王会来, 高先志, 杨德相, 李 浩, 张志遥, 王 旭

1)中国石油大学地球科学学院, 北京 102249; 2)中国石油大学油气资源与探测国家重点实验室, 北京 102249; 3)中石油华北油田分公司勘探开发研究院, 河北任丘 062550

二连盆地烃源岩层内云质岩油气成藏研究

王会来1), 高先志1,2)*, 杨德相3), 李 浩1), 张志遥1), 王 旭1)

1)中国石油大学地球科学学院, 北京 102249; 2)中国石油大学油气资源与探测国家重点实验室, 北京 102249; 3)中石油华北油田分公司勘探开发研究院, 河北任丘 062550

二连盆地下白垩统发育一套陆源碎屑与碳酸盐矿物组成的混合沉积物, 近年来在其中发现大量油气显示。通过岩心观察、薄片鉴定、物性分析和岩石热解等方法, 综合研究了云质岩储集层的岩石学特征、储集空间类型、物性特征和成藏主控因素等。研究认为, 云质岩储集层孔隙度高、渗透率低, 属于低渗透-致密储集层, 溶蚀作用或构造作用产生铸模孔和构造溶蚀缝, 形成云质岩的“甜点”区; 高碳酸盐含量烃源岩和低渗透-致密储集层呈互层式展布, 烃源岩成熟度低, 生烃超压不发育, 与优质烃源岩(TOC＞2%)相邻储集层溶蚀孔隙发育, 从而降低油气充注阻力, 最有利于油气聚集成藏。

云质岩; 源内成藏; 低渗透-致密储集层; 溶蚀作用; 下白垩统; 二连盆地

二连盆地下白垩统巴彦花群阿尔善组和腾一段是该盆地两套主力烃源层, 厚度大, 厚度多在250～800 m之间, 有机质丰度高, 有机质类型以II型为主, 为油藏形成提供了物质基础。其中, 各凹陷烃源岩层内普遍发育一套白云质泥岩与白云质砂岩组成的地层(祝玉衡等, 2000; 张福顺等, 2003; 郭强等, 2012), 云质砂岩具有低渗透-致密储层的特点。经过多年的勘探实践, 目前已有多个凹陷在该段见好的油气显示, 其中已在阿南、巴音都兰等凹陷, 压裂后产油。但是, 多年来针对该区云质岩的研究较为薄弱。

近年来, 源内低渗透-致密储层的成藏问题引起众多学者的高度重视(贾承造等, 2012; 邹才能等, 2012; 郭彦如等, 2012; 杨华等, 2012; 匡立春等, 2012), 普遍认为, 烃源岩层内的储层具有生成的油气直接与圈闭接触, 运移路径非常短, 没有明显的二次运移的特点。除低渗透-致密油气成藏外, 主要还包括砂岩透镜体成藏、烃源岩自生自储等类型。目前, 对于低渗透-致密储层油气成藏多关注的是储层发育特征和生烃超压对含油性的影响, 关于较低成熟度烃源岩对含油性的控制少有报道, 因此本文研究对低渗透-致密储层油气的富集和分布研究具有重要意义。

二连盆地属于典型的陆相断陷盆地(图1), 在早白垩世依次经历了阿尔善早期、腾格尔早期和腾格尔后期等三次成湖期, 发育了较厚的陆相沉积层序(张福顺, 2005); 其中腾格尔早期为成湖高潮阶段,岩性剖面以大段深灰色泥岩为特征。早白垩世二连盆地区域上为热带-亚热带气候, 干湿交替(图2),湖盆水质以淡水和微咸水为主, 属于典型淡水湖泊沉积。二连盆地早白垩世与我国东部其它地区一样,火山活动强烈, 火山活动以中基性岩浆喷发为主,火山喷发物质以风携搬运、水携搬运等方式与正常陆源物质共同构成复杂沉积特征。总之, 受古地形、古构造和古气候等因素影响, 下白垩统具有近物源、小水系、粗碎屑和火山活动频繁等沉积特征(祝玉衡等, 2000)。

图1 二连裂谷盆地群构造单元划分(据杜金虎, 2003)Fig. 1 Structure units of the Erlian rift basin (after DU, 2003)

图2 二连盆地下白垩统地层格架(据祝玉衡等, 2000)Fig. 2 Lower Cretaceous stratigraphic framework of Erlian Basin (after ZHU et al., 2000)

1 岩石类型及分布

1.1 岩石类型

下白垩统云质岩为一套受机械沉积作用、化学沉积作用和火山活动共同影响而沉积的混积岩, 以云质泥岩、云质粉砂岩和白云岩为主(图3), 夹薄层沉凝灰岩。该套岩性一般厚度为200 m, 作为全区对比的重要标志层, 俗称“特殊岩性段”。岩石成分复杂, 多为过渡性岩类, 随着云质成分增加, 陆源碎屑成分减少, 岩性从含云质砂岩、含云质泥岩过渡为白云岩, 部分凹陷白云化程度低, 表现为灰质泥岩和灰质粉砂岩发育, 另有少量火山碎屑岩。

1.2 分布特征

研究区云质岩有别于清水台地相碳酸盐岩, 除成分复杂, 且以云质泥岩和云质粉砂岩为主外, 其分布范围也较广, 既可以在滨浅湖亚相形成云质泥岩与云质粉砂岩交互沉积, 又可以位于三角洲前缘亚相, 表现为正常泥岩与云质岩互层。此外, 泥质云岩在不同沉积相带中也都有发育(图4)。对巴音都兰、阿南和额仁淖尔等多个重点凹陷内云质岩研究认为, 分布主要受母源区岩性影响, 由碳酸盐岩与火山碎屑岩或碳酸盐岩与花岗岩共同注入湖盆发生混合沉积, 为典型的母源混合类型。而白云石的形成主要是埋藏白云石化作用, 与火山玻璃脱玻化过程中释放出大量Mg2+、Fe2+离子有关(朱世发等, 2011)。

图3 二连盆地云质岩特征Fig. 3 Microscopic characteristics of dolomitic rock in Erlian basin

图4 巴音都兰凹陷下白垩统云质岩分布图Fig. 4 Distribution of Lower Cretaceous dolomitic rocks in Bayindulan sag

2 云质岩成藏特征

2.1 优质源岩提供物质基础

(1)烃源岩特征

下白垩统云质岩发育优质烃源岩, 岩性为云质泥岩, 有机质丰度高, 巴音都兰凹陷TOC平均为3%, 氯仿沥青“A”含量平均为0.23%; 额仁淖尔凹陷TOC平均为1.58%, 氯仿沥青“A”含量平均为0.17%。有机质类型好, 以II1型和II2型为主。主体达到成熟阶段, 巴音都兰凹陷Ro介于0.5%～0.9%之间; 额仁淖尔凹陷Ro介于0.5%～1.0%之间。

(2)源储关系

作为优质烃源岩, 云质泥岩与相邻低渗透-致密储集层表现为源储一体、近源成藏的特征。二连盆地下白垩统云质泥岩与云质砂岩不等厚互层发育,夹泥晶白云岩(图5), 单砂层厚度一般为1～3 m,砂/泥比一般为20%～35%。同时, 云质泥岩还可形成铸模孔、构造溶蚀缝等储集空间, 自身具有一定的储集性能。

2.2 溶蚀作用形成储层“甜点”

(1)储集空间类型

二连盆地云质岩储集空间主要有微孔隙、原生剩余粒间孔、溶蚀孔隙、构造缝等四大类。孔隙按其发育特征和成因可分为:

①纳米级微孔隙, 孔径小于1 μm, 在云质泥岩、泥晶白云岩中, 孔隙类型主要为粘土矿物、白云石、石英、长石等细小矿物晶间孔; 在云质砂岩中, 由于白云石呈基底式胶结, 一般纳米级微孔隙可占到83%, 最高可达98%。

②粒间孔-粒间溶孔, 主要为云质砂岩中颗粒间白云石胶结后剩余的孔隙, 以及长石颗粒边缘或白云石胶结物溶蚀形成的孔隙(图6a), 孔径10～60 μm。

③铸模孔, 主要为云质砂岩中长石颗粒完全被溶蚀形成的孔隙(图6a), 孔径200～1100 μm; 在云质泥岩和泥晶云岩中也可见铸模孔(图6b), 为火山玻璃被彻底溶蚀。

④基质溶孔, 主要发育在白云化沉凝灰岩中,不稳定火山物质成分被溶蚀形成的孔隙(图6c), 孔径10～400 μm, 面孔率5%。

⑤构造缝, 岩心中常见有低角度裂缝和垂直缝(周新桂等, 2006), 发育差, 多数被充填, 充填物主要为粉-细晶白云石、黄铁矿和钠长石(图6c, d), 构造缝后期可发生溶蚀作用形成构造溶蚀缝, 裂缝宽度大于3.3 mm, 最宽可达4.5 mm。

(2)储集层物性特征

物性分析数据表明, 二连盆地下白垩统云质岩储层物性表现为中孔(15%＜Ф＜20%)-特低渗(1 mD＜K＜10 mD)到低孔(10%＜Ф＜15%)-超低渗(K＜1 mD), 具有孔隙度高、渗透率低的普遍特点,整体为低渗透-致密储集层。

云质岩储集层物性受白云石及粉细砂含量影响明显, 白云石含量越高, 云质岩储集层物性相对就越差, 以纳米级微孔隙为主, 孔隙度小于10%, 渗透率小于0.04 mD; 随着粉细砂含量增加, 发育粒间孔和粒间溶孔、以及铸模孔, 储层孔隙度大于10.5%, 最高可达24.6%之间, 但渗透率仍为1 mD左右; 构造缝发育时, 虽然未能增加储层孔隙度,但是可使渗透率增加到10 mD, 甚至更高。

(3)云质岩储层“甜点”发育特征

Fig. 5 二连盆地重点凹陷云质岩柱状图Fig. 5 Columnar section of dolomitic rocks in main sags, Erlian Basin

“甜点”是指低渗透-致密储集层中物性相对较好的点。“甜点”区是勘探的重点目标。针对该区云质岩储集层的特点, 并综合测井、试油等资料分析, 将二连盆地下白垩统云质岩“甜点”区储集层确定为孔隙度大于15%的储集层段, 对应渗透率大于1 mD, “甜点”储集层主要为剩余粒间孔-溶孔型,其次是裂缝-孔隙型。

图6 二连盆地云质岩储层主要孔隙类型Fig. 6 Photomicrographs of pore types of dolomitic rocks in Erlian Basin

与优质烃源岩互层的低渗透-致密储集层的物性和含油性随烃源岩有机质丰度的增加而变好。图7是二连盆地3个差异较大的云质砂岩储集层的地质特征剖析结果。3个云质砂岩储集层发育在相同的环境中, 均是上下被泥质烃源岩覆盖的滨浅湖沉积。围岩生烃条件好的巴10井云质砂岩孔隙度为20%左右, 油气显示为油浸和含油(图7a); 生烃条件差、自身孔渗性差的淖7井云质砂岩物性最差, 孔隙度为10%左右, 油气显示为油迹和荧光(图7c);两方面条件居中的巴48井云质砂岩物性和含油性居中, 为油斑(图7b)。

云质泥岩中碳酸盐矿物含量高, 对于TOC＞2%的烃源岩(图7a, b), 热演化生成的有机酸不仅对泥岩内碳酸盐矿物进行溶蚀, 还能够在储集层内形成大量的粒间溶孔和铸模孔, 以及构造溶蚀缝, 从而大大提高低渗透-致密储层的渗流能力, 形成云质岩储层“甜点”。

2.3 油气成藏机理

(1)储层含油的临界物性

通过统计云质岩储层岩性、物性与含油性的关系, 发现云质砂岩最有利于油气的聚集, 并且云质砂岩的储集物性存在一个临界值, 即当云质砂岩的渗透率大于0.3 mD时, 砂体内才能有油气聚集, 含油砂体主要分布在渗透率为0.4～11 mD的储集体内(图8), 且在该范围内具有随砂体物性条件变好含油性变好的趋势。与云质砂岩含油性特征相似, 泥晶白云岩和白云化沉凝灰岩的渗透率大于0.7 mD时,才能聚集油气。因此, 物性的好坏直接影响着云质岩储集层的含油性, 物性越好, 孔隙结构越好, 流体渗流能力越强, 越有利于烃源岩中生成的油气排出而进入储集层内。

图7 二连盆地3类云质砂岩储层地质特征剖析(其余图例同图5)Fig. 7 Map showing geological characteristics of three types of dolomitic sandstone in Erlian Basin (other legend same as Fig. 5)

图8 二连盆地云质岩储层含油性特征统计Fig. 8 Statistics of oil-bearing characteristics of dolomitic rocks in Erlian Basin

(2)储层溶蚀降低油气充注阻力

对于源内成藏, 储集层能否被充注成藏, 主要看排烃过程与聚烃过程的耦合配置关系。只有当两者协调一致, 既达到聚烃条件又达到排烃条件时,才能完成储集层的成藏过程(庞雄奇等, 2003; 曾溅辉等, 2002)。近年来众多学者针对砂岩透镜体和致密油成藏特征进行大量研究表明, 烃源岩异常高压是油气聚集的必要条件(苏永进等, 2005; 王永卓等, 2006; 张善文等, 2009; 杨华等, 2012; 匡立春等, 2012)。

图9 二连盆地云质岩储层含油性与烃源岩关系Fig. 9 Oil potential of the dolomitic rock and its relationship with the source rock, Erlian Basin

二连盆地云质岩储集层相邻烃源岩有机质丰度高, 但是成熟度普遍较低, Ro介于0.5%～1.0%之间,很难形成较大的剩余压力, 云质岩储层中油气聚集是通过优质烃源岩控制溶蚀孔隙发育, 降低油气充注的阻力而实现的。对于TOC＞2%的烃源岩, 随着演化程度增加, 当烃源岩生成的烃量足以满足自身吸附、孔隙水溶解和毛细管封堵等多种存留需要,即达到排烃门限后, 烃类开始以游离相大量排出,同时, 由于溶蚀作用使充注阻力降低, 不存在聚烃门限, 油气直接进入储层内聚集成藏(图9)。然而,对于TOC＜2%的烃源岩, 相邻储层溶蚀孔隙不发育,不仅要达到排烃门限, 还要达到聚烃门限, 即充注动力大于阻力, 因此只有在异常高压下, 油气才能进入该类储集层内聚集成藏。

3 结论

1)二连盆地下白垩统云质岩储层具有孔隙度高、渗透率低的普遍特点, 整体为低渗透-致密储集层。白云石含量越高, 云质岩储集层物性相对就越差, 以纳米级微孔隙为主, 随着粉细砂含量增加,发育粒间孔和粒间溶孔。当溶蚀作用或构造作用较强, 产生铸模孔和构造溶蚀缝, 形成二连盆地下白垩统云质岩储层“甜点”。

2)二连盆地下白垩统云质岩烃源岩与低渗透-致密储集层互层产出, 精细解剖和地质统计分析认为, 云质岩近源成藏主要受储层岩性、物性等因素控制。

3)烃源岩成熟度普遍较低, 云质岩储集层油气聚集不是源于生烃增压导致的充注动力增大, 而是通过优质烃源岩控制溶蚀孔隙发育, 降低油气充注阻力来实现的。

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The Accumulation of Petroleum in the Dolomitic Rock Inside the Source Rock of Erlian Basin

WANG Hui-lai1), GAO Xian-zhi1,2)*, YANG De-xiang3), LI Hao1), ZHANG Zhi-yao1), WANG Xu1)
1) College of Geoscience, China University of Petroleum, Beijing 102249; 2) State Key Laboratory of Petroleum Resource and Prospecting, China University of Petroleum, Beijing 102249; 3) Exploration and Development Institute of North China Oilfield Branch, PetroChina, Renqiu, Hebei 062550

A set of mixed clastic-carbonate deposits are developed in the Lower Cretaceous Erlian Basin, and abundant hydrocarbon shows exist in the dolomitic rocks. According to core observation, microscopic identification, physical analysis and rock thermolysis, the dolomitic rocks is a kind of low permeable-tight reservoir with high porosity and low permeability, which has developed “sweet points” with mold holes and structural corroded fissures generated by dissolution or tectonism. It is concluded that source rocks with high carbonate content are located near the low permeable-tight dolomitic rock reservoirs and lack hydrocarbon-generating abnormal high pressure due to the lower maturity; nevertheless, the high-quality dolomite mudstone (TOC＞2%) is conducive to the formation of dissolution pores in the adjacent reservoir and the reduction of oil filling resistance, providing good conditions for oil accumulation of the proximal source type.

dolomitic rock; accumulation inside source rock; low permeable-tight reservoir; dissolution; Lower Cretaceous; Erlian Basin

P588.245; TE122.2

A

10.3975/cagsb.2013.06.09

本文由中石油重大研究课题“二连盆地富油凹陷深化勘探潜力与方向研究”(编号: HBYT-YJY-2011-JS-406)资助。

2013-04-08; 改回日期: 2013-07-17。责任编辑: 魏乐军。

王会来, 男, 1986年生。博士研究生。主要从事储集层和成藏方面的研究。通信地址: 102249, 北京市昌平区府学路18号。电话: 010-89734481。E-mail: wanghuilai1986@126.com。

*通讯作者: 高先志, 男, 1963年生。教授, 博士, 博士生导师。从事油气藏形成与分布研究。E-mail: gaoxz@cup.edu.cn。