含油氣盆地致密砂巖類油氣藏成因機(jī)制與資源潛力

龐雄奇,周新源,董月霞,姜振學(xué),姜福杰,范柏江,邢恩袁,龐 宏

(1.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;2.中國(guó)石油大學(xué)盆地與油藏研究中心,北京 102249; 3.中國(guó)石油塔里木油田公司,新疆庫(kù)爾勒 841000;4.中國(guó)石油冀東油田公司,河北唐山 063004）

含油氣盆地致密砂巖類油氣藏成因機(jī)制與資源潛力

龐雄奇1,2,周新源3,董月霞4,姜振學(xué)1,2,姜福杰1,2,范柏江2,邢恩袁2,龐 宏2

(1.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;2.中國(guó)石油大學(xué)盆地與油藏研究中心,北京 102249; 3.中國(guó)石油塔里木油田公司,新疆庫(kù)爾勒 841000;4.中國(guó)石油冀東油田公司,河北唐山 063004）

通過(guò)對(duì)典型致密砂巖油氣藏的解剖,并結(jié)合成藏過(guò)程中油氣排運(yùn)時(shí)期和儲(chǔ)層致密演化時(shí)期匹配關(guān)系分析,確定含油氣盆地深部發(fā)育致密常規(guī)油氣藏、致密深盆油氣藏、致密復(fù)合油氣藏3種不同類型的致密砂巖類油氣藏;在此基礎(chǔ)上采用理論計(jì)算對(duì)中國(guó)致密砂巖油氣資源進(jìn)行評(píng)價(jià)。結(jié)果表明：沉積盆地內(nèi)部實(shí)際存在的油氣資源量比以往認(rèn)識(shí)和評(píng)價(jià)的結(jié)果大很多,目前中淺部見(jiàn)到的和已發(fā)現(xiàn)的常規(guī)油氣資源不到盆地內(nèi)富集資源總量的25%,大于75%的油氣資源富集在孔隙度小于12%、滲透率小于1×10-3μm2的致密砂巖儲(chǔ)層內(nèi);在致密油氣資源中,致密常規(guī)油氣資源大致超過(guò)油氣總資源的25%,致密深盆油氣資源超過(guò)50%;致密油氣資源是含油氣盆地挖潛勘探和可持續(xù)發(fā)展的最主要方向。

致密砂巖油氣藏;含油氣盆地;成因機(jī)制;資源評(píng)價(jià)

致密砂巖油氣展現(xiàn)了豐富的資源前景[1-2],美國(guó)、加拿大等國(guó)已實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模的商業(yè)開(kāi)采[3-5]。中國(guó)具備形成致密砂巖油氣的地質(zhì)條件,并在松遼、準(zhǔn)噶爾、四川等盆地的油氣勘探中獲得了新發(fā)現(xiàn)[6-8]。筆者依據(jù)目前已發(fā)現(xiàn)的典型致密砂巖油氣藏并結(jié)合成藏過(guò)程的分析,對(duì)中國(guó)致密砂巖油氣藏的類型和資源潛力進(jìn)行研究。

1 致密砂巖油氣藏

致密砂巖油氣藏系指富集于沉積盆地內(nèi)低孔隙度和低滲透率砂巖儲(chǔ)層內(nèi)的油氣藏,這里的低孔和低滲視研究者不同有所不同[9-12](表1）。目前國(guó)內(nèi)外常用的判別標(biāo)準(zhǔn)是指那些孔隙度低(小于12%）、滲透率低(小于0.1×10-3μm2）、含氣飽和度低(小于60%）、天然氣在其中流動(dòng)速度較為緩慢的砂巖油氣藏[9]。致密油氣藏的概念可進(jìn)一步分為廣義和狹義兩種。

表1 國(guó)內(nèi)外學(xué)者和單位有關(guān)致密砂巖類油氣藏的判別標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Discrimination standards of tight sandstone hydrocarbon reservoir of different international scholars and institutions

1.1 廣義的致密砂巖油氣藏概念

廣義的致密砂巖油氣藏系指富集于一切低孔隙度和低滲透率砂巖儲(chǔ)層內(nèi)的油氣藏。它既包括埋深較大的、分布廣泛的致密砂巖油氣藏,也包括埋深較淺的、分布局限的粉砂巖或泥質(zhì)粉砂巖油氣藏。這種分類不考慮致密砂巖的成因、油氣藏的成因及其儲(chǔ)量規(guī)模,唯一的判別標(biāo)準(zhǔn)是它們當(dāng)前儲(chǔ)層的孔隙度和滲透率。

圖1是塔里木盆地庫(kù)車坳陷砂巖儲(chǔ)層含油氣性鉆探結(jié)果。圖1(a）表明砂巖儲(chǔ)層的鉆探結(jié)果與埋深有關(guān)。圖1(b）表明砂巖儲(chǔ)層的鉆探結(jié)果與孔隙度有關(guān)。廣義的致密砂巖油氣藏分類對(duì)于理解致密砂巖油氣藏的產(chǎn)狀特征和結(jié)構(gòu)特征有意義,但對(duì)理解致密砂巖油氣藏的成因機(jī)制和分布規(guī)律意義不大。

圖1 塔里木盆地庫(kù)車坳陷砂巖儲(chǔ)層含油氣性鉆探結(jié)果與統(tǒng)計(jì)Fig.1 Drilling results and statistics of sandstone reservoir oil-bearing properties in Kuqa depression of Tarim Basin

1.2 狹義的致密砂巖油氣藏概念

狹義的致密砂巖油氣藏系指富集于深部某一埋深之下的所有砂巖儲(chǔ)層內(nèi)的油氣藏,這一埋深點(diǎn)與浮力成藏下限對(duì)應(yīng)(圖2）。它不包括埋深更淺、分布較為局限的粉砂巖或泥質(zhì)粉砂巖油氣藏,但包括埋深更大的致密儲(chǔ)層背景之內(nèi)的高孔滲儲(chǔ)層內(nèi)的油氣藏,它們?cè)谟蜌饪碧街斜环Q之為甜點(diǎn)[13],是致密砂巖油氣藏中最重要和最有價(jià)值的組成部分。

圖2 浮力作用下天然氣和石油的成藏下限及其力平衡Fig.2 Oil and gas accumulation threshold and the forces balance under buoyancy action

圖2(a）中的浮力成藏下限可用動(dòng)力學(xué)邊界方程(式(1）～(8））表征,即深部油氣的熱膨脹力Pe等于上覆水靜壓力Pw和邊界毛細(xì)管力Pc之和。在這一邊界之上,Pe＞Pw+Pc,油氣主要在浮力作用下形成常規(guī)油氣藏;在這一邊界之下,Pe＜Pw+Pc,油氣主要在毛細(xì)管力和分子膨脹力等作用下形成致密深盆油氣藏。Pe=Pw+Pc是深部油氣成藏的頂界,也是浮力成藏的下限,還是致密油氣藏大面積廣泛分布的邊界。此外,浮力成藏下限可用砂巖孔喉半徑表示。

圖2(b）中天然氣和石油的浮力成藏下限依據(jù)式(1）～(8）獲得,它們表明液態(tài)石油和天然氣的浮力成藏下限比較接近,隨砂巖顆粒粒徑的增大而變淺。天然氣對(duì)應(yīng)的孔隙度為11%～12%,石油為10%～11%,表明天然氣更易在深坳區(qū)的向斜內(nèi)聚集成藏。

浮力成藏下限對(duì)應(yīng)的力平衡方程如下：

式中,Peg、Peo分別為單一氣相、油相的體積膨脹力, N;Pcg、Pco分別為天然氣和油的毛管壓力,N;Pe、Pw和Pc分別為界面之下油氣熱膨脹力、界面之上水靜壓力、界面處毛細(xì)管力,N;σ為氣水(油水）界面張力,N/m;D為顆粒的粒度,mm;Mg和Mo分別為天然氣和液態(tài)石油摩爾質(zhì)量,g/mol;z為天然氣的壓縮因子;φ為孔隙度,%;ρw、ρg和ρo分別為水、天然氣和液態(tài)石油的密度,kg/m3;g為重力加速度,m/s2;R為氣體常數(shù),取8.314 33;T為天然氣的地下溫度, K;a和b為范德華常數(shù)。

1.3 本文關(guān)于致密砂巖油氣藏的定義

本文將含油氣盆地砂巖儲(chǔ)層孔隙度＜12%、有效滲透率≤0.1×10-3μm2、絕對(duì)滲透率≤1×10-3μm2作為致密砂巖油氣藏的判別標(biāo)準(zhǔn)。在實(shí)際工作過(guò)程中,基于浮力成藏下限或致密油氣藏廣泛分布的頂界預(yù)測(cè)致密砂巖油氣藏分布,即致密油藏頂界孔隙度＜11%、致密氣藏頂界孔隙度＜12%。致密砂巖油氣藏內(nèi)部的高孔滲部分被視為“甜點(diǎn)”,它們是致密砂巖油氣藏中的重要組成部分。

2 致密砂巖油氣藏成因分類

2.1 致密常規(guī)油氣藏

致密常規(guī)砂巖類油氣藏系指發(fā)育于沉積盆地深部、成因和產(chǎn)狀特征類同于常規(guī)油氣藏的致密砂巖油氣藏。此類油氣藏屬先成藏后致密,分布特征類同于常規(guī)油氣藏,依據(jù)產(chǎn)狀可進(jìn)一步分為致密背斜類油氣藏、致密斷塊類油氣藏、致密地層類油氣藏、致密巖性類油氣藏等。這類油氣藏的形成分為兩個(gè)階段,第一階段為常規(guī)油氣藏形成階段,此時(shí)儲(chǔ)層未致密,油氣主要在浮力作用下運(yùn)移至圈閉中聚集成藏(圖3(a））。第二階段為油氣藏致密化階段。致密常規(guī)油氣藏的最基本地質(zhì)特征是產(chǎn)狀同常規(guī)油氣藏,即與源巖不接觸、分布范圍局限、存在油氣水邊界、探井產(chǎn)能高且壓力異常高(圖3(b））。

圖3 致密常規(guī)油氣藏的形成機(jī)制與分布特征Fig.3 Formation mechanism and distribution characteristics of conventional tight hydrocarbon reservoir

2.2 致密深盆油氣藏

圖4 致密深盆油氣藏的成因機(jī)制與分布特征Fig.4 Formation mechanism and distribution characteristics of deep basin tight hydrocarbon reservoir

致密深盆砂巖類油氣藏系指發(fā)育于沉積盆地深部、主要分布于深坳區(qū)或向斜帶中的致密砂巖類油氣藏(圖4）。此類油氣藏屬先致密后成藏,分布特征不同于常規(guī)油氣藏,依據(jù)產(chǎn)狀可進(jìn)一步分為盆地邊緣區(qū)發(fā)育的致密深盆類油氣藏、盆地中心區(qū)發(fā)育的致密深盆類油氣藏、盆地深坳區(qū)發(fā)育的致密深盆類油氣藏等[14-15]。這類油氣藏的形成是在儲(chǔ)層致密化以后,大量油氣從源巖中排出后直接進(jìn)入相鄰的致密儲(chǔ)層,此時(shí)浮力不起主導(dǎo)作用,油氣充注主要受體積增大和受熱膨脹作用,不斷向外排驅(qū)孔隙水并拓展分布的范圍,形成連續(xù)和廣泛分布的致密深盆類油氣藏。致密深盆油氣藏最基本的地質(zhì)特征為緊鄰烴源灶連續(xù)廣泛分布、油氣聚集不受浮力和蓋層控制、探井產(chǎn)能低但儲(chǔ)量巨大、油氣藏內(nèi)部缺少統(tǒng)一的油氣水邊界且產(chǎn)狀倒置、穩(wěn)態(tài)情況下內(nèi)部壓力低于靜水壓力。

2.3 致密復(fù)合油氣藏

致密復(fù)合型砂巖類油氣藏系指發(fā)育于沉積盆地深部、廣泛分布于深坳區(qū)、背斜帶和斜坡區(qū)的非常規(guī)致密類油氣藏。此類油氣藏屬于先形成的常規(guī)油氣藏和晚期形成的深盆油氣藏在盆地深部條件下疊加和復(fù)合的結(jié)果。依據(jù)產(chǎn)狀特征可進(jìn)一步分為致密背斜油氣藏與深盆油氣藏復(fù)合形成的致密非常規(guī)油氣藏、致密地層油氣藏與深盆油氣藏復(fù)合形成的致密非常規(guī)油氣藏、致密巖性油氣藏與深盆油氣藏復(fù)合形成的致密非常規(guī)油氣藏等。這類油氣藏的形成分為3個(gè)階段(圖5）。第一階段為常規(guī)油氣藏形成階段,這一階段形成的常規(guī)油氣藏可以是背斜類、地層類,也可能是巖性類(圖5(a）上）。第二階段為致密深盆油氣藏形成階段,這一階段可能比第一階段晚但也可能同時(shí)進(jìn)行,主要是在盆地深部的中心區(qū)或斜坡帶或邊緣區(qū)形成致密深盆油氣藏(圖5(a）下）。第三階段是在埋藏過(guò)程中,常規(guī)油氣藏變成為致密常規(guī)油氣藏,深盆油氣藏范圍不斷擴(kuò)大并將致密油氣藏全部覆蓋而形成一個(gè)更大的統(tǒng)一的致密復(fù)合油氣藏(圖5 (b））。

2.4 致密油氣藏形成演化及其轉(zhuǎn)換

綜上所述,致密油氣藏依照其成因機(jī)制可分為致密常規(guī)油氣藏、致密深盆油氣藏和致密復(fù)合油氣藏(表2）。它們?cè)谛纬芍?隨著埋藏深度加大和壓實(shí)作用增強(qiáng),其類型可以相互轉(zhuǎn)換,基本原理如圖6所示。

圖5 致密復(fù)合油氣藏的成因機(jī)制與分布特征Fig.5 Formation mechanism and distribution characteristics of complex tight hydrocarbon reservoir

圖6 致密油氣藏形成演化及其相互關(guān)聯(lián)轉(zhuǎn)換Fig.6 Formation evolution and the relevance transformation of tight hydrocarbon reservoir

表2 沉積盆地深部致密砂巖油氣藏分類Table 2 Classification of tight sandstone hydrocarbon reservoirs in deep sedimentary basins

3 致密砂巖油氣資源評(píng)價(jià)

3.1 含油氣盆地致密砂巖油氣資源評(píng)價(jià)方法和原理

油氣從生成到發(fā)生運(yùn)移聚集,始終遵循物質(zhì)守恒的普遍地質(zhì)規(guī)律。因此,對(duì)致密砂巖油氣的評(píng)價(jià)可采用生烴潛力法,理論模型見(jiàn)圖7。生烴潛力法認(rèn)為,烴源巖中的有機(jī)質(zhì)在生排烴前后質(zhì)量不變,通過(guò)研究烴源巖生烴潛力指數(shù)((S1+S2）/TOC）在沉積剖面上的變化規(guī)律可以定量研究源巖的生排烴特征。其中：S1代表巖石中可抽提的游離烴即源巖生成的未發(fā)生運(yùn)移的烴量,S2代表干酪根高溫(300～600℃）熱解烴量,TOC代表源巖有機(jī)碳含量[16-17]。

圖7 生烴潛力法確定源巖排烴門限的取樣示意圖Fig.7 Sampling schematic diagram of source rock hydrocarbon expulsion threshold using hydrocarbon generation potential method

烴源巖的最大生烴潛力指數(shù)為原始生烴潛力指數(shù)(HCIo）,烴源巖原始生烴潛力指數(shù)與剩余生烴潛力指數(shù)(HCIp）的差值為排烴率(qe）,排烴率即烴源巖達(dá)到排烴門限后單位有機(jī)碳排烴量[16-17]。

圖8 地質(zhì)條件下的油氣資源序列Fig.8 Oil and gas resources sequence under geological conditions

在形成致密油氣的盆地和地區(qū),致密儲(chǔ)層一般緊鄰烴源巖。絕大多數(shù)的含油氣盆地的烴源巖排烴門限對(duì)應(yīng)的埋深往往小于其對(duì)應(yīng)儲(chǔ)層達(dá)到致密的埋深(圖8）,因此,烴源巖一旦進(jìn)入排烴門限,排出的油氣便在浮力的作用下向鄰近的儲(chǔ)層高部位運(yùn)移,此時(shí)運(yùn)移的油氣往往形成常規(guī)油氣藏(圖8中B部分）。隨著埋深的逐漸增大,巖層孔隙逐漸致密。當(dāng)儲(chǔ)層達(dá)到足夠的埋深后,其孔隙度小于12%,此時(shí)烴源巖排出的烴類流體已不再受浮力作用的控制,油氣直接賦存在源巖附近的致密儲(chǔ)層中,該類油氣形成的油氣藏即致密深盆油氣藏(圖8中D部分）。對(duì)于在烴源巖孔隙度小于12%時(shí)排出的油氣,盡管其形成的油氣藏在地質(zhì)歷史時(shí)期屬于常規(guī)油氣藏,若該類油氣藏在現(xiàn)今的埋深變大,儲(chǔ)層孔隙度高度致密(孔隙度小于12%）,該類油氣藏即構(gòu)成了致密常規(guī)油氣藏(圖8中C部分）。

3.1.1 致密常規(guī)油氣資源評(píng)價(jià)方法

致密常規(guī)油氣的資源評(píng)價(jià)只與浮力作用下的累積排烴量相關(guān)。同時(shí),常規(guī)油氣藏在向致密油氣藏的轉(zhuǎn)變中,必然經(jīng)歷了浮力作用下限的埋深,而在進(jìn)入該埋深之前,排出的油氣會(huì)源源不斷地受浮力作用進(jìn)入儲(chǔ)集層,所以對(duì)于受破壞改造以及散失微弱的地區(qū),按照浮力作用下的最大排烴率評(píng)價(jià)的排烴量即為致密常規(guī)油氣的資源量。對(duì)于受到破壞改造以及油氣散失強(qiáng)烈的地區(qū),按照浮力作用下的最大排烴率(圖8中q1）評(píng)價(jià)的排烴量即為致密常規(guī)油氣資源的資源上限。由于構(gòu)造破壞及散失烴量的研究是石油地質(zhì)的薄弱環(huán)節(jié),定量研究十分困難,在致密常規(guī)油氣資源的研究中只需確定資源上限即可。3.1.2 致密深盆油氣資源評(píng)價(jià)方法

“太神奇了！爸爸，快教教我?！蔽壹?dòng)地喊道。爸爸?jǐn)傞_(kāi)手心，說(shuō):“其實(shí)，我手里還有一塊大磁鐵，控制著小磁鐵在移動(dòng)。你呀，就是看得太認(rèn)真，才忽略了我的動(dòng)作?！蔽移炔患按亟舆^(guò)大磁鐵試了一試，果然如此。

致密深盆油氣資源在地質(zhì)歷史過(guò)程中均不受浮力作用,油氣藏形成初始時(shí)期即為致密油氣藏。由于致密深盆油氣藏在形成時(shí)一般對(duì)應(yīng)于較大的埋深使得構(gòu)造破壞和散失等地質(zhì)作用對(duì)致密油氣的影響非常微弱,油氣得以極大地保存。針對(duì)致密深盆油氣資源的評(píng)價(jià)可以近似地認(rèn)為,與烴源巖最大埋深(構(gòu)造運(yùn)動(dòng)小的地區(qū)一般為現(xiàn)今的埋深）對(duì)應(yīng)的、位于浮力作用下限之下排出的排烴率(圖8中q2）評(píng)價(jià)的排烴量即為致密深盆油氣資源的資源量。

3.1.3 致密油氣資源總量評(píng)價(jià)方法

對(duì)于特定的烴源巖而言,其生成的致密油氣資源由致密常規(guī)油氣資源和致密深盆油氣資源兩個(gè)資源序列構(gòu)成。從生烴潛力剖面上看,烴源巖及其緊鄰儲(chǔ)層一旦位于浮力作用下限之下,必然存在致密常規(guī)和致密深盆兩種致密油氣資源。因此,對(duì)于致密油氣資源總量的評(píng)價(jià),利用烴源巖進(jìn)入浮力作用下限后的總排烴率(圖8中q1+q2）計(jì)算的資源量即致密油氣資源總量。

3.2 含油氣盆地致密砂巖油氣藏資源評(píng)價(jià)流程

含油氣盆地致密砂巖油氣藏資源評(píng)價(jià)流程可分為以下5個(gè)部分：

(1）確定第一套主要目的層和第一套區(qū)域性蓋層。

(2）研究第一套主要目的層和第一套區(qū)域性蓋層成巖史。

(3）計(jì)算處于致密砂巖儲(chǔ)層之內(nèi)的源巖層排烴總量。對(duì)于特定的烴源巖而言,其生成的致密油氣資源由致密常規(guī)油氣資源和致密深盆油氣資源兩個(gè)資源序列構(gòu)成。在浮力作用下限之下,源巖的累積排烴率即對(duì)應(yīng)致密常規(guī)和致密深盆兩個(gè)資源序列。致密油氣總量的計(jì)算模型如下：式中,Q總為致密油氣資源總量,t;S為烴源巖的排烴面積,km2;q0(Z）為烴源巖的累積排烴率,mg/g;ρ (Z）為烴源巖的密度,g/cm3;TOC為有機(jī)碳百分含量,%;Z0為烴源巖排烴門限對(duì)應(yīng)的埋深,m;Z為烴源巖的最大埋深,m。

(4）計(jì)算處于致密砂巖儲(chǔ)層區(qū)內(nèi)的源巖在儲(chǔ)層高孔滲階段的排烴量。處于致密砂巖儲(chǔ)層區(qū)內(nèi)的源巖在儲(chǔ)層高孔滲階段的排烴量(致密常規(guī)油氣）計(jì)算模型如下：

式中,Q常為形成的致密深盆油氣資源量,t;E常為烴源巖排致密常規(guī)油氣的排烴強(qiáng)度,t/km2;q1(Z）為烴源巖排致密常規(guī)油氣的排烴率,mg/g,當(dāng)進(jìn)入浮力作用下限深度時(shí)(儲(chǔ)層孔隙度小于12%）,各埋深段烴源巖的q1(Z）保持相同(也即相當(dāng)于孔隙度等于12%時(shí)的排烴率）。

(5）計(jì)算處于致密砂巖儲(chǔ)層區(qū)內(nèi)的源巖在儲(chǔ)層致密后的排烴量。

處于致密砂巖儲(chǔ)層區(qū)內(nèi)的源巖在儲(chǔ)層致密后的排烴量(致密深盆油氣）計(jì)算模型如下：

式中,Q深為形成的致密深盆油氣資源量/t;E深為烴源巖排致密深盆油氣的排烴強(qiáng)度,t/km2;q2(Z）為烴源巖排致密深盆油氣的排烴率,q2(Z）=q0(Z）-q1(Z）,mg/g。

3.3 含油氣盆地致密砂巖油氣資源評(píng)價(jià)參數(shù)選擇

3.3.1 烴源巖層地質(zhì)地化特征

對(duì)于同一沉積盆地而言,烴源巖的基本地質(zhì)地化特征可以通過(guò)烴源巖的厚度、有機(jī)母質(zhì)豐度、有機(jī)母質(zhì)類型、有機(jī)母質(zhì)成熟度4個(gè)地質(zhì)參數(shù)來(lái)表征。因此,評(píng)價(jià)烴源巖地化特征,需要完成相關(guān)圖件的編制。

3.3.2 烴源巖層生排油氣模式

受烴源巖有機(jī)母質(zhì)豐度、類型、成熟度等地化特征的控制,烴源巖生排油氣的模式存在差異,具體表現(xiàn)為烴源巖排氣早于排油、烴源巖排油早于排氣、烴源巖只排氣不排油、烴源巖排油不排氣和烴源巖既不排油也不排氣模式[17]。

在進(jìn)行地質(zhì)參數(shù)的研究中,還包括選擇具有代表性意義的地史、熱史等資料,這主要包括建立4種函數(shù)關(guān)系式：①孔隙度隨埋深變化規(guī)律;②轉(zhuǎn)化程度隨埋深的變化規(guī)律;③地溫隨埋深或地史時(shí)間的變化規(guī)律;④地層水礦化度隨埋深或地史時(shí)間的變化規(guī)律。詳細(xì)建立過(guò)程見(jiàn)文獻(xiàn)[18]。

3.4 含油氣盆地致密砂巖油氣資源評(píng)價(jià)成果表征

3.4.1 南堡凹陷烴源巖層排油氣量與相對(duì)資源量評(píng)價(jià)結(jié)果

南堡凹陷位于中國(guó)渤海灣盆地北部,凹陷面積1900 km2,自北向南分別為陸上的老爺廟構(gòu)造、北堡構(gòu)造、高尚堡-柳贊構(gòu)造;灘海的南堡1號(hào)、南堡2號(hào)、南堡3號(hào)、南堡4號(hào)、南堡5號(hào)構(gòu)造(圖9）[19]。2007年底,南堡凹陷已探明三級(jí)油氣儲(chǔ)量10億噸。本區(qū)發(fā)育古近系東三段、沙一段和沙三段3套主力烴源巖,前人曾進(jìn)行了詳細(xì)的地化研究[20]。但本區(qū)烴源巖在定量研究方面一直比較薄弱,由此導(dǎo)致歷次資評(píng)的結(jié)果存在較大差異,極不利于進(jìn)一步指導(dǎo)油氣勘探。

按照致密油氣資源的評(píng)價(jià)流程,首先建立南堡凹陷三套主力烴源巖的生烴潛力剖面,由于烴源巖存在一定的非均質(zhì)性,采用了加權(quán)平均方法建立生烴潛力變化曲線(圖10）,根據(jù)生烴潛力曲線可知,本區(qū)東三段、沙一段和沙三段三套烴源巖的排烴門限對(duì)應(yīng)的埋深分別為3.774、3.960和3.807 km。其次,通過(guò)對(duì)本區(qū)25 296個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的統(tǒng)計(jì),建立南堡凹陷儲(chǔ)層孔隙度隨埋深的關(guān)系(圖10）,本區(qū)儲(chǔ)層孔隙度為12%的埋深大致為4.2 km,表明本區(qū)浮力作用的下限約為4.2 km?；谏鸁N潛力法的研究過(guò)程,同時(shí)結(jié)合致密油氣資源的評(píng)價(jià)流程,最終獲得南堡凹陷三套主力烴源巖的生烴量和排烴量;區(qū)分出致密常規(guī)油氣和致密深盆油氣的資源量(圖11、表3）。研究結(jié)果表明,南堡凹陷東三段、沙一段和沙三段三套烴源巖生烴量分別為63.76×108、60.86× 108和82.69×108t;排烴量分別為22.24×108、30.65 ×108和63×108t;致密油氣資源量分別為9.33× 108、26.29×108和58.3×108t,其中致密深盆油氣分別占致密油氣的40.1%、48.24%和67.43%。結(jié)合烴源巖與儲(chǔ)層的分布及接觸關(guān)系,預(yù)測(cè)致密復(fù)合油氣的資源量分別為0.68×108、4.26×108和11.55× 108t。

圖9 南堡凹陷構(gòu)造區(qū)劃分及生儲(chǔ)蓋組合示意圖Fig.9 Structural division and reservoir-seal assemblage schematic drawing of Nanpu depression

3.4.2 中國(guó)主要盆地?zé)N源巖排烴量研究及資源量評(píng)價(jià)結(jié)果

對(duì)中國(guó)典型盆地和地區(qū)的致密油氣資源評(píng)價(jià)結(jié)果表明：塔里木盆地的致密油氣資源是常規(guī)油氣資源的3～4倍,其中致密深盆油氣是致密常規(guī)油氣的1～2倍;渤海灣盆地南堡凹陷的致密油氣資源是常規(guī)油氣資源的4～5倍,其中致密深盆油氣是致密常規(guī)油氣的2～3倍;塔里木盆地庫(kù)車坳陷的致密油氣資源是常規(guī)油氣資源的5～6倍,其中致密深盆油氣是致密常規(guī)油氣的1～2倍;四川盆地川西坳陷的致密油氣資源是常規(guī)油氣資源的30倍以上,其中致密深盆油氣是致密常規(guī)油氣的2～3倍。

圖10 南堡凹陷烴源巖生烴門限與浮力作用下限劃分Fig.10 Hydrocarbon generation threshold of source rocks and buoyancy effect threshold in Nanpu depression

圖11 南堡凹陷不同埋深下的源巖生排烴與資源潛力評(píng)價(jià)結(jié)果Fig.11 Hydrocarbon generation and expulsion of source rocks and resources potential evaluation results of different depth in Nanpu depression

表3 中國(guó)主要盆地源巖排烴量研究及資源量評(píng)價(jià)結(jié)果Table 3 Hydrocarbon expulsion amount of source rocks and resources evaluation results of the main sedimentary basins in China

由此可知,中國(guó)主要含油氣盆地致密油氣資源的資源潛力遠(yuǎn)大于常規(guī)油氣資源的資源潛力,目前中淺部見(jiàn)到和已發(fā)現(xiàn)的常規(guī)油氣資源不足盆地內(nèi)油氣資源總量的25%,大于75%的油氣資源富集在孔隙度小于12%、滲透率小于1×10-3μm2的致密砂巖儲(chǔ)層內(nèi)。在致密油氣資源中,致密常規(guī)油氣資源大致超過(guò)油氣總資源的25%,致密深盆油氣資源超過(guò)50%,四川盆地和南堡凹陷則超過(guò)了70%。另外,以致密復(fù)合形式存在的油氣資源大致超過(guò)油氣總資源的15%。

4 結(jié) 論

(1）致密砂巖油氣藏依據(jù)成因分為致密常規(guī)油氣藏、致密深盆油氣藏和致密復(fù)合油氣藏3類。

(2）致密砂巖油氣的成因與烴源巖的生排烴關(guān)系密切,在浮力作用下限之下,烴源巖排出的烴量可直接構(gòu)成致密深盆油氣資源;在浮力作用下限之上烴源巖排烴構(gòu)成常規(guī)油氣,經(jīng)晚期深埋后亦構(gòu)成致密常規(guī)油氣資源?；诟×ψ饔孟孪薜慕y(tǒng)計(jì)規(guī)律,采用生烴潛力法即可定量評(píng)價(jià)研究區(qū)的致密油氣資源,區(qū)分致密常規(guī)油氣資源及致密深盆油氣資源。

(3）目前中國(guó)中淺部見(jiàn)到的和已發(fā)現(xiàn)的常規(guī)油氣資源不到盆地內(nèi)富集資源總量的25%,大于75%的油氣資源富集在孔隙度小于12%、滲透率小于1× 10-3μm2的致密砂巖儲(chǔ)層內(nèi),其中大于50%的致密油氣屬于致密深盆油氣資源。致密油氣資源是今后含油氣盆地挖潛勘探和可持續(xù)發(fā)展的最主要方向。

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(編輯 修榮榮）

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(編輯 徐會(huì)永）

Formation mechanism classification of tight sandstone hydrocarbon reservoirs in petroliferous basin and resources appraisal

PANG Xiong-qi1,2,ZHOU Xin-yuan3,DONG Yue-xia4,JIANG Zhen-xue1,2, JIANG Fu-jie1,2,FAN Bo-jiang2,XING En-yuan2,PANG Hong2
(1.State Key Laboratory of Petroleum Resources and Prospecting in China University of Petroleum,Beijing 102249,China; 2.Basin and Reservoir Research Center in China University of Petroleum,Beijing 102249,China; 3.Tarim Oilfield Company,PetroChina,Korla 841000,China; 4.Jidong Oilfield Company,PetroChina,Tangshan 063004,China）

A comprehensive review on the forming mechanisms of typical tight-sandstone hydrocarbon reservoirs was presented.Based on pattern matching between oil migration period and tight reservoir evolution,typical tight sandstone reservoirs were summarized into three catgories：conventional tight sandstone reservoir,deep basin tight sandstone reservoir and composite tight sandstone reservoir.Through theoretical calculation,tight-sandstone hydrocarbon resources in China were reappraised.The results reveal far more potential hydrocarbon resources than estimated before.The conventional hydrocarbon resources discovered so far account for less than 25%of the total basin hydrocarbon resources,while more than 75%of hydrocarbon resources concentrate in tight sandstone reservoirs with low porosity(＜12%）and low permeability(＜10-3μm2）.In the latter,over 25%of hydrocarbon concentrates in the tight conventional reservoirs,and over 50%in the tight deep-basin reservoirs.It is therefore suggested that tight hydrocarbon reservoirs remain the main focus in the future hydrocarbon explorations and sustainable developments.

tight sandstone hydrocarbon reservoir;petroliferous basin;formation mechanism;resource evaluation

TE 122.1

A

4

1673-5005(2013）05-0028-10

10.3969/j.issn.1673-5005.2013.05.005

2013-05-22

國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃“973”項(xiàng)目(2011CB201100）;國(guó)家科技重大專項(xiàng)(2011ZX05006-006）;國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41102085）

龐雄奇(1961-）,男,教授,博士,博士生導(dǎo)師,主要研究方向?yàn)楹蜌馀璧胤治雠c油氣資源評(píng)價(jià),油氣成藏機(jī)制與分布規(guī)律。E-mail：pangxq@cup.edu.cn。