渤海灣盆地黃驊坳陷板橋凹陷深層低滲透(致密)砂巖氣藏充注特征及成藏過程

趙賢正，曾濺輝，韓國猛，馮 森，石倩茹，劉亞洲，付東立，王亞奴，宗 杰，盧 異

[1.中國石油 大港油田分公司，天津300280； 2.中國石油大學(北京) 地球科學學院，北京102249； 3.中國石油大學(北京) 油氣資源與探測國家重點實驗室，北京102249； 4.中國石油 大港油田分公司 勘探開發(fā)研究院，天津300280]

低滲透(致密)砂巖油氣為分布和賦存于滲透率一般小于10×10-3μm2的砂巖儲層中，廣泛分布于中深層，是目前國內(nèi)外油氣勘探和開發(fā)的主要對象。低滲透(致密)砂巖油氣主要由鄰近的烴源巖經(jīng)過初次運移進入低滲透(致密)砂巖，即發(fā)生了油氣的充注過程。因此，研究低滲透(致密)砂巖油氣的充注動力、充注方式以及充注過程對于認識低滲透(致密)砂巖的成藏特征和成藏機理具有重要的作用。

板橋凹陷是大港探區(qū)一個重要的富油氣凹陷。近年來，在深層(埋深大于3 500 m)沙河街組三段(簡稱沙三段)和沙河街組二段(簡稱沙二段)勘探取得了一定的突破，在鉆遇沙三段的60多口井中，有10口井發(fā)現(xiàn)油氣層；同時，在深層沙三段(板深35、板1711等)發(fā)現(xiàn)了大量的天然氣，顯示出深層天然氣具有很好的勘探前景，為板橋凹陷增儲上產(chǎn)的重要領域[1-2]。一些學者已經(jīng)對板橋凹陷深層低滲透(致密)砂巖天然氣成藏開展了相關的研究。例如楊池銀[3]研究了板橋凹陷深層及相鄰的千米橋潛山天然氣成因。馬建英等[1]研究了板橋凹陷深層構(gòu)造-地層特征及其勘探潛力。劉萍等[2]從烴源巖評價入手，分析了油氣來源及油氣充注歷史，總結(jié)了油氣富集主控因素，建立板橋凹陷深層近源斷裂輸導及巖性砂體充注模式。李洪香等[4]開展了板橋次凹深層天然氣成藏主控因素的研究，認為板橋次凹深層油氣藏屬于自生自儲、下生上儲型的構(gòu)造巖性油氣藏。陳淑芹等[5]認為板橋低斜坡具備形成深部大型天然氣藏的條件?？傮w來說，目前有關板橋凹陷深層天然氣成藏研究比較少，大多停留在成藏條件和部分成藏特征研究上，對深層低滲透(致密)砂巖天然氣的充注特征及成藏過程缺乏深入和系統(tǒng)的研究。本文基于測井、地震和巖心資料，通過地質(zhì)、地化研究及盆地模擬，以板深35和板1711氣藏為典型實例，探討深層低滲透(致密)砂巖天然氣的充注動力、充注方式及充注特征，研究深層低滲透(致密)砂巖成藏過程和成藏機理，為板橋凹陷深層天然氣勘探和開發(fā)提供科學依據(jù)。

1 深層低滲透(致密)砂巖氣藏基本特征

板橋凹陷是黃驊坳陷次級構(gòu)造單元之一，位于歧口凹陷西翼，北起海河斷裂，南至濱海斷裂系，西到滄東斷裂，東臨海岸線，勘探面積約700 km2(圖1)。受滄東斷裂控制，凹陷主體為一西斷東超的箕狀斷陷，軸向與滄東斷裂帶平行，呈長條狀。凹陷西翼陡，東翼較平緩；受北大港古隆起的影響，地勢北低南高，地層逐漸向凸起方向減薄[6]。

板橋凹陷深層天然氣藏主要分布于埋深較深的沙河街組，一般埋深為3 500～5 500 m。沙河街組由深到淺依次為沙三段(Es3)、沙二段(Es2)和沙一段(Es1)。其中凹陷內(nèi)沙三段厚度最大，巖性主要以砂巖、礫巖和泥巖為主。沙二段的厚度為190～500 m，主要為灰綠、灰色泥巖與淺灰色砂巖互層。沙一段的厚度較大，為200～1 600 m，主要為暗色泥巖和暗色砂巖[7-8]。

根據(jù)大港油田探明地質(zhì)儲量報告，截止2018年底，板橋凹陷在3 500 m以下已發(fā)現(xiàn)的油氣藏全部為氣藏及凝析氣藏，共計15個藏(表1)。其中，這些氣藏地質(zhì)儲量共計59.38×108m3，以3 500～4 000 m范圍內(nèi)占比最大，達到42.11%。從層位上來看，已發(fā)現(xiàn)的深層氣藏主要分布在沙三段和沙二段，但主力產(chǎn)層主要來自于沙三段。

圖1 黃驊坳陷板橋凹陷地理位置(a)和構(gòu)造單元劃分(b)(1)中國石油勘探開發(fā)研究院.板橋凹陷開發(fā)后期剩余油研究與開發(fā)調(diào)整，2006.Fig.1 The structure unit division of the Banqiao Sag in Huanghua Depression①

表1 黃驊坳陷板橋凹陷深層天然氣勘探情況Table 1 The exploration situation of deep gas in the Banqiao Sag

板深35和板1711氣藏位于板橋凹陷板橋斷層上升盤板40井區(qū)，整體上依附于大張坨斷層下降盤形成的大型鼻狀構(gòu)造，軸向為北西-南東向，地層整體上南高北低(圖2)。其中，Es3(2)氣藏頂面高點埋深4 250 m，閉合高度200 m，閉合面積25 km2。受到橋斷裂(F1)、F2斷裂和大張坨斷裂(F3)的影響，板深35氣藏規(guī)模較大。板深35氣藏的主力產(chǎn)層為Es3(2)和Es3(3)層段，目前上報含氣面積為5.8 km2，控制儲量為11.8×108m3。其中，靜壓為56.81 MPa，壓力系數(shù)為1.22，為典型的構(gòu)造-巖性油氣藏。

1.1 烴源巖和儲層特征

整體上，板橋凹陷沙一段烴源巖有機碳含量較高，但其埋藏較淺成熟度較低，有機質(zhì)向石油轉(zhuǎn)化的程度較低；沙二段烴源巖有機碳含量最低，為研究區(qū)相對差的烴源巖；沙三段烴源巖有機碳含量較高，埋藏深已經(jīng)入了成熟-高成熟階段，為該地區(qū)最為有利的烴源巖的層系。而且Es1和Es3(1)以Ⅱ1和Ⅱ2型有機質(zhì)為主，偏腐泥型烴源巖；Es3(2)和Es3(3)以Ⅱ2和Ⅲ型有機質(zhì)為主，偏腐殖型烴源巖[9-10]。依據(jù)板深35井和板1711井的測井和實測孔隙度及滲透率隨深度的變化關系可以發(fā)現(xiàn)：深部儲層孔隙度多小于15%，滲透率多小于10.0×10-3μm2；其中板1711井孔隙度和滲透率整體小于板深35井，孔隙度多在10%左右，滲透率在1.0×10-3μm2左右(圖3)。因此，板橋凹陷深層主要以低滲透(致密)砂巖儲層為主。

1.2 天然氣來源

天然氣組分碳同位素是判斷天然氣成因及來源的重要依據(jù)，前人對此做過大量的研究工作[11-15]。通過對板橋凹陷深層天然氣樣品中碳同位素和組分含量數(shù)據(jù)點進行投點成圖，建立板橋凹陷深層天然氣δ13C1-C1/C2+3(圖4)和δ13C2-δ13C3成因關系(圖5)。研究發(fā)現(xiàn)，板橋凹陷深層天然氣甲烷碳同位素整體偏輕，天然氣干燥系數(shù)整體較低，沙一中亞段，沙一下亞段，沙二段和沙三段多數(shù)樣品點位于Ⅱ1區(qū)即原油伴生氣區(qū)，少數(shù)樣品位于Ⅲ2區(qū)即凝析油伴生氣和煤型氣區(qū)。深層天然氣主要為原油伴生氣以及凝析油伴生氣和煤型氣的混合氣，結(jié)合研究區(qū)的地質(zhì)背景認為這些天然氣主要來自成熟-高成熟演化階段的沙三段烴源巖。

圖2 板橋凹陷板1711井—板深35井氣藏剖面(剖面位置見圖1A—A′)Fig.2 The gas reservoir profile from Well Ban1711 to Well Banshen35 in the Banqiao Sag (see Fig.1A—A′ for the profile location)

圖3 板橋凹陷板深35井和板1711井物性隨深度變化Fig.3 Relationship of porosity/permeability and depth in the Well Banshen35 and Well Ban1711 in the Banqiao Saga.板橋凹陷板深35井和板1711井孔隙度隨深度變化；b.板橋凹陷板深35井和板1711井滲透率隨深度變化

圖4 板橋凹陷深層天然氣δ13C1-C1/C2+3關系Fig.4 Genetic diagrams of δ13C1 vs.C1/C2+3 in the Banqiao Sag

圖5 板橋凹陷深層天然氣δ13C2-δ13C3關系Fig.5 Genetic diagrams of δ13C2 vs.δ13C3 in the gas deep in the Banqiao Sag

1.3 源儲結(jié)構(gòu)

源-儲結(jié)構(gòu)是指烴源巖與儲集巖之間的巖性組合(烴源巖與其上下或者內(nèi)部接觸的滲透性砂體配置關系)、接觸關系、厚度差異、物性差異和通道類型(孔隙型通道、裂隙型通道或孔隙-裂隙型通道)。不同的源-儲結(jié)構(gòu)，烴源巖與儲集巖之間具有不同的接觸關系、巖性組合、厚度大小以及通道類型和物性差異，直接影響著油氣由烴源巖向致密儲層充注動力、充注方式、充注強度、充注范圍以及充注量，對致密儲層中的油氣運移和聚集構(gòu)成重要的影響[16-17]。板橋凹陷深層天然氣主要儲集在沙三段和沙二段，其中Es3(3)和Es3(2)為主要的烴源巖層，Es3(1)的生烴能力較弱，Es3(1)和Es2均為主要儲集層。結(jié)合油氣的成因聯(lián)系及源-儲的空間配置關系，板橋凹陷深層天然氣的源-儲結(jié)構(gòu)主要存在源-儲一體型(Es3(3)+Es3(2))、源-儲相鄰型(Es3(1))和源-儲分離型(Es2和Es1)(圖2)。

2 深層低滲透(致密)砂巖天然氣充注特征

板橋凹陷深層天然氣主要聚集在低滲透(致密)砂巖儲層中，發(fā)生了天然氣由烴源巖向低滲透(致密)砂巖儲層充注的過程。不同的源儲結(jié)構(gòu)具有不同的天然氣充注通道和充注特征。對于源儲一體型(Es3(3)+Es3(2))，天然氣既可以由烴源巖向低滲透(致密)砂巖儲層直接充注，也可以先沿斷層向上運移然后再向低滲透(致密)砂巖儲層側(cè)向充注；對于源儲相鄰型(Es3(1))和源儲分離型(Es2和Es1)，天然氣則可能先沿斷層向上運移然后再向低滲透(致密)砂巖儲層側(cè)向充注(圖2)。板深35氣藏沙河街組油氣層縱向上相互疊置，平面上呈現(xiàn)出連片的分布特征，油源對比和氣源對比表現(xiàn)出油氣存在明顯的成因聯(lián)系，但目前對該氣藏不同層系油氣的充注特征尚不明確。

2.1 充注通道

板橋凹陷深層天然氣主要儲集于沙三段，具有源-儲一體的特征。對于板深35氣藏(圖2)，深層天然氣既可以由烴源巖向砂巖直接充注，亦可以通過斷層輸導向砂層充注，天然氣的運移通道為砂泥巖界面裂縫和孔隙網(wǎng)絡以及斷層和砂體復合輸導體系。巖心觀察結(jié)果表明，深層微裂縫規(guī)模小，密度大，膠結(jié)程度弱，砂泥巖界面處普遍發(fā)育，裂縫和孔隙網(wǎng)絡可構(gòu)成深層天然氣的充注通道。

板深35深層天然氣藏同時也受到板橋斷裂(F1)、F2和大張坨斷裂(F3)的影響(圖2)。板橋斷裂(F1)形成于Es1時期，在Ed期呈現(xiàn)出較大的生長指數(shù)，最大可達1.6，其次是Nm期生長指數(shù)介于1.03～1.08，相對活動性較強。就斷層活動速率來說，F(xiàn)1斷層Ed期活動速率較大，介于10～20 m/Ma，最大可達20 m/Ma，具有較強的油氣垂向輸導作用；Nm期活動速率介于5～10 m/Ma，對晚期天然氣具有一定的垂向輸導作用(圖6)。斷層(F1)各儲層斷點處的SGR值位于60%～90%，說明板橋斷層(F1)側(cè)向封閉性整體較好(圖6)，對深層天然氣具有側(cè)向封堵作用。斷層F2只在Es3中發(fā)育，表明F2活動時期較早，在Es3末期已經(jīng)停止活動，在成藏時期(Ed末期、明化鎮(zhèn)—現(xiàn)今)的垂向輸導能力均較差。大張坨斷層(F3)形成時期較早，在Es3期即呈現(xiàn)出較大的斷層生長指數(shù)，最大可達1.5，Ed期生長指數(shù)達到最大，而新近紀生長指數(shù)較小。從大張坨斷層(F3)斷層活動速率上看，大張坨斷層在古近紀活動性較強(>20 m/Ma)，有利于早期原油沿其發(fā)生垂向運移，新近紀活動性相對弱(5～10 m/Ma)，不利于晚期天然氣的運移(圖2)。總體上來說，Ed期F1活動速率介于5～20 m/Ma，而F3活動速率大于20 m/Ma，有利于早期原油的垂向運移；而在Nm期F1和F3活動速率均介于5～20 m/Ma，對晚期天然氣能起短距離垂向輸導作用。

圖6 板橋凹陷主干斷層F1和F3活動性特征Fig.6 The activity characteristics of primary faults between F1 and F3 in the Banqiao Saga.斷層F1和F3活動性分析位置；b.斷層F1的SGR值與油氣顯示的關系；c.斷層F1生長指數(shù)條形圖；d.斷層F3生長指數(shù)條形圖；e.斷層F1活動速率折線圖；f.斷層F3活動速率折線圖

2.2 充注動力與阻力

2.2.1 充注動力

研究區(qū)深層天然氣的充注動力是烴源巖和儲層之間的源-儲剩余壓力差，對于不同源-儲結(jié)構(gòu)類型，源-儲剩余壓力差的成因存在區(qū)別。對于源-儲一體型源-儲結(jié)構(gòu)，儲集層分布在烴源巖層內(nèi)部，充注動力主要為烴源巖生成油氣所產(chǎn)生的剩余壓力，即生烴增壓作用。對于源-儲相鄰型和源-儲分離型源儲結(jié)構(gòu)而言，儲集層位于烴源巖層之上，深層天然氣需通過斷層進行垂向運移進入儲層，因此充注動力主要為烴源巖層與儲層之間源-儲剩余壓力差，即將烴源巖層的剩余壓力與儲層的剩余壓力相減而得。從充注動力的成因來看，該部分增壓主要包括烴源巖層的生烴增壓作用和欠壓實作用產(chǎn)生的剩余壓力兩個部分。

在沉積盆地中，壓力的演化是多種地質(zhì)因素和地質(zhì)作用的結(jié)果，現(xiàn)今的地層壓力是由古壓力經(jīng)過復雜的地質(zhì)過程綜合作用的結(jié)果，因此有必要從壓力的演化過程來分析現(xiàn)今地層壓力分布特征[18-19]。本次利用Petromod盆地模擬軟件來恢復板1711井和板深35井壓力演化史。地質(zhì)模型的建立主要利用板1711井和板深35井的的鉆錄井資料和前人的研究成果[20-22]，其中，巖性主要依據(jù)錄井巖心描述資料進行各層段巖性進行混合，混合巖性的相關參數(shù)(熱導率等)則是通過純巖性參數(shù)的算術(shù)平均而得。關于沙三段生烴動力學模型的選取，本文采用Pepper等[23-25]結(jié)合有機質(zhì)沉積環(huán)境和生烴特征對烴源巖有機相進行劃分中的D/E類有機相。其中，D/E類有機相母質(zhì)主要為高等植物來源的樹脂和細菌等，有機顯微組分為腐泥組、殼質(zhì)組和鏡質(zhì)組混合型，形成于偏氧化的環(huán)境中[26-27]。而邊界條件的選取也主要是參考前人的研究成果[28-30]。對比模擬出的現(xiàn)今鏡質(zhì)體反射率與實測鏡質(zhì)體反射率值(圖7)、現(xiàn)今壓力與實測壓力值(圖8)，實測值與預測值吻合度很好，反映本次壓力模擬結(jié)果可靠度較高。

從壓力的演化結(jié)果來看，板1711井和板深35井地層壓力的演化大致可以分為兩個階段，38～36 Ma之前是常壓發(fā)育階段，之后開始出現(xiàn)超壓。超壓階段又可以大致劃分成3個演化過程：增壓—卸壓—增壓。以板深35井主力烴源巖層Es3(3)地層為例(圖9)，該層在約36 Ma即沙一下沉積期，進入低成熟演化階段(Ro=0.5%)，隨著埋深不斷增大，烴源巖成熟度也不斷增大，該階段烴源巖層內(nèi)的剩余流體壓力也逐漸增大，33.5Ma烴源巖達到成熟演化階段(Ro=0.7%)，此時早期弱超壓發(fā)育幅度快，剩余流體壓力至東營期抬升剝蝕之前(27.6 Ma)達到最大，剩余壓力值約為12 MPa。館陶組沉積期，隨地層埋深逐漸加大，Es3(3)層段烴源巖成熟度逐漸增高，此時烴源巖仍處于成熟演化階段(0.7%

圖7 板橋凹陷板深35井一維模型鏡質(zhì)體反射率校正Fig.7 Vitrinite reflectance calibration for Petromod 1D modeling for Well Banshen35 in the Banqiao Sag

圖8 板橋凹陷板深35井一維模型壓力校正Fig.8 Pressure calibration for Petromod 1D modeling for Well Banshen35 in the Banqiao Sag

依據(jù)單井模擬結(jié)果，對板深35井和板1711井各層段的現(xiàn)今剩余壓力以及天然氣充注動力進行統(tǒng)計分析。其中，沙三段深層天然氣源-儲結(jié)構(gòu)為源-儲一體型，天然氣的充注動力主要為生烴增壓。結(jié)合研究區(qū)斷層活動性以及烴源巖的生排烴史，天然氣的充注階段主要發(fā)生于明化鎮(zhèn)組沉積期(12.6 Ma)以后。據(jù)此，根據(jù)單井數(shù)值模擬結(jié)果，從中讀取現(xiàn)今(0 Ma)以及明化鎮(zhèn)沉積期(12.6 Ma)時刻各層剩余壓力值。源-儲一體型的充注動力為明化鎮(zhèn)期至現(xiàn)今的平均生烴增壓量；源-儲相鄰與源-儲分離型的充注動力為明化鎮(zhèn)期至現(xiàn)今，沙三段頂界與沙二段和沙一段之間的剩余壓力差的平均值，計算公式如下式所示。

圖9 板橋凹陷板深35井層段壓力演化史Fig.9 Pressure evolution history of the bed in Well Banshen35 in the Banqiao Sag

充注動力計算公式：

源-儲一體型充注動力=(現(xiàn)今0 Ma時刻剩余壓力-明化鎮(zhèn)期12.6 Ma時刻剩余壓力)/2

p源-儲一體=(p0-p12.6)/2

(1)

源-儲相鄰、源-儲分離型充注動力=[(現(xiàn)今0Ma時刻沙三段頂界剩余壓力-現(xiàn)今0Ma時刻儲層剩余壓力)+(明化鎮(zhèn)期12.6 Ma時刻沙三段頂界剩余壓力-明化鎮(zhèn)期12.6 Ma時刻儲層剩余壓力)]/2

p源-儲相鄰、分離={[p0(Es3)-p0(Es2、Es1)]+

[p12.6(Es3)-p12.6(Es2,Es1)]}/2

(2)

以明化鎮(zhèn)期(12.6 Ma)到現(xiàn)今(0 Ma)的平均充注動力值表征各砂層的充注動力，對各砂層充注動力值進行計算(表3)。以板深35井1號砂層和14號砂層為例。

1號砂層位于沙一下亞段，屬于源-儲分離型，現(xiàn)今埋深為3 300 m，12.6 Ma時期埋深為1 850 m，應用源-儲分離型充注動力計算公式，p=[(9.6-0)+(0-0)]/2=4.8 MPa。

14號砂層位于沙三2亞段，屬于源-儲一體型，現(xiàn)今埋深為4 820 m，12.6 Ma時期埋深為3 520 m，應用源-儲一體型充注動力計算公式，p=(27.7-11.8)/2=7.95 MPa

2.2.2 充注阻力

1) 斷層帶排替壓力

深層天然氣的主要成藏期時研究區(qū)斷層活動性較弱，此時深層天然氣能否通過斷層垂向運移然后再側(cè)向充注上部砂層，主要取決于斷裂充填物的排替壓力大小，即斷層帶的排替壓力為天然氣垂向運移的阻力。呂延防等(2007)和付廣等(2013)提出了通過計算斷裂充填物的排替壓力定量評價斷層垂向和側(cè)向封閉性的方法。斷層垂向封閉性主要取決于斷裂充填物的排替壓力,而排替壓力的大小與充填物的成巖程度有關,成巖程度又受控于斷面所承受的正壓力大小。據(jù)此提出了定量評價斷層垂向封閉性的方法,其基本原理是:首先計算斷點處斷面正壓力;根據(jù)地靜壓力與地層埋深關系計算該斷面壓力所相當?shù)牡貙勇裆?最后,根據(jù)研究區(qū)所建立起來的蓋層泥巖排替壓力與埋深關系,確定該地層埋深下斷裂充填物的排替壓力[31-32]。根據(jù)上述原理，對板橋凹陷板深35和板1711井區(qū)深層沙一下至沙三段，F(xiàn)1、F2和F3斷層進行了斷層垂向封閉性評價。

(1) 確定靜巖壓力隨埋深變化關系

依據(jù)密度測井資料，利用板1711井巖石密度計算得到靜巖壓力(圖10)，公式：

pr=ρZ

(3)

式中：Z為地層埋深，m；ρ為深度Z以上地層的平均密度，kg/m3；pr為埋深Z處的靜巖壓力，MPa。

依據(jù)上述公式繪制靜巖壓力隨埋深變化關系曲線。

(2) 求取斷面正壓力

根據(jù)斷層傾角和斷點埋深，根據(jù)公式求得斷面正壓力。

p=ρZcosθ

(4)

式中：p為斷面所承受的正壓力，MPa；ρ為上覆地層平均密度，kg/m3；Z為斷點埋深，m；θ為斷層傾角，(°)。

實際計算過程中，依據(jù)模式圖(圖2)對18個對應層的斷面正壓力值分別進行了計算。

(3) 求取斷點處斷裂充填物排替壓力

根據(jù)式(2)求得斷面正壓力以后，將該壓力視為斷裂充填物質(zhì)所承受的靜巖壓力，并將其代入式(1)，求得該壓力對應的地層埋深Z，深度Z隨排替壓力變化的關系式為

pr=0.021 35Z

(5)

由式(3)便可求得該深度下斷點處斷裂充填物的排替壓力。依據(jù)上述計算方法，對剖面中18個砂層對應位置的斷層排替壓力進行了計算(表4)。

計算結(jié)果表明，F(xiàn)1斷層排替壓力整體介于3.14～7.34 MPa，F(xiàn)2斷層排替壓力在4.75～6.53，F(xiàn)3斷層在5.35～5.23。通過對比斷層排替壓力與砂巖排替壓力的大小，可以判斷油氣是否能夠進行側(cè)向運移；通過對比斷層排替壓力與充注動力的大小，可以判斷油氣是否能夠進行垂向運移。因此，在計算砂層排替壓力與充注動力之后，可對油氣運移方向進行分析。

表3 板橋凹陷板1711井和板深35井不同砂體充注動力基本參數(shù)Table 3 Basic parameters of charging dynamics of different sand bodies in Wells Ban1711 and Banshen35 in the Banqiao Sag

圖10 板橋凹陷板1711井地層靜巖壓力隨深度變化Fig.10 The geostatic pressure changing with depth in Well Ban1711 in the Banqiao Sag

2) 砂層排替壓力

深層低滲透(致密)天然氣一方面可能從烴源巖直接向儲層充注成藏，另一方面先沿斷層垂向運移，然后在斷層與砂層的接觸部位側(cè)向進入砂層。此時，天然氣成藏的阻力主要為砂層排替壓力。

通過壓汞資料可以估算實際地質(zhì)條件下的砂層排替壓力值。板橋凹陷沙二和沙三段儲層壓汞分析結(jié)果表明，沙二段儲層排替壓力主要在1.0～3.0 MPa，平均為2.6 MPa；而沙三段儲層排替壓力主要分布在1.0～3.5 MPa，平均為2.56 MPa(圖11)。

通過壓汞數(shù)據(jù)計算的排替壓力需要與飽和水環(huán)境下氣體驅(qū)替的排替壓力進行換算。對于同一巖樣，根據(jù)下式可得：

(6)

式中：pdw為氣水兩相中氣驅(qū)替水的排替壓力，MPa；pdm為壓汞法測定的水銀與空氣兩相的排替壓力，MPa；σw和σm分別為氣/水和水銀/空氣的界面張力，mN/m；θw和θm分別為氣/水/巖石和水銀/空氣/巖石界面接觸角，(°)。

“汽車電工電子技術(shù)”課程在汽車類專業(yè)特別是汽車電子技術(shù)專業(yè)教學中具有極其重要的作用與地位。在以往傳統(tǒng)的教學模式中，由于強調(diào)學科的系統(tǒng)化，教學內(nèi)容多而難，嚴重脫離實際，不適應學生的學習與發(fā)展。在新的形勢下，根據(jù)教育部職業(yè)教育教改的精神，以教育部發(fā)布的汽車專業(yè)教學改革新教學標準與課程標準為依據(jù)，強調(diào)以就業(yè)為導向，以能力為本位，以崗位需要和職業(yè)標準為依據(jù)，從而對該課程的教學內(nèi)容和教學方法進行較大力度的改革。

常溫條件下，水銀接觸角θm為140°，水銀界面張力σm為480 mN/m，氣/水/巖石界面接觸角θw取值為零，氣水兩相界面張力取值70 mN/m。計算表明，Pdw/Pdm=0.19，即氣驅(qū)水的排替壓力為壓汞法測試排替壓力的0.19。用壓汞法進行實際地質(zhì)條件下排替壓力進行換算，結(jié)果表明沙二段儲層氣水兩相的排替壓力主要在0.19～0.57 MPa，平均為0.494 MPa；沙三段儲層排替壓力主要分布在0.19～0.665 MPa之間，平均為0.486 MPa(表5)。

由于樣品實測壓汞數(shù)據(jù)相對有限，可以通過建立排替壓力與滲透率或者孔隙度之間的關系，來預測砂層的排替壓力。板橋凹陷深部儲層的滲透率與排驅(qū)壓力具有很好的相關性，相關系數(shù)達0.977 4(圖12)：

表4 板橋凹陷斷層F1,F2和F3排替壓力和充注動力評價參數(shù)Table 4 Evaluation parameters of displacement pressure and charging dynamics of faults F1,F2 and F3 in the Banqiao Sag

圖11 板橋凹陷砂層排替壓力頻率分布直方圖Fig.11 The frequency distribution histogram of displacement pressures in sand beds in the Banqiao Saga.沙二層段；b.沙三層段

表5 板橋凹陷部分樣品排替壓力計算結(jié)果Table 5 Calculation results of displacement pressures for some samples from the Banqiao Sag

y=0.097 6x-0.593

(7)

式中：y為壓汞法折算后的氣水兩相排替壓力，MPa；x為滲透率，10-3μm2

應用該擬合公式，將圖2各砂層位置的平均測井滲透率帶入計算，得到各砂層的排替壓力值(表4)。

2.3 充注方式

對于源-儲一體型砂層10-砂層18(圖13a)，可能有兩種天然氣充注方式：第一種為源-儲壓差作用下，天然氣由烴源巖直接向砂層充注；另外一種為天然氣首先由烴源巖進入斷層帶，在斷層帶發(fā)生垂向運移，然后再側(cè)向進入砂層。從表4可知，儲一體型天然氣的充注動力較大，分別為7.80和7.95 MPa，砂層10—砂層18的排替壓力比較小，分布在0.03～0.29 MPa，充注動力遠大于阻力，因此，天然氣可以由烴源巖直接向砂層充注。此外，斷層F1—F3的排替壓力分布在5.19～7.05 MPa，小于天然氣的充注動力，遠大于砂層10—砂層18的排替壓力，因此天然氣亦可以由烴源巖進入斷層帶，在斷層帶發(fā)生垂向運移，然后再側(cè)向進入砂層10—砂層18。但是以天然氣由烴源巖直接向砂層充注為主。

圖12 板橋凹陷滲透率與折算后的排替壓力相關關系Fig.12 Correlation diagram between permeability and displacement pressure after correction in the Banqiao Sag

對于源儲相鄰型和源儲分離型砂層1和砂層5—砂層9(圖13b)，天然氣充注動力較大，分布在4.80～9.55 MPa之間，主要為6.00 MPa，斷層F1—F3的排替壓力分布在3.14～5.02 MPa，砂層1和砂層5—砂層9的排替壓力比較小，分布在0.01～0.08 MPa，天然氣的充注動力大于斷層F1—F3的排替壓力，同時，砂層1和砂層5—砂層9的排替壓力小于斷層F1—F3的排替壓力(表4)，因此，源儲相鄰型和源儲分離型天然氣的充注方式為由烴源巖進入斷層帶，在斷層帶發(fā)生垂向運移，然后再側(cè)向進入砂層5—砂層9。

圖13 板橋凹陷深層天然氣充注方式示意圖Fig.13 Schematic diagram of deep gas charging mode in the Banqiao Saga.源儲一體型；b.源儲相鄰型和源儲分離型

圖14 板橋凹陷板深35氣藏巖樣流體包裹體顯微照片F(xiàn)ig.14 Photomicrographs of fluid inclusions in Banshen35 gas reservoir in the Banqiao Saga，b.分別為油包裹體透射光和熒光顯微照片，BS35井，埋深4 123.9 m；c.為油包裹體熒光照片，BS35井，埋深5 075.5 m；d.為油包裹體熒光照片，BS35井，埋深5 075.3 m；e,f.為油包裹體呈穿石英顆粒裂紋分布，B1711井，埋深3 469.5 m

3 深層天然氣成藏期次和成藏過程

3.1 流體包裹體巖相學特征

在透射光和熒光下觀察可以發(fā)現(xiàn)，板深35氣藏儲層砂巖中發(fā)育多種類型的流體包裹體，有氣-液兩相油包裹體(圖14a—c)和與之伴生的鹽水包裹體、純液相油包裹體和與之伴生的鹽水包裹體(圖14d,e)；包裹體形狀主要以不規(guī)則狀、橢圓狀和渾圓狀為主。包裹體的直徑存在很大的差異性，主要介于5～40 μm，同時也存在微型包裹體。該地區(qū)的烴類包裹體主要存在兩種熒光顏色，主要為近亮藍-藍白色(圖14b,c)和藍綠色(圖14d，e)。對板1711井和板深35井砂巖樣品中烴類包裹體熒光顏色豐度進行統(tǒng)計可以發(fā)現(xiàn)，近亮藍-藍白色熒光油包裹體的豐度最高，幾乎深層致密砂巖樣品都有發(fā)現(xiàn)，在個別樣品中會出現(xiàn)藍綠色的油包裹體和純氣相包裹體。烴類包裹的產(chǎn)狀較為單一，主要分布于石英愈合裂隙中，較少分布于石英和碳酸鹽膠結(jié)物中。在個別巖樣的石英顆粒中存在多道平行的烴類包裹體群(圖14e,f)。綜上所述，研究區(qū)巖樣的烴類包裹體熒光顏色相對單調(diào)，主要分布于石英愈合裂隙中，揭示了研究區(qū)油氣充注的多期性，需結(jié)合埋藏史進一步分析油氣的充注過程。

3.2 流體包裹體均一溫度與成藏期次

通過對板1711井和板深35井不同層位儲層烴類包裹體伴生的鹽水包裹體均一溫度進行統(tǒng)計分析(圖15)，將此分析結(jié)果數(shù)據(jù)投到單井埋藏史圖上可以得到研究區(qū)油氣充注的時間[33-36]。根據(jù)前文所述天然氣的成因分析可以發(fā)現(xiàn)研究區(qū)的主力烴源巖為沙三段，結(jié)合典型湖相烴源巖生烴動力學模型模擬該套烴源巖生油氣的演化過程。從油氣的充注時間和主力烴源巖的生烴演化史來看，研究區(qū)檢測到的藍綠色熒光油充注的時間為34.6～31.2 Ma(圖16)，此時沙三段烴源巖正處于成熟階段(0.7%～0.9%)，可能存在低熟油和成熟油的混合作用，且該類型的包裹體豐度相對較低，表明其充注強度相對較低。近亮藍-藍白色熒光油充注時間為5.6～1 Ma，此時烴源巖正處于高成熟階段，開始大量生氣。該時期檢測到的近亮藍-藍白色熒光油包裹體豐度高，充注強度大，也反映出明化鎮(zhèn)組中后期—現(xiàn)今是該地區(qū)凝析油氣充注的關鍵時期。

3.3 深層天然氣成藏過程

綜上所述，結(jié)合板橋凹陷深層致密砂巖氣充注動力、阻力以及流體包裹體分析，可以發(fā)現(xiàn)研究區(qū)存在兩次重要的油氣充注過程。其中，晚期凝析油氣的充注是現(xiàn)今油氣成藏的主要貢獻值。目前研究區(qū)未發(fā)現(xiàn)橙黃色熒光的油包裹體，說明研究區(qū)沙三段烴源巖生成低熟油的規(guī)模較小，同時也未發(fā)現(xiàn)近藍色-近黃色熒光的油包裹體。目前在板深35井和板1711井埋深5 000 m左右檢測到藍綠色熒光油包裹體，而目前鉆井顯示為氣層，說明此處以前是古油藏，后期發(fā)生了驅(qū)替作用被破壞。因此，研究區(qū)烴源巖生排烴演化歷史、油氣充注機理和斷層活動性共同決定了板橋凹陷深層天然氣藏具有“兩期油氣充注，早油晚氣，晚期為主”的多階段、動態(tài)成藏過程。在沙一下沉積時期，沙三段烴源巖進入低成熟階段，規(guī)模較小，充注動力不足，斷層F1活動性強成為主要的油氣運移通道(圖17a)；在沙一上至東營組早期，沙三段烴源巖處于生烴高峰期，研究區(qū)第一期大規(guī)模充注藍綠色熒光階段的原油，該時期斷層F1和F3活動性都較強都是油氣運移的主要通道。其中斷層F3本身封閉性較差，先前圈閉中油藏被破壞，原油運移到其他部位成藏或者逸散，但該時期原油的充注量大于散失量(圖17b)；在明化鎮(zhèn)組中-后期至現(xiàn)今階段，沙三段烴源巖進入高成熟階段，大量凝析油和天然氣生成，生烴增壓，導致源儲壓差增大，充注動力強。此時雖然斷層F1和F3活動性弱，但是斷層帶的排替壓力小于天然氣的充注動力，而且與斷層相連的砂層的排替壓力小于斷層帶的排替壓力，因此凝析油和天然氣一方面直接向砂層充注，另一方面巖斷層帶垂向運移再向砂層側(cè)向充注，形成大量的巖性油氣藏，在斷層附近形成大量的油氣聚集(圖17c)。沿斷層垂向運移的油氣，在運移的過程中受到溫度和壓力的影響，凝析氣中的液態(tài)烴便會析出成為油氣藏或者油藏，因此板深35氣藏總體上呈現(xiàn)出“上油下氣，斷層帶富集”的分布規(guī)律。

圖15 板橋凹陷儲層流體包裹體均一溫度分布Fig.15 Distribution of the homogenization temperatures of fluid inclusions in the Banqiao Sag

圖16 板橋凹陷烴類充注時間Fig.16 Charging time of hydrocarbons in the Banqiao Saga.埋藏史;b.生烴量變化;c.反射率變化

圖17 板橋凹陷深層油氣成藏過程Fig.17 Deep hydrocarbon accumulation process in the Banqiao Saga.沙一下沉積后期，低熟油充注；b.沙一上至東營組沉積時期，成熟原油充注，伴隨著混合作用；c.明化鎮(zhèn)組中后期至現(xiàn)今，凝析油氣充注

4 結(jié)論

1) 板橋凹陷在3 500 m以下發(fā)育典型的深層低滲透(致密)砂巖氣藏。通過氣源對比，發(fā)現(xiàn)深層天然氣藏主要來自成熟-高成熟演化階段的沙三段烴源巖，深層天然氣主要為凝析油伴生氣和煤型氣的混合氣。板橋凹陷深層天然氣中的源-儲結(jié)構(gòu)主要為源-儲一體型(Es3(3)+ Es3(2))、源-儲相鄰型(Es3(1))和源-儲分離型(沙二和沙一)3種類型。

2) 板橋凹陷深層低滲透(致密)砂巖天然氣的充注通道主要為孔隙、砂泥巖界面的裂隙以及斷層。天然氣的充注動力比較大，其中源儲一體型在7.80～7.95 MPa，源-儲相鄰型和源-儲分離型在4.80～9.55 MPa。斷裂帶的排替壓力分布在3.14～7.05 MPa，砂層排替壓力分布在0.01～0.29 MPa，充注動力大于阻力。

3) 板橋凹陷深層低滲透(致密)砂巖天然氣有兩種充注方式：第一種為充注壓力作用下，天然氣由烴源巖直接向砂層充注；第二種為天然氣首先由烴源巖進入斷層帶，在斷層帶發(fā)生垂向運移，然后再側(cè)向進入砂層。源-儲一體型深層天然氣存在著上述兩種充注方式，但以第一種充注方式為主，源-儲相鄰型和源-儲分離型深層天然氣為第二種充注方式。

4) 在流體包裹體分析的基礎上，綜合油氣充注機理、斷層活動性以及烴源巖生烴演化，表明研究區(qū)存在兩次主要的油氣充注過程，深層天然氣以晚期充注為主。深層天然氣藏表現(xiàn)為“兩期油氣充注，早油晚氣，晚期為主”的多階段、動態(tài)成藏過程。沿斷層垂向運移的油氣，在運移過程中受到溫度和壓力的影響，凝析氣中的液態(tài)烴便會析出成為油氣藏或者油藏，導致深層氣藏總體上呈現(xiàn)出“上油下氣，斷層帶富集”的分布規(guī)律。