苏里格气田天然气勘探现状与展望

苏里格气田天然气勘探现状与展望

鄂尔多斯盆地位于中国中部，横跨陕、甘、宁、蒙、津五个省。这是中国大陆上第二个沉积物盆地，占25.14km/2。盆地南部的中生部分丰富了石油，中部和南部的老生动区丰富了天然气。对盆地的天然气勘探始于20世纪50年代,当时勘探的目标主要是盆地周边的构造气藏。进入80年代,在油气勘探新理论指导下,尤其是勘探新技术的推广应用,以盆地中部为主要战场的岩性油气藏勘探取得了重大突破,陆续发现了米脂、靖边、乌审旗、榆林和苏里格气田。苏里格气田从1999年发现到2001年短短的3年时间,探明为一大型的岩性气藏。苏里格气田地处内蒙古自治区伊克昭盟境内,勘探范围约2×104km2,地质构造隶属于鄂尔多斯盆地伊陕斜坡西部,是发育于上古生界碎屑岩系中的大型砂岩岩性圈闭气藏。上古生界自下而上可划分为石炭系本溪组、二叠系太原组、山西组、下石盒子组、上石盒子组和石千峰组,其中,上、下石盒子组自上而下可划分为盒1至8盒的8个含气层段;山西组则可划分为山1、山2这2个层段。苏里格气田主力含气层段为二叠系下石盒子组盒8段和山西组山1段河流相?三角洲砂岩储层。1里格气田及古生界鄂尔多斯盆地为一大型多旋回克拉通盆地,在太古代?早元古代形成的基底之上,经历了中晚元古代坳拉谷、早古生代浅海台地、晚古生代近海平原、中生代内陆湖盆和新生代周边断陷五大沉积演化阶段。根据今构造发育特征,可将其划分为伊盟隆起、西缘掩冲带、天环坳陷、伊陕斜坡、晋西挠摺带、渭北隆起6个构造单元(图1)。盆地总体构造形态表现为边部构造发育,内部为一地层倾角不足1°的西倾大单斜。苏里格气田处在伊陕斜坡的北部中段,为宽缓西倾的单斜,平均坡降为3～5m/km。在早古生代,鄂尔多斯盆地属华北地台的西域,主要沉积一套陆表海环境下的碳酸盐岩;其后,受加里东构造运动影响,早奥陶世末盆地抬升,从而经历了长达1.4×108a的沉积间断,形成了奥陶系风化壳。目前发现的靖边大气田即发育于奥陶系风化壳之中。自晚石炭世开始,盆地再度下沉,华北海和祁连海分别从东西两侧进入,晚石炭世本溪期盆地不同的地区分别发育三角洲、潮坪、泻湖、障壁岛、陆棚沉积体系,早二叠世太原期则发育曲流河三角洲、陆表海沉积体系,早二叠世山西期为近海湖泊—网状河三角洲沉积体系;本溪期、太原期海相沉积的碳酸盐岩和滨海平原的煤系地层以及山西期的三角洲沼泽相煤系地层构成了盆地上古生界的烃源岩;而同期发育的三角洲平原河道、三角洲前缘河口砂坝、海相滨岸砂坝、潮道砂体构成良好储集岩体。中二叠世—晚二叠世发育内陆湖泊—三角洲沉积体系,大面积分布冲积扇、辫状河、网状河以及三角洲平原河道、三角洲前缘砂体,形成了盆地最重要的储集岩系。晚二叠世早期广泛沉积的上石盒子组河漫湖相泥岩形成了盆地上古生界气藏的区域盖层(图2)。随着盆地中生代和新生代地层的不断沉积,上古生界烃源岩日趋成熟并生成大量烃类气体,通过运移,最终聚集在由上述储集岩体所构成的岩性圈闭中。2盆地内水源岩分布上古生界气源岩主要为二叠系太原组和山西组所沉积的海陆交互相的含煤层系,包括暗色泥岩和煤层。有机质丰度较高,有机质类型为腐植型(表1),以生气为特征。晚古生代鄂尔多斯地区的环境发生了由海相到陆相、由潮湿到干旱的转变。上古生界气源岩纵向上主要发育于下部石炭系本溪组、二叠系下统太原组和山西组;晚古生代沉积时受盆地“工”字形构造隆起的控制,气源岩在平面上总体表现为西部最厚、中东部次之,而南部和北部相对较薄的特点。暗色泥岩有机质丰度较高,有机碳平均为2.0%～3.0%。泥岩在盆地西部厚度一般为140～150m,东部厚70～140m,南部和北部为20～50m。苏里格气田处于东部和西部源岩厚值区的结合部,泥岩厚度为50～80m。煤层主要发育于太原组和山西组,有机碳含量为75%左右,煤层厚度一般为2～20m,在西缘西南部的银洞子和西北部的乌达聚煤中心厚度大于25m,乌审旗—榆林以北煤层厚度也较大,普遍大于15m,在苏里格气田区煤层厚度为6～12m,盆地吴旗以南厚度较薄,一般为5m左右。3河流—储集岩特征鄂尔多斯盆地上古生界碎屑岩主要有两大沉积体系,即河流—三角洲沉积体系和浅海潮坪沉积体系,其中二叠系山西组和下石盒子组的河流—三角洲沉积体系形成了目前上古生界的主力储集层,并在盆地分布有6大河流—三角洲砂岩主体发育区(图3)。特别是盆地北部由东向西近南北向展布的4条河流—三角洲主砂区控制了大气田的展布。苏里格气田发育于伊陕斜坡西部的杭锦旗三角洲砂体发育区。由于北部物源的充足供给,河道的频繁摆动,砂体纵横叠置,从而在该区堆积了巨厚、颗粒相对较粗的、多条河道砂体带。3.1粉砂沉积和微相类型苏里格气田主要储层为下石盒子组底部的盒8砂体和山西组上部的山1砂体。盒8在本区主要为三角洲平原辫状分流河道沉积,剖面结构中以粗砂岩、砂砾岩及中粗砂岩为主,细砂及粉砂沉积在连续的砂质剖面中所占份额很少。砂体厚度大,一般为10～50m;砂层多期叠置,平面展布规模大,砂体宽度为10～20km,南北可延伸200km以上;砂体微相类型主要有河道充填砂体、河床蚀余砂体堆积、辫状河砂坝以及废弃河道等。山1砂体总体则表现为曲流河的沉积特征,砂体相对较窄,一般宽度为3～5km,砂岩厚度为5～15m;砂层在层序上具明显的下粗上细的二元结构,顶部粉细砂质在层序中占有较大比重;山1中的砂层结构多以单砂层为主,反映多期叠置、冲刷—充填的多砂层结构相对少见。3.2石英及岩屑岩盒8—山1段储层主要为石英砂岩,石英含量较高,其次为岩屑,仅局部层段偶见少量长石颗粒。盒8段石英含量最高,一般为80%～90%,岩屑含量为8%～12%,主要为变质岩岩屑和少量火成岩岩屑。砂岩多以中粗粒、粗粒结构为主;分选好到次棱状,为再生式—孔隙式胶结。山1段石英含量为65%～90%,岩屑含量相对较高,局部可达30%以上。主要为火成岩岩屑和中浅变质岩岩屑;以中—粗粒结构为主,分选中等—次圆,为孔隙式胶结。3.3储层结构及储集空间的控制因素分析苏里格气田主力储层储集空间以孔隙为主,裂缝只占储集空间的极少部分。对岩心样品的孔隙度与渗透率相关性分析表明,苏里格庙地区无论盒8还是山1段储层,其渗透率均与孔隙度呈明显的正相关关系,说明渗透率的变化主要受孔隙发育程度的控制,显示出孔隙型储层的特征,同时大量的现场岩心观察及铸体薄片分析均末发现以裂缝为主的储集层段。在孔隙构成中次生溶孔占主要地位。铸体薄片分析表明,本区主要储集层段(盒8、山1储层)的储集空间均以次生溶孔为主,原生孔隙在孔隙构成中居于次要地位。原生孔隙主要指残余粒间孔和杂基内微孔;次生孔隙主要为次生溶孔、胶结物晶间孔。次生溶孔又可按被溶组构类型进一步分为岩屑溶孔、长石(及角闪石等)单矿物颗粒溶孔、杂基溶孔及胶结物溶孔等,岩石中偶见少量成岩收缩缝和构造微裂缝,从而进一步沟通岩石孔隙。3.4储层及储层中石英含量的变化苏里格地区主力储层盒8具有较高的孔隙度和渗透率,并表现了较高的产能。其单层平均渗透率一般在(0.5～2)×10-3μm2,最高达到62.74×10-3μm2;单层平均孔隙度一般为12%～15%,最高达到21.2%,是盆地迄今为止发现的上古生界储层最好的地区之一。山1段储层物性在该区相对较差,单层平均渗透率一般在(0.3～0.6)×10-3μm2,平均孔隙度为7%～10%。盒8孔隙度、渗透率较高的形成原因,一是石英含量高;二是次生溶孔非常发育。现有勘探资料表明,盆地上古生界砂岩储层中普遍含气,但以苏里格气田为代表的较高孔隙度、渗透率的储集区主要发育了一套高石英含量的砂岩储集体。这说明苏里格地区的沉积砂岩曾经历了较强的成岩压实作用,岩石组构的差异决定了高渗层的发育程度。上古生界砂体大多都含有一定量泥板岩等软岩屑组分及陆源杂基,降低了其抗压实能力,从而造成孔隙度及渗透率较低的特征。苏里格气田区由于紧邻以石英为主的西部物源区,地理位置独特,盒8储层中石英含量较高,其粒度较粗,分选较好,抗压实能力强,因而保存了较高的原始粒间孔。对孔隙成因的微观分析显示,该区上古生界砂岩储层中的各类次生溶孔与同期的火山供给物质密切有关。这主要表现在两个方面:一是同期的火山作用为正常河流沉积的砂质沉积物提供了化学性质不太稳定的骨架颗粒;二是同期火山作用形成的火山灰物质在大气中降落或为流水搬运成为砂质沉积物的杂基组构。由于这种火山成因的碎屑物质经历风化作用时间较短(未经历缓慢的剥露风化过程),其风化程度较浅,化学性质很不稳定,因而很容易成为后期埋藏溶蚀的对象。因此,苏里格地区高石英含量增强了颗粒抗压实能力,使原生粒间孔得以保存;而原始孔隙的保存,又有利于后期火山物质的溶蚀,因而在本区形成了孔隙度及渗透率均较高的储集体。4晚侏罗世—天然气的生成与运移盆地分析和模拟研究结果表明,鄂尔多斯盆地上古生界的沉积构造演化过程可被划分为5个阶段(图4):第一阶段为中石炭世至早三叠世的稳定沉降阶段;第二阶段是中三叠世—三叠纪末期地台构造活动开始增强和快速沉降阶段;第三阶段是早侏罗世末至中侏罗世末波动沉降阶段;第四阶段为晚侏罗世—早白垩世地台构造活动强烈的不稳定沉降阶段;第五阶段为早白垩世末至第四纪的构造抬升阶段。热史研究表明,从石炭纪开始沉积到三叠纪的快速埋藏,盆地表现为稳定的地热状态;在早—中侏罗世的波动沉降阶段,孕育着地台开始活动,盆地处于向高温场转化的过渡地温场;在晚侏罗世—早白垩世的地台构造强烈活动的不稳定沉降阶段,由于盆地周边有强烈的构造活动,造成盆地进入构造热事件作用下的异常高地温场状态。早白垩世后,在构造作用下,盆地整体抬升,逐渐冷却并恢复到现今正常地温场。盆地广覆式分布的煤系烃源岩,在三叠纪快速埋藏的正常古地温作用下,开始进入生烃门限,并有少量烃类排出;在晚侏罗世到早白垩世,基于热事件的影响,上古生界有机质进入成熟—高成熟阶段,从而使盆地达到主要生排烃期。盆地模拟计算表明,盆地现今总生气强度普遍高于12×108m3/km2,西部和东部地区最高可达28×108m3/km2(图5)。苏里格气田区处于东西结合部,生气强度达到(16～24)×108m3/km2。在大面积广覆式的生排气背景下,由于盆地内部构造宽缓,构造圈闭不发育,上古生界以岩性圈闭为主,天然气基本表现为就近运移聚集的特征。烃源岩热演化程度与气藏油气相态密切相关的特征支持了这一观点。盆地西缘和北部伊盟地区镜质体反射率约为0.7%～1.3%,在所发现的气藏中凝析油含量较高;盆地南部演化程度较高,而气藏中凝析油含量非常低。苏里格气田区本身生气强度较高(图5),原地气源充足。同时在天然气生成和排出高峰期,苏里格气田区处于天然气运移的流体势平缓低值区,这也有利于周边气源的进一步补给。5气藏成岩作用及气藏来源分析苏里格气田区处在盆地伊陕斜坡西部宽缓西倾的单斜构造上,整体表现为东高西低、北高南低的特征;局部构造不发育,对本区天然气的聚集成藏不起决定性控制作用。主要烃源岩本溪组—山西组煤系位于上古生界底部;山西组和下石盒子组作为主要储层段,位于上古生界的中部;上石盒子组的湖相泥质岩广泛发育,为良好的区域盖层,处于上古生界的顶部,纵向上构成了理想的生、储、盖组合(图2)。区域上近南北展布的带状砂岩体和侧向(上倾方向)的分流间湾、支间洼地、河漫相泥岩以及致密砂岩的遮挡,在盆地内构成了大型岩性圈闭体系(图6)。鄂尔多斯盆地上古生界有机质在晚侏罗世—早白垩世进入生气高峰,上古生界的储层在石炭—二叠纪沉积。随着成岩作用中的机械压实、胶结等破坏作用和溶解、微裂缝等建设性作用的综合作用,储层基本定型于侏罗纪。对盖层评价表明,上古生界泥质岩类在埋藏深度超过1900m时,其渗透率为0.01×10-3μm2,饱和水突破压力达到10MPa,即形成很强的封盖。从盆地分析中可知,盆地内不同地区的上石盒子组埋深在早—中侏罗世已达到2000m,因此盖层形成于侏罗纪。由此可见,对于上古生界岩性圈闭气藏,各种成岩作用结果使储层、盖层在侏罗纪成型,同时形成岩性圈闭;配合晚侏罗世—早白垩世的生排烃高峰,盆地内天然气藏的各成藏要素配置良好。苏里格气藏分布主要受控于盆地中部大面积岩性圈闭,主力含气层系在该区发育两条大型的近南北向展布的三角洲辫状河道复合砂体,在砂体东侧上倾方向,由于分流间湾形成的泥质岩作为侧向遮挡,砂体向南延伸至湖区而变薄尖灭;砂体向北,由于靠近物源区,沉积混杂,成岩作用强烈而形成致密岩性遮挡。利用高分辨率二维地震,通过钻井标定,并借助STRATA、JASON、ISIS等地震反演技术,可识别目的层的砂岩厚度。尤其是盒8砂岩,其顶部和下部多发育了一套河漫相泥质岩类,可与其形成相对较强的地震反射。通过地震反演预测,结合近三年的探井资料和综合研究,目前已基本明确了苏里格大气田的轮廓,主力气层在平面上显示为近南北向的条带状气藏。气藏内部因受储集体发育程度的影响,其气层厚度在平面上有一定变化,但整个含气层分布稳定,而相对高渗透率、高含气量的富集带在平面上呈串珠状分布。苏里格气田主力气层盒8的含气面积为3500km2,厚度5～20m;气层孔隙度一般为7%～15%,最高达21.84%,含气饱和度为65%。气藏埋深3200～3400m,压力系数较低,一般为0.83～0.86;气藏温度为379K。气藏内基本无可动水,迄今为止,探区内未见地层水产出,为一大型弹性驱动的层状岩性气藏。气体组分甲烷含量为89%,全烃(C5+)含量为98.1%,不含H2S。山西组山1含气面积为2430km2,气层厚度平均为5.2m,平均孔隙度6.3%,压力