甘志紅

(中國石化勝利油田分公司地質(zhì)科學研究院)

0 引言

陽信洼陷位于惠民凹陷東北部，隸屬于渤海灣盆地濟陽坳陷惠民凹陷次一級負向構(gòu)造單元，北靠無棣凸起，東鄰沾化凹陷的流鐘洼陷，南接林樊家構(gòu)造北緣，呈典型的北斷南超的箕狀結(jié)構(gòu)特點，面積約1290 km2(圖1)。陽信洼陷是濟陽坳陷惠民凹陷含油氣較為豐富的構(gòu)造單元，目前已完鉆的46口探井中有14口井在沙一段共解釋氣層42層78.4 m，有3口井獲得工業(yè)氣流，展示了該區(qū)良好的勘探潛力。

圖1 陽信洼陷構(gòu)造位置圖

1 氣藏特征及地化性質(zhì)

1.1 氣藏特征

陽信洼陷發(fā)現(xiàn)的天然氣主要分布于沙一段，氣藏埋藏淺，氣藏埋深一般為1309.38～1520.4 m。單層厚度小，厚度為0.8～5.5 m，平均單層厚度為1.9 m，平面上疊合連片，單井產(chǎn)能較高，產(chǎn)能為 9498～23910 m3，經(jīng)濟效益較好。天然氣主要分布于惠城鼻狀構(gòu)造帶和東部的商店披覆構(gòu)造帶?？v向上，天然氣集中分布于沙一段中、下亞段，氣藏類型包括構(gòu)造氣藏、構(gòu)造-巖性氣藏、巖性氣藏(圖2)。

圖2 陽信洼陷沙一段東西向氣藏剖面圖

1.2 氣藏地化性質(zhì)

通過本地區(qū)陽101井等5口井沙一段天然氣組分分析(表1)，甲烷含量一般在95.00%～98.49%，平均值為97.30%；重烴(C2+)含量平均值0.14%；天然氣相對密度平均0.5711；甲烷系數(shù)(C1/C1-C5)平均值0.9986；說明沙一段天然氣具有富甲烷、貧重烴、低密度，呈典型的干氣特征。

陽信洼陷沙一段生物氣δ13C1介于-56.46‰～-60.88‰之間，平均值為-59.31‰(表1)，與國內(nèi)典型生物氣田甲烷碳同素具有相似的地化特征。碳同位素是鑒定天然氣成因的重要指標[1]，微生物成因氣CH4碳同位素的δ13C1值一般位于-55‰～-100‰，δ13C1值大于-55‰屬于熱成因氣，因此δ13C1值-55‰成為生物氣區(qū)別于熱解成因氣和深源氣的重要鑒別指標之一[2]。再結(jié)合陽信洼陷沙一段天然氣埋深淺、富甲烷、貧重烴、低密度的特點，因此陽信洼陷沙一段天然氣屬于生物氣成因。

表1 陽信洼陷生物氣地化特征一覽表

1.3 氣源對比

陽信洼陷東部陽24井沙一段泥巖吸附氣甲烷碳同位素介于-51.91‰～-61.6‰，平均為-55.30‰；而沙三段泥巖吸附氣甲烷碳同位素介于-47.94‰～-51.04‰，平均為-49.7‰，沙一段生物氣甲烷碳同位素與沙一段泥巖吸附氣甲烷碳同位素接近，說明沙一段天然氣來自沙一段烴源巖。

2 儲層特征與儲蓋組合

陽信洼陷沙一段生物氣主要賦存于沙一段濱淺湖亞相生物灘微相生物灰?guī)r或白云巖儲層及砂壩微相砂巖儲層中(圖3)，尤其是以碳酸鹽巖儲層為主，沙一段含氣儲層 82%為碳酸鹽巖儲層，28%為粉砂巖儲層。

2.1 儲層分析

生物灘微相儲層為水下高地上發(fā)育的以生物碎屑為主的顆粒碳酸鹽巖，巖性主要為生物灰?guī)r和生物白云巖。主要分布于沙一中與沙一下亞段，尤其是沙一中亞段，東部商店披覆構(gòu)造帶及中部惠城鼻狀構(gòu)造帶發(fā)育分布面積較大的介形蟲和藻類生物灰?guī)r，單層厚度0.5～2 m，最厚6 m，局部有生物礁發(fā)育，造礁生物為中國枝管藻，組成抗浪骨架。生物礁主要分布于商店披覆構(gòu)造帶構(gòu)造高部位，水體清澈、透明，陽光充足，礁體發(fā)育成層狀，單層1.5 m左右。陽16井沙一段1287.94 m生物白云巖，鏡下可見大量完整的螺、介形蟲及其碎片充填管間，并保留部分原生骨架孔隙。次生溶孔發(fā)育。實驗室統(tǒng)計8塊樣品物性分析發(fā)現(xiàn)，沙一段碳酸鹽巖孔隙度為4.6%～31.5%，平均16.7%，滲透率為0.21～236 mD，屬于較好的儲集層，是生物氣的主要儲層。

圖3 陽101井沙一段單井相圖

砂壩微相儲層主要形成于湖盆邊部淺水地帶和水下高地周圍，巖性為灰色、灰白色粉砂巖和少量細砂巖。礦物成分較純，分選和磨圓較好，泥質(zhì)含量較少，波浪層理明顯。單層厚度一般1～2 m，最大3 m，自然電位曲線為漏斗狀、箱狀。以陽101氣藏為例，通過測井解釋，陽101沙一上亞段粉砂巖含氣儲層，孔隙度為25.7%，滲透率為137.4 mD，具有很好的儲集性能。

2.2 蓋層評價

天然氣能否聚集成藏的一個必要條件是具有穩(wěn)定分布的蓋層。通過單井相分析，沙一段生物氣藏的直接蓋層為濱淺湖亞相及深湖相泥巖、油泥巖及油頁巖，同時沙一上亞段廣泛分布有一套穩(wěn)定沉積的厚達20～60 m的濱淺湖相及深湖相的深灰色、灰色泥巖，作為沙一段天然氣聚集的有效的區(qū)域蓋層。

蓋層的毛細管力、孔隙流體異常壓力和蓋層與儲集層中氣體的濃度差，是阻止天然氣逸散的三種主要封閉機制。由于沙一段為常壓系統(tǒng)，毛細管作用是主要的封閉機制，即蓋層與下伏儲集層的排驅(qū)壓力之差必須大于或等于天然氣向上逸散的的各種動力之和(浮力、水動力等)，才能封閉油氣。陽信沙一段含氣粉砂巖排驅(qū)壓力約為0.12 MPa。沙一段氣藏的高度均小于20 m，其浮力為0.05～0.2 MPa，這是天然氣向上運移的主要驅(qū)動力，也是儲氣層的剩余壓力。由于陽信沙一段地層起伏不大，水動力的影響遠小于毛細管力作用，可以忽略不計。因此，沙一段生物氣聚集的一個必要條件是蓋層的突破壓力必須大于或等于下伏儲集層的剩余壓力。也就是說，當蓋層突破壓力達到或大于0.05～0.2 MPa，就能構(gòu)成有效的遮擋。

陽信沙一段地層埋深1100～1750 m，泥巖突破壓力約為2～3.5 MPa[3]，另外，由于沙一段泥巖中不同程度的飽含水，飽和水的泥巖排驅(qū)壓力遠大于飽和空氣的排驅(qū)壓力[4]。因此，沙一段泥巖直接蓋層及沙一上穩(wěn)定分布的區(qū)域蓋層突破壓力遠大于氣藏剩余壓力，具備了有效蓋層的條件。

2.3 儲蓋組合類型

陽信沙一段斷層不發(fā)育，沙一上亞段暗色泥巖廣泛分布，構(gòu)成了沙一段生物氣藏的重要區(qū)域蓋層，生物氣在沙一段聚集形成自儲自蓋型。根據(jù)儲層巖性劃分為碳酸鹽巖儲蓋組合和砂泥巖儲蓋組合兩種類型。

3 生物氣成藏主控因素

陽信洼陷沙一段生物氣成藏主控因素有氣源、構(gòu)造、巖性以及保存條件。氣源是生物氣成藏和富集的物質(zhì)基礎(chǔ)；大型構(gòu)造背景有利于生物氣運聚形成氣藏，儲層厚度、展布面積決定生物氣藏規(guī)模大小，保存條件是生物氣成藏的關(guān)鍵。

3.1 烴源巖

(1)地溫

生物氣是指烴源巖有機質(zhì)通過微生物的生物化學作用分解有機質(zhì)形成的以甲烷為主的天然氣[5]。在生物氣的形成過程中，甲烷菌等微生物起到了重要的作用?？刂萍淄榫L的因素有地溫、氧化還原性、酸堿性等，適宜的地溫條件是甲烷菌生存的基礎(chǔ)，對生物氣的形成起到主要的控制作用[6]。

甲烷菌生存溫度范圍一般在0～75 ℃，具有較大生理活性是35 ～65 ℃[7]。通過7口井的測試分析，沙一段地溫值介于54.0 ～63.0 ℃，平均56.9 ℃，處于生物氣生烴高峰時期，即沙一段烴源巖仍處于生烴階段，屬于晚期大量生成，有利于晚期成藏。

溫度條件也決定了烴源巖的埋深，若將75 ℃作為甲烷菌生存的下限，按平均地溫梯度3.3 ℃/100 m計算，則生物氣生成深度下限值為1850 m，而洼陷沙一段烴源巖最大埋深僅1760 m，因此，沙一段烴源巖處于生物氣窗。

(2)烴源巖品質(zhì)

沙一段沉積時期，陽信洼陷為斷陷活動晚期，接受淺湖或半深湖相沉積，形成了廣泛分布的深灰色、灰色的油頁巖、泥巖，構(gòu)成了沙一段重要的氣源巖。源巖有機碳平均值4.24%，有機質(zhì)類型為I型；國內(nèi)其它一些生物氣田如柴達木盆地第四系、鶯歌海盆地第四系樂東組、浙江沿海第四系濱海組氣源巖有機碳介于0.3%～0.61%之間，有機質(zhì)類型為II型和III型。李明宅等認為，甲烷產(chǎn)率與有機質(zhì)類型有關(guān)，有機質(zhì)的生氣率主要受有機質(zhì)類型中可降解物含量控制，母質(zhì)類型愈好，總生氣量就愈大[8]。通過模擬實驗I型干酪根70 ℃累計生氣率可達115 m3/t，II型和III型干酪根70 ℃累計生氣率為85 m3/t與50 m3/t。因此，陽信洼陷湖相氣源巖品質(zhì)較好，具有較高產(chǎn)氣率和較大生氣量，彌補了洼陷氣源巖厚度和分布面積相對較小的弱點，為沙一段生物氣成藏提供了充足的氣源條件。3.2構(gòu)造巖性因素

在區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力和火成巖作用下，形成了陽信洼陷沙一段東高西低、北斷南超的構(gòu)造格局。東部為沙三段火成巖噴發(fā)背景上的商店披覆構(gòu)造，中部為一個由南向北延伸入洼的大型惠城鼻狀構(gòu)造，構(gòu)成了沙一段湖相沉積的水下高地，并發(fā)育了濱淺湖亞相生物灘、砂壩、席狀砂等，沉積了生物灰?guī)r和砂巖等儲層，構(gòu)成了構(gòu)造-巖性、巖性等多種有利圈閉類型，為生物氣成藏創(chuàng)造了較好的條件。

(1)構(gòu)造背景

陽信洼陷生物氣主要富集于東部的商店披覆構(gòu)造和中部的惠城鼻狀構(gòu)造。這些構(gòu)造不僅為古沉積環(huán)境的高點，而且還具有良好的繼承性發(fā)育特點，為生物氣運聚成藏提供了有利場所。如惠城鼻狀構(gòu)造帶位于洼陷中部，呈近南北向展布，為寬緩低幅度的隆起構(gòu)造。古隆起構(gòu)造是濱淺湖亞相的生物灘、砂壩、席狀砂等多種微相的生物灰?guī)r和砂巖儲層發(fā)育帶，同時古隆起構(gòu)造背景還處于低流體勢區(qū)，為生物氣運移的有利指向[9]。隆起構(gòu)造較深洼陷區(qū)埋藏淺，地層溫度、壓力降低，為生物氣運移、分異和聚集提供了優(yōu)越的地質(zhì)條件，成為生物氣富集的主要場所，古構(gòu)造背景控制儲層分布、生物氣運移方向和聚集程度。

(2)巖性因素

陽信洼陷含氣儲層單層厚度較小，但層數(shù)多、疊合面積較大。洼陷東部商店披覆構(gòu)造廣泛分布的生物灰?guī)r或生物白云巖，碳酸鹽巖分布面積達100 km2以上，生物灰?guī)r發(fā)育中心為陽16井附近，沉積厚度最大，累計達11 m，向西生物灰?guī)r厚度逐漸減薄至1 m，氣層厚度也相應(yīng)減薄，說明巖性因素控制了生物氣的富集程度。

3.3 保存條件

(1)快速沉積

生物氣通常發(fā)現(xiàn)于沉積速率大于0.05 mm/a地區(qū)，陽信洼陷沙一段沉積速率達0.60 mm/a?？焖俪练e有利于早期生成的生物氣保存下來，同時也有利于沉積物有機質(zhì)的堆積、埋藏和保存，促進有機質(zhì)不斷進入生物氣主生氣帶，并減少了生物氣的散失[10]。

(2)斷裂作用弱

沙一段沉積期，洼陷邊界斷層-陽信斷層活動減弱，洼陷內(nèi)部二級及三級斷層不發(fā)育。東營組沉積時期，受區(qū)域構(gòu)造運動的影響，洼陷整體抬升，洼陷內(nèi)為河流相沉積；東營組沉積以后進入拗陷期。因此形成陽信洼陷沙一段、東營組以及上第三系斷層不發(fā)育、形態(tài)呈“平底鍋”的構(gòu)造特征，減少生物氣沿縱向的散失量，有利于生物氣的大量保存。

陽信大斷層作為洼陷的邊界斷層，斷裂附近地表水較為豐富，水質(zhì)較淡，甲烷菌異?；钴S，促使有機質(zhì)早期分解，不利于有機質(zhì)保存和生物氣成藏的形成，同時斷裂活動易導(dǎo)致生物氣擴散，對生物氣藏有一定程度的破壞作用，因此生物氣主要富集在遠離大斷裂的圈閉。

4 氣藏描述與勘探潛力評價

陽信洼陷沙一段生物氣單層厚度較小、層數(shù)多、平面上疊合連片，含氣儲層大數(shù)為碳酸鹽巖儲層類型，而碳酸鹽巖具有密度大、聲波時差較小，含氣之后碳酸鹽物理條件變化較小，常規(guī)的測井約束反演或者屬性提取等方法很難取得滿意的效果，因此在陽信地區(qū)應(yīng)用了COBEN氣藏描述技術(shù)。

4.1 COBEN氣藏描述技術(shù)

COBEN儲層反演及氣藏烴類檢測技術(shù)利用AVD異常及PR等參數(shù)開展氣藏富集區(qū)的預(yù)測。儲層實際是多相介質(zhì)，儲層的各項異性會導(dǎo)致地震波動存在差異。通過使用地震、區(qū)域地質(zhì)數(shù)據(jù)反演地層的物性參數(shù)，能細致地反映地下各種地質(zhì)現(xiàn)象，從不同側(cè)面反映地質(zhì)體的巖性及所含流體的變化。

COBEN氣藏描述技術(shù)包括AVD反演油氣技術(shù)和PR異常特殊處理技術(shù)兩項技術(shù)：

AVD代表地震波吸收參數(shù)的異常及速度的發(fā)散，由于地震波是在非彈性介質(zhì)中傳播的，當儲層富含天然氣時，地震波在其中傳播將引起速度變化，分析提取速度的變化率即速度發(fā)散參數(shù)與地震波的吸收特性有助于宏觀上提高分辨高滲儲層及氣藏的能力，最終利用吸收特性及速度發(fā)散曲線在儲層上的異常來預(yù)測油氣藏，AVD最大值反映油氣富集異常區(qū)。

PR異常處理技術(shù)就是利用二維或三維地震資料計算主頻衰減異?！鱂(dF/dt)、速度異?！鱒 (dV/dt)、振幅異?！鰽 (dA/dt)、極化率變化，將以上參數(shù)校正后合成為PR參數(shù)，PR高異常值代表著主頻衰減率高、速度異常值大等信息，代表著儲層存在富含天然氣的可能性。

4.2 COBEN氣藏描述技術(shù)應(yīng)用

通過在陽信洼陷應(yīng)用COBEN氣藏描述技術(shù)，預(yù)測結(jié)果與已知氣藏基本吻合，并對無井鉆遇區(qū)做出了儲層預(yù)測。以惠城鼻狀構(gòu)造帶的陽101塊為例，陽101塊已鉆有陽1、陽101、陽21等氣井，含氣儲層主要生物灰?guī)r和砂巖，單層厚度較小，但層數(shù)多且儲層物性較好。陽101井沙一段1504.2～1529.6 m氣層共有5層厚7.7 m，進行常規(guī)試氣，5 mm油嘴日產(chǎn)天然氣12250 m3。通過陽101井與陽1井、陽21井儲層對比，氣藏基本疊合連片。PR反演及AVD反演表明，在陽101、陽1、陽21等井處由于儲層含氣，反演顯示為連續(xù)強異常。另外124.4測線AVD反演剖面表明，洼陷中部背斜帶有明顯高異常，構(gòu)造高點AVD異常最強，而鞍部AVD異常減弱乃至消失，反映出氣藏及儲層的分布受構(gòu)造因素影響較大。而未鉆遇氣層的井PR反演與AVD反演為弱異常。分析發(fā)現(xiàn)試氣獲工業(yè)氣流或測井解釋氣層的井其AVD異常值均大于1180，而測井未解釋氣層的井其AVD異常值均小于1180，因此將1180作為是否含氣的分界值：>1180計算含氣范圍之內(nèi)，<1180排除在含氣范圍之外。運用AVD及PR反演，可以較有效地反映氣藏及儲層的空間展布。

由于陽信洼陷沙一段生物氣儲層主要為生物灰?guī)r，氣藏富集于生物灰?guī)r較為發(fā)育的水小隆起及斜坡，通過將氣藏AVD反演與生物灰?guī)r厚度疊合，可以較為準確地預(yù)測生物氣的展布(圖4)。陽信洼陷沙一段生物氣不僅具有氣藏東西連片、整盆含氣的局面，而且尚有不少生物灰?guī)r、砂巖儲層發(fā)育區(qū)，且構(gòu)造有利地區(qū)仍具有較大的天然氣勘探潛力。

圖4陽信洼陷AVD反演疊合生物灰?guī)r厚度平面圖

4.3 勘探潛力評價

陽信洼陷生物氣富集區(qū)塊如惠城鼻狀構(gòu)造帶傾沒端的陽101 塊及商店披覆構(gòu)造帶的陽16塊具有有利的構(gòu)造背景，發(fā)育了生物灘、砂壩等微相的良好儲層，并位于油氣運聚的有利指向區(qū)，已有多口井鉆遇氣層，并有3口井試氣獲得工業(yè)氣流，運用COBEN氣藏描述技術(shù)及儲層預(yù)測分析，描述與預(yù)測了氣藏的展布，陽信洼陷預(yù)測生物氣含氣面積164.5 km2，預(yù)測生物氣地質(zhì)儲量146.2×108m3，顯示了該區(qū)具有較大的勘探潛力。

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