济阳坳陷致密砂岩储层油气成藏机理探讨.pdf

第 3 5卷第 2期 2 0 1 3年 3月 石 油 察 劈 弛 届 P ETRoLEUM GE0LoGY EXP ERI M ENT V0 1 ． 35． No ． 2 Ma r ．， 201 3 文章编号 1 0 0 1 - 6 1 1 2 2 0 1 3 0 2 0 1 1 5 0 5 d o i 1 0 ． 1 1 7 8 1 ／ s y s y d z 2 0 1 3 0 2 0 1 济 阳坳 陷致密砂岩储 层油气成藏机理探讨 刘传虎， 王永诗 ， 韩宏伟 ， 王学忠 中 国石化 胜利油 li t 分公 司 ， 山东 东 营2 5 7 0 0 1 摘要 致密砂岩储层渗透率小于 1 0 x l 0 I 3 p ,m ， 由于其储集空间类型及特征的特殊性 ， 在 油气成藏 机理 方面与常规油气藏存在 根本 的区别 。该文从分析“ 根缘气” 的形成条件及成藏特点出发 ， 以模拟实验为基础 ， 根据济阳坳 陷致密储层特点 ， 探讨油气成藏机理 致 密储层油气运移成藏以超压充注为主， 超压传递到达 的边界就是其含油 气 边界 ， 超压梯度大 ， 油气充注的距 离和圈闭滞留的范围 就大， 含烃饱 和度也相对高 。通过成藏相似性研究认为 ， 济阳坳 陷致密砂岩油气藏具 以下特点 ①烃源岩持续供烃 ， 源内及 附近储层 蕴含着大量的分异性较差的油气； ②致密砂岩储层“ 相势控藏” ； ③具有大面积分布致密油气藏的条件． 勘探潜力大 关键词 渗透率 ； 致密砂 岩储层 ； 超 压充 注 油气成 藏； 济阳坳 陷 ； 渤海湾盆地 中图分类号 T E l 2 2 ． 3 文献标识码 A Hy dr o c a r b o n a c c u m u l a t i o n me c ha n i s m o f t i g ht s a n d s t o n e r e s e r v o i r i n J i y a n g De p r e s s i o n Li u Ch ua n h u，W a n g Yo n g s h i ，Ha n Ho n g we i ，W a n g Xu e z h o n g S I N O P E C S h e n g l i O i lfie l d C o m p a n y ， D o n g y i n g ， S h a n d o n g 2 5 7 0 0 1 ， C h i n a Ab s t r a c t Th e p e r me a bi l i t y o f t i g h t s a nd s t o n e r e s e r v o i r s i s b e l o w 1 0 xl 0一 m ．Du e t o t he p a l i c u l a r i t y o f r e s e r - v o i r s p a c e t y p e a n d c h a r a c t e ris t i c s，t h e t i g h t s a n d s t o ne r e s e r v o i r s a r e di f f e r e n t f r o m n o r ma l o ne s i n h y d r o c a r b o n a c c u mu l a t i o n me c h a ni s m． T he g e n e r a t i o n c o n di t i o n s a n d a c c u mu l a t i o n f e a t u r e s o f“s o u r c e c o n t a c t i n g g a s ” a r e s t u d i e d ． Ba s e d o n s i mu l a t i o n e x p e rime n t s，h y dr o c a r b o n a c c u mu l a t i o n me c ha n i s m i s c o n c l ud e d a c c o r di ng t o t h e f e a t u r e s o f t i g h t s a n d s t o n e r e s e rvo i r s i n t h e J i y a n g D e p r e s s i o n ．Ov e r p r e s s u r e c h a r g i n g i s t h e ma i n w a y o f h y d r o c a r b o n mi g r a t i o n a n d a c c u mul a t i o n i n t i g h t s a n ds t o n e r e s e r v o i r ．Th e b o r d e r f o r o v e r p r e s s u r e t r a n s f e r i s t h e b o u nd - a r y for o i l o r g a s ．W h e n o v e r pr e s s u r e g r a d i e n t i s l a r g e r，t h e d i s t a n c e o f h y d r o c a r b o n c ha r g i n g a nd t h e r a n g e o f t r a p wi l l b e l a r g e r ，a n d t he h y d r o c a r b o n s a t ur a t i o n wi l l be h i g h e r ． T hr o u g h s i mi l a r i t y r e s e a r c h，t h e t i g h t s a nd s t o n e r e s e rvo i r s i n t h e J i y a n g D e p r e s s i o n h a v e t h e f o l l o w i n g c h a r a c t e r i s t i c s ．1 S o u r c e r o c k s c o n t r i b u t e t o h y d r o - c a r b o n c o n t i nu o us l y．La r g e q u a n t i t y o f o i l a nd g a s wi t h po o r d i v e r s i t y e x i s t i n s o u r c e r o c k s o r n e i g hb o rin g r e s e r - v o i r s ．2 I n t i g h t s a n d s t o n e r e s e rvo i r s ， f a c i e s a n d p o t e n t i a l c o n t r o l a c c u mu l a t i o n ．3 T i g h t r e s e rvo i r s ma y e x i s t wi de l y，i n d i c a t i n g for g o o d e x p l o r a t i o n p o t e nt i a 1 ． Ke y wo r d s p e r me a b i l i t y； t i g h t s a n d s t o n e r e s e rvo i r ；o v e r p r e s s u r e c h a r g i n g ；p e t r o l e u m a c c u mu l a t i o n； J i y a n g D e p r e s s i o n；Bo h a i Ba y Ba s i n 随着油气勘探开发技术 的发展和对能源的巨 大需求 ， 现 已发现在渗透率小 于 0 ． 1 1 0 ～ m 、 孔 隙度小于 6 ％的低渗透致 密储层 中还蕴藏着 大量 非常规油气资源 ， 其地质储量远远超过常规油气资 源[ 1 叫 ] 目前在 中国新增 油气储量 中非常规 油气 储量所 占比例 已超过 6 0 ％ ， 而且这种趋势 和重要 性还在不断扩大和增加 。然而 ， 存在于低渗透致密 储层 中的非常规油气藏却很难用传统 的石油地质 理论解 释 ， 也不 能用传 统 的方 法勘 探和 开发 l 2 J 。 由于中、 高渗透储集层和低渗透致密储集层微观特 征的不同 ， 致使油气 在两者之 中的运聚动力 、 圈闭 机制和形态 、 油气水分布等方面都有许多根本的区 别 ] 。 油气藏形成机理研究是搞清这类非常规油 气资源潜力 的基础。 1 致密砂岩储层划分标准 根据岩石的渗透率可以把储集层划分为中、 高 渗透率储层 常规储层 和低渗透致密储层 非常 收稿 日期 2 0 1 2 0 3 2 9； 修 订 日期 2 0 1 3 - 0 2 -1 7 。 作者简介 刘传虎 1 9 6 4 一 ， 男 ， 博士 ， 教授级高级工程师 ， 从事油 田勘探与管理工作 。E m a i l l i u c h u a n h u ． s l y t s i n o p e c ． c o m。 基金项 目 中国石油化工股份有限公司重大基础研究项 目“ 盆地升降过程油气富集机理及富集模 式” P 0 6 0 8 6 资助 。 1 1 6 石 油 褒 劈 沾 届 第 3 5卷 表 1 砂岩储层类型划分 Ta bl e 1 Ty pe s o f s a nds t one r e s e r vo i r s 规储层 ， 但划分 的标 准不 同国家 、 不 同地 区和不 同学者都有所不 同。最早美 国把渗透率 1 0 1 0 m 作为低渗透致密储层的上限， 前苏联把渗透率 5 0 x 1 0 p c m 作为上 限。随着美 国在致密砂岩 中 发现和开采 出大量 天然气 。 1 9 8 7年美 国能源部 把 致密砂岩气层又按渗透率进一步划分为 3级 渗透 率 0 ． 0 5～ 0 ． 1 1 0 ～ m 为致密砂岩气层 ； 渗透 率 0 ． 0 0 1 ～ 0 ． 0 5 1 0 p L m 为很致 密砂岩气层 ； 渗透率 0 ． 0 0 0 1 ～ 0 ． 0 0 1 1 0 ～ m 为极致密砂岩 气层 。1 9 9 4年 中国也对储层类型和低渗透储层进 行了划分 表 1 。本 文将渗 透率 小 于 1 01 0 m 的储层统称为低渗透致密储层 。 2 致密砂岩储层微观特征 2 ． 1 储 集 空间类 型 通过普通薄片 、 铸体 薄片、 扫描 电镜观察及铸 体薄片图像分析 ， 济阳坳陷致密砂岩储层 的孔隙类 型有 原生粒 问孔隙 碎 屑颗粒 问经压实、 胶结之 后的残余孔隙 、 晶间孔 铁 白云石晶问孔 、 高岭石 晶间微孔 、 溶孔 包括高岭石 晶问溶孑 L 、 碳酸盐溶 孑 L 和长石溶孔 ， 以铸模孔 、 粒问溶孑 L 、 粒 内溶孑 L 、 晶 间溶孑 L 为主 、 溶孔一裂缝。 2 ． 2 原生孔隙保存条件 烃类充注、 早期胶结和异常压力是致密砂岩储 层原生孑 L 隙保存 的重要条件 。烃类物质的早期充 注可抑制水岩反应 ， 减少胶结物 的沉淀 由于烃类 注入具有一定 的压力， 也可以降低后期压实引起 的 孔隙损失； 烃类充注与溶 蚀作用常常是伴生 的， 也 为孔 隙发育提供 了条件 l 5 ] 。早期胶结可 以使储集 岩结构在中高孑 L 隙度演化阶段得以固化 ． 从而减少 了颗粒重排和变形引起 的孑 L 隙度损失 。早期 的栉 壳状胶结是济 阳坳 陷早期胶结 活动 的一种典型现 象。异常压力 的赋存有利于对致密储层性能的改 善 ①异常高压有利于原生孑 L 隙及早期次生孔隙的 保存 ； ②超压环境有利于酸 l生地层水进入储集层形 成溶蚀孔隙； ③流体异 常高压有利于微裂缝 的产 生 ． 增强孔隙间连通性和渗流能力 。 2 ． 3 次生孔隙类型 碳酸盐矿物 占据 了济阳坳陷 自生填隙物总量 的 8 0 ％以上 ． 分析次生孔隙类型主要有 1 碳酸盐 溶孔分别统计了济阳坳陷 4种主要碳酸盐 的 垂 向变化特征 ， 认为 2 2 0 0～ 3 8 0 0 m是原生碳酸盐 溶解和次生碳酸盐胶结 的主要 区域 ； 2 白云石化 与碳酸盐次生孔隙 、 长石溶孔是主要 的溶蚀孔 隙类型。长石的溶蚀活动是一种典型的耗水作用 ， 地层增水量随埋深增加逐渐降低 ， 而耗水量逐渐增 高 ． 埋深 2 5 0 0 m左右时， 耗水量超过增水量 ， 进入 有效耗水区间。因此 ， 长石溶孔在储层孔隙体系中 的地位更加 突出 3 油气成藏机理 3 ． 1 模拟实验及成藏机理分析 研究认为l 6 ， M ， 在中高渗透常规储层和低渗 透致密非常规储层中， 油气的运聚动力和成藏方式 有很大的不同， 可以按成藏机制划分为常规油气藏 和非常规油气藏两大系列。 3 ． 1 ． 1 常规油气藏 一 般情况下 ， 油气二次运移的动力主要是 浮 力 F 、 水动力 P 、 构造应力 、 分子扩散力和渗 透压力 ， 以浮力最为重要。阻力主要是 毛细管压 力差 A P 和吸着力 包括吸收和吸附 ， 有机质 以吸收为主 ， 无机矿物以吸咐为主。在考虑了水动 力 P 而未考虑剩余压力 的情况下 ， 当 F和 P 同 向时 若 F P A P 则可 以发生运移 ； 若 F P A P P 时 ， 则油气在浮力作用下 ， 克服水动力 和 毛细管压力差向上运移 ； P A P F时， 则油气在 水动力作用下运移； 若 P F且 P A P F， 则油 被水所冲散。因此 ， 油气运移是浮力 、 毛管阻力 和 水动力综合作用的产物 。显然喉道越细 ， 界面张力 越大 ， 界面弯 曲程度越高， 排替压力越大 ， 对油气 的 阻挡 、 封闭能力越强， 油气也越难运移。 常规油气藏以浮力充注为主， 形成传统上的构 造 、 地层 、 岩性等常规油气藏 。模拟实验中 图 1 ， 油水沿断层带 同时充注 ， 充 注期 次、 动力和 时 间决定富集程度 ， 分 A 第 1次注入 、 B 第 2次注 人 、 c 第 3次注入 、 D 第 7次注入 。图 1中黄 色代表密度较小的油 ， 白色代表密度稍大的水 。模 拟结果 第1 次充 注时 ， 由于运移动力 主要是注人 第 2期 刘传虎， 等．济阳坳陷致密砂岩储层油气成藏机理探讨 1 1 9 图 6 济阳坳陷渤南洼陷致密砂岩油气藏连井剖面 F i g ． 6 C r o s s i n g we l l s e c t i o n o f t i g h t s a n d s t o n e r e s e r v o i r i n B o n a n s u b S a g o f J i y a n g D e p r e s s i o n 动作用相对较小 ， 油气 流动困难 ， 这也是产能低和 难 以稳产的关键 因素 。 如区内的义 1 7 6井 油层孔 隙度 1 0 ％ ， 渗透率 3 ． 5 1 0 ～ m ， 压力 系数 1 ． 6 4， 压裂后 3 m m油嘴 产油 5 ． 1 9 t ／ d ； 义 2 8 3井油层孔隙度 9 ． 2 ％ ， 渗透率 1 ． 5 X 1 0 tx m 。 压力系数 1 ． 6 4 。 压裂后抽吸 3 m m 油嘴产油 5 ． 2 t ／ d 义 1 0 7井油层孑 L 隙度 7 ％ ， 渗透 率 1 ． O x 1 0 I,z m ， 压力 系数 1 ． 0 ， 压裂后抽 吸 3 mm 油嘴产油 5 ． 2 4 t ／ d 图 6 。 油气藏 ； ②录井技术方面 ， 进行快速钻井条件下复 杂岩性识别试验 ， 提高岩性识别精度 高气测背景 下油气显示的准确归位试验， 提高岩性和油气层识 别精度 ； ③测井技术方面 ， 优化测井系列 ， 提高测井 分辨率 ； 进行低电阻油层综合判识试验和高骨架电 阻率储层流体．1生质识 别试 验 ； ④ 压裂工艺方面 ， 进 行压裂缝高控制技术试验 、 高泥质储层压裂裂缝导 流能力长期保持技术攻关试验和薄层 单层压裂技 术试验攻关 ， 提高压裂效果 ， 延长压裂有效期。 4 勘探潜力分析 5 结论与建议 济 阳坳陷 自“ 八 五” 以来 ， 低 渗透致密油气藏 探明储量比例呈增加趋势 ， 特别是 “ 十一五” 期间 ， 其探明储量 占了一半 以上 ， 说明济阳坳陷未来探 明 储量基本上是 以低渗透致 密油气藏为主。根据新 一 轮油气资源评价结果 ， “ 十一五” 末济 阳坳 陷剩 余资源 量为 5 2 ． 3 8 1 0 。 t ， 低渗透致 密资源量将 占 5 0 ％以上． 济阳坳陷致密剩余资源量为 2 6 ． 1 9 x l O t ， 潜力巨大。 为尽快将济 阳坳 陷低渗透致密油气资源转化 为现实产量 ， 需从 3个方面开展技术攻关 。 1 精 细地质建模 。 分砂组寻找储量空 白区。从沉积演化 规律 出发 ， 综合运用地震沉积学 ， 建立精细地质模 型 ． 按 系统解剖 、 整体部署 、 精细勘探 的思路 ， 系统 解剖沉积体系 、 明确潜力方向。 2 储 层微观成因 机理研究及油层保护技术研究。深入开展储层微 观特征研究 ， 形成基于岩石学分析 的储层综合分析 评价技术 开发和完善现有实验技术 ， 进一步提高 复杂储层综合 评价能力 ； 提 出油层保护 与改 造措 施 ． 提高油气产能与稳产能力。 3 加强工程技术 配套。①钻井技术方面， 进行不同井眼尺寸的组合 钻井工艺试验 ， 全过程欠平衡钻井 、 控 压钻井工艺 试验 ， 提高钻井速度 ， 减少油层污染 ， 有效保护致密 1 济 阳坳陷致密储层油气运移成藏 以超压充 注为主 ， 超压传递到达的边界就是低渗透致密储层 中的含油 气 边界 ； 烃源岩持续供烃 ， 源 内及附近 储层蕴含着大量的分异性较差的油气 ； 致密砂岩储 层“ 相势控藏” 具有大面积分布致密油气藏 的条 件 ， 勘探潜力大。 2 为尽快形成产能 ， 建议精细地质建模 ， 分砂 组寻找储量空白区， 落实储量阵地 ； 进行储层微观 成因机理及油层保护技术研究 ； 加强钻 、 测 、 录及压 裂方 面工程技术配套 。 参 考文献 [ 1 ] B a r k e r C ． C a l c u l a t e d v o l u me a n d p r e s s u r e c h a n g e s d u r i n g t h e t h e r ma l c r a c k i n g o f o i l a n d g a s i n r e s e r v o i r s [ J ] ． AA P G B u l l e - t i n ， 1 9 9 0 ， 7 4 8 1 2 5 4 1 2 6 1 ． [ 2 ] S w a r b r i c k R E ， O s b o rne M J ． M e c h a n i s m s t h a t g e n e r a t e a b n o rma l p r e s s u r e A n o v e r v i e w[ M] ／ ／ L a w B E， U l mi s h e k G E， S l a v i n V I ． Ab n o rm a l p r e s s u r e s i n h y d r o c a r b o n e n v i r o n me n t s AAP G Me mo i r 70 ． T u l s a AAPG P r e s s ， 1 9 9 8 1 33 4． [ 3 ] 胡 文瑞． 低渗 透 油气 田概 论 [ M] ． 北京 石 油工 业 出版 社 ， 2 0 0 9 61 7 7． [ 4 ] 庞正炼 ， 邹才 能 ， 陶士振 ， 等． 中 国致密 油形成分布与 资源潜 力评价 『 J ] ． 中国工程科学 ， 2 0 1 2 ， 1 4 7 6 0 6 7 ． 『 5 ] 谯述蓉， 张虹， 赵爽． 川西 D Y地区须家河组致密砂岩储层预测技 术及应用效果分析[ J ] ． 石油与天然气地质 ，2 0 0 8 ，2 9 6 7 7 4 - 7 8 1 ． 下转第 1 2 6页 1 2 6 石 油 雾 鲐 沾 厦 第 3 5卷 上接第 1 1 9页 [ 6 ] 李 明诚 ， 李剑． “ 动力圈 闭” 低渗 透致密储 层 中油 气充注 成 藏 的主要作用 [ J ] ． 石油学报 ， 2 0 1 0， 3 1 5 7 1 8 - 7 2 3 ． [ 7 ] 陈志海． 特低渗油藏储层微观孔喉分布特征与可 动油评价 以 十屋油 田营城组油藏为例 [ J ] ． 石油 实验地质 ， 2 0 1 1 ， 3 3 6 6 5 7 6 6 2 ． [ 8 ] 张凤奇 ， 王震 亮 ， 武富礼 ， 等． 低渗 透致密砂岩储层成藏 期油 气运移 的动力分 析 [ J ] ． 中 国石油 大 学学 报 自然科 学 版 ， 2 0 1 2， 3 6 4 3 2 3 9 ． [ 9] 杨茜 ， 付玲 ． 致密砂岩气的成藏机 理及勘探前 景 [ J ] ． 断块油 气 田， 2 0 1 2 ， 1 9 3 3 0 2 - 3 0 7 ． [ 1 0 ] 俞凌杰 ， 范明 ， 刘新伟 ， 等． 盖层封 闭机理研究 [ J ] ． 石油实验 地质 ， 2 0 1 1 ， 3 3 1 9 1 - 9 6 ． [ 1 1 ] 李 荣西， 段立志 ， 张少妮 ， 等． 鄂尔多斯盆地低渗透 油气藏形 成研究现状与展望 [ J ] ． 地球科学与环境学报 ， 2 0 1 l ， 3 3 4 3 6 4-3 7 2． 侯瑞云 ， 柳林旺． 镇泾油田长 8油层组特低渗岩性油藏成 藏 机制研究 [ J ] ． 石油实验地质 ， 2 0 1 1 ， 3 3 4 3 7 8 - 3 8 4 ． 田华 ， 张水 昌， 柳少波， 等． 致密储层孑 L 隙度测定参数优化[ J ] ． 石油实验地质， 2 0 1 2 ， 3 4 3 3 3 8 3 4 5 ． 李永根 ， 徐胜峰． 地震岩石物理和正演模拟技术在致密 砂岩 储层预测 中的应用研究[ J ] ． 石油天然气学报， 2 0 0 8 ， 3 0 6 6l 一6 5． 王鹏 ， 李瑞 ， 刘 叶． 川西坳陷陆相 天然气勘探 新思考 『 J ] ． 石 油实验地质 ， 2 0 1 2， 3 4 4 4 0 6 4 1 2 ． 赵卫卫 ， 李得 路 ， 查 明． 陆相 断陷盆地砂岩透镜体 油藏成 藏 过程物理模拟 [ J ] ． 石 油实验地质 ， 2 0 1 2 ， 3 4 3 4 3 8 4 4 5 ． 刘雅利， 程付启 ， 庄嘉翠 ， 等． 渤南洼 陷北部陡坡带砂砾岩扇体 油气成藏规律[ J ] ． 油气地质与采收率 ，2 0 1 0 ， 1 7 6 2 3 2 6 ． 编辑徐 文 明 石油雾鲐沾届 被评为“ R C C S E中国核心学术期刊 A ’ ， 由中国科教评价网 h t t p ／ ／ w w w ． n s e a c ． c o m ． ／ 最新公布的中国 6 4 4 8种学术期刊 2 0 1 3年评价结果显 示 ， 石油雾晕 套 沾屡 在地球科学类 1 8 4种期刊中位列第 2 8位 ， 排名上升 了 1 5位 2 0 1 1年排名 4 3位 ． 被 评为“ R C C S E中国核心学术期刊 A ” 该评价结果由武汉大学中国科学评价研究 中心 R C C S E 发布。“ 武汉大学 中国科学评价研究 中心” 成立于 2 0 0 2年 ， 由武汉大学信息管理学院、 教育科学学院、 学校图书馆 、 社科部 、 科技部等单位组建而成 ， 是一个多学科交叉 、 跨院系联合 ， 集科学研究 、 人才培养和评价服务于一体的实体性学术研究机构 ， 也是我 国高校中第一个综合性的科教评价研究中心。该中心每 2年发布一次“ 中国学术期刊评价研究报告” ． 其 结果权威 、 可靠 ， 是 目前国内最详细 、 排行榜最多的学术期刊评价研究报告 。 徐 文明 “ r r }