流體超壓對西部凹陷天然氣分布的控制作用

張 宇

(中國石油遼河油田分公司，遼寧 盤錦 124010)

0 引 言

西部凹陷位于遼河坳陷西部，是遼河坳陷天然氣最富集的凹陷之一，但不同地區(qū)天然氣分布的差異性較大[1-6]。通過多年研究認(rèn)為，該區(qū)發(fā)育多套厚度較大、分布比較穩(wěn)定的泥巖，并以古近系沙三上段和沙一中段為主，這些厚層泥巖在成巖時(shí)脫水，頂?shù)酌娓浇騼涌焖倥潘焖賶簩?shí)，而且靠近儲層處更易產(chǎn)生成巖礦物堵塞孔隙，導(dǎo)致中間部位的泥巖排水不暢，形成欠壓實(shí)帶。同時(shí)，上覆巖層的部分負(fù)荷加到欠壓實(shí)帶中的孔隙中，導(dǎo)致泥巖孔隙流體中產(chǎn)生大于靜水柱壓力的超壓異常[7-9]，這種流體超壓異常對油氣，尤其對天然氣具有很好的封蓋能力，有效地控制了西部凹陷天然氣的分布和富集。

1 泥巖超壓封蓋層的分布特點(diǎn)

西部凹陷古近系發(fā)育多套泥巖蓋層，尤其是斷陷期廣泛發(fā)育的沙三上段和沙一中段厚度較大，為該區(qū)最有利的區(qū)域蓋層(圖1)。其中，沙三上段為深湖相泥巖，巖性主要為深灰色泥巖、褐灰色油頁巖等，純度高、含砂量很少，連續(xù)厚度為50～350 m，一般大于100 m，具有向西斜坡和東側(cè)斷裂帶減薄、砂巖含量增加的特點(diǎn)；沙一中段為淺湖相泥巖，巖性主要為深灰色泥巖，純度高、含砂量少，連續(xù)厚度為50～450 m，一般大于100 m，同樣具有向西斜坡和東側(cè)斷裂帶減薄、砂巖含量增加的特點(diǎn)。

圖1 西部凹陷沙一、沙三段綜合柱狀圖

1.1 聲波時(shí)差計(jì)算方法

在鉆井、試井測試和開發(fā)過程中發(fā)現(xiàn)該區(qū)廣泛發(fā)育的泥巖普遍存在流體超壓，壓力系數(shù)一般為1.20～1.25，最高為1.29。分析認(rèn)為，該區(qū)泥巖中的流體超壓層對天然氣分布和富集的控制作用更強(qiáng)。因此，采用聲波時(shí)差方法計(jì)算西部凹陷泥巖地層的流體壓力，并用試井資料進(jìn)行校正：

(1)

為了檢驗(yàn)聲波時(shí)差計(jì)算地層壓力的可靠性，選取有實(shí)測壓力值和厚層泥巖聲波時(shí)差資料的井進(jìn)行計(jì)算(表1)。

表1 西部凹陷地層流體壓力計(jì)算值與實(shí)測值對比

通過多井多點(diǎn)計(jì)算出的壓力值與實(shí)測值進(jìn)行比較，該方法可以達(dá)到研究的精度要求。根據(jù)西部凹陷地層水礦化度低的特點(diǎn)和試井資料測試的精度，定義泥巖地層正常壓力系數(shù)為0.90 ～ 1.10，超過1.10為超壓異常。計(jì)算結(jié)果表明，西部凹陷在埋深1 000 ～4 000 m范圍內(nèi)泥巖層的壓力系數(shù)一般為1.10～1.40，最高為1.90。因此，該范圍內(nèi)普遍存在泥巖流體超壓異常。

1.2 泥巖流體超壓封蓋層的縱向分布特點(diǎn)

西部凹陷泥巖流體超壓封蓋層縱向上一般發(fā)育于1 000～4 000 m，可以分為上、下2層。上層泥巖流體超壓封蓋層具有3層結(jié)構(gòu)，頂部為超壓過渡帶，以東營組上段為主；中部是超壓和常壓混合帶，以東營組中段為主，但超壓帶分布不穩(wěn)定；下部是穩(wěn)定超壓帶，以東營組下段和沙一段為主，但以沙一中段最為穩(wěn)定。其中，興隆臺地區(qū)埋深為1 600～2 100 m，雙臺子、鴛鴦溝地區(qū)埋深為1 300～2 500 m。下層泥巖流體超壓封蓋層主要發(fā)育在沙三段，并以沙三上段為主，分布比較簡單，為單層結(jié)構(gòu)，底界起伏很大，且和上層的下部穩(wěn)定超壓帶一致，同構(gòu)造起伏形態(tài)基本一致。

1.3 泥巖流體超壓封蓋層的平面分布特點(diǎn)

西部凹陷沙三上段泥巖流體超壓封蓋層從北至南主要分布在高升、興隆臺-雙臺子、清水的廣大地區(qū)。高升以北地區(qū)由于沙三上段泥巖不發(fā)育，不存在流體超壓；西部斜坡帶由于沙三上段砂巖含量增加；東部斷階帶由于沙三上段砂巖含量增加，同時(shí)，臺安-大洼斷裂的長期活動(dòng)使壓力釋放，不存在流體超壓封蓋層。沙一中段泥巖流體超壓封蓋層主要分布在興隆臺、雙臺子至清水地區(qū)，興隆臺以北地區(qū)不存在流體超壓封蓋層，西部斜坡帶和東部斷階帶由于和沙三上段具有相同的特點(diǎn)，同樣不存在泥巖流體超壓封蓋層。

2 超壓封蓋層對天然氣分布的控制作用

泥巖流體超壓封蓋層具有很強(qiáng)的封蓋能力，表2為西部凹陷泥巖流體超壓封蓋層與毛細(xì)管封蓋層對比。由表2可以看出，泥巖流體超壓封蓋是毛細(xì)管封蓋能力的3.4～4.9倍。因此，西部凹陷最好的區(qū)域蓋層是泥巖流體超壓封蓋層。西部凹陷泥巖流體超壓封蓋層是控制該區(qū)天然氣分布和富集的關(guān)鍵因素[10-15]。

表2 西部凹陷泥巖流體超壓封蓋與毛細(xì)管封蓋能力對比

泥巖流體超壓封蓋層控制了西部凹陷縱向上發(fā)育古近系沙三上段和沙一中段2套區(qū)域泥巖流體超壓封蓋層。由于這2套封蓋能力較強(qiáng)的區(qū)域蓋層的存在，致使西部凹陷天然氣在縱向上基本上分布在沙三中、下段及沙一下段和沙二段。如沙三中、下段的高升氣田和雙臺子氣田，沙一下段和沙二段的興隆臺氣田和齊家氣田。平面上，4個(gè)主要?dú)馓锓謩e在泥巖超壓流體封蓋層壓力系數(shù)大于1.10的范圍內(nèi)。

然而，在其西部斜坡帶由于對應(yīng)層位砂巖含量增加，封蓋能力變差，東部臺安-大洼斷裂帶不但砂巖含量增加，而且斷裂長期活動(dòng)致使壓力釋放，同樣造成封蓋能力變差。因此，在這2個(gè)區(qū)域基本沒有形成氣藏或氣田。

泥巖流體超壓封蓋層和正向構(gòu)造的有利配置控制了西部凹陷天然氣富集。西部凹陷發(fā)育多個(gè)正向構(gòu)造，但含氣狀況差異較大。如位于西斜坡部位的歡喜嶺構(gòu)造、曙光構(gòu)造，位于東部臺安-大洼斷裂帶的大洼、小洼、冷家和牛心坨構(gòu)造由于對應(yīng)地層砂巖含量增加和長期斷裂活動(dòng)，缺少泥巖流體超壓封蓋層的有利配置，雖構(gòu)造形態(tài)較好，但只含油不含氣，并且以稠油為主。而高升、興隆臺、雙臺子、齊家等構(gòu)造由于泥巖流體超壓封蓋層和構(gòu)造配置有利，天然氣十分富集，形成了西部凹陷儲量較大的4個(gè)氣田[16-20]。

由泥巖流體超壓封蓋層的縱橫變化可以看出，在興隆臺、高升、雙臺子、齊家等背斜帶之上，泥巖流體超壓封蓋層的主封蓋面亦構(gòu)成了大型的背斜狀起伏形態(tài)，雖多數(shù)背斜被多組斷裂切割和改造，油氣仍然還是聚集在這個(gè)背斜內(nèi)而沒有大量散失，關(guān)鍵是泥巖流體超壓封蓋層起到了很好的保護(hù)作用。因此，泥巖流體超壓封蓋層和正向構(gòu)造的有利配置是控制西部凹陷天然氣富集的關(guān)鍵因素。

3 結(jié) 論

(1) 泥巖流體超壓封蓋層的縱向發(fā)育位置控制了西部凹陷天然氣的分布層位。

(2) 泥巖流體超壓封蓋層的平面分布控制了西部凹陷天然氣的分布位置。

(3) 泥巖流體超壓封蓋層和正向構(gòu)造的有利配置控制了西部凹陷天然氣富集。

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