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火山岩气藏特征及有利区预测

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《东北石油大学学报》2015年第六期

摘要:

基于英台断陷深部火山岩气藏的烃源岩及储层特征,分析火山岩气藏源/储品质、耦合关系、输导体系和气藏特征等,研究成藏主控因素和成藏规律,预测研究区天然气勘探有利区.结果表明,英台断陷火山岩气藏存在下生上储和侧生侧储两种类型,其中下生上储型主要发育于大屯地区,主要以断裂为输导通道沟通沙河子组源岩,沟通源储的断裂控制气藏的分布;侧生侧储型主要发育于五棵树地区,成藏的关键在于火山岩储层能否在侧向上与营城组二段有效烃源岩直接相连,对接面处易于气藏的形成,且气藏规模大、丰度高,随着天然气运移距离的增加,气藏规模和丰度逐渐降低.该成果有助于认识英台断陷火山岩气藏及剩余资源的分布,确定勘探有利区.

关键词:

火山岩气藏;主控因素;成藏规律;有利区预测;英台断陷;营城组

火山岩油气藏被认为是偶然现象,并未将它看作可以大规模勘探的找油气区域[1],20世纪80年代以来松辽盆地深层勘探虽有发现,但并无实质性突破[2].2001年,徐深1井营城组火山岩气藏日产54×104m3高产气流获得突破,开始松辽盆地深层火山岩气藏的大规模勘探[3],截至2014年,徐家围子断陷深层已提交天然气探明地质储量超过3.0×1011m3[4].随后以徐家围子断陷为重点勘探区域,加快对松辽盆地的整体评价和勘探,并在长岭、英台、王府及德惠断陷营城组发现火山岩气藏[5].松辽盆地南部长岭断陷和北部徐家围子断陷106m3产气量工业气井的发现,预示深层火山气藏具有广阔的开发前景.英台断陷作为松辽盆地南部小而肥的勘探区块,深层烃源岩条件优越,断陷工业气流井已达13口,少量气流井2口,但是存在3口失利井(LS301、LS304和LS4井).成功探井表明英台断陷具有丰富的资源潜力,3口失利井表明英台断陷深层天然气的成藏受到诸多因素的控制,烃源岩及储层特征、气藏分布规律、剩余资源分布等因素不明朗.由于松辽盆地南部前期勘探程度低,研究大多集中于徐家围子断陷[6-8]及长岭断陷[9]两个中部断陷,英台断陷的研究成果较少[10].为提高勘探开发效率,考虑英台断陷营一段火山岩气藏烃源岩、储层特征及成藏要素等方面,讨论研究区火山岩储层的气藏控制因素;通过研究区典型气藏解剖,分析不同成藏类型气藏形成的主控因素,总结该地区火山岩气藏的成藏规律,优选剩余资源分布的有利区带,以指导该地区下一步勘探部署.

1区域地质概况

松辽盆地南部发育19个断陷,断陷总面积为3×104km2,根据断陷分布及盆地深浅层叠合特征,将松辽盆地南部深层断陷自西向东划分为西部断陷带、中部断陷带和东部断陷带.英台断陷位于西部断陷带北部(见图1(a)),为西断东超的箕状结构,断陷面积为1800km2,为双断式地堑特征,断陷地层厚度为500~4000m,基底最大埋深为7800m.根据基底结构、断陷层顶面构造特征及沙河子组地层展布特点,将英台断陷营城组顶面划分为西部五棵树断鼻带、中部洼槽带、东部断裂带.英台断陷发育火石岭组、沙河子组和营城组,西部边界五棵树断鼻控制火石岭组、沙河子组和营城组分布;东部边界四方坨子断裂控制火石岭组和沙河子组分布(见图1(b)).

2火山岩气藏特征

2.1烃源岩特征有机质丰度、类型和成熟度是反映烃源岩中有机质质量分数、有机质生烃能力,以及有机质向油气转化程度的关键参数[11].英台断陷深部主要发育营城组二段和沙河子组烃源岩,营城组一段储层位于两者之间,共同为中部火山岩储层提供油气.营城组二段和沙河子组烃源岩的有机质丰度较高,其中沙河子组泥岩60%以上达到中等以上级别,营城组二段90%以上为中等以上级别、TOC质量分数主要大于1.0%(见图2(a)).研究区镜质组反射率数据显示(见图2(b)),沙河子组和营城组二段源岩主要处于高成熟—过成熟阶段,烃源岩以生气为主,为营城组一段火山岩储层提供气源.此外,深部的沙河子组和营城组二段烃源岩处于高成熟阶段,发育少量凝析油.类型指数TI揭示(见图2(c)),沙河子组主要以Ⅱ2型为主;营城组二段Ⅱ1型、Ⅱ2型有发育,Ⅱ2型所占比例稍高.与沙河子组烃源岩相比,营城组二段有机质丰度更高.由于研究区源岩演化程度较高,H/C、O/C、IH、IO等指标无法真实反映烃源岩的有机质类型,因此主要以干酪根显微组分表征有机质类型.沙河子组烃源岩腐泥组质量分数为45%~76%,平均为64%,镜质组和惰质组质量分数为24%~55%,平均为36%;营城组二段腐泥组质量分数为51%~77%,平均为65%,镜质组和惰质组质量分数为23%~49%,平均为35%(见图3).由图3可见,营城组二段有机质类型相对好于沙河子组的,生烃能力略优于沙河子组的.

2.2储层物性特征营城组一段火山岩主要发育四类、八种岩性,根据各类火山岩测井孔隙度数据,酸性岩物性最优(见图版Ⅰ(b-d)),测井孔隙度呈双峰分布,低值在2.0%~5.0%区间,高值在9.0%~12.0%区间,均值约为7.5%;次火山岩和侵入岩次之(见图版Ⅰ(a)),测井孔隙度分布在2.0%~10.0%区间,单峰分布,均值约为5.8%;中基性火山岩及火山沉积岩最差(见图版Ⅰ(e-h)),单峰低值分布,测井孔隙度均值为3.0%~4.0%.因此,酸性火山岩为该地区优势岩性.英台断陷营城组一段火山岩揭示四类火山岩相、九类亚相,根据测井物性数据,爆发相和喷溢相储层物性最好,其次为火山通道相,火山沉积相最差(见图版Ⅱ).同一种火山岩岩相中不同亚相储层物性差异也较大,如喷溢相中,上部亚相物性最优,测井孔隙度呈单峰分布,最高为20.0%,均值约为10.0%(见图版Ⅱ(h));中部亚相次之,呈双峰分布,大部分测井孔隙度分布在7.0%以下,均值约为6.0%(图版Ⅱ(g));下部亚相物性交差,主体测井孔隙度分布在5.0%以下,均值约为4.5%(见图版Ⅱ(f)).爆发相中,热基浪亚相最优,测井孔隙度呈双峰分布,低值在5.5%~6.0%区间,高值在12.5%~13.0%区间,均值约为9.0%(见图版Ⅱ(d));空落亚相次之,测井孔隙度均值约为8.0%(见图版Ⅱ(c));热碎屑流亚相物性最差,测井孔隙度均值约为7.0%(见图版Ⅱ(d)).火山通道相中,次火山岩亚相储层物性最优,测井孔隙度均值约为6.0%(见图版Ⅱ(a));火山颈亚相物性差,测井孔隙度均值约为2.0%(见图版Ⅱ(b)).火山沉积相储层物性交叉,测井孔隙度均值约为3.0%(见图版Ⅱ(i)).因此,喷溢相上部亚相、爆发相热基浪亚相储层物性最优;其次为爆发相的空落亚相和热碎屑流亚相、喷溢相的中部亚相、火山通道相的次火山亚相;火山通道相的火山颈亚相和火山沉积相储层物性最差.

3火山岩气藏主控因素

3.1下生上储型气藏下生上储型油气成藏送体验机无需申请在我国含油气盆地中广泛发育[12-14].该类送体验机无需申请的最大特点是储层上覆于烃源岩,且多数以断裂或断裂和不整合为油气的输导体系垂向运移.英台断陷下生上储型火山岩气藏主要分布于大屯地区,气藏的气源主要来源于沙河子组暗色泥岩.该套泥岩分布面积约为450km2,泥岩厚度普遍大于100m,最大厚度可达700m,有机碳丰度高,类型主要为Ⅱ2型,且多处于高成熟(部分样品过成熟)演化阶段,有利于大量成气.根据探井分布,营城组一段火山熔岩见气显示的探井基本分布在沙河子组暗色泥岩范围(见图5),处于源岩之外的Y176井无显示,反映气藏分布主要受到源岩的控制.此外,在源岩分布范围也存在一些失利井,表明除了受到源岩的控制外,储层及沟通源储的输导体系特征也影响气藏分布.研究区火山岩储层广泛发育,储层厚度普遍大于100m,在火山机构处储层厚度最大可达600m,喷溢相、爆发相为优势相带,确保烃类气具备有利的聚集场所.因此,火山岩储层是成藏过程中必不可少的条件,制约气藏的形成和分布.然而,并非在所有火山岩储层中发现烃类气藏,部分区域的储层中含水饱和度较高,表明储层并非是气藏形成差异性的关键.基于单井、联井剖析结果,气藏形成与否跟源储沟通的断裂有密切关系.在南部的英台古隆起区,沙河子组暗色泥岩生成的烃类气通过断裂向上运移至营城组一段火山熔岩中聚集成藏(见图6).因此,宏观上源、储及沟通源储的断裂系统的分布特征控制气藏的形成与分布,对于气藏的富集程度,还需要考虑源岩的生烃强度、储层的储集性能、输导体系的输导能力及烃类气运移的距离等.对于下生上储型气藏,其成藏一般规律是以生烃源岩和有效储层为基础,集中分布于源储沟通的断裂附近;源岩品质好、储集空间大、运移距离近的区域往往富集高产,而运移距离较远或断裂未沟通到源岩的储集层往往含气饱和度低,甚至为饱含水层,如Y176井.

3.2侧生侧储型气藏源、储在空间上除上、下叠置外,侧向对接也是常见的一种接触方式.由于地层沉积差异或强烈的构造活动(如断裂活动、岩浆穿刺等)促使岩性、岩相在横向上突变,从而在盆缘、斜坡带和陡坡带形成侧生侧储型油气藏[13].英台断陷五棵树地区西部陡坡带的营城组一段属于侧生侧储型气藏.根据气源对比和地质特征分析结果,五棵树地区营城组一段火山岩气藏源于营城组二段暗色泥岩[15],营城组二段地层处于深湖—半深湖沉积环境,暗色泥岩发育,有机质丰度高、类型好,烃类气侧向运移至与之对接的火山岩聚集成藏(见图7).远离营城组二段烃源岩的火山岩存在断裂沟通,依然具备成藏条件,只不过与源、储侧向对接面处的火山岩相比,其成藏概率和富集程度大幅降低[16].根据五棵树地区典型气藏联井剖面(见图7),紧邻烃源岩的火山岩体产能高(LS303、LS2井),随着天然气运移距离的增大,含气饱和度明显降低,LS201井的单井产能为0.455×104m3/d,而位于距离更远的LS202井未发现烃类气.因此,对于侧生侧储型气藏,源、储侧向对接面是油气聚集的有利场所,随着天然气运移距离逐渐增大,气藏富集程度逐渐降低.在五棵树西部陡坡带地区,控陷断裂导致营城组一段火山岩体与营城组二段地层侧向对接的区域分布较为广泛,地层对接不能代表火山岩体与营城组二段源岩有直接接触关系.营城组二段西部陡坡带整体发育深湖—半深湖相,烃源岩广泛发育,在局部地区存在冲积扇,导致断层面附近的营城组二段发育大套砂砾岩,源岩不甚发育,营城组一段火山岩储层表现为干层或水层.对于侧生侧储型火山岩气藏,一般分布在由断裂或古隆起引起的源、储侧向对接的火山岩储层中,随着油气运移距离的增大,其天然气富集程度逐渐降低.纵观整个英台断陷营城组一段地层分布特征,侧生侧储型气藏主要分布在LS2井区的火山岩体内,但火石岭组火山岩和沙河子组泥岩在地层分布和接触关系上也具有类似特征,在地质和地化方面,两套源岩的生烃能力较强,沙河子组和火石岭组暗色泥岩与火石岭组火山岩侧向对接,生成的烃类气侧向运移至火石岭组火山岩体聚集成藏.

4有利区预测

分析英台断陷火山岩气藏特征及成藏主控因素,对于下生上储型气藏分布地区,LS1井区优势储层相带广泛发育,沙河子组源岩生烃能力强,并在东部地区发育大量类似南北走向断层,延伸长度为2~10km,平均为6km,其发育为沙河子组气源的运移提供有力通道[17-18];对于侧生侧储型气藏分布地区,其有利区块成藏的关键在于五棵树地区具备优质的营城组二段源岩和有效的火山岩储层,以及源储有效的侧向对接方式,对接面附近的火山岩体成为下一步勘探的有利方向[19](见图8).

5结论

(1)英台断陷深部主要发育营城组二段和沙河子组两套烃源岩.两套烃源岩有机碳质量分数较高,大部分达到中等以上级别,其中营城组二段的略优于沙河子组的;有机质类型为Ⅱ1型和Ⅱ2型,主体处于高成熟—过成熟阶段,源岩品质好,气源充足.(2)火山岩储层物性受到岩性和岩相的制约,酸性岩储层物性优于次火山岩及侵入岩的,中基性火山岩和火山沉积岩物性最差;岩相上,溢流相的上部亚相和爆发相的热基浪亚相储层物性最优,其次为爆发相的空落亚相和热碎屑流亚相、喷溢相的中部亚相,以及火山通道相的次火山亚相.(3)英台断陷营城组一段火山岩主要发现两类气藏:1)沙河子组供烃、营城组一段聚集的下生上储型气藏(大屯地区),其形成与分布受到有效源岩、优质储层及沟通源储的断裂三者空间有效耦合的制约;2)营城组二段供烃、营城组一段聚集的侧生侧储型气藏(五棵树地区),其形成的首要条件是营城组一段火山岩与营城组二段有效烃源岩能够直接侧向接触,在对接面处形成高丰度的烃类气藏,并且随着天然气运聚距离的增大,气藏的富集程度和规模逐渐降低.

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作者:董亦思 黄文彪 于兴河 邓守伟 卢双舫 孙婷婷 单位:中国地质大学(北京)能源学院 中国石油大学(华东)非常规油气与新能源研究院 中国石油吉林油田公司 勘探开发研究院

东北石油大学学报责任编辑:杨雪    阅读:人次

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