源儲組合特征對花海凹陷致密油成藏的影響

高雄雄，羅 群，姚立邈，袁 青，王葡萄

(1.油氣資源與探測國家重點實驗室，北京 102249；2. 中國石油大學(xué)，北京 102249)

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源儲組合特征對花海凹陷致密油成藏的影響

高雄雄1，2，羅 群1，2，姚立邈1，2，袁 青1，2，王葡萄1，2

(1.油氣資源與探測國家重點實驗室，北京 102249；2. 中國石油大學(xué)，北京 102249)

為研究不同源儲組合對致密油成藏富集的影響，通過分析花海凹陷內(nèi)的源儲組合特征，并針對下源上儲型、上源下儲型、三明治型3種源儲組合類型設(shè)計了3組物理模型進行模擬實驗，對比不同模型的充注效率與含油性差異，分析不同源儲組合的充注機制及其對致密油成藏富集的影響。結(jié)果表明，儲層含油性和充注效率與源儲組合類型有較大相關(guān)性。源儲配置關(guān)系、源儲壓差及儲層非均質(zhì)性共同決定了致密油運移和聚集的差異性，制約了含油飽和度的大小。從充注效率和含油性來看，三明治型好于上源下儲型和下源上儲型。深化源儲組合特征研究對于致密油勘探開發(fā)具有指導(dǎo)意義。

致密油；下白堊統(tǒng)；源儲組合；成藏；花海凹陷

0 引 言

致密油具有低孔、低滲和低含油飽和度的特點，其成藏特征和富集機理與常規(guī)油氣藏差異較大，尤其是致密油的源儲組合關(guān)系，不同的源儲組合具有不同的成藏富集機理，目前尚處于研究階段[1-7]。國內(nèi)一些學(xué)者將其概述為納米孔喉含油、壓差驅(qū)替、非達西滲流和連續(xù)型聚集[1-2，7-8]。研究區(qū)花海凹陷下白堊統(tǒng)存在多種源儲組合類型，源儲特征及成藏富集規(guī)律不明，制約其致密油的勘探開發(fā)進程。通過研究該區(qū)發(fā)育的源儲特征，對不同源儲組合原油充注進行實驗?zāi)M，對比不同模型的充注效率與含油性的差異，分析不同源儲組合的充注機制和對致密油成藏富集的影響，明確油氣聚集和源儲組合特征之間的關(guān)系，指導(dǎo)致密油的勘探開發(fā)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

花海凹陷是酒泉盆地的一個次級凹陷，位于河西走廊中段，在加里東、海西運動的基礎(chǔ)上經(jīng)歷了燕山、喜馬拉雅2期構(gòu)造運動而形成的中、新生代斷拗疊置的沉積凹陷。盆地面積為906 km2，有效勘探面積約為500 km2，主要勘探目的層為下白堊統(tǒng)，細分為赤金堡組(K1c)、下溝組(K1g)和中溝組(K1z)。凹陷主要經(jīng)歷了前侏羅紀陸塊穩(wěn)定發(fā)展、早侏羅世斷陷形成、早白堊世斷陷發(fā)育、新近紀拗陷褶皺沖斷和第四紀持續(xù)拗陷沉降5個時期的構(gòu)造演化，形成如今凹陷“三坡兩帶”的構(gòu)造格局。中溝組上段在早白堊世末受燕山運動的影響，湖盆整體抬升，遭受剝蝕，部分地層缺失，與上覆的第三系地層廣泛發(fā)育角度不整合。下白堊統(tǒng)主要處于斷陷坳陷發(fā)育期，構(gòu)造相對穩(wěn)定，沉積相以三角洲前緣及湖相沉積為主，最大沉積厚度約為5 000 m。凹陷中南部是研究區(qū)烴源巖主要發(fā)育區(qū)，面積為360 km2，烴源巖最大厚度為800 m，區(qū)內(nèi)有效烴源巖儲層致密，致密砂巖層見油氣顯示或低產(chǎn)油流，具有形成致密油的良好地質(zhì)條件，勘探潛力較大。

2 研究區(qū)源儲組合特征

2.1 烴源巖特征

研究區(qū)烴源巖主要分布在凹陷中南部。下溝組和中溝組廣泛發(fā)育深湖—半深湖相泥質(zhì)烴源巖，是凹陷的主要烴源巖層。烴源巖的發(fā)育和分布受沉積相的控制，從巖性井柱上可以看出，深湖—半深湖相處發(fā)育大段連續(xù)優(yōu)質(zhì)烴源巖，而在河流—三角洲相，水體較淺且動蕩，砂泥巖頻繁交替，泥巖單層厚度小，層數(shù)較多?；ê０枷菽康膶覶OC總體較高，取樣分析表明，大部分樣品TOC大于2.00%，氯仿瀝青“A”為0.04%～0.79%，平均為0.21%；其中，下溝組有機質(zhì)豐度總體較高，TOC主體分布為2.00%～4.00%，最大可達到7.26%，平均為2.90%，氯仿瀝青“A”平均為0.17%，隨著埋深的增加而減??；中溝組有機質(zhì)豐度最高，TOC最大可達12.00%，氯仿瀝青“A”平均為0.22%(表1)。研究區(qū)下溝組和中溝組有機質(zhì)類型以Ⅱ1型為主，同時發(fā)育I型和Ⅱ2型，均有利于生油。實驗統(tǒng)計，花海凹陷的84個不同深度、不同位置樣品的Ro與深度之間總體上具有良好的線性關(guān)系，擬合度較高。Ro多為0.5%～1.5%，總體處于生油窗內(nèi)。主力烴源巖的Tmax為430～460 ℃，處于大量生油階段。生烴潛量隨深度增加而減小，中溝組生烴潛量最大，S1+S2主體為6.0～44.7 mg/g，平均為20.8 mg/g，最高達到80.0 mg/g；下溝組生烴潛量較大，主體為2.0～20.0 mg/g，平均為8.8 mg/g。

表1 花海凹陷烴源巖有機質(zhì)豐度

從表1烴源巖的各項參數(shù)可以看出，花海凹陷具有良好的烴源巖條件。TOC與Ro數(shù)據(jù)統(tǒng)計表明，花海地區(qū)有機質(zhì)豐度高的樣品(占樣品總數(shù)的75%以上)進入生油門限，烴源巖成熟度較高，具有良好的勘探前景。

2.2 儲層特征

花海凹陷北部、東北部沉積相主要以洪積扇—河流三角洲相為主，發(fā)育河口壩、三角洲水下分流河道和前緣席狀砂等沉積，儲層物性較好。而在凹陷中南部主要發(fā)育三角洲前緣和湖相沉積。研究區(qū)下白堊統(tǒng)中、下溝組主要的儲集巖類型為巖屑長石砂巖和巖屑質(zhì)長石砂巖，其組分特征以長石類為主，砂巖粒度普遍較細，主要粒徑為0.01～0.02 mm?？紫吨心z結(jié)物占1%～7%，平均為4%，主要由黏土礦物和碳酸鹽巖礦物組成。雜基含量約占總體積的7%～15%。沉積物后期經(jīng)歷壓實、壓溶、膠結(jié)交代、黏土礦物轉(zhuǎn)化和重結(jié)晶等多種成巖作用的改造，儲層變得致密，孔隙度主要分布為2%～10%，基質(zhì)滲透率為0.001×10-3～1.000×10-3μm2。儲層孔喉結(jié)構(gòu)以中喉細孔和細喉細孔為主，非均質(zhì)性強，發(fā)育多種孔隙類型，以微納米孔為主。巖心觀察及薄片鑒定可以看出，區(qū)內(nèi)主要發(fā)育原生粒間孔、基質(zhì)微孔、粒間粒內(nèi)溶孔和晶間孔。同時，存在各種微裂縫，如層間縫、構(gòu)造縫和顆粒微裂縫等。孔隙受粒度和成巖作用的影響，孔喉半徑小，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，膠結(jié)類型以鈣質(zhì)膠結(jié)和泥質(zhì)膠結(jié)為主。壓實、壓溶作用強烈，儲層孔滲性隨著深度的增加逐漸降低，屬于低孔、特低滲儲層[1-2]。

2.3 源儲組合劃分

通過對花海凹陷烴源巖和儲層特征分析，優(yōu)選地質(zhì)參數(shù)，并參考趙政璋[8]致密油評價要素及參數(shù)標準，建立花海凹陷致密油發(fā)育的優(yōu)質(zhì)源巖和優(yōu)質(zhì)儲層劃分標準。認為研究區(qū)暗色泥巖累計厚度大于10 m，而夾層厚度小于10 m，泥地比大于60%，且有機碳含量大于2%，有機質(zhì)成熟度在生油門限之內(nèi)(Ro為0.7%～1.3%)，則認為是優(yōu)質(zhì)烴源巖發(fā)育區(qū)。優(yōu)質(zhì)儲層則是指砂巖累計厚度大于10 m，而夾層厚度小于10 m，泥地比小于60%，孔滲性較高。結(jié)合建立的評價標準，對花海凹陷主要探井進行了源儲單元識別。利用過典型井的連井剖面對比，將優(yōu)質(zhì)儲層和優(yōu)質(zhì)源巖在空間上進行匹配，確定凹陷內(nèi)存在的源儲組合類型。統(tǒng)計該區(qū)主要的油氣顯示井和3口低產(chǎn)油流井與源儲組合之間的關(guān)系，最終確定優(yōu)質(zhì)源儲組合。研究表明：花海凹陷主要存在3種源儲組合關(guān)系，分別是上源下儲型、下源上儲型及三明治型，而油氣顯示良好的井段源儲組合主要以三明治型為主，少量為上源下儲型和下源上儲型。由于致密油具有原地成藏和短距離運移的成藏特征[1-2]，而三明治型組合與源巖緊密接觸且多向供油，因而可能是致密油成藏的最優(yōu)源儲組合。

3 不同源儲組合對致密油成藏的影響

3.1 不同源儲組合成藏模擬實驗

為了研究不同源儲組合對致密油成藏富集的影響，根據(jù)研究區(qū)發(fā)育的源儲組合關(guān)系，針對下源上儲型、上源下儲型、三明治型3種源儲組合類型設(shè)計了3組物理模型進行模擬實驗，對比不同模型的充注效率與含油性的差異，進而分析不同源儲組合的充注機制和對致密油成藏富集的影響。

3.1.1 實驗?zāi)Ｐ图安襟E

實驗采用中國石油勘探開發(fā)研究院二維可視化油驅(qū)水物理模擬實驗裝置，主要由4部分組成，即砂體模型主體、流體注入系統(tǒng)、測量系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)。砂體模型是模擬實驗裝置的核心；實驗所用砂體由不同目大小的玻璃珠代替，具有良好的親水性；實驗用油為中性煤油，為了便于觀察煤油在砂體中的滲流過程，用微量天然色素將煤油染成紅色。實驗過程中將不同粒度的玻璃珠分層裝入模型并飽含水，密封后用高壓電動泵向裝置后蓋活塞內(nèi)注入蒸餾水，將模型中的氣體驅(qū)出并壓實，之后繼續(xù)注水至模型內(nèi)壓力穩(wěn)定在0.8 MPa。用煤油泵以15 mL/min向模型內(nèi)注入煤油，觀察煤油在模型內(nèi)的運移聚集過程，并記錄不同注入時間對應(yīng)的注入量、流出量和注口壓力(表2)，整體注油時間約為120 min。

表2 模型實驗記錄數(shù)據(jù)

3.1.2 實驗結(jié)果分析

通過對3組源儲組合模型實驗數(shù)據(jù)分析表明：設(shè)定注油速率相同(即源巖生烴速率和生烴量相同)，排除浮力影響，充注動力主要為源儲壓差，而阻力主要為毛細管力。從原油充注時間和儲層含油飽和度變化速率上看，三明治型由于雙向供烴，含油飽和度隨時間變化最快，充注效率最高，上源下儲型次之，下源上儲最低，最終含油飽和度So三明治型>So上源下儲型>So下源上儲型，而So上源下儲型>So下源上儲型主要與下源上儲型上覆地層缺少封蓋層和油氣散逸有關(guān)(圖1)。在設(shè)定3種模型注油速率相同的情況下，不同模型注口的充注壓力也不同。從注口壓力變化范圍來看，下源上儲型注口壓力變化較小，壓力上升也相對緩慢，說明其源巖排烴進入儲層所需的突破壓力較小，油由源巖進入儲層相對容易；上源下儲型壓力變化則相對較大，表明原油由源巖進入儲層所受阻力大，原油進入儲層較難。雖然三明治型源儲界面面積大，但考慮其源儲配置關(guān)系，上層源巖排烴進入儲層較為困難，壓力變化介于二者之間。從注口壓力與儲層含油飽和度關(guān)系看，隨著注口壓力變化，三明治型儲層的含油飽和度上升明顯，證明在源儲壓差驅(qū)動下，三明治型的充注效率最高；下源上儲型雖然最終含油飽和度低，但在源儲壓差不斷提高的條件下，其儲層含油飽和度上升速率也較快；而上源下儲型需要的壓差最大，其含油飽和度隨壓差變化的速率最低，證明其即使在較大壓差下，其充注效率也不高(圖2)。綜合以上實驗結(jié)果可知，在含油性和充注效率方面，三明治型要好于其他2種源儲組合。

3.2 不同類型源儲組合致密油成藏富集機理

雖然實驗所用砂體和原油不是研究區(qū)真實砂體和原油，玻璃珠和真實地層砂體在油氣充注、運移和聚集成藏方面都有較大區(qū)別，但實驗現(xiàn)象和實驗結(jié)果仍然較好地證明了儲層含油性和充注效率與源儲組合類型有較大相關(guān)性。在排烴量一定的情況下，3種源儲組合類型在源儲界面上的源儲壓差差異較大，而這種源儲壓差的大小對油氣充注的效率影響極大。另外充注效率高，其含油性并不一定就好，充注之后能否在儲層中聚集也是十分關(guān)鍵的。下源上儲型由于儲層置于烴源巖上方，其物性要好于烴源巖，在保存條件不好的情況下，油氣從源巖進入儲層后容易逸散，不易成藏；而三明治型由于2層源巖夾1層儲層，源儲界面面積大，使得中間的儲層容易使油氣聚集成藏，無論是實驗還是實際地質(zhì)條件下，其含油性均為最好?？傮w來說，三明治型好于上源下儲型和下源上儲型。這與試油資料統(tǒng)計結(jié)果相吻合，可以預(yù)知凹陷內(nèi)大范圍發(fā)育三明治型源儲組合的層段和區(qū)帶是今后研究區(qū)致密油勘探的有利目標區(qū)。

從實驗現(xiàn)象來看，致密油的充注過程和常規(guī)油氣具有較大區(qū)別。致密油成藏呈現(xiàn)出非達西滲流特征，表現(xiàn)為面狀充注、隨壓差變化、階段性跳躍式推進、多尺度微孔縫輸導(dǎo)、非均勻大面積彌漫式短距離運聚、有序連續(xù)的差異性富集和供烴與散失的動態(tài)平衡成藏運聚。源儲壓差與儲層非均質(zhì)性共同決定致密油運移和聚集的差異性，制約含油飽和度的大小。

圖1 3種模型含油飽和度與充注時間交會圖

圖2 3種模型含油飽和度與注口壓力交會圖

4 結(jié) 論

(1) 花海凹陷源巖分布受沉積相控制，主要分布在研究區(qū)中南部湖相發(fā)育區(qū)。下白堊統(tǒng)的中溝、下溝組，其暗色泥巖厚度大，有機質(zhì)豐度高，類型好，成熟度適中。儲層致密，且與烴源巖緊鄰共生，大范圍分布，儲層孔喉結(jié)構(gòu)以中喉細孔和細喉細孔為主，非均質(zhì)性強，發(fā)育多種孔隙類型，以微納米孔為主，屬于特低孔、特低滲儲層，具有致密油形成的良好條件。

(2) 研究區(qū)主要發(fā)育3種類型的源儲組合，分別是上源下儲型、下源上儲型及三明治型。而三明治型與源巖緊密接觸且多向供油，可能是致密油成藏的最優(yōu)源儲組合。

(3) 儲層含油性和充注效率與源儲組合類型有較大相關(guān)性。源儲配置關(guān)系、源儲壓差及儲層非均質(zhì)性共同決定致密油運移和聚集的差異性，制約含油飽和度的大小。從充注效率和含油性來看，三明治型明顯好于上源下儲型和下源上儲型。源儲組合特征對致密油聚集成藏具有較大影響，凹陷內(nèi)大范圍發(fā)育三明治型源儲組合的層段和區(qū)帶可能是今后研究區(qū)致密油勘探的有利目標區(qū)。

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編輯 黃華彪

20151106；改回日期：20160110

國家自然科學(xué)基金項目“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)；中國石油天然氣股份有限公司重大科技專項“酒泉盆地青西、花海地區(qū)致密油研究及目標優(yōu)選”(2012E-3303)

高雄雄(1987-)，男， 2010年畢業(yè)于中國石油大學(xué)(華東)勘查技術(shù)與工程專業(yè)，現(xiàn)為中國石油大學(xué)(北京)地質(zhì)資源與地質(zhì)工程專業(yè)在讀碩士研究生，主要從事油氣成藏與分布規(guī)律研究工作。

10.3969/j.issn.1006-6535.2016.02.013

TE123.2

A

1006-6535(2016)02-0055-04