定北地區(qū)斷裂系統(tǒng)對(duì)氣水分布的控制作用＊

張威，盧濤

定北地區(qū)斷裂系統(tǒng)對(duì)氣水分布的控制作用＊

張威1，盧濤2

（1.中石化華北油氣分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，河南 鄭州 450000；2.成都理工大學(xué) 能源學(xué)院，四川 成都 610059）

針對(duì)定北地區(qū)斷層及相關(guān)裂縫的發(fā)育特征、成因及分布，依據(jù)三維地震、巖心及鏡下微觀(guān)裂縫開(kāi)展斷裂系統(tǒng)的觀(guān)察與描述，結(jié)合工區(qū)內(nèi)不同層位的試氣資料及氣水的分布特征，明確斷裂系統(tǒng)對(duì)氣水分布的控制作用。研究表明，定北地區(qū)不同層位均發(fā)育不同程度的構(gòu)造裂縫，以高角度張性裂縫為主，是定北地區(qū)致密砂巖油氣運(yùn)移的主要通道，對(duì)淺層氣藏的形成有重要的作用。斷裂系統(tǒng)對(duì)本區(qū)氣水分布的控制作用明顯，斷裂系統(tǒng)對(duì)研究區(qū)氣水分布有重要的調(diào)節(jié)作用。

定北地區(qū)；斷裂；氣水分布；控制作用

鄂爾多斯盆地作為中國(guó)第二大含油氣盆地，油氣資源豐富。自從鄂爾多斯盆地北部取得天然氣勘探突破以來(lái)，勘探的重點(diǎn)開(kāi)始轉(zhuǎn)向上古生界地層，并相繼發(fā)現(xiàn)了蘇里格、大牛地、榆林、子洲等致密砂巖氣藏[1]。然而，近年來(lái)勘探的成果表明，鄂爾多斯中西部上古生界地層出水嚴(yán)重、氣水關(guān)系較為復(fù)雜。針對(duì)致密砂巖氣藏氣水關(guān)系的研究，不同學(xué)者已經(jīng)做過(guò)大量工作，認(rèn)為致密砂巖儲(chǔ)層氣水分布主要受控于沉積微相、烴源巖、構(gòu)造、儲(chǔ)層物性、裂縫等因素[2]。研究認(rèn)為天然氣主要的疏導(dǎo)體系為砂體和裂縫，然而該區(qū)上古生界儲(chǔ)層表現(xiàn)為致密特征，且致密化的成巖作用時(shí)間早于大量生排氣高峰，儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)[3]。本區(qū)斷層和裂縫較為發(fā)育，可以作為油氣運(yùn)移的優(yōu)勢(shì)通道，油氣往往優(yōu)先通過(guò)斷裂系統(tǒng)運(yùn)移成藏。因此筆者認(rèn)為，研究區(qū)復(fù)雜的氣水分布特征與斷裂系統(tǒng)有著密切的關(guān)系。

1 研究區(qū)概況

定北區(qū)塊位于鄂爾多斯盆地中西部，構(gòu)造上位于鄂爾多斯盆地天環(huán)向斜與伊陜斜坡交界部位，總面積888.426 km2，現(xiàn)今構(gòu)造形態(tài)整體顯示為北東高、西南低的傾斜緩坡[4]。研究區(qū)太1段為海岸平原沉積，煤系地層發(fā)育，分布穩(wěn)定，太2段為沉積期，工區(qū)西部以三角洲平原沉積為主，發(fā)育厚層砂體，東區(qū)發(fā)育混積陸棚，以泥灰?guī)r沉積為主；山西組形成于海陸過(guò)渡向沉積環(huán)境，山1段為三角洲前緣沉積為主，山2段為三角洲平原沉積；石盒子組沉積期，研究區(qū)以辮狀河沉積為主，盒1底部砂體廣泛發(fā)育，向上逐漸過(guò)渡為曲流河沉積。研究區(qū)上古生界儲(chǔ)層成巖作用復(fù)雜，壓實(shí)、膠結(jié)作用強(qiáng)，以次生溶蝕孔隙為主，孔隙度大多小于10%，滲透率小于1×10-3μm2，為典型致密砂巖。

2 斷裂發(fā)育特征

2.1 斷裂宏觀(guān)特征

研究區(qū)構(gòu)造幅度相對(duì)較為平緩，從三維地震剖面可觀(guān)察到同相軸的扭曲現(xiàn)象，斷點(diǎn)較清晰，為高角度的逆斷層，最大斷距約80 m。通過(guò)井震結(jié)合對(duì)比發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)太原組、下石盒子組均有斷開(kāi)。

同時(shí)巖心觀(guān)察結(jié)果也表明，研究區(qū)上古生界砂巖發(fā)育不同程度的裂縫，裂縫產(chǎn)狀以垂直裂縫和高角度裂縫為主，裂縫延伸長(zhǎng)，部分井段可達(dá)到2 m，開(kāi)啟程度良好。從裂縫成因來(lái)看，本區(qū)裂縫以構(gòu)造裂縫為主。其中構(gòu)造張性裂縫較為常見(jiàn)，縫面粗糙，富含黑色泥質(zhì)，常呈組系發(fā)育；其次為構(gòu)造剪切縫，縫面光滑，見(jiàn)擦痕，呈階梯狀或鋸齒狀，并派生小的水平裂縫，顯示出巖石受到擠壓扭動(dòng)的構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)作用。研究區(qū)斷層主要呈北東—南西走向，局部區(qū)域裂縫相對(duì)較為發(fā)育。定北地區(qū)斷裂發(fā)育平面如圖1所示。

圖1 定北地區(qū)斷裂發(fā)育平面圖

2.2 顯微裂縫特征

根據(jù)薄片裂縫顯微觀(guān)察，研究區(qū)發(fā)育不同類(lèi)型的構(gòu)造裂縫主要為后期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的產(chǎn)物，包括：①?gòu)埿钥p。裂縫以粒緣縫、切粒縫為主要特征，裂縫通常切穿巖石顆粒。②剪切縫，主要與壓扭作用相關(guān)。非構(gòu)造裂縫表現(xiàn)為因雜基內(nèi)成分脫水而形成，工區(qū)內(nèi)火山物質(zhì)含量較高的區(qū)域較為發(fā)育。

2.3 裂縫發(fā)育規(guī)模及控制因素

為了更好地揭示研究區(qū)裂縫的發(fā)育情況，通過(guò)對(duì)研究區(qū)不同井位、不同層位的巖心裂縫發(fā)育密度分析和統(tǒng)計(jì)，結(jié)果表明，研究砂巖層段均發(fā)育不同程度的裂縫。通過(guò)野外露頭、巖心、常規(guī)測(cè)井資料，開(kāi)展井剖面天然裂縫的識(shí)別。在數(shù)據(jù)的處理上，利用單一變量法分別對(duì)比工區(qū)內(nèi)斷層和裂縫的力學(xué)性質(zhì)，統(tǒng)計(jì)裂縫發(fā)育密度與相鄰斷層距離的關(guān)系、不同巖性中裂縫的發(fā)育情況、裂縫發(fā)育密度與砂地比的關(guān)系，結(jié)果表明，天然裂縫的發(fā)育程度主要受斷層和巖性的控制，平面上看，離斷層越近，砂地比值越高，裂縫發(fā)育密度越高[5]。

3 斷裂系統(tǒng)對(duì)氣水分布的控制作用

3.1 氣水分布特征

綜合分析研究區(qū)28口探井和16口水平井已有的試氣、生產(chǎn)動(dòng)態(tài)資料結(jié)果，參照相鄰井區(qū)氣層、水層工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)開(kāi)展研究區(qū)不同井位流體識(shí)別，并借鑒蘇里格區(qū)氣水層劃分標(biāo)準(zhǔn)，將研究區(qū)儲(chǔ)集層劃分為氣層、氣水層、含氣水層及水層[2]。通過(guò)分析工區(qū)生產(chǎn)測(cè)試資料并繪制單井動(dòng)態(tài)曲線(xiàn)，研究區(qū)產(chǎn)液曲線(xiàn)多表現(xiàn)為下降平穩(wěn)型，前期產(chǎn)水量較大，水平井產(chǎn)水尤為突出，后期逐漸過(guò)渡為產(chǎn)地層水的特征。太2段地層主要表現(xiàn)為構(gòu)造低部位或儲(chǔ)層下部有含水特征，地層水呈孤立水體。盒1氣層在共工區(qū)西部厚度大，連續(xù)性好，局部地區(qū)盒1氣層同樣表現(xiàn)為高產(chǎn)水的特征。

3.2 裂縫對(duì)氣水縱向分布的控制作用

對(duì)于盒1段底部?jī)?chǔ)集砂體，天然氣主要通過(guò)下伏烴源巖生烴增壓進(jìn)入砂體成藏，屬于近源成藏類(lèi)型，盒1段上部砂體由于遠(yuǎn)離烴源巖，因此屬于遠(yuǎn)源成藏類(lèi)型。在盒1段，油氣生成后以斷層、裂縫和相互連通的有效砂體為運(yùn)移通道，經(jīng)過(guò)縱向和側(cè)向運(yùn)移至有利儲(chǔ)層成藏[6]。

研究區(qū)高角度裂縫相對(duì)較為發(fā)育，源自下部地層的天然氣在垂直構(gòu)造裂縫的溝通下向上部?jī)?chǔ)層運(yùn)移，表現(xiàn)為高部位產(chǎn)氣、底部位產(chǎn)水的特征。研究區(qū)定北27井太原組砂體緊鄰烴源巖，測(cè)試顯示產(chǎn)水，而上部地層遠(yuǎn)離烴源巖，斷裂系統(tǒng)較為發(fā)育，上部?jī)?chǔ)層相對(duì)產(chǎn)氣。因此，斷裂系統(tǒng)對(duì)淺部地層在油氣疏導(dǎo)運(yùn)移效率方面相對(duì)下部地層更加重要。

3.3 裂縫對(duì)氣水平面分布的控制作用

通過(guò)鉆井巖心裂縫統(tǒng)計(jì)及地震剖面的分析，斷層及相關(guān)裂縫是本區(qū)裂縫的主要成因之一，裂縫作為油氣運(yùn)移的重要通道，能夠在很大程度上改善儲(chǔ)集體的滲流能力。對(duì)于上古生界盒1段氣藏來(lái)說(shuō)，源儲(chǔ)距離較大，盒1段辮狀河道砂體擺動(dòng)性強(qiáng)，發(fā)育多期河道，僅在盒1段底部發(fā)育疊置，盒1段上部砂體連通性差。從研究區(qū)產(chǎn)能分布來(lái)看，工區(qū)東部定北5井區(qū)域位于斷層附近，天然氣產(chǎn)量可達(dá)1.1×104～5.2×104m3/d，工區(qū)西部定北17井、定北10井、定北8井、定北18井區(qū)域發(fā)育一定程度的裂縫，天然氣有很好的產(chǎn)能顯示；北部定北13井、定北15井、定北27井區(qū)域位于工區(qū)斷裂帶北側(cè)，裂縫發(fā)育程度高，為低產(chǎn)氣層或者干層。

前人研究表明上古生界下部太2氣藏表現(xiàn)為北厚南薄的特征，水層則分布在定北17井、定北10井、定北8井一帶，總體上呈現(xiàn)與盒1段氣藏相反的特征[7]。因此，斷裂系統(tǒng)對(duì)研究區(qū)氣水關(guān)系的控制作用是明顯的，斷層及相關(guān)裂縫溝通了鄰近砂體，天然氣往往向上部?jī)?chǔ)層充注，進(jìn)而對(duì)不同層位的氣水分布有重要的調(diào)節(jié)作用。

4 結(jié)論

研究區(qū)廣泛發(fā)育高角度裂縫，以構(gòu)造張性縫為主，表現(xiàn)為無(wú)充填或半充填，斷裂系統(tǒng)滲流能力強(qiáng)，是天然氣發(fā)生垂向運(yùn)移的優(yōu)勢(shì)通道，對(duì)淺層氣藏的形成有重要作用。斷裂系統(tǒng)對(duì)石盒子組、山西組、太原組原生氣藏起到破壞作用，但有利于天然氣的輸導(dǎo)，在淺層形成次生氣藏。太2段裂縫發(fā)育程度越大，含氣豐度越低，產(chǎn)水量越大；盒1段裂縫發(fā)育程度越大，含氣豐度越高，產(chǎn)水量越小。裂縫的發(fā)育對(duì)本區(qū)氣水關(guān)系有一定調(diào)整作用，是氣水關(guān)系復(fù)雜的原因之一。

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P618.13

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.16.033

2095－6835（2019）16－0081－02

張威（1986—），2011年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)（北京）礦產(chǎn)普查與勘探專(zhuān)業(yè)，獲碩士學(xué)位，現(xiàn)從事油氣地質(zhì)勘探綜合研究工作。

國(guó)家重大專(zhuān)項(xiàng)（編號(hào)：2016ZX05048-001-04-LH）；國(guó)家自然科學(xué)基金（編號(hào)：41672133）；中石化華北局橫向委托項(xiàng)目“定北上古生界儲(chǔ)層成巖相描述及氣水關(guān)系研究”（編號(hào)：34550000-17-ZC0613-0014）

〔編輯：王霞〕