趙靖舟,李 軍,曹 青,白玉彬,耳 闖,王曉梅,肖 暉,吳偉濤
(1.西安石油大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院,陜西西安710065; 2.西安石油大學(xué)陜西省油氣成藏地質(zhì)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,陜西西安710065)
致密油氣可定義為儲(chǔ)層致密、只有經(jīng)過(guò)大型壓裂改造等措施才可以獲得經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量的烴源巖外油氣聚集,其中致密氣的儲(chǔ)層絕對(duì)滲透率一般小于1 ×10-3μm2,致密油的儲(chǔ)層絕對(duì)滲透率一般小于2 ×10-3μm2[1]。按照儲(chǔ)層巖性,致密油氣主要包括致密砂巖和致密碳酸鹽巖油氣。
致密油氣是世界上最早投入勘探開發(fā)并取得很大成功的一種非常規(guī)油氣資源,也是非常規(guī)油氣中資源最豐富、勘探開發(fā)潛力最大的礦種之一。近年來(lái),在美國(guó)頁(yè)巖氣勘探開發(fā)取得巨大成功的激勵(lì)下,致密油氣也再次引起人們的重視。特別是在中國(guó),致密油氣已成為近年來(lái)油氣勘探開發(fā)的熱點(diǎn)之一,并已在中部的鄂爾多斯盆地和四川盆地、西部的塔里木盆地、準(zhǔn)噶爾盆地和吐哈盆地以及東部的松遼盆地、渤海灣盆地等幾乎所有主要產(chǎn)油氣盆地均取得了重要突破,成為近年來(lái)中國(guó)油氣儲(chǔ)量和產(chǎn)量的主要增長(zhǎng)點(diǎn)之一。由于致密油氣資源潛力較大、在非常規(guī)油氣各礦種中相對(duì)最易于開采,因而是世界非常規(guī)油氣資源中最現(xiàn)實(shí)的勘探開發(fā)對(duì)象。另一方面,致密油氣是地質(zhì)特征最接近常規(guī)油氣的一種非常規(guī)油氣,也是非常規(guī)油氣中成藏機(jī)理最復(fù)雜的一類油氣。因此,有關(guān)致密油氣的成藏模式一直存有爭(zhēng)議。鑒此,本文擬就這一問(wèn)題加以探討。
對(duì)致密油氣成藏模式的認(rèn)識(shí),目前還存在較大分歧。主要存在兩種看法:一是深盆氣/盆地中心氣理論,或連續(xù)油氣聚集理論;二是常規(guī)油氣聚集理論。2011年,在第四屆中國(guó)石油地質(zhì)年會(huì)上,筆者等[2]提出中國(guó)致密砂巖氣存在準(zhǔn)連續(xù)型與不連續(xù)型兩種成藏模式。爾后,筆者[1]又將非常規(guī)油氣分為連續(xù)型、準(zhǔn)連續(xù)型和不連續(xù)型3 種類型,并指出其中致密油氣主要有準(zhǔn)連續(xù)型和不連續(xù)型兩類。同年,戴金星院士等[3]提出致密砂巖氣藏可分為“連續(xù)型”和“圈閉型”兩類。最近,筆者等[4]明確提出致密砂巖油氣存在連續(xù)型(深盆氣型)、準(zhǔn)連續(xù)型和不連續(xù)型(常規(guī)圈閉型)3 種成藏模式,以準(zhǔn)連續(xù)型最為常見,次為不連續(xù)型,連續(xù)型(深盆氣型)則較不多見。近年來(lái),筆者等[5-8]還進(jìn)一步論證了準(zhǔn)連續(xù)型油氣藏或油氣聚集在鄂爾多斯等盆地的存在,并認(rèn)為這種類型的油氣聚集是致密油氣中的一種主要類型。此外,還有學(xué)者按照儲(chǔ)層致密化與油氣充注的先后時(shí)間關(guān)系將致密砂巖氣藏分為儲(chǔ)層先期致密深盆氣藏型(“先成型”深盆氣藏)與儲(chǔ)層后期致密氣藏型(“后成型”致密氣藏)[9]。
應(yīng)當(dāng)指出的是,上述學(xué)者對(duì)致密油氣成藏模式的認(rèn)識(shí),除趙靖舟[1]、趙靖舟等[3,6-8]的討論外,其余都是針對(duì)致密砂巖氣而言的,而不包含對(duì)致密油藏成藏模式的討論,也未涉及對(duì)致密碳酸鹽巖油氣成藏模式的探討。通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外致密油氣(包括致密油和致密氣以及致密砂巖油氣和致密碳酸鹽巖油氣)成藏特征的全面分析,本文提出致密大油氣田存在3 種成藏模式,即連續(xù)型(深盆氣型)、準(zhǔn)連續(xù)型和不連續(xù)型(常規(guī)圈閉型)(圖1)。以下分別就3 種模式的主要成藏特征加以分析和討論。
1.1.1 概念其特征
“連續(xù)型聚集”(“continuous accumulation”)概念最早由美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局在20 世紀(jì)90年代中期提出[10-11]。按照Schmoker[11-12]的看法,連續(xù)型油氣藏包括煤層氣、盆地中心氣、致密氣、頁(yè)巖氣和天然氣水合物等。
Schmoker[11-12]指出,一個(gè)連續(xù)型油氣藏,實(shí)際上就是一個(gè)單個(gè)區(qū)域性分布的、不受水柱顯著影響的大型油氣田,其形成并不直接歸因于油氣在水中的浮力,也不是由下傾方向油氣水界面所界定的若干個(gè)分散的油氣田組成。連續(xù)型油氣聚集的地質(zhì)特征一般為:分布于飽和水的巖石下傾方、缺乏明顯的圈閉和蓋層、油或氣普遍性的充注、廣大的分布范圍、低的基質(zhì)滲透率、異常壓力(高或低)、與源巖緊密聯(lián)系[10,13]。
圖1 致密油氣藏成藏模式Fig.1 Hydrocarbon accumulation patterns of tight reservoirs
美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局全國(guó)油氣資源評(píng)價(jià)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人Schenk[14]提出了判別連續(xù)型天然氣聚集的16 個(gè)地質(zhì)特征,2005年在AAPG Hedberg 會(huì)議上,Schenk[15]又將這些特征進(jìn)一步擴(kuò)展到連續(xù)油和氣聚集(而不僅是連續(xù)氣聚集),認(rèn)為一個(gè)連續(xù)油或氣聚集可能具有全部或其中部分特征。這些特征是:1)區(qū)域性分布;2)具有彌散性邊界;3)先存各“油氣田”合并為單個(gè)的區(qū)域性聚集;4)無(wú)明顯的圈閉和蓋層;5)無(wú)明確的油水或氣水界面;6)烴類侵位不是由水動(dòng)力引起;7)通常具有異常地層壓力;8)資源量巨大、采收率很低;9)地質(zhì)控制的“甜點(diǎn)”;10)產(chǎn)自由水很少(煤層氣除外);11)地層水一般位于油氣的上傾方向;12)真正的干井很少;13)儲(chǔ)層一般鄰近源巖;14)油井或氣井最終采出量低于常規(guī)氣藏;15)儲(chǔ)層基質(zhì)滲透率很低;16)儲(chǔ)層普遍發(fā)育天然裂縫。
可以看出,Schmoker[11-12]將盆地中心氣、致密氣均納入連續(xù)氣的范疇。而且,無(wú)論是 Schmoker(2005)[13]還是Schenk(2002,2005)[14-15],都強(qiáng)調(diào)地層水位于油氣上傾方向是連續(xù)型油氣聚集的重要特征之一,這大體上類似于深盆氣或盆地中心氣氣水倒置的概念。
1.1.2 深盆油氣的成藏特征、成藏機(jī)理與形成條件
深盆氣的概念最早由Masters[16]提出,盆地中心氣則由Rose 等[17]、Law[18]提出。通過(guò)多年的研究,對(duì)深盆氣或盆地中心氣的成藏特征與成藏機(jī)理逐漸取得了一些共識(shí)。
普遍認(rèn)為深盆油氣的主要特點(diǎn)是:油氣大面積連續(xù)分布;油氣水倒置,無(wú)邊底水,油氣藏范圍內(nèi)基本上不產(chǎn)水;油氣藏形成和分布不需要常規(guī)圈閉,或?yàn)閯?dòng)力圈閉控制。其成藏機(jī)理(圖1a)可以概括為:1)成藏時(shí)間大多較晚,儲(chǔ)層先致密后成藏;2)油氣集中式充注為主,垂向與側(cè)向排驅(qū),初次運(yùn)移和二次運(yùn)移成藏,近源-遠(yuǎn)源聚集;3)非浮力驅(qū)動(dòng),主要為生烴膨脹力和擴(kuò)散作用力(對(duì)天然氣運(yùn)移而言);4)非達(dá)西流運(yùn)移,主要為涌流、擴(kuò)散流(對(duì)天然氣運(yùn)移而言);5)油氣聚集主要受油氣和水之間的動(dòng)力平衡控制,或者說(shuō)受某種動(dòng)力圈閉控制(如毛細(xì)管壓力封閉)。
由于油、氣、水倒置在力學(xué)上是不穩(wěn)定的,其演化的最終趨勢(shì)必然是油、氣、水呈正常分布,因此這類油氣藏的形成需要特殊的地質(zhì)條件。主要的條件有:1)構(gòu)造背景須為地層平緩、褶皺和斷裂不發(fā)育的凹陷和斜坡;2)源儲(chǔ)鄰近,烴灶晚近期生烴、持續(xù)生排、不間斷供烴;3)儲(chǔ)層先致密后成藏;4)物性由構(gòu)造低部位向上傾方向逐漸變好,且在含油氣面積內(nèi)基本上為油氣全充滿。
可以看出,深盆油氣藏的形成所要求的條件是十分嚴(yán)格的。這種近乎苛刻的條件,決定了深盆氣雖然在理論上可行,但在實(shí)際的地質(zhì)環(huán)境中很難形成并長(zhǎng)期存在。因此,也就造成了深盆氣模式自提出以來(lái)就一直備受爭(zhēng)議。近10年來(lái),隨著勘探開發(fā)程度的提高,一些學(xué)者提出原來(lái)被認(rèn)為屬于深盆氣或盆地中心氣的氣藏實(shí)際上并非如此,而屬于常規(guī)氣藏,如落基山地區(qū)大綠河盆地[19-20]、圣胡安盆地[21]。Forster 和Horne[22]則認(rèn)為,大多數(shù)落基山地區(qū)的盆地都既存在盆地中心氣那樣的非常規(guī)天然氣聚集,又同時(shí)存在著常規(guī)圈閉的天然氣聚集。最近,Cant[23]指出,西加拿大的兩個(gè)經(jīng)典“盆地中心氣”產(chǎn)層(Falher 段與Cadomin 礫巖)都顯示出常規(guī)圈閉的特征,其含氣帶與含水帶是分開的,并認(rèn)為包括尤因塔-皮申斯、圣胡安、懷俄明西北地區(qū)等許多美國(guó)盆地在內(nèi)的所有盆地中心氣聚集都是常規(guī)圈閉類型。
鑒于對(duì)經(jīng)典深盆氣或盆地中心氣模式越來(lái)越多的質(zhì)疑,2005年4 月24—29 日在科羅拉多召開的“致密砂巖氣的認(rèn)識(shí)、勘探與開發(fā)”AAPG Hedberg 會(huì)議上,許多參會(huì)者都同意有必要提出一種新的致密砂巖氣模式,認(rèn)為新的模式應(yīng)當(dāng)加入常規(guī)的圈閉元素,而且要與在低滲透氣藏中所觀察到的地層水分布相一致,并推薦了一個(gè)簡(jiǎn)化了的盆地中心氣聚集的新標(biāo)準(zhǔn),即:儲(chǔ)層為低滲透砂巖;原始地層壓力為異常壓力;飽和氣的儲(chǔ)層缺乏明確的氣水界面[24]。可以看出,修改后的盆地中心氣已失去了其原有的主要成藏特征內(nèi)涵,而與一般致密氣的概念幾乎相等同。
中國(guó)致密天然氣資源最豐富的鄂爾多斯盆地和四川盆地也存在著深盆氣與常規(guī)氣認(rèn)識(shí)之爭(zhēng)。如鄂爾多斯盆地,李振鐸等[25]、閔琪[26]等不少學(xué)者都曾提出并論證了深盆氣藏在該盆地上古生界的存在,然而李仲東等[27]則認(rèn)為鄂爾多斯盆地上古生界氣藏與典型深盆氣藏極為相似,但不存在明顯的氣水倒置現(xiàn)象,因而不屬于深盆氣藏,而為常規(guī)巖性和構(gòu)造-巖性氣藏類型,原因是上古生界持續(xù)供氣能力不夠、儲(chǔ)層連通性差。四川盆地川西坳陷三疊系須家河組氣藏也曾被一些學(xué)者認(rèn)為是深盆氣(如王金琪[28]),但葉軍[29]、楊克明等[30]、陳昭國(guó)[31]等則認(rèn)為該坳陷須家河組不屬于深盆氣,而為常規(guī)氣藏。
筆者認(rèn)為,典型的連續(xù)型油氣聚集應(yīng)是在烴源巖內(nèi)聚集的那些油氣,如頁(yè)巖油氣、煤層氣就屬于此類。而致密儲(chǔ)層中的油氣聚集屬于烴源巖外成藏,因而很難形成連續(xù)型或深盆氣型的油氣聚集。
不連續(xù)型(常規(guī)圈閉型)油氣藏的特點(diǎn)是:油氣藏呈孤立分散(不連續(xù))分布,邊界明確,邊底水或有或無(wú);油氣藏規(guī)模不等,一般較小;油氣藏分布嚴(yán)格受圈閉控制,圈閉為常規(guī)的構(gòu)造、地層-巖性圈閉或復(fù)合圈閉(圖1c)。這類油氣藏包括典型的(具邊底水)和非典型的(無(wú)邊底水)不連續(xù)型油氣藏兩類。
1.2.1 典型(具邊底水) 的不連續(xù)型油氣聚集
具有邊底水的不連續(xù)型(常規(guī)圈閉型)油氣藏與常規(guī)油氣藏?zé)o異,屬于典型的不連續(xù)型油氣聚集。這類油氣藏多形成于以下地質(zhì)環(huán)境或地質(zhì)條件。
1)高陡構(gòu)造圈閉,尤其是背斜圈閉
此類圈閉由于地層傾角較陡,因此儲(chǔ)層在油氣充入時(shí)容易產(chǎn)生油氣水分異,形成帶底水或邊水的油氣藏。這類油氣藏多見于前陸盆地的前陸沖斷帶。如庫(kù)車前陸盆地的大北氣田(圖2)。該氣田下白堊統(tǒng)巴什基奇克組(K1bs)為致密砂巖氣層,大北302 井7 203.64~7 247.18 m 的5 個(gè)巖樣孔隙度為1.00%~4.63%,平均2.62%;滲透率為0.013 7 × 10-3~0.061 0 ×10-3μm2,平均0.036 2 ×10-3μm2。氣藏分布在斷背斜高部位,具有明顯的邊底水特征[3]。
2)儲(chǔ)層先成藏后致密,或邊成藏邊致密
此類油氣藏由于成藏時(shí)儲(chǔ)層尚未致密或尚未完全致密,因此油氣可在浮力驅(qū)動(dòng)下向構(gòu)造高部位運(yùn)移聚集,形成具有邊底水的構(gòu)造或構(gòu)造-地層或構(gòu)造-巖性復(fù)合型油氣藏。成藏后,雖然儲(chǔ)層因成巖作用而致密,甚至還會(huì)因構(gòu)造作用而受到改造,但只要構(gòu)造改造不是過(guò)于強(qiáng)烈,其原來(lái)形成的邊底水油氣藏面貌還會(huì)保留下來(lái)。這類油氣藏在四川盆地可能有一定分布。
圖2 塔里木盆地庫(kù)車坳陷大北氣田剖面圖[3]Fig.2 Cross section of Dabei gas filed in Kuqa Depression,Tarim Basin[3]
1.2.2 非典型(不具邊底水) 的不連續(xù)型油氣聚集
這類致密油氣藏與典型的常規(guī)油氣藏的區(qū)別在于,常規(guī)油氣藏具有邊底水,而此類油氣藏不具邊底水,因而屬于非典型的不連續(xù)型油氣聚集。其形成多發(fā)生于儲(chǔ)層致密之后或同時(shí),即屬于先致密后成藏或邊致密邊成藏類。研究發(fā)現(xiàn),非典型(不具邊底水)的不連續(xù)型油氣聚集主要形成和分布于以下地質(zhì)環(huán)境。
1)斷裂褶皺較發(fā)育區(qū),且褶皺斷裂形成先于油氣充注
由于斷裂褶皺比較發(fā)育,且其形成先于油氣充注,加之儲(chǔ)層先致密后成藏或邊致密邊成藏,因此油氣藏的形成和分布往往受斷裂或背斜控制,斷裂和一些背斜圈閉的外邊界常常構(gòu)成油氣藏的邊界,從而形成邊界清晰明確的油氣藏。這類油氣藏主要分布于前陸盆地和一些斷陷盆地,如四川盆地的川西坳陷等。另外,美國(guó)落基山大綠河盆地的Johna 氣田(圖3),也是一個(gè)以斷層為界的不連續(xù)型(常規(guī)圈閉型)致密砂巖氣田[19]。該氣田面積僅91 km2,氣田邊界受南部和西部?jī)蓚€(gè)扭性斷層控制。沒有資料顯示該氣田存在規(guī)則的氣水界面,原因是上白堊統(tǒng)Lance 組河流相砂體呈不連續(xù)分布[20]。
2)儲(chǔ)層分布局限,形成孤立分布的地層巖性尖滅體
研究表明,致密油氣藏之所以在一些地區(qū)未呈現(xiàn)出大面積分布的面貌,除了上述原因外,儲(chǔ)層分布范圍的大小是另一個(gè)決定性因素。如果儲(chǔ)層呈不連續(xù)分布、且分布局限時(shí)即可形成界限分明、分布面積不大的不連續(xù)型致密油氣聚集。如大綠河盆地Echo Springs-Standard Draw 氣田的上白堊統(tǒng)Almond 組上部?jī)?chǔ)層,就是由不連續(xù)的海相臨濱砂體構(gòu)成,其孔隙度大于8%的有效厚度等厚線就是氣藏的邊界,從而構(gòu)成一個(gè)地層圈閉(圖4),且其下傾部位并無(wú)氣、水界面[20]。
圖3 大綠河盆地Jonah 氣田平面圖(據(jù)Camp,2008 修改)Fig.3 Map of Jonah gas field in Big Green River Basin(modified from Camp,2008)
圖4 Echo Springs-Standard Draw 氣田上白堊統(tǒng)Almond 組上部?jī)?chǔ)層有效厚度(孔隙度>8%)平面圖[20]Fig.4 Map of net sandstone thickness (porosity >8%)of the Upper Cretaceous Almond Formation in Echo Springs-Standard Draw gas field[20]
可以看出,不連續(xù)型(常規(guī)圈閉型)油氣藏主要分布于褶皺斷裂較發(fā)育的地區(qū)以及儲(chǔ)層分布局限的地區(qū)。其形成機(jī)理比較復(fù)雜,表現(xiàn)在:成藏時(shí)間可早可晚,儲(chǔ)層先成藏后致密、先致密后成藏或邊致密邊成藏均可;油氣成藏可以通過(guò)初次運(yùn)移直接成藏,也可以通過(guò)長(zhǎng)距離二次運(yùn)移成藏,即油氣可以近源聚集,也可以遠(yuǎn)源聚集;油氣運(yùn)移成藏可以是浮力驅(qū)動(dòng)的達(dá)西流動(dòng),也可以是非浮力驅(qū)動(dòng)和非達(dá)西流動(dòng)。但不管是哪種情況形成的油氣藏,其共同點(diǎn)是油氣藏形成和分布都嚴(yán)格地受圈閉所控制,油氣藏邊界清晰明確。這是其與連續(xù)型和準(zhǔn)連續(xù)型油氣聚集的主要區(qū)別。另外,初步研究表明,在致密儲(chǔ)層中,上述兩類不連續(xù)型油氣聚集可能以不具邊底水的非典型不連續(xù)型油氣藏更為常見。
1.3.1 概念及特征
對(duì)國(guó)內(nèi)外致密油氣藏形成與分布的研究表明,許多致密油氣藏既非以往普遍認(rèn)為的常規(guī)意義上的圈閉型油氣藏,也非典型的連續(xù)型(深盆氣型)非常規(guī)油氣藏,而是介于常規(guī)油氣藏與非常規(guī)油氣藏或不連續(xù)與連續(xù)型油氣藏聚集之間的一種過(guò)渡類型,稱為“準(zhǔn)連續(xù)型油氣聚集”[1,5-8]。通過(guò)對(duì)這類致密油氣藏形成和分布特征的進(jìn)一步研究,本文對(duì)原提出的準(zhǔn)連續(xù)油氣聚集概念進(jìn)行了厘定,將準(zhǔn)連續(xù)型油氣聚集定義為由多個(gè)相互鄰近的中小型油氣藏所構(gòu)成的油氣藏群,油氣藏呈準(zhǔn)連續(xù)分布,無(wú)明確的油氣藏邊界。按照這一概念,一個(gè)準(zhǔn)連續(xù)型油氣聚集,實(shí)際上就是一個(gè)油氣田。因此,這類油氣田不具有整裝性質(zhì)。
研究表明,準(zhǔn)連續(xù)型油氣聚集主要具有以下10 大特征,可作為其鑒別的主要依據(jù)。
1)油氣分布面積較大,無(wú)明確邊界;2)油氣呈準(zhǔn)連續(xù)分布,一個(gè)準(zhǔn)連續(xù)聚集由多個(gè)彼此相鄰的中小型油氣藏組成;3)油氣水分布復(fù)雜,無(wú)明顯邊底水,也無(wú)顯著油氣水倒置;4)源儲(chǔ)鄰近,廣覆式分布;5)油氣為大面積彌漫式充注,初次運(yùn)移直接成藏和短距離二次運(yùn)移成藏;6)油氣運(yùn)移聚集為非浮力驅(qū)動(dòng),非達(dá)西流運(yùn)移為主;7)儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng),且先致密后成藏,或邊致密邊成藏;8)油氣藏多具異常壓力,且壓力系統(tǒng)復(fù)雜;9)油氣藏形成和分布主要受區(qū)域構(gòu)造、烴源及儲(chǔ)層控制;10)油氣資源豐富,但豐度低。
1.3.2 準(zhǔn)連續(xù)型油氣聚集的分布
對(duì)國(guó)內(nèi)外含油氣盆地的初步調(diào)研表明,準(zhǔn)連續(xù)型油氣聚集分布十分廣泛。其中較典型的如我國(guó)的鄂爾多斯盆地、四川盆地、塔里木盆地以及北美的皮申斯盆地等。
1)鄂爾多斯盆地
鄂爾多斯盆地是我國(guó)致密砂巖油氣資源最豐富的盆地,其中致密油廣泛分布于該盆地三疊系延長(zhǎng)組中下部組合,致密氣廣泛分布于上古生界[8]。上古生界致密砂巖氣藏已發(fā)現(xiàn)了蘇里格、烏審旗、榆林、子洲和大牛地等5 個(gè)上千億方的大氣田??碧桨l(fā)現(xiàn),上述大氣田在平面上均具有大面積分布、在剖面上呈準(zhǔn)連續(xù)分布的特征(圖5)。其中蘇里格氣田是最典型的準(zhǔn)連續(xù)型致密砂巖大氣田,自2000年發(fā)現(xiàn)以來(lái),含氣面積和儲(chǔ)量規(guī)模不斷擴(kuò)大,以致于原先兩個(gè)獨(dú)立發(fā)現(xiàn)的蘇里格和烏審旗氣田已完全連成一片,構(gòu)成一個(gè)巨型的致密砂巖氣區(qū)(現(xiàn)統(tǒng)稱為蘇里格氣田或氣區(qū)),其探明、基本探明天然氣儲(chǔ)量累計(jì)達(dá)2.85 ×1012m3[32],含氣面積約30 000 km2。
另外,鄂爾多斯盆地準(zhǔn)連續(xù)型致密砂巖油藏分布也十分廣泛,以主力油層三疊系延長(zhǎng)組長(zhǎng)6 油層最為典型。早在20 世紀(jì)60-70年代,我國(guó)老一輩石油地質(zhì)家們就已發(fā)現(xiàn)延長(zhǎng)組“井井見油,井井不流”的現(xiàn)象,反映三疊系油藏分布廣泛。經(jīng)過(guò)幾十年的探索,現(xiàn)已查明三疊系延長(zhǎng)組致密砂巖油藏具有“一大三低”特征:即分布面積大,豐度低、滲透率低、產(chǎn)量低。事實(shí)上,鄂爾多斯盆地三疊系延長(zhǎng)組“井井見油”的現(xiàn)象正是準(zhǔn)連續(xù)型油藏成藏特征的反映。具體表現(xiàn)為:長(zhǎng)6 油田往往由多個(gè)中小型油藏構(gòu)成,它們?cè)谄拭嫔舷嗷クB置(圖6),在平面上復(fù)合連片,從而形成大面積分布、無(wú)明確邊界的大型和中型油田。而“井井見油”則主要由于過(guò)去普遍將這類油藏作為常規(guī)油藏、從而采用常規(guī)試油和開采技術(shù)(如“不壓而試”)進(jìn)行勘探的原因。20 世紀(jì)80年代以來(lái),由于采用先進(jìn)的非常規(guī)的油層改造技術(shù)等措施,鄂爾多斯盆地才走出了“井井見油,井井不流”的勘探開發(fā)困境,石油勘探開發(fā)不斷取得重要突破,發(fā)現(xiàn)了安塞、西峰、姬垣、志丹和延長(zhǎng)等一批大油田。
2)四川盆地
圖5 鄂爾多斯盆地上古生界致密砂巖準(zhǔn)連續(xù)型氣藏剖面Fig.5 Cross section of the Upper Paleozoic quasi-continuous tight gas reservoirs in Ordos Basin
圖6 鄂爾多斯盆地三疊系長(zhǎng)6 致密砂巖準(zhǔn)連續(xù)型油藏剖面Fig.6 Cross section of Triassic Chang-6 quasi-continuous tight oil reservoirs in Ordos Basin
四川盆地是我國(guó)致密油氣資源最豐富的另一個(gè)盆地,其中致密氣的分布尤為廣泛,主要分布于三疊系須家河組。該盆地須家河組致密天然氣的分布具有層系多、面積廣、規(guī)模大、豐度低、受控于巖性的特點(diǎn)(圖7),目前已發(fā)現(xiàn)廣安、合川和安岳等幾個(gè)千億立方米大氣田,形成了儲(chǔ)量規(guī)模萬(wàn)億立方米級(jí)的大氣區(qū)[33]。對(duì)此,以往曾提出了兩種成藏模式認(rèn)識(shí):一是認(rèn)為四川盆地三疊系須家河組具有“連續(xù)型”氣藏的成藏特點(diǎn),天然氣大面積準(zhǔn)層狀展布,無(wú)明顯的圈閉界限和直接蓋層,氣水分布復(fù)雜[34];另一種觀點(diǎn)則認(rèn)為,川中地區(qū)須家河組具有“大范圍斑塊式”成藏的特點(diǎn),經(jīng)濟(jì)性聚集呈“斑塊狀”分布,規(guī)模有限,是一種不規(guī)則成藏,但大范圍分布[35]。對(duì)四川盆地三疊系須家河組致密氣藏特征的進(jìn)一步研究表明,其成藏模式存在準(zhǔn)連續(xù)型和不連續(xù)型(常規(guī)圈閉型)兩種類型,它們?cè)谂璧夭煌课话l(fā)育程度不同。在川西前陸褶皺沖斷帶區(qū),褶皺斷裂構(gòu)造發(fā)育,地層傾角較陡,致密氣藏以不連續(xù)型(常規(guī)圈閉型)為主,氣水分異較好,氣藏形成和分布受構(gòu)造圈閉控制明顯。而在川中平緩斜坡區(qū),褶皺斷裂發(fā)育較弱,氣藏形成分布受巖性圈閉或復(fù)合圈閉控制,氣水分異較差,但氣藏分布面積大,主體可能表現(xiàn)為準(zhǔn)連續(xù)型分布的特征。
圖7 四川盆地須家河組氣藏分布剖面示意圖[33]Fig.7 Cross section of tight gas reservoirs of the Triassic Xujiahe Formation,Sichuan Basin[33]
另外,四川盆地中北部侏羅系油藏具有儲(chǔ)層致密、油藏分布面積大、不受局部構(gòu)造等圈閉控制、與烴源巖聯(lián)系緊密、無(wú)邊底水等特征[36]。這些特征均與準(zhǔn)連續(xù)油氣聚集的特征相一致,故由此推斷四川盆地中北部侏羅系油藏同樣可能屬于準(zhǔn)連續(xù)型油氣聚集,因而具有較大的勘探潛力。
圖8 塔北哈拉哈塘地區(qū)奧陶系碳酸鹽巖油藏分布剖面Fig.8 Profile of the Ordovician carbonate oil reservoirs in Halahatang,northern Tarim Basin
3)塔里木盆地
塔里木盆地致密油和致密氣資源也十分豐富,其中致密氣主要分布于庫(kù)車前陸盆地等山前坳陷的致密砂巖儲(chǔ)層,而致密油藏則主要分布于塔北、塔中的奧陶系碳酸鹽巖儲(chǔ)層,另外塔中奧陶系還分布有較豐富的凝析氣資源。研究表明,無(wú)論是塔中還是塔北奧陶系碳酸鹽巖油氣藏,其形成和分布均具有準(zhǔn)連續(xù)型油氣聚集的特征。表現(xiàn)在油氣藏分布面積大,具有準(zhǔn)層狀分布特點(diǎn),油氣水分布復(fù)雜,油氣藏邊界不明確。如哈拉哈塘地區(qū),奧陶系巖溶縫洞儲(chǔ)層橫向上大范圍連片分布,但非均質(zhì)性較強(qiáng),巖性和物性在橫向上變化大。受儲(chǔ)層分布控制,奧陶系油藏呈準(zhǔn)層狀大面積分布,巖溶縫洞含油普遍,幾乎所有縫洞體均含油。但整個(gè)油田并不具有整裝性質(zhì),而是由多個(gè)彼此相鄰的中小型油藏構(gòu)成。而且,油藏的油水分布復(fù)雜,沒有明顯的邊底水,油水分布并不嚴(yán)格受構(gòu)造控制,構(gòu)造高部位和低部位均有油水產(chǎn)出。上述特征與常規(guī)油氣藏明顯有別,而與準(zhǔn)連續(xù)型油氣聚集特征比較一致,反映哈拉哈塘地區(qū)奧陶系巖溶縫洞型油藏屬于較典型的碳酸鹽巖準(zhǔn)連續(xù)型油氣聚集(圖8)。
4)皮申斯盆地
皮申斯盆地位于美國(guó)落基山地區(qū),曾被認(rèn)為是典型的盆地中心氣聚集區(qū)之一。該盆地大部分天然氣產(chǎn)自白堊系Mesaverde 群Williams Fork 組不連續(xù)分布的河流相砂巖,Mesaverde 群的儲(chǔ)層孔隙度介于2%~10%,滲透率分布在0.000 1 × 10-3~0.1 × 10-3μm2[37]。天然氣源巖主要為Williams Fork 組下部的煤。Johnson[38]估計(jì)天然氣大量生成的時(shí)間開始于早始新世,但在成巖作用大大降低了砂巖滲透率之后[39],即儲(chǔ)層先致密后成藏。天然氣的大量充注造成儲(chǔ)層產(chǎn)生超壓,當(dāng)超壓足夠大時(shí)便在儲(chǔ)層中產(chǎn)生大量裂縫,成為油氣向上運(yùn)移的通道[40]。由于儲(chǔ)層為河流相沉積,非均質(zhì)性強(qiáng),砂體在橫向上分布不連續(xù),從而使得天然氣難以發(fā)生側(cè)向上的長(zhǎng)距離運(yùn)移,而被捕獲并聚集于一個(gè)個(gè)不連續(xù)分布的砂體圈閉中,從而形成氣藏成群分布的面貌,它們?cè)诖瓜蛏舷嗷クB置,在平面上復(fù)合連片,構(gòu)成準(zhǔn)連續(xù)型聚集(圖9)。
對(duì)比連續(xù)型(深盆氣型)、準(zhǔn)連續(xù)型和不連續(xù)型(常規(guī)圈閉型)油氣聚集(表1)可以看出,三者在油氣藏基本特征、成藏機(jī)理、形成條件和分布規(guī)律諸方面存在明顯差異。其主要區(qū)別如下。
1)連續(xù)型(深盆氣型):油氣藏大面積連續(xù)分布,一個(gè)連續(xù)型聚集通常只有一個(gè)或少數(shù)幾個(gè)油氣藏,油氣田往往具有整裝性質(zhì);油氣水倒置;無(wú)圈閉或?yàn)閯?dòng)力圈閉。
圖9 皮申斯盆地Mesaverde 群致密砂巖氣藏成藏模式(據(jù)Cumella 和Scheevel,2008 修改)Fig.9 Cross section of the Mesaverde tight gas sand reservoirs in Piceance Basin(modified from Cumella and Scheevel,2008)
表1 致密油氣藏成藏模式對(duì)比Table 1 Comparison of hydrocarbon accumulation patterns in tight oil/gas reservoirs
2)準(zhǔn)連續(xù)型:油氣藏分布面積較大,大小多介于連續(xù)型和不連續(xù)型油氣聚集之間;一個(gè)準(zhǔn)連續(xù)型油氣聚集由多個(gè)彼此相鄰的中小型油氣藏構(gòu)成,油氣準(zhǔn)連續(xù)分布;油氣水分布復(fù)雜,無(wú)顯著油氣水倒置,也無(wú)明顯邊底水;圈閉對(duì)于油氣聚集具有一定控制作用。
3)不連續(xù)型(常規(guī)圈閉型):油氣藏孤立分散分布,分布面積較小;邊底水或有或無(wú);油氣成藏嚴(yán)格受常規(guī)圈閉控制。
可以看出,就致密儲(chǔ)層而言,準(zhǔn)連續(xù)型油氣聚集與連續(xù)型油氣聚集的主要區(qū)別是:前者是由多個(gè)彼此相鄰的中小型油氣藏組成,油氣呈準(zhǔn)連續(xù)分布,油氣聚集的規(guī)模與連續(xù)型聚集相當(dāng)或小于后者,但多大于不連續(xù)型聚集,另外無(wú)油氣水倒置,圈閉對(duì)油氣成藏具有一定控制作用;而連續(xù)型油氣聚集則由一個(gè)或少數(shù)幾個(gè)油氣藏組成,油氣呈大面積連續(xù)分布,具有油氣水倒置,無(wú)圈閉或?yàn)閯?dòng)力圈閉。
事實(shí)上,典型的連續(xù)型油氣聚集主要是那些形成于烴源巖內(nèi)的油氣聚集(如頁(yè)巖氣和煤層氣),典型的不連續(xù)型油氣聚集則是那些形成于烴源巖外近源-遠(yuǎn)源的常規(guī)儲(chǔ)層中、受常規(guī)圈閉嚴(yán)格控制并且具有邊底水的油氣聚集,而形成于烴源巖外并且近源的致密油氣則主要為準(zhǔn)連續(xù)型油氣聚集,其次為非典型的(不具有邊底水的)不連續(xù)型(常規(guī)圈閉型)油氣聚集,而像盆地中心氣或深盆氣那樣的連續(xù)型油氣聚集則較為少見。
研究表明,以深盆氣或盆地中心氣為代表的連續(xù)型非常規(guī)油氣藏與典型的不連續(xù)型常規(guī)圈閉油氣藏,分別代表了復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境中致密砂巖油氣藏形成序列中的兩種端元類型,二者之間應(yīng)存在不同的過(guò)渡類型。準(zhǔn)連續(xù)型油氣藏就是這樣一種過(guò)渡類型的致密砂巖油氣聚集,并且可能是致密儲(chǔ)層中大油氣田形成的主要方式。
1)致密大油氣田存在3 種成藏模式,即連續(xù)型(深盆氣型)、準(zhǔn)連續(xù)型和不連續(xù)型(常規(guī)圈閉型)。其中以準(zhǔn)連續(xù)型油氣聚集可能最為常見,其次為不連續(xù)的常規(guī)圈閉油氣藏,連續(xù)型(深盆氣型)油氣藏則較為少見。
2)典型的連續(xù)型油氣聚集應(yīng)是形成于烴源巖內(nèi)的油氣聚集(如頁(yè)巖油氣和煤層氣),而典型的不連續(xù)型油氣聚集則是那些形成于烴源巖外近源-遠(yuǎn)源的常規(guī)儲(chǔ)層中、受常規(guī)圈閉嚴(yán)格控制并且具有邊底水的油氣藏。前者因形成于烴源巖內(nèi),因而其形成不需要油氣的明顯運(yùn)移,而后者主要形成于烴源巖外物性較好的常規(guī)儲(chǔ)層,因而二次運(yùn)移較重要,油氣水分異較明顯。致密儲(chǔ)層由于物性介于上述二者之間,且緊鄰烴源巖,因此其油氣聚集既不同于典型的連續(xù)型非常規(guī)油氣藏,又不同于典型的不連續(xù)型常規(guī)油氣藏,而是介于二者之間的一種中間過(guò)渡類型。準(zhǔn)連續(xù)型油氣藏就是這樣一種過(guò)渡類型的油氣聚集,并且可能是致密儲(chǔ)層中大油氣田形成的主要方式。事實(shí)上,典型的連續(xù)型非常規(guī)油氣聚集與典型的不連續(xù)型常規(guī)油氣聚集,分別代表了復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境中油氣藏形成序列中的兩種端元類型,二者之間理應(yīng)存在不同的過(guò)渡類型。
3)連續(xù)型、準(zhǔn)連續(xù)型及不連續(xù)型油氣聚集三者的主要區(qū)別在于:連續(xù)型油氣聚集主要為源內(nèi)成藏,油氣聚集由一個(gè)或少數(shù)幾個(gè)油氣藏組成,油氣呈大面積連續(xù)分布,往往具有油、氣、水倒置,無(wú)圈閉或?yàn)閯?dòng)力圈閉;準(zhǔn)連續(xù)型油氣聚集為近源成藏,油氣聚集由多個(gè)彼此相鄰的中小型油氣藏組成,油氣呈準(zhǔn)連續(xù)分布,油氣聚集的規(guī)模與連續(xù)型聚集相當(dāng)或小于后者,無(wú)油、氣、水倒置,圈閉對(duì)油氣成藏具有一定控制作用;不連續(xù)型聚集則為近源-遠(yuǎn)源成藏,油氣藏呈孤立分散分布,規(guī)模多小于連續(xù)型和準(zhǔn)連續(xù)型油氣聚集,油氣聚集嚴(yán)格受圈閉控制,油氣藏邊界清晰明確。
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