第一作者简介: 黄薇,女,1964年生,教授级高级工程师,现为大庆油田勘探开发研究院总地质师,主要从事石油地质研究、勘探部署和储量评价工作。E-mail:weihuang@petroChina.com.cn;电话:0459-5590863。
松辽盆地北部中央坳陷白垩系泉头组扶余油层发育河流—浅水三角洲环境下形成的低渗透致密砂岩储集层。在已提交的探明储量中,储集层孔隙度平均为11.8%,渗透率平均为 2.30×10-3 μm2,以岩性油藏为主;剩余勘探目标以赋存于孔隙度小于10%、渗透率小于 1×10-3 μm2储集层中的致密油为主。从烃源岩、构造、断裂和储集层4个方面阐述了扶余油层致密油成藏主控因素,认为成熟烃源岩控制了研究区致密油分布范围,构造高部位是油气运聚指向区,北西向断裂带控制油气富集,河道砂体控制致密油“甜点”区。采用类比法进行致密油资源潜力评价,初步估算扶余油层致密油资源潜力为 13.09×108, t,是大庆油田资源接替的重要领域。
About the first author:Huang Wei,born in 1964,is a professor senior engineer. She is a chief geologist of Research Institute of Exploration and Development of Daqing Oilfield Company Ltd., and is mainly engaged in petroleum geology,oil & gas exploration deployment and reserves evaluation.
The Fuyu Layer of Cretaceous Quantou Formation in northern Songliao Basin developed a set of low permeable tight sandstone reservoirs formed in river to shallow-water delta environments.Proven reserves in the Fuyu Layer was preserved in reservoir rocks with average porosity of 11.8% and average permeability of 2.30×10-3 μm2, lithology reservoir was the main reservoir type.The remaining exploration targets of the Fuyu Layer were tight reservoir with porosity less than 10% and permeability less than 1×10-3 μm2.The main controlling factors of the tight oil accumulations in Fuyu Layer could be listed as follows:The mature source rocks controlled the distribution range of tight oil;the structural heights were the target areas for petroleum migration and accumulation;the NW fault belts controlled the petroleum enrichment areas; the channel sand bodies controlled the tight oil “sweet spots”.Based on the analogy method,the exploration potential for tight oil accumulations in Fuyu Layer was evaluated,and the preliminary result is about 13.09×108,t tight oil to be proved,which would provide an important resource support for Daqing Oilfield.
致密油是致密储集层油的简称, 它以吸附或游离状态赋存于生油岩中, 或与生油岩互层、紧邻的致密砂岩、致密碳酸盐岩等储集岩中, 未经过大规模长距离运移的石油聚集(
中国东部松辽盆地是叠置于古生代基底上的大型中— 新生代沉积盆地, 具有明显的下断上拗的双重结构(高瑞祺和蔡希源, 1997; 侯启军等, 2009), 主要充填中、新生代碎屑岩。白垩系为主要产油气层(王志武, 1993; 林春明等, 2007), 其中, 下白垩统火石岭组、沙河子组和营城组, 岩性为火山岩和沉积岩, 厚度为250~2360 m; 下白垩统登娄库组, 岩性主要为砂岩、泥岩和砂砾岩互层, 厚度为0~1700 m; 下白垩统泉头组和上白垩统青山口组、姚家组、嫩江组、四方台组和明水组, 岩性主要为砂岩和泥岩互层, 厚度为1980~4734 m(侯启军等, 2009)。研究区范围为松辽盆地中央坳陷区龙虎泡— 大安阶地、齐家— 古龙凹陷、大庆长垣和三肇凹陷(图 1), 面积为1.5× 104 km2。区内自下而上发育白垩系杨大城子油层、扶余油层、高台子油层、葡萄花油层、萨尔图油层和黑帝庙油层(表1; 杨玉芳等, 2011; 赵波, 2011)。扶余油层发育的泉头组四段沉积时期盆地基准面上升, 河流作用强盛, 发育河流相、三角洲平原亚相、三角洲前缘亚相沉积(张庆国等, 2007; 赵小庆等, 2013), 砂体规模小, 错叠连片的砂岩为油气藏形成提供了储集空间, 且扶余油层大面积分布的河道砂体与青山口组一段烃源岩紧邻, 源储匹配关系好, 为致密油形成提供了良好的地质基础。
松辽盆地北部白垩系扶余油层勘探始于1959年, 经历了区域勘探(1959— 1988年)、大规模岩性油藏勘探(1989— 2004年)和一体化加快勘探(2005年至现今)3个阶段。目前, 扶余油层勘探面临的主要问题是资源品位低, 已探明未动用储量有效动用难, 剩余勘探目标也以低品位、致密储集层为主, 为此, 大庆油田针对河道砂岩储集层开展了水平井钻探加体积压裂技术攻关, 成功地探索了低品位储量有效动用的新途径, 表明松辽盆地北部白垩系扶余油层已进入了致密油勘探阶段。
一些已发现的国内外致密油(Stephen and Aris, 2009; 冯志强等, 2011; 赵靖舟, 2012; 赵政璋和杜金虎, 2012; 杨华等, 2013)充分证实, 致密油气在储集层和成藏特点方面介于典型的常规油气藏和非常规油气藏之间, 属于准连续型聚集(邹才能等, 2011; 贾承造等, 2012)。这类油气的储集层尤其是致密砂岩, 由于在沉积时通常紧随烃源岩沉积之后或烃源岩沉积之前, 空间分布上常常与烃源岩相邻。这种空间分布特点, 决定了致密油以近源成藏为主, 正是由于近源、储集层致密的特点, 决定了致密砂岩储集层往往易形成大面积油气分布、局部富集。下面通过烃源岩、构造、断裂、储集层4个方面综合研究, 探讨松辽盆地北部白垩系扶余油层致密油成藏主控因素, 认识致密油富集规律。
青山口组沉积时期发生了规模较大的湖侵事件, 形成了大面积厚层的深湖相黑色泥岩夹油页岩; 其有机质丰度高, 母质类型存在差异, 青山口组一段为Ⅰ 型至Ⅱ 1型、青山口组二、三段为Ⅰ 型至Ⅱ 2型, 有机质处于成熟— 高成熟阶段, 为盆地最主要烃源岩(高瑞祺和蔡希源, 1997; 侯启军等, 2009; 霍秋立等, 2012)。
松辽盆地北部中央坳陷区青山口组暗色泥岩厚度为100~500 m, 青山口组一段暗色泥岩在中央坳陷区内厚度一般在40~90 m(表2), 其中在大庆长垣、齐家— 古龙凹陷厚度一般大于60 m, 三肇凹陷一般小于60 m; 青山口组二、三段暗色泥岩在厚度上明显大于青山口组一段, 在中央坳陷区内厚度一般大于150 m, 其中在齐家— 古龙凹陷南部厚度大, 一般大于300 m, 最大厚度超过500 m, 三肇凹陷暗色泥岩厚度一般小于250 m①(① 霍秋立等. 2009. 松辽盆地北部青山口组有效源岩评价研究[R].大庆油田科技报告)。中央坳陷区青山口组烃源岩有机质丰度高, 为中等— 最好的烃源岩。青山口组一段成熟烃源岩分布面积为1.3× 104 km2, 青山口组二、三段为1.2× 104 km2, 青山口组成熟烃源岩垂向叠合面积为1.3× 104 km2。通过扶余油层已发现的储量与青山口组一段烃源岩叠合对比分析表明,
已发现的储量大多数分布在烃源岩 RO> 0.7%范围内(图 2), 说明成熟烃源岩控制致密油的分布范围。青山口组烃源岩在生油高峰阶段, 发生了强烈的生、排烃作用, 其中青山口组一段平均生烃强度为705× 104 t/km2, 排烃强度为420× 104 t/km2; 青山口组二、三段平均生烃强度为560× 104 t/km2, 排烃强度为180× 104 t/km2。青山口组烃源岩条件优越, 为下伏扶余油层致密油成藏提供重要物质基础。
通过板块构造环境和基底结构分析(高瑞祺和蔡希源, 1997; 侯启军等, 2009), 嫩江组沉积末期, 松辽盆地受近EW向挤压应力作用, 较刚性的古中央隆起带向西推挤, 致使位于古中央隆起带西翼的大庆长垣泉头组以上地层反转; 明水组沉积末期最大主应力近NW向, 形成了一系列NE向雁列式的挤压构造带; 明水组沉积末期以后整体反转形成NNE向大庆长垣构造, 三肇凹陷西侧继承古中央隆起形态(图 3)。
超压系统的形成、分布与演化在油气成藏动力系统中起着重要的作用(Bradley, 1975; Gleadow et al., 1986; Powley, 1990; 李明诚, 2004; 王允诚等, 2004), 异常超压体系一般形成于沉积盆地的富泥段, 通常也是烃源岩段(Hunt, 1990; 解习农等, 1999)。前人已证实, 青山口组一段泥岩超压形成于嫩江组和明水组沉积末期(向才富等, 2006; 付广和王有功, 2008; 付晓飞等, 2009), 此时正是青山口组成熟烃源岩大量排烃时期(侯启军等, 2009)。松辽盆地明水组沉积末期以后的构造反转, 使得地层收缩, 导致已处于超压状态的青山口组一段烃源岩过剩压力进一步增加, 最终超过岩石破裂极限, 在扶余油层顶面诱发形成断裂, 青山口组一段高压流体(油、气、水)沿断裂向下注入到扶余油层, 有利于正向构造部位聚集成藏。目前, 松辽盆地北部白垩系扶余油层已发现的储量和获得工业油流的探井多位于二级构造单元内构造高部位和凹中隆(图 3), 因此, 构造高部位是油气运聚指向区。
在含油气盆地中, 流体运移通道主要包括渗透性储集层、不整合面、断层和裂缝体系(李思田等, 2004; 解习农等, 2006)。当一个方向没有好的输导体, 另一个方向有好的输导体时, 油气会更多地向有好输导体的一方流动, 烃源岩周围的输导体对流体输导能力的相对好坏, 控制油气运移方向和运移量。松辽盆地油气勘探证实, 油气既可以向烃源岩层上方运移, 如青山口组一段烃源岩上覆的萨尔图油层、葡萄花油层和高台子油层; 也可以向下运移, 如青山口组烃源岩下伏的扶余、杨大城子油层, 发育的断裂带是上覆烃源岩生成的油气向下运移的良好输导体(付广和王有功, 2008)。在油气运聚过程中, 扶余油层的NW向断层受NW向区域挤压应力场作用, 主要表现为张扭性, 油气可沿断裂垂向运移至储集层中聚集成藏, 同时扶余油层断裂均为正断层(图 4), 上覆青山口组烃源岩厚度大, 断层使上盘青山口组一段烃源岩与下盘扶余油层砂体对接, 油气可侧向运移至储集层中聚集成藏(图 4)。扶余油层河道砂体与NW向断层相互切割构成了油气优势运移通道, 因此NW向反向断裂控制了油气富集, 如大庆长垣杏树岗构造以NW向断裂带为主, 油气在构造高部位明显沿NW向反向断裂带富集(图 4), 储量丰度(30~80)× 104 t/km2, 杏69井单井日产量可达18.6 t。总之, 扶余油层NW向的断裂带控制了油气富集程度。
松辽盆地北部白垩系扶余油层沉积时期为一大型坳陷湖盆, 地形平坦, 讷河— 依安水系、拜泉— 青岗水系和怀德— 长春3大水系, 控制其沉积作用, 发育曲流河、网状河、浅水三角洲及浅水湖泊4种沉积类型, 形成满盆含砂沉积充填特征。中央坳陷区扶余油层砂体累积厚度为10~50 m(图 5), 砂岩含量一般为15%~45%(图 6), 砂岩含量小于35%区域形成了大面积岩性油藏, 其中, 大庆长垣和三肇凹陷砂岩厚度为20~30, m、砂岩含量为15%~35%, 齐家— 古龙凹陷砂岩厚度为20~40, m、砂岩含量在25%~45%之间。榆树林油田开发区块主要砂体类型为曲流河点坝、三角洲平原分流河道和三角洲前缘水下河道沉积砂体, 砂体平面展布具有不规则条带状, 宽度一般为450~650 m, 平面砂泥呈交互不规则分布, 单砂体最大厚度达6 m, 一般为2~4 m(图7), 砂体间连通性较差。800多口探井岩心物性统计分析表明, 曲流河点坝砂体物性最好, 孔隙度为10%~18%, 平均为14.3%, 渗透率为(0.03~10)× 10-3 μ m2, 平均为5.5× 10-3 μ m2; 其次是网状河砂体, 孔隙度为9%~16%, 平均为11%, 渗透率为(0.04~3)× 10-3 μ m2, 平均为0.7× 10-3 μ m2; 分流河道砂体孔隙度为8%~15%, 平均为10%, 渗透率为(0.05~2)× 10-3 μ m2, 平均为0.5× 10-3μ m2; 决口河道砂体孔隙度为5%~12%, 渗透率为(0.05~2)× 10-3 μ m2; 决口扇砂体孔隙度一般小于10%, 渗透率小于0.1× 10-3 μ m2。目前松辽盆地白垩系扶余油层提交储量的物性下限标准孔隙度为9%, 渗透率为0.1× 10-3 μ m2, 已提交的储量砂岩孔隙度平均为11.8%, 渗透率平均为2.30× 10-3 μ m2。将扶余油层孔隙度与已发现的储量和探井成果叠合分析(图 8), 发现储量区外孔隙度小于9%的地区工业、低产油流井占54%, 勘探也证实了中央坳陷区孔隙度3%~5%的泥质粉砂岩中含油饱和度可达70%(冯志强等, 2011)。按照国内外致密砂岩油藏的划分标准
(孔隙度小于10%, 渗透率小于0.1× 10-3 μ m2)(张哨楠, 2008; Feng et al., 2010; 贾承造等, 2012), 扶余油层发育大量的致密砂岩型油藏。通过河道砂体的储集层物性和含油性与埋藏深度统计分析, 认为随着埋藏深度加大, 孔隙度降低、含油性变差(图 9), 埋藏深度小于1800, m的河道砂体发育地区含油性好。总之, 在有效烃源岩范围内的有利构造位置、断裂发育地区, 河道砂体控制致密油的“ 甜点” 区。
中央坳陷区扶余油层除齐家— 古龙凹陷埋深大于2400, m区域外均含油, 已提交储量区外工业油流井123口、低产油流井242口、见油显示井228口, 展现出整体含油局面(图 3)。考虑扶余油层勘探开发实际, 根据烃源岩、构造、断裂和储集层“ 四位一体” 控藏认识, 依据储集层物性和有效厚度展布情况, 划分2类勘探区分别评价资源潜力和可动性:一类区, 储集层孔隙度为9%~12%、局部大于12%, 渗透率为(0.3~1.5)× 10-3 μ m2, 有效厚度为3~8 m; 二类区, 储集层孔隙度小于10%、渗透率小于0.3× 10-3 μ m2、有效厚度为1~5, m。其中, 一类区分布在构造高部位和斜坡区, 储集层物性较好、有效厚度相对较大, 单井产量低, 部分已提交石油控制和预测储量; 二类区分布在构造翼部和构造低部位, 储集层物性差、有效厚度小, 以低产井为主。为此, 大庆油田按照“ 先浅后深、先易后难” 的原则, 采取“ 多学科设计、一体化组织、高精度预测、全面优化井筒配套技术” 的做法, 攻关大位移水平井配套技术, 探索低品位储量有效动用的新途径。首先在一类区的局部“ 甜点” 区钻探了垣平1井, 进行超长水平井多段大规模压裂试油获得71.26 t/d的高产工业油流, 该井2012年3月28日进行试采初期产油20 m3/d, 6月19日投产, 截至2013年6月底累计产油10, 219.8 m3, 现日产油18.62 m3, 展现了水平井有效开发动用的前景; 其次在二类区钻探了葡平1井, 进行水平井密集切割体积压裂试油获得40.8 m3/d的高产工业油流, 该井2012年12月23日投产, 截至2013年6月底累计产油2497.1 m3, 现日产油9.23 m3, 此外, 与葡平1井相距330, m、钻探同一砂体的葡平2井, 采用缝网体积压裂试油获得96 m3/d的高产工业油流, 成功探索了不同压裂工艺提产技术, 展示了一类区有效开发动用的前景; 目前在二类区已优选勘探目标, 正进行水平井钻探, 攻关更致密储集层水平井提产技术。一类区钻探取得可喜效果, 为低品位储量有效动用和致密油勘探带来坚定信心。为此, 在沉积体系、沉积相带、砂体预测和烃源岩评价研究基础上, 通过系统分析致密油分布规律, 采用类比法(郭秋麟等, 2011)进行致密油资源潜力评价, 一类区资源潜力为7.09× 108 t, 二类区资源潜力为6× 108 t, 合计资源潜力为13.09× 108 t。
1)松辽盆地北部白垩系扶余油层是河流— 浅水三角洲环境下形成的低渗透致密砂岩储集层, 上覆的青山口组深湖泥岩为良好的烃源岩和区域盖层, 剩余勘探目标以储集层孔隙度小于10%、渗透率小于1× 10-3 μ m2为主, 为典型的源下致密砂岩油藏。
2)通过烃源岩、构造、断裂和储集层4个方面综合研究, 阐述了松辽盆地北部白垩系扶余油层致密油成藏主控因素, 认为成熟烃源岩控制致密油分布范围、构造高部位是油气运聚指向区、北西向断裂带控制油气富集、河道砂体控制致密油“ 甜点” 区。
3)在沉积体系、沉积相带、砂体预测和烃源岩评价研究基础上, 通过系统分析致密油分布规律, 采用类比法进行致密油资源潜力评价, 认为中央坳陷区白垩系扶余油层致密油资源潜力为13.09× 108, t, 是大庆油田实现“ 原油4000× 104, t硬稳产” 和“ 油气当量重上5000× 104 t” 资源接替的重要领域。
致谢 感谢审稿专家提出的宝贵意见及大庆油田勘探开发研究院张顺、陈卫军、薛涛和霍丽明等同志参与数据、图件整理工作, 在此表示衷心感谢。
作者声明没有竞争性利益冲突.
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