录井工程  2019 , 30 (4): 126-130 https://doi.org/10.3969/j.issn.1672-9803.2019.04.023

地质研究

沧东凹陷膏岩油气藏地质特征与成藏模式研究

邢立平, 夏国朝, 邵徽发, 申建玲

①中国石油大港油田公司勘探开发研究院
②中国石油大港油田公司资源评价处
③中国石油冀东油田分公司陆上油田作业区采油五区

中图分类号:  TE132.1

文献标识码:  A

收稿日期: 2019-11-1

网络出版日期:  2019-12-25

版权声明:  2019 《录井工程》杂志社 《录井工程》杂志社 所有

作者简介:

作者简介:邢立平 工程师,1971年生,1996年毕业于大庆石油学院采油工程专业,现在大港油田公司勘探开发研究院主要从事油气藏动态研究和开发工作。通信地址:300280 天津市滨海新区大港油田勘探开发研究院。电话:(022)63962292。E-mail: xinglping@petrochina.com.cn

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摘要

黄骅坳陷沧东凹陷孔一段广泛发育膏岩层,在传统认识中膏岩层只能作为油气藏的盖层,但在勘探开发实践中膏岩层在部分钻井中却见到良好油气显示且获得高产工业油气流,证实膏岩层具有一定的产油气能力。通过研究发现,膏岩具有“生、储、盖”三位一体的特征,改变了对膏岩的传统固有认识;通过对其生烃特征、油气运移和富集规律的系统性研究,总结出古生新储和自生自储两种成藏类型。针对该类非常规油气藏勘探进行的前瞻性研究,对该区膏岩特殊类型油气藏的勘探开发具有指导意义。

关键词: 沧东凹陷 ; 膏岩 ; 生烃特征 ; 油气运移 ; 富集规律 ; 成藏类型 ; 非常规油气

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邢立平, 夏国朝, 邵徽发, 申建玲. 沧东凹陷膏岩油气藏地质特征与成藏模式研究[J]. 录井工程, 2019, 30(4): 126-130 https://doi.org/10.3969/j.issn.1672-9803.2019.04.023

0 引 言

随着全球非常规油气资源勘探的兴起,国内外学者对于膏岩研究也取得了较大进展。膏岩是蒸发岩中的一种主要岩石类型,主要由石膏、硬石膏、变水石膏组成,含少量石盐、盐类矿物、白石黏土、有机质、铁的氧化物等。膏岩的分布主要集中在北半球,以欧亚板块居多,其次是北美,南半球为数不多。

在我国江汉盆地、冀中坳陷、南襄盆地等膏盐湖盆地发现了一定规模的未-低熟油气资源,尤其是江汉盆地潜江和江陵凹陷,生油岩为膏泥岩,石油资源量2.26亿吨,探明储量9309万吨[1,2,3]。膏盐湖勘探的成功为寻找类似沉积背景盆地提升了找油的信心。在这些地区膏岩通常是作为盖层或生油岩,但在其内部膏岩系地层内发现油藏还较为鲜见。

近年来在大港油田黄骅坳陷沧东地区,部分井在第三纪的膏岩段见到了较好油气显示,并伴有工业高产油气流产出,证实了该类油藏的存在,丰富了大港油田油气成藏类型。这表明,探讨膏岩层对油气成藏的影响及自身成藏规律,都具有十分深远的意义。

1 膏岩油气藏地质特征

1.1 膏岩油气定义

目前对膏岩油气并没有明确定义,可借鉴参考致密油气和页岩油气定义。致密油气是储集在致密砂岩或灰岩等储集层中的石油和天然气,油气经历了短距离运移;页岩油气是指富集在富有机质黑色页岩地层中的石油和天然气,油气基本未经历运移过程。笔者认为膏岩油气是从膏岩层中开采出来的石油与天然气,也是一种重要的非常规石油天然气资源,特指赋存于膏岩中的非常规油气,可作为常规-非常规“有序聚集”体系的类型之一。

1.2 沉积背景

沧东凹陷为渤海湾盆地黄骅坳陷的一个次级构造单元,夹持于沧县隆起、徐黑凸起及孔店凸起之间,是在区域性拉张背景下发育的一个新生代陆内断陷湖盆,受物源、古地形、构造背景的影响,发育多种沉积体系,因而储集类型多样[4]。古近系孔一段沉积时期发育膏盐湖-河流冲积体系,由盆缘多个物源向盆内延伸,形成以盆缘冲积扇群为主的砂体。这种沉积体系的沉积特征体现出干旱环境与潮湿环境的不断交替,可以大体分为以下两种沉积环境时期。

蒸发作用为主的干旱期(河流作用衰弱期):由于蒸发作用,湖盆水体范围缩小,湖平面下降,部分河流作用强烈期沉积的浅水型三角洲暴露出水面,此时盆地缓坡带边缘的沉积作用主要表现为波浪等湖流对先前形成砂体的改造作用;而在盆地内侧,由于湖盆水体盐度增加,以盐类矿物沉积为主,并且由盆地边缘向盆地内部呈现出泥岩、含膏泥岩、泥质膏岩和膏岩的变化序列。

湖水补给为主的温湿期(河流作用强烈期):由于大量水体注入湖泊,使得湖水盐度降低,同时湖盆水体范围扩大,湖平面上升,入湖河流携带大量的陆源碎屑物质在盆地缓坡带堆积,形成规模较大的连片分布的浅水型三角洲砂体。

沧东凹陷整体自西向东是从扇三角洲平原到前缘,最后尖灭到膏盐湖相膏岩沉积,砂体由发育逐渐过渡到与膏岩互层(过渡带);自南向北从扇三角洲相砂体发育,尖灭到膏盐湖相膏岩沉积。在该地区孔一段枣0油层组膏盐湖沉积时期,古地形是东高西低,南高北低的特点,受古地形影响,整个石膏沉积具有以下特点:石膏主要分布在斜坡低部位,最厚为300 m左右,向四周减薄尖灭;因为斜坡延伸方向为东北,所以石膏展布也是沿着东北方向呈条带状分布(图1)。

图1   沧东凹陷孔一段枣0油层组沉积体系图

   

1.3 储集层特征

根据目前研究成果,沧东凹陷膏岩段内的储集层主要分为砂岩储集层和膏岩储集层两大类。砂岩储集层是以原生孔隙为主要储集空间,而膏岩储集层主要是以次生孔隙为储集空间。研究表明,膏岩段除了常规的砂岩储集层外,石膏也可以作为有效的储集层。

膏岩层间砂岩储集层:局部地区膏岩层间砂岩储集层单层厚度薄,但广泛发育,且平面上连续性好。目前无岩心资料,根据测井分析,砂岩平均孔隙度11.6%,渗透率12.9 mD,泥质含量21.3%。

膏岩储集层:发育收缩缝、粒间溶孔、晶间孔。硬石膏处于早成岩A期,为粒状结构,酸性成岩环境,产生溶蚀孔,面孔率在6%~18%之间。石膏通常在80~90℃时开始失水向硬石膏转化,其体积可以减小39%,同时形成收缩裂缝,其宽度在0.1~0.4 mm之间(图2)。

图2   Z 18井石膏特征

   

1.4 流体特征

由于目前沧东凹陷膏岩段出油气井数量不多,仅有Z 1井、Z 2井和Z 3井的流体特征数据可供参考(表1)。Z 1井和Z 2井膏岩段油气藏产出的原油属于中质、中粘、高凝常规原油;Z 3井天然气组分中甲烷含量高达84.91%,其生产的原油属于轻质凝析油,生产的天然气属于凝析气。目前无地层水样分析结论,所以暂无地层水水型数据。根据Z 1井测压,地层压力系数为0.68,属于异常低压;地温梯度为3.24℃/100 m,属于正常的地温梯度。

表1   原油物性参数

   

井号密度
(20℃)/
(g· cm-3)
粘度
(50℃)/
(mPa·s)
含蜡/
%
含胶/
%
凝固点/
Z 1、Z 20.875 833.8421.5817.9634.5
Z 30.755 20.632.9812.55-30.0

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2 油气成藏模式

2.1 烃源岩及油气源分析

通过分析沧东凹陷膏岩段内已发现油气的物性、生物标志物特征、原油碳同位素特征和天然气组分特征,进行油源对比,并分析膏岩段产出油气的Z 1井、Z 2井及Z 3井发现(表2):Z 1井、Z 2井常规原油来源于孔二段,而Z 3井原油成熟度较高,属于偏淡水环境[7,8,9],其凝析油来源于石炭-二叠系烃源岩,其天然气的组分、碳同位素和轻烃等重要地化指标都具有明显的煤成气成因特征。根据天然气成因类型综合鉴别标准,煤成气的δ13 C1范围为-43‰~-10‰,Z 3井天然气δ13C1为-37.8‰,表现出典型的煤成气成因特征,而且产出天然气中轻烃的苯含量较高,其中己烷(2甲基和3甲基)与正庚烷的含量比值达2.74,苯与正庚烷的含量比值高达1.94,也表现出煤成气轻烃特点。

表2   原油生物标志物特征

   

井号正构烷烃碳数
分布范围
峰型分布主峰碳数Pr/PhPr/nC17Ph/nC18油源
Z 1、Z 2nC9-nC41单峰型nC230.920.340.38孔二段
Z 3nC8-nC27前峰型nC91.370.380.37石炭-二叠系

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目前已发现的3口工业油气流井的油源对比资料表明,在膏岩层段内的油气藏具有不同油气来源,具备混源特征(表2 )。沧东凹陷除了已证实的孔二段和石炭-二叠系烃源岩外,其孔一段顶部发育的灰色、深灰色泥岩和含膏泥岩通过有机地化特征评价为一套有效烃源岩,纵向上主要位于孔一段顶部栆0油层组,厚度分布范围50~300 m,分布总面积达900 km2,主要发育在沧东凹陷的孔西地区[5,6]。经过对该套膏泥岩地化特征进行分析统计可知,其有机碳含量分布范围主要在0.12%~7.63%,平均有机碳含量1.02%,大部分为中高有机质烃源岩;氯仿沥青“A”含量分布范围0.01%~3.22%,平均含量0.13%,其中S1+S2整体占比较高;有机质类型分析表明,干酪根类型主要为Ⅱ型和Ⅰ型(总占比83.3%),其中Ⅱ型占比53.3%(Ⅱ1型占比36.7%,Ⅱ2型占比16.6%),Ⅰ型占比30%,Ⅲ型仅占比16.7%。同时对枣0油层组烃源岩镜质反射率Ro进行测定,主要分布范围在0.4%~0.74%,处于烃源岩演化过程中的未熟-低熟-成熟阶段,而在咸化湖盆中心烃源岩镜质反射率Ro达到0.7%以上,达到有机质成熟阶段,趋于生烃高峰,具备了生排烃潜力。因此推断膏岩段具备形成自生自储原生油气藏的潜力。综合分析表明,孔南地区孔一段石膏段烃源岩有机质丰度较高,烃源岩演化条件适中,具备大量生烃的物质基础和生排烃门限条件。

2.2 油气藏类型

根据目前研究,膏岩油气藏成藏类型大体上应存在两种:古生新储型和自生自储型(图3)。

图3   沧东凹陷孔一段枣0膏岩层段油气成藏模式

   

2.2.1 古生新储

油气主要来源于孔二段沉积时期湖盆内广泛发育的暗色油页岩和上古生界石炭-二叠煤系地层,油气通过断层疏导体系运移至孔一段膏岩内部的储集层中聚集成藏,从而在煤系、孔二段-孔一段间形成了一个独立的含油气系统。此类型以构造油气藏为主,主要分布在二级断层附近,但在斜坡背景上,石膏与砂岩互层区也可形成构造-岩性油气藏,目前实践已证实。

在沧东凹陷地区已发现3口膏岩层工业油气流井,以古生新储型为主,其主要原因是该地区新生代构造运动活跃,断裂系统发育。孔店组沉积晚期至沙河街组沉积期,沧东断层与徐西断层进一步活动,形成一系列次级断层,这些次级断层在渐新世强烈活动,切穿并沟通了孔二段和石炭-二叠系烃源岩,并对油气向上运移起到重要的输导作用[10],为古生新储油气藏的形成提供了重要条件(图3)。

2.2.2 自生自储

膏岩主要形成于深水蒸发的还原环境,其中的灰色泥岩有机质含量高,属于优质的生烃源岩。同时膏岩层段内的砂岩类储集层、石膏层间原生间缝和石膏成岩作用过程中形成的收缩缝、溶蚀孔洞缝等次生孔隙,都可以成为膏岩层段内油气聚集良好的储集空间,而且膏岩层具有排替压力高、韧性好的特点,是良好的盖层。因此,可以在膏岩层内部形成完整有效的“生、储、盖”组合,形成一个独立的含油气系统,以岩性油气藏为主[11,12,13]。这是根据石油地质条件分析和已钻井油气显示情况综合研究而得出的,还需实践成果进一步验证。

自生自储型膏岩油气藏,目前虽然没有工业油气流井的证实,但前期勘探发现在膏盐湖中心,钻遇膏岩段过程中,油气显示活跃,槽面出现油花,并伴有大量气泡,目前已钻井中录井油斑、荧光显示厚度最大达151 m[14]。根据其成藏特点,膏盐湖盆中心由于烃源岩丰度高,生烃指标好,如果生储盖层配置良好,是岩性油气藏形成的有利场所,是寻找自生自储油气藏的有利区带[15,16,17]。在沧东凹陷有两个沉积较厚的区域,一个是位于北部主凹陷区,厚度可以达到400 m以上,凹陷内有3口井见到良好显示;另一个是南部次凹陷区,厚度达200 m以上,有4口井显示良好。这两个区域都是寻找自生自储型膏岩层油气藏的首选潜力区。

3 结 论

通过系统分析膏岩油气藏成藏特点,并在沧东凹陷勘探实践的基础上,总结出以下3点,用于指导该区膏岩油气藏的下步勘探开发。

(1)膏岩层不仅能作为优质盖层,而且其有机质丰度较高,在一定沉积环境和演化程度下,可作为有效的生烃层,同时在成岩作用下,能够具备良好的储集空间。因此,膏岩层具备“生、储、盖”三位一体的特性,切实拓宽了油气的勘探开发领域。

(2)在大型基底断裂及次级断层两侧可形成油气来源于孔二段和石炭-二叠煤系地层烃源岩的古生新储型的膏岩油气藏,为此类油气藏的勘探开发提供了借鉴。

(3)在膏岩层湖盆中心和邻近斜坡区,膏岩层纵向厚度大,平面范围广,具备形成自生自储型膏岩油气藏巨大潜力,对该区膏岩油气藏的勘探具有重大的指导意义。

目前该区膏岩非常规油气勘探程度还非常低,见工业油气流井数量还较少,同时膏岩层烃源岩分析化验样品相对较少,研究程度还不够。下步需要在此研究成果指导的基础上,进一步加强膏岩非常规油气的勘探工作,继续深化研究和实践,力争获得膏岩油气勘探开发新突破。

(编辑 唐艳军)


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