柴达木盆地西部尕斯库勒油田油气成藏动力学特征.pdf

1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 天然气地质学 收稿日期2009203215 ;修回日期20092042221 基金项目国家自然科学基金项目编号40872092 ,40772069 ;国家重点基础研究发展规划项目编号2005CB422105联合资助. 第一作者E2mail duny lzb. . 柴达木盆地西部尕斯库勒油田 油气成藏动力学特征 段 毅1,孙 涛1,吴保祥1,彭德华2,于文修 1 1. 中国科学院地质与地球物理研究所油气资源研究重点实验室,甘肃 兰州730000 ; 2.青海油田分公司勘探开发研究院,甘肃 敦煌736202 摘 要成藏动力学是石油地质学研究的热点领域,它以油气成藏的动力学机制和动力学过程为核 心,探讨油气聚集和分布规律。尕斯库勒油田位于柴达木盆地西部,是柴达木盆地最大的油田。应 用成藏动力学原理,研究了该油田油气成藏动力学条件和过程,探讨了成藏动力学机制;在纵向上 比较典型地划分出他源常压开放次生成藏动力学系统、 他源常压开放原生成藏动力学系统、 自源高 压封闭原生成藏动力学系统和混源高压封闭原生成藏动力学系统;并且指出混源高压封闭原生成 藏动力学系统中的E 1 3层系和他源常压开放原生成藏动力学系统中的N 2 1N 1 2层系为今后进一步 主要勘探的目标层系。 关键词成藏动力学;油藏形成条件;地层剩余压力;勘探目标层系;尕斯库勒油田 中图分类号 TE122. 1 3 文献标识码A 文章编号16722192620090320309207 0 引言 成藏动力学是以油气成藏的地质条件为基础, 以动力学过程和动力学机制为核心,来研究油气藏 形成的动力学机制油气聚集和分布规律 , 预测油 气藏的富集地区和层位 [1] ;并且实现含油气区温度 场、 流体压力场和应力场的耦合及流体流动、 能量传 递和物质搬运的三维模拟,是石油地质学领域成藏 动力学的重要发展方向 [2] 。 柴达木盆地是我国西部的一个重要的中新生界 含油气盆地。其西部的尕斯库勒油田是柴达木盆地 最大的油田,位于昆北断阶带的尕斯断陷之中,东北 近邻茫崖坳陷带的茫崖凹陷。尕斯库勒油田为一个 背斜构造图1 ,是一个从基岩隆起的古构造深层, E 1 3油藏为潜伏的背斜构造,轴线近南北,油藏构造 比较完整,只有早期发育的 E 1 3以前 2 条逆断层 Ⅲ 号和 Ⅺ 号和2条正断层146号和46号分布 在构造的边部。浅层N 2 1N 1 2油藏具有沉积同生继 承性和后期褶皱断裂改造特征,受晚期发育的 N 2 2 以前油砂山、 Ⅰ 号、 Ⅱ 号断层的改造,Ⅱ 号断层以南 的南区油藏构造与E 1 3油藏构造具有继承性,为一轴 线近南北向的长轴背斜;Ⅱ 号断层以北的北区为一 轴线近东西向的鼻状构造。2个油藏的圈闭主要受 构造控制,同时也受岩性影响。目前对尕斯库勒油 田油藏成因研究主要集中在与沉积相和构造有关的 研究,从成藏动力学方面,把研究区成藏条件作为一 个整体,动态地系统研究还很薄弱,这无疑会影响油 气勘探的决策。 本文采用油藏动力学的研究新思路,系统地研 究了尕斯库勒油田油气成藏条件和成藏过程,探讨 了油气成藏的动力学机制,这对寻找这类油藏具有 一定的借鉴意义。 1 油藏形成条件 1. 1 油源 柴达木盆地尕斯库勒E 1 3和N1N2油藏原油 属于低硫石蜡基原油,具有密度低、 含硫少、 凝固点 高 、 含蜡高和含盐量高等特征表 1 。E 1 3和N1N2 第20卷 第3期 2009年6月 天 然 气 地 球 科 学 NATURAL GAS GEOSCIENCE Vol. 20 No. 3 Jun. 2009 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 图1 样品采集位置和构造特征 表1 原油的物理性质据青海油田 油藏 比重 D204 粘度50℃ 10 - 3Pa s 凝固点 ℃ 含盐量 10 - 6 含硫 含蜡 沥青 胶质 蜡熔点 ℃ 初沸点 ℃ E3平均值0. 841 614.734. 6347. 60. 18912.875. 728. 3358. 2 N1N3平均值0. 849 914.135. 3987. 70. 471 412. 81. 72712. 845669. 7 油藏原油的碳同位素组成较重,为- 27. 1‰～ - 26.1‰表2 ;第三系盐湖相烃源岩干酪根δ 13 C值 也较重,在- 24. 3‰ ～- 22. 5‰ 之间 [3] ,因此E 1 3和 N1N2油藏原油来自第三系较咸水环境下形成的烃 源岩。从原油的饱和烃组成来看,尕斯库勒原油正构 烷烃碳数分布在C11C39之间,主峰碳数为C17 C22,C21/ C21值略大于 1 表2 ,图2 ,反映了原油的 成油母质以菌藻类为主 [4] 。2个油藏原油中甾烷的 组成都以C27占优势,这说明原油主要来自浮游生物, 高等植物贡献较少 [5] 。正构烷烃呈偶奇优势 [627] ,具 有低的Pr/ Ph值表2 ,反映了它们形成于强还原环 境;含丰富的伽玛蜡烷,伽玛蜡烷/ α β 2 C30藿烷值很高 表2 ,指示了它们形成于咸水 超咸水环境。原油 具有低的C29甾烷20S/ 20S 20R值和β β / β βα α 值,反映了它们都为未成熟 低成熟度原油。E 1 3和 N1N2油藏原油饱和烃组成与柴达木盆地第三系 E3、N1和N2盐湖相烃源岩中的极为相似,它们具有 亲缘关系。例如E3、N1和N2盐湖相烃油岩中正构 烷烃和甾烷分布反映了有机质母质以菌藻类为主图 3 ;并且Pr/ Ph值主要分布在0. 21～0. 65之间,反映 了烃源岩中有机质形成于强还原环境 [8] ;伽玛蜡烷含 量高,C29甾烷20S/ 20S 20R值和β β / β βα α值 低,指示了烃源岩中有机质形成于咸水 超咸水环 境,并且N 1 1烃源岩形成环境咸化程度高于E 2 3烃源岩 表3 ,烃源岩中有机质具有低的成熟度。并且,油藏 原油的地球化学特征指示了E 1 3原油更多的来自上层 的E 2 3和N1N2生油岩,而N1N2原油则大多为自 生自储。 表2 原油饱和烃参数和碳同位素组成 油藏Pr/ PhC21-/ C21 C27甾烷 α α 2 C29甾烷 20S/ 20S 20R C29甾烷 β β / α αβ β 伽玛蜡烷/ α β 2 C30藿烷 δ 13C ‰ E30. 48～0. 661. 01～1. 1734. 8～38. 30. 27～0.330. 28～0. 320.60～0. 80- 27. 1～- 26. 2 N1N30. 41～0. 671. 02～1. 2037. 7～42. 40. 27～0.300. 27～0. 300.54～0. 73- 26. 7～- 26. 1 013 天 然 气 地 球 科 学Vol. 20 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 图2 柴达木盆地尕斯库勒油田E13油藏原油总离子流 在柴达木盆地西部,500～600 m的E 2 3N 1 1暗 色泥质岩是良好烃源岩图4 ,其中E 2 3烃源岩的生 烃性能最好;其分布广,厚度大,为湖相泥岩、 泥灰 岩、 钙质泥岩。在跃进地区,这套湖相暗色泥岩厚达 450～650 m ;有机碳含量为0. 2 ～1. 0 ,平均为 0. 52 ;氯仿沥青 “A” 含量为0. 010 ～0. 300 ,平 均为0. 086 ;总烃含量为0. 010 ～0. 200 ,平均 为0. 049 ;S1 S2平均为2. 60 mg/ g。在盆地西部 地区,有机碳含量、 氯仿沥青 “A” 、 总烃含量平均分 别为0. 65 、0. 096 和0. 071 。这说明,这套烃 源岩有机质丰度大都属于中等,但是烃转化率较高, 总烃/有机碳比值平均达9. 0。N 1 1烃源岩有机碳含 量、 氯仿沥青 “A” 、 总烃含量平均分别为0. 47 、 0. 092 和0. 011 ,这说明这套烃源岩生烃性能略 表3 柴达木盆地不同时代沉积古环境咸化程度参数 时代E13E23N11N12N22N32 旱生植物花分含量 15. 818. 426. 127. 937. 467. 2 古盐度 21. 016. 118. 520. 060. 0 差于E 2 3烃源岩。E 2 3和N 1 1烃源岩有机质类型都主 要为混合型;但是N 1 1烃源岩含有较多的腐殖型有 机质。在跃进地区,RO值在0. 48 ～0. 91 之间, 平均为0. 66 ,有机质演化处于低成熟 成熟阶段, 并且N 1 1烃源岩成熟度略低于E 2 3生油岩。因此,柴 达木盆地尕斯库勒油田的油源是充足的。 1. 2 储层 柴达木盆地尕斯库勒油田的储层包括E 1 3和 N 2 1N 1 2储层图 4 。E 1 3储层岩性主要为细砂岩, 其次为粉砂岩、 中砂岩、 砂岩。岩石类型主要为石英 砂岩和长石 石英砂岩。储层空隙类型以次生孔隙 113 No. 3 段 毅等柴达木盆地西部尕斯库勒油田油气成藏动力学特征 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 为主,其次为原生孔隙。胶结类型为孔隙 基底式 兼接触式。最大孔隙度为22. 0 ,最小为6. 0 ,主 要分布在12 ～18 之间,平均为14. 0 。孔隙半 径一般在0. 1～25μm之间,平均为3～4μm。渗透 率一般为 1 ～ 90 10 - 3μm2 ,最高为4 72010 - 3 μm2,平均为4510 - 3μm2 。E 1 3储层是一套三角洲 平原分流河道相沉积,在剖面上具有明显的正旋回 特征。根据次一级沉积旋回,在245 m左右井段可 以划分出4个油组,22个小层。其中存在较好的河 口砂坝、 分流河道砂体以及中等的废弃河道、 席状 砂、 水下河道砂体。砂体主要呈南北向和北西向展 布,分布范围大,连通性较好,面积较大。储层厚度 属中等,单层厚度一般为2～4 m ,最厚为13. 6 m。 N 2 1N 1 2储层以砂砾岩、 粗 中砂岩为主。碎 屑成分都以石英、 长石为主,其次为岩屑。颗粒间以 钙质胶结为主,胶结物含量占20 ～40 左右,胶 结类型为孔隙式充填 孔隙式为主,其次为接触式 和基底式。储层孔隙类型主要为原生孔隙,其次为 次生孔隙。孔隙度主要分部在12 ～22 之间,中 间值为17. 2 ;渗透率一般在 1 ～50010 - 3μm2 之间。另外,在N 1 1和N 2 2N 3 2还存在以裂缝为主的 储层。N 2 1N 1 2储层为河流 三角洲沉积砂体,较 好的砂体有河口坝、 远端坝、 分流河道、 废弃河道、 席 状砂、 水下河道砂体。总的来说,N 2 1N 1 2储层的物 性要好于E 1 3储层的物性。 1. 3 盖层 柴达木盆地尕斯库勒油田盖层良好。E 1 3油藏 的盖层是其上的E 2 3N1泥岩图4 ,这一套地层 属于湖盆扩大后的沉积,分布广泛,厚度巨大。岩性 主要为灰泥岩和粉砂质泥岩以及与之互层的膏盐 层。在尕斯库勒油田, E 2 3地层视厚度为500～700 m ,N1地层厚度为650～880 m ;在全盆地,E 2 3地厚 最厚达2 000 m ,N1地层最厚达968 m。并且,这套 盖层具有异常高压,封闭性能好。N1N2油藏的 盖层是其上的N 2 2N 3 2浅湖相泥岩和盐岩层地层; 第四纪沉积的盐湖相泥质岩和盐岩层也是N1N2 油藏的盖层,其最大厚度达850 m。因此, E 1 3和 N1N2油藏盖层条件良好。 1. 4 输导体 断层输导体在尕斯库勒油田油气运移方面起到 了重要的作用。在E 1 3和N1N2油藏存在许多断 层,它们将烃源岩与储层联通,形成了主要的油气运 移通道。其北部、 西部分别存在2条比较大的逆断 层 Ⅺ、 Ⅲ 和 Ⅱ图1 ,它们与该油藏的圈闭背斜属于 同生构造。在地层沉积和埋深过程中,随着断层上 盘的上升,断层下盘E 2 3生油层可以与上盘E 1 3储层 直接接触,使E 2 3生油层中的烃类可以经过断层进入 E 1 3储层。虽然Ⅺ 断层和Ⅲ 断层是逆断层,但是它们的 倾角较大分别为80 和50 , 具有同生性,活动期多, 断层接触的砂岩储层发育,从而成为油气运移的重要 通道。同时,E 1 3和N1N2油藏储层存在联通性好的 次生孔隙、 原生孔隙和裂缝,构成尕斯库勒油田油气 运移的孔隙型输导体,该输导体分布范围广,面积较 大,既是油气储集体,又是油气运移的良好通道。 2 流体压力场分布特征与油气成藏过程 泥岩异常压实作用可以导致异常过剩地层压力 的存在。研究区泥岩E 2 3和N1过剩地层压力纵向 分布特征是,泥岩异常压力在E 2 3底部和N1顶部存 在着较高的过剩压力带,其他油层组过剩压力很低, 或者为正常压实带图 5a 。由于E 1 3储层渗透性较 好,上覆高异常高压地层的存在,使E 2 3烃源岩生成 的烃类向下运移至E 1 3储层成藏;同时,异常高压向 上变低,使E 2 3和N 1 1烃源岩生成油气在异常高压驱动 下向上运移进入N 2 1N 1 2储层成藏。平面上研究区 N 1 1过剩压力分布与盆地低凹带有关。研究区北东部 的茫崖凹陷N 1 1时期低凹地带,该地区过剩压力值较 高,并向南西研究区方向变低图 5b 。地下油气总 是按照阻力最小的途径由相对高过剩压力区向相对 低过剩压力区运移的总规律进行 [9] ,使油气在平面上 由北东生烃中心向南西研究区运移成藏。因此,地下 流体场控制了研究区油气运移聚集过程。这些被尕 斯库勒油田原油含氮化合物分布特征所证实 [10] 。在 E 1 3油藏平面上,原油中咔唑类化合物绝对丰度分布 具有一定规律性,总咔唑类化合物的绝对丰度,在构 造中北部位的826井和9238井原油中较高,向构造的 北端和南端变低图6a ,这说明尕斯库勒E 1 3油藏的 油气注入点有2个方向,位于背斜构造的中北部位 东、 西两翼,并且向构造南端和北端运移。N1N 1 2油 藏原油中咔唑化合物的绝对丰度变化具有2个方向, 一个方向是在北区东部的475井原油中较高,向西部 变低;另一个方向是在北区南部的414井原油中较 高,向北向西变低图 6b 。这说明N1N 1 2油藏油气 从油藏北区的东部475井和南部414井附近注入,并 且随着原油聚集量的增加,油气发生侧向运移,即由 东向西和由南向北运移。从油气运移的方向来看,油 源来自茫崖凹陷和尕斯断陷。 213 天 然 气 地 球 科 学Vol. 20 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 3 油气成藏动力学特征及成藏动力学 系统 成藏动力学系统包括成藏基本要素和动力学条 件,以及这些成藏动力学条件在地质历史中有机匹 配所发生的动力学过程及结果 [1] 。在尕斯库勒油田 不同层系,油气来源、 输导体系和储层等成藏要素, 以及油气成藏的动力条件存在一定差异 [11] ,从而形 成了不同的成藏动力学机制。根据尕斯库勒油田地 层异常压力的分布和油藏形成的动力学条件及其形 成特征,可以将油藏成藏动力学机制划分为4种类 型 [12] 图 7 。 3. 1 混源高压封闭原生成藏动力学系统 以这类成藏动力学机制形成的油藏主要为E 1 3 油藏。油气主要来自其上覆的E 2 3烃源岩,少量的油 气也来自本层,因此具有混源特征。E 1 3储层存在高 过剩压力,原始中深压力系数为1. 7 ,但是低于E 2 3 层位下部的过剩压力,这就是E 2 3烃源岩中烃类向下 313 No. 3 段 毅等柴达木盆地西部尕斯库勒油田油气成藏动力学特征 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 伏层运移的原因。储集体为一套三角洲平原分流河 道相砂体,储层物性好。油气运移通道主要为断层 和砂体。油气主要在异常过剩压力的驱动下向下运 移,并且由于断层的作用,使E 1 3储层与E 2 3烃源岩直 接接触,使油气通过断层测向运移进入E 1 3储层。这 一油藏的地层水大部为高矿化度的CaCl2型水,总 矿化矿集中分布在149～217g/ L之间,为单一的流 体化学环境,反映了油藏具有相对封闭的特征。E 1 3 储层为砂砾岩,具有较高的孔隙度和渗透性;邻近 E 2 3烃源岩层系,过剩压力低于上覆E 1 3地层,有利于 油气运聚,因此该油藏动力学系统中E 1 3层系是今后 主要的勘探目标层系。 图7 柴达木盆地尕斯库勒油田成藏动力学系统划分 3. 2 自源高压封闭原生成藏动力学系统 这类油藏存在于E 2 3和N 1 1层系中,并且不发 育。深湖相E 2 3N 1 1烃源岩为该油藏提供了油源, 具有自源特征。地层过剩压力始于上干柴沟组 N 1地层中上部,最高过剩压力出现于E 2 3层系,因 此E 2 3N 1 1压力较高。E 2 3N 1 1既是烃源岩,又是储 集层,由于该层系的高压力导致天然水力破裂,使岩 层裂缝发育,形成了自生自储型的E 2 3N 1 1裂缝油 藏,具有相对封闭特征。 3. 3 他源常压开放原生成藏动力学系统 N 2 1N 1 2油藏为该成藏动力学机制形成的油 藏,它与E 1 3油藏构成了柴西地区主力油藏。油源主 要来自下伏的E 2 3N 1 1烃源岩,因此具有他源特征。 原油地球化学研究表明,N 2 1N 1 2原油的成油环境 古盐度略高于E 1 3原油,这与原油中含盐度是N 2 1 N 1 2原油18. 5 高于E 1 3原油16. 1 是一致的; 同时N 2 1N 1 2原油的成熟度略高于E 1 3原油,这说明 N1N 1 2原油主要来自E 2 3烃源岩,其次来自N 1 1烃 源岩。根据地层水矿化度研究表明邱楠生等, 1999 ,本层系的地层水总矿化度分布分散,流体化 学环境变化较大,反映了层系垂向和横向开放度大; 加之N 2 1N 1 2岩层不存在过剩压力压力系数为 1. 04～1. 08 ,油气在异常压力驱动下,主要为由下 向上和由东向西运移聚集成藏。由于N 2 1N 1 2储层 为砂砾岩,具有很好的储层物性,并邻近E 2 3N 1 1烃 源岩及受其中异常过剩压力的驱动力,因此该层系 是今后勘探的主要目标层系。 3. 4 他源常压开放次生成藏动力学系统 这类油藏位于N 2 2N 3 2地层中,但是不发育。 本层系不具生油能力,并且处于正常静水压力状态 压力系数 1. 3 ,地层水总矿化度分布分散,流体 413 天 然 气 地 球 科 学Vol. 20 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 化学环境变化大,反映了开放系统特征。当其下伏 高压油层发生破裂或断层开启时,其原生油藏发生 物理性质改变,失去平衡,原油向上运移到正常压力 带聚集成藏。 4 结论 尕斯库勒油田位于柴达木盆地西部,是柴达木 盆地最大的油田。该油田油气成藏动力学条件优 越,表现在尕斯库勒油田的油源充足;储层分布广 泛,为河口坝、 远端坝、 分流河道、 废弃河道、 席状砂、 水下河道砂体,物性较好;尕斯库勒油田盖层良好, 主要为E 2 3N1泥岩和N 2 2N 3 2浅湖相泥岩及盐岩 层;断层输导体在尕斯库勒油田油气运移方面起到 了重要的作用,同时,孔隙型输导体分布范围广,面 积较大,是油气运移的良好通道;地下流体场控制了 研究区油气运移聚集过程。根据尕斯库勒油田地层 异常压力的分布、 油藏形成动力学条件及其形成动 力学特征,可以将油藏成藏动力学机制划分为4种 类型;在纵向上划分出他源常压开放次生成藏动力 学系统、 他源常压开放原生成藏动力学系统、 自源高 压封闭原生成藏动力学系统和混源高压封闭原生成 藏动力学系统;并且指出混源高压封闭原生成藏动 力学系统中的E 1 3层系和他源常压开放原生成藏动 力学系统中的N 2 1N 1 2层系,为今后进一步勘探的 主要目标层系。 参考文献 [1] 田世澄,毕研鹏.论成藏动力学系统[ M].北京地质出版社, 2000 3220. [2] 褚庆忠,张树.含油气成藏动力学研究综述[J ].世界地质, 2002 , 211 24229. [3] 段毅,彭德华,张晓宝,等.柴达木盆地原油碳同位素组成的 主控因素与成因类型[J ].沉积学报,2003 ,212 35523359. [4] Duan Yi. Organic geochemistry of recent marine sediment from Nansha Sea ,China [J ]. Organic Geochemistry , 2000 , 2/ 3 1592167. [5] Moldowan J M , Seifert W K, Gallegos E J. 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Pool2ing Dynamic Characteristics of G asqule Oilfield in Western Q aidam Basin DUAN Yi1, SUN Tao1,WU Bao2xiang1,PENG De2hua2, YU Wen2xiu1 1.Key L aboratory ofPetroleum Resources Research , Institute of Geology and Geophysics , Chinese Academy of Sciences , L anzhou730000, China;2. Research Institute ofPetroleum Ex ploration and Development , PetroChina Qinghai Petroleum Company , Dunhuang736200, China Abstract Oil pool2ing dynamic is to understand the accumulation distribution rule of oil and gas by studying the pool2ing dynamic mechanism and process. Gasqule oilfield is the largest one in the Qaidam Basin. The pool2ing dynamic conditions and process of Gasqule oilfield were studied , and the pool2ing dynamic mechanism was discussed according to the pool2ing dynamic principle.The studied region was vertically divided into four pool2ing dynamic systems including outward2sourced , normal2pressure open secondary dynamic system ; outward2sourced , normal2pressure open primary dynamic system ; self2sourced , high2pressure sealed primary dynamic system ; and mix2sourced , high2pressure sealed primary dynamic system.The further exploration should be focused on the E13layer in the mix2 sourced , high2pressure sealed primary dynamic system , and the N21N12layer in the outward2sourced , nor2 mal2pressure open primary dynamic system. Key words Pool2ing dynamics;Pool2ing conditions;Residual pressure ;Exploration layer ; Gasqule oilfield. 513 No. 3 段 毅等柴达木盆地西部尕斯库勒油田油气成藏动力学特征