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江汉盆地潜江凹陷新沟嘴组致密油成藏模式与分布规律

2015-11-22刘德华夏志刚关富佳

关键词:油组江汉潜江

程 亮,刘德华,夏志刚,关富佳,朱 锐

(1.长江大学非常规油气湖北省协同创新中心,湖北武汉430100;2.长江大学石油工程学院,湖北武汉430100;3.中石化江汉油田分公司江汉采油厂,湖北潜江433124)

江汉盆地潜江凹陷新沟嘴组致密油成藏模式与分布规律

程 亮1,2,刘德华1,2,夏志刚3,关富佳1,2,朱 锐1

(1.长江大学非常规油气湖北省协同创新中心,湖北武汉430100;2.长江大学石油工程学院,湖北武汉430100;3.中石化江汉油田分公司江汉采油厂,湖北潜江433124)

通过岩心观察、薄片鉴定、扫描电镜、X-衍射等技术,结合测井资料,对江汉盆地潜江凹陷新沟嘴组致密油成藏特点进行分析,建立“盐韵律”成藏模式,并总结成藏主控因素及分布规律。结果表明:江汉盆地新沟嘴组下段Ⅱ油组(新下Ⅱ油组)具有源储互层发育特征,具备形成致密油的良好条件;致密油藏具有储层厚度小,中孔特低渗,烃源岩低熟,油藏含油饱和度低的特点;Ⅳ级盐韵律是油气成藏的基本运聚单元和成因单元,其形成时的水体深度、盐度及蒸发作用强弱对成藏具有明显的控制作用;油层纵向上分布于Ⅲ级盐韵律咸化—淡化转换面两侧的中盐段,平面上分布于盐湖沉积区。

潜江凹陷;新沟嘴组;致密油;成藏模式;分布规律

北美“非常规油气革命”引发的石油工业科技革命正推动世界油气工业从常规油气向非常规油气跨越,非常规油气的地位与作用将更加重要。随着非常规资源研究的进步,油气勘探的指导思想也从“源外找油”深入到“进源找油”[1],而源内聚集的致密油已成为中国非常规油气勘探的重点领域。近年来在准噶尔、江汉、松辽、四川、渤海湾和柴达木等盆地也有诸多发现。中国诸多学者对致密油的定义、类型、特点、评价标准等做了大量研究[2-4]。其中盐湖、咸化湖因其良好的烃源岩形成环境以及源内易形成碎屑岩、碳酸盐岩夹层而被认为是形成致密油藏的有利地带。湖相致密油成藏模式研究,往往简单强调源储一体、源储紧邻[5-6],然而随着研究的深入,一些学者发现与烃源岩互层分布的碳酸盐岩对烃源岩形成、演化具有重要意义。江汉盆地是中国典型的盐湖盆地,近年来,在潜江凹陷新沟地区新下Ⅱ油组泥晶白云岩发现油气显示,随后在沔阳、江陵等凹陷也证实了该套地层的含油性,勘探潜力巨大,但研究区致密油藏特点与其他地区具有明显的差异性,成藏模式及分布规律尚不清楚,因此笔者依据现有钻探资料对新下Ⅱ油组致密油藏特征、成藏模式及分布规律进行研究。

1 区域概况

潜江凹陷是江汉盆地最主要的油气富集凹陷,自下而上发育有白垩系渔洋组、古近系沙市组、新沟嘴组、荆沙组、潜江组、荆河镇组和新近系广华寺组及第四系平原组。新沟嘴组分为上下两段,下段为主要产层,自上而下又可分为大膏层、Ⅰ油组、Ⅱ油组、泥隔层和Ⅲ油组,其中Ⅰ、Ⅲ两个油组发育常规砂岩油藏。新下Ⅱ油组以泥岩沉积为主,厚度为80~120 m,埋深在900~1 500 m,是潜江凹陷最主要的两套烃源岩之一。

新下Ⅱ油组沉积时期,江汉盆地湖平面上升,湖盆面积扩大,表现为广盆特征,盆地周缘北高南低,主要受北部五大水系(汉川、汉水、荆门、远安及枝江)控制,形成“单向多源”的格局,潜江凹陷主要受汉水水系影响,发育三角洲前缘及湖相沉积,南部的新沟地区为盐湖沉积环境,形成一套泥岩沉积,并夹有薄层碳酸盐岩、石膏及粉砂岩,为形成致密油藏创造了良好条件(图1)。

图1 潜江凹陷新下Ⅱ油组沉积环境Fig.1 Sedimentary environment of Exl-Ⅱin Qianjiang sag

2 油气藏特征

与Bakken、准噶尔盆地、三塘湖盆地[7-9]等国内外所发现的同类型油藏相比,新沟嘴组致密油藏具有烃源岩有机碳含量低、成熟度低,储层多而薄、物性好的特点(表1)。

表1 国内外致密油藏特征Table 1 Tight oil reservoir characteristics at home and abroad

2.1 油源特征

钻探证实,新下Ⅱ油组致密油藏原油为轻质原油,与Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ油组常规油藏原油差别不大,应为同源,均来自于本地区新下Ⅱ油组烃源岩(表2),为自生自储油藏。Ⅱ油组致密油藏原油成熟度略低,说明其充注时间早于Ⅰ、Ⅲ油组常规油藏。

表2 原油、烃源岩生物标志化合物及物性特征Table 2 Biomarkers and properties characteristics of oil and source rocks

潜江凹陷新下Ⅱ油组烃源岩广覆式大面积分布,凹陷中心部位有效烃源岩厚度大于150 m,岩性以灰黑色、深灰色泥岩为主。从采集的111块烃源岩样品来看:该烃源岩具伽马蜡烷高,姥植比低的特征,反映出烃源岩沉积时期主要为高盐度强还原的盐湖环境;有机碳含量平均值为1.47%,氯仿沥青“A”含量平均达到0.48%,生烃潜量为6.46 kg/t,达到较好烃源岩的标准。镜下观察,该烃源岩含有丰富的无定形腐泥组分和镜质体,还可见藻类体、孢粉体,结合干酪根元素分析确定有机质类型主要为Ⅱ2型,仅有少量Ⅱ1型和Ⅲ型;Ro为0.49~0.51,最高热解峰温(Tmax)为407~437℃,绝大部分低于425℃,镜下藻类化石和孢粉均显荧光,孢粉显浅黄色荧光,说明烃源岩整体未熟—低熟。

2.2 储层特征

与其他致密油区相比,新沟嘴组储层具有厚度小、物性相对较好的特征,单层厚度仅为30~50 cm,单井累积厚度为10~20 m。

通过对储层岩性的统计来看,储层以白云岩为主,另有少量粉砂岩分布。白云岩储层占油层总数的90%以上,按照岩性可以细分为:泥晶白云岩、陆屑泥晶白云岩、泥质白云岩等,以泥晶白云岩为主,具有纹层结构,纹层厚度为0.03~0.5 mm,可见散状分布的黄铁矿微晶。白云石为泥晶,晶径为2~4 μm,晶体自形程度高,发育大量晶间孔,孔径为0.1~2 μm,晶间溶孔、微裂缝发育较少(图2)。

新沟地区新下Ⅱ油组为一套远离物源的湖相沉积,水动力较弱,因此粉砂岩储层发育较少,岩性主要为泥质粉砂岩及粉砂质泥岩、含粉砂泥岩等,单层厚度一般小于30 cm,泥质粉砂岩可见小型交错层理(图2);粉砂质泥岩、含粉砂泥岩一般发育平行层理;粉砂颗粒以石英为主,呈次棱—次圆状,钙质胶结,分布不均匀,成层富集。泥质主要成分为伊利石,沿长轴定向分布。另外有少量粉末状黄铁矿及炭质分布,偶见泥晶白云石。平面上主要分布于新沟地区北部,向南逐渐减少。

从采集的169块样品来看,储层孔隙度一般为15%~25%,平均为19.9%,渗透率一般小于0.2× 10-3μm2,孔喉半径分布为0.04~0.25 μm,平均中值孔喉半径0.069 μm,属于中高孔特低渗特小喉道致密储层。白云岩储层次生孔隙不发育,储集空间以大量发育的晶间微孔为主,构造缝被石膏完全充填,发育少量层间微裂缝,孔隙间连通性较差。储层中的泥质以片状伊利石为主,对孔隙连通极为不利,因此储层物性受白云石、粉砂含量控制明显,一般白云石、粉砂含量高,泥质含量低的储层物性好(图2)。

2.3 油藏分布及生产特征

钻井资料表明,新下Ⅱ油组油藏具有大面积连续分布的特点:在平面上,盐湖沉积范围内的井都有油气显示,油气显示级别、含油饱和度受储层物性及烃源岩有机质含量控制;整体含油饱和度较低,室内测试平均值仅约为30%,实际生产值更低,在已经投入生产的油井中,一次采油含水率一般都大于70%,部分井大于90%;油藏内部油水关系复杂,无统一的压力系统,无统一的油水界面,无明显的圈闭界限。

全国层面,随着商品房销售面积、房价及房地产销售额的逐步提高,个人住房贷款余额逐年增加,由2004年的1.6万亿元逐步增长至2017年的21.9万亿元。如图7所示。

多口井实测压力数据分析表明:新沟地区地层压力属于常压系统,压力系数C为0.98~1.03,未见超压地层(图3);新1171井3个油组均钻遇油藏,常规油藏与致密油藏层段压力均为常压,泥岩压实曲线显示无欠压实现象存在(图4);这可能是该区域断裂发育,地层流体及时排出,压力得以释放所致。

图2 储层特征Fig.2 Characteristics of reservoir

图3 新沟地区压力场特征Fig.3 Characteristics of pressure field in Xingou area

由于储层致密且压力较低,油藏须压裂生产,油井压裂后具有初产高,下降快,稳产时间长的特点。近两年已投入开发井11口(直井5口,水平井6口),直井单井平均初产油3.5 t/d,30 d后产量即下降到1 t/d,随后稳定生产;水平井分8段压裂,平均缝长为216~272 m,缝高38.4~44.7 m,平均初产油11.2 t/d,稳定后6.4 t/d,证实新沟嘴组致密油藏具有较好的开发价值。

图4 新1171井泥岩声波时差-深度关系Fig.4 Mudstone AC-depth diagrams of well Xin1171

3 盐韵律成藏模式

3.1 盐韵律划分

通过对4口全井段取心井岩心观察,新下Ⅱ油组主要发育的泥岩、白云岩、膏岩等在纵向上呈现出盐湖环境特有的盐韵律沉积特征,即随着湖水蒸发浓缩,地层的岩性也表现出泥岩—碳酸盐岩—盐岩的韵律组合。江汉盆地是典型的盐湖盆地,前人对其盐韵律划分做了大量研究,王典敷等[10]将江汉盆地划分为两大含盐盐系,即两个Ⅰ级盐韵律,其中新沟嘴组属于第一含盐岩系,在此基础上张永生等[11]按照湖水咸化过程对第二含盐岩系盐韵律进行了四级划分。以岩心观察为基础,在前人盐韵律概念的基础上,综合考虑水体盐度及湖平面变化,按照湖水咸化—淡化的周期性变化,将新沟地区新下Ⅱ油组划分为3个Ⅱ级盐韵律,6个Ⅲ级盐韵律,50个Ⅳ级盐韵律(图5)。

Ⅳ级盐韵律是含盐层系基本韵律单元,也是岩心上能识别的最小单元,代表一次湖平面下降、湖水浓缩的过程。单期Ⅳ级盐韵律厚为2~3 m,岩性组合按照蒸发作用的由弱到强表现为泥岩—白云岩、泥岩—白云岩—膏岩(泥质膏岩)、泥岩—膏岩(泥质膏岩)3种样式,单期韵律伽马曲线表现为指状或漏斗状。按照不同样式Ⅳ级盐韵律叠置关系,可识别划分Ⅲ、Ⅱ级盐韵律。

图5 潜江凹陷新下Ⅱ油组盐韵律划分Fig.5 Salt rhythm division of Exl-Ⅱin Qianjiang sag

3.2 Ⅳ级盐韵律构成油气成藏基本单元

3.2.1 Ⅳ级盐韵律构成成藏基本运聚单元

3.2.2 Ⅳ级盐韵律是基本的成藏成因单元

Ⅳ级盐韵律作为一个地质单元,不同岩性之间的相互作用对优质烃源岩的形成及油气的生成、运移具有积极作用。

每一期Ⅳ级盐韵律的形成都是一个蒸发作用增强、湖平面下降,湖水盐度升高的过程。现代盐湖及咸化湖泊研究表明,随着盐度升高,水体在重力的作用下会出现含盐度不一致、时间相对长久的上、下分层现象,底层的水体基本上不与表层的水体发生交换,表现为高盐缺氧环境,对有机质沉积和保存极为有利。

图6 Ⅳ级盐韵律内油气运聚示意图Fig.6 Schematic diagram of oil transport inⅣ-order salt rhythm

盐韵律内部岩性间的相互作用还可以对烃类的生、排、运、聚起到积极作用。实际资料表明,高盐环境下沉积岩常具有较高的有机质转化率,其中一个原因是盐膏夹层在泥岩中分布范围广泛,且可以多层叠加形成巨厚的热流屏蔽,使其下部地层热流局部集中,有利于有机质的成烃转化。从取心井岩性来看,新下Ⅱ油组5个砂组自下而上膏岩发育呈现“C”字型特征,即1、5砂组膏岩最为发育,2、4砂组次之,3砂组几乎不发育,从密集取样的泥岩最高热解峰温数据(表3)来看,各砂组的最高热解峰温平均值自上而下呈现与膏岩发育一致的“C”字型。这说明在烃源岩成熟度较低的情况下,膏岩的发育对烃源岩的热演化具有较大的促进作用。

表3 取心井泥岩最高热解峰温分布Table 3 Mudstone Tmaxdistribution in coring wells

诸多学者在盐湖相有机质热演化的特殊性及未熟—低熟油形成等方面开展了大量研究[12-14]。生烃过程模拟实验表明,碳酸盐类物质可以改变烃源岩矿物基质,加速有机质早期降解缩合脱氢成烃,同时盐类的存在减小了黏土矿物对烃类的吸附,加快了黏土矿物转化和脱水进程,为早期生成的石油提供了载体,因此碳酸盐类物质在烃源岩演化过程中具有“催化剂”的作用,可以起到使烃源岩早熟、早排、多排的作用。新下Ⅱ油组烃源岩中碳酸盐岩矿物含量高且与白云岩呈薄互层接触,催化作用明显,具有明显的“早熟、早排”特征,为新沟嘴组下段各油组成藏奠定了良好的物质基础。

4 主控因素及分布规律

Ⅳ级盐韵律是形成致密油藏的最小运聚单元和成因单元,也是最小的评价单元,通过对本区4口全井段取心井观察及含油、非含油盐韵律分析化验资料的对比发现(表4):盐韵律中各岩性的厚度虽然有所区别,但不是影响成藏与否的主要因素。烃源岩、储层的质量才是形成致密油藏的主要控制因素。现有资料表明,只有烃源岩TOC大于0.8%且储层孔隙度大于8%才可能成藏。

岩心及分析化验资料表明,烃源岩和储层质量受沉积环境的控制,盐湖沉积环境内烃源岩厚度大、有机质含量高、致密储层发育、是形成致密油藏的有利相带;纵向上,Ⅲ级盐韵律的演化对储层及烃源岩有明显的控制作用。根据不同Ⅳ级盐韵律叠置特点可以将Ⅲ级盐韵律分为咸化阶段和淡化阶段,根据咸化和淡化过程中水体含盐度的不同,可分为低盐段、中盐段及高盐段。低盐段湖水深度大,湖水盐度低,蒸发作用相对较弱,发育的Ⅳ级盐韵律表现为泥岩厚度大,白云岩厚度小,且以泥质白云岩为主,膏岩几乎不发育,有机碳含量较低。在中盐阶段,蒸发作用增强,湖水盐度较高,发育的Ⅳ级盐韵律表现为自下而上泥岩厚度不断减小,白云岩厚度不断增大,且白云石含量逐渐增高,黏土矿物含量降低。膏岩或泥质膏岩开始发育。此阶段湖水含盐度上升、含氧量下降,湖水深度适中,有机质保存条件变好,因此泥岩有机碳含量随水体盐度上升而升高,到中盐段末期,随着蒸发作用增强,水体深度较小,有机碳含量有所下降。在高盐段,湖水深度小,蒸发作用极为强烈,盐度高,发育的Ⅳ级盐韵律厚度较小,往往由薄层泥岩直接过渡到泥质膏岩或膏岩,白云岩不发育。江汉盆地的古气候以暖旱为主[15-16],湖水深度、盐度受季节降水控制,表现为缓慢咸化快速淡化,因此虽然淡化段也经历了中盐段和低盐段,且特点近似,但沉积规模、白云岩发育程度均不如咸化段。纵向上Ⅲ级盐韵律咸化—淡化转化面两侧,特别是咸化阶段的中盐段,泥岩有机质含量高,储层白云石含量高、物性好,是油层分布的有利地带(图5)。

表4 不同含油性盐韵律特征Table 4 Salt rhythmb features of different oiliness

荆沙组沉积末期,新下Ⅱ油组烃源岩进入排烃期,此时新沟地区断裂不活动,原油缺乏垂向运移通道,对烃源岩内的碳酸盐岩、粉砂岩夹层进行充注,形成大面积连续分布的致密油藏;潜江组沉积中期—荆河镇组沉积末期,新沟地区断裂发育,新下Ⅱ油组烃源岩也正处于排烃高峰期,原油沿断裂进入Ⅰ、Ⅲ油组,并聚集形成常规油气藏。由于致密储层内原油不能自由流动,因此未被断裂活动破坏得以保存下来,受储层分布的控制,仅在盐湖沉积发育的新沟地区分布。广泛发育的断裂及高渗透砂体为进入Ⅰ、Ⅲ油组的原油提供了良好的通道,不仅在新沟地区形成油藏,更不断向北运移,形成老新、拖市等多个油田(图7)。

图7 潜江凹陷新沟嘴组油藏分布模式Fig.7 Reservoir distribution model of Xinggouzui formation in Qianjiang sag

5 结 论

(1)江汉盆地新下Ⅱ油组发育一套湖相沉积,为形成致密油藏提供了良好条件,致密油藏具有储层致密、薄而多,烃源岩低熟,油藏含油饱和度低的特点。

(2)新下Ⅱ油组可划分为3个Ⅱ级盐韵律,6个Ⅲ级盐韵律,50个Ⅳ级盐韵律。每一期Ⅳ级盐韵律都是油气成藏最基本的运聚单元和成因单元,Ⅳ级盐韵律的形成过程为优质烃源岩的形成提供了良好条件,膏岩的存在有利于烃源岩的热演化;碳酸盐岩物质对烃源岩早熟、早排具有重要的催化作用。

(3)烃源岩、储层质量是成藏的主要控制因素;Ⅲ级盐韵律的演化对Ⅳ级盐韵律中泥岩的有机碳含量、储层的白云石含量有明显的控制作用,优质烃源岩、储层一般形成于水体深度、蒸发作用、水体盐度适中的环境,因此含油盐韵律纵向上一般分布于Ⅲ级盐韵律咸化—淡化面两侧、特别是咸化段的中盐段,平面上分布于盐湖沉积区。

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(编辑 徐会永)

Accumulation model and distribution regularity of Xingouzui Formation tight oil in Qianjiang sag,Jianghan Basin

CHENG Liang1,2,LIU Dehua1,2,XIA Zhigang3,GUAN Fujia1,2,ZHU Rui1
(1.Hubei Cooperative Innovation Center of Unconventional Oil and Gas in Yangtze University,Wuhan 430100,China;2.School of Petroleum Engineering in Yangtze University,Wuhan 430100,China;3.Jianghan Oil Production Plant,Jianghan Oilfield Company,SINOPEC,Qianjiang 433124,China)

Using core observations,thin section identification,SEM,X diffraction techniques,and the logging data,features of Xingouzui Formation tight oil in Qianjiang sag of Jianhan Basin were analyzed to establish the"salt rhythm"accumulation model,and to summarize the controlling factors and regularities of oil distribution.The results show that theⅡoil group in the lower member of Xingouzui Formation(Exl-Ⅱ)have alternating source rocks and the dolomite mudstone,which provide good conditions for tight oil accumulation.Tight oil has the following features:thinner reservoir thickness,medium porosity,extra-low permeability,low mature source rocks and low oil-saturation.TheⅣ-order salt rhythm is the genetic,migratiing and accumulating unit.The depth,salinity of water,and evaporation all have a greater impact on the reservoir during its formation.Reservoirs distribute vertically in both sides of the salinization-desalinization changing surface in theⅢ-order salt rhythm,and horizontally in the saline lake deposition area.

Qianjiang sag;Xingouzui Formation;tight oil;accumulation model;distribution regularity

TE 122.1

A

程亮,刘德华,夏志刚,等.江汉盆地潜江凹陷新沟嘴组致密油成藏模式与分布规律[J].中国石油大学学报(自然科学版),2015,39(6):34-41.

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1673-5005(2015)06-0034-08

10.3969/j.issn.1673-5005.2015.06.004

2015-06-19

国家自然科学基金项目(41302119)

程亮(1982-),男,讲师,博士研究生,研究方向为非常规油气勘探开发。E-mail:187371632@qq.com。

刘德华(1962-),男,教授,博士,博士生导师,研究方向为油气田开发。E-mail:Dh.liu@tom.com。

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