鄂爾多斯盆地華慶地區(qū)致密砂巖油藏成藏條件研究

施砍園，龐雄奇，王 克，牛思琪

(1.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；2.中國石油大學(北京)，北京 102249；3.西安石油大學，陜西 西安 710065；4.中國石油長慶油田分公司，陜西 西安 710018)

0 引 言

華慶地區(qū)位于鄂爾多斯湖盆沉積中心，發(fā)育多套含油層系，其中，長6油層組沉積期主要處于半深湖—深湖環(huán)境，由于長6油層組在沉積時期一直處于湖盆的中心部位，砂體縱向上相互疊置，導致長6油層組的砂巖非均質(zhì)性強、物性差，難以形成大規(guī)模油藏，嚴重制約了華慶地區(qū)的勘探與開發(fā)[1]。近年來，通過對該地區(qū)的沉積因素、構(gòu)造條件、埋藏史、烴源巖特征、巖石學特征和油藏富集條件進行研究，提出了以“生烴增壓、近源運聚、大面積充注、油層連續(xù)分布”為核心的低孔滲巖性油藏成藏的新理念[1]，從而開闊了研究思路，加大了對鄂爾多斯盆地低滲透油藏的勘探與開發(fā)，發(fā)現(xiàn)了探明儲量達10×108t級華慶大油田。

前人對華慶地區(qū)的研究主要集中在沉積微相[2]、非均質(zhì)性[3]、孔隙結(jié)構(gòu)[4-5]等微觀特征和致密成因機理上[6]，對該地區(qū)延長組低滲透油藏成藏條件的研究還不夠深入。為此，通過對研究區(qū)長6段的烴源巖特征、儲層特征和油藏特征進行深入剖析,探討油藏的成藏條件,并且最終劃分出2個有利勘探區(qū)域，對研究區(qū)致密砂巖油藏的勘探開發(fā)具有重要的指導意義。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

華慶地區(qū)位于甘肅省華池縣-慶陽縣境內(nèi)，構(gòu)造上位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡西南部，局部發(fā)育鼻狀構(gòu)造[7]。此次研究范圍B257井區(qū)西起悅樂，東至林鎮(zhèn)，北起吳堡，南至大鳳川，面積約為2 640 km2(圖1)。

圖1 研究區(qū)地理位置

華慶地區(qū)的構(gòu)造特征大體與鄂爾多斯盆地一致。盆地的構(gòu)造形態(tài)為西窄東寬、北高南低，地層整體相對平緩，邊緣部分存在小的斷裂和褶皺，因此，整個構(gòu)造相對來說較穩(wěn)定[8-9]。區(qū)域內(nèi)發(fā)育有東西向的鼻狀構(gòu)造，為大型巖性油氣藏的形成提供了有利的條件。

根據(jù)該地區(qū)的巖性標志、碎屑巖石粒度特征、生物化石標志、沉積構(gòu)造以及測井相等資料綜合分析，將長6儲層劃分為三角洲前緣、重力流水道和滑塌重力流3個亞相，發(fā)育的主要微相有主水道砂質(zhì)碎屑流、水下分流河道和分流間灣微相[10]。華慶地區(qū)在長6沉積時期，湖水趨于穩(wěn)定狀態(tài)，湖盆下降速度變緩，開始大規(guī)模發(fā)育三角洲沉積相，砂體逐漸發(fā)育，湖盆中央為半深湖—深湖環(huán)境，隨著湖盆開始收縮，從東北和西南2個主要的物源區(qū)帶來了大量的碎屑物質(zhì)[11]。其中,東北物源區(qū)主要發(fā)育河流—沖積平原—曲流河三角洲相沉積，西南物源區(qū)主要發(fā)育沖積扇—辮狀河三角洲相沉積。在湖盆發(fā)展過程中，兩大物源區(qū)形成的沉積體系同時沉積，縱向上各類沉積體相互疊加，橫向上多套砂體相鄰。華慶地區(qū)主要受東北方向物源沉積體系的影響，具備了油氣成藏的基本地質(zhì)條件。

2 成藏條件

2.1 烴源巖條件

華慶地區(qū)在長73沉積時期，湖盆演化就已經(jīng)進入了全盛階段，湖水大面積擴張，沉積了一套厚度大、分布穩(wěn)定且TOC含量較高的烴源巖，包括暗色泥巖和油頁巖，這為各類低滲透油藏的形成提供了基本的物質(zhì)保障。

2.1.1 烴源巖有機質(zhì)豐度

此次研究主要通過總有機碳的含量來評價烴源巖有機質(zhì)豐度(表1)。長7油層組的油頁巖為華慶地區(qū)延長組最好的烴源巖，其厚度大、分布穩(wěn)定且TOC含量較高。如B246井TOC的平均值為6.04%，大于2.00%的占49%；W25井TOC的平均值為8.04%，大于2.00的占100%?？傮w來說，華慶地區(qū)B257井區(qū)長7油層組的烴源巖等級最好，為盆地內(nèi)最優(yōu)質(zhì)的烴源巖。

表1 有機碳泥質(zhì)烴源巖有機質(zhì)豐度標準

2.1.2 長7油層組高阻泥巖平面分布及評價

華慶地區(qū)烴源巖具有顏色較深、粒度較細、塊狀構(gòu)造明顯和巖性較純等特征，廣泛形成于半深湖—深湖相環(huán)境。華慶地區(qū)長7油層組高阻泥巖具有如下特征(圖2，h為烴源巖厚度)。

圖2 華慶地區(qū)長7油層組烴源巖平面分布

(1) 分布范圍廣泛。該地區(qū)幾乎所有區(qū)域都有高阻泥巖的存在，高阻泥巖的面積約占整個華慶地區(qū)總面積的99%。

(2) 沉積厚度大。華慶地區(qū)高阻泥巖厚度大于40 m的區(qū)域約占總面積的42%，厚度最大可達50 m以上；厚度為30～40 m的區(qū)域約占總面積的48%；厚度為20～30 m的區(qū)域約占總面積的8%；厚度為10～20 m的區(qū)域約占總面積的2%；烴源巖平均厚度約為35 m。在華池-山莊-牛正臺-南梁地區(qū)高阻泥巖的厚度最大，烴源巖等級最好。

(3) 條帶狀分布明顯，烴源巖厚度整體呈現(xiàn)西北向延伸。華慶地區(qū)長7油層組烴源巖具有有機質(zhì)豐度高、有機質(zhì)母質(zhì)類型好、成熟度高的特征，為優(yōu)質(zhì)烴源巖。華慶地區(qū)長7油層組高阻泥巖展布具有中部厚度大、分布廣、條帶狀分布明顯的特征；上部厚度逐漸減小，分布范圍呈收斂之勢；下部烴源巖厚度最小，分布范圍進一步縮小。從中部向兩邊呈現(xiàn)出沉積坳陷從發(fā)育向萎縮方向轉(zhuǎn)化的過程。

通過綜合研究可知，研究區(qū)西北—東南方向為最好烴源巖分布區(qū)，其余為好烴源巖分布區(qū)。最好烴源巖分布區(qū)內(nèi)烴源巖厚度一般大于40 m。

2.2 儲層特征

2.2.1 礦物成分

通過對華慶地區(qū)B257井區(qū)21口井117塊薄片進行巖心觀察和薄片鑒定。由結(jié)果可知，該地區(qū)長6油層組砂巖碎屑組分中石英含量平均為33.00%，長石含量平均為45.00%，巖屑含量平均為22.00%。根據(jù)薄片鑒定資料可知，華慶地區(qū)B257井區(qū)長6油層組的砂巖粒徑較細，為細砂，主要粒徑為0.10～0.20 mm，最大可達到0.35 mm，平均為0.12 mm。

根據(jù)Folk的砂巖分類，華慶地區(qū)B257井區(qū)長6油層組發(fā)育巖屑長石砂巖最多，其次為長石巖屑砂巖，極少數(shù)為巖屑砂巖(圖3)。由圖3可知，長6油層組砂巖具有低成分成熟度的特征，磨圓度多為次棱狀，砂巖分選多為中—好，結(jié)構(gòu)成熟度中等，由此可以看出，該地區(qū)砂巖形成時具有相對穩(wěn)定的沉積和構(gòu)造條件。

圖3 華慶地區(qū)B257井區(qū)長6巖石類型三角圖

2.2.2 填隙物特征

華慶地區(qū)B257井區(qū)長6油層組填隙物含量較高，常見的膠結(jié)物有水云母、綠泥石、鐵方解石、鐵白云石和硅質(zhì)，含量為1.00%～22.00%，平均為14.30%(表2)。

表2 華慶地區(qū)B257井區(qū)長6油層組填隙物含量

2.2.3 成巖作用

根據(jù)華慶地區(qū)B257井區(qū)21口井117塊薄片資料和掃描電鏡資料可知，華慶地區(qū)經(jīng)歷的成巖作用主要有以下4種類型。

(1) 機械壓實作用。機械壓實作用是指沉積物在早期成巖階段，在上覆壓力下導致孔隙中的物質(zhì)流出，孔隙體積變小的作用[12]。華慶地區(qū)B257井區(qū)機械壓實作用主要表現(xiàn)為：①顆粒的塑性變形，如黑云母等發(fā)生變形，鐵白云石沿碎屑邊緣交代；②顆粒定向排列，如云母呈層狀展布，綠泥石呈薄膜狀分布并且層理發(fā)育；③剛性顆粒被壓碎，通常石英顆粒的硬度大，但在鏡下可以觀察到石英顆粒內(nèi)存在微裂縫。

(2) 膠結(jié)作用。研究區(qū)膠結(jié)作用主要包括硅質(zhì)膠結(jié)作用、碳酸鹽膠結(jié)作用和黏土礦物膠結(jié)作用。在華慶地區(qū)B257井區(qū)的砂巖中硅質(zhì)膠結(jié)物含量較少，平均為8.69%，并主要以石英質(zhì)加大使顆粒呈鑲嵌狀和硅質(zhì)加大發(fā)育的形式產(chǎn)出在石英顆粒的表面和粒內(nèi)溶孔之中。碳酸鹽膠結(jié)物在華慶地區(qū)B257井區(qū)中非常普遍，占42.15%，其中，鐵方解石占26.71%、白云石占4.24%、鐵白云石占11.20%。鐵白云石呈細晶充填孔隙，交代碎屑，鐵方解石既可以呈斑狀也可呈細晶狀充填孔隙。黏土礦物膠結(jié)作用在華慶地區(qū)B257井區(qū)長6油層組碎屑巖中非常普遍，占49.15%，成分上高嶺石占0.12%、水云母占38.71%、綠泥石膜占10.32%，云母存在泥鐵礦化，定向排列，變形強烈，少數(shù)伊利石呈絲狀充填孔隙。

(3) 溶解作用。在成巖過程中時刻發(fā)生著溶解作用，華慶地區(qū)B257井區(qū)主要以長石溶解為主，在長石溶解過程中會產(chǎn)生次生孔隙，增大了孔隙流動的面積，很大程度上改善了儲層物性。

(4) 交代作用。交代作用是指在變質(zhì)過程中，隨著圍巖與侵入體的物質(zhì)交換，導致舊化學成分被新化學成分所替代，從而形成新的巖石，在交代作用過程中巖石成分發(fā)生明顯的改變，導致產(chǎn)生大量的新礦物。華慶地區(qū)B257井區(qū)主要的交代作用有鐵白云石交代方解石、鐵方解石交代長石等。

2.2.4 孔隙類型

華慶地區(qū)B257井區(qū)長6油層組的孔隙類型以粒間孔為主，長石溶孔次之，面孔率為3.20%左右(表3、圖4)。

表3 華慶地區(qū)長6油層組孔隙類型

圖4 華慶地區(qū)B257井區(qū)主要孔隙類型

2.2.5 孔喉特征

華慶地區(qū)長63油層組排驅(qū)壓力約為1.30 MPa，中值半徑為0.15 μm，退汞效率約為26.20%，分選系數(shù)為1.90，表明華慶地區(qū)B257井區(qū)長6油層組孔喉結(jié)構(gòu)均屬小孔微細喉型。

2.2.6 儲層物性特征

通過華慶地區(qū)B257井巖心分析報告、測井資料和常規(guī)物性資料分析可知，華慶地區(qū)B257井長6油層組孔隙度平均為10.83%，滲透率平均為0.42 mD。通過239個樣品的物性資料分析可知，長6油層組砂巖的孔隙度為6.00%～16.00%，滲透率為0.02～2.64 mD。

在平面上，華慶地區(qū)長6油層組砂巖孔隙度以10.00%～12.00%為主，整體趨勢沿著砂體展布方向，且在該方向連通性好，其中，在華池地區(qū)孔隙度分布比較穩(wěn)定(圖5)。華慶地區(qū)長6儲層砂巖滲透率為0.10～0.20 mD，同樣在華池地區(qū)滲透率分布比較穩(wěn)定。

圖5 華慶地區(qū)長6油層組孔隙度平面分布

綜合來看，華慶地區(qū)B257井區(qū)長6儲層屬于低孔滲儲層，巖石物性相對較差。

2.3 油藏特征

2.3.1 油層發(fā)育特征

華慶地區(qū)B257井區(qū)長6油層組沿南西—北東方向展布，整個井區(qū)油層厚度為0.00～38.00 m，平均厚度為12.40 m，油層厚度展布方向與砂體厚度的展布方向一致。

2.3.2 油藏類型及特征

華慶地區(qū)長63油藏地面原油的密度、黏度和凝固點都比地層原油高，地層水呈弱酸性，為CaCl2型?？傮w來說，該地區(qū)油藏的封閉性較好，有利于油氣的聚集和保存。

華慶地區(qū)長6油層組油藏以低滲、低壓、低產(chǎn)為特征，溶解氣驅(qū)為主，有利于形成大型低滲透巖性油藏。沉積相直接影響油氣成藏，該地區(qū)在沉積相的控制下逐漸形成了低滲透儲層。在沉積期，湖盆中部和底部受物源和地質(zhì)事件的影響，發(fā)育大面積受三角洲控制的儲集砂體，該砂體物性較差，演化程度復雜，各類砂體在縱向上互相疊置，形成巖性圈閉，發(fā)育巖性油藏[13]。

2.3.3 油藏富集規(guī)律

(1) 油源條件。華慶地區(qū)長6油層組中的原油主要來源于長7油層組的張家灘頁巖，由于華慶地區(qū)B257井區(qū)長7油層組的最好烴源巖分布區(qū)內(nèi)烴源巖厚度大于40.00 m，因此，長6油層組的烴源巖等級屬于最好，是主力烴源巖。

(2) 沉積相及儲層物性。華慶地區(qū)在長6沉積時期湖水趨于穩(wěn)定狀態(tài)，面積擴張非常穩(wěn)定，湖盆下降速度逐漸變緩，開始大規(guī)模發(fā)育三角洲沉積相，砂體逐漸發(fā)育，湖盆中央為半深湖—深湖環(huán)境，隨著湖盆開始緩慢收縮，從東北和西南2個主要的物源區(qū)帶來了大量的碎屑物質(zhì)。

(3) 構(gòu)造因素。華慶地區(qū)整個構(gòu)造特征相對來說較穩(wěn)定，區(qū)域內(nèi)發(fā)育有東西方向的鼻狀構(gòu)造，目前已發(fā)現(xiàn)的延長組含油富集區(qū)的油藏均位于鼻狀構(gòu)造帶上。研究表明，鼻狀構(gòu)造為油藏提供了良好的圈閉條件，對油藏的富集有明顯的控制作用，可為大型巖性油氣藏的形成提供有利條件。

(4) 蓋層條件。通過對華慶地區(qū)長6油藏的研究發(fā)現(xiàn)，幾乎所有油藏的頂部都發(fā)育厚度穩(wěn)定的的泥巖蓋層，可以對下部的油氣起到良好的阻擋作用，使油氣不會散失。

(5) 流體運移和聚集條件。華慶地區(qū)長6油藏屬于低滲透油藏，砂體分布極不均勻，泥巖蓋層較厚，儲層的演化過程較復雜，物性總體較差，導致油氣主要通過垂向運移和短距離的側(cè)向運移就近聚集，有利于油藏富集。

3 有利勘探區(qū)預測

目前，研究區(qū)內(nèi)共有工業(yè)油流井167口，油氣井43口，設(shè)計井38口，低產(chǎn)油流井22口，產(chǎn)水井15口，干井9口，未下套管井1口和正鉆井1口，是評價有利區(qū)的重要條件。

通過華慶地區(qū)B257井區(qū)長6油層組的沉積背景、構(gòu)造條件、儲層條件、烴源巖條件和生產(chǎn)情況等條件的分析，將試油結(jié)果達到工業(yè)油流作為標準，將物性好的區(qū)域和構(gòu)造圖相互疊加，最終確定了2個有利區(qū)域，有利區(qū)域Ⅰ位于B503區(qū)塊，有利區(qū)域Ⅱ位于S160區(qū)塊(圖6)。這2個區(qū)域內(nèi)的井均達到了工業(yè)油流井的標準，且這2個有利區(qū)域在沉積期處在湖盆中心，沉積的砂體厚度較大，烴源巖厚度較大，物性、生產(chǎn)情況、錄井油氣顯示均較好，是華慶地區(qū)B257井區(qū)的有利部署區(qū)域，將為研究區(qū)致密砂巖油藏的勘探開發(fā)提供重要的理論基礎(chǔ)。

圖6 華慶地區(qū)B257井區(qū)長6油藏有利區(qū)預測

4 結(jié) 論

(1) 華慶地區(qū)長6油層組中的原油主要來源于長7油層組的張家灘頁巖。在平面上，長7油層組高阻泥巖具有分布范圍廣泛、沉積厚度大、條帶狀分布明顯的特征。研究區(qū)中部的呈西北—東南方向的烴源巖厚度大于40.00 m，為最好烴源巖。

(2) 華慶地區(qū)B257井區(qū)長6油層組屬于低孔低滲儲層，主要發(fā)育極細—細粒巖屑長石砂巖和長石巖屑砂巖。該地區(qū)砂巖分選多為中—好，磨圓度多為次棱狀，以孔隙膠結(jié)為主，孔喉以小孔微喉型為主，孔喉連通性中等，顆粒間接觸類型以線接觸為主，孔隙組合類型多以粒間孔為主，長石溶孔次之。其中，常見的膠結(jié)物主要有水云母、綠泥石膜、鐵方解石和硅質(zhì)。

(3) 華慶地區(qū)B257井區(qū)長6油層組沿南西—北東方向展布，油層厚度為0.00～38.00 m，平均厚度為12.40 m，油層厚度展布方向與砂體厚度的展布方向一致。華慶油田長63油藏具有密度較低、黏度較低、凝固點較低的特點。

(4) 根據(jù)有利區(qū)域預測依據(jù)確定了2個最有利區(qū)域，有利區(qū)域Ⅰ位于B503區(qū)塊，有利區(qū)域Ⅱ位于S160區(qū)塊，可以有效地指導華慶地區(qū)B257井區(qū)長6致密砂巖油藏勘探和開發(fā)。