川西拗陷东部斜坡沙溪庙组气藏断砂配置及成藏差异性.pdf

四川盆地川西拗陷东部斜坡地区早期勘探表明侏罗系沙溪庙组油气显示频繁，而测试产量却比较低，属于丰度及效果都偏低且动用难度大的气藏，主要原因是断砂配置十分复杂，且成藏模式及关键的控制因素尚未明确。为此，通过对钻井和岩芯实验数据进行分析，深化对沙溪庙组气藏成藏地质条件研究，解剖 3 个典型气藏。研究结果表明：气藏以断控成藏为主；成藏的先决条件为通源断层；河道砂体及断层的较佳配置关系是其充分必要条件。基于不同形变程度区对二者配置关系的整理，设立起中江、高庙子中强变形区沙溪庙组“网状供烃、断砂输导、高效运移”的成藏模式，得到结论认为：河道砂体与通源断层配置关系有“三型七类”，结合构造演化细分中强形变区为三种动态断砂配置类型，即早期成藏后期保持型、早期成藏后期调整型和早期未有效成藏型；成藏主控因素总结为“源、相、位”即烃源情况、储层沉积相和气藏位于构造部位；将沙溪庙组气藏划分为富集区、有利区和较有利区，把富集区作为下一步勘探开发的目标。在新认识的指导下获得勘探商业发现，并实现当年发现当年建产，已建成规模气田。关键词川西拗陷东部斜坡中侏罗世沙溪庙组断砂配置类型主控因素成藏差异性DOI：10.12055/gaskk.issn.1673-3177.2023.02.011Fault-sandbody configuration and accumulation differences of gas reservoirs in Shaximiao Formation,eastern slope of western Sichuan depressionLI Ruisong1,DONG Jun2,and YUAN Qian3(1.Xinan Geosteering&Logging Company,Sinopec Matrix Corporation,Chengdu,Sichuan 610100,China;2.Ex-ploration and Development Research Institute,Sinopec Southwest Oil&Gas Company,Chengdu,Sichuan 610500,China;3.ExplorationandDevelopmentResearchInstitute,PetroChinaSouthwestOil&GasfieldCompany,Cheng-du,Sichuan 610041,China)Abstract:Early exploration for the eastern slope of the depression of western Sichuan Basin(western Sichuan depression for short)suggests that gas reservoirs in the Jurassic Shaximiao Formation reveals frequently oil-gas show,but relatively low test yield.They belong to hard-to-produce reservoir with low abundance and production.This is mainly attributed to very complex fault-sandbody con-figuration,and unclear models and controlling factors of gas accumulation.Based on the study of drilling and core experiment data,and geological conditions of gas accumulation,three typical gas reservoirs were analyzed in the Formation.The results show that the gas accumulation is dominantly fault-controlled;faults connecting to source are the prerequisite;and a good configuration between channel sand bodies and faults is a necessary and sufficient condition.According to the fault-sandbody configurations of areas with different deformation degrees,an accumulation model of network hydrocarbon supply,fault-sandbody transport and efficient migration in Shaximiao Formation was built for the moderate-strong deformation zones such as Zhongjiang and Gaomiaozi.Three conclusions are made:(i)There are“three types and seven classes”of configurations between channel sand bodies and source-connecting faults.The moderatestrong deformation zone can be divided into three types of dynamic fault-sandbody configuration by tectonic evolution,namely,early accumulation and late retention,early accumulation and late adjustment,and early ineffective accumulation.(ii)The main factors controlling gas accumulation are source rocks,sedimentary facies,and location of gas reservoir.(iii)Gas reservoirs in the Formation can be divided into enriched,favorable,and relatively favorable zones,and the enriched zone is taken as the target for exploration and development.Guided by this new understanding,commercial discoveries were made by exploration and put into pro-duction in the same year.Presently,large-scale gas fields have been built.Key words:Eastern slope of western Sichuan depression;Middle Jurassic;Shaximiao Formation;Fault-sandbody configuration;Main controlling factors;Hydrocarbon accumulation difference基金项目：国家重大科技专项“四川盆地碎屑岩层系大中型油气田形成规律与勘探方向”（编号：2016ZX05002-004-001）。作者简介：李瑞嵩，男，1984年生，工程师；现主要从事天然气勘探地质研究工作。地址：（610041）四川省成都市高新区吉泰路688号。E-mail：通信作者：董军，男，1974 年生，博士，高级工程师；现主要从事天然气地质地震综合研究工作。地址：（610041）四川省成都市高新区吉泰路 688 号 A 座。E-mail：李瑞嵩等：川西拗陷东部斜坡沙溪庙组气藏断砂配置及成藏差异性 85 2023 年 6 月 第 46 卷 第 2 期0引言四川盆地川西拗陷中段东部斜坡区主要发育侏罗系远源气藏，其中沙溪庙组前期勘探油气显示频繁，但测试低产，含气丰度低，始终未获得规模储量。尚存在气藏地质特征复杂，尤其河道砂体与断层匹配关系、气藏主控因素认识不清等问题。近年来，中江地区沙溪庙组致密河道砂岩气藏成藏主控因素、成藏模式研究取得了新认识，特别是中江、高庙子、知新场地区，分别在 Js11、Js14、Js24-1、Js33-2、Js33-3等5 个砂组钻获工业气流，开启该区勘探开发新局面。通过对沙溪庙组三类典型气藏富集的控制因素分析，逐步形成“网状供烃、断砂输导、高效运聚”的地质理论，为相同地质背景区块的勘探开发提供借鉴1-3。1工区位置川西拗陷东部斜坡带，简称拗陷东坡。研究区位于川西拗陷中段东部，并处于川中古隆起的过渡带上，面积约为 2 400 km2。北与梓潼凹陷相接，西邻孝泉新场构造带、成都凹陷，南接中兴场向斜，东与川中古隆起金华场构造毗邻（图 1）。图 1研究区地理及构造位置示意图李瑞嵩等：川西拗陷东部斜坡沙溪庙组气藏断砂配置及成藏差异性 86 2023 年 6 月 第 46 卷 第 2 期2成藏地质条件2.1烃源条件研究区纵向上发育中下侏罗统（千佛崖组、自流井组大安寨段）和须家河组多套优质烃源岩，为中型气田资源的形成创造了有利条件。研究区 30 余口实钻井剖面表明，须五段泥页岩作为主力厚度较大，在 150 300 m 之间，自西向东逐渐减薄；实验分析约60个岩心样品，有机碳含量主要分布于1.91%4.92之间；主要是腐殖型，Ro 分布在 1.07%1.44%之间，成熟度较高；在生烃方面具备较大的潜力，生气强度介于 10108 12108 m3/km2之间。沙溪庙组天然气的甲烷碳同位素-38.61-30.39，平均为-35.42，计算天然气的成熟度为 0.50%1.91%，平均 0.90%，从成熟到高成熟阶段均有贡献，根据计算天然气的深度和运移距离判断，研究区气源主要来自于须五段中有机质含量高的泥页岩、煤层烃源岩以及下侏罗统部分暗色泥岩。2.2储集条件研究区整个沙溪庙组划分上沙溪庙组 Js1、Js2和下沙溪庙组 Js3（以下用 Js1、Js2和 Js3表示）均发育辫状河三角洲沉积体系。物源主要来自东北方向，分流河道为有利相带，展布方向总体呈北东南西向4。实钻揭示纵向上Js1、Js2和Js3共发育15套砂体，储层单层厚度不大，厚薄不均，横向相变快，以单一或叠置河道砂体为主（图 2）。b.研究区地层综合柱状图图 2川西拗陷东部斜坡沙溪庙组主要目的层砂组沉积微相与地层综合柱状图a.研究区主要目的层砂组沉积微相图李瑞嵩等：川西拗陷东部斜坡沙溪庙组气藏断砂配置及成藏差异性 87 2023 年 6 月 第 46 卷 第 2 期储层岩性为浅绿灰色及褐灰色中、细粒岩屑长石砂岩。样品实测储层孔隙度平均值、中值分别为 9.14%、9.63%，渗透率平均值、中值分别为0.33910-3 mD、0.0810-3 mD，为低孔低渗储层。纵向上储层物性存在差异性，Js1、Js2和 Js3平均孔隙度依次为 10.13%、7.47%、9.20%，其平均渗透率依次为 0.16710-3 mD、0.06710-3 mD、0.84210-3 mD，下沙溪庙组物性相对较好（图 3）。由此可见，储层物性最佳的是 Js3，Js1居中，最后是 Js2。已钻井成果资料显示平面上研究区中江、高庙地区储层物性相对较好。综合分析认为，东坡沙溪庙组整体致密背景下仍发育有孔隙较好的孔隙型储层及部分非均质性较强的裂缝孔隙型储层，具备形成大、中型气田的良好储集条件5-8。图 3川西拗陷东部斜坡沙溪庙组储层孔隙度、渗透率频率分布直方图2.3盖层保存条件研究区沙溪庙组气藏上覆主要发育白垩系、侏罗系蓬莱镇组和遂宁组 3 套区域性盖层，均以红色泥岩为主。其中遂宁组泥岩为直接区域盖层，为一套前三角洲、滨浅湖沉积，泥岩厚度较大，介于250 450 m 之间。沙溪庙组内部各段储层中也发育有泥页岩等岩性致密、分布稳定的直接盖层，保存条件较优越。直接盖层和纵向上有利的区域（间接）盖层为气藏提供了良好的封盖条件。另一方面，研究区西部发育龙泉山断裂及其伴生断裂，部分已经断穿白垩系、侏罗系泥岩盖层，甚至断到地表，因此该区油气保存条件较为不利（图 4）。2.4输导条件2.4.1断裂特征因受到多期次不同主应力方向的构造运动影响，研究区呈由南至北逐渐降低的斜坡（以下称东坡），构造高部位位于合兴场、知新场石泉场、中江回龙，并发育不同规模、不同期次、不同级别的断裂。据统计，向上断至沙溪庙组断层 38 条，其中烃源岩断层 21 条，主要烃源岩断层 5 条 F1、F1-1、F2、F3、F4（FS1），除 F3 断层外其余均断至地表，最大主应力方向近东西向（图 4）。2.4.2输导体系据已钻井分析，研究区沙溪庙组通源断层南部断距较大，北部断距较小。且实钻过程中，断距较大的录井油气显示更活跃、级别更高，表明其天然气运聚更有利，因此研究区输导条件南部优于北部。在西部合兴场、知新场石泉场一线，发育沟通至须五段烃源的优势断层通道，下部多套烃源岩产出的天然气由此通道运至浅层砂体内部，再借助自身的浮力经由砂岩内部的断层、微裂缝向构造高部位进行横向运移。在断层欠发育地区，侏罗系千佛崖组烃源岩直接与沙溪庙组储层接触，油气也可通过扩散方式垂向运移进入储层9。总体上，沙溪庙组气藏输导条件较优越。断层是纵向上运移通道，河道砂体为主要侧向运移通道，构成有利的断砂输导、砂砂输导体系。此外，大断裂对中江地区沙溪庙组气藏起到了改善砂体的储集空间和油气运移通道作用，同时挤压型构造应力形成的断裂对圈闭起到遮挡和封闭作用，这些都为研究区油气运移及聚集成藏创造了极其有利的条件10-11。3典型气藏分析3.1中江沙溪庙组气藏研究区中江沙溪庙组发育的河道砂岩主要呈北东南西向展布（图 5、图 6），且厚度较大、储渗性较好，但直接与 F2 断层配置的砂体相对较少，主要是与 F3 通源断层相接，F3 断层形成时间为须李瑞嵩等：川西拗陷东部斜坡沙溪庙组气藏断砂配置及成藏差异性 88 2023 年 6 月 第 46 卷 第 2 期五烃源岩成熟高成熟阶段，生成的凝析油相对较少（表 1）。气藏地质特征：储层与通源断层配置关系好。主力通源断层 F3，断距 20 280 m，砂组上倾方向与通源断层 F3 断层相接，并且尖灭，形成有效构造岩性复合圈闭。样品分析储层物性较好，孔隙度及渗透率平均值分别为 8.19%、0.300 mD，测井评价多为、类储层。构造位置位于古、今较高部位，整体为斜坡背景。天然气主要是游离相，干气，地层水总矿化度较高，约为 30 000 36 173 mg/L。3.2高庙子沙溪庙组气藏研究区高庙子沙溪庙组气藏主要砂组有 Js11、Js23、Js24-2、Js33-1、Js33-2，砂组（如 Js33-2河道）与 F2图 4川西拗陷东部斜坡沙溪庙组断层展布特征图图 5川西拗陷东部斜坡中江高庙子沙溪庙组地震剖面图李瑞嵩等：川西拗陷东部斜坡沙溪庙组气藏断砂配置及成藏差异性 89 2023 年 6 月 第 46 卷 第 2 期断层相接匹配，且 F2 断层形成时间早，把须五段烃源岩低成熟时期不间断生烃得出的凝析油沿 F2断层通道运移至下沙溪庙组，逐渐聚集成藏（图 4）。气藏地质特征：储层与通源断层配置关系好。主力通源断层 F1、F2，断距 60 240 m，储层下倾方向与其相接，上倾方向尖灭，形成有效圈闭。位于构造相对高部位，含气性好。储层含气性和物性比较好。平均孔隙度8.93%，平均渗透率1.150 mD。GM33、GM32、GS301 等工业气井证实储层物性与含气性成呈相关关系。天然气以水溶气为主，干气，地层水总矿化度低，仅 6 856 9 167 mg/L，佐证环境封闭性差。3.3知新场沙溪庙组气藏该气藏主要含气砂组有 Js23、Js24-2等，保存条件受大断距断层岀露地表的影响，气藏规模受限，局部构造保存完整。气藏地质特征：主力通源断层 F1，F1-1，断距 25 150 m，配置关系较佳。局部储层下倾方向接于通源断层，上倾方向形成遮挡，构成了有效圈闭。储层砂体发育，发育 12 套砂组，主力产层主要集中在沙二气藏。古、今构造位置较高。天然气组分差异不大，地层水总矿化度含量相对较低，受断层出露至地表所致。通过中江、高庙子和知新场气藏分析，建立了东部斜坡沙溪庙组局部成藏差异性对比（表 1）。4成藏主控因素分析不同地区、不同砂组的含气丰度与砂体和断层的配置关系有密切联系12-16，川西拗陷东部斜坡沙溪庙组气藏也呈现出明显的断层控烃，断砂配置关系控藏的特征。4.1断砂配置关系研究区不同的构造背景导致了烃源断层和供烃方式的差异。弱形变、烃源断层不发育区则以下生上储、自身自储面状供烃为主。中强形变、烃源图 6川西拗陷东部斜坡中江高庙子沙溪庙组气藏剖面图李瑞嵩等：川西拗陷东部斜坡沙溪庙组气藏断砂配置及成藏差异性 90 2023 年 6 月 第 46 卷 第 2 期断层发育区则主要是远源下生上储网状供烃，储集砂体下倾方向或者低幅上倾方向接于断层或已知含气砂体的上倾方向可以产生构造或者构造岩性封闭，进而形成有效圈闭天然气才能富集成藏17-19。中江、高庙子沙溪庙组气藏即属此类。根据砂体与烃源断层配置关系总结出以下三点认识，按照不同地区具体配置关系归纳为“三型七类”（图 7）。A 型：储层下倾方向与通源断层相接，形成有效圈闭，含气性好，天然气通过通源断层运移至储层中，再通过储层横向运移聚集成藏，ZJ16H、GM32 等井均属于该类型。B 型：储层低幅上倾与断层相接，远离断层方向储层构造位置高于储层与通源断层接触点，形成有效圈闭，含气性好。从通源断层快速运移来的天然气从构造低部位往构造高部位运移，形成岩性封闭，聚集成藏，ZJ19H 井属于该类型。C 型：储层上倾方向与断层相接，远离断层方向储层构造位置低于储层与断层接触点，未形成有效圈闭，含气性差。供烃输导以及后期保存方面的条件都比较恶劣，从通源断层快速运移来的天然气难以从构造高部位往构造低部位运移聚集成藏，YT1、FG3 等井属于该类型。4.2动态断砂配置类型通过对研究区中强形变区通源断层基本特征、内部结构和断面形态的梳理与精细描述，结合断裂构造演化分析，明确了区内有效的输导断层体系。利用河道砂精细刻画，深入分析成藏期及现今断砂的配置关系，建立了区内 3 种动态断砂配置类型（图 8）。其中早期成藏后期保持型与早期成藏后期调整型中调整保留型的断砂配置模式比较有利。4.3成藏主控因素结合以上研究认为，东部斜坡沙溪庙组成藏主控因素总结为“源、相、位”。“源”充足烃源决定天然气的富集与否，需具备沟通优质烃源的通道（中强变形区）或者下生上储近源成藏（弱变形区）；“相”有利的水下分流河道沉积微相展布决定了气藏的分布和形成规模；“位”成藏期及现今构造、砂体与断层配置关系以及裂缝发育状况控制了天然气的富集，决定着气藏的含气丰度（表 2）。研究区整体上各砂组较有利区较发育，有利区展布面积较大，富集区主要集中在中江、高庙子地区，知新场地区局部发育。5成藏模式高效断砂输导体系，通道条件优越是先决条件；形变的相对强弱、构造位置高低、沉积相带、物性差异、保存条件都不同程度地影响沙溪庙组气藏的形成和含气丰度的高低20-25。综合分析认为，川西拗陷东部斜坡沙溪庙组砂岩纵、横向变化较大，钻井结果揭示，沉积水体较浅时期，发育河道较窄，所形成砂体规模小，储盖组合较好，聚气丰度高。研究区平面上各种构造、各个井区的天然气成藏规模都不一样，因天然气的运移都是由高势区朝着低势区进行，当其构造有利位置和砂体匹配关系较佳，那么天然气就会汇聚于此形成构造或构造-岩性气藏。据已钻井结果揭示本区更发育构造-岩性气藏。表 1川西拗陷东部斜坡沙溪庙组局部富集的差异性对比表气藏通源断层断层与砂组配置储层（砂组）构造位置天然气组分地层水总矿化度/（mgL-1）主力断层断距/m接触关系距断层的距离/km套数主力产层物性(平均)今构造古构造13CiC4/nC4凝析油含量中江F320 280砂组上倾方向与断层相接25 4015Js11、Js14、Js33-2、Js33-3=8.19%K=0.300 mD高高7.461.02少30 000 36 173高庙子FS1F260 240砂体下倾方向与断层下盘相接3 2010Js33-1、Js33-2=8.93%K=1.150 mD较高较低13.530.94高产6 856 9 167知新场F1F1-125 150两者皆有0 412Js23、Js24=7.54%K=0.270 mD最高高/1.09少24 964李瑞嵩等：川西拗陷东部斜坡沙溪庙组气藏断砂配置及成藏差异性 91 2023 年 6 月 第 46 卷 第 2 期图 7川西拗陷东部斜坡沙溪庙组气藏断砂配置样式示意图研究区溪庙组气藏有两种成藏模式：合兴场高庙子、知新场石泉场、中江中强变形区存在通须五段烃源的优势通道，主要为网状供烃、断层输导、构造控制聚气的模式；丰谷、回龙弱变形区，缺乏烃源断层，模式以近源下生上储面状供烃、砂体输导、岩性控制聚气为主。中江沙溪庙组以断控成藏为主，断砂配置条件最好，局部砂体上倾方向与烃源断层上盘相接，总体离烃源断层较远（图 9）；高庙子地区也以断控成藏为主，成藏配置条件好，砂体下倾方向与烃源断层下盘相接，距烃源断层 F2 近一些；而知新场地区距烃源断层特别近，成藏条件也较为有利。综合气藏主控因素分析及总结成藏模式，研究认为川西拗陷东部斜坡沙溪庙组气藏富集主要集中在中江、高庙子和合兴场地区，知新场局部砂组发育区将是后期勘探开发的重要方向。6结论1）把研究区砂体与通源断层的配置关系划分为“三型七类”；同时结合构造演化深入分析成藏期及现今断砂的配置关系，建立了中强形变区 3 种动态断砂配置类型：早期成藏后期保持型、早期成藏后期调整型和早期未有效成藏型，其中前两种类型为有利的配置模型。2）将川西拗陷东部斜坡沙溪庙组成藏主控因素总结为“源、相、位”。“源”主要是烃源断层输导、构造控制成藏（中强形变区）和下生上储近源、李瑞嵩等：川西拗陷东部斜坡沙溪庙组气藏断砂配置及成藏差异性 92 2023 年 6 月 第 46 卷 第 2 期图 8川西拗陷东部斜坡沙溪庙组动态断砂配置类型示意图表 2川西拗陷东部斜坡沙溪庙组气藏成藏主控因素统计表类型断层通道条件河道砂体宽度储层品质砂体与断层配置关系砂体与断层距离/km构造位置保存条件含气丰度成藏期现今成藏期现今富集区断距大，高速通道窄I 类储层砂体下倾与断层上盘相接砂体下倾与断层上盘相接中距离 （3 20）高高无断层破坏高有利区断距小，低速通道宽II 类储层砂体下倾与断层下盘相接砂体下倾与断层下盘相接短距离 （0 4）较高较高有断层破坏较高较有利区断距小，低速通道窄III 类储层砂体上倾与断层上盘相接砂体上倾与断层上盘相接远距离 （20 35）低低较低李瑞嵩等：川西拗陷东部斜坡沙溪庙组气藏断砂配置及成藏差异性 93 2023 年 6 月 第 46 卷 第 2 期岩性控制成藏（弱形变区）；“相”即为研究区广泛发育的三角洲前缘水下分流河道微相，控制着气藏的分布和规模；“位”体现在天然气的富集和气藏的含气丰度取决于成藏期及现今构造、砂体与断层配置关系以及裂缝发育状况。3）综合分析气藏主控因素和成藏模式，将东部斜坡沙溪庙组气藏划分为富集区、有利区和较有利区。其中富集区主要集中在中江、高庙子、合兴场和知新场局部，是下一步勘探开发的有利目标区。致谢本文得到中国石化西南油气分公司勘探开发研究院领导、专家、同事们的指导和帮助，尤其是勘探一所、物探二所同志们的大力支持，特此感谢。参考文献 1 刘殊,颜琰,袁红卫.川西凹陷浅层气藏分布规律研究以洛带和新场气田为例 J.石油物探,2006,45(4):342-350.LIU Shu,YAN Yan,YUAN Hongwei.The distribution of shallow gas reservoirs in western Sichuan Depression:examples from Luodai and Xinchang gas fieldsJ.Geophysical Prospecting for Petroleum,2006,45(4):342-350.2 郭正吾.四川盆地西部浅层致密砂岩天然气勘探模式 J.天然气工业,1997,17(3):5-9.GUO Zhengwu.Natural gas exploration mode of shallow tight 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