái)油氣勘探新突破的層位,在華慶、西峰、姬源和陜北地區(qū)均發(fā)現(xiàn)大規(guī)模油藏[1~5],展示了巨大勘探前景。華慶地區(qū)長(zhǎng)8段屬東北、西南兩大物源交匯區(qū),砂體發(fā)育,并且位于長(zhǎng)7段烴源巖發(fā)育區(qū),油源較充足,成藏條件有利,具有油藏面積連片、產(chǎn)量高等特點(diǎn),但油水分布關(guān)系異常復(fù)雜。不少學(xué)者對(duì)鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組油藏成藏特征和機(jī)制進(jìn)行了研究,并取得了一定成果[1,6~9],但對(duì)成藏期次、時(shí)間及成藏主控因素仍有不同看法,而且研究主要是從構(gòu)造、沉積、儲(chǔ)層角度展開(kāi),其他方面涉及較少,對(duì)華慶地區(qū)長(zhǎng)8油層組成藏特征認(rèn)識(shí)仍十分局限,難以有效解釋該區(qū)復(fù)雜的油水分布特征。

        分析認(rèn)為,該區(qū)還存在一些關(guān)鍵性問(wèn)題尚未解決,具體表現(xiàn)在:①目前,認(rèn)為儲(chǔ)層物性對(duì)油氣成藏具有重要的控制作用,但為何一些局部高滲儲(chǔ)層出水(如白241井)?②長(zhǎng)8段儲(chǔ)層孔隙中發(fā)現(xiàn)瀝青,其成因如何?與流動(dòng)原油在成因上有何聯(lián)系?③長(zhǎng)8段成藏受那些因素控制?這些問(wèn)題的解決對(duì)長(zhǎng)8段成藏認(rèn)識(shí)具有重要意義,進(jìn)而可搞清油藏控制因素及富集規(guī)律,篩選出相對(duì)高滲高產(chǎn)區(qū),為下一步油氣勘探、油藏評(píng)價(jià)和開(kāi)發(fā)提供可靠的地質(zhì)依據(jù)。

        1 地質(zhì)簡(jiǎn)況

        鄂爾多斯盆地是一個(gè)大型中生代內(nèi)陸坳陷型盆地,油氣資源豐富。中生界延長(zhǎng)組為一套內(nèi)陸湖盆沉積,其形成的三角洲隱蔽性油藏主要受控于大型三角洲砂體的展布,油藏類(lèi)型以巖性油藏為主,具有儲(chǔ)集條件差、非均質(zhì)程度高、油水關(guān)系復(fù)雜、隱蔽性強(qiáng)的特點(diǎn)[2,3,8~11]。

        華慶地區(qū)北起吳旗,南至慶陽(yáng),西起白馬,東抵南梁,面積約7 000 km2(圖1)。延長(zhǎng)組沉積期該區(qū)處于湖盆深水區(qū),深水沉積砂體發(fā)育,巖石類(lèi)型主要為長(zhǎng)石砂巖和巖屑長(zhǎng)石砂巖,以細(xì)粒結(jié)構(gòu)為主,儲(chǔ)層物性較差,具有典型的低孔、低滲特征。該區(qū)延長(zhǎng)組地層發(fā)育長(zhǎng)3、長(zhǎng)4+5、長(zhǎng)6、長(zhǎng)7段、長(zhǎng)8段等多套含油層系,其中長(zhǎng)8油層組研究程度較低,有望取得更大的突破。

        圖1 研究區(qū)構(gòu)造位置圖Fig.1 Location of the study area

        2 成藏特征

        2.1 兩期成藏

        2.1.1 儲(chǔ)層熒光特征

        圖2為華慶地區(qū)部分井長(zhǎng)8段儲(chǔ)層熒光薄片照片,鏡下明顯存在兩種不同顏色熒光:一種發(fā)黑色(或褐色)熒光,鑒定為瀝青,主要呈斑塊狀分布在孔隙和裂縫中;另一種是發(fā)藍(lán)色(或黃色)熒光的油,呈“零星”狀或“點(diǎn)”狀分布于黑色填隙物(鐵方解石、綠泥石、瀝青等)的殘余孔中,為后期聚集的油。

        2.1.2 流動(dòng)原油與儲(chǔ)層抽提物存在差異

        儲(chǔ)層抽提物主要是殘留在儲(chǔ)層中的有機(jī)質(zhì),它與流動(dòng)原油之間的差異可反映油氣成藏特征。如果是一次成藏,那么流動(dòng)原油與儲(chǔ)層抽提物應(yīng)相似,如果存在多期成藏,兩者可能存在差異,因?yàn)閮?chǔ)層抽提物是多期油的混合物。

        ①原油與儲(chǔ)層抽提物成熟度不同

        生物標(biāo)志化合物是油源對(duì)比最常用的方法之一,可用于原油成因及其演化階段性的研究[12,13]。甾烷成熟度參數(shù) C2920S/(20S+20R)和 C29ββ/(αα+ββ)比值具有隨成熟度增加而增大的趨勢(shì)[12],前者平衡值在 0.50~0.55,后者平衡值為 0.60~0.66。Ts/Tm(18α(H)-三降藿烷/17α(H)-三降藿烷)受成熟度的影響明顯,在相同來(lái)源的情況下,隨成熟度的增大其比值增大,也可用來(lái)判斷原油的成熟度。

        圖2 華慶地區(qū)長(zhǎng)8段儲(chǔ)層熒光照片(圖中箭頭所指為孔隙中的瀝青)Fig.2 Fluorescence pictures of Chang 8 reservoir in Huaqing area

        從圖3看出,流動(dòng)原油甾烷成熟度參數(shù)C2920S/(20S+20R)、C29ββ/(αα +ββ)和 Ts/Tm 比值高于儲(chǔ)層抽提物。儲(chǔ)層抽提物C2920S/(20S+20R)和C29ββ/(αα+ββ)比值分別為 0.30~0.41 和 0.39~0.49,而流動(dòng)原油的上述比值分別為 0.49~0.52和0.62~0.66,Ts/Tm 比值也具有相同的對(duì)比特征,說(shuō)明流動(dòng)原油成熟度高于儲(chǔ)層抽提物。

        如前所述,長(zhǎng)8段儲(chǔ)層孔隙中見(jiàn)瀝青,在綠泥石和鐵方解石充填后的殘余孔中還見(jiàn)發(fā)藍(lán)色熒光的油,如白280井長(zhǎng)81(2 214.52 m)儲(chǔ)層,因此儲(chǔ)層抽提物實(shí)際上是瀝青和后期充注油的混合物。因此,儲(chǔ)層抽提物成熟度反映的是儲(chǔ)層瀝青和后期油的混合物的特征,其成熟度介于瀝青和原油之間,單純?yōu)r青的成熟度比值應(yīng)低于儲(chǔ)層抽提物(混合物),也就是說(shuō)長(zhǎng)8段儲(chǔ)層瀝青應(yīng)為源巖成熟度較低的產(chǎn)物。

        ②儲(chǔ)層抽提物存在生物降解

        據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道[12,14],25-降藿烷是生物降解產(chǎn)物,它的存在指示著原油曾遭嚴(yán)重的生物降解。長(zhǎng)8段儲(chǔ)層抽提物發(fā)現(xiàn)25-降藿烷,而原油中沒(méi)有,說(shuō)明瀝青形成時(shí)間較早,因保存條件較差遭受強(qiáng)烈的生物降解,原油成藏時(shí)間相對(duì)較晚,保存條件變好,未受生物降解。

        2.1.3 儲(chǔ)層流體包裹體

        從儲(chǔ)層油氣包裹體形態(tài)及其分布特征來(lái)看,油氣包裹體可分為兩類(lèi):一類(lèi)包裹體氣液比較小,主要小于10%,個(gè)體一般較小(2~7 μm),主要分布于礦物溶蝕孔和早期裂隙中,被長(zhǎng)石和石英等后期次生加大邊包裹起來(lái);第二類(lèi)包裹體氣液比較大,一般大于8%,個(gè)體較大,多為4~10 μm,主要分布在石英晚期裂隙和亮晶方解石膠結(jié)物中。

        從儲(chǔ)層油氣包裹體均一化溫度來(lái)看,溫度分布71.2~169.5℃,范圍較寬,存在兩個(gè)明顯的溫度峰區(qū),分別為80~100℃和130~140℃(圖5)。兩個(gè)峰區(qū)高值,分別對(duì)應(yīng)兩類(lèi)不同的包裹體,包裹體均一化溫度低溫峰區(qū)對(duì)應(yīng)第一類(lèi)包裹體,高溫峰區(qū)對(duì)應(yīng)第二類(lèi)包裹體,說(shuō)明該區(qū)長(zhǎng)8油層組原油運(yùn)移成藏存在兩個(gè)高峰[15],即存在兩期成藏。

        圖5 儲(chǔ)層油氣包裹體均一化溫度分布圖Fig.5 The homogenization temperature profile of reservoir inclusion

        綜合儲(chǔ)層熒光、儲(chǔ)層包裹體、儲(chǔ)層瀝青和原油地化特征研究,表明華慶地區(qū)長(zhǎng)8油層組存在兩期成藏。第一期油在鏡下發(fā)黑色(褐色)熒光,見(jiàn)25-降藿烷,受破壞發(fā)生較嚴(yán)重生物降解作用,成熟度較低;第二期油在鏡下發(fā)藍(lán)色熒光,主要分布在殘余孔隙中,未受生物降解作用,保存較好,成熟度較高,為源巖生烴高峰期產(chǎn)物。

        2.2 成藏時(shí)間

        圖6為華慶地區(qū)長(zhǎng)7段烴源巖演化史圖。如圖所示,長(zhǎng)7段源巖在晚侏羅世進(jìn)入生烴門(mén)限,早白堊世達(dá)到成熟階段,進(jìn)入生烴高峰期。結(jié)合儲(chǔ)層流體包裹體均一化溫度頻率分布特征、原油和儲(chǔ)層瀝青成熟度特征,分析認(rèn)為,華慶地區(qū)長(zhǎng)8油層組第一期油成藏時(shí)間應(yīng)在晚侏羅世,第二期油成藏時(shí)間在早白堊世。

        2.3 成藏模式

        前人研究認(rèn)為[16,17],鄂爾多斯盆地長(zhǎng) 4+5—長(zhǎng)9段地層中暗色泥巖較為發(fā)育,為延長(zhǎng)組油藏主要供烴源巖,其中長(zhǎng)7段烴源巖最好。長(zhǎng)7段烴源巖有機(jī)碳含量為2%~5%,氯仿瀝青“A”為0.3%~0.5%,烴含量為1 833~3 505 μg/g,干酪根類(lèi)型屬腐殖—腐泥型,鏡質(zhì)體反射率0.73%~1.06%,處于成熟階段,是一套優(yōu)質(zhì)烴源巖,沉積中心在華池一帶,具強(qiáng)大生烴能力,并認(rèn)為長(zhǎng)8油層組原油來(lái)自長(zhǎng)7段烴源巖[17]。

        晚侏羅世,華慶地區(qū)長(zhǎng)7段烴源巖進(jìn)入生烴門(mén)限,生成的演化階段較低的原油向下運(yùn)移進(jìn)入長(zhǎng)8儲(chǔ)層成藏。此時(shí),該區(qū)上覆巖層較薄,且處于早成巖B期,尚未完成致密化,保存條件相對(duì)較差,隨中晚侏羅世地層抬升遭受生物降解作用形成瀝青(圖7),與鐵方解石、綠泥石一起充填在儲(chǔ)層孔隙中,使儲(chǔ)層孔滲能力進(jìn)一步降低。

        圖6 華慶地區(qū)長(zhǎng)7段源巖埋藏史和演化圖Fig.6 The burial history and evolution diagram of Chang 7 source rock in Huaqing area

        早白堊世,該區(qū)古地溫達(dá)到85~130℃,長(zhǎng)7段烴源巖達(dá)到成熟階段,進(jìn)入生烴高峰期,生成的油往下運(yùn)移,進(jìn)入長(zhǎng)8段儲(chǔ)層成藏(圖8)。因部分地區(qū)長(zhǎng)8段與長(zhǎng)7段源巖之間存在致密巖性隔層,阻擋了原油向下運(yùn)移,且第一期油形成的瀝青對(duì)部分儲(chǔ)層也有一定的傷害作用,再加上長(zhǎng)8段本身儲(chǔ)層非均質(zhì)性較強(qiáng),對(duì)該期原油運(yùn)移成藏產(chǎn)生重大影響,形成復(fù)雜的油水分布格局。

        3 成藏主控因素分析

        3.1 沉積相帶

        研究表明,華慶地區(qū)長(zhǎng)8段屬于三角洲前緣沉積,沉積微相主要為水下分流河道和分流間灣,沉積相帶的橫向展布控制了長(zhǎng)8段油藏平面分布規(guī)律(圖9),長(zhǎng)8段三角洲前緣水下分流河道為有利相帶,有利相帶上物性相對(duì)發(fā)育區(qū)為有利儲(chǔ)集體(圖10)。

        上傾方向湖相泥巖為最佳遮擋條件;其次為上傾方向致密砂巖遮擋。水下分流河道主體帶沉積的砂體,分選較好,發(fā)育剩余粒間孔,鈣質(zhì)膠結(jié)較弱,孔隙度、滲透率較大,物性較好,含油性較好,如白182井。水下分流河道邊緣帶沉積的砂體,由于河道的擺動(dòng),出現(xiàn)砂泥交互,分選較差,通過(guò)巖芯觀察,可以發(fā)現(xiàn)這些地方容易出現(xiàn)鈣質(zhì)膠結(jié),使含油性變差,如白473井。

        3.2 烴源巖特征及其展布

        總體而言,鄂爾多斯盆地長(zhǎng)7段烴源巖生烴能力巨大,但其展布受沉積環(huán)境影響。長(zhǎng)7段暗色泥巖呈北西—東南向傾斜的葫蘆狀分布,厚度由于沉積相的變化不同區(qū)域存在差異,不同地區(qū)生烴能力不同。

        研究發(fā)現(xiàn),華慶地區(qū)雖鄰近長(zhǎng)7段凹陷沉積中心,處于半深湖—深湖相,但泥巖分布不均衡,不同井位泥巖厚度不同。根據(jù)研究區(qū)取芯及測(cè)井解釋結(jié)果統(tǒng)計(jì),長(zhǎng)8段高產(chǎn)油井上覆長(zhǎng)7段泥巖累計(jì)厚度平均為46.8 m,低產(chǎn)油井為37.75 m,油水同層井為33.5 m,油氣顯示井為29.2 m,水井為26.47 m,無(wú)顯示井為24.09 m,干井為21 m(圖11)。不同類(lèi)型井與其長(zhǎng)7段泥巖厚度之間的這種對(duì)應(yīng)關(guān)系說(shuō)明,泥巖厚度對(duì)長(zhǎng)8段儲(chǔ)層含油性具有重要控制作用,泥巖越厚,生烴能力越強(qiáng),勘探效果越好。

        此外,還存在一些井,其長(zhǎng)7段泥巖厚度較大,但是勘探效果卻很差,如白473井(水井,泥巖厚度為53 m)(圖12),但分析發(fā)現(xiàn)其泥巖不純,為砂質(zhì)泥巖,供烴能力很差,導(dǎo)致其沒(méi)有成藏。

        3.3 烴源巖與儲(chǔ)層的接觸關(guān)系

        油氣藏的形成,不僅要看生、儲(chǔ)、蓋層的存在與否,更重要的是看它們?cè)跁r(shí)間和空間上的相互聯(lián)系和配置情況,特別對(duì)于致密儲(chǔ)層,油進(jìn)行長(zhǎng)距離側(cè)向運(yùn)移較為困難,因此儲(chǔ)蓋組合與生油層之間的配置關(guān)系顯得尤為重要[18]。

        從華慶地區(qū)油水井特征及其烴源巖分布特征來(lái)看,存在一些井,其長(zhǎng)7段暗色泥巖厚度較大,但是勘探效果也較差。

        圖12為不同類(lèi)型井長(zhǎng)7段泥巖分布和長(zhǎng)8段儲(chǔ)層接觸關(guān)系圖。從圖上可看出,白241井長(zhǎng)7段泥巖厚度較大,為34 m,但長(zhǎng)8段儲(chǔ)層與長(zhǎng)7段源巖之間存在小段泥巖隔層,后期因成巖作用致密化,孔滲能力嚴(yán)重降低,且泥巖塑性較強(qiáng),裂縫不發(fā)育,嚴(yán)重阻礙了長(zhǎng)7段源巖生成的油向下運(yùn)移到長(zhǎng)8段儲(chǔ)層,導(dǎo)致該井出水。此外,高產(chǎn)油井與高產(chǎn)油低產(chǎn)水的油水同層井的長(zhǎng)7段烴源巖厚度大,如白465井,長(zhǎng)8段儲(chǔ)層物性好,且長(zhǎng)7段烴源巖與長(zhǎng)8段儲(chǔ)層直接接觸或相距很近,長(zhǎng)7段烴源巖和長(zhǎng)8段試油層段之間無(wú)致密巖性隔層(圖12)。因此,該區(qū)長(zhǎng)8油層組成藏特征除與烴源巖的分布有關(guān)外,源巖與儲(chǔ)層之間接觸關(guān)系對(duì)該區(qū)的成藏也起到重要控制作用。

        圖9 長(zhǎng)81段沉積相與油水關(guān)系分布圖Fig.9 The distribution of oil and water with sedimentary facies of Chang 81reservoir

        圖10 華慶地區(qū)元297井—白280井沉積微相剖面圖Fig.10 The sedimentary microfacies section of Well Yuan 297—Well Bai 280 in Huaqing area

        圖11 華慶地區(qū)長(zhǎng)81段不同類(lèi)型井對(duì)應(yīng)長(zhǎng)7段泥巖厚度統(tǒng)計(jì)圖Fig.11 The thickness diagram of Chang 7 mudstone above different wells of Chang 81in Huaqing area

        3.4 瀝青充填孔隙對(duì)儲(chǔ)層含油性的影響

        從儲(chǔ)層熒光觀察結(jié)果看,發(fā)藍(lán)色熒光的油(第二期油)分布在黑色充填物(成巖過(guò)程中形成的含鐵方解石、綠泥石以及第一期油藏破壞形成的瀝青)少的殘余孔中,說(shuō)明大規(guī)模油運(yùn)移發(fā)生在儲(chǔ)層致密化之后,使得大量生烴階段的油只能運(yùn)移到相對(duì)較好的儲(chǔ)層中或黑色填隙物少的殘余孔中,儲(chǔ)層致密化程度不同導(dǎo)致局部地區(qū)油水關(guān)系分布復(fù)雜。

        一般情況下,研究?jī)?chǔ)層致密化主要是從儲(chǔ)層成巖作用入手,對(duì)成藏過(guò)程中形成的瀝青對(duì)儲(chǔ)層物性的傷害考慮較少。而且,根據(jù)目前儲(chǔ)層孔隙度、滲透率實(shí)驗(yàn)規(guī)范(SY/T 5336),實(shí)驗(yàn)前要先洗油,孔隙中充填的瀝青也一并清除,導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)物性分析數(shù)據(jù)失真,測(cè)得孔滲偏高,忽略了瀝青對(duì)儲(chǔ)層產(chǎn)生的影響。

        圖12 白241等井長(zhǎng)7段泥巖分布和長(zhǎng)8段儲(chǔ)層接觸關(guān)系圖Fig.12 Relationship between Chang 7 mudstone and Chang 8 reservoir of Well Bai 241

        部分井,物性好卻出水,雖然其長(zhǎng)8段儲(chǔ)層和長(zhǎng)7段泥巖直接接觸,泥巖厚度也較大,但長(zhǎng)8段儲(chǔ)層孔隙被瀝青、含鐵方解石等充填,剩余孔隙較少,后期油儲(chǔ)層空間非常有限,主要是殘余孔聚油,導(dǎo)致勘探效果變差。如研究區(qū)山莊區(qū)塊,長(zhǎng)8段儲(chǔ)層在長(zhǎng)7段泥巖大量生烴時(shí)已發(fā)生強(qiáng)烈的壓實(shí)作用,而且孔隙除被含鐵方解石充填外,第一期油受破壞形成的瀝青也大量充填其中(瀝青清除后儲(chǔ)層孔隙度最高可增加5.6%,另文發(fā)表),使第二期油成藏期儲(chǔ)層物性進(jìn)一步變差[19,20],生成的油只能運(yùn)移到填隙物少的好砂層中或殘余孔中聚集成藏。成藏受多種因素控制,使該區(qū)長(zhǎng)8油層組油水分布更加復(fù)雜。

        4 結(jié)論

        (1)華慶地區(qū)長(zhǎng)8段儲(chǔ)層鏡下見(jiàn)兩種顏色熒光,包裹體均一化溫度存在兩個(gè)主峰,且原油與儲(chǔ)層抽提物地化特征不同,說(shuō)明長(zhǎng)8段儲(chǔ)層存在兩期成藏。據(jù)烴源巖演化史分析,在晚侏羅世,長(zhǎng)7段源巖進(jìn)入生烴門(mén)限,生成的低演化階段產(chǎn)物遭生物降解形成瀝青,與綠泥石和鐵方解石一起充填于孔隙中,嚴(yán)重降低儲(chǔ)層物性;早白堊世,長(zhǎng)7段源巖到成熟階段,是長(zhǎng)8段油藏主要成藏期,目前儲(chǔ)層中油主要是該期油聚集成藏結(jié)果。

        (2)華慶地區(qū)油水分布復(fù)雜,雖靠近長(zhǎng)7段源巖沉積中心,但源巖厚度及其生烴能力存在差異,烴源巖厚度以及源巖與儲(chǔ)層之間的輸導(dǎo)層共同控制著該區(qū)長(zhǎng)8段儲(chǔ)層的含油性,烴源巖與儲(chǔ)層之間的致密巖性段可阻礙油往下運(yùn)移到長(zhǎng)8段儲(chǔ)層。

        (3)華慶地區(qū)長(zhǎng)8油層組的成藏控制因素主要有:沉積相帶展布、儲(chǔ)層物性特征、烴源巖生烴能力及其展布、儲(chǔ)層與源巖接觸關(guān)系、瀝青對(duì)儲(chǔ)層物性影響等。特別值得注意的是先期進(jìn)入儲(chǔ)層并遭降解形成的瀝青對(duì)儲(chǔ)層物性有較大的影響,會(huì)使儲(chǔ)層物性變差,還可改變油的富集。儲(chǔ)層致密化程度不同導(dǎo)致油藏的油水關(guān)系分布復(fù)雜,儲(chǔ)層物性對(duì)油藏分布特征控制作用明顯。

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