王翠麗，周 文，李紅波 ，鄧虎成，劉 巖

(1.成都理工大學(xué) 油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610059； 2.中石油 塔里木油田分公司，新疆 庫爾勒 841000)

紅河油田長9油層組油氣富集主控因素及模式

王翠麗1，周 文1，李紅波2，鄧虎成1，劉 巖1

(1.成都理工大學(xué) 油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610059； 2.中石油 塔里木油田分公司，新疆 庫爾勒 841000)

通過建立長9油氣測試產(chǎn)油井分布與烴源巖、地層壓力、沉積儲層、斷裂系統(tǒng)的關(guān)系，分析了油氣富集的主控因素，提出了油氣富集模式。分析結(jié)果表明：長7烴源巖不僅是長9油氣的物質(zhì)來源，還為油氣向下運(yùn)移提供動力，控制了油藏的分布范圍；斷裂、裂縫系統(tǒng)是油氣輸導(dǎo)體系的重要組成部分，是油氣向下運(yùn)移的關(guān)鍵；長8、長9砂體的物性條件決定了油氣能否充注，而砂體的疊置關(guān)系、發(fā)育程度、排烴量共同控制了油氣在長9砂體中的充注程度。斷裂系統(tǒng)、裂縫系統(tǒng)、砂體疊置和源儲接觸等單一輸導(dǎo)系統(tǒng)的自由組合構(gòu)成了復(fù)雜的縱橫向溝通的疏導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)體系，決定了紅河油田長9油氣的不同成藏過程。

油氣富集；主控因素；成藏模式；長9油層組；紅河油田

鄂爾多斯盆地三疊系延長組長9油層組是近年來新發(fā)現(xiàn)的含油層系，相繼在古峰、定邊、隴東、鎮(zhèn)涇等區(qū)塊取得了重要的勘探成果[1-4]。目前，長9油藏的勘探開發(fā)尚處初級階段，成藏規(guī)律的研究主要集中在伊陜斜坡的古峰、志丹、洛川等地區(qū)[5-6]。紅河油田長9油藏發(fā)現(xiàn)晚，富集模式認(rèn)識缺乏，制約了油田長9油藏的勘探開發(fā)進(jìn)程。本文試圖通過烴源巖、地層壓力、沉積儲層、斷裂系統(tǒng)的研究，分析油氣富集的主控因素，提出油氣富集模式，指導(dǎo)研究區(qū)長9油層組的高效開發(fā)。

紅河油田位于鄂爾多斯盆地天環(huán)凹陷南端，構(gòu)造平緩，局部發(fā)育小型鼻狀隆起。該區(qū)延長組自下而上依次發(fā)育長10—長4共7個(gè)油層組，長3—長1油層組缺失。長9期，研究區(qū)先后處于辮狀河三角洲平原和辮狀河三角洲前緣2個(gè)沉積相帶中，其儲層主要由三角洲水下分流河道控制的NE-SW向致密砂巖組成，巖石脆性相對較大[7]。紅河油田長9油氣勘探始于2010年，在紅河55井區(qū)、紅河42井區(qū)取得了重大突破，但面臨著勘探成功率低、建產(chǎn)緩慢的問題。

1 油氣富集的主控因素分析

1.1 源、蓋控區(qū)

優(yōu)質(zhì)烴源巖發(fā)育與否關(guān)系著油氣能否運(yùn)移至儲集層。延長組發(fā)育多套烴源巖。長9油層組流體包裹體分析結(jié)果顯示上覆的長7段湖相油頁巖是長9油藏的主力烴源巖。其干酪根類型為I-II1型，TOC(有機(jī)碳)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.96%～4.27%，IH(氫指數(shù))為40～630 mg/g,S1+S2(熱解生烴潛量)為20～50 mg/g，成熟度中等，中侏羅世晚期進(jìn)入生烴門限，白堊世末達(dá)到生油高峰，以生油為主。該烴源巖在研究區(qū)大面積分布，中部—西南部及部分井區(qū)尖滅。

長7油頁巖與泥巖共同組成該區(qū)蓋層，且全區(qū)分布。鄭朝陽、黃志龍等[8-9]認(rèn)為，當(dāng)泥巖的排替壓力大于0.5 MPa時(shí)，可作為較好的封閉層。分析長7泥巖排替壓力演化史，認(rèn)為在晚侏羅世中期，生油高峰期之前它已具備封堵油氣的能力[10]。

長7烴源巖是長9油藏的重要物質(zhì)來源，并與長7的泥巖蓋層共同控制了油藏的分布范圍。統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，長7烴源巖的分布與長9產(chǎn)油井油氣測試吻合，吻合率大于80%(圖1)，為下一步長9油藏勘探指明有利方向。

圖1 紅河油田長7烴源巖與長9油井油氣測試結(jié)果分布

1.2 地層壓力、斷裂系統(tǒng)砂體疊置關(guān)系、控藏

1.2.1 地層壓力對油氣運(yùn)移、聚集的控制作用 對于“上生下儲”式油藏，p源>p儲+pc+p浮是油氣成藏的先決條件。式中：p源為烴源巖的地層壓力，MPa；p儲為儲集層的地層壓力，MPa；pc為油氣運(yùn)移需克服的毛管壓力，MPa；p浮為油氣向下運(yùn)移所克服的浮力。前人[11]研究認(rèn)為，白堊世延長組地層的快速埋深產(chǎn)生的欠壓實(shí)作用和有機(jī)質(zhì)的生烴作用是研究區(qū)烴源巖地層形成超壓的主要原因。地層異常壓力與同等深度的靜水壓力之差為剩余地層壓力。在剩余地層壓力的驅(qū)動下，流體通過裂縫或儲集層垂向運(yùn)移，進(jìn)入過剩壓力相對低值的鄰近烴源巖砂體中，形成“上生下儲”式油藏。采用一種適用性廣泛的地層超壓預(yù)測方法即Eaton法[12-13]計(jì)算烴源巖和儲層的地層壓力。計(jì)算結(jié)果顯示，長7烴源巖地層存在2～10MPa的過剩壓力，在研究區(qū)中部剩余壓力最大，向四周逐漸減小。長9油層組過剩壓力分布與長7趨勢類似，高值分布在HH104井區(qū)，但整體偏低，在2～4MPa；源-儲存在較大的剩余地層壓力差。圖2中長7烴源巖與長9油層組的剩余地層壓力差與長9油氣測試產(chǎn)油井表明，油氣顯示區(qū)與剩余壓力差低值區(qū)吻合，剩余壓力控制流體垂、橫向運(yùn)移，研究區(qū)東部、東南部是壓力低值區(qū)，為流體聚集的主要區(qū)域。

1.2.2 斷裂系統(tǒng)對長9油氣富集的控制作用 長9儲層孔隙度、滲透率極低，且與主力烴源巖不毗鄰，雖源-儲之間存在較大過剩壓力，若無其他垂向輸導(dǎo)體系，僅依靠致密砂體疊置向下運(yùn)移油氣是極難成藏的。從已有鉆井、物探、巖心觀察和孔隙類型分析成果來看，研究區(qū)斷裂系統(tǒng)發(fā)育，且縱向貫穿整個(gè)延長組，成為該區(qū)油氣輸導(dǎo)體系的重要組成部分。

根據(jù)野外露頭調(diào)查、巖心裂縫觀察及測井裂縫識別的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果，紅河油田長9油層組裂縫發(fā)育主要受區(qū)域應(yīng)力場、斷層及巖層厚度的控制，巖性和構(gòu)造變形對其控制力度較小。

紅河油田延長組經(jīng)歷了多期構(gòu)造運(yùn)動，裂縫的優(yōu)勢組系為北東向，與燕山和喜馬拉雅運(yùn)動期的構(gòu)造應(yīng)力場密切相關(guān)，燕山運(yùn)動期的影響較大，構(gòu)造運(yùn)動是構(gòu)造裂縫形成的重要因素。研究區(qū)延長組天然裂縫充填物的巖石聲發(fā)射實(shí)驗(yàn)和碳氧穩(wěn)定同位素分析結(jié)果表明，天然裂縫的主要形成期次為3期，其中：燕山運(yùn)動期是盆地邊緣構(gòu)造形成的主要時(shí)期，裂縫發(fā)育程度較高；印支運(yùn)動期和喜馬拉雅運(yùn)動期影響相對較弱，裂縫發(fā)育程度較低。

圖2 紅河油田源-儲地層壓力差、長9斷層與油氣測試結(jié)果

斷層的規(guī)模及展布控制著裂縫的發(fā)育程度及分布規(guī)律，與斷層距離越近，裂縫發(fā)育指數(shù)越大(圖3)。研究區(qū)部分取心井可見斷層共生或派生的裂縫發(fā)育，存在連續(xù)的砂巖和泥巖破碎段。

圖3 研究區(qū)裂縫發(fā)育模式

當(dāng)其他地質(zhì)條件相同時(shí)，巖層越薄裂縫越發(fā)育，縱向延伸性越弱。紅河油田長9油層組天然裂縫縱向延伸規(guī)模較大，部分可切穿薄的砂巖或泥巖層，裂縫線密度與巖層厚度呈冪函數(shù)遞減關(guān)系(圖3)。

不同巖石的力學(xué)性質(zhì)存在較大的差異，影響裂縫發(fā)育程度。研究區(qū)長9油層組測井裂縫解釋結(jié)果表明，脆性程度較大的砂巖中裂縫發(fā)育程度高于泥巖(圖3)。

研究區(qū)整體構(gòu)造平緩，對比分析發(fā)現(xiàn)，裂縫發(fā)育區(qū)(如紅河42井區(qū))的構(gòu)造變形并不劇烈，而構(gòu)造變形劇烈地區(qū)的裂縫并不發(fā)育。

區(qū)域構(gòu)造裂縫與斷層共生、派生裂縫是研究區(qū)裂縫的主要類型。據(jù)應(yīng)力模擬結(jié)果認(rèn)為區(qū)域構(gòu)造裂縫發(fā)育區(qū)呈北東—南西條帶分布，東南部裂縫發(fā)育程度高。斷裂系統(tǒng)由多個(gè)小斷層組合而成，其中北西—南東向的斷裂群是研究區(qū)的主斷裂，斷裂帶內(nèi)裂縫發(fā)育[14-15]。研究區(qū)斷層及裂縫的展布決定了油氣運(yùn)移至長9油層組聚集成藏的主要方向。該區(qū)塊長9的油氣富集區(qū)與油氣測試產(chǎn)油井均分布于斷層附近的統(tǒng)計(jì)結(jié)果證明了此觀點(diǎn)(圖2)。

研究認(rèn)為縱向貫穿整個(gè)延長組的斷裂系統(tǒng)在油氣的富集過程中可能充當(dāng)了油氣運(yùn)移的通道，為烴源巖生烴排油或溝通相鄰儲集層起到了重要作用，斷層附近為油氣富集的主要區(qū)域。

1.2.3 砂體疊置關(guān)系對油氣充注程度的控制作用

在低孔、低滲巖性油氣藏的形成過程中，砂體發(fā)育是油氣聚集成藏的必備條件。研究區(qū)主力烴源巖與長9砂體位置關(guān)系特殊，油氣必須經(jīng)長8油層組運(yùn)移至長9砂體，故長8、長9砂體的物性條件、發(fā)育程度、砂體間疊置關(guān)系控制著油氣在長9砂體中的充注程度。

分析測試產(chǎn)油井與砂體物性的關(guān)系發(fā)現(xiàn)，油氣充注長8和長9砂體的物性下限是孔隙度為13.5%，滲透率為0.75×10-3μm2。從油氣測試結(jié)果與長8、長9砂體分布疊合圖4看，長8砂體不發(fā)育而長9砂體發(fā)育的地區(qū)，在長9有良好油氣顯示，如HH55井；當(dāng)長8、長9均有砂體發(fā)育，若長8砂體致密，油氣在物性好的長9聚集，如HH42井；若長8、長9砂體物性條件好，則油氣先充注長8砂體，剩余油氣充注到長9砂體中，如HH51井。

總之，長8、長9砂體的物性條件決定了油氣能否充注，而砂體的疊置關(guān)系、發(fā)育程度、排烴量共同控制了油氣在長9砂體中的充注程度。

圖4 紅河油田長8、長9砂體與油井油氣測試結(jié)果的關(guān)系

2 長9油層組油氣富集模式

紅河油田長9油氣富集主控因素分析表明，長9油氣富集受斷裂、有利烴源巖的分布和源-儲剩余地層壓力差的控制；油氣的充注程度受長8砂體與長9砂體的相對發(fā)育程度、相互疊置關(guān)系和物性條件控制。事實(shí)上在剩余地層壓力的驅(qū)動下，研究區(qū)內(nèi)油氣成藏疏導(dǎo)系統(tǒng)往往是各種疏導(dǎo)條件的組合，如斷裂系統(tǒng)+砂體疊置、斷裂系統(tǒng)+裂縫系統(tǒng)、源儲接觸+砂體疊置、源儲接觸+裂縫系統(tǒng)、砂體疊置+裂縫系統(tǒng)，甚至斷裂系統(tǒng)+裂縫系統(tǒng)+砂體疊置等更多因素的組合構(gòu)成縱橫向溝通的復(fù)雜疏導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)(表1)。正是這種疏導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)的多樣化組合形式保證了油氣在研究區(qū)長9油層組的聚集成藏(圖5)。

圖5中從左至右烴源巖逐漸發(fā)育，多個(gè)斷裂系統(tǒng)分別展示了長9砂體油氣運(yùn)聚的不同過程。長9油層組獲得油氣充注的首要條件是： 長7與長9的

表1 紅河油田典型井的油氣輸導(dǎo)體系

剩余地層壓力差大于油氣進(jìn)入長9砂體所克服的浮力和毛管壓力之和(p長7-p長9>p浮(長9)+pc(長9))；長7生烴排烴后充注長8砂體后仍有剩余(V排(長7)-V充(長8)>0)。

圖5中，①的斷裂系統(tǒng)貫穿長8和長9，生烴量不足，長8砂體獲得油氣充注之后，沒有多余油氣充注長9砂體。當(dāng)長8砂體靠近烴源巖，又發(fā)育有裂縫時(shí)，長8砂體可直接獲得油氣充注，但垂向無其他輸導(dǎo)體，油氣無法運(yùn)移到長9砂體中，如圖中②所示。當(dāng)有裂縫系統(tǒng)溝通長8和長9砂體又滿足以上油氣富集條件時(shí)，若油氣運(yùn)移至長8砂體并有多余油氣，會繼續(xù)向下運(yùn)移使長9砂體獲得油氣，如圖中③所示。圖中④顯示的是，雖然油源充足又發(fā)育有裂縫，但斷裂系統(tǒng)未貫穿長9，長8砂體獲得油氣后雖有剩余，但沒有通道使油氣運(yùn)移至長9。而圖中⑤雖滿足條件，但由于長9砂體非常致密，多余油氣通過裂縫進(jìn)入到與長8砂體鄰近的物性好的砂體中。圖中⑥為油源最為充足的地方，斷裂系統(tǒng)貫穿了整個(gè)延長組，由于長8上部砂體非常致密，油氣未能進(jìn)入該砂體，運(yùn)移至下部物性好的砂體聚集成藏。

3 結(jié) 論

(1)長7烴源巖、泥巖地層的快速埋深產(chǎn)生的欠壓實(shí)作用和有機(jī)質(zhì)的生烴作用形成了超壓，與儲層之間存在較大的剩余地層壓力差，為長7生成的油氣沿復(fù)雜輸導(dǎo)體系向下運(yùn)移提供動力。

(2)斷裂系統(tǒng)是研究區(qū)油氣輸導(dǎo)體系的重要組成部分，斷層及裂縫的展布決定了油氣運(yùn)移至長9聚集成藏的主要方向。長8、長9砂體的物性條件決定了油氣能否充注，而砂體的疊置關(guān)系、發(fā)育程度、排烴量共同控制了油氣在長9砂體中的充注程度。

(3)長9油氣聚集成藏是輸導(dǎo)條件多樣化組合作用的結(jié)果，斷裂系統(tǒng)、裂縫系統(tǒng)、砂體疊置和源儲接觸等單一輸導(dǎo)系統(tǒng)的自由組合構(gòu)成了復(fù)雜的縱橫向溝通的輸導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)體系，決定了長9油氣的不同成藏過程。

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責(zé)任編輯：王 輝

2014-09-28

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“油氣藏天然裂縫有效性定量表征技術(shù)研究”(編號：41202096)

王翠麗(1985-)，女，博士研究生，主要從事油氣藏描述研究。E-mail：wcl15982205106@163.com

1673-064X(2015)02-0030-05

TE122

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