松辽盆地尚家油田油气输导体系及特征.pdf
2 0 1 2年 1 月 第 2 7卷第 1 期 西安石油大学学报 自然科学版 J o u rna l o f X i a n S h i y o u U n i v e r s i t y N a t u r a l S c i e n c e E d i t i o n J a n .2 01 2 Vo I . 2 7 No . 1 文章编号 1 6 7 3 - 0 6 4 X 2 0 1 2 0 1 - 0 0 1 7 - 0 6 松辽盆地 尚家油 田油气输导体 系及特征 王有功 , 张艳会 , 付 广 , 刘 雪 1 . 东北石油大学 地球科学学院, 黑龙江 大庆 1 6 3 3 1 8 ; 2 . 大庆钻探工程公司 地质录井一公司, 黑龙江 大庆 1 6 3 4 1 1 摘要 分析尚家油田扶余杨大城子及葡萄花油层油气输导体系, 发现油田主要存在断裂简单型输导 体 系及 断裂与砂体组合复合型输导体 系. 空间构造形态控制油气的运移方式, 正向构造脊线是三肇 凹陷青山口组生成的油气向尚家地区侧向运移的主要通道和聚集场所; 输导体系与油气成藏各种 控制 因素在 时间上的合理 匹配决定 了尚家油田油气的聚集成藏. 断层型输导体 系输导能力的变化 具有周期幕式特征, 而断裂与砂体组合输导体系的输导能力主要受控于断裂与砂体的对接模式及 砂体 自身的输导能力. 在尚家油田同向断层与砂体组合模式及反向断层与砂体组合模式中的连续 型和错接型组合模式具备侧 向的输导能力, 而反 向断层与砂体组合模式 中的 离散型不具有侧 向输 导能力. 通过有效通道空间系数的计算及各油层组油显示层段的统计结果证 实, 尚家油田在扶余油 层 中扶一油层组砂体侧向输导能力强, 杨大城子油层 中杨一油层组砂体侧 向输导能力强. 关键词 松辽盆地 ; 尚家油田; 油气输导体 系; 输导能力; 断裂; 砂体 中图分类号 T E l 2 2 . 1 文献标识码 A 尚家油田位于松辽盆地北部三肇凹陷东北段的 尚家鼻状构造上, 西南部与榆树林油田接壤, 北部与 宋站气田相邻. 尚家油田作为松辽盆地北部油气勘 探的一个新 区, 已经有多个层位获得 了工业油气流. 其中在上 白垩统姚家组地层下部的葡萄花油层 、 下 白垩统泉头组四段地层的扶余油层、 泉头组三段的 杨大城子油层及泉二段地层中均获得工业油流. 另 外在泉头组三段杨大城子油层还获得工业气流. 该 油田油气在纵向上分布复杂, 平面上油气分布规律 模糊, 虽然前人已经对该区油气来源、 油气的运聚成 藏机理及成藏规律做过大量的研究工作 引, 也取 得了一定的成果 , 但是 目前针对该油 田不 同含油气 组合油气运移输导体系及其特征的研究还很薄弱, 严重制约了该油 田勘探开发工作的进一步开展. 本文主要从不同含油气层位的油气运移输导体 系对油气聚集与分布的控制作用人手 , 分析不同输 导体系的特征及其输导能力, 以便更好地指导该区 油气的勘探开发工作. 1 油气运移输导体 系 输导体系是相对某一独立的油气运移单元 含油气系统而言的“ J , 是油气生成 以后进入到圈闭 的过程中所经历的所有运移通道的总和. 输导体系 与油气运聚是相互关联 的, 不 同的成藏条件具有不 同的输导体系, 同时输导体系的不同, 油气运聚成藏 的方式也存在差异. 输导体系研究的 内容是油气运 移通道的性质及其性质的变化. 它对最终圈闭能否 聚集油气 、 聚集多少以及油气的聚集范围, 甚至油气 的性质都具有重要 的意义 . 在油气 聚集 过程 中 , 油气运移通道不是一个单一的面状体, 而是一个复 杂的输导系统 , 而且输导体系往往并非是单一类型 , 收稿 日期 2 0 1 1 - 0 4 . 1 5 基金项目国家重大专项 编号 2 0 0 8 Z X 0 5 0 0 7 -03 ; 黑龙江省研究生创新基金 编号 Y J S C X 2 0 0 9 -07 7 H i d 作者简介 王有功 1 9 7 8 一 , 男 , 博士研究生, 主要从事油气藏形成与保存条件研究. E ma i l w a n g y o u g o n g 1 6 3 . c o m 一 1 8一 西安石油大学学报 自然科学版 油气可能先后经历不同类型的输导体系 J . 输导体 系有许多种分类, 前人曾做过大量的研究⋯引, 普遍 认为输导体系主要由3类通道构成 ①具有一定渗 透性的连通砂体层; ②具有渗透能力的断裂或断裂 体系; ③能使油气运移的不整合面. 而输导体系往往 是 2个 或几个单 一通道 渗透 砂体 、 断层 、 不 整合 面 的组合, 故输导体系可以概括为连通砂体型、 断 裂型、 不整合面型及复合型 4种类型. 松辽盆地主要生油岩系为上 白垩统青 山口组及 嫩江组一 、 二段地层 , 而油源对 比表明, 尚家油田本 区源岩不成熟 , 油主要来 自三肇 凹陷青山 口组一段 源岩 引, 尚家油 田与三肇凹陷青一段源岩成熟区 之间的最短距离大约在 5 k m左右 图 1 . 故该区葡 萄花油层及扶余 、 杨大城子、 泉二段地层原油主要是 从三肇凹陷向尚家油田侧向运移的结果, 但由于尚 家油田各油层内砂体单层厚度小, 砂地比值低, 而且 断层方向与尚家鼻状构造呈高角度相交, 导致鼻状 构造受多条断层切割, 被分割成多断块的构造格局, 导致砂体不能连片发育, 故三肇凹陷青一段源岩生 成油气仅靠砂体或仅靠断裂均不能由源岩区侧向运 移至尚家油田, 应是油气由断裂与砂体组合而成的 复合输导体系侧向运移而至. 日E 圜 二级构造 单元三级构造单元源岩成熟区 图 1 尚家油田与三肇凹陷青一段成 熟源岩 区位 置关 系 F i g . 1 L o c a t i o n r e l a ti o n s h i p b e t w e e n S h a n g j i a o i l fi e l d a n d K1 q nl ma t u r e s o ur c e r o c k a v e r 从 目 前尚家油田杨大城子油层发现的天然气组 分来看, 甲烷在烃类气体中的体积分数可达 9 8 %, 为典型的干气 , 具备煤型气的特征. 气源对 比表明, 该井天然气来 自深部断陷期沙河子煤 系地层烃 源 岩. 杨大城子油层天然气为典型的“ 下生上储” 式成 藏组合模式 图2 . 该类油气成藏组合的成藏关键 要素是深层油源与浅层圈闭的沟通 , 即必须存在烃 源断层, 因此天然气垂向运移应是断裂构成的简单 输导体系. 图2 尚家油田尚9 4井油气藏剖面 F i g . 2 Re s e r v o i r p r o fi l e o f S h a n g 9 - 4 w e l l i n S h a n g j i a o i l fi e i d 2 油气输导体系特征 2 . 1 断裂型输导体系 断裂在形成和演化过程中, 伴生裂缝和两侧诱 导裂缝活动开启, 在断裂带内部及其附近构成一个 错综复杂的网络系统, 断裂带及其附近裂缝的开启 使断裂带内的孔渗性明显增加, 导致断裂带中的流 体压力降低. 在裂缝内外压力差的驱动下, 围岩中的 流体运移进入断裂带岩石中的裂缝内, 即“ 地震泵” 抽吸作用 . 另外 , 由于超压或超压与构造 活动共 同作用可导致断裂开启, 油气快速充注. 也就是断 一 压双控机制使油气幕式快速聚集成藏_ 1 . 当断裂活 动停止后, 这些断裂在上覆沉积载荷、 区域主压应力 和水岩等作用下, 逐渐闭合, 丧失输导能力. 总体上 看, 断层型输导体系输导能力的变化具有周期幕式 特征 , 对油气运移的输导作用也呈现周期幕式特征. 2 . 2 断裂 一砂体复合输导体系 断裂 一 砂体复合输导体系的输导能力应受控于 2个方面 一是断裂与砂体的对接模式 ; 另一个是砂 体 自身的输导能力. 2 . 2 . 1 断裂与砂体 的组合模 式 根据断层倾 向与 地层倾向可以将断裂与砂体的对接模式划分为 2种 组合方式 一种是同向断层与砂体配合组成油气运 移的输导体系, 同向断层是指断层面倾向与底层倾 向相同的正断层, 这种组合模式导致断层上盘相对 较低, 而下盘相对较高, 油气能够通过断裂沟通的砂 体及断裂与砂体组合的复合输导体系进行侧向运移 图3 a , 而且运移的距离相对较远, 输导能力 强. 另一种是反向断层与砂体配合组成油气侧向运 移的输导体系. 反向断层是指断层面倾向与地层倾 鲣 段 段 层 段 段 层 锟 ~ 组 四 三 一 组 组油 子 组 组 口 组 组 组 库 岭 花 城 江 家 山 头 头 头 娄 石 萄 大 嫩 姚 青 泉 泉 泉 登 火 葡 杨 田团固团固固团固●圆 王有功等 松辽盆地尚家油田油气输导体系及特征 一1 9一 向 正断层 , 在这种断层与砂体组合模式中, 根 匡 直断距与输导层砂体厚度的关系, 可以进 子 为 3类 连续型、 离散型及错接型. 连续型 £ 是指断层断距小于砂体输导层厚度, 断层 导 砂体输导层与另一盘的遮挡层部分对接, 书 与砂体输导层部分对接 , 该类组合模式将 由 气侧 向输导能力 图 3 b ; 离散型组合 旨 断层的断距大于砂体输导层厚度 , 断层 活 动使得砂体输导层 与另一盘的遮挡层对接 , 该类组 合模式使得断层侧向具有封闭性, 油气侧向运移过 程终止 , 输导能力丧失 图 3 C ; 错接 型组合模式 是指断层的断距大于砂体输导层厚度, 断层活动使 得砂体输导层与另一盘其他层的砂体输导层对接, 使得油气侧 向运移输导方式变 复杂 图 3 d , 随 着油源区的远离, 油气侧向输导的层系在纵向层位 上变得复杂. a 同向对接 b 反向对接连续型 c 反向对接离散型 d 反向对接错接型 图3 断裂与砂体组合模式 F i g. 3 Co mb i na t i o n m o de s o f f a u l t wi t h s a n db o d y 与砂体组合模式的不同导致油气侧向输导 化 , 在 尚家油 田葡萄花油层表现得尤为明 发现的具有工业油流油井所在的圈闭受反 篷 挡控制较 为明显 图 4 ; 而 同向断层或断 勺 反向断层沟通砂体输导层 , 构成了尚家油 乞 油层油气侧向的输导体系. 线 圈断 层 圈工 业油 流 井 囹运 移 路 径 4 尚家油田葡萄花油层油气运移路径模拟 及 工业油流井分布 S i mul a t i o n o f h yd r o c a r b o n mi g r a tio n p a t h wa y a n d d i s t r i bu tio n o f c o mm e r c i a l o i l - g a s flo w we l l s o f P u t a o h u a o i l l a y e r i n S h a n g j i a Oi i fi e l d 砂体的输导能力 在尚家油田扶余、 杨大城 E 要体现了砂体输导层的输导能力, 其单层 芝 小, 砂地比值低, 横向连续性差, 油气侧向 言 断裂沟通砂体⋯, 但是其 自身输导能力的 强弱决定了油气侧向输导通道的优劣. 在 尚家油 田 扶余 、 杨大城子油层 自上而下可以分为 3个油层组 , 分别为扶一、 扶二、 扶三和杨一、 杨二、 杨三. 油显示 层段的个数和有效通道空间系数的大小可以从宏观 上定量分析油气运移的优势通道 , 因此笔者分别 计算了各层的有效通道空 间系数 , 同时统计 了各油 层组 的油显示层段个数 图5 . 图 5 尚家油 田扶余 、 杨大城子油层油显示段个数 和有效通道空间系数分布 Fi g . 5 Oi l s ho wi ngl a y e r n u mbe r a nd e ffe c t i v epa t h wa y s p a c e f a c t o r o f Fu y u- Ya ng d a c h e n g z i 0 j l l a y e r s i n S h a n g j i a Oi l fi e l d 由图 5中可 以看 出, 扶余油层上部扶一油层组 的油显示层段多, 占该 油层组整个砂体 层数 的 8 1 . 2 %, 其有效通道的空间系数平均为 2 1 %. 可以 确定尚家油田扶余油层中扶一油层组砂体侧向输油 能力强, 为扶余油层输导体系中原油侧向运移的主 要砂体输导层 . 杨大城子油层 中, 其上部杨一油层组 的油显示层段数最多, 占该油层组整个砂体层数的 ∞加 ∞ 如∞ 如 加 m O 摹 、 一 2 O一 西安石油大学学报 自然科学版 2 6 . 6 %, 说明该油层组发生油侧向运移的输导层数 多 , 其有效通道的空间系数平均为 5 %. 可以确定尚 家油田杨大城子油层中杨一油层组砂体侧向输油能 力强, 为杨大城子油层输导体系中石油侧向运移的 主要砂体输导层. 3 油气运移形式及有效性的影响因素 3 . 1 空间构造形态对油气运移方式的控制 油气从烃源岩生成后排 出, 需要在一定 的构造 背景下由高势区向低势区沿着毛细管阻力最小的方 向运移. 其运移方式取决于从烃源岩到圈闭的地层 中孔隙网络、 地层岩性变化及其各种输导体系之间 的匹配关系[ 1 7 - 1 8 ] . 由于源岩区外的斜坡地带从构造 形态看主要可以分为 3种 一是简单单斜 , 二是背斜 型鼻状构造; 三是向斜型斜坡 图6 . 这 3 种构造形 态的斜坡对油气运移的控制作用不同, 简单的单斜 型斜坡油气运移呈平行流的方式, 而向斜型斜坡油 气呈扩散流的方式运移. 显然这两种构造背景不利 于油气的大规模聚集 , 而 尚家地区是一个长期发育 的古鼻状构造, 存在一个正向构造脊线, 当油从源岩 进入储层后 , 油气就在浮力 的作用下呈汇聚流的方 式沿断裂 一 砂体组合的输导体系上倾方向向构造脊 运移 , 构造脊成为油气的主要输导通道. 目前油气运 移录井模拟及 尚家地 区油气 的勘探 已证实 , 尚家鼻 状构造的脊线是油气运移的主要通道和油气的主要 聚集场所 图4 . 舞 薛 、 a 简单单斜 b 背斜型鼻状构造 c 向斜型斜坡 图6 斜坡区构造形态及油气运移模式 Fi g . 6 Hy d r o c ar b o n mi g r a t i o n m o de s c o n t r o l l e d b y t e c t o n i c p a t t e r n i n s l o p e a r e a 3 . 2 油气成藏各控制因素在时间上的合理匹配 松辽盆地在青 山口组沉积末期和嫩江组一 、 二 段沉积时期受东西 向拉张应力 的作用 , 不仅形成大 量新生近南北向张性断层, 而且部分断陷期形成的 断层复活开启. 这些形成于断陷期又复活的断层沟 通了下伏沙河子源岩的断层 , 构成了深部天然气向 上运移的输导通道. 而在嫩江组沉积末期 、 明水组沉 积末期及古近系沉积末期受反转构造 的影响 , 既有 一 定数量的新生断层 , 也使得一些前期 生成 的断层 反转活动. 这些反转活动的断层在源岩区内沟通 了 青山口组烃源岩, 形成了扶余、 杨大城子及葡萄花油 层的油源断裂 , 同时又 由于这些断层活动使得断层 两盘与砂体组合构成油气 向源岩外侧 向运移的输导 体系. 尚家油田杨大城子油层的天然气及扶余、 杨大 城子、 葡萄花油层的油分别来 自不同的烃源岩 , 在运 聚成藏过程中具有一定的时序性. 与输导体 系有关 联的时间匹配关系共同决定了油气聚集成藏的时 间, 即输导体系形成有效配置的时期与源岩的大量 排烃期 、 圈闭的形成 时期 以及盖层封闭能力形成时 期之间合理匹配决定了油气聚集成藏时期 图7 . 由图 7可以看出 , 尚家油 田断陷期沙河子组地层 的 煤系烃源岩大量生排烃期为泉头组沉积中晚期一青 山口组沉积时期 , 在青山I l 组沉积末期及嫩江组 沉积早期 , 由于受东西向拉张应力作用 , 断裂活动开 启 , 形成下伏沙河子源岩生成的天然气 向上覆地层 垂向运移的输导体系. 而该类断裂在后期反转构造 运动时期并未发生活动而使得杨大城子油层的天然 气赋存至今. 即杨大城子油层天然气成藏的关键时 期为泉头组沉积末期一青山 口组沉积末期. 而三肇 凹陷青山 口组烃源 岩在 四方 台组 沉积时期开始生 油 , 在明一段时期达到生油高峰, 到明水组沉积末期 开始大量排油 , 从构造演化过程看 , 明水组末期构造 反转定型. 青山 口组超压一般形成 于嫩江组沉积晚 期, 之后生烃作用和黏土矿物脱水作用使超压持续 增大 , 为油运移提供 了动力. 明水组末期断裂活动开 启与源岩大量排烃期在时间上 刚好匹配 , 同时由于 断裂的活动使得断裂与砂体组合构成油气由三肇凹 陷向尚家油田侧向运移的输导体系. 故尚家油田油 成藏的关键时期是明水组沉积末期, 流体包裹体均 一 温度也可证实尚家油田油成藏时期为明水组沉积 末期 . 4 结 论 1 尚家油田扶余、 杨大城子及葡萄花油层油 藏输导体系为断裂与砂体组合而成的复合输导体系; 王有功等 松辽盆地尚家油田油气输导体系及特征 一2 1一 地质时期 d a 1 2 .4 1 1 . 2 9 9 . .6 8 . 8 . 5 8 。4 7 7 7 .3 6 。5 2 .3 5 。 .3 8 地 层 K sh l K ,y e l K d I K . ” lq K .’ I K q q K y 。 l K y K n “ lK ” I K s I K l K I E Y I N ,d I N .. t I Q l 沙 河 竖 誊 兰 圭 } 气 期 青山 口 组 源 岩 大 量 生 油 期 源岩层 ● 青山口 组源岩大量排油期 储层 留 圈闭定型时期 . 盖层 lm1盯 t nTn 111 讯 1lt 超 压 形 成 时 期 ~⋯ 毛细管封 时期 构 造 变 动 t t t t t 时 期 断裂活动 时期 一 一 I 一- 天然气藏形成关键时刻 油藏形成关键时刻 关键时期 ■一 图7 尚家油田油气成藏事件 F i g . 7 Hy d r o c a r b o n a c c u mu l a t i o n e v e n t g r a p h i n S h a n g j i a Oi l fl e i d 杨大城子油层天然气藏输导体系为断裂构成的简单 输导体系. 2 断层型输导体系输导能力的变化具有周期 幕式特征, 而断裂与砂体组合输导体系的输导能力 主要受控于断裂与砂体的对接模式及砂体 自 身的输 导能力. 在尚家油田同向断层与砂体组合模式及反 向断层与砂体组合模式中的连续型和错接型组合模 式具备油侧向的输导能力. 而反向断层与砂体组合 模式中的离散型不具有油侧向输导能力. 在扶余油 层中扶一油层组砂体侧向输导能力强, 杨大城子油 层中杨一油层组砂体侧向输导能力强. 3 空间构造形态控制油气运移输导体系运移 r 5 ] 方式 , 尚家地区是一个长期发育 的古鼻状构造 , 其正 向构造脊线是三肇凹陷青山口组生成的油气向尚家 地区侧向运移的主要运移通道和聚集场所 ; 同时输 导体系与油气成藏各种控制因素在时间上的合理匹 配决定了尚家油田油气的聚集成藏. 参 考 文 献 『 6 ] [ 1 ] 付广, 王有功. 源外鼻状构造区油运移输导通道及对 成藏的作用以松辽盆地 尚家地区为例[ J ] . 地质 论评 , 2 0 0 8 , 5 4 5 6 4 6 _ 6 5 2 . 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