王 霄, 徐昉昊, 車(chē)國(guó)瓊, 王家樹(shù), 李正勇

(1.油氣藏地質(zhì)及開(kāi)發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(成都理工大學(xué)),成都 610059；2.中國(guó)石油西南油氣田分公司 川中油氣礦，四川 遂寧 629000)

川中地區(qū)營(yíng)山構(gòu)造上三疊統(tǒng)須家河組第二段(簡(jiǎn)稱(chēng)“須二段”)氣藏是中國(guó)石油西南油氣田分公司在川中須家河組氣藏勘探的重點(diǎn)區(qū)塊之一。營(yíng)山構(gòu)造位于川中的東北部，跨營(yíng)山、儀隴和南部3縣，隸屬于川北寬緩背斜構(gòu)造帶(圖1)，與川中低平構(gòu)造帶相鄰，其北與龍崗構(gòu)造相接，南望廣安構(gòu)造，西端緊鄰公山廟構(gòu)造，東端為華鎣山構(gòu)造帶，勘探控制面積404.5 km2。地表出露侏羅系上沙溪廟組，局部有第四紀(jì)河灘礫石。截至2011年8月，營(yíng)山構(gòu)造鉆揭須二段地層井共22口，已完成試油井22口，已測(cè)獲工業(yè)氣井7口，累計(jì)測(cè)試產(chǎn)氣量28.23×104m3/d；但從目前的測(cè)試成果來(lái)看，營(yíng)山須二氣藏的勘探成功率僅為32%。因此，有必要對(duì)營(yíng)山構(gòu)造須二氣藏的油氣富集規(guī)律進(jìn)行研究，解決在地質(zhì)認(rèn)識(shí)上的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題。

圖1 四川盆地營(yíng)山構(gòu)造區(qū)域構(gòu)造位置示意圖Fig.1 Regional tectonics location of the Yingshan structure in Central Sichuan

1 天然氣成藏地質(zhì)條件

1.1 烴源巖條件

近年來(lái)，對(duì)川中地區(qū)須二氣藏的氣源開(kāi)展了大量的研究，已形成廣泛共識(shí)。即認(rèn)為：川中地區(qū)須二氣藏的氣源來(lái)自下伏須一段及須二段內(nèi)部的黑色頁(yè)巖為主間夾煤線(xiàn)的煤系地層。營(yíng)山構(gòu)造須一段厚度為20～90 m，平均為45 m，以泥、頁(yè)巖為主間夾少量薄層粉-細(xì)砂巖。根據(jù)前人的研究[1]，頁(yè)巖的有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)(wTOC)為0.45%～1.37%，平均為0.79%，有機(jī)質(zhì)以Ⅲ型干酪根為主，有利于生成大量的煤型氣，屬較好的烴源巖層。

1.2 儲(chǔ)集巖條件

營(yíng)山地區(qū)須二段儲(chǔ)集巖以淺灰色中粒長(zhǎng)石石英砂巖、巖屑長(zhǎng)石砂巖和長(zhǎng)石巖屑砂巖為主，孔隙度在0.18%～16.29%之間，平均為5.99%；滲透率在(0.000 1～16.3)×10-3μm2之間，平均為0.103×10-3μm2(表1)。儲(chǔ)集空間以粒間孔為主，殘余粒間孔、粒內(nèi)溶孔次之，見(jiàn)微裂縫。結(jié)合川中地區(qū)須家河組氣藏的勘探、開(kāi)發(fā)實(shí)際，將營(yíng)山構(gòu)造須二段儲(chǔ)層劃分為4類(lèi)，其中Ⅰ類(lèi)儲(chǔ)層的孔隙度≥11%，Ⅱ類(lèi)儲(chǔ)層的孔隙度為[9%, 11%)，Ⅲ類(lèi)儲(chǔ)層的孔隙度為[7%, 9%)，Ⅳ類(lèi)為非儲(chǔ)層。對(duì)營(yíng)山構(gòu)造須二段儲(chǔ)層孔隙度統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)Ⅱ類(lèi)、Ⅲ類(lèi)儲(chǔ)層普遍發(fā)育，分別占51.2%和34.2%，而孔隙度≥11%的Ⅰ類(lèi)儲(chǔ)層較少。

總體上而言，營(yíng)山須二段儲(chǔ)層經(jīng)歷了壓實(shí)、膠結(jié)、溶蝕、交代及重結(jié)晶等多種成巖作用后，儲(chǔ)層致密化程度高，均具有低孔、特低滲的基本特點(diǎn)。

1.3 保存條件

營(yíng)山構(gòu)造須二段上覆的須三段為大套泥、頁(yè)巖，是須二氣藏的直接蓋層。須三段以上沉積有上部須家河組和侏羅系巨厚砂泥巖，是須二氣藏較好的間接蓋層，封蓋條件較好。營(yíng)山地區(qū)逆斷層較發(fā)育，逆沖擠壓斷層本身就具備一定的封堵性。區(qū)內(nèi)斷層向上均消失于沙溪廟組內(nèi)，未與地面連通，且川中礦區(qū)多年來(lái)在須二段上部中、淺層的油氣勘探中也未發(fā)現(xiàn)有與須一段同源的氣藏特征，說(shuō)明須二氣藏未明顯向上部地層逸散，未對(duì)須二氣藏造成明顯的破壞作用。

此外，研究區(qū)須二氣藏實(shí)測(cè)原始地層壓力系數(shù)為1.45～1.52，屬高壓氣藏；且地層水為CaCl2型，處于水交替停滯帶：反映營(yíng)山須二氣藏為封閉性?xún)?yōu)越的保存環(huán)境。

1.4 圈閉條件

須二段頂界構(gòu)造表現(xiàn)為近NW向的長(zhǎng)軸狀背斜，由南向北依次發(fā)育圈閉規(guī)模大小不等的3排構(gòu)造(圖2)，構(gòu)造間通過(guò)向斜和斷層相互銜接。區(qū)內(nèi)圈閉面積較大，幅度較高(表2)，有利于天然氣向構(gòu)造高部位聚集。同時(shí)因須二段儲(chǔ)層非均質(zhì)性較強(qiáng)，局部?jī)?chǔ)集體呈透鏡狀或長(zhǎng)透鏡狀，圈閉外亦測(cè)獲有工業(yè)氣，表現(xiàn)為巖性圈閉氣藏的特征。綜合認(rèn)為，營(yíng)山構(gòu)造須二氣藏屬構(gòu)造背景下的巖性圈閉氣藏。

2 天然氣成藏過(guò)程

2.1 熱史及烴源巖演化史

表1 川中地區(qū)營(yíng)山構(gòu)造須二段巖心物性統(tǒng)計(jì)表Table 1 The statistics of the core properties in T3x2 of the Yingshan structure

表2 川中地區(qū)營(yíng)山構(gòu)造須二段頂界構(gòu)造圈閉要素Table 2 The detailed table of the structural traps of T3x2 top boundary in the Yingshan structure

圖2 川中營(yíng)山地區(qū)須二段構(gòu)造圈閉平面分布圖Fig.2 The distribution of the structural traps in T3x2 of the Yingshan structure

利用EasyRo化學(xué)動(dòng)力學(xué)模型聯(lián)合模擬的方法，計(jì)算營(yíng)山構(gòu)造須二段烴源巖的生烴演化過(guò)程，需要輸入的數(shù)據(jù)有：(1)地層分層數(shù)據(jù)和巖性數(shù)據(jù)，通過(guò)完井報(bào)告所得。(2)現(xiàn)在大地?zé)崃鲾?shù)據(jù)：據(jù)陳義才等研究，深度范圍80～2 000 m，川中地區(qū)現(xiàn)今地溫梯度較高，為0.239℃/km[1]；據(jù)付明希等(2004)研究認(rèn)為巖石熱導(dǎo)率為2.63±0.09 W/m·K，實(shí)測(cè)熱流值為71.3 mW/m2[2]。(3)剝蝕厚度，采用相鄰的磨溪構(gòu)造數(shù)據(jù)反演地層沉降-抬升史。根據(jù)所分析的磷灰石裂變徑跡長(zhǎng)度及分布、徑跡密度、徑跡年齡等參數(shù)[3-5]，利用磷灰石的退火模型[4]，反演地層沉降-抬升歷史。根據(jù)以上數(shù)據(jù)，利用前述模型，可計(jì)算出整個(gè)須家河組的埋藏史及生烴史(圖3)。

可以看出營(yíng)山構(gòu)造須家河組烴源巖在中-晚侏羅世開(kāi)始進(jìn)入生烴門(mén)限，時(shí)間大致在150～180 Ma B.P.，此時(shí)溫度大致在50～90℃，Ro值在0.3%～0.5%；白堊紀(jì)末期-古近紀(jì)達(dá)到生烴高峰，時(shí)間大致在60～80 Ma B.P.，此時(shí)溫度大致在130～150℃，Ro值>1.3%；晚白堊世末期，喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)造成整個(gè)盆地大幅度構(gòu)造抬升，上覆地層出露并遭受剝蝕，地層溫度的降低使烴源巖有機(jī)質(zhì)的進(jìn)一步生烴作用受到阻礙，成熟度變化不大，并保持至今。

圖3 川中地區(qū)營(yíng)山構(gòu)造埋藏史及生烴史圖Fig.3 Burial history and hydrocarbon-generating history of the Yingshan structure

2.2 油氣成藏年代及充注期次

2.2.1 包裹體均一溫度法

前人研究認(rèn)為，須家河組儲(chǔ)層中的鹽水包裹體均一溫度分布較廣，呈現(xiàn)雙峰和多峰的形態(tài)，說(shuō)明存在油氣的多期充注[6-9]。本次研究在須二段儲(chǔ)層中觀(guān)察到的油氣包裹體呈串珠狀分布，基本上分布于自生石英顆粒及石英加大邊中，少數(shù)分布于裂縫中的方解石中(表3)。其包裹體均一溫度呈現(xiàn)2個(gè)高峰，主高峰的溫度分布在125～145℃之間(圖4)，次高峰溫度分布在95～115℃之間。次高峰分布的溫度較低，對(duì)應(yīng)的地質(zhì)時(shí)期主要在晚侏羅世；此外，與新近紀(jì)的古地溫也大致相當(dāng)。主高峰分布的溫度較高，對(duì)應(yīng)于中晚白堊世-古近紀(jì)末期。

2.2.2 充填礦物ESR法

為了研究晚白堊世以來(lái)構(gòu)造抬升對(duì)天然氣充注的影響，對(duì)研究區(qū)須二段裂縫石英充填礦物進(jìn)行了采樣及ESR測(cè)齡[10]。結(jié)果顯示研究區(qū)主要有2期裂縫形成時(shí)段，即76.2+7.6 Ma B.P.(燕山運(yùn)動(dòng)末期)和29～12.5 Ma B.P.(喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)中-晚期)。第一期裂縫發(fā)育的時(shí)間與烴源巖大量排烴的時(shí)間相一致，對(duì)油氣生成后的運(yùn)移和聚集有利，能很好地溝通烴源巖和儲(chǔ)層。第二期裂縫發(fā)育密度更大，形成期遠(yuǎn)遠(yuǎn)晚于烴源巖大量排烴的時(shí)間，對(duì)早期形成的氣藏起到了調(diào)整與改造的作用。

表3 川中地區(qū)營(yíng)山構(gòu)造須二段包裹體鑒定測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)Table 3 Data of the fluid inclusion temperatures of the minerals from T3x2 in the Yingshan structure

圖4 營(yíng)21、營(yíng)23井須二段儲(chǔ)層包裹體均一溫度分布圖Fig.4 Distribution of the inclusion homogenization temperatures of the reservoirs in T3x2 in Well Y21 and Y23

綜合前述烴源巖生烴史及成藏期次，營(yíng)山構(gòu)造須家河組天然氣成藏過(guò)程經(jīng)歷了3個(gè)階段(圖5)。

第一階段發(fā)生在晚侏羅世。該階段烴源巖成熟度較低，定性為小規(guī)模的油氣充注期。

第二階段為中-晚白堊世。須家河組各段烴源巖在此時(shí)埋深達(dá)到了最大，處于高成熟階段，進(jìn)入生排烴高峰期。須一段和須三段(以須一段為主)烴源巖中的天然氣在壓實(shí)作用和熱膨脹微裂縫作用下排烴到須二段儲(chǔ)層中，驅(qū)替儲(chǔ)層孔隙中的地層水，向構(gòu)造高部位側(cè)向運(yùn)移成藏。燕山運(yùn)動(dòng)末期形成的與褶皺相伴生的張裂縫，連通了烴源巖與致密砂巖儲(chǔ)層，對(duì)氣藏的形成具有建設(shè)性作用。

圖5 川中地區(qū)營(yíng)山構(gòu)造須二段成藏模式圖Fig.5 The hydrocarbon accumulation model of T3x2 in the Yingshan structure

第三階段為喜馬拉雅期。該階段研究區(qū)整體抬升，烴源巖的生排烴作用進(jìn)入停滯期，在強(qiáng)烈的擠壓作用下，天然氣沿?cái)鄬雍土芽p再次運(yùn)移調(diào)整，在合適的部位重新聚集成藏。

3 天然氣成藏的主控因素

3.1 優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的發(fā)育控制天然氣的富集

須家河組內(nèi)部烴源巖(須一段、須三段以及須二段內(nèi)部烴源巖)生成的天然氣優(yōu)先向須二段內(nèi)部?jī)?yōu)質(zhì)儲(chǔ)層發(fā)生初次運(yùn)移，晚期的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)雖然對(duì)早期的氣藏起到了一定的調(diào)整作用，但致密砂巖中發(fā)育的優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層依然是天然氣優(yōu)先聚集的場(chǎng)所。分析發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)Ⅰ類(lèi)、Ⅱ類(lèi)儲(chǔ)層，往往以發(fā)育氣層和氣水同層為主；Ⅲ類(lèi)儲(chǔ)層則以發(fā)育低產(chǎn)氣層為主。營(yíng)山構(gòu)造須二段儲(chǔ)層存在“甜點(diǎn)”(相對(duì)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層)發(fā)育區(qū)，高產(chǎn)氣井均位于厚度大、孔隙度高的儲(chǔ)層發(fā)育部位(表4)。

表4 川中營(yíng)山構(gòu)造須二段儲(chǔ)能系數(shù)與產(chǎn)能關(guān)系表Table 4 The relationship between storage coefficient and productivity of T3x2 in the Yingshan structure

3.2 構(gòu)造起伏控制氣水分異

低孔低滲儲(chǔ)層對(duì)圈閉幅度的要求高，圈閉的閉合高度決定了圈閉內(nèi)是否可以形成100%純氣區(qū)。儲(chǔ)層孔喉結(jié)構(gòu)越差、喉道越小，氣水混合帶越高。只有有效儲(chǔ)層厚度或構(gòu)造圈閉閉合度大于氣水混合帶高度時(shí)，儲(chǔ)層才能產(chǎn)純氣，圈閉才能形成純氣區(qū)。氣水混合帶不同高度與排驅(qū)壓力之間遵循公式

h(Sw)=100pc(Sw)/(ρw-ρg)

(1)

通過(guò)100個(gè)壓汞數(shù)據(jù)做出了孔隙度與pc50交會(huì)圖，發(fā)現(xiàn)孔隙度與pc50有良好的冪指數(shù)擬合關(guān)系，根據(jù)公式可以由孔隙度估算出一個(gè)pc50，再由pc50通過(guò)式(1)推算出氣水混合帶的高度(圖6)。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果(表5)，須二段Ⅰ類(lèi)儲(chǔ)層氣水混合帶高度(Hd50)為74 m，Ⅱ類(lèi)儲(chǔ)層氣水混合帶高度為74～107 m，Ⅲ類(lèi)儲(chǔ)層形成的氣水混合帶高度在107～165 m，非儲(chǔ)層形成的氣水混合帶高度在165 m之上。盡管營(yíng)山構(gòu)造相對(duì)川中其他地區(qū)來(lái)說(shuō)圈閉的閉合高度較大，但由于儲(chǔ)層品質(zhì)較差，以Ⅱ類(lèi)、Ⅲ類(lèi)儲(chǔ)層為主，而且受到儲(chǔ)層連續(xù)性的影響，難以形成連續(xù)的氣柱，即閉合高度<100 m的圈閉難以形成純氣藏，所以，對(duì)于本區(qū)非均質(zhì)性較強(qiáng)的致密砂巖氣藏來(lái)說(shuō)，產(chǎn)純氣的重要條件是有足夠的圈閉閉合高度。

圖6 最小閉合高度和孔隙度關(guān)系圖Fig.6 Relationship between the minimum closed height and porosity

?/%轉(zhuǎn)換因子ρw-ρgpc50/MPaHd50/m≥117.20.8426<4.5<74[9, 11)7.20.8426[4.5, 6.5)[74, 107)[7, 9)7.20.8426[6.5, 10)[107, 165)[5, 7)7.20.8426[10, 18)[165, 296)<57.20.8426≥18≥296

ρw-ρg=1.076-0.2334=0.8426 g/cm3,地層條件下的地層水密度(ρw)由營(yíng)山101井須二上段地層水密度分析結(jié)果推算得到，地層條件下天然氣密度(ρg)由營(yíng)山102井高壓物性得到。

3.3 裂縫的發(fā)育控制儲(chǔ)層的滲流機(jī)理和產(chǎn)能的高低

實(shí)際鉆探結(jié)果發(fā)現(xiàn)，位于斷層末梢裂縫較發(fā)育的地區(qū)單井產(chǎn)能很高。如營(yíng)山3井位于營(yíng)②斷層附近，巖心觀(guān)察見(jiàn)小平縫21條、中平縫3條、小斜縫3條，并且在鉆井過(guò)程中見(jiàn)氣浸顯示，測(cè)井的聲波曲線(xiàn)上有明顯的跳波、電阻曲線(xiàn)掉尖的現(xiàn)象，成像處理成果見(jiàn)一組張開(kāi)裂縫，完井后經(jīng)射孔加砂，測(cè)試獲氣1.48×104m3/d。營(yíng)102井亦位于該斷層附近，電成像資料指示發(fā)育有一定裂縫，錄井在顯示“氣侵”，測(cè)試日產(chǎn)氣13.235 8×104m3。裂縫欠發(fā)育的地區(qū)單井產(chǎn)能不太理想，如位于構(gòu)造相對(duì)平緩的營(yíng)山2井，2個(gè)試油層位常規(guī)測(cè)井資料和電成像均顯示孔隙、裂縫欠發(fā)育，陣列聲波能量衰減不明顯，該層段測(cè)試日產(chǎn)氣僅為383 m3。

綜上所述，對(duì)于致密儲(chǔ)層，未充填或半充填的構(gòu)造縫可作為油氣運(yùn)移和流體滲流的主要通道，從而提高了儲(chǔ)層的滲透性能，影響著天然氣分布，對(duì)單井產(chǎn)氣量的高低起著重要的控制作用。

3.4 斷層封閉性控制南北天然氣差異聚集

營(yíng)山構(gòu)造須家河組上沖斷層發(fā)育，由斷層分割形成的北、中、南3排構(gòu)造天然氣富集差異明顯，顯然斷層的封閉性是營(yíng)山構(gòu)造天然氣聚集的一項(xiàng)重要的控制因素。前述認(rèn)為營(yíng)山斷層對(duì)須家河組天然氣藏內(nèi)部破壞較小，垂向封閉性較好，而斷層側(cè)向封閉作用才是工區(qū)內(nèi)南北天然氣差異聚集的重要因素。分析認(rèn)為第三排構(gòu)造未能成藏有2種情況：斷距較小，斷層面SGR值最小為0.03，最大為0.48，普遍低于0.25(圖7)。以楊智等提出的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[11]，SGR<0.25，斷層封閉性很差，側(cè)向上并不封閉；且斷層下盤(pán)砂體上傾與上盤(pán)砂體對(duì)接，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)期間天然氣繼續(xù)向構(gòu)造高部位運(yùn)移；斷距大，斷層處于封閉的臨界值，斷層弱-中等封閉，斷層下盤(pán)砂體上傾，斷-砂組合方式不利于油氣保存，不能阻止下盤(pán)儲(chǔ)層中的天然氣繼續(xù)向構(gòu)造高部位運(yùn)移。

4 結(jié) 論

圖7 營(yíng)山構(gòu)造營(yíng)⑦斷層面SGR值Fig.7 The SGR value of the fault plane of Fault Y7 in the Yingshan structure

a.營(yíng)山構(gòu)造須二段成藏地質(zhì)條件較好。其下伏須一段及須二段內(nèi)部的黑色頁(yè)巖有機(jī)質(zhì)以Ⅲ型干酪根為主，屬較好的烴源巖層；須二段儲(chǔ)層致密，具有低孔、特低滲的基本特點(diǎn)，但局部發(fā)育的“甜點(diǎn)”區(qū)有利于天然氣聚集；蓋層發(fā)育，地層水性質(zhì)為CaCl2型，反映營(yíng)山須二氣藏為封閉性較好的保存環(huán)境；區(qū)內(nèi)圈閉面積較大，幅度較高，有利于天然氣向構(gòu)造高部位聚集。

b.結(jié)合營(yíng)山地區(qū)熱演化史、包裹體均一溫度及裂縫石英脈ESR測(cè)齡，認(rèn)為營(yíng)山構(gòu)造須二段有3期油氣成藏：第一期為晚侏羅世烴類(lèi)流體向儲(chǔ)層的充注；第二期為中-晚白堊世烴類(lèi)流體向儲(chǔ)層的充注，此為天然氣的主成藏期；最后一期為晚白堊世以來(lái)構(gòu)造隆升對(duì)氣藏的調(diào)整和改造作用。

c.營(yíng)山構(gòu)造天然氣聚集是以下各因素耦合的結(jié)果：優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的發(fā)育控制天然氣的富集；構(gòu)造起伏控制氣水分異和產(chǎn)能的高低；裂縫的發(fā)育控制儲(chǔ)層的滲流機(jī)理和產(chǎn)能的高低；斷層封閉性控制南北天然氣差異聚集。

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