鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組長(zhǎng)6鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組超低滲透巖性油藏成藏流體動(dòng)力系統(tǒng)特征及其意義

鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組長(zhǎng)6鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組超低滲透巖性油藏成藏流體動(dòng)力系統(tǒng)特征及其意義

近年來(lái)，許多科學(xué)家對(duì)流場(chǎng)運(yùn)動(dòng)條件進(jìn)行了大量研究，揭示了西藏能源結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性、流場(chǎng)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力、方向以及石油和天然氣的西藏意義。田世澄等在總結(jié)中國(guó)東部陸相含油盆地石油富集規(guī)律的基礎(chǔ)上,提出了成藏動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)的概念。大量的資料證明,不同性質(zhì)的盆地及同一盆地不同演化階段,其流體動(dòng)力系統(tǒng)都存在較大差異,如在斷陷盆地,斷裂系統(tǒng)發(fā)育,斷層在油氣的運(yùn)移、聚集成藏過(guò)程中發(fā)揮了重要的作用,運(yùn)移動(dòng)力常常與構(gòu)造作用力有關(guān);對(duì)于拗陷型盆地,尤其是致密砂巖巖性油藏,油氣運(yùn)移的主要通道為連通砂體、不整合面及微裂縫,浮力、構(gòu)造力無(wú)法為油氣的運(yùn)聚提供足夠的動(dòng)力,運(yùn)移動(dòng)力主要來(lái)自過(guò)剩壓力。中、新生代的鄂爾多斯盆地是在穩(wěn)定的古老地塊上發(fā)育的大型拗陷型盆地,其位于幾大構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的交匯部位,應(yīng)力相互消減、均衡,內(nèi)部構(gòu)造相對(duì)穩(wěn)定。另外,其油層孔隙度一般6%~16%,滲透率一般0.1×10-3~2×10-3μm2,屬于特低滲透、超低滲透儲(chǔ)層。在這種低滲透儲(chǔ)層中發(fā)現(xiàn)了大油田,特別是近年來(lái),延長(zhǎng)組特低滲透、超低滲透巖性油藏的勘探取得了顯著成果,發(fā)現(xiàn)了西峰、姬塬、華慶、合水等多個(gè)億噸級(jí)大油田(大油區(qū))。已有的研究表明,地層流體壓力是這種油氣田油氣運(yùn)移的主要?jiǎng)恿?。本文?duì)該盆地延長(zhǎng)組地層流體壓力分布特征進(jìn)行了研究,首次劃分了研究區(qū)成藏流體動(dòng)力子系統(tǒng),探討了低滲透條件下油氣運(yùn)移、聚集的規(guī)律,這對(duì)鄂爾多斯盆地中生界低滲透巖性油藏的勘探開(kāi)發(fā)具有重要意義。1湖盆內(nèi)部復(fù)合沉積相根據(jù)沉積旋回和凝灰?guī)r等標(biāo)志層的分布特征,延長(zhǎng)組自上而下可劃分長(zhǎng)1—長(zhǎng)10共10個(gè)油層組。該沉積期,盆地經(jīng)歷了多期水退水進(jìn)旋回,延長(zhǎng)組內(nèi)部可以識(shí)別4個(gè)湖泛面,分別為長(zhǎng)10中期、長(zhǎng)9中晚期、長(zhǎng)8末期及長(zhǎng)4+5中期,其中長(zhǎng)7油層組沉積期為最大湖泛期。長(zhǎng)9油層組主要為湖泊相泥質(zhì)沉積;長(zhǎng)8油層組主要為淺水環(huán)境下的三角洲平原、前緣沉積,發(fā)育分流河道、水下分流河道和河口壩儲(chǔ)集砂體,湖盆中心位于吳起—志丹—甘泉一帶;受構(gòu)造作用影響,長(zhǎng)8油層組沉積末期延長(zhǎng)期湖盆快速沉降,導(dǎo)致長(zhǎng)7湖盆迅速擴(kuò)張,水深加大,湖盆中心向西南遷移至華池—合水東一帶,鄂爾多斯盆地半深湖—深湖亞相發(fā)育,沉積了一套有機(jī)質(zhì)豐富的暗色泥巖、油頁(yè)巖,為中生界主力烴源巖;長(zhǎng)7沉積期后持續(xù)湖退,受湖盆底形、沉積相及火山活動(dòng)等突發(fā)地質(zhì)事件的控制,長(zhǎng)6沉積期和長(zhǎng)7沉積的中后期,在鄂爾多斯湖盆中部地區(qū)形成了NE—SW向?qū)拵资甼m,NW—SE向長(zhǎng)百余km,厚度分布穩(wěn)定的、沿半深湖、深湖斜坡發(fā)育的、大型的復(fù)合重力流沉積砂帶,而在東北沉積體系,長(zhǎng)6三角洲建設(shè)作用顯著,形成復(fù)合連片的三角洲群;長(zhǎng)4+5油層組沉積期受物源供給及湖侵影響,三角洲建設(shè)作用減弱,以湖泊沉積為主,泥巖、粉砂質(zhì)泥巖和泥質(zhì)粉砂巖厚度達(dá)40~80m,構(gòu)成了延長(zhǎng)組中下部油藏的區(qū)域蓋層。湖盆的振蕩發(fā)展構(gòu)建了有利的生、儲(chǔ)、蓋組合,形成了長(zhǎng)6—長(zhǎng)8油層組三角洲砂體、重力流沉積砂體等幾套不同成因類(lèi)型的、砂巖縱向頻繁疊加、橫向復(fù)合交錯(cuò)、厚度大、分布穩(wěn)定的大型復(fù)合儲(chǔ)集體。該儲(chǔ)集體無(wú)論縱向、橫向都距離長(zhǎng)7優(yōu)質(zhì)烴源巖層最近,具有優(yōu)先捕獲油氣的得天獨(dú)厚的位置優(yōu)勢(shì)。2流體過(guò)剩壓力流體過(guò)剩壓力是指地層流體壓力高出正常靜水壓力的那部分壓力。正常壓實(shí)情況下,沉積物隨著埋藏深度的逐漸增加孔隙度逐漸減小,伴隨流體的排出,地層中保持了正常的靜水壓力狀態(tài)。但是,在快速沉降、生烴增壓、水熱增壓等作用的影響下,巖石孔隙中常?？尚纬筛哂陟o水壓力的過(guò)剩壓力,雖然地層埋藏深度增大,但過(guò)剩壓力常常使得孔隙度保持不變或增大,形成了欠壓實(shí)。目前,應(yīng)用最為廣泛和成熟的計(jì)算地層流體過(guò)剩壓力的方法是平衡深度法。計(jì)算過(guò)程中,首先需要讀取單井剖面中泥巖的聲波時(shí)差(t)數(shù)據(jù),在t-深度剖面上恢復(fù)泥巖正常壓實(shí)曲線,并建立該井泥巖的正常壓實(shí)曲線數(shù)學(xué)表達(dá)關(guān)系式。圖1是H148井聲波時(shí)差值與深度的關(guān)系圖,圖中,H148井500~1700m的地層深度范圍可被視為正常壓實(shí)段。A點(diǎn)和B點(diǎn)分別為正常壓實(shí)曲線上和異常壓實(shí)曲線上某一壓力點(diǎn)。兩深度點(diǎn)地層聲波時(shí)差值相同,因此視A和B兩點(diǎn)泥巖具有相同的孔隙度,巖石顆粒的骨架應(yīng)力相同。A點(diǎn)對(duì)應(yīng)的地層深度Ze即為平衡深度。計(jì)算異常壓力采用Magara(1968)提出的計(jì)算地層異常壓力的公式:P=γwZe+γbw(Z-Ze),其中,P為地層異常壓力,MPa;γw為地層水靜壓梯度,MPa/m,通常為1.04×104Pa/m;γbw為上覆地層巖石平均壓力梯度,MPa/m,通常為2.31×104Pa/m;Z為測(cè)點(diǎn)地層埋深,m;Ze為等效深度,m。地層異常壓力減去靜水壓力的差值即為流體過(guò)剩壓力。由于壓實(shí)作用是一個(gè)不可逆的過(guò)程(盡管后期的地層抬升剝蝕可導(dǎo)致孔隙的反彈,但非常有限,可忽略不計(jì)),因此,用泥巖壓實(shí)曲線求取平衡深度再計(jì)算過(guò)剩壓力的方法反映的是地層最大埋深期的過(guò)剩壓力。3不同油層組流體過(guò)剩壓力分布特征延長(zhǎng)組長(zhǎng)6—長(zhǎng)8油層組普遍存在欠壓實(shí)現(xiàn)象,以長(zhǎng)4+5或長(zhǎng)3為界,上部為正常壓實(shí),而下部為欠壓實(shí)。盡管現(xiàn)今鄂爾多斯盆地表現(xiàn)為低壓盆地,但在地質(zhì)歷史時(shí)期曾為超壓盆地,其中長(zhǎng)7過(guò)剩壓力異常高,壓力系數(shù)一般為1.2~1.8(見(jiàn)圖2),向上、向下過(guò)剩壓力減少。生排烴高峰期超壓在石油運(yùn)移、聚集過(guò)程中起到重要作用。過(guò)剩壓力在湖盆中部較高,邊緣較低,過(guò)剩壓力高值分布范圍與沉積中心具有較好的匹配關(guān)系。長(zhǎng)6油層組流體過(guò)剩壓力主要出現(xiàn)在吳起—志丹以南的地區(qū),過(guò)剩壓力相對(duì)較低,一般2~10MPa(見(jiàn)圖3A)。長(zhǎng)7普遍存在過(guò)剩壓力,具有北高南低的特征,一般4~20MPa,這兩個(gè)油層組在姬塬—張岔一帶均存在NW—SE向的壓力分隔槽(見(jiàn)圖3B);長(zhǎng)8,長(zhǎng)9流體過(guò)剩壓力相對(duì)較低,一般4~10MPa,較高過(guò)剩壓力區(qū)位于志丹—富縣地區(qū)。長(zhǎng)7期沉積中心位于姬塬—張岔一帶,長(zhǎng)8,長(zhǎng)9期湖盆沉積中心位于志丹—富縣一帶,因此,過(guò)剩壓力的分布于沉積中心基本一致。4盆地不同區(qū)域流體特征一般認(rèn)為,鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組長(zhǎng)7油層組暗色泥巖、油頁(yè)巖是延長(zhǎng)組石油的主要油源。根據(jù)上述延長(zhǎng)組流體壓力分布特征可知,延長(zhǎng)組形成了夾于長(zhǎng)4+5,長(zhǎng)9油層組之間的、以長(zhǎng)7為主要油源的長(zhǎng)6—長(zhǎng)8油層組超壓成藏流體動(dòng)力系統(tǒng)。由于受沉積相帶和后期差異成巖作用的影響,盆地不同地區(qū)流體超壓的分布特征差別顯著,以湖盆北西—南東向沉積中心為界,可劃分為西南成藏流體動(dòng)力子系統(tǒng)及東北成藏流體動(dòng)力子系統(tǒng)。由于長(zhǎng)6,長(zhǎng)7油層組沉積期與下伏長(zhǎng)8,長(zhǎng)9油層組沉積期的湖盆中心位置的差異,導(dǎo)致不同層位兩個(gè)子系統(tǒng)的界線也有一定的差異。長(zhǎng)6,長(zhǎng)7油層組,兩個(gè)子系統(tǒng)的界限位于姬塬—張岔一帶,長(zhǎng)8,長(zhǎng)9油層組兩個(gè)子系統(tǒng)的界限位于志丹—富縣一帶。4.1盆地西南緣海相西南成藏流體動(dòng)力子系統(tǒng)特征為(見(jiàn)圖4):①長(zhǎng)6—長(zhǎng)8油層組過(guò)剩壓力分布普遍,由西向東過(guò)剩壓力逐漸增大,由西部的0~2MPa至正寧地區(qū)增大到4~20MPa;②縱向上,長(zhǎng)4+5,長(zhǎng)9油層組以湖侵背景下的泥質(zhì)沉積為主,厚度均為80~100m,這兩套地層形成了長(zhǎng)6—長(zhǎng)8油層組油藏的區(qū)域上、下遮擋層,局部地區(qū)(環(huán)縣—西峰一帶,以“西”字號(hào)井為代表)長(zhǎng)6亦以泥質(zhì)沉積為主,這使上遮擋層厚度可達(dá)150m左右;③平面上,由于向湖方向碎屑粒度逐漸變細(xì)(由中—細(xì)砂巖變?yōu)榧?xì)砂巖和粉砂巖),而且在湖盆中心地區(qū),晚期碳酸鹽膠結(jié)強(qiáng)烈,導(dǎo)致盆地西南地區(qū)由西向東物性逐漸變差,在合水一帶滲透率一般僅有0.1×10-3μm2左右,因此,在西傾單斜的構(gòu)造背景下,向東部構(gòu)造相對(duì)高部位形成了側(cè)向致密遮擋。在巖性、物性的共同作用下,構(gòu)建了盆地西南地區(qū)長(zhǎng)6—長(zhǎng)8大型的、獨(dú)立的超壓封閉系統(tǒng)。該子系統(tǒng)中,地層水礦化度一般15~60g/L,水型以CaCl2為主,其次為MgCl2,少量出現(xiàn)Na2SO4等。地層原油密度平均0.84g/mL,地層原油黏度平均4.7mPa·s,凝固點(diǎn)平均18.0℃,溶解氣油比一般80~120m3/t。4.2油氣藏儲(chǔ)層精細(xì)分析東北成藏流體動(dòng)力子系統(tǒng)特征為(見(jiàn)圖5):①延長(zhǎng)組長(zhǎng)6—長(zhǎng)8油層組由西向東過(guò)剩壓力逐漸減小,由西部(湖盆中部)過(guò)剩壓力一般4~20MPa至東部延安地區(qū)降至2~10MPa;②縱向上,長(zhǎng)4+5,長(zhǎng)9湖侵背景下的泥質(zhì)沉積構(gòu)成了有效的區(qū)域蓋層或分隔層,長(zhǎng)6—長(zhǎng)8縱向上處于封閉狀態(tài);③從巖性上分析,自湖盆中部向盆地東緣,粒度逐漸變粗(由粉砂巖、細(xì)砂巖逐漸變成以細(xì)砂巖、中砂巖為主),滲透率也相應(yīng)的從一般0.1×10-3~1.0×10-3μm2變?yōu)橐?×10-3~10×10-3μm2為主,即向東部的構(gòu)造高部位,儲(chǔ)層物性逐漸變好。雖然向構(gòu)造高部位物性變好,但該體系油藏保存仍較好,地層水礦化度一般50~120g/L,水型以CaCl2為主,其次為MgCl2,少量出現(xiàn)Na2SO4。其原因在于,長(zhǎng)6—長(zhǎng)8油層組總體上低滲透,而且河道的頻繁擺動(dòng)造成河道砂巖儲(chǔ)層與三角洲分流間灣泥質(zhì)沉積在空間上交替發(fā)育,因此側(cè)向上亦可以形成有效的遮擋。長(zhǎng)6油層組地層原油密度平均0.84g/mL,地層原油黏度平均6.0mPa·s,凝固點(diǎn)21.7℃,溶解氣油比5~80m3/t。5成藏流動(dòng)力系統(tǒng)和油氣成藏規(guī)律5.1西南子系統(tǒng)油氣運(yùn)移特性由于盆地西南沉積體系長(zhǎng)6—長(zhǎng)8油層組儲(chǔ)層物性總體較差,而且向構(gòu)造上傾方向(東部)物性變得更加致密(見(jiàn)圖4),因此,油氣側(cè)向運(yùn)移難度較大,主要通過(guò)連通砂體及成巖作用過(guò)程中形成的微裂縫縱向上運(yùn)移?？ㄎ髂驁D版是根據(jù)石油中甲烷含量和氣油比的相對(duì)增加或減少判斷側(cè)向或垂向運(yùn)移的強(qiáng)弱。圖6是將鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組原油中甲烷含量和氣油比搬到卡西莫夫圖版上所形成的,圖6顯示,西南子系統(tǒng)原油氣油比一般為80~125m3/t,甲烷含量為40%~60%,位于縱向運(yùn)移線n=10和n=20之間,位于橫向運(yùn)移線m=20和m=30之間,這說(shuō)明西南子系統(tǒng)延長(zhǎng)組石油以縱向運(yùn)移為主。地下油氣總是按照沿阻力最小的路徑、由相對(duì)高過(guò)剩壓力區(qū)向相對(duì)低過(guò)剩壓力區(qū)運(yùn)移的總規(guī)律進(jìn)行。由于油氣主要來(lái)自長(zhǎng)7油層組,并且長(zhǎng)7油層組存在高過(guò)剩壓力帶,所以油氣向上或向下運(yùn)移,在長(zhǎng)6和長(zhǎng)8油層組聚集成藏。相鄰油層組的過(guò)剩壓力差的大小指示了上下鄰層流體交換的難易程度。壓差大,說(shuō)明儲(chǔ)層的非均質(zhì)性較強(qiáng)或泥質(zhì)夾層較發(fā)育,易于造成壓力的積聚,不利于流體的交換和油氣聚集成藏,壓差小,則相反。在長(zhǎng)7與長(zhǎng)8油層組過(guò)剩壓力差的平面分布圖上(見(jiàn)圖7),過(guò)剩壓力差分布是不均勻的,西南沉積體系油氣藏主要分布于過(guò)剩壓力差低值區(qū),或高壓差區(qū)內(nèi)相對(duì)低值區(qū)說(shuō)明了這一點(diǎn)。5.2角洲群砂體運(yùn)移特征受沉積和成巖作用影響,東北沉積體系儲(chǔ)層物性相對(duì)較好。由于儲(chǔ)層的孔吼連通性較好,而且向構(gòu)造上傾方向儲(chǔ)層粒度變粗,存在一定的側(cè)向?yàn)a壓。因此,在東北成藏動(dòng)力子系統(tǒng)中,油氣除了發(fā)生縱向運(yùn)移外,還可通過(guò)層狀輸導(dǎo)體(復(fù)合連片的三角洲群砂體)發(fā)生側(cè)向運(yùn)移。在卡西莫夫圖版中,東北子系統(tǒng)原油氣油比一般為30~90m3/t,甲烷體積百分含量為30%~50%,位于縱向運(yùn)移線n=17和n=30之間,位于橫向運(yùn)移線m=20和m=60之間(見(jiàn)圖6),反映了東北子系統(tǒng)既有縱向運(yùn)移的特征,又具有橫向運(yùn)移的特征。在東北成藏動(dòng)力子系統(tǒng)中,由于油氣主要來(lái)自長(zhǎng)7油層組,同時(shí)長(zhǎng)9油層組也存在較好的烴源巖,并且長(zhǎng)7和長(zhǎng)9油層組存在高過(guò)剩壓力帶,所以油氣向上或向下運(yùn)移,在長(zhǎng)6和長(zhǎng)8油層組聚集成藏,或者在長(zhǎng)9油層組內(nèi)部運(yùn)移成藏。在長(zhǎng)6油層組過(guò)剩壓力平面分布圖上(見(jiàn)圖3A),過(guò)剩壓力分布是不均勻