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        準(zhǔn)噶爾盆地車北地區(qū)淺層砂巖油藏頂?shù)纂p油水倒置成因

        2014-01-15 02:57:34趙曉東楊少春向奎陳國寧朱春艷魏曉晴
        石油勘探與開發(fā) 2014年4期
        關(guān)鍵詞:準(zhǔn)噶爾盆地碳酸鹽儲集層

        趙曉東,楊少春,向奎,陳國寧,朱春艷,魏曉晴

        (1. 中國石油大學(xué)(華東)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院;2. 中國石化勝利油田新疆勘探項目管理部;3. 中海油研究總院;4. 中國石油冀東油田陸上油田作業(yè)區(qū))

        0 引言

        一般認(rèn)為常規(guī)油氣聚集符合重力分異原理,即在浮力作用下,油氣聚集在構(gòu)造高部位,水聚集在構(gòu)造低部位[1]。但國內(nèi)常規(guī)油氣田常有油水倒置現(xiàn)象[2-4],例如中國東部斷層發(fā)育的斷陷盆地中的油氣藏[5-6],以及鄂爾多斯盆地、松遼盆地、渤海灣盆地等含油氣盆地斜坡帶上傾尖滅砂體中的油氣藏[7-9]。研究準(zhǔn)噶爾盆地車排子地區(qū)北部(以下簡稱車北地區(qū))新近系沙灣組淺層砂巖油藏發(fā)現(xiàn),該區(qū)既非斷層十分發(fā)育,也不存在上傾尖滅砂巖,卻在淺層砂巖油藏的頂?shù)撞砍霈F(xiàn)了雙油水倒置現(xiàn)象(在同一個連通儲集層中,構(gòu)造的頂、底部同時呈現(xiàn)“水在上、油在下”現(xiàn)象)。明確車北地區(qū)新近系沙灣組淺層砂巖油藏油水倒置現(xiàn)象成因?qū)τ诮沂緶\層稠油油藏油水分布規(guī)律、豐富油氣成藏及分布理論、指導(dǎo)該類油藏的油氣勘探具有重要意義。

        1 地質(zhì)概況

        圖1 車北地區(qū)構(gòu)造位置、N1s11頂面構(gòu)造特征及油藏剖面圖

        車北地區(qū)位于準(zhǔn)噶爾類前陸盆地前隆—隆后斜坡帶,西北部為扎伊爾山,東部為紅車斷裂帶和昌吉凹陷(見圖1)。研究的主要層位為新近系沙灣組一段一砂層組(N1s11),其為一北西高、南東低的單斜構(gòu)造,在中部和東南部發(fā)育兩條近南北向延伸的正斷層,分別為排6、排7斷層。排6斷層將油藏分為下降盤和上升盤兩部分,兩個油藏具有獨立的油水界面和壓力系統(tǒng)。車北地區(qū)具有雙向供油的有利條件[10-11],油藏埋藏深度在50~400 m,屬淺層砂巖油藏。

        車北地區(qū)本身并不發(fā)育烴源巖,原油主要來自于東部和南部的盆 1井西凹陷、昌吉凹陷、四棵樹凹陷及北天山山前斷褶帶等生烴凹陷[12]。N1s11油藏為高密度、高黏度的稠油油藏[13],底部削蝕現(xiàn)象清晰可見,其底界面為一大型不整合面,為油氣運移主要通道[14-15]。推測研究區(qū)稠油油藏的形成主要是因為底部存在大型不整合面,地面氧氣、地表水通過不整合面不斷輸入地層,輕質(zhì)油經(jīng)過氧化作用、邊水沖洗及微生物降解而逐漸變成了稠油。稠油油藏的出現(xiàn)表明其成藏時間在新近系沙灣組底部不整合面形成之后。另外,據(jù)前人研究[16-19],準(zhǔn)噶爾盆地西緣地區(qū)在三疊紀(jì)—新近紀(jì)為炎熱、干燥氣候,古盆地和古湖泊環(huán)境下碳酸鹽膠結(jié)嚴(yán)重。綜上,油氣在成藏之前地層已發(fā)生碳酸鹽膠結(jié)作用,儲集層物性變差,稠油又因高密度、高黏度的特點很難進(jìn)入碳酸鹽膠結(jié)嚴(yán)重儲集層中,從而導(dǎo)致研究區(qū)復(fù)雜的油水關(guān)系。

        2 油水性質(zhì)及油水分布

        2.1 油水性質(zhì)

        車北地區(qū)新近系沙灣組原油均為重質(zhì)稠油,平均原油密度0.988 6 g/cm3,50 ℃原油平均黏度為5 307.3 mPa·s,凝固點 11 ℃,含硫量為 0.54%,含蠟量為1.28%。隨著儲集層埋深增大,原油密度和黏度也逐漸增大(見圖2)。當(dāng)下降盤油層頂深超過360 m(油水界面附近)后,原油密度可超過地層水密度,達(dá)1.013 1 g/cm3以上,50 ℃原油黏度可達(dá)8 000 mPa·s以上,原油進(jìn)一步稠化,進(jìn)入超稠油階段。研究區(qū)地層溫度為21.02~23.52 ℃,地?zé)崽荻葹?.8 ℃/100 m,根據(jù)地層原油黏度經(jīng)驗換算公式[20],可計算出地層溫度下原油平均黏度約為 25 526.8 mPa·s,即地下原油比50 ℃原油黏度更大,流動性也更差。

        圖2 車北地區(qū)原油性質(zhì)與油層頂深關(guān)系圖

        表1 地層水性質(zhì)及地層碳酸鹽膠結(jié)物含量統(tǒng)計表

        從表 1統(tǒng)計的地層水?dāng)?shù)據(jù)可以看出,車北地區(qū)地層水礦化度較高,含有豐富的Ca2+和Cl?。西北部的車淺1-1井、排607井地層水礦化度較高,Ca2+含量高達(dá)6 500 mg/L以上,地層碳酸鹽膠結(jié)物含量在32%以上;東部排 605井地層水礦化度較高,Ca2+含量為 7 804 mg/L,碳酸鹽膠結(jié)物含量大于34%;排604井Ca2+含量為5 176.3 mg/L,與其他井相比含量明顯偏低,碳酸鹽膠結(jié)物含量小于23%。若不考慮地層流體、成巖作用和水體鹽度差異等因素影響,則地層碳酸鹽膠結(jié)物含量隨地層水中 Ca2+含量的增加而增大,推測地層水中 Ca2+含量會影響地層碳酸鹽膠結(jié)含量,地層水中的Ca2+早期沉淀膠結(jié),致使該區(qū)儲集層物性變差。同時,由圖3可見,地層水中Ca2+含量隨油層深度的增大呈減小趨勢。

        2.2 油水分布特征

        從研究區(qū)油水分布平面圖可看出(見圖4),車北地區(qū)油水關(guān)系復(fù)雜,存在頂?shù)纂p油水倒置現(xiàn)象。構(gòu)造高部位的車淺1井、排605井和構(gòu)造中部的排610井、排601-21井等水井都分布在含油區(qū)周圍,這些井的巖心資料分析表明,構(gòu)造高部位水井鉆遇地層碳酸鹽膠結(jié)物含量普遍較高(見圖4,碳酸鹽膠結(jié)主導(dǎo)線以北碳酸鹽膠結(jié)物含量大于20%),儲集層物性明顯差于構(gòu)造中低部位儲集層,稠油無法進(jìn)入;構(gòu)造中高部位聚集常規(guī)稠油,其密度小于地層水,油水分異較為完全,油質(zhì)較純,下降盤油藏油水界面受排6斷層控制,上升盤油藏存在底水,油水界面統(tǒng)一;構(gòu)造低部位的排601-9井油藏不受排6斷層控制,但排601-9井含油性較好,油藏有效厚度達(dá)6.2 m,且原油密度大于地層水密度,這種高密度稠油在重力分異作用下聚集在地層水之下。

        圖3 車北地區(qū)地層水Ca2+含量與N1s11油層深度關(guān)系

        3 頂?shù)纂p油水倒置控制因素

        3.1 構(gòu)造因素

        圖4 車北地區(qū)N1s11油水分布平面圖(ρ—原油密度)

        前已述及,車北地區(qū)為一北西高、南東低的單斜構(gòu)造,發(fā)育多條斷層。斷層級別較小,在中部和東南部發(fā)育兩條近南北向延伸的排6、排7正斷層,兩條斷層與不整合和骨架砂體輸導(dǎo)層溝通,在一定程度上控制著油氣的運移。

        排6斷層斷穿目的層,斷距較小,由南向北斷距逐漸減小,延伸至排604井南部,并將N1s11油藏分成下降盤和上升盤兩部分。排6斷層垂向輸導(dǎo),側(cè)向封閉,因而使得上、下盤油藏具有獨立的油水系統(tǒng),下降盤油藏的油水界面在排604井附近,深度約343.5 m;上升盤油藏的油水界面在排611井附近,深度約201.7 m(見圖4)。

        3.2 巖性因素

        車北地區(qū)砂體全區(qū)分布,但巖性差異較大,由粗粒到細(xì)粒均有發(fā)育。其中,粗砂巖、含礫砂巖含油性好,細(xì)砂巖含油性中等,粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖及粉砂質(zhì)泥巖含油性差或不含油。從均方根振幅平面圖可看出(見圖5a),車北地區(qū)東北部、西南部、東南部存在3個地震屬性低值區(qū)(圖中白色圈),前人認(rèn)為是巖性尖滅帶,并認(rèn)為該區(qū)為巖性油氣藏[21-22],但巖性尖滅的范圍一直未能準(zhǔn)確界定。后期鉆井資料表明,西南部區(qū)域的排6-平4井砂體厚度13.2 m,排601-平191井砂體厚度9.5 m,排601-6井砂層厚度8.5 m,平均厚度在10 m以上,砂體較厚,不可能存在巖性尖滅區(qū)(見圖5b);對于東南部無井鉆遇的均方根振幅較低值區(qū)域,其邊部的車淺1-9井砂體厚度達(dá)17 m,同樣不可能存在巖性尖滅;東北部均方根振幅低值區(qū)雖然沒有鉆井資料證實,但是按沉積規(guī)律應(yīng)屬辮狀河三角洲前緣水下分流間灣沉積,并非巖性尖滅區(qū)。由此可見,該區(qū)并不是巖性油氣藏,巖性在一定程度上影響油水分布,但并非是導(dǎo)致油水分布倒置的主要因素。

        3.3 碳酸鹽膠結(jié)作用

        圖5 車北地區(qū)N1s11均方根振幅平面圖與砂體厚度分布圖

        鑄體薄片觀察表明,車北地區(qū)存在大量碳酸鹽膠結(jié)物,個別井區(qū)含量高達(dá) 30%以上,膠結(jié)類型主要為基底式、孔隙式膠結(jié),表明膠結(jié)時期較早,砂巖還未固結(jié)成巖就被膠結(jié),形成了膠結(jié)物支撐結(jié)構(gòu)。對該區(qū)16口取心井40余張薄片進(jìn)行碳酸鹽膠結(jié)物定量測定,結(jié)果表明,車北地區(qū)西北部排 609井膠結(jié)物含量為28.33%(見圖6a),膠結(jié)作用較強(qiáng);東北部排612井膠結(jié)物含量為28.1%(見圖6b),膠結(jié)作用也較強(qiáng);西部排 610井膠結(jié)物明顯增多,顆粒之間幾乎不接觸,碳酸鹽含量為35.4%(見圖6c),膠結(jié)作用最強(qiáng);南部排601-平191井碳酸鹽含量10.5%(見圖6d),排601-平1井碳酸鹽含量僅為3.91%,膠結(jié)作用明顯變?nèi)酰梢妳^(qū)域內(nèi)碳酸鹽膠結(jié)程度不均。

        圖6 碳酸鹽膠結(jié)物鏡下照片(紅色區(qū)域為碳酸鹽膠結(jié)物)

        研究碳酸鹽含量與儲集層物性關(guān)系發(fā)現(xiàn),碳酸鹽含量與儲集層孔隙度、滲透率存在負(fù)相關(guān)關(guān)系(見圖7)。利用碳酸鹽含量與孔隙度的回歸公式,結(jié)合取心井碳酸鹽膠結(jié)物定量測定結(jié)果,分析發(fā)現(xiàn)車北地區(qū)碳酸鹽膠結(jié)物連片分布(見圖8),從西部排610井區(qū),至西北部排 607井、車淺 1-1井等井區(qū),再至東部排605井區(qū)大范圍分布,平均碳酸鹽含量大于25%。中部和南部碳酸鹽膠結(jié)較弱,儲集層物性相對較好。利用測井解釋油水層以及試油資料,綜合碳酸鹽含量分布特征發(fā)現(xiàn),當(dāng)碳酸鹽含量大于 20%后,稠油無法進(jìn)入儲集層。早期碳酸鹽膠結(jié)作用是原油聚集的主控因素,由于膠結(jié)程度不均,原油經(jīng)斷層及不整合面運移至儲集層中,在二次運移過程中,稠油由于其高黏度特征,無法排替構(gòu)造高部位碳酸鹽膠結(jié)儲集層中的孔隙水,使得原生孔隙水殘留在碳酸鹽膠結(jié)儲集層中而聚集在儲集層構(gòu)造高部位,形成了研究區(qū)北部、西部排 610井區(qū)、東部排 605井區(qū)的油水倒置現(xiàn)象。這是稠油性質(zhì)和碳酸鹽膠結(jié)作用共同作用的結(jié)果,若是稀油則可能會順利進(jìn)入此類碳酸鹽膠結(jié)儲集層而不會發(fā)生油水倒置。

        3.4 原油稠化作用

        控制稠油形成的因素很多,原油的稠化總體發(fā)生在運移和成藏后兩個階段:①烴類在運移過程中氣體或輕質(zhì)組分蒸發(fā)、逸散或溶解于孔隙水中,從而使母體原油變稠、變重;淺層油藏地層水及大氣中所含的氧使烴類遭受氧化,使得油質(zhì)變重。②油藏形成以后,與大氣連通的邊水或底水致使原油中的未飽和烴等被選擇性吸收并帶走部分可溶烴,油質(zhì)變稠變重;另外蓋層的封閉性及細(xì)菌降解作用等也會在不同程度上影響原油的密度及黏度[23-26]。

        圖7 車北地區(qū)孔隙度、滲透率與碳酸鹽含量的關(guān)系

        圖8 車北地區(qū)地層碳酸鹽含量等值線圖

        車北地區(qū)原油主要來自于東部和南部的昌吉凹陷、四棵樹凹陷及北天山山前斷褶帶等生烴凹陷,且長期處于隆起狀態(tài),位于油氣的有利指向區(qū),因此油源條件十分有利[27-28]。研究區(qū)沙灣組底界面為一大型不整合面,為油氣運移的主要通道。一方面,氧氣通過不整合面不斷輸入地層,輕質(zhì)油經(jīng)過氧化作用逐漸稠化;另一方面,位于構(gòu)造低部位油水界面附近的稠油油藏受邊底水的沖洗、氧化以及微生物的降解作用而不斷稠化,逐漸出現(xiàn)密度接近或大于地層水密度的原油,構(gòu)造低部位的排601-9井原油密度已超過地層水密度,從而發(fā)生重力分異,導(dǎo)致油水倒置(見圖 9),排601-9井位于油水倒置區(qū),原油的進(jìn)一步稠化作用是導(dǎo)致構(gòu)造低部位油水倒置的主要成因。

        圖9 車北地區(qū)車淺1井—排601-9井原油稠化示意圖

        4 結(jié)論

        車北地區(qū)原油為重質(zhì)稠油,原油性質(zhì)存在隨油層深度增加,原油密度和黏度相應(yīng)增大的趨勢,當(dāng)下降盤油層頂部超過一定深度后,原油密度可接近或大于地層水密度,原油進(jìn)一步稠化,進(jìn)入超稠油階段。影響車北地區(qū)油水分布的因素主要有構(gòu)造因素、巖性因素、碳酸鹽膠結(jié)作用和原油稠化作用,但研究區(qū)頂?shù)纂p油水倒置的決定性因素為碳酸鹽膠結(jié)作用和原油稠化作用。研究區(qū)構(gòu)造高部位碳酸鹽膠結(jié)物含量高,儲集層物性變差,二次運移的高黏度稠油無法進(jìn)入此類儲集層,導(dǎo)致構(gòu)造高部位油水倒置;在構(gòu)造中高部位聚集常規(guī)稠油,其密度小于地層水密度,油水分異較為完全;在構(gòu)造低部位,由于原油稠化作用,聚集密度大于地層水的超稠油,導(dǎo)致油水分布的又一次倒置。

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