庫車坳陷迪北致密砂巖氣藏油氣分布特征及聚集機(jī)理

劉立煒，孫雄偉，趙英杰，金江寧（中國石油塔里木油田分公司勘探開發(fā)研究院，新疆庫爾勒841000）

庫車坳陷迪北致密砂巖氣藏油氣分布特征及聚集機(jī)理

劉立煒，孫雄偉，趙英杰，金江寧
（中國石油塔里木油田分公司勘探開發(fā)研究院，新疆庫爾勒841000）

根據(jù)庫車坳陷迪北氣藏的試油、儲層裂縫發(fā)育程度和天然氣組分分析等資料，重新認(rèn)識了迪北氣藏的分布特征和聚集機(jī)理。結(jié)果表明：迪北氣藏是介于圈閉型和連續(xù)型致密砂巖氣藏之間的一種過渡型氣藏，天然氣主要分布于圈閉及其附近，且分布不是連續(xù)的；擴(kuò)散不是迪北氣藏的主導(dǎo)排氣機(jī)理，烴源巖生成的氣向儲層選擇性注入，注入點的選擇可能與儲層的裂縫發(fā)育程度有關(guān)，天然氣以游離態(tài)沿注入點向鄰近儲層連續(xù)充注?；谔厥獾某刹靥卣?，把迪北氣藏單獨劃分為復(fù)合型致密砂巖氣藏，其勘探思路與圈閉型致密砂巖氣藏相似。

庫車坳陷；迪北氣藏；侏羅系；阿合組；致密砂巖氣藏；油氣分布特征；聚集機(jī)理

迪北斜坡帶位于庫車坳陷東部，構(gòu)造形態(tài)呈向西南傾斜的斜坡。迪北氣藏位于迪北斜坡帶中部（圖1），主要產(chǎn)層為下侏羅統(tǒng)阿合組。迪北氣藏成藏復(fù)雜，天然氣分布規(guī)律及聚集模式不清。自迪北氣藏發(fā)現(xiàn)以來，1998年和2011年先后按照斷塊型氣藏和致密砂巖氣藏的認(rèn)識對其進(jìn)行評價，效果均不理想。

圖1　迪北氣藏構(gòu)造位置

致密砂巖氣藏是指賦存于低孔、低滲砂巖儲層中的氣藏，通常以孔隙度小于12%、滲透率小于1 mD作為致密砂巖儲層的評價標(biāo)準(zhǔn)。文獻(xiàn)［1］把致密砂巖氣藏分為連續(xù)型和圈閉型2類，其中前者為非常規(guī)氣藏，后者為常規(guī)氣藏。許多學(xué)者對迪北氣藏成藏條件進(jìn)行了對比研究，多數(shù)認(rèn)為迪北氣藏是深盆氣藏或連續(xù)型致密砂巖氣藏［2-8］。連續(xù)型致密砂巖氣藏區(qū)別于常規(guī)氣藏主要體現(xiàn)在儲層致密、近源聚集的成藏地質(zhì)條件、天然氣連續(xù)分布、局部存在“甜點”的分布規(guī)律和連續(xù)聚集、擴(kuò)散充注的聚集模式［9］。目前對于迪北氣藏的研究主要集中于成藏地質(zhì)條件，對于天然氣分布規(guī)律和聚集模式的研究過于籠統(tǒng)，這是迪北氣藏評價一直不理想的主要原因。本文在前人研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合最新鉆井試油、儲層裂縫發(fā)育程度及天然氣分析等資料，重新探討了迪北氣藏分布特征及其聚集機(jī)理，認(rèn)為迪北氣藏是一個介于圈閉型和連續(xù)型致密砂巖氣藏之間的過渡型氣藏。

1　成藏地質(zhì)條件

迪北氣藏具有儲層致密、近源聚集、先致密后成藏特征，為典型的致密砂巖氣藏。主要產(chǎn)層為下侏羅統(tǒng)阿合組，為辮狀河三角洲平原亞相，厚度260～280 m（圖2），分布廣泛，砂體連通性好，主要巖性為砂礫巖、中砂巖，間夾薄層泥巖，阿合組實測基質(zhì)孔隙度為4.00%～8.00%，平均5.59%，實測基質(zhì)滲透率為0.10～10.00 mD，中值0.75 mD，為致密砂巖儲層。阿合組自上而下分為3段，第1段和第2段物性相當(dāng)，第3段稍差，東西向儲層非均質(zhì)性不明顯，由南到北儲層物性逐漸變好。在空間配置方面迪北氣藏具有源儲緊貼、近源聚集的特征，烴源巖主要為上三疊統(tǒng)塔里奇克組和黃山街組暗色泥巖及煤層，其次為下侏羅統(tǒng)陽霞組煤層，與阿合組呈“三明治”式疊置關(guān)系。在時間匹配方面迪北氣藏具有先致密后成藏特征，侏羅系砂巖儲層致密化發(fā)生在距今約12×106a，而烴源巖排氣高峰距今約5×106a，儲層致密化時間早于烴源巖大量排氣時間［10］。

圖2　迪北氣藏三疊系—侏羅系生儲蓋組合

2　流體分布特征

連續(xù)型致密砂巖氣藏是一種非常規(guī)氣藏，具有連續(xù)聚集、天然氣連續(xù)分布、局部存在“甜點”的分布規(guī)律及聚集特征［11］。連續(xù)型致密砂巖氣藏主要分布于構(gòu)造平緩的盆地凹陷中心和斜坡部位，天然氣分布不受常規(guī)圈閉控制。圈閉型致密砂巖氣藏是一種常規(guī)類型的氣藏，天然氣分布于圈閉內(nèi)，氣水分異明顯，此類氣藏主要分布于盆地的構(gòu)造圈閉和非構(gòu)造圈閉內(nèi)。相對于連續(xù)型和圈閉型致密砂巖氣藏，迪北氣藏的天然氣分布更為復(fù)雜。迪北氣藏天然氣主要分布于構(gòu)造圈閉及其附近，類似于圈閉型致密砂巖氣藏；但是最大280 m的氣柱高度明顯大于100 m的圈閉幅度，天然氣分布并不完全受構(gòu)造控制，又類似于連續(xù)型致密砂巖氣藏。

迪北氣藏的構(gòu)造形態(tài)及天然氣分布特征與北美落基山前大綠河盆地致密砂巖氣藏極為類似（圖3）:①迪北氣藏天然氣主要分布于斜坡上的常規(guī)圈閉及其附近，但氣柱高度明顯高于圈閉幅度，不完全受構(gòu)造控制，鉆井測試幾乎不出水或出水少。迪北氣藏依南2井、迪西1井和迪北104井位于背斜內(nèi)，測試均獲工業(yè)氣流，迪北102井和迪北103井位于背斜周緣，測試獲低產(chǎn)氣流，5口井都沒有地層水產(chǎn)出。②迪北氣藏遠(yuǎn)離構(gòu)造圈閉的區(qū)域含氣飽和度低，氣水分異不明顯，一般氣水同出，大部分區(qū)域不具工業(yè)生產(chǎn)價值。迪北氣藏迪北101井在下侏羅統(tǒng)阿合組第1段獲67 320 m3/d低產(chǎn)氣流；第2段測試氣水同出，產(chǎn)氣5 851 m3/d，產(chǎn)水50.4 m3/d；第3段測試獲低產(chǎn)氣流，產(chǎn)氣2 576 m3/d.③迪北氣藏位于構(gòu)造圈閉的上傾方向，呈“氣水倒置”特征，依南4井和依深4井位于迪北氣藏北部，測試均出水，氣微量（圖4）?？傮w來說，迪北氣藏不是連續(xù)型的天然氣分布，區(qū)別于盆地凹陷中心和斜坡的含氣系統(tǒng)，其天然氣分布類似于常規(guī)圈閉氣藏，但又不完全受構(gòu)造圈閉控制，是介于圈閉型和連續(xù)型致密砂巖氣藏之間的一種過渡型氣藏。

圖3　迪北氣藏（a）和大綠河盆地氣藏（b）剖面（據(jù)文獻(xiàn)［9］）

圖4　迪北氣藏氣水平面分布

3　聚集機(jī)理

關(guān)于非常規(guī)致密砂巖氣藏的聚集機(jī)理，廣為接受的為“動態(tài)圈閉”理論，主要形成于北美地區(qū)非常規(guī)氣藏的勘探實踐?！皠討B(tài)圈閉”理論認(rèn)為，烴源巖生成的天然氣以擴(kuò)散方式向鄰近的致密儲層注入，儲層中排出的水向上傾方向孔滲相對較好的儲層中運(yùn)移，當(dāng)天然氣補(bǔ)給不斷增加，氣體也隨之向上傾方向運(yùn)移，并不斷滲漏，但散失的量小于天然氣繼續(xù)生成和持續(xù)補(bǔ)給上傾區(qū)域致密砂巖儲層的量。此觀點能夠很好地解釋位于盆地凹陷內(nèi)的低豐度致密砂巖氣藏的形成機(jī)理，如川中地區(qū)三疊系須家河組氣藏、鄂爾多斯盆地石炭系—二疊系氣藏。

對于迪北氣藏來說，“動態(tài)圈閉”理論無法解釋排氣機(jī)理和天然氣的分布規(guī)律。擴(kuò)散的前提是存在濃度差，且擴(kuò)散是從高濃度向低濃度進(jìn)行，其結(jié)果是儲層內(nèi)大范圍連續(xù)含氣。迪北氣藏天然氣主要分布于圈閉及附近，天然氣的分布不是連續(xù)的；另一方面，僅僅在圈閉及附近飽含氣的特征說明烴源巖生成的氣向儲層的注入點是有選擇性的，而擴(kuò)散強(qiáng)調(diào)的是一種大范圍“漫灌”式的注入，所以擴(kuò)散應(yīng)不是迪北氣藏的主導(dǎo)排氣機(jī)理。根據(jù)迪北氣藏在圈閉范圍內(nèi)飽含氣和裂縫相對較發(fā)育的現(xiàn)象（表1），推測注入點的選擇可能與儲層的裂縫發(fā)育程度有關(guān)。在斷層總體不發(fā)育的斜坡區(qū)，同樣厚度的砂體裂縫發(fā)育程度與地層曲率相關(guān)，即地層曲率越大，裂縫越發(fā)育。在斜坡區(qū)構(gòu)造圈閉的曲率相對較大，有利于烴源巖生成的天然氣注入聚集。從迪北101井儲層呈3層流體分布結(jié)構(gòu)推測，擴(kuò)散可能在迪北氣藏聚集過程中同樣存在，但對氣分布的影響相對小得多；同時根據(jù)第1段測試產(chǎn)氣量遠(yuǎn)高于第3段產(chǎn)氣量的分異現(xiàn)象，推測浮力在氣的二次運(yùn)移中存在某種程度的作用。

表1　迪北氣藏下侏羅統(tǒng)阿合組儲層裂縫密度統(tǒng)計

天然氣在運(yùn)移聚集過程中，由于色層分餾效應(yīng)和重力分餾作用，其組分會發(fā)生相應(yīng)變化，根據(jù)天然氣運(yùn)移示蹤指標(biāo)的變化可揭示天然氣的運(yùn)移方向［12-13］。迪北氣藏下侏羅統(tǒng)阿合組76個天然氣樣品的分析結(jié)果表明（表2），迪北氣藏天然氣組分以甲烷為主，甲烷含量（物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)）為82.33%～93.26%，乙烷含量為1.97%～8.15%，丙烷含量為0.44%～3.49%，非烴氣體含量為2.15%～8.68%（主要為N2和CO2）.其中迪北102井阿合組第1段和第2段甲烷含量較其他井明顯偏低，乙烷、丙烷含量偏高，非烴氣體含量與多數(shù)井相當(dāng)，推測由于油基泥漿鉆井導(dǎo)致此井天然氣樣品組分出現(xiàn)“重?zé)N化”現(xiàn)象。在不考慮迪北102井的情況下，自南向北阿合組第1段和第2段甲烷含量有上升趨勢，天然氣運(yùn)移示蹤指標(biāo)C1/C2+增大，指示天然氣從背斜向北部運(yùn)移逸散。阿合組第3段C1/C2+較物性較好的第1段和第2段偏小，推測由于重力分餾作用，甲烷在浮力及烴源巖熱增壓等作用下在儲層內(nèi)向上運(yùn)移所致；但是這種差異在背斜內(nèi)相對較小，甲烷含量也與阿合組第1段和第2段接近，甚至略高，推測由天然氣自烴源巖向背斜持續(xù)注入所致。

基于上述分析并結(jié)合迪北氣藏特殊的天然氣分布特征，得出如下認(rèn)識:在烴源巖烴類持續(xù)生成和熱增壓形成的膨脹作用等驅(qū)動下，天然氣以游離態(tài)沿注入點向鄰近儲層充注，注入點是裂縫相對發(fā)育區(qū)，如迪北氣藏背斜；天然氣先充滿注入點及附近區(qū)域，然后在烴源巖持續(xù)生烴作用和浮力共同驅(qū)動下，天然氣向上傾方向沿儲層頂部或者高滲透儲層二次運(yùn)移聚集，并在北部儲層物性較好的區(qū)域沿斷裂逸散，天然氣向儲層的注入量和散失量之間達(dá)到某種動態(tài)平衡（圖5）。

表2　迪北氣藏下侏羅統(tǒng)阿合組天然氣組分分析結(jié)果

圖5　迪北地區(qū)下侏羅統(tǒng)阿合組致密砂巖氣藏聚集機(jī)理示意

4　討論

根據(jù)連續(xù)型致密砂巖氣藏理論，認(rèn)為天然氣分布規(guī)律為:天然氣連續(xù)分布、局部存在“甜點”；常規(guī)圈閉型與非常規(guī)連續(xù)型致密砂巖氣藏的本質(zhì)區(qū)別在于是否受圈閉控制、是否連續(xù)分布、單井是否有自然工業(yè)產(chǎn)量［11］。這種觀點對迪北氣藏的二次評價造成很大誤導(dǎo)。在迪北氣藏二次評價初期，研究人員根據(jù)與連續(xù)型致密砂巖氣藏類似的成藏地質(zhì)條件和氣柱高度超出圈閉幅度的特征，推測庫車坳陷東部下侏羅統(tǒng)阿合組廣泛含氣，并據(jù)此選擇預(yù)探和評價目標(biāo)。結(jié)果氣藏評價效果遠(yuǎn)低于預(yù)期，外圍預(yù)探戛然而止。迪北氣藏的評價說明地下地質(zhì)情況更為復(fù)雜，現(xiàn)有的連續(xù)型致密砂巖氣藏地質(zhì)理論適用于構(gòu)造平緩的盆地凹陷內(nèi)的致密砂巖氣藏，在地層較陡且發(fā)育構(gòu)造圈閉的山前區(qū)的應(yīng)用存在一定局限。

迪北氣藏在天然氣分布規(guī)律方面是介于圈閉型和連續(xù)型致密砂巖氣藏之間，與二者既存在相似之處，又存在明顯差別；在聚集機(jī)理方面與二者明顯不同。為了便于指導(dǎo)現(xiàn)場勘探，避免重蹈迪北氣藏評價的覆轍，有必要把這類致密砂巖氣藏單獨劃分為一種氣藏類型。借鑒常規(guī)氣藏分類方法，迪北氣藏類型可稱為復(fù)合型致密砂巖氣藏，氣藏主要分布于山前斜坡帶，其成藏地質(zhì)條件與連續(xù)型致密砂巖氣藏類似，天然氣主要分布于常規(guī)圈閉及其附近，其他區(qū)域無工業(yè)氣流，上傾方向呈“氣水倒置”特征。由于復(fù)合型致密砂巖氣藏富氣區(qū)與圈閉型一樣圍繞常規(guī)圈閉分布，所以其勘探思路與圈閉型致密砂巖氣藏相似。復(fù)合型致密砂巖氣藏聚集機(jī)理概括為連續(xù)聚集，選擇注入點以游離氣形態(tài)注入為主（表3）。

表3　致密砂巖氣藏主要類型及特征

迪北氣藏成藏地質(zhì)條件與連續(xù)型致密砂巖氣藏類似，但是為什么沒有形成如川中須家河組氣藏那樣大規(guī)模的連續(xù)型致密砂巖氣藏呢？筆者推測造成迪北氣藏這種獨特氣藏的地質(zhì)因素主要有2個:①要有一定規(guī)模和幅度的構(gòu)造圈閉，如迪北氣藏背斜面積為5.2 km2，圈閉幅度約為100 m，有利于氣體在此注入和聚集成藏；②地層傾角較陡，迪北氣藏位于山前斜坡區(qū)，地層傾角一般為10°～20°，只有背斜及附近地層傾角在10°以內(nèi)，導(dǎo)致遠(yuǎn)離圈閉的大部分地區(qū)由于重力分異作用，不利于氣體的聚集保存。在現(xiàn)場勘探中，可以根據(jù)這2個地質(zhì)條件預(yù)判目標(biāo)的氣藏類型，從而擬定對應(yīng)的勘探思路。

5　結(jié)論

（1）迪北氣藏成藏地質(zhì)條件具有儲層致密、近源聚集、先致密后成藏特征，具備形成連續(xù)型致密砂巖氣藏的基礎(chǔ)，但是，其特殊的山前斜坡帶構(gòu)造背景，導(dǎo)致了其獨特的天然氣分布規(guī)律和聚集機(jī)理。

（2）迪北氣藏天然氣分布特征與圈閉型和連續(xù)型致密砂巖氣藏存在一定差異，是介于二者之間的一種過渡型氣藏，天然氣主要分布于圈閉及附近，且分布不是連續(xù)的。

（3）擴(kuò)散不是迪北氣藏的主導(dǎo)排氣機(jī)理，烴源巖生成的氣向儲層的注入點是有選擇性的，注入點的選擇可能與儲層的裂縫發(fā)育程度有關(guān)，在烴源巖烴類持續(xù)生成和熱增壓形成的膨脹作用等驅(qū)動下，天然氣以游離態(tài)沿注入點向鄰近儲層連續(xù)充注，浮力在天然氣的二次運(yùn)移中起到一定的作用。

（4）依據(jù)迪北氣藏與連續(xù)型和圈閉型致密砂巖氣藏在天然氣分布規(guī)律和聚集機(jī)理方面存在差異，把迪北氣藏單獨劃分為復(fù)合型致密砂巖氣藏，其勘探思路與圈閉型致密砂巖氣藏相似。

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（編輯曹元婷）

Hydrocarbon Distribution and Accumulation Mechanism of Dibei Tight Sandstone Gas Reservoir in Kuqa Depression，Tarim Basin

LIU Liwei，SUN Xiongwei，ZHAO Yingjie，JIN Jiangning
（Research Institute of Exploration and Development，Tarim Oilfield Company，PetroChina，Korla，Xinjiang 841000，China）

Based on the data from formation testing，fracture development degree and natural gas component analysis in Dibei gas reservoir in Kuqa depression of Tarim basin，the hydrocarbon distribution and accumulation mechanism are re-recognized.The results show that Dibei gas reservoir is a transitional one between trap-type and continuous tight sandstone gas reservoirs.Natural gas is mainly discontinuously distributed in and around the traps.Diffusion is not the dominant mechanism of gas transport.Gas generated from source rocks flows into reservoirs selectively and continuously fills the neighboring reservoirs in free state along charging points which may be related to fracture development degree in the reservoir.Dibei gas reservoir is classified as a kind of composite tight sandstone gas reservoir according to its special accumulation features.The similar method for exploration of trap-type tight sandstone gas reservoir can be adopted for Dibei gas reservoir.

Kuqa depression；Dibei gas reservoir；Jurassic；Ahe formation；tight sandstone gas reservoir；hydrocarbon distribution；accumulation mechanism

TE122.2

A

1001-3873（2016）03-0257-05

10.7657/XJPG20160302

2015-10-14

2016-02-29

國家科技重大專項（2011ZX05046-03）

劉立煒（1981-），男，湖北大冶人，工程師，石油地質(zhì)，（Tel）15099227398（E-mail）liulw-tlm@petrochina.com.cn