濰北凹陷孔三段火成巖成藏規(guī)律及開發(fā)方式探討

史翠娥

(中國石化勝利油田分公司東勝公司地質(zhì)研究中心,山東東營257000)

濰北凹陷孔三段火成巖成藏規(guī)律及開發(fā)方式探討

史翠娥

(中國石化勝利油田分公司東勝公司地質(zhì)研究中心,山東東營257000)

針對(duì)濰北凹陷孔三段低滲透火成巖油藏地質(zhì)背景和油水關(guān)系復(fù)雜、成藏規(guī)律不清、開發(fā)難度大等難點(diǎn),開展了油氣成藏規(guī)律和開發(fā)方式研究。結(jié)果表明,孔二段暗色泥巖為區(qū)內(nèi)烴源巖;孔三段火成巖儲(chǔ)層巖性以玄武巖、玄武安山巖為主,主要儲(chǔ)集空間為裂縫和孔隙,屬于低—中孔低滲透儲(chǔ)層?？锥邢聛喍文鄮r、孔三段內(nèi)部泥巖夾層及致密層為儲(chǔ)層提供了蓋層;斷裂與不整合面、裂縫構(gòu)成了油氣運(yùn)移通道。孔三段發(fā)育斷鼻型、斷塊型、裂縫型和巖性型等多種油藏類型?；鸪蓭r相帶控制了孔三段火成巖儲(chǔ)層的原生氣孔發(fā)育,熱液作用、風(fēng)化作用及斷裂作用提高了儲(chǔ)層孔滲性;成藏的主控因素為火成巖相、后期的風(fēng)化作用和構(gòu)造改造。通過儲(chǔ)層酸化壓裂改造能提高單井產(chǎn)能,多分支井和水平井可提高開發(fā)效果。

成藏規(guī)律;火成巖;孔隙;裂縫;濰北凹陷

火成巖指巖漿冷卻后形成的巖石,1887年美國首次在加里弗尼亞圣華金盆地發(fā)現(xiàn)以火成巖為儲(chǔ)層的油藏。目前全球共探明火成巖油藏169個(gè)、石油地質(zhì)儲(chǔ)量18×108t,其中中國火成巖探明石油地質(zhì)儲(chǔ)量約為4×108t[1]。濰北凹陷位于郯廬斷裂體系內(nèi),為受郯廬斷裂走滑影響形成的拉分—斷陷盆地[2-3]。濰北凹陷勘探工作始于20世紀(jì)50年代,目前已發(fā)現(xiàn)濰北油田和柳疃氣田,上報(bào)探明石油地質(zhì)儲(chǔ)量1431×104t,天然氣地質(zhì)儲(chǔ)量為5.79 ×108m3。之前的勘探主要集中在孔店組一段和二段,對(duì)其油氣成藏已有較系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)[4-8],但孔三段火成巖勘探程度較低。昌36-斜3井孔三段于2011年4月投產(chǎn),初期日產(chǎn)油30t,不含水,截至2015年12月日產(chǎn)油3.1t,含水率為45.2％,累計(jì)產(chǎn)油1×104t;2012年完鉆的昌901-斜1井孔三段也獲得工業(yè)油流,累計(jì)產(chǎn)油1976.7t;昌171-x4井投產(chǎn)初期日產(chǎn)油14.8t,不含水,目前日產(chǎn)油3.3 t,含水率為56％,累計(jì)產(chǎn)油0.9×104t。這些突破說明孔三段火成巖勘探開發(fā)潛力巨大,但是該區(qū)火成巖成藏要素認(rèn)識(shí)程度低、地質(zhì)背景和油水關(guān)系復(fù)雜、成藏規(guī)律和有利區(qū)帶預(yù)測難度很大。本文以孔三段火成巖油藏為研究對(duì)象,開展了成藏規(guī)律和有利儲(chǔ)層預(yù)測,為該區(qū)孔三段火成巖和國內(nèi)外同類油藏下步勘探開發(fā)提供一定參考。

1 區(qū)域地質(zhì)特征

1.1 地質(zhì)概況

濰北凹陷位于郯廬斷裂中部的沂沭斷裂帶北部,東以昌邑—大店斷裂與魯東隆起相鄰,西為鄌郚—葛溝斷裂,北以古城—濰河口斷層為界與三維北凸起相接,南臨濰縣凸起,在平面上分為南部斜坡帶、灶戶斷鼻帶、瓦城斷階帶、北部洼陷帶4個(gè)構(gòu)造單元(圖1)。該凹陷形成于中生代末期至古近紀(jì)早期,以古近系始新統(tǒng)沉積為主;是北斷南超、北深南淺的箕狀凹陷,面積為880km2。主要的生烴層系為孔二段,主要的勘探開發(fā)層系為孔店組。據(jù)第三次資源評(píng)價(jià)結(jié)果,該區(qū)總資源量為油1.22×108t、天然氣175×108m3[3～5]。

1.2 勘探開發(fā)歷程

目前濰北凹陷共有59口井鉆遇孔三段火成巖,有6口井(昌6井、昌8井、昌12井、昌36井、昌38井、昌56井)鉆穿孔三段火成巖,最大鉆遇厚度為713m。有14口井見油氣顯示,昌14井、昌81井、昌36井、昌39井等井獲油氣流,儲(chǔ)層主要為玄武巖。2008年部署的昌171-斜4井在孔三段1489～1554m試油日產(chǎn)油13.8t,不含水,突破了孔三段的產(chǎn)能關(guān)。2010年部署的昌36-斜1井孔三段日產(chǎn)油8t,不含水,預(yù)示著孔三段較大的勘探開發(fā)潛力。2011年昌36斷塊新增孔三段含油面積0.7km2,石油地質(zhì)儲(chǔ)量為80×104t,目前已進(jìn)入開發(fā)階段,但是單井產(chǎn)能差異較大,表明該區(qū)油氣地質(zhì)條件復(fù)雜。

2 火成巖成藏規(guī)律研究

2.1 原油物性及油源分析

孔三段原油物性較好,密度為0.8～0.85g/ cm3,黏度為30～40mPa·s,屬于輕質(zhì)油。原油族組分中飽和烴含量占62％以上,非烴和瀝青質(zhì)含量較低,飽芳比(飽/芳)大于4(表1)。地層水中氯離子濃度為7000～18000mg/L,水型主要為CaCl2型,為正常的溫壓系統(tǒng)。

表1 孔三段原油族組分表Table 1 crude oil components in Ek3section

濰北凹陷的油氣主要來源于孔二段烴源巖,該段地層最大厚度可達(dá)3000m,其中暗色泥巖厚度約為2000m,巖性為灰色、灰黑色泥頁巖夾泥灰?guī)r、碳質(zhì)泥頁巖,含介形化石,為一套以半深湖相為主的沉積?？锥螣N源巖有機(jī)質(zhì)豐度高,類型以Ⅱ-Ⅲ型為主,均為有效烴源巖,其中孔二上亞段油頁巖為優(yōu)質(zhì)烴源巖。北部洼陷帶已進(jìn)入成熟—高成熟階段,其他地區(qū)除東南部的昌25井區(qū)已進(jìn)入成熟階段外,均處于未成熟—低成熟階段[8-10]。

對(duì)比分析昌36井孔三段2033.5m油層抽提物和昌67井孔二段暗色泥巖的生物標(biāo)志化合物特征發(fā)現(xiàn),甾烷中C27、C28、C29都呈反“L”形,萜烷中伽馬蠟烷含量中等,C20、C21、C23三環(huán)萜烷都呈山形分布,各項(xiàng)生物標(biāo)志化合物特征都較相似,說明孔三段火成巖油藏的原油應(yīng)來源于孔二段烴源巖(圖2)。

2.2 儲(chǔ)層特征

結(jié)合研究區(qū)孔三段巖心、薄片和全巖氧化物分析,孔三段火成巖中SiO2的百分含量一般都小于53％(表2),為基性巖。巖性以玄武巖、玄武安山巖和玄武粗安巖等熔巖類型為主,存在少量火山碎屑巖。玄武巖是最主要的巖石類型,因產(chǎn)出條件不同和次生變化的影響,顏色為深灰色、灰綠色或淡鐵紅色。玄武巖以氣孔杏仁構(gòu)造、斑狀結(jié)構(gòu)、間粒結(jié)構(gòu)為主,發(fā)育間隱結(jié)構(gòu)和?；豢椊Y(jié)構(gòu)?；鸪蓭r儲(chǔ)集空間有氣孔、長石溶蝕孔、構(gòu)造縫和風(fēng)化裂縫,其中經(jīng)過風(fēng)化淋濾的氣孔層孔滲性好,為最佳儲(chǔ)層。如昌36井1997～2180m井段平均孔隙度為11.3％,平均滲透率為6.6mD,為中—低孔低滲透儲(chǔ)層。儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng),孔洞和裂縫發(fā)育區(qū)孔滲性相對(duì)較好。

2.3 生儲(chǔ)蓋組合

孔二中下亞段泥巖可作為烴源巖,孔三段玄武巖以風(fēng)化孔隙、構(gòu)造裂縫作為儲(chǔ)集空間?？锥邢聛喍翁幱跒H北凹陷湖盆擴(kuò)張的初始時(shí)期,物源供給少,主要為泥巖沉積,具有良好的蓋層條件?？兹纬练e時(shí)期濰北凹陷內(nèi)發(fā)育大量反向斷層,使得孔二下亞段的泥巖與孔三段玄武巖對(duì)接,起到側(cè)向封堵作用,斷距越大封堵性越好。另外孔三段內(nèi)部的泥巖夾層及致密層也可與孔縫發(fā)育段構(gòu)成有利的儲(chǔ)蓋組合。

2.4 油氣輸導(dǎo)條件

孔三段火成巖油藏的油氣運(yùn)移通道主要有3類,即斷層、不整合面及裂縫。當(dāng)孔三段的斷層落差超過200m,孔二中下亞段的烴源巖就能夠直接和孔三段火成巖不整合面對(duì)接,油氣可沿不整合面?zhèn)认蜻\(yùn)移到高部位(圖3),而裂縫是油氣進(jìn)入火成巖氣孔層的重要通道。

2.5 油藏類型

濰北凹陷孔三段火成巖油藏受構(gòu)造、裂縫、儲(chǔ)層等因素影響,可形成斷鼻型、斷塊型、裂縫型、巖性型等多種油藏類型。如昌171井上傾方向有斷層遮擋,封閉性好,處于相對(duì)高部位,附近斷層發(fā)育,屬于斷塊型油藏。而昌36井區(qū)上傾方向反向斷層斷距達(dá)到212m,位于主要裂縫發(fā)育帶內(nèi),巖心中發(fā)現(xiàn)較多高角度裂縫,裂縫壁上殘余瀝青,發(fā)育少量溶蝕孔隙,形成斷鼻型和裂縫型油藏。另外在火成巖內(nèi)部由于泥巖或致密層封堵可形成巖性油藏。

表2 濰北凹陷火成巖全巖氧化物及相關(guān)特征分析表Table 2 Analysis of whole rock oxides and related characteristics of igneous rocks in Weibei depression單位:％

2.6 成藏模式

綜合分析,濰北凹陷北部洼陷帶為生烴中心,孔二段烴源巖生成的油氣沿不整合面和斷裂運(yùn)移;孔三段高部位的火成巖由于后期風(fēng)化作用和構(gòu)造改造形成了較好的儲(chǔ)層,在泥巖和斷裂封堵下形成了較好的圈閉,油氣通過不整合面、斷裂和裂縫進(jìn)入孔三段頂部或內(nèi)部儲(chǔ)集空間中聚集成藏,具有新生老儲(chǔ)、網(wǎng)毯式運(yùn)移特征(圖4)。

3 儲(chǔ)層發(fā)育及成藏控制因素

3.1 儲(chǔ)層控制因素

火成巖的儲(chǔ)集性能受多種因素控制,差別較大,火成巖的儲(chǔ)集空間類型可分為3類:原生孔隙、次生孔隙和裂縫,它們構(gòu)成了濰北凹陷孔三段火成巖的儲(chǔ)集空間,其中氣孔和構(gòu)造裂縫為主要儲(chǔ)集空間。氣孔發(fā)育不規(guī)則,大小懸殊,通過巖心測試的物性數(shù)據(jù)分析認(rèn)為,濰北凹陷火成巖儲(chǔ)層具有一定的儲(chǔ)集能力,大部分屬于中孔、低滲透儲(chǔ)層,但非均質(zhì)性比較強(qiáng)。濰北凹陷火成巖巖相主要為爆發(fā)相、溢流相、火山通道相、火山沉積相等,已鉆井揭示以溢流相和火成沉積相間互發(fā)育為主。玄武巖中夾多層薄層泥巖,發(fā)育有氣孔、杏仁構(gòu)造及裂縫,部分孔隙被方解石、沸石和石膏充填,火成巖相決定了巖石的原生孔隙特征。

統(tǒng)計(jì)孔三段火成巖物性和油氣顯示的關(guān)系發(fā)現(xiàn),油斑、油跡顯示的儲(chǔ)層孔隙度一般都大于12％,滲透率大于0.1mD(圖5)?？v向上,儲(chǔ)層孔隙度和滲透率都有隨深度增加而減小的趨勢(shì),目前油氣顯示主要集中在距離孔三段火成巖頂部100m以內(nèi)的地層,頂部100m以下的儲(chǔ)層滲透率基本都低于1mD。

統(tǒng)計(jì)儲(chǔ)層物性與斷裂距離發(fā)現(xiàn),離斷裂越近儲(chǔ)層物性越好,越遠(yuǎn)則物性相對(duì)較差(圖6)。因此濰北凹陷控制孔三段火成巖儲(chǔ)層發(fā)育的因素主要有火成巖相和構(gòu)造次生改造。

3.2 油氣成藏控制因素

火成巖相控制儲(chǔ)層孔隙發(fā)育,近火山口的火山斜坡帶火成巖厚度較大,易遭受風(fēng)化剝蝕,氣孔相對(duì)發(fā)育,形成有利儲(chǔ)層。濰北凹陷火山口主要位于南部,推測南部區(qū)域火成巖孔隙較為發(fā)育?？兹位鸪蓭r中杏仁體主要有綠泥石、方解石、沸石、硅質(zhì)4種,表明濰北凹陷存在多期熱液活動(dòng)。熱液作用破壞了原有的儲(chǔ)集空間,改善了儲(chǔ)層物性。風(fēng)化淋濾作用不但可使巖石破碎、礦物溶解,產(chǎn)生更多的儲(chǔ)集空間;而且可使原本不連通的原生氣孔相互連通,成為有效儲(chǔ)集空間。斷裂和裂縫是火成巖油氣成藏的關(guān)鍵,是油氣進(jìn)入氣孔層的重要通道,后期構(gòu)造裂縫能改善儲(chǔ)層孔滲性,反向斷裂上傾方向遮擋為成藏創(chuàng)造了條件。綜合分析,孔三段火成巖油氣成藏的主控因素是有利的火成巖相、后期風(fēng)化作用和構(gòu)造改造。儲(chǔ)層預(yù)測的重點(diǎn)是尋找有利孔隙及裂縫發(fā)育帶。

4 開發(fā)方式探討

火成巖大多為孔隙和裂縫雙重介質(zhì)儲(chǔ)層,油水運(yùn)動(dòng)規(guī)律不易掌握,缺乏有效的控制手段,一般采用枯竭式開采[12-13]。研究區(qū)孔三段火成巖油藏具有勘探程度低、分散、不連片、單井產(chǎn)量低的特點(diǎn),除昌171塊、昌36塊和昌901塊獲工業(yè)油流外,其余產(chǎn)量均較低。但是孔三段火成巖油藏具有埋藏淺、厚度大、展布廣泛、原油物性好等優(yōu)點(diǎn),有利于開發(fā)。

1953年,委內(nèi)瑞拉發(fā)現(xiàn)了拉帕斯火成巖油田,單井日產(chǎn)油1828 t。大港油田棗35塊火成巖裂縫性稠油油藏采用篩管完井,1997年投入開發(fā),棗63-1井壓裂后高凝油噴射泵熱采,日產(chǎn)油12t[14]。三塘湖油田牛東區(qū)塊牛東8-14井火成巖儲(chǔ)層低孔、低滲透且發(fā)育天然裂縫,壓裂有效溝通了裂縫,日產(chǎn)油63t,不含水[15]。長嶺氣田營城組火山巖氣藏開發(fā)實(shí)踐表明,壓裂新技術(shù)能夠提高火成巖油氣藏的開發(fā)效果[16-17]。該區(qū)的昌81井在1992年1月酸化后獲得日產(chǎn)油3.5t的工業(yè)油流,說明酸化壓裂能提高火成巖油藏的產(chǎn)能。

松遼盆地徐深氣田中孔、低滲透火成巖油藏水平井開發(fā)取得了較好的效果[18],2010年,濱南油田濱674-平1井火成巖儲(chǔ)層日產(chǎn)油16t,含水率為22％。遼河油田針對(duì)火成巖油藏探索的“大排量、低砂比、高強(qiáng)度、多級(jí)段塞壓裂”的儲(chǔ)層改造工藝,提高產(chǎn)能效果顯著[19]。2015年準(zhǔn)噶爾盆地春風(fēng)油田排66-平3井等多口水平井在火成巖儲(chǔ)層獲得日產(chǎn)油10t以上的工業(yè)油流,說明水平井也可以作為火成巖油藏提高產(chǎn)能的開發(fā)技術(shù)。鑒于研究區(qū)有利儲(chǔ)層主要發(fā)育在距孔三段頂100m的風(fēng)化殼范圍內(nèi),儲(chǔ)層特征與準(zhǔn)噶爾盆地春風(fēng)油田類似,在孔三段純油層可以采取多分支井和水平井的方式提高開發(fā)效果。

5 結(jié) 論

(1)孔三段火成巖油藏原油來源于孔二段烴源巖;主要儲(chǔ)集空間為裂縫和孔隙,儲(chǔ)層大部分屬于中孔、低滲透儲(chǔ)層,非均質(zhì)性較強(qiáng);孔二中下亞段泥巖起到頂封和側(cè)封的雙重封堵作用,同時(shí)孔三段內(nèi)部的泥巖夾層及致密層也可與孔縫發(fā)育段構(gòu)成有利的儲(chǔ)蓋組合;斷裂是孔二段油氣向孔三段運(yùn)移的主要通道,它與不整合面構(gòu)成了油氣向南部、東部運(yùn)移的輸導(dǎo)系統(tǒng);孔三段發(fā)育斷鼻型、斷塊型、裂縫型、巖性型等多種油藏類型。

(2)孔三段油氣顯示主要集中在距孔三段頂部100m的風(fēng)化殼范圍內(nèi),裂縫—孔隙型儲(chǔ)層是最有利的含油層段。近火山口的儲(chǔ)層氣孔相對(duì)發(fā)育,物性較好,厚度較大;距離斷裂越近,火成巖物性和含油氣性越好。熱液作用破壞了原有的儲(chǔ)集空間,風(fēng)化作用和斷裂作用提高了儲(chǔ)層孔滲性?？兹位鸪蓭r成藏主控因素是有利的火成巖相、后期的風(fēng)化作用和構(gòu)造改造,儲(chǔ)層預(yù)測的重點(diǎn)是尋找有利孔隙發(fā)育區(qū)及裂縫發(fā)育帶。

(3)研究區(qū)火成巖儲(chǔ)層為孔隙和裂縫雙重介質(zhì)儲(chǔ)層,具備埋藏淺、厚度大、分布廣泛、原油物性好等特點(diǎn),開發(fā)潛力較大。儲(chǔ)層改造能提高該區(qū)火成巖油藏的產(chǎn)能。在純油層可以借鑒同類油藏開發(fā)經(jīng)驗(yàn),采取多分支井和水平井方式提高產(chǎn)能。

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Discussion on Accumulation Law and Development Modes for Ek3igneous Rock Reservoir in the Weibei Depression

Shi cuie
(Dongsheng Company of Shengli Oilfield Company,SINOPEC,Dongying,Shandong 257000,China)

Due to the characteristics of complex geological background,oil-water relationship,development difficulty in low permeable igneous reservoir at Ek3section in Weibei Depression,the development modes and accumulation law have been studied.The research results showed that dark mudstone in Ek2section was hydrocarbon source rock;but the igneous rocks,such as basalt,basalt-anshan were main reservoirs in Ek3section,the reservoir spaces belonged to cracks and pores,i.e.low-mid porosity and low permeable reservoir.The mudstone in mid-lower Ek2section,mudstone interlayer in Ek3and tight section were all the reservoir covers;the faults,unconformity and frcture had formed the channel for oil and gas migration.There were many kinds of reservoirs in Ek3section,featured with nose type,fault block type,fractured type and lithologic type,etc.The igneous facies zone controlled the development of initial pores in the igneous reservoir in Ek3section,and the hydrothermal and weathering actions had improved the porosity and permeability of reservoir.The main controlling factors of accumulation were favorable igneous rock facies,later weathering action and tectonic reconstruction. Through the acidizing and fracturing,it can improve single-well productivity,and the multi-lateral and horizontal wells can also raise the development effect.

accumulation law;igneous rock;pore;fracture;Weibei depression

TE 122

:A

國家科技重大專項(xiàng)“渤海灣盆地精細(xì)勘探關(guān)鍵技術(shù)”(2011ZX05006)。

史翠娥(1985年生),碩士,工程師,從事地質(zhì)勘探與油氣成藏研究工作。郵箱:sce2003@126.com。