连续型油气藏形成条件与分布特征

1、连续型油气藏形成条件与分布特征 摘要:随着油气藏勘探的不断深入,岩性油气藏勘探从有明显圈闭型的油气藏,进入大规模连片储集体系的连续型油气藏;地层油气藏从东部盆底基岩潜山油气藏,进入中西部大型不整合面控制的大规模地层油气藏。根据圈闭是否具有明确界限和油气聚集分布状态,把油气藏分为常规圈闭型油气藏和非圈闭连续型油气藏两大类,明确了连续型油气藏内涵,阐述了其主要地质特征。大型浅水三角洲体系及其砂质碎屑流砂体是连续型油气藏形成和大面积分布的地质基础,成岩相定量评价是低特低孔渗连续型储层评价的重要方法。在湖盆中心陆相沉积上,建立了以鄂尔多斯盆地长6组为代表的湖盆中心深水砂质碎屑流重力成因沉积模式,拓展了

2、中国湖盆中心部位找油新领域;在储层评价上,以四川盆地须家河组为例,系统提出了成岩相内涵、分类和评价方法,运用视压实率、视胶结率和视溶蚀率等参数定量表征成岩相,为落实有利储集体分布提供了理论依据和工业化评价方法。中国连续型油气藏储量规模与潜力很大。21世纪以来,随着中国陆上油气勘探总体从构造油气藏向岩性地层油气藏的转变,岩性地层大油气田目前已进入发现高峰期,相继在松辽盆地、渤海湾盆地、鄂尔多斯盆地、四川盆地、准噶尔盆地和塔里木盆地等发现了多个亿吨级以上的大型岩性地层油气田,展示出较大的勘探潜力。目前岩性地层油气藏已经成为中国陆上最重要的勘探领域和储量增长的主体,2003年以来,中国石油天然气股份

3、公司岩性地层油气藏探明储量占总探明储量的比例已达到60% 70%。其中连续型油气藏将是今后该勘探领域的重中之重。随着岩性地层油气藏勘探的不断深入,油气勘探实践中迫切需要针对湖盆中心大规模连片厚砂岩形成机制与分布,大面积低渗透率背景下有利储层发育主控因素与定量评价方法,大型地层油气藏成因类型与成藏机制,大范围连续型油气藏形机理、富集规律与储量规模等关键地质问题进行深入研究。关键词:岩性油气藏;地层油气藏;连续型油气藏;大型浅水三角洲;砂质碎屑流;成岩相1 大型浅水三角洲的沉积模式大型浅水三角洲连片砂体是连续型油气藏形成连片大油气区的地质基础。随着松辽盆地和鄂尔多斯盆地等大型坳陷湖盆的深入勘探,浅

4、水三角洲及湖盆中心砂体已成为中国陆相盆地岩性油气藏勘探的重要目标。大型浅水三角洲形成所需的条件有:相对较浅的水体、稳定的构造背景、平缓的坡度及充足的物源。例如松辽盆地下白垩统青一段沉积期湖相面积可达8. 7× 104km2,嫩江组一段湖相面积可达15×104 km2,且最大湖扩期深水区的水深仅30 60m。浅水三角洲的主要特征是:水体相对较浅;砂体宏观叠合连片,大面积分布;水下分流河道很发育,延伸较远;河口坝被后续河流冲刷而不易保存。鄂尔多斯盆地中生界延长组长8段是较为典型的浅水三角洲。在盆地周边露头剖面上可发现长8段三角洲平原河道砂体规模较大,连片发育(图2)。大规模连续

5、分布的长8段砂体为油气富集的基础,是鄂尔多斯盆地中生界石油勘探的有利目标区。湖盆的敞流性是湖盆中心浅水三角洲砂体发育的重要条件,敞流通道对湖盆中心砂体分布及方向有重要控制作用,湖盆中心各类浅水砂体的走向垂直于敞流通道,向溢出口收敛。大型浅水三角洲体系3级层序界面上覆叠置连片砂体为盆地流体运移的重要通道,有利于连续型油气藏的连片形成,勘探潜力较大。大型浅水三角洲体系发育前三角洲泥岩、湖沼相煤系及下三角洲平原煤系等3套烃源岩系;低渗透(致密)砂层对优质溶蚀储层的上倾封堵,三角洲分流河道间湾泥岩对三角洲分流河道优质溶蚀储层的侧向封堵,三角洲砂体差异压实所形成的低隆构造背景等形成良好的聚集条件。连续型

6、油气藏多发育于湖盆中心及外围斜坡部位,目前,大量浅水三角洲岩性油气藏勘探正由三角洲前缘带向湖盆中心及三角洲平原带扩展,呈现连片趋势,形成连续型油气藏大油气区。2 砂质碎屑流成因机理与模式Roger M.Slatt等人在大量露头观察基础上建立的砂质碎屑流理论,是对现行经典浊流理论的部分否定与补充。砂质碎屑流可定义为泥质含量少、体积浓度较大、具多种支撑机制、层流为主、整体固结的宾汉塑性流体。其沉积物呈不规则的朵叶状,无固定水道。国外众多学者通过水槽试验证明了水下砂质碎屑流的存在。深水重力流的发育可分为连续的4个阶段:滑动、滑塌、砂质碎屑流及浊流。在鄂尔多斯大型宽缓的湖盆中,重力流主要以砂质碎屑流的

7、形式保存下来,而主要不是浊流。砂质碎屑流与浊流的主要区别表现在流态、流变特征、流体浓度、发育位置、平面展布、砂体形态等7个方面。砂质碎屑流是鄂尔多斯盆地形成连续型油气藏的重要砂体类型。鄂尔多斯盆地白豹地区延长组长6油层组普遍发育砂质碎屑流沉积,浊流沉积较为少见。砂质碎屑流最具代表性的岩性为含泥砾砂岩与块状砂岩。含泥砾砂岩的岩性较细,为细砂岩粉细砂岩,泥砾的粒径差异较大,一般为3 5 cm,最大可达10 cm,部分泥砾还保留有原始的水平层理。块状砂岩是研究区重要储集层,岩心中可见大量含油块状砂岩,单层厚度0. 6 1. 5 m,累计厚度可达10 20 m,这些块状砂岩是长6油层组高产的基础,为盆

8、地长6段整体连续油层分布奠定了基础11。通过露头、岩心观测和测井参数分析,建立了以鄂尔多斯盆地白豹地区长6段为代表的坳陷湖盆中心深水砂质碎屑流重力成因沉积模式。白豹地区三角洲前缘由于砂体快速堆积,沉积物常常不稳定,在地震和波浪等外界动力机制触发下,沿坡折带或斜坡发生滑动形成重力流沉积。松动的岩层首先发生滑动,然后发生滑塌变形,随着水体注入,岩层块体破碎,以碎屑流的形式呈层状流动,在三角洲前缘坡折带及深湖平原形成大面积砂质碎屑流舌状体,其前方或者顶部发育少量的浊流沉积。白豹地区长6段砂质碎屑流沉积模式.白豹地区长6油层组三角洲前缘坡折带下部是砂质碎屑流分布的主要场所,砂体具有纵向延伸不远、横向叠

9、置连片规模大、分布较广、厚度较大、物性较好的特点,有利勘探面积达4000 km2以上。坳陷湖盆斜坡中下部或坡折带底部发育大规模砂质碎屑流,而呈扇状展布的浊流分布规模较小,这一观点打破了鲍马序列和海底扇等深水沉积传统认识。在松辽坳陷、渤海湾断陷等大型湖盆中心也发现大规模砂质碎屑流沉积,这一新认识拓展了湖盆中心部位找油新领域。3 成岩相成因类型与定量评价连续型油气藏的储集层多数为致密储层,其“甜点”分布与有利成岩相直接相关。连续型油气藏成藏机制复杂,如何在大面积低-特低渗透率储集背景下寻找相对高渗透率带已成为油气勘探中的关键问题之一。鄂尔多斯盆地湖盆中心长6段沉积相平面展布中国连续型油气藏分布区多

10、发育在煤系地层,生气潜力大。如四川盆地上三叠统须家河组油气资源丰富,大面积分布,“甜点”富集,这种大面积成藏主要与须家河组不同空间尺度上源储“三明治”结构有关。砂砾岩储层总体物性差,属低孔低渗特低孔特低渗储层,局部发育有少量中孔低渗储层,如何有效地评价预测相对好的中孔渗储层分布层段和区带是油气勘探中寻找“甜点”的关键。基于四川盆地上三叠统须家河组3大岩类储层成岩作用机制分析,较系统提出了成岩相成因机制和分类(表2),建立了成岩相定量评价4步工作方法和流程,预测了有利储层区带分布。第一步:根据薄片鉴定、阴极发光检测、包裹体测试、扫描电镜能谱分析等确定各种成岩矿物共生组合关系,厘定成岩矿物由早到晚

11、形成的相对顺序与孔隙演化关系。通过各种成岩作用及其对储层发育影响作用的分析,认为机械压实作用是须家河组砂体固结成岩的首要因素,其次是石英期和期加大作用。长期封闭条件下成岩流体主要溶蚀了长石和部分岩屑,而粒间胶结物如石英、碳酸盐很少溶解,使已致密化的岩石孔隙度改变不大。第二步:通过视压实率、视胶结率和视溶蚀率等一系列成岩作用参数,确定成岩相成因类型,主要划分为溶蚀相、胶结溶蚀相、溶蚀胶结相、胶结相、溶蚀压实相、胶结压实相、压实相和裂缝相等8种。根据各分析井段的视压实率、视胶结率和视溶蚀率等参数进行成岩作用强度的单因素平面成图,确定平面上的成岩作用强度分布趋势。结合地层水矿化度、黏土矿物分布、镜质

12、体反射率和压力等参数平面分布趋势,明确不同构造背景、不同流体背景及不同沉积背景(沉积体系、亚相与微相)的成岩相平面展布规律,探讨成岩相成因及分布的控制要素。第三步:结合测井资料,提取各成岩相典型测井参数(如元素测井、伽马测井和密度测井等),建立单井成岩相综合剖面,根据典型井成岩相特征标定,提取地震属性参数。第四步:结合成岩相成因分布、地震属性特征和物性参数,通过叠合成图,进行有利成岩相评价预测。预测川中川南过渡带是四川盆地须家河组最为有利的储层分布区。通过以上成岩相定量评价,可有效地寻找“甜点”富集区带,为连续型油气藏的区带和目标评价优选打下基础。4 连续型油气藏的地质特征与成藏机理根据是否具

13、有明确圈闭界限和油气聚集分布状态,把油气藏分为常规圈闭型和连续型两大类。常规圈闭油气藏是指中高孔渗储层中圈闭界限明确的油气藏,如塔里木盆地克拉2气藏等,这种非“连续型” 油气藏具有明显的圈闭界限和盖层、二次运移现象明显、浮力驱动、油气水界限明确、含油气饱和度均一、储量为中高丰度、常规技术能够开采等特征。连续型油气藏最早由Schmoker在1995年提出,泛指在含油气盆地的致密砂岩、煤层、页岩等非常规储层中,大面积聚集分布,缺乏明确油气水界面的油气聚集。美国USGS基于非常规资源评价提出了“连续”油气聚集的概念,主要目的是客观评价这类油气资源的规模和勘探潜力。笔者认为连续型油气藏是指低孔渗储集体

14、系中油气运聚条件相似、含流体饱和度不均的非圈闭油气藏,即无明确的圈闭界限和盖层,主要分布在盆地斜坡或向斜部位,储层低孔渗或特低孔渗(孔隙度小于10%,渗透率为10- 3 10- 12m- 2),油气运聚中浮力作用受限,大面积非均匀性分布,源内或近源为主,无运移或一次运移为主,异常压力(高压或低压),油气水分布复杂,常规技术较难开采的油气聚集。如鄂尔多斯安塞低孔渗砂岩油藏与苏里格低孔渗砂岩气藏、塔里木盆地轮南与塔中碳酸盐岩缝洞型油藏、四川须家河组低孔渗砂岩气藏、四川页岩气、山西沁水煤层气和南海天然气水合物等。连续型油气藏储层低孔渗(致密)、储量丰度低、勘探和开发难度较大,所采用的针对性的勘探技术

15、主要有高分辨率二维与三维地震技术、高分辨率层序地层学、叠前地震储层预测技术、地震叠前流体检测技术、成岩相定量评价技术、井筒改造与增产技术。针对大面积连续型油气藏,应“整体研究、整体部署、整体评价”,以持续推进中国“连续型”大油气区的发展和建设。5 地层油气藏类型与成藏特征地层油气藏是与不整合面直接接触,并且以不整合面作为圈闭要素之一的油气藏类型。目前地层油气藏勘探已由东部盆底潜山型油气藏勘探为主,进入到中西部盆底和盆内受大型不整合面或层序界面控制的大规模地层油气藏勘探阶段。大规模火山岩基岩风化壳储层如准噶尔盆地西北缘石炭系,以及碳酸盐岩风化壳及其内幕缝洞型储层如轮南碳酸盐岩风化壳等,也具有连续

16、型油气藏形成的地质条件。根据地层油气藏成因机制、控制因素和分布规律,将地层油气藏分为盆底基岩(火山岩、变质岩或古老沉积岩)地层型和盆内地层型两类。盆底基岩地层油气藏是指位于盆底基岩不整合面之下,由不整合顶部残积土层或上覆不渗透层遮挡形成与不整合有关的油气藏;盆内地层型油气藏是指位于盆底基岩之上沉积地层内部不整合面上下的地层油气藏。对国内外239个地层油气藏统计发现:按地层油气藏数量,位于不整合面之下(52%)与不整合面之上(48%)所占比例基本一致;按地层油气藏储量,位于不整合面之下(65%)远大于不整合面之上(35%)。不整合面之上的地层油气藏主要分布于中生界(41%)和新生界(44%)中;

17、不整合面之下的油气藏主要分布于古生界及以下地层中(82%)。按本文划分新方案统计国内外已发现的地层油气藏,中国盆底基岩地层油气藏占60%以上,因此这类油气藏潜力很大。构造抬升、地层剥蚀、风化淋滤是地层油气藏有效储集体形成的重要动力地质作用。通过野外测量和盆地原型恢复结合,建立了不同岩性地层风化壳厚度与风化时间关系模型,指出风化壳厚度与风化时间之间存在对数关系,当风化残余物形成速率与剥蚀速率趋近于动态平衡时,风化壳厚度趋于最大,不同岩性地层达到风化剥蚀平衡的时间不同。断裂、古地貌、风化壳结构和不整合规模等多种因素控制着风化壳储层物性,风化壳结构中全风化层和强风化层是有效储层和油气富集层段。不整合

18、面是地层油气藏形成和保存的必要条件,不整合面不仅促进风化淋滤作用形成有效储集体17,而且作为流体沿面运移的通道和垂向封堵条件。不整合面输导和封堵油气有3种机制:不整合面上覆非渗透盖层,非渗透层颗粒对不整合面的充填和对界面起封堵作用,不整合面之下的风化淋滤带是油气输导体系;不整合面上覆渗透层,风化带上部存在残积土层,残积土层对油气起封堵作用,可以独立形成不整合遮挡型地层油气藏,残积土层之下渗透层对油气均起到输导体系作用;当残积土层之上渗透层存在盖层时才具备成藏条件;不整合面上覆渗透层,风化带上部不存在残积土层,不整合面上下渗透层成为一体的油气输导层,当渗透层之上存在盖层时才具备成藏条件。基岩油气

19、藏扩展了以往认为只沿风化壳运移成藏模式的局限,进一步拓展了勘探领域。大型和巨型不整合且油气成藏条件有利区是地层油气藏勘探重点区域,特别是古生代及以下地层中的大型不整合带。大型风化淋滤型不整合面和缝洞型碳酸盐岩风化淋滤带是寻找大规模连续型油气藏的有利地区。6结论(1) 大型浅水三角洲成为连续型油气藏赋存的地质载体。层序格架内浅水三角洲、湖盆中心砂体与暗色泥岩夹层有机配置,具备良好的连续型油气藏形成条件。大型浅水三角洲体系3级层序界面对连续型油气富集有重要控制作用,三角洲平原带层序界面上覆叠置砂体油气富集程度高,勘探潜力大。(2)鄂尔多斯长6段坳陷湖盆中心发育砂质碎屑流深水重力沉积。中国大型湖盆中三角洲前缘砂体沿坡折带或断坡,在外力作用下滑塌形成砂质碎屑流沉积。这一观点打破了鲍马序列和海底扇等传统认识,拓展了湖盆中心勘探的新领域。(3)较系统提出了成岩相内涵、分类和评价方法,运用视压实率、视胶结率和视溶蚀率等参数定量表征成岩相,为落实有利储