牟敦山 付 廣 胡 明

(東北石油大學(xué) 黑龍江大慶 163318)

徐深氣田蓋層封氣有效性研究①

牟敦山 付 廣 胡 明

(東北石油大學(xué) 黑龍江大慶 163318)

利用鉆井、地震和分析測試資料,對徐深氣田蓋層發(fā)育及分布、封氣能力的有效性和封氣時間的有效性進行了研究,得到徐深氣田天然氣蓋層主要為登二段發(fā)育的泥巖和營一段頂部發(fā)育的火山巖,前者整個斷陷分布,是斷陷南部營四段火山角礫巖和斷陷北部營三段火山巖儲集天然氣的蓋層,后者僅分布在斷陷南部,是營一段火山巖儲集天然氣的蓋層。徐深氣田中12個氣藏蓋層排替壓力均大于儲層排替壓力和氣藏剩余壓力之和,封氣能力的有效性好,有利于天然氣聚集與保存。登二段和營一段頂部蓋層封氣性形成時期主要分別為泉一、二段沉積時期和登四段沉積時期,均早于沙河子組煤系源巖的大量排氣期(青山口組沉積時期),封氣時間的有效性好,也有利于天然氣的大規(guī)模富集成藏。

徐深氣田 登二段 營一段 蓋層 封氣能力 封氣時期

徐深氣田是松遼盆地至今深層發(fā)現(xiàn)的最大的氣田,目前探明天然氣儲量為2 457.45 X 108m3,分布在徐家圍子斷陷內(nèi)。其儲氣層主要為下白堊統(tǒng)營城組一段和三段發(fā)育的火山巖(主要有流紋巖、安山巖、玄武巖、火山碎屑巖)、營城組四段發(fā)育的火山角礫巖,蓋層則為下白堊統(tǒng)登二段發(fā)育的泥巖蓋層和營一段頂部發(fā)育的火山巖(主要有凝灰?guī)r和火山角礫巖),前者與營三段火山巖或營四段火山角礫巖構(gòu)成天然氣儲蓋組合,分布在斷陷北部和南部,后者與營一段火山巖構(gòu)成天然氣儲蓋組合,僅分布在斷陷南部。天然氣主要來自下伏下白堊統(tǒng)沙河子組煤系源巖。由于該氣田在斷陷南部和北部含氣儲蓋組合不同,蓋層不僅層位不同,而且?guī)r性不同,其能否有效的封閉其內(nèi)的天然氣,在某種程度上決定著該氣田中天然氣富集數(shù)量。關(guān)于天然氣蓋層研究前人已做過大量研究和探討[1～7],已形成了一套成型的蓋層評價技術(shù),但對蓋層封氣有效性研究,前人主要是討論封氣時間上的有效性[8～12],而對封氣能力有效性討論的甚少,將二者綜合起來的研究則更少,因此,開展徐深氣田蓋層封氣有效性的綜合研究,對于該氣田形成機制研究及儲量規(guī)模認識均具重要意義。

1 蓋層發(fā)育及分布特征

天然氣鉆探結(jié)果表明,徐深氣田天然氣蓋層主要為登二段發(fā)育的泥巖和營一段頂部發(fā)育的火山巖。登二段泥巖蓋層除升深6井和西南邊界缺失外幾乎整個斷陷分布,厚度最大可達到240 m,主要分布在徐深211井處,其次是分布在徐深16井東北處,泥巖蓋層厚度可達到200 m,由兩個高值向斷陷邊部登二段泥巖厚度逐漸減小,在斷陷邊部減小至20 m以下,如圖1a所示。營一段頂部火山巖蓋層,與泥巖蓋層一樣具有高聲波時差的特征,主要由凝灰?guī)r、火山角礫巖,其次是流紋巖、角礫熔巖、安山巖和酸性噴發(fā)巖組成,其主要分布徐家圍子斷陷的南部,最大厚度可以達到140 m,主要分布在徐深43井處,其次分布在徐深502井處,厚度可達到120 m,由2個高值區(qū)向斷陷邊部厚度逐漸減小,在邊部減小至10 m以下,如圖1b所示。

2 蓋層封氣能力及封氣能力的有效性

由于徐深氣田登二段和營一段頂部蓋層埋深相對較深,壓實成巖程度高,其內(nèi)已無超壓存在,主要為毛細管封閉。由該斷陷泥巖和火山巖實測排替壓力與聲波時差之間關(guān)系(圖2)得到,徐深氣田登二段泥巖蓋層排替壓力最大可達到11 MPa,主要分布斷陷中部的徐深25井和徐深3井附近,由此向斷陷四周邊界登二段泥巖蓋層排替壓力逐漸降低,在斷陷北部減小至7MPa以下,如圖3a所示。營一段頂部火山巖蓋層排替壓力最大可達到9 MPa,主要分布在徐深25井東南,其次分布在徐深2井和徐深232井處,排替壓力可達到8 MPa,由3個高值區(qū)向四周排替壓力值逐漸減小,在斷陷邊部排替壓力至1 MPa以下,如圖3b所示。

圖1 徐家圍子斷陷蓋層厚度分布圖a.登二段蓋層 b.營一段頂部蓋層Fig.1 Distribution of thickness of cap rocks in Xujiaweizi depression

圖2 徐家圍子斷陷泥巖和火山巖蓋層排替壓力與聲波時差關(guān)系Fig.2 The relation of displacement pressure and interval transit time ofmudstone and volcanic cap rocks in Xujiaweizi depression

表1 徐深氣田蓋層封閉有效能力Table1 Sealing effective capacity of cap rocks in Xushen gas field

由以上可以看出,徐深氣田兩套蓋層均具有較高的毛細管封閉能力。但它們能否在能力上有效地封閉天然氣,還要取決于其排替壓力與儲層排替壓力和氣藏剩余壓力之和的差值的相對大小。如果蓋層排替壓力大于其儲層排替壓力和氣藏剩余壓力之和,那么就可以在能力上有效地封閉天然氣,有利于天然氣的聚集與保存;反之則就不能在能力上有效地封閉天然氣,不利于天然氣的聚集與保存。由徐深氣田12個氣藏的蓋層排替壓力、儲層排替壓力和氣藏剩余壓力統(tǒng)計結(jié)果(表1)可以看出,徐深氣田12個氣藏蓋層排替壓力主要分布在6～8 MPa,其次是4～6 MPa,再次是2～4 MPa,最少為8～10 MPa,如圖4a所示。儲層排替壓力主要分布在0～0.5 MPa,其次是0.5～ 1 MPa,再次是1～1.5 MPa和1.5～2 MPa,最少為2 ～2.5 MPa,如圖4b所示。氣藏剩余壓力主要分布在0～2 MPa和2～4 MPa,其次是4～6 MPa,如圖4c所示。由此可以得到徐深氣田12個氣藏蓋層排替壓力與儲層排替壓力和和氣藏剩余壓力之和的差值,如表1所示。由表1中可以看出徐深氣田12個氣藏蓋層排替壓力值均大于儲層排替壓力值和氣藏剩余壓力值之和,封氣能力有效性好,有利于天然氣的聚集與保存。這一條件可能是造成徐深氣田目前天然氣聚集和保存的一個重要原因。

圖3 徐家圍子斷陷蓋層排替壓力分布圖a.登二段泥巖蓋層 b.營一段頂火山巖泥巖蓋層Fig.3 Distribution of displacement pressure of cap rocks in Xujiaweizi fault depression

圖4 徐深氣田蓋層、儲層排替壓力和氣藏剩余壓力分布圖a.蓋層排替壓力 b.儲層排替壓力 c.氣藏剩余壓力Fig.4 Distribution of cap rocks and reservoirs displacement pressure and gas reservoirs excessive pressure in Xushen gasfield

3 蓋層封氣時間的有效性

所謂蓋層封氣時間的有效性是指蓋層封閉性形成時期與源巖大量排氣期之間的匹配關(guān)系,如果蓋層封閉性形成時期早于或與源巖大量排烴期同期,可以封閉住氣源巖排出的大量天然氣,在時間上封閉天然氣是有效的;相反,如果蓋層封閉性形成時間晚于源巖大量排氣期,蓋層所能封閉住天然氣量大小主要取決于二者之間時間差的大小,二者時間差越小,蓋層所能封閉住的天然氣量相對越大,在時間上封閉天然氣有效性相對越好;反之則相對越差。由此看出,要研究蓋層封氣時間的有效性就必須首先確定蓋層封閉性形成時期和源巖大量排烴期。

3.1 蓋層封閉性形成時期

由上可知,徐深氣田登二段和營一段頂部兩套蓋層目前均具有較強的毛細管封閉能力,但這一封閉能力并非其一經(jīng)沉積就形成了。剛一沉積的泥巖和火山巖蓋層壓實成巖程度低、孔隙度和滲透率高,排替壓力低,不具封氣能力。隨著埋深增加,壓實作用增強,孔隙度和滲透率逐漸降低,排替壓力升高,當(dāng)排替壓力達某一值后才開始具備封閉能力的。按照文獻[3]蓋層封閉能力的評價標(biāo)準,通常認為蓋層排替壓力達到1 MPa開始初具有封氣能力,故可以把排替壓力等于1 MPa作為蓋層開始封氣形成時期,據(jù)此利用圖2中排替壓力與聲波時差值之間關(guān)系,可以得到排替壓力等于1時所對應(yīng)的聲波時差值。由此值再利用聲波時差與埋深關(guān)系確定出與之所對應(yīng)的埋深值,最后根據(jù)該區(qū)地層厚度和沉積速率資料便可得到徐深氣田8個氣藏蓋層封閉能力的形成時期,如表2所示。由表2中可以看出,徐深氣田8個氣藏登二段蓋層封氣能力形成時期為登三段-泉三段沉積時期,主要為泉一、二段沉積時期。營一段頂部蓋層封氣性形成時期為登三段-泉二段沉積時期,主要為登四段沉積時期。

3.2 源巖大量排氣期

氣源對比結(jié)果表明,徐深氣田天然氣主要來自下伏的沙河子組煤系源巖。沙河子組煤系源巖在徐家圍子斷陷分布廣泛,厚度一般大于400 m,以3個北東向斜列的北西向沉降中心為中心,最大厚度可達600～800 m,斷陷邊部沙河子組煤系源巖厚度一般為100～200 m。地化分析資料表明,沙河子組源巖有機質(zhì)豐富,有機碳含量為0.12%～4.53%,平均為1.52%,氯仿瀝青“A”為0.002 2%～0.082 6%,平均為0.021%,S1+S2為0.02～9.89 mg/g,平均為2.02 mg/g。有機質(zhì)類型以Ⅲ型干酪根為主,其次是ⅡB型干酪根。有機質(zhì)鏡質(zhì)體反射率為1.70%～3.56%,平均為8.62%,已達到了過成熟階段。目前生氣強度最高可達到180 X108m3/km2[13]。

表2 徐深氣田氣藏蓋層封閉性形成時期統(tǒng)計Table2 Formation period of sealing of gas reservoir in Xushen large gasfield

根據(jù)源巖生排氣史模擬研究得到,徐家圍子斷陷沙河子組煤系源巖于營城組沉積末期開始向外排氣,在青山口組沉積時期達到排氣高峰期,在明水組沉積末期排氣量明顯減少,如圖5所示。

3.3 蓋層封氣時間的有效性

由上述徐深氣田2套蓋層封閉性形成時期和沙河子組煤系源巖大量排氣期之間關(guān)系(圖5)可以看出,徐深氣田登二段和營一段頂部蓋層封閉性形成時期均早于沙河子組煤系源巖大量排氣期,對于封閉沙河子組煤系源巖生成排出進入營城組儲層中的天然氣在時間上是有效的,有利于天然氣在其下營城組火山巖儲層中大規(guī)模聚集成藏,這可能是徐深氣田之所以能形成大氣田的又一非常重要的原因。

4 結(jié)論

(1)徐深氣田天然氣蓋層主要為登二段發(fā)育的泥巖和營一段頂部發(fā)育的火山巖蓋層,前者整個斷陷分布,是斷陷南部營四段火山角礫巖儲層中天然氣和斷陷北部營三段火山巖儲層中天然氣的蓋層,后者僅分布斷陷南部,是營一段火山巖儲層天然氣的蓋層。

圖5 徐深氣田蓋層封閉性形成時期與沙河子組源巖大量排氣期匹配關(guān)系Fig.5 The relation between formation period of sealing of cap rock and expulsion gas period of K1 sh gas source rock in Xushen gasfield

(2)徐深氣田中12個氣藏蓋層排替壓力值均大于儲層排替壓力值和氣藏剩余壓力值之和,封氣能力的有效性好,有利于天然氣聚集與保存。

(3)徐深氣田登二段和營一段頂部蓋層封閉性形成時期主要分別為泉一、二段和登四段沉積時期,均早于沙河子組煤系源巖的大量排氣期(青山口組沉積時期),封氣時間的有效性好,也有利于天然氣的大規(guī)模富集成藏。

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Research on Sealing Gas Effectiveness of Cap Rock in Xushen Gasfield

MU Dun-shan FU Guang HU Ming
(Northeast Petroleum University,Daqing,Heilongjiang 163318)

Through drilling and seismic data,development and distribution of caprock of Xushen gas field was studied.Itwas considered that caprock of Xushen gas field ismainlymudstone caprock of K1d2and volcanic caprock on top of K1yc1,and the former which distributes in the whole of depression is caprock of gas reserved in K1yc4volcanic breccia in the south of depression and caprock of gas reserved in K1yc3volcanic in the north of depression,the later which distributes in the south of depression is caprock of gas reserved in volcanic.Through test and logging data,displacement pressure of caprock and reservoir and excessive pressure of gas reservoirs were studied.It was considered that displacement pressure of caprock in 12 gas reservoirs is larger than the sum of displacement pressure of gas reservoirs.Their seal gas ability effectiveness is good,and it is favorable for gas to accumulate and preserve.Through the study of evolution of seal gas ability of caprock and relation between formation period of seal gas ability and massive expulsion gas period of seal source rock,itwas considered that formation period of seal gas of K1d2caprock and K1yc1caprock are sedimentary period of K1q1,2and K1d4and they are earlier thanmassive expulsion gas period of gas source rock(Sedimentary period of K1sh).heir seal gas time effectiveness is good.It is favorable for large-scaled gas accumulation.

Xushen gasfield;K1d2;K1yc1;cap rock;seal ability;seal period

牟敦山 男 1964年出生 博士研究生 副教授 石油地質(zhì) E-mail:fuguang2008@126.om

TE122.2+4

A

1000-0550(2011)01-0158-06

①國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃項目(編號:2001CB209104)和國家重大科技專項(2008ZX05007-3)資助。

2009-10-01;收修改稿日期:2010-02-26