古龍南凹陷葡萄花油層致密油成藏機理研究

劉福義

(神華地質(zhì)勘察有限責(zé)任公司，北京 100022)

古龍南凹陷葡萄花油層致密油成藏機理研究

劉福義

(神華地質(zhì)勘察有限責(zé)任公司，北京 100022)

古龍南凹陷葡萄花油層油水關(guān)系復(fù)雜，由凹陷中心向四周表現(xiàn)為致密油藏-油水過渡帶-常規(guī)油藏的特點。通過沉積微相、儲層微觀孔隙特征、成巖作用、恒速壓汞實驗、相滲實驗研究可知，凹陷中心區(qū)以三角州前緣席狀砂為主，北部和西部物源交互沉積，形成了條帶狀或透鏡狀砂體。砂體泥質(zhì)含量較高，成巖作用較強，儲層巖石親油。凹陷內(nèi)儲層喉道半徑大于構(gòu)造高部位區(qū)儲層喉道半徑，且分選性較差；凹陷區(qū)儲層孔隙半徑小于高部位區(qū)儲層孔隙半徑，且分選性較好。凹陷區(qū)儲油空間以喉道為主，凹陷區(qū)內(nèi)儲層孔隙、喉道數(shù)量較少，孔喉半徑比相對較小，孔隙連通性較差；構(gòu)造高部位區(qū)儲油空間以孔隙為主，儲層孔隙、喉道數(shù)量較多，孔喉半徑比較大，孔隙連通性較好；石油成藏動力以喉道毛管力與下伏地層生烴壓力為主。

松遼盆地；葡萄花油層；致密油;向斜成藏;恒速壓汞;毛管力;相滲曲線

經(jīng)勘探研究，古龍南凹陷葡萄花油層孔隙度小于10%，滲透率小于1×10-3μm2，具有油下水上的倒置型油水接觸關(guān)系，為典型的致密油層[1-4]。自從致密油發(fā)現(xiàn)以來，其油氣藏聚集機理一直是國內(nèi)外學(xué)者研究的焦點，并提出多種聚集機理來解釋其聚集特征[1, 5-9]。近年來，一些學(xué)者從動力學(xué)分析角度研究了向斜區(qū)致密油藏的動力來源，提出了滯留效應(yīng)及毛細管力原理[7]。這種觀點認為油氣在向斜區(qū)低-超低滲透儲層中運移時，氣、水以單個或幾個分子結(jié)合的狀態(tài)運移，能夠自由通過喉道，而油珠的最小直徑一般要大于喉道直徑，必須通過變形才能通過，導(dǎo)致氣、水優(yōu)先運移，而油珠運移滯留，聚集成藏[7]，但沒有指出空間上孔隙、喉道變化規(guī)律及其原因，且有關(guān)油、氣、水運移形態(tài)缺乏充足的證據(jù)。該觀點也提出了毛管力的變化導(dǎo)致油水分異[7]，但缺乏具體的過程分析，尤其是空間上孔隙微觀特征變化與毛管力變化的關(guān)系，還有待深入研究。本文將結(jié)合沉積微相研究、儲層微觀孔隙特征、成巖作用及恒速壓汞、相滲實驗研究結(jié)果，綜合分析致密油成藏機理，以期從根源上解決致密油成藏動力學(xué)長期爭論的問題[1, 10-12]。

1 沉積構(gòu)造背景

古龍南凹陷區(qū)域構(gòu)造位置位于松遼盆地中央坳陷區(qū)齊家-古龍凹陷南部，西北部跨入龍虎泡-大安階地。凹陷的主體為古龍向斜，其西部是月亮泡鼻狀構(gòu)造、東部為新肇鼻狀構(gòu)造，北部是葡西鼻狀構(gòu)造，南部是大安鼻狀構(gòu)造[13]。

松遼盆地自晚侏羅世以來經(jīng)歷了早期斷陷、中期坳陷、晚期萎縮3個時期，中期坳陷期是盆地的全盛時期，在白堊系沉積了青山口組、姚家組、嫩江組地層，以砂泥巖互層為主，地層厚度空間上由西向東、由北向南呈增厚的趨勢[13]。

古龍南凹陷葡萄花油層發(fā)育于白堊系姚家組一段，主要為淺水湖泊背景下的三角洲前緣沉積，受西部和北部物源沉積體系控制，以西部物源沉積體系為主。沉積微相類型有水下分流河道、水下分流間灣、水下決口扇、河口壩和席狀砂。多方向展布、錯疊分布的水下分流河道和前緣席狀砂是主要的儲層砂體類型[14]。由于物源方向不同，且水動力強度頻繁變化，導(dǎo)致沉積物向湖盆內(nèi)推進距離差異性波動，其砂體的形狀呈現(xiàn)出條帶狀或透鏡狀，凹陷中心顆粒較細，泥質(zhì)含量較高。

2 巖石學(xué)特征及儲層物性

古龍南凹陷葡萄花油層以巖屑長石砂巖和長石巖屑砂巖為主，巖石粒度較細，以粉砂、細砂為主，填隙物以黏土礦物和碳酸鹽礦物為主。黏土礦物以雜基的形式填充在儲層巖石顆粒之間，以綠泥石、伊利石為主，空間上不等比例發(fā)育高嶺石及伊蒙混層，蒙脫石含量極低[15-18]。

巖心分析資料表明，古龍南凹陷鼻狀構(gòu)造區(qū)孔隙度較高，為中-高孔，孔隙度15%～30%，凹陷中心區(qū)為低孔-特低孔，孔隙度2%～10%；凹陷中心鼻狀構(gòu)造區(qū)滲透率(10～85)×10-3μm2，為低滲，凹陷中心區(qū)滲透率(0.01～10)×10-3μm2，為特低滲-超低滲。凹陷中心與鼻狀構(gòu)造之間的斜坡區(qū)孔、滲介于二者之間。從凹陷中心向四周構(gòu)造高部位地區(qū)孔滲具有環(huán)帶狀增加的趨勢。

3 恒速壓汞實驗分析與孔喉分布特征

選擇古龍南凹陷中心英79井及凹陷周緣構(gòu)造高部位區(qū)古651井進行了恒速壓汞實驗，以分析其孔隙、喉道的空間分布及關(guān)系。

英79井氣測孔隙度為6.2%，氣測滲透率為0.03×10-3μm2，為特低孔、超低滲。其單位體積喉道個數(shù)178個/cm3，喉道半徑加權(quán)平均值3.14 μm，局部集中，整體分散。古651井氣測孔隙度為13.6%，氣測滲透率為0.75 ×10-3μm2，為低孔、超低滲。古651井單位體積喉道個數(shù)6229個/cm3，喉道半徑加權(quán)平均值0.85 μm，分布較集中。英79井喉道個數(shù)較古651井少，且喉道分選差，喉道半徑整體較大。

英79井單位體積孔隙個數(shù)178個/cm3，孔隙半徑加權(quán)平均值118.84 μm，整體集中，呈正態(tài)分布(圖1)；古651井單位體積孔隙個數(shù)6 229個/cm3，孔隙半徑加權(quán)平均值124.63 μm，整體集中，呈半正態(tài)分布(圖2)。英79井孔隙個數(shù)較古651井少得多，且較分散。

英79井單位體積巖樣孔喉半徑比個數(shù)159個/cm3，孔喉半徑比加權(quán)平均值303.3 μm，分布分散(圖3)；古651井單位體積巖樣孔喉半徑比個數(shù)3411個/cm3，孔喉半徑比加權(quán)平均值234.45 μm，分布集中，呈正態(tài)分布(圖4)。英79井巖樣孔喉半徑比個數(shù)比古651井少得多，且孔喉半徑比值分散。

由孔隙、喉道毛管壓力曲線看出(圖5，圖6，圖7，圖8)，英79井總毛管力曲線平緩段較短，歪度較小，而古651井總毛管力曲線平緩段較長，歪度較大。說明英79井有效滲透孔隙喉道較少，且分選較好，而古651有效孔隙、喉道較多，分選較差。英97井排驅(qū)壓力及飽和度中值壓力明顯大于古651井，英97井初始進汞孔喉半徑明顯小于古651井，英97井進汞飽和度比古651井進汞飽和度小得多，說明其采收率較低。英97井孔隙毛管力曲線為直線，說明孔隙幾乎不連通，其滲透性主要取決于喉道；而古651井孔隙、喉道曲線變化較一致，其滲透性由孔隙和喉道共同控制。

圖1 英79井孔隙半徑分布

圖2 古651井孔隙半徑分布

圖3 英79井孔喉半徑比分布

圖4 古651井孔喉半徑比分布

圖5 英79井孔隙喉道毛管壓力曲線

圖6 古651井孔隙喉道毛管壓力曲線

圖7 英79井孔隙喉道毛管壓力與喉道半徑關(guān)系

圖8 古651井孔隙喉道毛管壓力與喉道半徑關(guān)系

由以上分析可知，凹陷中心區(qū)儲層喉道半徑較構(gòu)造高部位區(qū)大，且分選性較好，構(gòu)造高部位區(qū)儲層喉道半徑較小，且分選性差；凹陷區(qū)內(nèi)儲層孔隙、喉道數(shù)量較少，而構(gòu)造高部位區(qū)儲層孔隙、喉道數(shù)為凹陷區(qū)的500倍；凹陷中心區(qū)儲層孔隙半徑比構(gòu)造高部位區(qū)儲層孔隙半徑小，且分選性較好；凹陷中心儲層孔喉半徑比分散，其值呈兩極分布，構(gòu)造高部位區(qū)儲層孔喉半徑比較集中，呈正態(tài)分布；凹陷中心區(qū)儲層孔隙不連通，主要存儲空間為喉道，而構(gòu)造高部位區(qū)儲層孔隙連通，主要存儲空間為孔隙。

4 相滲分析

以凹陷中心內(nèi)英79井和構(gòu)造高部位區(qū)古651井葡萄花油層相滲實驗為例，說明其相滲特點(圖9，圖10)。

圖9 英79井油水兩項相滲曲線

圖10 古651井油水兩項相滲曲線

英79井束縛水飽和度(krw)為24.4%，殘余油飽和度(kro)為44.7%，等滲點含水飽和度為43%，兩相共滲范圍較小，為30.9%，巖石親油，孔隙小，連通性差；油相滲透率下降較快，殘余油飽和度98%，束縛水飽和度53%(圖9)。古651井束縛水飽和度23.4%，殘余油飽和度51.1%，等滲點含水飽和度為38%，兩相共滲范圍較小，為25.5%。巖石親油，孔隙小，連通性差；油相滲透率下降較快，殘余油飽和度96%， 束縛水飽和度58%。

由相滲曲線可以推斷，古龍南凹陷葡萄花油層儲層巖石親油，凹陷區(qū)儲層巖石的親油性明顯強于構(gòu)造高部位地區(qū)。儲層巖石的親油性與其成巖作用、綠泥石和伊利石等黏土含量較高等因素密切相關(guān)[17-22]。

5 油層油水分布特征與向斜成藏機制

古龍南葡萄花油層油水分布規(guī)律為：英臺鼻狀構(gòu)造為水層，三肇鼻狀構(gòu)造及新站鼻狀構(gòu)造為油層，凹陷中心區(qū)為油層，凹陷中心到鼻狀構(gòu)造的斜坡處為油水同層，靠近中心位置斜坡多為下油上水，靠近鼻狀構(gòu)造位置斜坡為下水上油。總體上，從凹陷中心到構(gòu)造高部位區(qū)呈環(huán)形狀分布著滯留區(qū)、油水同層區(qū)及重力分異區(qū)，具備向斜內(nèi)致密油分布的特點[23-25]。

古龍南凹陷葡萄花油層主要為三角洲前緣席狀砂沉積，泥質(zhì)含量較高，經(jīng)多期成巖作用后黏土礦物大多蝕變?yōu)橐晾途G泥石，孔隙巖石壁親油。毛管力與下伏地層的排烴壓力為油氣運移的主要動力。凹陷中心儲層以喉道為主，受毛管力與排烴壓力雙重作用下油氣沿著喉道向上運移，并沿吼道聚集成藏。由于凹陷中心儲層孔隙較小，且為非連通孔隙，孔隙內(nèi)不會因重力勢能作用儲水，所以在凹陷中心形成了較純的向斜型致密油藏；而構(gòu)造高部位區(qū)孔隙較大，且為連通孔隙，孔隙內(nèi)含水，而喉道半徑減小，毛管力加大，在毛管力及生烴壓力作用下油氣向上運移，當(dāng)遇到較連通的大孔隙時，孔隙內(nèi)的水由于重力勢能作用與下部油氣產(chǎn)生分異，油氣向構(gòu)造高部位區(qū)運移，水則向勢能較小的底部位區(qū)運移，形成了下水上油的常規(guī)構(gòu)造油藏。而構(gòu)造高部位與凹陷之間的斜坡區(qū)則介于兩者之間，下部為非連通孔隙或局部連通孔隙，不含水，上部為連通孔隙，含水。經(jīng)毛管力與排烴壓力的雙重作用下，連通孔隙內(nèi)的水與喉道內(nèi)或局部連通孔隙內(nèi)的油共同形成了油水同層(圖11)。

圖11 古龍南凹陷油水分布成因模式

6 結(jié)論

(1)古龍南凹陷葡萄花油層具有致密油藏的基本特點。

(2)古龍南淺水三角洲多物源沉積環(huán)境形成了三角洲前緣席狀砂巖透鏡體，泥質(zhì)含量較高。

(3) 古龍南凹陷葡萄花儲層表面綠泥石等親油礦物含量較高，儲層巖石親油。

(4)古龍南凹陷葡萄花油層孔隙、喉道的分布不均，凹陷內(nèi)油氣儲層以喉道為主，構(gòu)造高部位區(qū)以連通孔隙為主，斜坡區(qū)為過渡區(qū)，以喉道與局部連通孔隙為主。

(5)由于喉道、孔隙半徑及其連通性在凹陷區(qū)、斜坡區(qū)及構(gòu)造高部位區(qū)的變化導(dǎo)致了滯留區(qū)、油水同層區(qū)及重力分異區(qū)的分布，其動力來源為毛管力、下伏地層的生烴壓力以及油水重力差產(chǎn)生的浮力。

[1] 張威,劉新,張玉瑋.世界致密油及其勘探開發(fā)現(xiàn)狀[J].石油科技論壇,2013，(1):41-44.

[2] 郭迎春，龐雄奇，陳冬霞，等.致密砂巖氣成藏研究進展及值得關(guān)注的幾個問題[J].石油與天然氣地質(zhì),2013,34(6)：717-724.

[3] 林森虎,鄒才能,袁選俊,等.美國致密油開發(fā)現(xiàn)狀及啟示[J].巖性油氣藏,2011,(4):25-30.

[4] 馬中振,戴國威,盛曉峰,等.松遼盆地北部連續(xù)型致密砂巖油藏的認識及其地質(zhì)意義[J].中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報,2013,(2):221-229.

[5] 盧炳雄，鄭榮才，文華國,等.皖南地區(qū)下寒武統(tǒng)頁巖氣成藏地質(zhì)條件[J].石油與天然氣地質(zhì)，2014，35(5):712-719.

[6] 向才富,馮志強,吳河勇,等.松遼盆地西部斜坡帶油氣運聚的動力因素探討[J].沉積學(xué)報,2005,(4):719-725.

[7] 吳河勇,梁曉東,向才富,等.松遼盆地向斜油藏特征及成藏機理探討[J].中國科學(xué)(D輯:地球科學(xué)),2007,(2):185-191.

[8] 王文明,王成文.尚家地區(qū)葡萄花油層成藏模式及主控因素[J].吉林大學(xué)學(xué)報(地球科學(xué)版),2009,(1):37-44.

[9] 劉宗堡,馬世忠,呂延防,等.大型凹陷斜坡帶油氣成藏模式——以三肇凹陷葡萄花油層為例[J].吉林大學(xué)學(xué)報(地球科學(xué)版),2008,(6):937-945.

[10] 賈承造,鄒才能,李建忠,等.中國致密油評價標準、主要類型、基本特征及資源前景[J].石油學(xué)報，2012,(3):343-350.

[11] 趙靖舟,白玉彬,曹青,等.鄂爾多斯盆地準連續(xù)型低滲透——致密砂巖大油田成藏模式[J].石油與天然氣地質(zhì),2012,33(6):811-827.

[12] 鄒才能,張國生,楊智,等.非常規(guī)油氣概念、特征、潛力及技術(shù)——兼論非常規(guī)油氣地質(zhì)學(xué)[J].石油勘探與開發(fā),2013，(4):385-399.

[13] 許建紅,程林松,馬麗麗. 松遼盆地北部英臺-大安地區(qū)葡萄花油層油氣分布規(guī)律[J].大慶石油地質(zhì)與開發(fā)，2006,(6):27-29.

[14] 劉強. 英臺-大安地區(qū)葡萄花油層巖性油藏特征研究[J].復(fù)雜油氣藏,2012,(4):38-42.

[15] 侯啟軍,馮子輝,鄒玉良.松遼盆地齊家-古龍凹陷油氣成藏期次研究[J].石油實驗地質(zhì)，2005，(4):390-394.

[16] 李如一,林鐵鋒. 松遼盆地北部古龍地區(qū)葡萄花油層特征研究[J].大慶石油地質(zhì)與開發(fā)，2008，(3):32-35.

[17] 任延廣,王雅峰,王占國,等.松遼盆地北部葡萄花油層高頻層序地層特征[J].石油學(xué)報,2006，(S1):25-30.

[18] 劉爽. 古龍南地區(qū)葡萄花油層層序地層與沉積相研究[D].黑龍江大慶：東北石油大學(xué),2011.

[19] 鄭金安,王穎惠,王軍.相滲透率資料在油水層含油飽和度下限研究中的應(yīng)用[J].油氣采收率技術(shù),1999,(3):75-77.

[20] 呂偉峰,劉慶杰,張祖波,等.三相相對滲透率曲線實驗測定[J].石油勘探與開發(fā)，2012，(6):713-719.

[21] 張繼成,宋考平.相對滲透率特征曲線及其應(yīng)用[J].石油學(xué)報，2007，(4):104-107.

[22] 朱維耀.多相滲流的相滲透率理論研究[J].石油勘探與開發(fā)，1991，(1):62-69.

[23] Webster R L.Petroleum source rocks and stratigraphy of Bakken Formation in North Dakota[J].AAPG Bulletin,1984,68(7):953-965.

[24] Masters J A. Deep basin gas traps,westen Canada[J].AAPG Bulletin,1979,63(2):152-181.

[25] Dow W G.Application of oil correlation and source rock data to exploration in Williston basin[J].AAPG Bulletin,1974,58(7):1253-1262.

編輯：吳官生

1673-8217(2015)03-0016-05

2014-10-17

劉福義，高級工程師，碩士，1964年生，2005年畢業(yè)于太原理工大學(xué)采礦專業(yè)，現(xiàn)從事油田地質(zhì)研究工作。

國家重大科技專項“云質(zhì)巖致密油儲層微米-納米孔喉網(wǎng)絡(luò)體系及其流體耦合流動機理與流動下限”(41372145)。

TE122.2

A