辽中南洼C构造区沙三段致密油成藏特征_王松.pdf

第 卷第期 年月非常规油气 引用：王松辽中南洼构造区沙三段致密油成藏特征非常规油气，（）：，（）：辽中南洼构造区沙三段致密油成藏特征王松（中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津 ）摘要：针对致密油成藏特征复杂的问题，通过调研国内外对致密油的研究，利用测井、录井和分析化验资料对渤海海域致密油进行初步厘定，分析辽中南洼 构造区沙三段致密油成藏的主控因素。结果表明：研究区沙河街组致密砂岩主要位于扇三角洲前缘和外前缘相带，砂体类型多，主要有水下分流河道、河口砂坝以及前缘席状砂；整体表现厚层砂（砾）岩夹薄层泥岩或者砂泥互层特征。研究区沙三段上部发育广覆式分布的优质烃源岩与下伏致密砂岩储层大面积直接接触或指状互层接触，形成上源下储和“三明治”型的源储配置类型。沙三段致密油油藏属于储集层经过复杂成岩过程先致密化然后在生烃增压或超压等形成的源储压差作用下晚期（）充注成藏的特征。研究区致密油成藏储层孔隙度下限为，剩余压力越高和源储接触面积越大，其含油性越好，含油饱和度越高。源储压差的不同、源储直接接触面积和储层物性三因素耦合控制致密油的成藏与分布。该研究成果对辽中南洼致密油的勘探具有重要指导意义。关键词：致密油；渤海海域；勘探现状；成藏特征；成藏条件中图分类号：文献标识码：（.，）：，；（），收稿日期：作者简介：王松（），男，工程师，主要从事石油地质实验及探井实验管理工作。：年月王松：辽中南洼构造区沙三段致密油成藏特征 ，“”“”（），：；引言近年来，非常规石油资源逐渐成为全球现实的资源接替领域，尤其是致密油的相关研究成为国内外石油地质学家炙手可热的研究焦点。国内致密油分布范围较广，地质资源量大，勘探前景广阔 。学者围绕致密油成藏条件、形成机理以及富集规律开展大量综合研究和技术攻关 ，在鄂尔多斯盆地延长组、渤海湾盆地沙河街组、库车凹陷下侏罗统阿合组和松辽盆地扶余油层等层系获得致密油的重要发现。以往有学者认为渤海海域具备形成致密油的地质条件，但是受限于海上的油气开发开采商业门槛较高，对海域的相关研究极少有报道。随着非常规油气资源的地位日益凸显，作为重要的接替能源以及开采技术工艺的提升，致密油勘探越来越受重视。近年来，渤海海域深层油气勘探持续发现致密储集层含油，但限于常规测试技术无油气产能，综合物性因素最终解释定性为“差”油藏或低渗油藏，综合国内外对致密油的广义和狭义定义，这类“差”油藏可以归类为致密碎屑岩油藏。随着工艺技术条件不断创新提高，致密油相关研究逐渐揭开序幕，前人认为渤海海域沙河街组沉积期为断陷期向拗陷期转化，使得渤海具有发育广泛烃源岩和储层的有利条件，且与烃源岩近邻的储层具有形成致密油的潜力，但是没有具体研究实例，渤海典型区块致密油的物性限定、致密油形成地质特征及成藏条件没有见报道。该文通过国内外文献调研结合渤海勘探实际，论述了渤海海域致密油勘探现状，并以辽中凹陷构造区沙河街组勘探实践为例，综合测录井、沉积相、物性、储层评价及地球化学分析等系统的勘探资料，探讨致密油形成的烃源岩条件、储层特征以及源储共生关系，分析致密油地质条件与成藏特征，为渤海海域致密油的持续勘探提供借鉴。渤海海域致密油勘探现状及致密油概念限定 渤海海域致密油勘探现状渤海湾盆地致密油研究已经取得初步认识，致密油的勘探相继在沧东、束鹿、霸县、岐口和饶阳等凹陷已有重大发现 。然而渤海油田致密油或者页岩油的相关研究程度相对较低，仅限于低孔低渗油藏和差油藏（油气已经成藏于储层中但储层物性极差，常规工程技术开采不出）的研究，目前渤海已开发 和 这个低孔低渗油藏，其中 油 藏 含 油 层 系 储 层 渗 透 率 为（），为低渗特低渗储层，渗透率小于 层系无产出；油藏低渗储层渗透率为（），不同区域产能水平差异较大，渗透率小于 无产出，采用压裂技术投产，日产油量为 ，压裂井累产油量优势不明显，但 年采用水平井多级压裂技术在 特低渗实验区块试采取得较好的效果，证实特殊开发技术能实现致密储层油藏的有效经济价值，突破渤海油田致密储层油气成藏但无经济效益的禁锢，使物性极差的储层成为新的勘探目标。其次，近年来渤海海域不同区块在中深层钻探持续发现多个无经济效益的差油藏，特别是辽中南洼 油田在沙河街组发现规模性致密砂岩油层，含油层段达 ，且未见油水界面，油藏不受有效圈闭条件约束，常规测试无自然产能，储层孔隙度为 ，空气渗透率为（），潜在三级石油地质储量近 油非常规油气油气勘探 田储量总数的，资源潜力大。随着场发射扫描电镜、纳米微米 扫描、恒速压汞以及自动矿物识别系统等分析测试技术在渤海油田非常规储层领域逐步应用研究，渤海海域致密油的勘探研究与发现将成为储量接替新领域。渤海海域致密油的概念致密油在 世纪 年代在国外用于描述含油的致密砂岩，代表一种非常规资源，自 年北美在巴肯组和鹰滩组页岩层系中的勘探开发取得重大突破，在此过程中致密油逐渐用于表述页岩油，年美国国家石油委员会将致密油定义为在那些埋藏很深、具有“极低”的渗透率、不易开采的沉积岩层中，可直接产自页岩层以及与烃源岩具有密切关系的致密砂岩和碳酸盐岩地层，泛指页岩、砂岩和碳酸盐岩等低渗透岩层中的石油。致密油概念在国内起初用于描述低渗透砂岩油藏，国内部分学者近年来认为致密油是指以吸附或游离状态赋存于生油岩中，或与生油岩层系共生的各类致密储层（致密砂岩、碳酸盐岩）中，经过短距离运移，必须通过特殊的、资金密集型开发技术才能实现经济采出的石油聚集，。尽管国内外定义有偏差，对致密油储层物性都有界定，但限于不同地区复杂地质条件、开发程度和工程技术等差异，对物性界定没有固定描述。鄂尔多斯盆地致密油储层渗透率界定为 ，松辽盆地长恒致密油储层渗透率界定为 ，邹才能等将致密油储层渗透率界定为 ，赵靖舟等将储层渗透率小于 的定义为致密油，。对致密油储层物性下限界定一般有经验统计法、测试法、含油产状法、最小孔喉半径法和排驱压力实验法等多种成熟的方法 ，通过对渤海海域内 口井的差油层碎屑岩储层物性统计分析，差油层孔隙度为，以小于 为主，渗透率为（），大多数小于 ，如图所示。结合目前较认可的致密砂岩（孔隙度 ，空气渗透率 ）概念，通过差油层成藏数据统计，考虑到海域实际复杂地质环境以及工程技术条件，同时均衡测试产能、含油饱和度等因素，该文认为渤海海域内致密油可以抽象定义为赋存于空气渗透率小于 且与生油岩互层或紧邻的致密砂岩、致密碳酸盐岩等储集层中，未经过长距离运移，需要通过特殊的开采技术实现经济价值的油气聚集。图差油层碎屑岩储层物性直方图 辽中南洼致密油地质特征致密油成藏具备的基本地质条件为广覆式分布的优质烃源岩、大面积的致密储层（致密砂岩、致密碳酸盐岩等）和源储空间上的合理配置。辽东湾坳陷辽中南洼 油田区沙河街组三段储层致密、源储配置关系好，具备形成致密油的良好地质条件。构造及沉积条件辽东湾坳陷位于渤海海域东北部，为北北东向走向带状展布，具备三凹两凸的构造格局（图所示），自西向东可分为辽西凹陷、辽西凸起、辽中凹陷、辽东凸起和辽东凹陷个二级构造单元；辽中南洼自西向东发育西部斜坡带、中央构造带、洼陷带和东部陡坡带个构造单元。洼陷从下到上沉积古近系孔店组、沙河街组、东营组和新近系馆陶组、明化镇组以及第四系平原组地层，古近系沙河街组和东营组发育扇三角洲、辫状河三角洲及滨浅湖半 深 湖 深 湖 为 主 的 旋 回 沉 积；新 近 系 馆陶明化镇沉积时期为裂后热沉降和新构造活动 年月王松：辽中南洼构造区沙三段致密油成藏特征幕，断陷湖盆结束、消亡，进入河流沉积环境，发育一套辫状河到曲流河陆 源 粗碎 屑 的砂砾 岩 和 砂（泥）岩沉积。图辽东湾坳陷构造单元划分图 烃源岩条件根据渤海海域凹陷的地质特点、油气勘探成果和资源潜力预测结果，辽中凹陷为富油气类凹陷，烃源岩质量为好非常好，油气资源量丰富，面生烃强度大于 。沙三段是最为重要的烃源岩层系，沙三段时期沉降速率大，湖泊水体较深，较稳定的半深水深水沉积范围达凹陷面积的，烃源岩以暗色泥岩为主，暗色泥岩厚度大、分布广，通过典型井的沉积环境、地化生标特征以及测井资料 对烃源岩进行评价（如图所示），沙三段烃源岩中藻类含量高、分异度低的现象能反映烃源岩具有较好的物质基础和稳定湖水分层的贫氧环境，烃源岩中富含有机质能导致声波时差增加，电阻率变高，有机质含量越高深感应电阻率和声波时差曲线重叠图幅度差越明显。辽中南洼沙三段烃源岩总有机碳多数大于，平均值为，热演化程度相对较高，干酪根类型以型为主，属于典型的好烃源岩。图沙三段烃源岩综合评价图 非常规油气油气勘探 储层特征辽中南洼 油田区沙河街组三段致密砂岩储集层主要由砂岩、含砾砂岩以及部分砂砾岩构成。沙三段沉积时期，渤海海域裂陷活动强烈，基底断裂的活动导致地壳拉张，凹陷加速沉降，周缘凸起能提供物源形成短源、内源沉积特征，研究区位于凸起边缘缓坡区在沙三段早期发育粗碎屑扇三角洲沉积体系。沙河街组致密砂岩主要位于扇三角洲前缘和外前缘相带，砂体类型多，主要有水下分流河道、河口砂坝以及前缘席状砂；整体表现为厚层砂（砾）岩夹薄层泥岩或者砂泥互层特征，河道单砂体厚度为 ，河口坝单砂体厚度为 ，前缘远端席状砂为 。砂体累积厚度较大，达 ，在平面上分布范围较广，连续性相对较好，砂体由西向东厚度逐渐减薄（如图所示）。依据测井、钻井取芯以及岩石薄片等化验分析资料，参考沙三段致密砂岩储集层 个样品的物性统计结果，整体上储层物性较差，孔隙度主要为 ，平均值为 ，孔隙度小于 的样品占 ；空气渗透率为（），空气渗透率小于 的样品占。根据铸体薄片、扫描电镜等微观分析和数据统计，研究区致密油储集层岩石类型主要为砾质长石岩屑砂岩，储集空间类型为粒间孔、粒间溶孔、颗粒溶孔及少量的微裂缝（如图所示）。孔隙为 ，孔隙结构以小孔细喉型为主。图研究区沙三段下部储集层分布特征 图研究区沙三段镜下储集空间类型 年月王松：辽中南洼构造区沙三段致密油成藏特征 源储关系研究区的致密油储集层分布在辽中南洼西缓坡带，三角洲前缘及前缘远端相带由西向东插入湖相烃源岩中，沙三段下部发育的储集砂岩直接与烃源岩紧密叠置或呈指状尖灭于湖相烃源岩中，形成上源下储及“三明治”型这种源储紧邻或源储一体的致密油有利源储配置，致密砂岩与烃源岩纵向上相互叠置，横向上大面积连续接触（如图 所示），沙三段上部烃源岩既为致密油储层提供油源也是部分储集层良好的盖层。图致密油成藏主控因素综合分析图 辽中南洼致密油成藏特征 油气充注前人基于辽中南洼沙河街组埋藏史，结合泥质烃源岩的生烃动力学特征，开展其生烃史模拟研究，沙三段烃源岩自东营组末期（约为 ）开始进入生油阶段，在明化镇组末期沙三段烃源岩大 部 分 已 达 到 以 上，最 大 值 可 以 达 到 以上，进入成熟阶段，以生成液态石油为主，具有明显的供烃作用，且原油成熟度较高；色质色谱数据分析显示具有低 伽 马蜡 烷 含 量 和 较 高 的甲基甾烷含量的特征，油源对比认为是典型沙河街组三段烃源岩供烃的特征，结合油包裹体同期的盐水包裹体均一温度测量数据，均一温度为 ，利用埋藏史图进行时间投影，显示为 以来原油充注成藏，沙三段致密油油藏属于储集层经过复杂成岩过程先致密化然后在生烃增压或超压等形成的源储压差作用下晚期（）充注成藏的特征。成藏主控因素及模式相对于常规油藏而言，致密油成藏条件更为苛刻与复杂。通过对比分析国内外致密油的成藏与分布特征，一般认为陆相湖盆宽缓的斜坡区是致密油形成的良好构造背景，优质烃源岩、储层甜点、近源聚集以及成藏原动力是控制致密油富集的重要条件。研究区处于构造缓坡带，沙三段致密油具有不受圈闭控制，高部位不成藏低部位成藏的总体特征。通过含油产状、饱和度及储层物性等参数综合分析表明：储层物性差异、源储接触相对面积和剩余压力是研究区致密油差异富集的主要控制因素。研究区沙三段储集层从物性与含油性统计关系来看，致密油分布区的孔隙度为，渗透率为（），在此范围中具有孔隙度越高含油性越好的特征，而干层的孔隙度为 ，平均值为，渗透率为（），平均值为 。通过 个含油级别样品统计来看，物性越好含油级别越高，干层含油级别和物性明显低于致密油的含油级别与储层物性（如图所示），也可以看出研非常规油气油气勘探 究区致密油成藏物性下限孔隙度约为，致密砂岩储层“甜点区”是油气聚集成藏的有利区域。图沙三段致密砂岩样品与含油产状关系 从生烃模拟实验以及国内致密油成藏研究表明：生烃增压是致密油从生油岩运移致密储层中的最主要的成藏原动力 。随着烃源岩生烃转化率的不断增大以及生油强度的提升，压力增加达到成藏所需的门限源储压差，突破致密储层的孔渗极限而实现致密油的连续充注成藏，不同地区源储配置的差异导致其致密油成藏的源储压差也不同，但是总体规律为源储压差越大，石油的充注程度越高。研究区沙三段超压的分析结果显示压力差异分布对致密油聚集有一定影响，油区异常压力系数大于，致密油含油饱和度平均达 ，而油区从超压分布情况来看属于弱超压区（图 所示），井属于弱超压区，致密油层含油饱和度均值仅为 ，井钻探证实沙三段不发育异常压力，在储层物性条件相当的条件下，该井区沙三段致密储层段无油气成藏。从 油区成藏特征来看，构造对致密油成藏控制作用不明显，而具备典型的非浮力、近源聚集特征，烃源岩与储集层直接接触面积对油藏起控制作用，油区期沉积体与烃源岩大面积直接接触，期沉积致密油成藏，而期沉积体与烃源岩没有直接大面积接触或仅少部分接触，期沉积体在断块构造位置上属于构造高部位然而并无油气成藏（图 所示），证实致密油成藏不受水动力效应的明显影响，以非达西渗流扩散作用为主、短距离运移的成藏特征。在构造缓坡带源储配置良好的异常压力区带是致密油成藏的有利区带。结论）渤海海域内近年来致密油的勘探持续发现，致密油的潜在资源量巨大，是储量替代的新领域；致密储层研究新方法以及水平井多级体积压裂技术的成功应用将推动渤海海域内致密油成藏研究。）通过渤海致密油成藏相关数据统计分析，认为海域内空气渗透率小于 的致密砂岩、致密碳酸盐岩储集层，进行短距离运聚且需要通过特殊的开采技术实现其经济价值的油藏是致密油藏。）研究区沙三段上部发育广覆式分布的优质烃源岩与下伏致密砂岩储层大面积直接接触或指状互层接触，形成上源下储和“三明治”型的源储配置类型，利于致密油气成藏。）研究区沙三段致密油的成藏受异常压力、储层物性和源储直接接触面积所联控，剩余压力高和源储面积接触大，其含油性越好，含油饱和度越高，物性分析表明研究区致密油成藏储层孔隙度下限约为。参考文献：邹才能，陶士振，侯连华，等非常规油气地质学北京：地质出版社，：，：，：孙赞东，贾承造，李相方，等非常规油气勘探与开发（上册）北京：石油工业出版社，（）：，：，贾承造，郑民，张永峰中国非常规油气资源与勘 探开发前景石油勘探与开发，（）：，（）：，（）贾承造，邹才能，李建忠，等 中国致密油评价标准、主要类型、基本特征及资源前景石油学报，（）：，（）：年月王松：辽中南洼构造区沙三段致密油成藏特征 ，（）：张君峰，毕海滨，许浩，等 国外致密油勘探开发新进展及借鉴意义石油学报，（）：，（）：，（）：，：，：，：，赵前，杜伟美国致密油增长潜力与发展前景国际石油经济，：，：？林森虎，邹才能，袁选俊，等美国致密油开发现状及启示岩性油气藏，（）：，（）：杜金虎，何海清，杨涛，等 中国致密油勘探进展及面临的挑战中国石油勘探，（）：，（）：杨华，李士祥，刘显阳鄂尔多斯盆地致密油、页岩油特征及资源潜力 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