塔中北斜坡致密碳酸鹽巖蓋層特征及其控油氣作用

趙 越,楊海軍,劉丹丹,韓劍發(fā),張艷萍,張陽(yáng)春,王海江

(1.中國(guó)石油大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院,北京 102249;2.中國(guó)石油大學(xué)油氣資源與探測(cè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 102249; 3.中國(guó)石油塔里木油田勘探開(kāi)發(fā)研究院,新疆庫(kù)爾勒 841000;4.中國(guó)石油塔里木油田勘探開(kāi)發(fā)部,新疆庫(kù)爾勒 841000)

塔中北斜坡致密碳酸鹽巖蓋層特征及其控油氣作用

趙 越1,2,3,楊海軍3,劉丹丹1,2,韓劍發(fā)4,張艷萍1,2,張陽(yáng)春4,王海江4

(1.中國(guó)石油大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院,北京 102249;2.中國(guó)石油大學(xué)油氣資源與探測(cè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 102249; 3.中國(guó)石油塔里木油田勘探開(kāi)發(fā)研究院,新疆庫(kù)爾勒 841000;4.中國(guó)石油塔里木油田勘探開(kāi)發(fā)部,新疆庫(kù)爾勒 841000)

塔中北斜坡鷹山組發(fā)育大型海相碳酸鹽巖凝析氣藏,其上部蓋層為良里塔格組 3—5段的致密碳酸鹽巖。在平面上,這套蓋層基本上覆蓋整個(gè)塔中北斜坡;在剖面上,致密灰?guī)r呈塊狀分布,疊置相連,從而封閉下部鷹山組中的油氣。通過(guò)對(duì)良 3～5段致密碳酸鹽巖蓋層的巖性、厚度以及泥質(zhì)含量幾方面特征的分析,總結(jié)它們的分布規(guī)律及其與油氣的關(guān)系,進(jìn)而探討影響塔中北斜坡這套致密灰?guī)r蓋層封閉性的主要因素。其中重點(diǎn)分析了致密灰?guī)r蓋層厚度和泥質(zhì)含量對(duì)油氣分布的控制作用,結(jié)果顯示塔中北斜坡良里塔格組的致密灰?guī)r蓋層厚度達(dá)到 80 m,泥質(zhì)含量的自然伽馬測(cè)井響應(yīng)值達(dá)到 20API即可以有效的封閉油氣,厚度和泥質(zhì)含量在影響油氣封閉性方面具有互補(bǔ)關(guān)系。

封閉性;蓋層;致密碳酸鹽巖;良里塔格組;鷹山組;塔中北斜坡

隨著天然氣勘探的深入以及大型油氣田的發(fā)現(xiàn),蓋層的研究越來(lái)越受到廣大學(xué)者的重視。國(guó)內(nèi)對(duì)蓋層的研究自“九五”以來(lái)得到了飛速的發(fā)展,目前用于蓋層微觀封閉性評(píng)價(jià)參數(shù)的測(cè)試技術(shù)已經(jīng)較成熟[1-2]。蓋層封閉機(jī)理日益完善,并建立了很多關(guān)于蓋層封閉能力的綜合評(píng)價(jià)方法[3-4],蓋層對(duì)油氣運(yùn)聚成藏的影響也越來(lái)越受到重視[5-9]。蓋層的巖石類型很多,可以分為泥頁(yè)巖類,膏鹽巖類、致密灰?guī)r類、煤層等。由于碳酸鹽巖本身具有很強(qiáng)的非均質(zhì)性,其封閉性遠(yuǎn)不如泥巖和膏鹽巖蓋層[10-12]。通過(guò)對(duì)世界 201個(gè)大型碳酸鹽巖油氣田的統(tǒng)計(jì)表明,細(xì)粒碎屑巖蓋層占了51%,蒸發(fā)巖蓋層占 21%,致密碳酸鹽巖占 20%,我國(guó)的碳酸鹽巖分布區(qū)有 230×104km2[13-15],因此,致密碳酸鹽巖蓋層的研究也是非常重要的。目前,致密碳酸鹽巖做蓋層方面的研究還相對(duì)薄弱,本文通過(guò)對(duì)塔中北斜坡的奧陶系良里塔格組3—5段致密碳酸鹽巖蓋層特征的分析,初步探計(jì)了它對(duì)油氣的控制作用。

1 區(qū)域概況

塔里木盆地塔中隆起是一個(gè)長(zhǎng)期繼承性的古隆起,北隔Ⅰ號(hào)斷裂帶與滿加爾凹陷相鄰,南鄰塘沽孜巴斯坳陷。位于塔中低凸起中部,北西向展布的中央斷壘帶自晚奧陶世發(fā)育至今一直是塔中地區(qū)的制高點(diǎn)[16],從塔中 I號(hào)斷裂帶至中央斷壘帶之間為塔中北斜坡。截至 2010年,塔中地區(qū)北斜坡的勘探已取得了很大的成果,主力油氣產(chǎn)層為奧陶系[17]。該區(qū)奧陶系存在兩套儲(chǔ)蓋組合,分別為桑塔木組巨厚的泥巖蓋層與上奧陶統(tǒng)良里塔格組礁灘復(fù)合體之間的儲(chǔ)蓋組合,以及良里塔格組 3—5段的致密灰?guī)r蓋層與下奧陶統(tǒng)鷹山組巖溶風(fēng)化殼之間的儲(chǔ)蓋組合 (圖 1),本文的研究目標(biāo)主要為良 3—5段致密灰?guī)r蓋層。

2 蓋層特征

2.1 巖性特征

圖1 塔中地區(qū)奧陶系儲(chǔ)蓋組合示意圖Fig.1 Sketch map of the Ordovician reservoir-seal assemblage in Tazhong area

通過(guò)對(duì)塔中北斜坡 25口井所鉆遇的良 3—5段巖性的統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn),該套致密灰?guī)r蓋層以含泥灰?guī)r、泥晶灰?guī)r為主,厚度較大,在所鉆遇的地層中所占比例較高;其次為粉晶灰?guī)r,另外還含有泥質(zhì)灰?guī)r、含云灰?guī)r、砂屑灰?guī)r等,但其含量均較小,也只存在于個(gè)別井鉆遇的蓋層段。

圖 2 塔中地區(qū)奧陶系良 3—5段致密灰?guī)r蓋層測(cè)井響應(yīng)值等值線Fig.2 GR contour of tight limestone cap rock in the 3rd-5thmember of the Ordovician Lianglitage For mation in Tazhong area

圖 3 塔中地區(qū)奧陶系良 3—5段致密灰?guī)r蓋層厚度等值線Fig.3 Thickness contour of tight limestone cap rock in the 3rd-5thmember of the Ordovician Lianglitage Formation in Tazhong area

圖 4 塔中北斜坡奧陶系致密灰?guī)r蓋層剖面(剖面位置見(jiàn)圖 3)Fig.4 Profile of the tightOrdovician limestone in the north slope of Tazhong area

致密碳酸鹽巖蓋層不同于泥巖和膏鹽巖蓋層,最主要的差別在于致密碳酸鹽巖脆性較大而延展性不夠[10]。而良好的延展性正是優(yōu)質(zhì)蓋層的重要特征之一,那么致密碳酸鹽巖蓋層中泥質(zhì)含量的多少是否也能改變其延展性,從而增強(qiáng)其封閉作用呢?本文根據(jù)自然伽馬測(cè)井值可以反映泥質(zhì)含量的特點(diǎn),通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析該區(qū) 52口井良 3—5段自然伽馬測(cè)井值,認(rèn)為泥質(zhì)含量分布有一定規(guī)律,即塔中北斜坡中古 15井西的平臺(tái)區(qū)和塔中 I號(hào)斷裂帶附近泥質(zhì)含量的自然伽馬響應(yīng)值較小,均在 15 API以下,向南逐漸變大,最大值位于北斜坡中部北西向一條狹長(zhǎng)的區(qū)帶,自然伽馬響應(yīng)值可達(dá)到 30～40 API(圖 2)。

2.2 蓋層厚度與展布

本文統(tǒng)計(jì)了塔中地區(qū) 90口井良里塔格組 3— 5段的厚度數(shù)據(jù),結(jié)合測(cè)井解釋除去其中的儲(chǔ)層厚度,并參考沉積相圖最終繪制了塔中地區(qū)良 3—5段致密灰?guī)r蓋層厚度等值線 (圖 3)。由圖可見(jiàn),平面上這套致密灰?guī)r蓋層基本上覆蓋了整個(gè)塔中北斜坡,從塔中Ⅰ號(hào)斷裂帶至中央斷壘帶厚度逐漸減薄。通過(guò)對(duì)塔中地區(qū)地層構(gòu)造演化史的研究,該區(qū)良里塔格組沉積期間地層發(fā)生反轉(zhuǎn),導(dǎo)致塔中西部大部分區(qū)域缺失良 4—5段,造成塔中北斜坡良 3—5段的致密灰?guī)r蓋層呈現(xiàn)東厚西薄的特點(diǎn)。西部厚度主要集中在 100～200 m之間,東部厚度多大于 400 m,厚度最大處可達(dá)到 820 m。總體上看,這套致密灰?guī)r蓋層在平面上具有“分布廣,厚度較大”的特點(diǎn)。又由于碳酸鹽巖具有很強(qiáng)的非均質(zhì)性,因此本文認(rèn)為剖面上致密灰?guī)r蓋層的分布特征為塊狀分布,橫向上彼此相連,縱向上互相疊置(圖 4),從而起到封閉其下部油氣作用。

3 蓋層封蓋能力的影響因素及其控油氣作用

3.1 厚度

厚度是影響蓋層封蓋能力的一個(gè)重要因素,厚度越大,橫向上延伸越遠(yuǎn),也更容易形成一定的展布面積[18]。另外,蓋層厚度對(duì)于天然氣的封閉起到至關(guān)重要的作用。由于塔中北斜坡鷹山組主要是以凝析氣藏為主,通過(guò)統(tǒng)計(jì)塔中北斜坡 26口工業(yè)油流井和油氣產(chǎn)量、氣油比和其所鉆遇的良3—5段致密灰?guī)r蓋層厚度之間的關(guān)系,發(fā)現(xiàn)致密灰?guī)r蓋層厚度達(dá)到 80 m即可以較好的封閉油氣,厚度和氣油比有一定的正相關(guān)性,致密灰?guī)r蓋層厚度越大,氣油比越高,即蓋層厚度越大,封蓋天然氣的能力越好。但是鑒于“碳酸鹽巖非均質(zhì)性強(qiáng)、延展性差”的這種特性,厚度在影響蓋層封蓋能力各因素中所占的比重要小于泥巖及膏鹽巖蓋層。

3.2 泥質(zhì)含量

本文通過(guò)對(duì)中古 15井西井區(qū)和中古 8井區(qū)良 3—5段致密碳酸鹽巖蓋層的對(duì)比研究,認(rèn)為泥質(zhì)含量是影響其封閉能力的一個(gè)很重要的因素。這兩個(gè)井區(qū)良里塔格組同樣缺失良 4—5段,只有良 3段地層做鷹山組的直接蓋層,蓋層厚度都在80～200 m。但油氣分布層位卻截然不同,中古 8井區(qū)油氣均分布在鷹山組,即其上部良 3段致密灰?guī)r起到了很好的封閉作用,而中古 15西井區(qū)油氣基本都在良 3段頂部,鷹山組沒(méi)有油氣,那么來(lái)自深部的油氣很可能是經(jīng)過(guò)良 3段,在頂部聚集的。研究發(fā)現(xiàn),這兩個(gè)井區(qū)良 3段的主要區(qū)別就在于泥質(zhì)含量的不同,中古 15井西井區(qū)良 3段灰?guī)r GR值均小于 15 API,而中古 8井區(qū)都在 20API以上。那么,泥質(zhì)含量的不同導(dǎo)致中古 8井區(qū)良 3段灰?guī)r可以作為有效蓋層,而中古 15井西井區(qū)的良 3段就不能作為有效蓋層,從而形成了油氣分布層位的差異性。因此,在致密灰?guī)r蓋層達(dá)到一定厚度的基礎(chǔ)上,泥質(zhì)含量是決定其能否成為有效蓋層、影響其封閉性的一個(gè)重要因素。

另外,通過(guò)塔中北斜坡工業(yè)油流井所鉆遇的良 3—5段致密灰?guī)r蓋層的泥質(zhì)含量可以看出,具有有效封閉性的致密灰?guī)r段的 GR值均大于20API,油氣產(chǎn)量和氣油比并未隨泥質(zhì)含量的增加而增大。從致密碳酸鹽巖蓋層的厚度和泥質(zhì)含量這兩個(gè)因素共同作用控制油氣分布的角度分析,厚度稍大、泥質(zhì)含量略小,和厚度較小、泥質(zhì)含量略大都可以封閉同樣的油氣 (圖 5)。因此,我們初步認(rèn)為對(duì)致密碳酸鹽巖蓋層封閉性的影響,厚度和泥質(zhì)含量具有一定的互補(bǔ)關(guān)系。

3.3 斷裂

圖 5 塔中地區(qū)良 3—5段致密灰?guī)r蓋層厚度、泥質(zhì)含量與油氣產(chǎn)量關(guān)系Fig.5 Correlation of oil/gas production with thickness and clay content of the tight l imestone cap rock in the 3rd-5th member of the Ordovician Lianglitage For mation in Tazhong area

塔中地區(qū)奧陶系良 3—5段斷裂雖然非常發(fā)育,但整體上看,下奧陶統(tǒng)鷹山組的油氣主要還是在斷裂附近比較富集,高產(chǎn)油氣井都分布在走滑斷裂和塔中 10號(hào)逆沖斷裂帶兩側(cè),可見(jiàn)良 3—5段致密灰?guī)r中斷裂的發(fā)育對(duì)油氣封堵并未產(chǎn)生很大的破壞作用,更多的是發(fā)揮著輸導(dǎo)油氣的作用。但是談到蓋層封閉性,斷裂的影響是毋庸置疑的, 3類最主要的蓋層巖類中,膏鹽巖具有很強(qiáng)的可塑性,斷裂在膏鹽巖層多形成滑脫斷裂;而泥巖可塑性也較好,并且在斷裂處具有“涂抹效應(yīng)”[19];相比之下,致密碳酸鹽巖蓋層對(duì)斷裂的響應(yīng)更加敏感。另外,碳酸鹽巖中斷裂也相對(duì)更發(fā)育,因此斷裂的分析是研究致密碳酸鹽巖蓋層封閉性的一個(gè)不容忽視的方面。以塔中 23C井為例,試油顯示氣微量,液 87 m3/d,該井位于局部構(gòu)造高點(diǎn),地震上具有很好的“串珠狀”響應(yīng)[20],并且其北東和北西向約 15 km處都有油氣產(chǎn)出,因此其構(gòu)造、儲(chǔ)層以及油源似乎都沒(méi)有問(wèn)題。并且該井鉆遇的良3—5段致密灰?guī)r蓋層厚度達(dá)到 336 m,自然伽馬測(cè)井值為 31 API,具有較好的封蓋條件。但該井附近存在一條近南北向的走滑斷裂,這條斷裂從深部一直斷穿鷹山組的直接蓋層良 3—5段致密灰?guī)r段和上部的區(qū)域性蓋層桑塔木組泥巖 (圖6)。很有可能是這條大斷裂破壞了蓋層的封閉性,從而導(dǎo)致油氣的散失。塔中北斜坡良里塔格組的斷裂較發(fā)育,有一些斷裂對(duì)蓋層的封閉性起到了絕對(duì)的破壞作用,但也有一些蓋層內(nèi)部的小斷裂可能對(duì)其封閉性沒(méi)有影響。不同厚度和泥質(zhì)含量的致密灰?guī)r蓋層可以被多大級(jí)別的斷裂破壞,以及不同樣式的斷裂是否會(huì)對(duì)蓋層封閉性的破壞程度有所不同還需要我們進(jìn)一步的研究。

圖6 過(guò)塔中 23C井“米字”地震剖面Fig.6 Seismic profile tied to Tazhong-23CWell

3.4 火山熱液作用

碳酸鹽巖地層中,火山活動(dòng)可以改善儲(chǔ)層質(zhì)量,為油氣運(yùn)移提供通道;火山侵入體還可以起到側(cè)向遮擋油氣的作用[21]。但從碳酸鹽巖作為蓋層封蓋下部油氣的角度來(lái)看,火山活動(dòng)也可以破壞油氣成藏。塔中地區(qū)發(fā)育三期火山運(yùn)動(dòng),第一期為震旦紀(jì)晚期到寒武紀(jì)早期、第二期為早奧陶紀(jì),第三期為早二疊紀(jì)末[22]。由于第一期火山運(yùn)動(dòng)時(shí)期奧陶系還沒(méi)有沉積,第二期早奧陶紀(jì)的火山運(yùn)動(dòng)分布比較局限,僅在塔中 18井發(fā)現(xiàn)玄武巖,對(duì)塔中地區(qū)影響最大最廣泛的應(yīng)屬第三期。這一期火山運(yùn)動(dòng)對(duì)塔中西部地區(qū)奧陶系油氣藏進(jìn)行調(diào)整改造,目前已在塔中 45附近發(fā)現(xiàn)了多層的火山活動(dòng)伴生的螢石化碳酸鹽巖儲(chǔ)層[23-24],正是這一期火山運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致塔中西部良 3段不像中東部一樣致密,不能作為下部鷹山組油氣儲(chǔ)層的蓋層。

4 結(jié)論

1)塔中北斜坡鷹山組頂部的良 3—5段致密碳酸鹽巖蓋層以含泥灰?guī)r和泥晶灰?guī)r為主,平面上分布廣泛,厚度較大,縱向上呈塊狀分布,彼此疊置相連。

2)塔中北斜坡良 3—5段致密碳酸鹽巖蓋層厚度大于 80 m,泥質(zhì)含量的自然伽馬響應(yīng)值大于20 API就可以較好的封蓋油氣,蓋層的厚度和泥質(zhì)含量在封閉油氣時(shí)可以起到互補(bǔ)的作用。

3)蓋層的厚度和泥質(zhì)含量是影響致密碳酸鹽巖蓋層封閉性的最主要因素,蓋層厚度越大,泥質(zhì)含量越高,封閉性越好。另外,斷裂和火山熱液作用對(duì)于致密碳酸鹽巖蓋層的封閉性有一定的破壞作用,因此,對(duì)于致密碳酸鹽巖蓋層封閉性的研究要從多方面綜合考慮。

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Characteristics of tight carbonate caprock and its control on hydrocarbon accumulation in the north slope of Tazhong uplift

Zhao Yue1,2,3,Yang Haijun3,Liu Dandan1,2,Han Jianfa4,Zhang Yanping1,2,Zhang Yangchun4andWang Haijiang4

(1.College of Geosciences,China University of Petroleum,Beijing102249,China;2State Key Laboratory of Petroleum Resource and Prospecting,China University of Petroleum,Beijing102249,China;
3.Petroleum Exploration and Developm ent Research Institute,PetroChina Tarim Oilfield Com pany,Korla,Xinjiang841000,China;4.Exploration and Developm entDepar tm ent,PetroChina Tarim Oilfield Com pany,Korla,Xinjiang841000,China)

Large marine carbonate condensate gas reservoirs occur in the Yingshan Formation in the north slope of Tazhong uplift and their cap rock is tight carbonates in the 3rd-5thmember ofLianglitage For mation.The carbonates are distributed widely in the whole north slope of Tazhong uplift,which is massive and is superimposed vertically and connected laterally,sealing the hydrocarbons in the underlying Yingshan Formaiton.Based on analyses of lithology,thickness and clay content of the tight carbonates,we summarized their distribution patterns and relationshipswith hydrocarbon accumulation and discussed the control of their thickness and clay content on oil/gas distribution.The study shows that the tight carbonate cap rock in the north slope of Tazhong upliftmay be efficient sealswhen its thickness is equal to ormore than 80 m and its clay content GR value is over 20 API, Thickness and clay content can complement each other for sealing capacity.

sealing capacity,cap rock,tight carbonate rock,Lianglitage Formation,Yingshan Formation,the north slop of Tazhong uplift

TE122.1

A

0253-9985(2011)06-0890-07

2011-01-20。

趙越(1985—),女,碩士,油氣藏形成與分布。

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41072102);中國(guó)石油塔里木油田“塔中地區(qū)奧陶系碳酸鹽巖油氣成藏關(guān)鍵事件研究”項(xiàng)目。

(編輯 董 立)