阜新盆地油氣資源勘探及產(chǎn)能研究

宋凱林，朱 琳

1. 遼寧省能源地質(zhì)勘查開發(fā)研究院有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽 110013；2. 遼寧省地礦集團(tuán)能源地質(zhì)有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽 110013

0 引言

中國油氣勘探經(jīng)歷了構(gòu)造油氣藏、巖性-地層油氣藏勘探階段，現(xiàn)今進(jìn)入了常規(guī)與非常規(guī)油氣并舉的“立體綜合勘探”階段［1-2］. 針對國內(nèi)外不同地區(qū)的地質(zhì)條件和油氣資源分布情況，學(xué)者們采用了不同的勘探方法及分析手段，對不同地區(qū)的地質(zhì)情況及油氣資源分布進(jìn)行了研究. 張光亞等［3］分析了13 個(gè)地質(zhì)時(shí)期的原型盆地類型及其位置分布，提出了全球原型盆地的形成與板塊構(gòu)造演化密切相關(guān)，并預(yù)測了盆地油氣資源的生-儲-蓋組合分布與油氣富集有利區(qū). 何登發(fā)等［4-5］對中國盆地油氣勘探及資源分布特征進(jìn)行了總結(jié)分析，提出了新的勘探理念和方法以及用于預(yù)測資源豐度的統(tǒng)計(jì)預(yù)測模型. 管晉紅等［6-7］對含油氣盆地構(gòu)造及成藏規(guī)律進(jìn)行了分析，總結(jié)了現(xiàn)有的盆地構(gòu)造演化分析、油源對比分析、碳同位素分析等方法在油氣成藏過程研究中的應(yīng)用，闡明了油氣成藏機(jī)制和分布規(guī)律. 陳建宏等［8］研究了安達(dá)曼海區(qū)域構(gòu)造-沉積演化和盆地油氣地質(zhì)特征，建立了油氣成藏模式，分析了其勘探潛力. 李國欣等［9］總結(jié)了柴達(dá)木地區(qū)盆地油氣資源的成盆、成儲、成藏規(guī)律，指出了未來勘探轉(zhuǎn)型的領(lǐng)域和方向. 劉池洋等［10］對鄂爾多斯地區(qū)盆地資源的成因及賦存-成藏特點(diǎn)進(jìn)行了研究，提出了常規(guī)與非常規(guī)油氣存在明顯的時(shí)空過渡性和共存兼容性，低滲-特低滲致密儲層廣布，具有豐富的勘探潛力. 董清水等［11-12］對松遼盆地油氣資源進(jìn)行了野外地質(zhì)調(diào)研和測試分析，發(fā)現(xiàn)了良好的自生自儲、下生上儲和上生下儲型生儲蓋組合，提出了隱蔽的巖性油氣藏和刺穿構(gòu)造油氣藏是有利的油氣勘探方向. 周亞龍等［13-15］依據(jù)塔里木盆地油氣的化學(xué)特征，提出了大型盆地可以采用甚低密度油氣地球化學(xué)填圖技術(shù)，發(fā)揮了油氣化探“迅速掌握全局、快速縮小靶區(qū)”的戰(zhàn)略性作用.

阜新盆地煤炭資源豐富，是我國重要的煤炭基地之一. 阜新盆地還具有豐富的常規(guī)油氣、煤層氣、頁巖氣資源，根據(jù)遼寧省中生代沉積盆地油氣資源預(yù)測，阜新盆地油氣資源量約為1 734×104～2 117×104t［16］.阜新盆地歷經(jīng)多次構(gòu)造演化，地層分布、斷裂系統(tǒng)較為復(fù)雜. 根據(jù)國內(nèi)外已有研究，油氣資源分布及顯示與地層斷層具有相關(guān)性，早期油氣資源沿?cái)鄬游恢孟蛏暇奂?，后期根?jù)地質(zhì)構(gòu)造變動形成油氣資源儲藏.根據(jù)以往油氣勘探工作，阜新盆地油氣資源主要富集在東梁區(qū)，雖然該區(qū)不具備形成大規(guī)模油氣田的潛力條件，但存在局部富集成藏的可能性.

本文在已有研究的基礎(chǔ)上，對遼寧省阜新盆地油氣資源產(chǎn)能進(jìn)行試驗(yàn)及分析. 通過對遼阜地2 井的產(chǎn)能進(jìn)行測試試驗(yàn)，分析該區(qū)域的油氣資源條件和地質(zhì)條件，確定該地區(qū)的穩(wěn)定產(chǎn)能，對該地區(qū)資源條件、賦存條件進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)研及理論分析，為之后的遼西北地區(qū)盆地油氣資源勘探工作提供經(jīng)驗(yàn)和依據(jù).

1 研究區(qū)慨況

阜新盆地位于遼寧省西部，屬阜新、錦州兩市所轄，南北長約85 km，東西寬8～20 km，面積約1 500 km2.阜新盆地屬于勘探老區(qū)，勘探程度高. 多年來國內(nèi)外學(xué)者對阜新盆地的改造類型、油氣評價(jià)及勘探方向進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)阜新盆地改造類型屬于整體抬升剝蝕型，早白堊世斷陷期地層保存完整，缺失晚白堊世拗陷期及以上地層，主要的生儲蓋層九佛堂組、沙海組保存完好［16-19］.

自1995 年以來，阜新盆地進(jìn)行了大量煤層氣科研、勘探工作，并在劉家區(qū)取得成功，已經(jīng)開發(fā)利用.本次研究區(qū)位于阜新煤田中部偏南，距阜新市中心5 km 左右，賦存有阜新組煤層. 區(qū)域煤類以長焰煤為主，具有面積小、煤層厚度大、煤層氣含量高、豐度值高的特點(diǎn)，被列為阜新煤田煤層氣勘探靶區(qū). 隨著老井步入衰減期，阜新盆地目前日供氣量為3×104m3，平均單井日產(chǎn)氣量1 200～1 300 m3，累計(jì)供氣1.71×108m3，采出程度10.06%.

2 地質(zhì)條件

2.1 構(gòu)造位置

阜新盆地大地構(gòu)造位于中朝準(zhǔn)地臺燕山臺隙帶東北部，西以松嶺斷裂與羊山盆地相鄰，東以閭山斷隆與黑山-彰武盆地相鄰，南鄰山海關(guān)臺隆，北與內(nèi)蒙地軸接壤［20］（圖1）.

圖1 阜新盆地構(gòu)造簡圖Fig. 1 Tectonic sketch map of Fuxin Basin

2.2 地層

阜新盆地為北北東向斷陷盆地，以新太古界（Ar2）或中元古界（Pt2）地層為基底，其上發(fā)育中生界白堊系下統(tǒng)義縣組（K1y）、九佛堂組（K1j）、沙海組（K1sh）、阜新組（K1f），白堊系上統(tǒng)孫家灣組（K2s）及新生界第四系（Q）. 巖層情況如表1 所示.

表1 阜新盆地區(qū)域地層表Table 1 Regional stratigraphy of Fuxin Basin

2.3 構(gòu)造

阜新盆地為典型的陸相斷陷盆地，東西兩側(cè)盆緣斷裂為盆地一級構(gòu)造. 盆地次一級構(gòu)造以褶皺為主，從北向南依次為新邱-哈拉哈背斜、劉家-王營子向斜、東梁-清河門背斜、李金-九道嶺向斜，呈北東向雁行式排列（圖1）. 盆地內(nèi)主要發(fā)育北北東、北東東、北西、北北西向4 組斷裂，其中北北東向占34%，北東東向占15%左右，北西向占20%左右，北北西向占31%左右，斷層規(guī)模較大.

2.4 生-儲-蓋組合分析

阜新盆地發(fā)育發(fā)展過程中，存在兩套較穩(wěn)定的湖湘沉積暗色泥巖，為有機(jī)質(zhì)保存和轉(zhuǎn)化提供了有利條件，形成了九佛堂組上段和沙海組四段兩套生油氣巖系. 其中九佛堂組油氣可自生自儲，也可下生上儲至沙海組下部地層中；沙海組四段油氣可自生自儲，也可上生下儲至沙三段中，沙四段本身可作為良好的區(qū)域蓋層.

1）氣（油）源巖

九佛堂組、沙海組地層中賦存豐富的暗色泥、頁巖，富含大量生物化石，具備良好的油氣生成條件.

九佛堂組暗色泥巖沉積時(shí)期沉降幅度大，范圍廣，厚度300～700 m，含豐富的介形類、葉肢介等生物化石，屬半深水-深水湖泊相沉積. 沙海組四段地層以暗色泥、頁巖為主，厚度400～600 m. 該段具有巖性細(xì)、厚度大、層位穩(wěn)定的特點(diǎn)，富含腹足、雙殼等軟體動物化石，屬濱淺湖-半深水湖泊相沉積. 根據(jù)熱演化成熟度，沙海組屬低成熟—成熟階段，九佛堂組屬成熟—高成熟階段，暗色泥巖有機(jī)質(zhì)已經(jīng)轉(zhuǎn)化為烴，已生成油氣資源［21］.

2）儲集層

研究區(qū)主要為砂巖儲集層，具有連通空隙和儲集空間的砂體均可作為儲油、氣層. 九佛堂組地層含有砂巖、砂礫巖等粗碎屑巖，形成了自生自儲的組合條件. 沙海組三段地層以砂巖為主，孔隙度為15%～27%，可作為油氣儲存層位.

3）蓋層

蓋層為位于儲集層上方能夠阻止油氣體向上逸散的巖層. 九佛堂組泥、頁巖層具備蓋層條件；沙海組四段泥巖、粉砂巖致密均一，發(fā)育穩(wěn)定，可作為區(qū)域蓋層.

3 煤層氣資源

3.1 煤層氣賦存特征

研究區(qū)為富煤帶中心部位，煤層埋深為500～1 000 m.自上而下賦存水泉、孫本、中間、太平、高德五大可采煤層群，其中孫本、中間、太平煤層群全區(qū)發(fā)育，為煤層氣勘探開發(fā)主要目的層.

該區(qū)域煤類以長焰煤為主，深部有少量氣煤. 鏡煤最大反射率為0.60%，變質(zhì)程度較低. 該區(qū)煤層質(zhì)輕、性脆、受力后易裂碎而不成粉，具有易改造、壓裂效果良好的特點(diǎn). 主要煤層煤質(zhì)化驗(yàn)結(jié)果如表2 所示.

表2 煤層煤質(zhì)化驗(yàn)結(jié)果表Table 2 Assay results of coal seam quality

1）煤層割理發(fā)育特征

研究區(qū)煤層割理形態(tài)以矩形和平行網(wǎng)狀類型為主，可見的面割理規(guī)模長度2 m 以上. 與面割理垂直的端割理，密度較小，規(guī)模較小. 面割理的剖面形態(tài)與煤層面直交或以大于80°角度與層面近直交. 割理在煤層中分布均勻，在剖面有時(shí)呈束狀或成組產(chǎn)出.

2）煤儲層孔隙性

3）煤儲層滲透性

煤層氣勘探階段采用裸眼注入/壓降法試井測得3 個(gè)主要儲層段的滲透率數(shù)據(jù)，主要煤層滲透率如下：孫本煤層段滲透率0.428 mD，測試段厚27 m；中間煤層段滲透率0.469 mD，測試段厚度17.98 m；太平煤層段滲透率0.323 mD，測試段厚度59.59 m.

可以看出，該區(qū)儲層滲透性在平面上和垂向上有較大差異，驗(yàn)證了該區(qū)儲層的面割理發(fā)育程度大于端割理發(fā)育程度2 倍.

4）煤儲層吸附-解吸特征

煤層氣勘探階段在LJ-1、LJ-2 井中采集煤心樣品20 個(gè)，并進(jìn)行了平衡水高壓等溫吸附測試，結(jié)果見表3.

表3 煤儲層等溫吸附測試值Table 3 Isothermal adsorption test values of coal reservoirs

由等溫吸附試驗(yàn)（圖2）可以看出，3 個(gè)儲層的等溫吸附曲線變化形態(tài)基本一致，即在同等壓力條件下儲層對甲烷的吸附量一致，曲線平滑，漸變幅度穩(wěn)定，在儲層壓力范圍內(nèi)無明顯突變點(diǎn).

圖2 煤層等溫吸附曲線Fig. 2 Isothermal adsorption curves of coal reservoirs

根據(jù)實(shí)測數(shù)據(jù)，分別計(jì)算出各儲層實(shí)測臨界解吸壓力：孫本層5.0 MPa，飽和度85%；中間層6.0 MPa，近飽和；太平層6.6 MPa，飽和度96%. 由煤儲層煤層氣解吸值得出，該區(qū)煤儲層平均解吸率為90.68%，平均殘余氣率9.32%，吸附時(shí)間6～10 d.

W1#=0.6(0.6415,0.1279,0.7428,0.1056,0.0961)+0.4(0,0.5089,0.4449,0.5179，0)T=(0.3849,0.2803,0.6236,0.2705,0.0577)T

5）煤儲層壓力特征

根據(jù)LJ-1 參數(shù)井裸眼試井，測得煤儲層原始壓力及應(yīng)力參數(shù)見表4.

表4 主要煤層段儲層壓力特征值Table 4 Eigenvalues of reservoir pressure in major coal seams

分析得出，孫本煤層和中間煤層為欠壓儲層，孫本煤層欠壓幅度為10%，中間煤層欠壓幅度為18%. 太平煤層為平衡壓力儲層. 孫本煤層實(shí)測臨界解吸壓力與儲層壓力比為0.74，中間煤層臨儲壓力比為0.89，太平煤層臨儲壓力比為0.80. 由此得出，該區(qū)地應(yīng)力梯度約為0.013 kPa/m，儲層破裂壓力為10.6～11.5 MPa.

3.2 煤層氣含氣性

1）煤層氣組分

根據(jù)煤心煤層氣成分分析，研究區(qū)煤層氣組分平均值為甲烷（CH4）87.58%，氮?dú)猓∟2）9.20%，二氧化碳（CO2）3.18%，一氧化碳和重?zé)N微量.

根據(jù)煤心解吸測試結(jié)果，甲烷含量變化較大，可能是由于鉆孔采樣方法和鉆井液影響造成氮?dú)馍?，?dǎo)致甲烷組分降低. 在排采井口氣流中，采得氣體組分甲烷含量均在97%～99%.

2）煤層氣含量

在LJ-1、LJ-2 井中采集煤心樣品20 個(gè)，根據(jù)蘭米爾方程得到孫本、中間、太平煤層理論含氣量的算數(shù)平均值（見表5）.

表5 各煤層含氣量Table 5 Gas content of each coal seam

根據(jù)實(shí)測及計(jì)算結(jié)果分析，研究區(qū)煤層氣地質(zhì)儲量17.03×108m3，為小型儲量規(guī)模. 含氣面積4.63 km2，儲量豐度為3.68×108m3/km2，為高豐度. 根據(jù)煤層氣參數(shù)及實(shí)驗(yàn)井排采情況，預(yù)計(jì)煤層氣井平均日產(chǎn)能3 000 m3，為中等產(chǎn)能.

4 石油資源

4.1 單井產(chǎn)能

遼阜地2 井深度1200m［23］，油氣產(chǎn)能測試148 d，分3 個(gè)階段，共連續(xù)排采115 d，累產(chǎn)液12 539.79 t，產(chǎn)油910.00 t，產(chǎn)氣137 420 m3. 最高日產(chǎn)油16.86 t，最高日產(chǎn)氣2 584 m3. 第三階段穩(wěn)定連續(xù)排采50 d，平均日產(chǎn)液93.79 t、日產(chǎn)油7.19 t、日產(chǎn)氣1 798 m3，含水92.3%，油氣比250 m3/t，油氣當(dāng)量8.69 t/d.

根據(jù)產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)結(jié)果，遼阜地2 井日產(chǎn)油量呈指數(shù)遞減規(guī)律，由此預(yù)測未來12 個(gè)月的平均日產(chǎn)油量（圖3）. 在現(xiàn)有開采方式條件下，第二年平均產(chǎn)油4.2 t/d.按300 d 計(jì)算，年產(chǎn)能1 260 t，單井產(chǎn)能預(yù)計(jì)可以達(dá)到7.0 t/d.

圖3 遼阜地2 井產(chǎn)量預(yù)測曲線圖Fig. 3 Oil production prediction curve of LFD-2 well

根據(jù)巖性、電性、沉積旋回和油水分布規(guī)律，遼阜地2 井沙海組下段分為3 個(gè)砂巖組，即砂巖組Ⅰ、砂巖組Ⅱ、砂巖組Ⅲ. 其中砂巖組Ⅰ分布范圍廣，厚度大，巖性以砂礫巖為主，是未來勘探開發(fā)的主力層段. 砂巖組Ⅱ以砂礫巖、粗砂巖為主，距離油源近，含油性好，是未來勘探開發(fā)的兼顧層，測井曲線圖如圖4 所示.

圖4 遼阜地2 井測井曲線圖Fig. 4 Logging curves of LFD-2 well

4.2 原油分析測試

遼阜地2 井原油同位素檢測在東北石油大學(xué)完成，采用福立GC9790II 氣相色譜儀和Delta V plus同位素比值質(zhì)譜儀，得到全油碳同位素值（δ13C）為-29.64%～-27.81‰，為II 型有機(jī)質(zhì)類型，即腐泥-腐植混合型. 進(jìn)一步證實(shí)了趙洪偉等［24］對阜新地區(qū)烴源巖的評價(jià)結(jié)果.

遼阜地2 井原油族組分檢測采用YRE-2000 型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀和ML204 型電子天平，飽和烴含量為50%～81.25%，平均值為65.93%；芳烴含量為10.62%～16.96%，平均含量為13.79%；非烴+瀝青質(zhì)含量為8.13%～35.44%，平均為20.29%. 原油族組分三角圖（圖5）顯示，遼阜地2 井原油以飽和烴為主，其他兩種組分次之.

圖5 遼阜地2 井原油族組分三角圖Fig. 5 Triangular diagram of crude oil group components of LFD-2 well

5 結(jié)論

1）遼阜地2 井所在地區(qū)煤層氣各儲層臨界解吸壓力為：孫本層5.0 MPa，飽和度85%；中間層6.0 MPa，近飽和；太平層6.6 MPa，飽和度96%. 該區(qū)地應(yīng)力梯度約為0.013 kPa/m，煤層氣儲量評價(jià)為小型中產(chǎn)能氣田.

2）遼阜地2 井148 d 累計(jì)產(chǎn)液12 539.79 t、產(chǎn)油910.00 t，產(chǎn)氣137 420 m3，最高日產(chǎn)油16.86 t，最高日產(chǎn)氣2 584 m3，井區(qū)單井產(chǎn)能預(yù)計(jì)為7.0 t/d.