塔里木盆地臺(tái)盆區(qū)志留系油氣鉆探失利井原因分析

焦 姣， 龐雄奇， 龐 宏， 姜福杰， 李建華

( 1. 中國(guó)石油大學(xué)(北京)教育部石油與天然氣成藏機(jī)理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102249； 2. 中國(guó)石油大學(xué)(北京)盆地與油藏研究中心，北京 102249 )

0 引言

塔里木盆地志留系油氣資源具有豐富的開采價(jià)值[1-2].自1995年塔中11井首次獲得工業(yè)油氣流以來(lái)，至今已經(jīng)在志留系地層成功鉆得塔中11、塔中12、塔中117、塔中169、塔中122等油氣井.目前，志留系勘探成功的工業(yè)油流井主要集中于塔中I號(hào)坡折帶和塔中10井區(qū)附近，英南地區(qū)和塔北地區(qū)也有分布.近年來(lái)，在輪臺(tái)凸起的西側(cè)即英買34-35井區(qū)發(fā)現(xiàn)一系列高產(chǎn)工業(yè)油氣井.這些成功井中以英買34井為首，在深度5 384～5 389 m處，獲產(chǎn)油量220 m3/d、產(chǎn)氣量12 804 m3/d，突破了探明志留系油氣藏僅局限于塔中地區(qū)的范圍束縛.同時(shí)，表明塔北地區(qū)也是勘探志留系油氣藏的有利區(qū)域.

志留系成藏條件及后期構(gòu)造變動(dòng)極其復(fù)雜，志留系地層鉆探井成功率僅有10%[3].共研究探井33口，其中工業(yè)油流井8口，低產(chǎn)井7口，失利井18口，反映對(duì)該區(qū)油氣地質(zhì)條件認(rèn)識(shí)仍不清楚.因此，亟需開展鉆探失利井原因分析，明確該層油氣分布的主控因素，為下一步有利勘探部署提供指導(dǎo).筆者運(yùn)用油氣功能要素組合-構(gòu)造過(guò)程疊合-相勢(shì)耦合控油氣成藏模式，對(duì)臺(tái)盆區(qū)鉆探失利井原因進(jìn)行分析.自2007年以來(lái)，諸多學(xué)者開始闡述“相勢(shì)”控藏模式及多元復(fù)合-過(guò)程疊加成藏模式的理論意義，并應(yīng)用這些模式預(yù)測(cè)有利目標(biāo)區(qū)[4-10].雖然理論模式已經(jīng)提出，但應(yīng)用僅局限于預(yù)測(cè)有利勘探區(qū)帶和目標(biāo)，把3個(gè)成藏模式組合應(yīng)用，分析鉆探失利井原因，筆者尚屬首次.

1 志留系地質(zhì)概況

塔里木盆地位于中國(guó)西北部(見(jiàn)圖1), 面積達(dá)56×104km2，是中國(guó)面積最大的內(nèi)陸盆地.它經(jīng)歷多期生排烴,多期成藏與油氣的調(diào)整、改造與破壞[11-13]，是一個(gè)典型的疊合盆地[14-16].志留系作為塔里木盆地油氣勘探的重要目的層系之一，面積廣泛，達(dá)24.9×104km2，主要分布在北部拗陷、塔中低凸起、滿加爾凹陷、阿瓦提凹陷[11].塔里木板塊在志留紀(jì)為克拉通內(nèi)拗陷，具有“兩隆夾一拗”的地貌格局.志留系逐層向隆起區(qū)超覆，早海西運(yùn)動(dòng)使隆起進(jìn)一步發(fā)展，致使志留系普遍遭受剝蝕，由北向南剝蝕量逐漸減小[17].層序地層及沉積相研究表明，穩(wěn)定的構(gòu)造格局、寬緩的地形特征、不同的物源條件，導(dǎo)致志留系形成一套以濱岸-潮坪為主的沉積體系，局部發(fā)育辮狀三角洲、潮控三角洲[18-19].砂體厚度一般在幾十米至幾百米,橫向延伸較為穩(wěn)定.志留系沉積后雖遭受風(fēng)化剝蝕,但隨后泥盆系、石炭系厚層泥巖及膏鹽層的廣泛超覆,構(gòu)成良好的區(qū)域蓋層條件(見(jiàn)圖2).

圖2 疊合盆地功能要素組合控油氣作用及其成藏模式

2 分析方法與原理

鉆探失利井是針對(duì)志留系地層而言的，指鉆遇該地層但未見(jiàn)油氣流的探井.通過(guò)功能要素組合-構(gòu)造過(guò)程疊合-相勢(shì)耦合控油氣成藏模式3種新方法分析鉆探失利井的原因.

2.1 功能要素組合控油氣分布模式

前人已對(duì)功能要素組合控油氣成藏模式進(jìn)行描述[4，9，20].功能要素是指控制油氣的形成和分布，且能客觀描述并定量表征油氣資源的必不可缺的地質(zhì)要素，包括烴源灶(S)、古隆起 (M)、沉積相 (D)和區(qū)域蓋層 (C) 4個(gè)要素.烴源灶為形成油氣藏提供物質(zhì)基礎(chǔ)；高孔滲的沉積相發(fā)育區(qū)有利于油氣聚集；正向構(gòu)造單元的形成和分布控制油氣的運(yùn)移方向和聚集區(qū)帶；蓋層為油氣保存提供遮擋.C、D、M、S功能要素自上而下縱向有序組合控制油氣聚集成藏的層位;平面疊加復(fù)合控制油氣聚集成藏的范圍;地史時(shí)期(T)聯(lián)合作用控制油氣富集成藏的時(shí)期,這種綜合控藏作用稱為功能要素組合控油氣分布模式,用T-CDMS表示(見(jiàn)圖2).統(tǒng)計(jì)分析表明，塔里木盆地臺(tái)盆區(qū)發(fā)現(xiàn)的603個(gè)油氣藏中，大于86%的油氣藏符合縱向有序組合，大于92%的油氣藏分布在平面疊加范圍內(nèi)，98%的油氣藏形成于T-CDMS聯(lián)合控藏期內(nèi).

塔里木盆地志留系目的層成藏分為3期：晚加里東-早海西期、晚海西-印支期和燕山-喜山期[17,21].在每一個(gè)成藏期內(nèi)C、D、M、S功能要素相互疊合，控制單期有利成藏區(qū)的范圍(見(jiàn)圖3)，即可得到有利的單期油氣成藏區(qū)；將3個(gè)單期成藏區(qū)域預(yù)測(cè)圖疊加復(fù)合即可得到塔里木盆地志留系多期成藏的最有利領(lǐng)域(見(jiàn)圖4).

圖3 志留系單期成藏要素控藏概率及有利成藏范圍

2.2 構(gòu)造過(guò)程疊合控油氣改造模式

疊合盆地發(fā)生多期構(gòu)造變動(dòng),它們對(duì)早期形成的油氣藏發(fā)生調(diào)整、改造和破壞[4].構(gòu)造過(guò)程疊加對(duì)油氣藏的影響具有“強(qiáng)-強(qiáng)疊加破壞、強(qiáng)-弱疊加改造、弱-弱疊加保護(hù)”的基本特征(見(jiàn)圖5),研究構(gòu)造變動(dòng)強(qiáng)度(k) 、構(gòu)造變動(dòng)次數(shù)(n) 、構(gòu)造變動(dòng)順序(i) 和區(qū)域蓋層封油性(kc)等要素的影響，建立構(gòu)造變動(dòng)破壞烴量定量評(píng)價(jià)模型[9-10].即在功能要素組合控油氣模式預(yù)測(cè)成藏區(qū)的基礎(chǔ)上，疊加后期改造的油氣成藏保存概率，可以預(yù)測(cè)含油氣盆地最有利的勘探區(qū)帶[9].如志留系地層，經(jīng)歷三期成藏兩期改造，在預(yù)測(cè)的第一期有利成藏區(qū)基礎(chǔ)上疊加兩期改造后的保存概率，即得到第一期過(guò)程疊加預(yù)測(cè)有利勘探區(qū)帶(見(jiàn)圖6)；將得到的第一、二、三期的有利勘探區(qū)帶疊加，得到最終的志留系有利勘探領(lǐng)域圖(見(jiàn)圖7).

2.3 晚期相勢(shì)耦合控油氣分布模式

勘探實(shí)踐表明,晚期成藏是至關(guān)重要的[22-23].塔里木盆地的實(shí)例剖析表明,目前已發(fā)現(xiàn)儲(chǔ)量的70%和油氣藏個(gè)數(shù)的38%來(lái)自第三期或最后一期形成的油氣藏.這說(shuō)明晚期或最后一期的成藏作用和成藏條件對(duì)于預(yù)測(cè)當(dāng)前圈閉的含油氣性具有重要的意義.在考慮多期成藏作用和多期構(gòu)造過(guò)程疊加改造作用后,圈閉的含油氣性幾乎取決于當(dāng)前的地質(zhì)條件，志留系油氣藏的形成和分布受“相”和“流體勢(shì)”雙重要素的聯(lián)合控制，宏觀上控制油氣藏的時(shí)空分布，微觀上控制油氣藏的含油氣性變化，簡(jiǎn)稱相勢(shì)耦合控藏[5]，且相勢(shì)指數(shù)越高越有利于油氣成藏(見(jiàn)圖8).

圖4 志留系目的層有利成藏領(lǐng)域預(yù)測(cè)及其與井位關(guān)系

圖5 多期構(gòu)造變動(dòng)對(duì)油氣藏的改造模式

由于相控油氣作用表現(xiàn)出相對(duì)高孔滲控藏的特點(diǎn)，勢(shì)控油氣作用表現(xiàn)出相對(duì)低勢(shì)區(qū)控藏的特點(diǎn)，文中采用均一化指數(shù)的方法，建立相對(duì)優(yōu)相指數(shù)(FI)和低勢(shì)指數(shù)(PI).FI是儲(chǔ)層孔隙度相對(duì)值的函數(shù)，F(xiàn)I值越高，儲(chǔ)層的質(zhì)量越好，越有利于油氣聚集，其成藏概率越大.

FI=(φ/φmax+K/Kmax)/2,

(1)

式中：FI為相對(duì)優(yōu)相指數(shù)，0

利用相對(duì)位能指數(shù)(PFI)表征位能對(duì)油氣成藏的控制作用，該指數(shù)具有相對(duì)性的概念，數(shù)值位于0～1內(nèi)，數(shù)值越接近0，表明越靠近地表或位于局部構(gòu)造高點(diǎn)，越有利于形成與背斜有關(guān)的構(gòu)造油氣藏；數(shù)值越接近1，表明越臨近烴源灶，如果沒(méi)有局部構(gòu)造高點(diǎn)的存在，形成背斜油氣藏的可能性非常小.

圖6 志留系第一期疊加預(yù)測(cè)有利勘探區(qū)

圖7 志留系成功井和失利井與構(gòu)造過(guò)程疊加預(yù)測(cè)有利勘探區(qū)關(guān)系

,

(2)

式中：PFI為相對(duì)位能指數(shù)；P為儲(chǔ)層自身的位能；Pmin為源灶頂或底具有的位能；Pmax為地表具有的位能.

相勢(shì)耦合指數(shù)表達(dá)式為

FPI=((FI2+(1-PI)2)/2)0.5,

(3)

式中：FPI為相勢(shì)耦合指數(shù)，0

圖8 相勢(shì)耦合控藏圖

3 分析過(guò)程及結(jié)果

3.1 功能要素組合控油氣分布模式

依據(jù)功能要素組合模式的方法和步驟，文中檢驗(yàn)的15口成功井在預(yù)測(cè)的有利成藏區(qū)內(nèi)，在選取的18口失利井中，其中有9口井在預(yù)測(cè)的有利成藏區(qū)外(見(jiàn)圖4).9口井分別是滿南1、方1、和4、古董2、古董3、羊屋2、哈德21、滿西2及塔中79.分析9口井的油氣成藏條件，研究各要素之間的組合情況,結(jié)果見(jiàn)表1.以滿南1井為例，該井是9口井中缺少必備的成藏要素最多的井，失利原因主要是在晚加里東-早海西期成藏時(shí)塔中地區(qū)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，正向構(gòu)造單元——古隆起(M)被破壞，缺少有利儲(chǔ)層發(fā)育的沉積相(D)和保存油氣的蓋層(C)；在晚海西-印支期成藏時(shí)該井缺少生成油氣的烴源巖(S)、有利的油氣儲(chǔ)集體沉積相(D)和油氣保存油氣的蓋層(C)；喜山期成藏時(shí)與前一期狀況相似，同時(shí)缺少S、D、C成藏必備條件.即滿南1井因在每一個(gè)成藏過(guò)程中都缺少一個(gè)或多個(gè)功能要素而不能成藏，所以導(dǎo)致該井失利.其余8口井的失利原因見(jiàn)表1.

表1 失利井與各匹配要素關(guān)系

注：“√”為具備某一成藏要素；“×”為不具備該成藏要素.

3.2 構(gòu)造過(guò)程疊合控油氣改造模式

通過(guò)功能要素組合模式分析后，還有9口失利井待分析.它們可能在早期形成了油氣藏，但受到后期構(gòu)造變動(dòng)的調(diào)整、改造和破壞而失利.

志留系目的層多期成藏與多期構(gòu)造過(guò)程疊合后預(yù)測(cè)的有利區(qū)相對(duì)剩余資源潛力分布見(jiàn)圖7.剩余烴潛力是指油氣資源在某一區(qū)域內(nèi)被保存下來(lái)的概率的大小，因此剩余烴潛力越大油氣被保存的概率越高.所有鉆探成功井分布在有利區(qū)域之內(nèi).失利井為利用功能要素組合控油氣分布模式不能分析失利原因的，需要用構(gòu)造過(guò)程疊合控油氣改造模式分析的.由圖7可以看出：(1)喬2井在受到構(gòu)造過(guò)程疊合后被排除在有利勘探區(qū)之外.喬2井在晚加里東-早海西期成藏，隨后遭受兩期構(gòu)造破壞，使油氣消失殆盡.(2)哈德14、塔中13、塔中14、塔中33、塔中71、塔中825、塔中77和勝利1井，雖然在構(gòu)造過(guò)程疊合后仍處于預(yù)測(cè)的有利區(qū)范圍內(nèi)，但是其所處的相對(duì)剩余烴潛力較低，普遍低于0.57(見(jiàn)表2).

表2 失利井經(jīng)歷構(gòu)造變動(dòng)概況

由表2可以看出，塔中13、塔中14、塔中33、塔中825井僅在晚加里東-早海西期成藏，隨后受早海西構(gòu)造變動(dòng)調(diào)整破壞.早海西期的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)對(duì)志留系影響很大.它導(dǎo)致塔里木盆地臺(tái)盆區(qū)最廣泛的地層抬升和剝蝕，剝蝕泥盆系地層和志留系地層，使志留系油氣藏埋深變淺而接近地表，原始的古油藏遭受破壞，致使這些井剩余烴潛力較小(≤0.40).實(shí)際上，由于構(gòu)造抬升，志留系油層被破壞嚴(yán)重，大多鉆遇瀝青.哈德14井在喜山期成藏，幾乎未受到構(gòu)造調(diào)整破壞，所以具有一定的剩余資源潛力.塔中77、塔中71和勝利1井在晚加里東-早海西期成藏，雖然受早海西運(yùn)動(dòng)的影響，但是在喜山期又經(jīng)歷成藏作用；因此剩余烴潛力相對(duì)較大.

志留系失利井在構(gòu)造過(guò)程疊加預(yù)測(cè)后，雖然僅排除喬2井,但油氣資源受到不同程度構(gòu)造作用的影響和破壞.

3.3 晚期相勢(shì)耦合控油氣分布模式

研究功能要素組合控油氣分布模式和構(gòu)造過(guò)程疊合控油氣改造模式分析后的8口失利井失利原因，包括塔中13、塔中14、塔中33、塔中71、塔中77、塔中825、哈德14和勝利1井.塔里木地區(qū)志留系已發(fā)現(xiàn)的油氣藏和工業(yè)產(chǎn)油氣井統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明(見(jiàn)表3)，成功油氣井均分布在相勢(shì)耦合指數(shù)FPI>0.5的范圍內(nèi)；失利井的FPI≤0.5,說(shuō)明失利井分布在優(yōu)相低勢(shì)有利區(qū)域范圍之外，所以不能形成工業(yè)油氣流.

表3 志留系失利井相勢(shì)耦合指數(shù)計(jì)算結(jié)果

4 結(jié)論

(1) 分析塔里木盆地臺(tái)盆區(qū)志留系目的層33口井發(fā)現(xiàn)：所有的成功井在預(yù)測(cè)的有利范圍內(nèi)，證明油氣富集成藏理論的科學(xué)性、相關(guān)方法的可行性和有效性；所有的失利井能夠根據(jù)油氣功能要素組合-構(gòu)造過(guò)程疊合-相勢(shì)耦合理論分析原因.

(2) 在3個(gè)失利井主要原因中,因功能要素不全或不能有效組合，導(dǎo)致失利井?dāng)?shù)有9口, 占失利井總數(shù)的50%；因相勢(shì)條件不匹配，導(dǎo)致失利井?dāng)?shù)有8口,占失利井總數(shù)的44%；因構(gòu)造過(guò)程疊合改造和破壞油氣藏，導(dǎo)致失利井?dāng)?shù)有1口，占失利井總數(shù)的6%.