二連盆地烴源巖層內云質巖油氣成藏研究

王會來, 高先志, 楊德相, 李 浩, 張志遙, 王 旭

1)中國石油大學地球科學學院, 北京 102249; 2)中國石油大學油氣資源與探測國家重點實驗室, 北京 102249; 3)中石油華北油田分公司勘探開發(fā)研究院, 河北任丘 062550

二連盆地烴源巖層內云質巖油氣成藏研究

王會來1), 高先志1,2)*, 楊德相3), 李 浩1), 張志遙1), 王 旭1)

1)中國石油大學地球科學學院, 北京 102249; 2)中國石油大學油氣資源與探測國家重點實驗室, 北京 102249; 3)中石油華北油田分公司勘探開發(fā)研究院, 河北任丘 062550

二連盆地下白堊統(tǒng)發(fā)育一套陸源碎屑與碳酸鹽礦物組成的混合沉積物, 近年來在其中發(fā)現(xiàn)大量油氣顯示。通過巖心觀察、薄片鑒定、物性分析和巖石熱解等方法, 綜合研究了云質巖儲集層的巖石學特征、儲集空間類型、物性特征和成藏主控因素等。研究認為, 云質巖儲集層孔隙度高、滲透率低, 屬于低滲透-致密儲集層, 溶蝕作用或構造作用產生鑄?？缀蜆嬙烊芪g縫, 形成云質巖的“甜點”區(qū); 高碳酸鹽含量烴源巖和低滲透-致密儲集層呈互層式展布, 烴源巖成熟度低, 生烴超壓不發(fā)育, 與優(yōu)質烴源巖(TOC＞2%)相鄰儲集層溶蝕孔隙發(fā)育, 從而降低油氣充注阻力, 最有利于油氣聚集成藏。

云質巖; 源內成藏; 低滲透-致密儲集層; 溶蝕作用; 下白堊統(tǒng); 二連盆地

二連盆地下白堊統(tǒng)巴彥花群阿爾善組和騰一段是該盆地兩套主力烴源層, 厚度大, 厚度多在250～800 m之間, 有機質豐度高, 有機質類型以II型為主, 為油藏形成提供了物質基礎。其中, 各凹陷烴源巖層內普遍發(fā)育一套白云質泥巖與白云質砂巖組成的地層(祝玉衡等, 2000; 張福順等, 2003; 郭強等, 2012), 云質砂巖具有低滲透-致密儲層的特點。經過多年的勘探實踐, 目前已有多個凹陷在該段見好的油氣顯示, 其中已在阿南、巴音都蘭等凹陷, 壓裂后產油。但是, 多年來針對該區(qū)云質巖的研究較為薄弱。

近年來, 源內低滲透-致密儲層的成藏問題引起眾多學者的高度重視(賈承造等, 2012; 鄒才能等, 2012; 郭彥如等, 2012; 楊華等, 2012; 匡立春等, 2012), 普遍認為, 烴源巖層內的儲層具有生成的油氣直接與圈閉接觸, 運移路徑非常短, 沒有明顯的二次運移的特點。除低滲透-致密油氣成藏外, 主要還包括砂巖透鏡體成藏、烴源巖自生自儲等類型。目前, 對于低滲透-致密儲層油氣成藏多關注的是儲層發(fā)育特征和生烴超壓對含油性的影響, 關于較低成熟度烴源巖對含油性的控制少有報道, 因此本文研究對低滲透-致密儲層油氣的富集和分布研究具有重要意義。

二連盆地屬于典型的陸相斷陷盆地(圖1), 在早白堊世依次經歷了阿爾善早期、騰格爾早期和騰格爾后期等三次成湖期, 發(fā)育了較厚的陸相沉積層序(張福順, 2005); 其中騰格爾早期為成湖高潮階段,巖性剖面以大段深灰色泥巖為特征。早白堊世二連盆地區(qū)域上為熱帶-亞熱帶氣候, 干濕交替(圖2),湖盆水質以淡水和微咸水為主, 屬于典型淡水湖泊沉積。二連盆地早白堊世與我國東部其它地區(qū)一樣,火山活動強烈, 火山活動以中基性巖漿噴發(fā)為主,火山噴發(fā)物質以風攜搬運、水攜搬運等方式與正常陸源物質共同構成復雜沉積特征?？傊? 受古地形、古構造和古氣候等因素影響, 下白堊統(tǒng)具有近物源、小水系、粗碎屑和火山活動頻繁等沉積特征(祝玉衡等, 2000)。

圖1 二連裂谷盆地群構造單元劃分(據(jù)杜金虎, 2003)Fig. 1 Structure units of the Erlian rift basin (after DU, 2003)

圖2 二連盆地下白堊統(tǒng)地層格架(據(jù)祝玉衡等, 2000)Fig. 2 Lower Cretaceous stratigraphic framework of Erlian Basin (after ZHU et al., 2000)

1 巖石類型及分布

1.1 巖石類型

下白堊統(tǒng)云質巖為一套受機械沉積作用、化學沉積作用和火山活動共同影響而沉積的混積巖, 以云質泥巖、云質粉砂巖和白云巖為主(圖3), 夾薄層沉凝灰?guī)r。該套巖性一般厚度為200 m, 作為全區(qū)對比的重要標志層, 俗稱“特殊巖性段”。巖石成分復雜, 多為過渡性巖類, 隨著云質成分增加, 陸源碎屑成分減少, 巖性從含云質砂巖、含云質泥巖過渡為白云巖, 部分凹陷白云化程度低, 表現(xiàn)為灰質泥巖和灰質粉砂巖發(fā)育, 另有少量火山碎屑巖。

1.2 分布特征

研究區(qū)云質巖有別于清水臺地相碳酸鹽巖, 除成分復雜, 且以云質泥巖和云質粉砂巖為主外, 其分布范圍也較廣, 既可以在濱淺湖亞相形成云質泥巖與云質粉砂巖交互沉積, 又可以位于三角洲前緣亞相, 表現(xiàn)為正常泥巖與云質巖互層。此外, 泥質云巖在不同沉積相帶中也都有發(fā)育(圖4)。對巴音都蘭、阿南和額仁淖爾等多個重點凹陷內云質巖研究認為, 分布主要受母源區(qū)巖性影響, 由碳酸鹽巖與火山碎屑巖或碳酸鹽巖與花崗巖共同注入湖盆發(fā)生混合沉積, 為典型的母源混合類型。而白云石的形成主要是埋藏白云石化作用, 與火山玻璃脫?；^程中釋放出大量Mg2+、Fe2+離子有關(朱世發(fā)等, 2011)。

圖3 二連盆地云質巖特征Fig. 3 Microscopic characteristics of dolomitic rock in Erlian basin

圖4 巴音都蘭凹陷下白堊統(tǒng)云質巖分布圖Fig. 4 Distribution of Lower Cretaceous dolomitic rocks in Bayindulan sag

2 云質巖成藏特征

2.1 優(yōu)質源巖提供物質基礎

(1)烴源巖特征

下白堊統(tǒng)云質巖發(fā)育優(yōu)質烴源巖, 巖性為云質泥巖, 有機質豐度高, 巴音都蘭凹陷TOC平均為3%, 氯仿瀝青“A”含量平均為0.23%; 額仁淖爾凹陷TOC平均為1.58%, 氯仿瀝青“A”含量平均為0.17%。有機質類型好, 以II1型和II2型為主。主體達到成熟階段, 巴音都蘭凹陷Ro介于0.5%～0.9%之間; 額仁淖爾凹陷Ro介于0.5%～1.0%之間。

(2)源儲關系

作為優(yōu)質烴源巖, 云質泥巖與相鄰低滲透-致密儲集層表現(xiàn)為源儲一體、近源成藏的特征。二連盆地下白堊統(tǒng)云質泥巖與云質砂巖不等厚互層發(fā)育,夾泥晶白云巖(圖5), 單砂層厚度一般為1～3 m,砂/泥比一般為20%～35%。同時, 云質泥巖還可形成鑄?？?、構造溶蝕縫等儲集空間, 自身具有一定的儲集性能。

2.2 溶蝕作用形成儲層“甜點”

(1)儲集空間類型

二連盆地云質巖儲集空間主要有微孔隙、原生剩余粒間孔、溶蝕孔隙、構造縫等四大類?？紫栋雌浒l(fā)育特征和成因可分為:

①納米級微孔隙, 孔徑小于1 μm, 在云質泥巖、泥晶白云巖中, 孔隙類型主要為粘土礦物、白云石、石英、長石等細小礦物晶間孔; 在云質砂巖中, 由于白云石呈基底式膠結, 一般納米級微孔隙可占到83%, 最高可達98%。

②粒間孔-粒間溶孔, 主要為云質砂巖中顆粒間白云石膠結后剩余的孔隙, 以及長石顆粒邊緣或白云石膠結物溶蝕形成的孔隙(圖6a), 孔徑10～60 μm。

③鑄?？? 主要為云質砂巖中長石顆粒完全被溶蝕形成的孔隙(圖6a), 孔徑200～1100 μm; 在云質泥巖和泥晶云巖中也可見鑄?？?圖6b), 為火山玻璃被徹底溶蝕。

④基質溶孔, 主要發(fā)育在白云化沉凝灰?guī)r中,不穩(wěn)定火山物質成分被溶蝕形成的孔隙(圖6c), 孔徑10～400 μm, 面孔率5%。

⑤構造縫, 巖心中常見有低角度裂縫和垂直縫(周新桂等, 2006), 發(fā)育差, 多數(shù)被充填, 充填物主要為粉-細晶白云石、黃鐵礦和鈉長石(圖6c, d), 構造縫后期可發(fā)生溶蝕作用形成構造溶蝕縫, 裂縫寬度大于3.3 mm, 最寬可達4.5 mm。

(2)儲集層物性特征

物性分析數(shù)據(jù)表明, 二連盆地下白堊統(tǒng)云質巖儲層物性表現(xiàn)為中孔(15%＜Ф＜20%)-特低滲(1 mD＜K＜10 mD)到低孔(10%＜Ф＜15%)-超低滲(K＜1 mD), 具有孔隙度高、滲透率低的普遍特點,整體為低滲透-致密儲集層。

云質巖儲集層物性受白云石及粉細砂含量影響明顯, 白云石含量越高, 云質巖儲集層物性相對就越差, 以納米級微孔隙為主, 孔隙度小于10%, 滲透率小于0.04 mD; 隨著粉細砂含量增加, 發(fā)育粒間孔和粒間溶孔、以及鑄?？? 儲層孔隙度大于10.5%, 最高可達24.6%之間, 但滲透率仍為1 mD左右; 構造縫發(fā)育時, 雖然未能增加儲層孔隙度,但是可使?jié)B透率增加到10 mD, 甚至更高。

(3)云質巖儲層“甜點”發(fā)育特征

Fig. 5 二連盆地重點凹陷云質巖柱狀圖Fig. 5 Columnar section of dolomitic rocks in main sags, Erlian Basin

“甜點”是指低滲透-致密儲集層中物性相對較好的點?！疤瘘c”區(qū)是勘探的重點目標。針對該區(qū)云質巖儲集層的特點, 并綜合測井、試油等資料分析, 將二連盆地下白堊統(tǒng)云質巖“甜點”區(qū)儲集層確定為孔隙度大于15%的儲集層段, 對應滲透率大于1 mD, “甜點”儲集層主要為剩余粒間孔-溶孔型,其次是裂縫-孔隙型。

圖6 二連盆地云質巖儲層主要孔隙類型Fig. 6 Photomicrographs of pore types of dolomitic rocks in Erlian Basin

與優(yōu)質烴源巖互層的低滲透-致密儲集層的物性和含油性隨烴源巖有機質豐度的增加而變好。圖7是二連盆地3個差異較大的云質砂巖儲集層的地質特征剖析結果。3個云質砂巖儲集層發(fā)育在相同的環(huán)境中, 均是上下被泥質烴源巖覆蓋的濱淺湖沉積。圍巖生烴條件好的巴10井云質砂巖孔隙度為20%左右, 油氣顯示為油浸和含油(圖7a); 生烴條件差、自身孔滲性差的淖7井云質砂巖物性最差, 孔隙度為10%左右, 油氣顯示為油跡和熒光(圖7c);兩方面條件居中的巴48井云質砂巖物性和含油性居中, 為油斑(圖7b)。

云質泥巖中碳酸鹽礦物含量高, 對于TOC＞2%的烴源巖(圖7a, b), 熱演化生成的有機酸不僅對泥巖內碳酸鹽礦物進行溶蝕, 還能夠在儲集層內形成大量的粒間溶孔和鑄?？? 以及構造溶蝕縫, 從而大大提高低滲透-致密儲層的滲流能力, 形成云質巖儲層“甜點”。

2.3 油氣成藏機理

(1)儲層含油的臨界物性

通過統(tǒng)計云質巖儲層巖性、物性與含油性的關系, 發(fā)現(xiàn)云質砂巖最有利于油氣的聚集, 并且云質砂巖的儲集物性存在一個臨界值, 即當云質砂巖的滲透率大于0.3 mD時, 砂體內才能有油氣聚集, 含油砂體主要分布在滲透率為0.4～11 mD的儲集體內(圖8), 且在該范圍內具有隨砂體物性條件變好含油性變好的趨勢。與云質砂巖含油性特征相似, 泥晶白云巖和白云化沉凝灰?guī)r的滲透率大于0.7 mD時,才能聚集油氣。因此, 物性的好壞直接影響著云質巖儲集層的含油性, 物性越好, 孔隙結構越好, 流體滲流能力越強, 越有利于烴源巖中生成的油氣排出而進入儲集層內。

圖7 二連盆地3類云質砂巖儲層地質特征剖析(其余圖例同圖5)Fig. 7 Map showing geological characteristics of three types of dolomitic sandstone in Erlian Basin (other legend same as Fig. 5)

圖8 二連盆地云質巖儲層含油性特征統(tǒng)計Fig. 8 Statistics of oil-bearing characteristics of dolomitic rocks in Erlian Basin

(2)儲層溶蝕降低油氣充注阻力

對于源內成藏, 儲集層能否被充注成藏, 主要看排烴過程與聚烴過程的耦合配置關系。只有當兩者協(xié)調一致, 既達到聚烴條件又達到排烴條件時,才能完成儲集層的成藏過程(龐雄奇等, 2003; 曾濺輝等, 2002)。近年來眾多學者針對砂巖透鏡體和致密油成藏特征進行大量研究表明, 烴源巖異常高壓是油氣聚集的必要條件(蘇永進等, 2005; 王永卓等, 2006; 張善文等, 2009; 楊華等, 2012; 匡立春等, 2012)。

圖9 二連盆地云質巖儲層含油性與烴源巖關系Fig. 9 Oil potential of the dolomitic rock and its relationship with the source rock, Erlian Basin

二連盆地云質巖儲集層相鄰烴源巖有機質豐度高, 但是成熟度普遍較低, Ro介于0.5%～1.0%之間,很難形成較大的剩余壓力, 云質巖儲層中油氣聚集是通過優(yōu)質烴源巖控制溶蝕孔隙發(fā)育, 降低油氣充注的阻力而實現(xiàn)的。對于TOC＞2%的烴源巖, 隨著演化程度增加, 當烴源巖生成的烴量足以滿足自身吸附、孔隙水溶解和毛細管封堵等多種存留需要,即達到排烴門限后, 烴類開始以游離相大量排出,同時, 由于溶蝕作用使充注阻力降低, 不存在聚烴門限, 油氣直接進入儲層內聚集成藏(圖9)。然而,對于TOC＜2%的烴源巖, 相鄰儲層溶蝕孔隙不發(fā)育,不僅要達到排烴門限, 還要達到聚烴門限, 即充注動力大于阻力, 因此只有在異常高壓下, 油氣才能進入該類儲集層內聚集成藏。

3 結論

1)二連盆地下白堊統(tǒng)云質巖儲層具有孔隙度高、滲透率低的普遍特點, 整體為低滲透-致密儲集層。白云石含量越高, 云質巖儲集層物性相對就越差, 以納米級微孔隙為主, 隨著粉細砂含量增加,發(fā)育粒間孔和粒間溶孔。當溶蝕作用或構造作用較強, 產生鑄?？缀蜆嬙烊芪g縫, 形成二連盆地下白堊統(tǒng)云質巖儲層“甜點”。

2)二連盆地下白堊統(tǒng)云質巖烴源巖與低滲透-致密儲集層互層產出, 精細解剖和地質統(tǒng)計分析認為, 云質巖近源成藏主要受儲層巖性、物性等因素控制。

3)烴源巖成熟度普遍較低, 云質巖儲集層油氣聚集不是源于生烴增壓導致的充注動力增大, 而是通過優(yōu)質烴源巖控制溶蝕孔隙發(fā)育, 降低油氣充注阻力來實現(xiàn)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課題“二連盆地富油凹陷深化勘探潛力與方向研究”(編號: HBYT-YJY-2011-JS-406)資助。

2013-04-08; 改回日期: 2013-07-17。責任編輯: 魏樂軍。

王會來, 男, 1986年生。博士研究生。主要從事儲集層和成藏方面的研究。通信地址: 102249, 北京市昌平區(qū)府學路18號。電話: 010-89734481。E-mail: wanghuilai1986@126.com。

*通訊作者: 高先志, 男, 1963年生。教授, 博士, 博士生導師。從事油氣藏形成與分布研究。E-mail: gaoxz@cup.edu.cn。