榆林—綏德地區(qū)上古生界現(xiàn)今壓力系統(tǒng)

王曉梅,姚涇利,趙靖舟,曹 青

(1.西安石油大學(xué) 地球科學(xué)與工程學(xué)院,陜西 西安 710065;2.西安石油大學(xué) 陜西省油氣成藏地質(zhì)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710065；3.中國石油長慶油田分公司,陜西 西安 710021)

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·地球科學(xué)·

榆林—綏德地區(qū)上古生界現(xiàn)今壓力系統(tǒng)

王曉梅1，2,姚涇利3,趙靖舟1,2,曹 青1,2

(1.西安石油大學(xué) 地球科學(xué)與工程學(xué)院,陜西 西安 710065;2.西安石油大學(xué) 陜西省油氣成藏地質(zhì)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710065；3.中國石油長慶油田分公司,陜西 西安 710021)

勘探與開發(fā)實(shí)踐表明,榆林—綏德地區(qū)上古生界壓力系統(tǒng)復(fù)雜,搞清其現(xiàn)今壓力系統(tǒng)的分布特征對氣藏評價、成藏機(jī)理研究以及氣藏開發(fā)等具有重要意義。該文根據(jù)實(shí)測地層壓力資料剖析了研究區(qū)上古生界壓力的縱向和橫向分布特征，并在此基礎(chǔ)上,以子洲氣田山2段為例,采用壓力梯度曲線法劃分了其壓力系統(tǒng),并探討了儲層非均質(zhì)性對現(xiàn)今壓力系統(tǒng)分布的控制作用。研究認(rèn)為,研究區(qū)上古生界現(xiàn)今地層壓力是以常壓為主，多種壓力類型并存;子洲氣田山2段可初步劃分為9個壓力系統(tǒng),單個壓力系統(tǒng)分布面積小,壓力系統(tǒng)之間流體互不連通;子洲氣田儲層非均質(zhì)性嚴(yán)重,為壓力系統(tǒng)提供了不滲透邊界。

壓力梯度;壓力系統(tǒng);上古生界;鄂爾多斯盆地

壓力系統(tǒng)是在油氣藏的縱、橫向上流體能連續(xù)流動,壓力能相互傳遞的滲流體系的范圍。在同一系統(tǒng)內(nèi),任何一點(diǎn)上的壓力發(fā)生變化,就必將傳播到整個系統(tǒng),遵循連通器原理[1]。以壓力系統(tǒng)為單元可以計(jì)算動態(tài)儲量,并結(jié)合地質(zhì)、測井和地震資料的解釋可判斷壓力系統(tǒng)的規(guī)模、大致分布范圍和氣藏特征,為油氣勘探與開發(fā)提供比較可靠的科學(xué)依據(jù);另一方面,壓力系統(tǒng)的正確認(rèn)識也是判別氣藏性質(zhì)的核心問題之一[2-5]。

鄂爾多斯盆地上古生界的天然氣資源十分豐富,已先后在盆地北部多個地區(qū)和層系發(fā)現(xiàn)了天然氣田。因此，長期以來對該盆地上古生界地層壓力的研究是學(xué)者關(guān)注的熱點(diǎn)之一。前人關(guān)于其壓力研究主要集中在兩個方面:① 地層壓力的分布特征及成因。上古生界氣田以低壓特征為主,其流體壓力梯度東高西低,氣藏負(fù)壓主要是由于地層溫度的降低、后期埋深的增加、天然氣散失和氣水密度差等引起[6-18]; ② 地層壓力的演化和成藏過程。鄂爾多斯盆地上古生界經(jīng)歷了超壓到常壓或負(fù)壓的演化歷史[19-25]。前人的研究集中于壓力分布特征及其形成過程,對于氣田壓力系統(tǒng)的劃分研究比較薄弱。本文系統(tǒng)地分析了地層壓力的縱向和平面分布規(guī)律，并在此基礎(chǔ)上,采用壓力梯度曲線法劃分了子洲氣田山2段的壓力系統(tǒng),進(jìn)一步探討現(xiàn)今壓力系統(tǒng)的成因。

1 區(qū)域地質(zhì)特征

鄂爾多斯盆地經(jīng)歷了加里東期長達(dá) 1.5×108多年的風(fēng)化剝蝕,晚古生代盆地地勢非常平緩,發(fā)育大型緩坡淺水三角洲沉積[26]。子洲地區(qū)山西組山2段砂體為三角洲前緣水下分流河道沉積,是榆林南砂體在東南向的繼續(xù)延伸。砂體平面呈鳥足狀展布,砂體間發(fā)育分流間灣沉積*馮強(qiáng)漢等.子洲氣田探明儲量報(bào)告.西安：中國石油長慶油田分公司勘探開發(fā)研究院，2006.。研究區(qū)位于鄂爾多斯盆地榆林—綏德地區(qū)(見圖1),上古生界的產(chǎn)氣層位包括下石盒子組、山西組、太原組和本溪組。

圖1 研究區(qū)位置示意圖Fig.1 Location of the study area

2 上古生界壓力分布特征

2.1 地層壓力的縱向分布特征

本研究參照李熙哲(2001)的壓力劃分方案,將盆地上古生界壓力劃分為4種類型:壓力系數(shù)小于0.9為異常低壓,在0.9～0.96 時為低壓,在0.96～1.06時為常壓,在1.06～1.2 時為高壓(見表1)。經(jīng)過詳細(xì)篩選后獲得相對可靠的84口井107個壓力數(shù)據(jù)表明,榆林—綏德地區(qū)上古生界存在異常低壓、低壓、常壓和異常高壓4種壓力類型,分別占到5%，22%，60%和13%,以常壓壓力系統(tǒng)占優(yōu)勢。在盆地東部下石盒子組、山西組、太原組和本溪組，隨海拔降低,壓力系數(shù)呈現(xiàn)降低趨勢[17]。

表1 榆林—綏德地區(qū)上古生界地層壓力系數(shù)統(tǒng)計(jì)表

Tab.1 Formation pressure coefficient of the Upper Paleozoic in Yulin and Suide area

2.2 地層壓力的平面分布特征

榆林—綏德地區(qū)山2段地層壓力由東向西呈逐漸增大的趨勢,受構(gòu)造控制總體上呈南北向帶狀展布,在Y143井和ZC5井的兩個范圍內(nèi)出現(xiàn)局部低壓(見圖3)。該區(qū)壓力系數(shù)分布趨勢與壓力分布趨勢大體一致,呈現(xiàn)南北向帶狀展布。正常壓力系統(tǒng)主要分布在研究區(qū)中部余興莊—龍鎮(zhèn)一線以東,余興莊—龍鎮(zhèn)一線以西的大部分地區(qū)屬于低壓系統(tǒng),研究區(qū)山2段不存在高壓。

3 壓力系統(tǒng)劃分:以子洲氣田山2段為例

低滲透氣田內(nèi)的同一氣層,由于儲層的縱橫向上連通性差,往往可以分割為多個壓力系統(tǒng)[1,5,27]。在判斷氣層壓力系統(tǒng)時,通常采用幾種方法:壓力梯度曲線法、折算壓力法、原始?xì)鈱訅毫Φ戎祱D、流體的性質(zhì)和井間干擾實(shí)驗(yàn)等。劃分壓力系統(tǒng)最可靠的方法是井間干擾實(shí)驗(yàn),但在勘探階段，井間距過大不可能實(shí)現(xiàn),所以最常用的方法是壓力梯度曲線法。

子洲氣田位于鄂爾多斯盆地東北部, 構(gòu)造上隸屬于伊陜斜坡, 主力氣層為上古生界山西組山2段。子洲氣田的大部分區(qū)域都為飽和氣區(qū),大多數(shù)井氣產(chǎn)量達(dá)工業(yè)氣流而水產(chǎn)量為零。氣田西南存在局部含水區(qū),井孔的水產(chǎn)量為0.9～46.6 m3/d。

3.1 氣層壓力梯度的確定

壓力梯度曲線法即用各氣層或同一氣層不同部位所測得的原始壓力資料,繪制成壓力梯度曲線。如果繪制出的原始壓力梯度曲線只有一條,則說明各氣層或同一氣層的各點(diǎn)屬于同一個壓力系統(tǒng);如果有數(shù)條壓力梯度曲線,則說明各氣層或同一氣層的各點(diǎn)不屬于一壓力系統(tǒng)中。

根據(jù)研究區(qū)Y29井、Y30井、Y45井、Y53井和Y58井5口井的井筒靜壓力資料,計(jì)算出各井的氣層壓力梯度值。在研究中氣層壓力梯度取5口井的平均值0.16×10-2MPa/m。

3.2 壓力系統(tǒng)劃分

根據(jù)壓力梯度曲線法,子洲氣田山2段可劃分為以下9個壓力系統(tǒng):I.Y143井區(qū)壓力系統(tǒng);II.Y142井區(qū)壓力系統(tǒng);III.Y30井區(qū)壓力系統(tǒng);IV.Y45井區(qū)壓力系統(tǒng); V.Y29井區(qū)壓力系統(tǒng);VI.Z3井區(qū)壓力系統(tǒng);VII.Y48井區(qū)壓力系統(tǒng);VIII.P2井井區(qū)壓力系統(tǒng);IX.Y69井井區(qū)壓力系統(tǒng)(見圖3)。下面以Y30井區(qū)壓力系統(tǒng)和Y45井區(qū)壓力系統(tǒng)為例闡明壓力系統(tǒng)的劃分。

1) Y30井區(qū)壓力系統(tǒng)(壓力系統(tǒng)III)。Y30井壓力系統(tǒng)包括Y30井、Y53井和Y73井所在的區(qū)域。Y30井、Y53井和Y73井地層靜壓分別為23.44，23.21，23.69 MPa,折算水位分別為840, 785, 850 m。Y30井、Y53井和Y73井在地層海拔和壓力圖上,氣層的壓力梯度基本在同一條直線上(見圖4)。該壓力系統(tǒng)山2段砂體厚度一般大于16 m。

圖3 榆林—綏德地區(qū)山2段地層壓力和壓力系數(shù)分布圖[15]Fig.3 Sketch map showing the distribution of formation pressure and pressure coefficient of the 2nd member of Shanxi Formation in Yulin-Suide area[15]

2) Y45井區(qū)壓力系統(tǒng)(IV壓力系統(tǒng))。Y45井區(qū)壓力系統(tǒng)包括Y45井、Y55井和Y58井所在的區(qū)域。Y45井、Y55井和Y58井地層靜壓分別為23.90，23.94，24.13 MPa,折算水位分別為946，925，1 024 m。在地層海拔和壓力圖上,Y45井、Y55井和Y58井的壓力梯度在同一條直線上(見圖4),Y45和Y55井的氣層壓力梯度為0.15×10-2MPa/m。該壓力系統(tǒng)山2段砂體厚度范圍12～18 m,一般大于16 m。

從子洲氣田可以看出,鄂爾多斯盆地上古生界氣田具有多個壓力系統(tǒng)并存,單個壓力系統(tǒng)分布面積小,壓力系統(tǒng)之間互相分割、互不連通的分布規(guī)律。

圖4 子洲氣田山2段壓力系統(tǒng)分布圖Fig.4 Sketch map showing the distribution of pressure system of the 2ndmember of Shanxi Formation in Zizhou gas field

4 現(xiàn)今壓力系統(tǒng)成因探討

根據(jù)盆地流體包裹體分析測試結(jié)果,盆地東部早白堊世末期上古生界地層壓力系數(shù)為1.14～1.66,現(xiàn)今盆地東部正常壓力是盆地壓力演化過程中的最后一幕。地層抬升剝蝕和構(gòu)造熱事件消退引起地層溫度下降,從而導(dǎo)致壓力下降了8.6～11.1MPa,占整個壓力降幅的32%～40%;天然氣散失引起壓力降低占整個壓力降幅的20%～30%[17]。

子洲氣田山2段為低滲透儲層。根據(jù)子洲氣田28口取心井2 285塊常規(guī)物性分析資料統(tǒng)計(jì)表明,子洲氣田山2段有效儲層孔隙度主要分布在4.0%～7.0%,平均5.6%,最大可達(dá)11.0%，這反映出儲層低孔隙度的特征。子洲氣田山2段滲透率主要分布在(0.1～10.0)×10-3μm2,平均1.27×10-3μm2,最大可達(dá)161×10-3μm2,反映出儲層低滲透的特征*馮強(qiáng)漢等.子洲氣田探明儲量報(bào)告.西安：中國石油長慶油田分公司勘探開發(fā)研究院，2006.。子洲氣田儲層沉積相主要為三角洲前緣水下分流河道,砂體呈北北西方向展布,河道的擺動和切割沖刷使河道主體和河道邊部物性特征變化明顯(見圖4)。成巖膠結(jié)作用使巖層的孔隙度和滲透率降低,儲層變致密。因而即便同一砂體的不同部位,其物性特征也存在差異,物性差的致密巖層往往構(gòu)成壓力系統(tǒng)的不滲透邊界。子洲氣田儲層山2段橫向非均質(zhì)性嚴(yán)重,賦存在巖石孔隙中的流體,正是由于儲層非均質(zhì)性提供了流體互不連通的物質(zhì)屏障。由于子洲氣田山2段測壓井有限,從目前勘探階段掌握的資料,無法提供壓力系統(tǒng)的具體邊界,還有待今后開發(fā)井加密后進(jìn)一步的再認(rèn)識和深化。

蘇里格氣田是鄂爾多斯盆地中部上古生界氣藏,2003年鉆12口加密解剖井,證實(shí)在800 m井距下氣層大部分不連通[28];四川盆地臥龍河氣田下二疊統(tǒng)氣藏(低滲透氣藏)也具有這樣的規(guī)律[1]。勘探與開發(fā)實(shí)踐表明,低滲透儲層氣層非均質(zhì)性嚴(yán)重,連通性差,因而具有多個壓力系統(tǒng)并存的特點(diǎn)。

圖5 子洲氣田壓力系統(tǒng)劃分示意圖Fig.5 Schematic diagram showing the partition of the pressure systems in Zizhou gas field

5 結(jié) 論

1)榆林—綏德地區(qū)上古生界地層壓力以常壓為主，多種壓力類型并存,同一層位地層壓力分布受構(gòu)造控制，總體上為南北向帶狀展布；由東向西隨埋深加大，地層壓力呈逐漸增大、壓力系數(shù)呈逐漸減小的趨勢。

2)根據(jù)壓力梯度曲線法將子洲氣田山2段劃分為9個壓力系統(tǒng)。子州氣田具有多個壓力系統(tǒng)并存,單個壓力系統(tǒng)分布面積小,壓力系統(tǒng)之間互相分割、互不連通的分布規(guī)律。

3)子洲氣田儲層非均質(zhì)性嚴(yán)重,物性差的巖層往往構(gòu)成壓力系統(tǒng)的不滲透邊界,提供了流體互不連通的物質(zhì)屏障。

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(編 輯 雷雁林)

Present pressure system of the Upper Paleozoic in the Yulin-Suide area, Ordos Basin

Wang Xiaomei1,2, Yao Jingli3, Zhao Jingzhou1,2, Cao Qing1,2

(1.School of Eeath Sciences and Engineering, Xi′an Shiyou University, Xi′an 710065, China;2.Shaanxi Key Lab of Petroleum Accumulation Geology, Xi′an Shiyou University, Xi′an 710065, China;3.PetroChina Company Limited Changqing Oilfield Branch, Xi′an 710021， China)

It has been showed by exploration and development practices that the present pressure system of the Upper Paleozoic in the eastern Ordos Basin is complex. To clarify the distribution characteristics of pressure system is significant for the evaluation of gas reservoir rules, the study of accumulation mechanism and gas development. By detailedly selecting the existing formation pressure data, the vertical and horizontal pressure distribution features of the Upper Paleozoic have been concluded in study area. Mainly according to pressure gradient curve method, the pressure system of the 2nd Member of Shaanxi Formation in Zizhou gas field has been divided. The conclusions have been drawed by the research as follows. Firstly, there are various kinds of pressure type in study area, but normal pressure type is common. Secondly, Zizhou gas field can be divided into nine pressure systems, and the extent of single pressure system is small, the fluid in different pressure systems is disconnected. Finally, serious reservoir heterogeneity of Zizhou gas field served as the impermeable boundary for pressure systems.

pressure gradient; pressure system; the Upper Paleozoic; the Ordos Basin

2015-10-23

國家科技重大專項(xiàng)基金資助項(xiàng)目(2011ZX05007-004); 陜西省教育廳油氣成藏地質(zhì)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室基金資助項(xiàng)目(16JS088);西安石油大學(xué)青年科技創(chuàng)新基金資助項(xiàng)目(2015BS07)

王曉梅,女,陜西緩德人，博士,從事石油與天然氣地質(zhì)綜合研究

TE122

A

10.16152/j.cnki.xdxbzr.2016-06-017