梁正中，許紅濤，李 昌

（1.榆林學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院，陜西 榆林 719000；2.西安石油大學(xué)石油工程學(xué)院，陜西 西安 710065；3.中國(guó)石油杭州地質(zhì)研究院，浙江 杭州 310023）

低滲致密砂巖油氣藏具有豐富的成藏類型和不同的形成機(jī)制。油氣藏的形成與分布往往受多種地質(zhì)因素控制，只有在有效時(shí)空的配置下才能形成有利的油氣聚集。不同大地構(gòu)造背景、不同類型的沉積盆地及其所經(jīng)歷的不同演化過(guò)程又造成了各成藏地質(zhì)因素作用權(quán)重的差異性。同一盆地不同構(gòu)造部位油氣成藏地質(zhì)條件和充注的主控因素也存在較大差異。許多學(xué)者從油氣藏形成的宏觀控制因素和成藏條件等方面，以大量巖心分析數(shù)據(jù)及室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果為基礎(chǔ)，研究了構(gòu)造沉積、輸導(dǎo)體系、成藏動(dòng)力等對(duì)致密油氣藏形成的控制作用與成藏模式[1-4]。

鄂爾多斯盆地位于中國(guó)中西部，蘊(yùn)含豐富的石油資源，多集中在盆地的中南部。進(jìn)入21世紀(jì)，鄂爾多斯盆地西南緣油氣勘探也受到?jīng)Q策層的關(guān)注，中國(guó)石油和中國(guó)石化所轄油田近年來(lái)均有較大突破發(fā)現(xiàn)。隨著油氣勘探的不斷深入，近幾年延長(zhǎng)組下組合長(zhǎng)8致密油藏不斷有新發(fā)現(xiàn)。前人的研究主要集中在儲(chǔ)層特征、沉積砂體和沉積相、成藏特征等方面，而對(duì)其充注形成機(jī)制以及油藏富集等方面的研究程度較低。由于盆緣相比盆地內(nèi)部成藏條件更加復(fù)雜，對(duì)長(zhǎng)8油藏差異性充注富集成因的詳細(xì)研究目前較少[5-6]。在西南緣成藏基本地質(zhì)條件研究的基礎(chǔ)上，亟需開展環(huán)西與彭陽(yáng)地區(qū)油藏充注程度及分布控制因素系統(tǒng)攻關(guān)研究。因此，從烴源巖、儲(chǔ)層、輸導(dǎo)條件、成藏動(dòng)力與構(gòu)造演化等多方面，探討了環(huán)西與彭陽(yáng)地區(qū)長(zhǎng)8油層油藏特點(diǎn)和充注條件的差異性，總結(jié)了南北不同地區(qū)的石油充注成藏模式，為盆緣石油勘探選區(qū)提供指導(dǎo)依據(jù)。

1 油藏差異性

1.1 油藏地質(zhì)背景

鄂爾多斯盆地是在古生代華北穩(wěn)定克拉通盆地基礎(chǔ)上發(fā)育起來(lái)的多旋回疊合盆地，現(xiàn)今沉積環(huán)境穩(wěn)定，沉積厚度較大，為油氣的富集提供了良好的儲(chǔ)集空間。盆地可劃分為伊盟隆起、伊陜斜坡、渭北隆起、西緣逆沖帶、天環(huán)坳陷和晉西撓摺帶6個(gè)一級(jí)構(gòu)造單元（圖1）。鄂爾多斯盆地經(jīng)歷5個(gè)構(gòu)造演化階段：中—晚元古代坳拉谷發(fā)育階段、早古生代淺海臺(tái)地形成演化階段、晚古生代近海平原形成演化階段、中生代內(nèi)陸湖盆發(fā)育階段和新生代周邊斷陷形成階段。中三疊世鄂爾多斯湖盆從長(zhǎng)10段沉積期開始發(fā)育，至長(zhǎng)7段沉積期達(dá)到鼎盛，發(fā)育一套穩(wěn)定的以暗色泥巖和油頁(yè)巖為主的烴源巖層。烴源巖生成的油氣可直接充注進(jìn)入周圍低滲透致密儲(chǔ)層中，即廣覆式烴源巖與大面積細(xì)粒砂巖緊密接觸或互層共生，盆地內(nèi)部富集了豐富的低滲—致密油資源[6]。環(huán)西與彭陽(yáng)地區(qū)均位于鄂爾多斯盆地西南部，地跨天環(huán)坳陷與西緣沖斷帶，為長(zhǎng)慶油田石油勘探開發(fā)的接替戰(zhàn)場(chǎng)，分別緊鄰環(huán)江油田與鎮(zhèn)北油田。前期研究區(qū)以侏羅系淺層勘探為主，發(fā)現(xiàn)了彭陽(yáng)、演武侏羅系高產(chǎn)含油區(qū)。三疊系延長(zhǎng)組也是該地區(qū)油氣主要分布層系，其中長(zhǎng)8油層辮狀河分流河道砂體厚度大，勘探開發(fā)潛力大。

圖1 鄂爾多斯盆地研究工區(qū)構(gòu)造位置示意圖Fig.1 Structural location of study area in Ordos Basin

1.2 南北油藏特征

勘探實(shí)踐表明，在鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組中深層的低滲—致密砂巖油藏中，儲(chǔ)層物性差，毛細(xì)管阻力很大，油水很難在重力作用下分異，含油飽和度普遍較低。長(zhǎng)8油層的分布與常規(guī)油藏完全不同，平面富集程度差異較大。環(huán)西與彭陽(yáng)地區(qū)實(shí)際測(cè)試產(chǎn)量變化較大（圖2、圖3）。綜合試油試采資料和測(cè)錄井解釋，該區(qū)長(zhǎng)8油層油水關(guān)系復(fù)雜，油水分異性較差，多油水同出，少數(shù)井產(chǎn)純油。錄井顯示油跡、油斑普遍，但油浸少見。實(shí)測(cè)巖心分析表明含油飽和度一般小于30%，含水飽和度一般大于40%。整體以低含油飽和度巖性油藏為主[7]，其中彭陽(yáng)地區(qū)受低幅構(gòu)造背景影響較大，已發(fā)現(xiàn)的油氣藏多集中于構(gòu)造高部位；彭陽(yáng)總體構(gòu)造從東往西逐步抬升，在重力分異作用下，具有上氣中油下水的特點(diǎn)，并且南部油田地層水礦化度較低，原油密度和黏度較高（圖4）。北部油藏平面上具有東多西少的現(xiàn)象，原油性質(zhì)正常?？傮w上，南部彭陽(yáng)含油成片，油氣顯示較好，整體物性較好，油質(zhì)較重；北部環(huán)西東邊油藏顯示好，往西則零星出油，儲(chǔ)層較致密，但有“甜點(diǎn)”分布。

圖2 鄂爾多斯盆地研究工區(qū)北部長(zhǎng)8砂體物性與產(chǎn)油量分布Fig.2 Relation between sand physical property and oil production of study area in northern Chang-8 of Ordos Basin

圖3 鄂爾多斯盆地研究工區(qū)南部長(zhǎng)8砂體物性與產(chǎn)油量分布Fig.3 Relation between sand physical property and oil production of study area in southern Chang-8 of Ordos Basin

圖4 鄂爾多斯盆地環(huán)西與彭陽(yáng)地區(qū)典型探井流體性質(zhì)Fig.4 Fluid characteristics of typical wells in Huanxi-Pengyang area of Ordos Basin

2 差異性形成原因分析

2.1 源巖差異

前人的油源分析結(jié)果認(rèn)為，鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組長(zhǎng)7、長(zhǎng)9優(yōu)質(zhì)烴源巖均可成為盆地長(zhǎng)8油藏的烴源巖。就該地區(qū)而言，黑色頁(yè)巖和暗色泥巖的生烴潛力最優(yōu)，長(zhǎng)7發(fā)育的有效烴源巖仍是盆緣中生界低滲透致密油富集主要的供烴源巖[8-10]。平面上，長(zhǎng)7段的黑色頁(yè)巖和暗色泥巖在盆內(nèi)均呈大面積、廣覆式分布，向邊緣有減薄趨勢(shì)。在下白堊統(tǒng)志丹組沉積初期，開始進(jìn)入低成熟期，在志丹組沉積晚期進(jìn)入成熟期，開始大量生油，關(guān)鍵時(shí)刻對(duì)應(yīng)于早白堊世末，現(xiàn)今仍處于成熟—高成熟早期階段。

研究區(qū)南部彭陽(yáng)烴源巖厚度較大（圖5），有機(jī)質(zhì)以腐泥型為主，TOC（總有機(jī)碳含量）平均為3.5%，生排烴強(qiáng)度相對(duì)較高，油藏與烴源巖具有較好的匹配關(guān)系，以“上生下儲(chǔ)”為主。研究區(qū)北部在湖岸線東部地區(qū)有效烴源巖厚度大，成熟度較高，高效生徑灶分布聚集于工區(qū)東北部環(huán)縣木缽區(qū)，往西翼變薄，成熟度向西南邊緣也呈環(huán)帶狀降低?？梢?，環(huán)西地區(qū)東邊的烴源巖條件明顯優(yōu)于西緣，即西緣烴源巖并不發(fā)育甚至尖滅，只能是來(lái)自東部生成的原油經(jīng)過(guò)一定距離側(cè)向輸導(dǎo)在環(huán)西西緣異地充注。

圖5 鄂爾多斯盆地長(zhǎng)7段烴源巖厚度等值線Fig.5 Contour map of source rock thickness of Chang-7 member of Ordos Basin

2.2 儲(chǔ)層差異

長(zhǎng)8段致密砂巖儲(chǔ)層發(fā)育灰褐色、褐灰色油跡—油斑細(xì)砂巖為主，成分中石英約占55%～60%，長(zhǎng)石約占30%～40%，泥質(zhì)及其他約占5%～10%，顆粒呈次棱角狀—次圓狀，分選好—中等，泥質(zhì)膠結(jié)。區(qū)內(nèi)南北物性差異較大（圖6），環(huán)西實(shí)測(cè)孔隙度一般為6%～16%，滲透率多小于1.0×10-3μm2；彭陽(yáng)實(shí)測(cè)孔隙度一般大于10%，滲透率分布較寬主體介于（0.2～20.0）×10-3μm2。

圖6 鄂爾多斯盆地環(huán)西與彭陽(yáng)地區(qū)儲(chǔ)層孔隙度分布Fig.6 Distribution of reservoir porosity in Huanxi-Pengyang area of Ordos Basin

大面積厚層帶狀砂體在南北工區(qū)均發(fā)育：北部環(huán)西儲(chǔ)層致密背景下，物性變化相對(duì)快，微觀孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜；南部彭陽(yáng)辮狀河分流河道砂體厚度大，整體物性較好，更有利于油氣充注富集。統(tǒng)計(jì)區(qū)內(nèi)儲(chǔ)層內(nèi)油水類型與儲(chǔ)層物性關(guān)系，在不同物性的儲(chǔ)層內(nèi)，均有油層、油水同層分布。因此，優(yōu)勢(shì)儲(chǔ)層是油氣成藏的必要條件，而不是絕對(duì)控制因素。進(jìn)一步分析得出研究區(qū)低滲透—致密砂層物性參數(shù)孔滲之間相關(guān)性較好，儲(chǔ)層普遍具有含油性，而且含油飽和度與孔隙度、滲透率之間關(guān)系復(fù)雜，表現(xiàn)為不同物性砂巖中均有石油注入。儲(chǔ)層物性與含油飽和度的復(fù)雜關(guān)系反映了影響該區(qū)含油飽滿程度的地質(zhì)因素較多，儲(chǔ)層物性的好壞不是關(guān)鍵。長(zhǎng)8油氣充注富集主要還受到其他因素的影響[11]。

2.3 動(dòng)力條件變化

環(huán)西與彭陽(yáng)地區(qū)長(zhǎng)8油藏的原油大多來(lái)自長(zhǎng)7烴源巖，由于長(zhǎng)8油層屬于超低滲—致密儲(chǔ)層，當(dāng)油氣從上覆長(zhǎng)7烴源巖生成并在長(zhǎng)8油層組聚集成藏時(shí)，若要克服阻力，需要相對(duì)較高的推動(dòng)力才能驅(qū)使油氣向下傾方向運(yùn)移[12-13]。綜合成藏物理模擬實(shí)驗(yàn)，低滲透致密油充注富集需要一定的啟動(dòng)壓力，隨著啟動(dòng)壓力的增大進(jìn)入致密儲(chǔ)集層的流體飽和度呈現(xiàn)增長(zhǎng)的趨勢(shì)，即致密儲(chǔ)集層的含油飽和度與源儲(chǔ)壓差呈正相關(guān)[14-15]。源儲(chǔ)壓差的分布影響油氣分布，壓力差越大，含油飽和度越高，致密油越富集。盆內(nèi)主體區(qū)源儲(chǔ)壓力差一般為8～16 MPa，通過(guò)繪制長(zhǎng)7—長(zhǎng)8的剩余壓力剖面分布圖（圖7），剖面位置見圖1，可觀察到西南緣環(huán)西與彭陽(yáng)地區(qū)長(zhǎng)8與長(zhǎng)7底部也有較大的剩余壓力差存在。

圖7 鄂爾多斯盆地環(huán)西與彭陽(yáng)地區(qū)剩余壓力剖面分布Fig.7 Profile of fluid overpressure distribution in Chang-7 to Chang-8 members of Ordos Basin

只有當(dāng)源儲(chǔ)壓差越大且油氣初次運(yùn)移動(dòng)力充足時(shí)，垂向運(yùn)移距離相對(duì)越大，儲(chǔ)集油氣的油層厚度越高。南部彭陽(yáng)有效烴源巖能夠提供較為充足的油源供給，又能在生烴、排烴過(guò)程中提供較強(qiáng)的油氣持續(xù)充注動(dòng)力保障。因此，在南部烴源巖發(fā)育的區(qū)域，加上砂體發(fā)育較好，越易形成油藏富集。

由于研究區(qū)延長(zhǎng)組儲(chǔ)層能量相對(duì)盆內(nèi)較弱，加之地層平緩、儲(chǔ)層致密，油氣二次運(yùn)移能量弱，油氣無(wú)法大規(guī)模側(cè)向運(yùn)移；環(huán)西西部區(qū)域整體動(dòng)力欠缺，難以形成連片有效的油氣聚集。但西緣壓力低，為油氣運(yùn)移聚集有利指向區(qū)，加上坳陷西翼變得陡窄，浮力發(fā)揮的作用增強(qiáng)，沿高滲透帶可能存在小范圍側(cè)向運(yùn)移。

2.4 輸導(dǎo)系統(tǒng)

鄂爾多斯盆地長(zhǎng)6—長(zhǎng)8致密儲(chǔ)集層均發(fā)育縱向裂縫，為致密油富集提供了良好的優(yōu)勢(shì)輸導(dǎo)條件[16]。伴隨構(gòu)造運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的裂縫或微裂縫等，可使致密儲(chǔ)層的滲流能力得以改善，成為油氣運(yùn)移通道[17-19]。燕山期是裂縫發(fā)育的最主要的時(shí)期，形成于主成藏期以前的斷層和裂縫起到連通烴源巖與儲(chǔ)層的作用。北部天環(huán)坳陷西翼靠近西緣沖斷帶，裂縫、小斷層較為發(fā)育。南部彭陽(yáng)斷層與裂縫體系更為發(fā)育。

2.5 圈閉與蓋層條件

研究區(qū)受構(gòu)造演化的影響，形成了長(zhǎng)8地層以巖性圈閉為主、構(gòu)造—巖性圈閉為輔的圈閉發(fā)育特征。東部分布廣、厚度大的長(zhǎng)7超壓泥巖為長(zhǎng)8油層提供了良好的蓋層條件，整體有利于長(zhǎng)8油氣藏的保存。相反，環(huán)西西緣蓋層整體稍差。

2.6 構(gòu)造調(diào)整

前人通過(guò)流體包裹體測(cè)溫、伊利石測(cè)年以及飽和壓力計(jì)算等方法研究了鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組成藏期次。從早白堊世開始，區(qū)域構(gòu)造沉降及伴隨的大規(guī)模盆地?zé)崾录l(fā)了烴源巖的生排烴，由此大多數(shù)學(xué)者認(rèn)為鄂爾多斯盆地主要成藏期發(fā)生在早白堊世末[20-24]。油藏關(guān)鍵充注成藏期之后，形成于喜山運(yùn)動(dòng)的斷層及裂縫對(duì)該區(qū)西南邊緣油氣聚集起著調(diào)整或破壞作用，使油氣分布進(jìn)一步復(fù)雜化。

通過(guò)定量顆粒熒光技術(shù)檢測(cè)儲(chǔ)層巖石顆粒（QGF）及其二氯甲烷抽提物（QGF-E）的熒光響應(yīng)，可有效識(shí)別顆粒含油氣豐度與性質(zhì)以及古油層，進(jìn)而解釋復(fù)雜的油氣充注過(guò)程等。對(duì)鄂爾多斯盆地彭陽(yáng)、環(huán)西地區(qū)南北典型井Y180、M90的砂巖樣品分別開展顆粒熒光定量測(cè)試，主要參數(shù)QGF及QGF-E反映了古油層與現(xiàn)今油層有所差異（表1）。結(jié)果表明南部為早充注晚調(diào)整型（下部QGF Index值高，QGF-E強(qiáng)度值低），而北部為正常一致型（QGF Index值和QGF-E強(qiáng)度值兩者變化一致），這也說(shuō)明南部彭陽(yáng)油藏受構(gòu)造調(diào)整影響明顯要強(qiáng)。

表1 QGF及QGF-E分析檢測(cè)結(jié)果Table 1 QGF and QGF-E results

3 運(yùn)移成藏模式對(duì)比

所謂油氣藏是指油氣在單一圈閉中的聚集，即是一定數(shù)量的油氣，由于遮擋物的作用，阻止了它們繼續(xù)運(yùn)移，而在儲(chǔ)集層中聚集起來(lái)形成了油氣藏。環(huán)西與彭陽(yáng)地區(qū)長(zhǎng)8油氣藏和上覆長(zhǎng)7段優(yōu)質(zhì)烴源巖在空間上均形成了上生下儲(chǔ)近源成藏組合，但也存在較大差別。前述從烴源巖、儲(chǔ)層、輸導(dǎo)條件、成藏動(dòng)力與構(gòu)造演化等多方面，探討了盆地內(nèi)部及周緣地區(qū)長(zhǎng)8油層油藏特點(diǎn)和充注條件的差異性[13,15]，環(huán)西與彭陽(yáng)研究區(qū)南北油藏特點(diǎn)及成藏條件總結(jié)如下（表2）。為此最終建立了對(duì)應(yīng)的油氣成藏模式（圖8、圖9），即南部彭陽(yáng)地區(qū)主體為垂向運(yùn)移成藏模式，北部環(huán)西靠西地區(qū)表現(xiàn)為側(cè)向運(yùn)移成藏模式。

圖8 鄂爾多斯盆地彭陽(yáng)地區(qū)垂向運(yùn)移充注模式Fig.8 Vertical hydrocarbon migration and accumulation pattern in Pengyang area

表2 油藏成藏特征和條件對(duì)比Table 2 Contrast of oil accumulation features and conditions in study area

該模式表明研究區(qū)東部的區(qū)域長(zhǎng)7烴源巖發(fā)育，在早白堊世末進(jìn)入生、排烴高峰期，生成的油氣在源儲(chǔ)剩余壓力差驅(qū)動(dòng)下，通過(guò)近源疊置砂體和近垂向裂縫向下運(yùn)移，在長(zhǎng)81亞段砂體中充注成藏。環(huán)西大部屬于源下型致密巖性油藏，除了儲(chǔ)集層的必要條件，某種程度上更取決于優(yōu)質(zhì)烴源巖的分布。東部靠近厚度大、品質(zhì)優(yōu)的烴源巖分布區(qū)下部，可形成相對(duì)富集區(qū)，往西往往含油變差，出現(xiàn)油水同層，甚至為水層，即只存在部分沿高滲透地層側(cè)向運(yùn)移選擇性充注。彭陽(yáng)油氣藏受構(gòu)造背景影響較大，整體上具有低生、低壓、近距離、低充注特點(diǎn)。

4 結(jié)論

鄂爾多斯盆地西南邊緣地區(qū)雖普遍以低飽和度巖性油藏為主，但南北油藏特點(diǎn)及充注成藏條件差異較大。南部彭陽(yáng)含油成片，油氣顯示較好，整體油質(zhì)較重。北部環(huán)西東邊油藏顯示好，往西零星出油，油質(zhì)中等。

綜合研究表明，南部彭陽(yáng)長(zhǎng)7烴源巖厚度較大、生排烴條件相對(duì)有利，加上長(zhǎng)8整體儲(chǔ)層物性較好及源儲(chǔ)剩余壓差較大，相比北部環(huán)西更有利于油氣充注富集；但彭陽(yáng)后期構(gòu)造調(diào)整或破壞作用較強(qiáng)，使油氣分布進(jìn)一步復(fù)雜化。

在對(duì)比成藏特征和條件的基礎(chǔ)上，通過(guò)油氣富集主控因素分析，認(rèn)為南部彭陽(yáng)地區(qū)為垂向運(yùn)移成藏模式，北部環(huán)西靠西地區(qū)表現(xiàn)為側(cè)向運(yùn)移成藏模式。通過(guò)明確低滲透致密油充注富集的主控因素及成藏模式，可為類似的盆地邊緣地區(qū)下一步油藏勘探開發(fā)選區(qū)提供地質(zhì)依據(jù)。