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2 2 石油天然气学报2 0 1 2 年 7 月第 3 4 卷第 7 期 J o u r n a l o f Oi l a n d Ga s T e c h n o l o g y J u 1 . 2 0 1 2 Vo 1 . 3 4 No . 7 低渗致密砂岩油气输导 系统 类型及其运聚特征 以鄂尔 多斯盆地姬塬地区中生界长 6油层组一 侏 罗系为例 高剑波 ,吴景富 ,张功成 ,张厚和 中海石油研究总院, 北 京1 0 0 0 2 7 庞雄奇,陈冬霞 , 中国 石油大学 北京盆地与油藏研究中心 、 王志欣 ,姜振学 \ 中国 石油 大学 北京油气资源与探测国家重点实验室, 北京1 0 2 2 4 9 / 廖金华 重庆矿产资源开发有限公司, 重庆4 0 0 0 4 2 [ 摘要]研究表 明,鄂尔多斯盆地 姬塬地 区延长组低渗致 密砂岩 发育 多种 类型的油气输 导系统,主要有裂 缝简单型、裂缝一 砂体 复合 型、裂缝~ 不整合 面复合型和砂体简单型等 4种,其中裂缝 型输 导系统是整个延 长组 中上部油气垂 向运移的优 势通道 ;裂缝一 砂体 复合 型输 导系统是 长 6 ~长 2油层组 中砂 岩透镜 体岩性 圈闭和储层物性封闭岩性圈闭的主要运 移通道 ;裂缝一 不整合面 复合 型输导 系统是 不整合地层 圈闭的主要 运移通道 ;砂体型输导系统是延安组和直罗组常规储 层 中发 育的低 幅背斜和 上倾 尖灭 岩性 圈闭的主要 油 气运移通道 ,提 出了延长 组低渗透 致 密砂岩 油气运聚具 有 多点充注、 “ 补 丁式” 拼接 、无 重力分 异的特 征 。该次研究为鄂尔多斯盆地 中生界石油勘探提供 了有益参考 。 [ 关键词]鄂 尔多斯盆地 ;低渗致密砂岩;输 导系统 ;油气运聚 [ 中图分类号]T E 1 2 2 . 1 [ 文献标识码]A [ 文章编号]1 0 0 0 9 7 5 2 2 0 1 2 0 7 0 0 2 2 0 5 油气 运移并 非在 三维 空间等 效进行 ,而是被 限制在 某些 路径 上 ,这 些路 径组合 在一 起就 构成 了油气 运移 聚集 的输导 系统 。油气 输导 系统一 般被 认为是 油气 从烃 源岩运 移 到圈 闭过程 中所经 历 的所 有路 径及 其相 互关 系 的总和l 】 ] 。空 间上不 同输导 系统 的渗透 特征 以及 空间延 展能力 ,与成藏其 他要 素空 间配 置关 系 ,决定 了油气藏不同层位的纵向分异和不同构造单元 的横 向分异;时间上不同地质作用形成的油气输 导 系统 的多样性 ,与成藏 其他要 素 时序性 的共 同作用 ,决定 了油 气成 藏不 同阶段 的时 间分异 。所 以分 析 不 同类 型输导 系统 的特征 ,对 于研究 低渗 致密砂 岩 油气成藏 机理 以及 油气分 布规 律有 积极 意义 。 笔者在测井、岩心、储层等资料综合研究的基础上,把鄂尔多斯盆地姬塬地区中生界低孔低渗的延 长组长 6油层组一 侏罗系中油气运聚通道作为一个整体系统进行分类解剖,详细探讨了延长组致 密低渗 砂岩内油气以及上覆侏罗系常规储层 内油气在不同输导系统组合类型和特殊油气运移动力的共同作用下 油气运移聚集特征及其分布规律。 1 低渗致密砂岩输 导系统分类 目前 ,输导系统 尚未具有统一的分类方案 。谢泰俊等 在研究南海北部大陆边缘盆地时,根据不同 类 型通道 在运 移 中的作用 和具体 地 质情况 ,划分 了 4类 运移 通 道 系统 ,即以 断裂 为 主 的运 移 通道 系 统 , 与古构造脊有关 的运移通道系统,与活动热流体底辟作用有关的运移通道系统 以及与不整合有关的运移 通道系统 。Ga l e a z z l E 胡 在研究 Ma l v i n a s 盆地时,根据其含油气系统基本元素的特征及其构造一 地层格架 样式 ,将该盆地 L o we r I n o c e r a mu s S p r i n g h i l l 含油气系统输导系统划分为由输导层构成的主输导系统和 由断层一 输导层构成的次输导系统 。赵忠新 将输导系统分为直接型和间接型直接型是指油气从烃源 [ 收稿日期] 2 0 1 20 5 0 7 [ 基金项目]国家 9 7 3 规划项 目 2 0 1 1 C B 2 0 1 1 0 2 ;国家自然科学基金项 目 4 0 8 0 2 0 2 9 。 [ 作者简介] 高剑波 1 9 7 7一 ,男 ,2 0 0 1年大学毕业 ,博士,工程师 ,现主要从事油气成藏机理与沉积储层研究工作。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 4卷第 7期 高剑波等 低渗致密砂岩油气输导系统类型及其运聚特征 岩直接排到圈闭中 ,没有进行过二次运移 ,主要类型有砂岩透镜型和岩性型的油气藏 ;间接型是指油气 从烃源岩中排出后 ,在输导系统 中经过二次运移进入圈闭,其 中输导体可以分为输导层 高孑 L 渗砂体 、 不整合面 、断层和裂缝等 4种类型 。鄂尔多斯盆地姬塬地区中生界延长组上部各油层组 内断层不发育 , 但发育区域性裂缝 ,根据不同输导系统的构成和在油层组 中的发育情况 ,结合低渗透致密砂岩油气成藏 动力学和运动学特征,将延长组长 6油层组一 侏罗系输导系统划分为 4种类型 裂缝简单型、裂缝一 砂体 复合型 、裂缝一 不整合面复合型和砂体简单型 表 1 。 表 1 鄂尔多斯盆 地姬塬地 区延 长组 中上 部一 侏 罗系输 导系统类 型划分及特征 输导系 模式图 主要发 圈闭类型 运移动力 运移方向 储层物性 统类型 育层段 一 .一 裂 圈曩 -J 【 缝 一 长6~ 异常高压 垂向运移 简 礴 黼黼 裂缝型岩性圈闭 特低渗 茧 豳 长4 5 流体水动力 裂缝 型 黼 油层组 霉哩, - 一 ; 垂 向运移 ● ■ l I 裂缝 裂 l 一 长 6 ~ 异常高压 局部侧向运移 特低渗 缝 g 目 礴 商 疆 馥 疆 目 蛹 . . . I 长 2 砂岩透镜体岩性圈闭 砂 流体水动力 ..L 体 骚黼骚 . 一⋯ ______ _一 油层组 储层物性封闭岩性圈闭 低渗砂体 复 低渗 I △ E 二, I 耋滩 岩 垂向运移 口 型 裂缝 裂 i 侧向运移 J . 常规砂体 缝 延安组 不整合地层圈闭 异常高压 低渗 侧向运移 I 一 延 1 O 低幅背斜圈闭 浮力 常规 不 砂岩透镜体岩性圈闭 流体水动力 不整合面 整 合 面 油层组 地层超覆圈闭 复 长1 、长 2 合 垂向运移 型 ‘ 室 .; 油层组 裂缝 砂 直罗组 砂体上倾尖灭岩性圈闭 侧向运移 体 一 延安组 低幅背斜圈闭 浮力 常规 简 砂体 苴 砂岩透镜体岩性圈闭 型 1 . 1 裂缝 简 单型油 气输导 系统 . 三叠 纪 以来 ,鄂 尔 多斯盆地 经历 了不 同方 式 的区域构 造应 力作 用 。印支期 华南 板块 与华北 板块 在 三 叠纪 的碰 撞产生 了 S N 向挤压 应力 ,古特 提斯 封 闭产生 了 NE向局 部 挤压 应力 ;燕 山期 太平 洋板 块 与 欧 亚板块间产生的左旋剪切在大华北盆地表现为南北向剪切挤压应力 ,派生的挤压应力为 NE S W 向;喜 马拉雅 运 动在鄂 尔多 斯盆地 表现 为 NE向挤压 ,上述 不 同时期 区域 应力 场 作 用在 鄂 尔 多斯 刚性地 块 上 , 除地块周缘构造变形强烈外 ,地块内部构造 “ 整体性强” 以旋转与扭动作用为主 、“ 构造活动分异小” 基底和盖层变形微弱 。在旋转与扭动作用过程中,刚度不同的块体之间产生扭裂和走滑,使基底断裂 重新 活动 ,但并 没有 造成规 模较 大 的断层 落差 以及 显著 的盖层 变形 ,这 些活动 一方 面导致 了盆地 的抬升 和沉降、大规模水系以及小断层 的发育 断距通常小于 5 O re ,另一方面直接导致了沉积盖层 内裂缝的 大量发育。中国地质科学院地质力学研究所 2 0 0 6年利用岩石 “ 凯瑟效应”和声发射 “ 抹录不净” 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 4 石油天然气学报 石油天然气地质 2 0 1 2年 7月 现象以及古今应力筛分原则 ,对沿河湾 、吴旗地区古今应力进行了估测 ,结果显示 ,沿 4 6 井 、新 4 1井 和沿 4 井测点岩石经历的主要古构造运动期 幕次都是 4 次 ,各期 幕古构造应力最大主应力有效 值记忆出现率最高 6 9 、8 9 、7 6 的值分别是 7 3 . 4 MP a ,7 2 . 3 MP a和 7 3 . 2 Mp a O,这反映出古 构造应力最大主应力有效值为 7 3 MP a 左右的这一期 幕次的运动持续时间最长或频度最高 ,并且形 成 微裂缝 最 多 ,由此判 断构 造裂缝 主要 形成 于 燕 山 主幕 ,形 成应 力 环 境 7 3 MP a左 右 ,而 此 时正 是 长 7 油层组烃源岩大量排烃的油气运聚成藏主要时期I 5 ] ,可 以推断在燕 山期形成的 NE、NW 向 2组共轭剪 切 裂缝 是该研 究 区主要 的裂缝 运移 通道 ,且 由于 NW 向裂 缝 偏 向于 压剪 性 ,NE 向裂 缝偏 向于 张剪 性 , NE向剪切裂缝作为油气的运移成藏通道最为有效 。 研 究表 明 ,作 为 中生界 主要 烃源 岩 的长 7油层 组 暗 色 泥 岩在 早 白垩 世 中 晚期 开 始进 入 生 排 油 高 峰 期 [ 5 ] ,而长 6 ~长 1 油 层组 由于 成岩作 用较 早 、塑性岩 屑颗 粒大量 变 形 、压实 作 用强 烈 导致 早期 砂 岩孔 隙损失严重 ,后期 的碳酸盐岩胶结作用 、次生孔隙不发育又使储层孔隙度进一步降低 ,到早 白垩世 中晚 期主成藏期时已基本成为低孔低渗储层,低孔低渗储层 的毛细管压力很大 ,油气在储层 中以常规的浮力 难 以运移 ,只能依靠长 7 油层组暗色泥岩内的异常高压幕式驱动 ,石油和地层水在异常高压的驱动下通 过彼此联通 的高角度剪切裂缝向上运聚,并与其他成藏要素组成复合类型的输导系统 ,所以延长组 中上 部地层中区域性高角度剪切裂缝是油气垂向运移最主要的输导系统,也是其他复合输导系统的基本单 元 ,这种输 导 系统通 常是裂 缝 型岩性 圈闭 的主要 运移通 道 ,大量 发育 的微裂 缝是 主要 的储集 空 间 。裂缝 的 主要活 动 时间 、力 学性 质 、地 应力 和流体 压力 的幕式 变化 等特 征决定 了裂 缝型 输导 系统 的有效 性 。 1 . 2 裂缝一 砂体 复合 型输 导 系统 这种输导系统是石油既进行垂向运移又进行局限侧 向运移 高角度剪切裂缝进行垂 向运移 ,裂缝联 通的砂体进行局限的侧向运移的立体网络通道。该种输导系统 中油气运移不仅受到延长组中油源裂缝 发育 特征 的控 制 ,还 受到 有油 源裂缝 的砂体 的空间形 态 的控 制 。姬塬地 区延 长组 中常 发现 岩性 和物性 相 近、层位相同且相距不远的砂体,其含油性却有很大的差别,甚至同一个砂层下倾方 向含油而上倾方 向 含 水 ,这说 明这些 低渗一 特 低渗砂 体 中 ,由于运移 阻 力很 大 ,油 水 不能 自由分 异 ,而 石 油更 难 以 自身 的 浮力进行侧向运移 ;同一个砂层中相邻的多个油藏,可能并不相互连通 ,很可能分别有各 自的油源裂 缝 ,是分别充注的结果 ,石油沿着区域性剪切裂缝垂 向运移,并 向高压油气可以充注 的低渗砂体 中运 移 ,形成众多的 “ 悬挂式”岩性油藏 。长 6 、长 4 5 、长 3油层组甚至长 2油层组内大量 的低渗一 特低 渗 致密砂 岩 油藏都 属 于这类 “ 悬挂 式” 油藏 。 研究表明,延长组主成藏期时,蓄积在长 7 油层组暗色泥岩内的高压使油气和地层水 以幕式流体的 形式 ,沿 着早 燕 山期 形成 的 NE、NW 向裂 缝 向上 运移 ,并 在油 源 裂缝 周 围 的低渗 透 砂体 中形成 储 层物 性封闭岩性圈闭和砂岩透镜体岩性圈闭,这种输导系统仅仅在构造活动期对油气运移有作用 ,突发的构 造运动是烃源岩内封闭流体系统破裂并发生流体涌流排 出和油气高压 向低渗储层充注的重要触发机制 , 油气通过这种输导系统注入低渗透储层以后 ,受物性制约 ,石油在低渗储层中不能在浮力作用下运移 , 只能形成含油饱和度较低的油水共存的岩性油藏 ,石油基本上不再进行侧向运移 ,除非后期构造运动驱 动 后续 注人 的石 油推 挤先前 注入 的石油 运移 ,因此 ,这 种输 导 系统在低 渗储层 中形 成 油藏 的边界 并非 岩 性 岩相 的变 化带 ,而 是石油 在储 层 中形 成 的充注. “ 前沿 ” 。 1 . 3裂缝一 不整合 面 复合型输 导 系统 这种输导系统是石油从长 7油层组烃源岩通过裂缝 向延长组上部做垂向运移并沿着延长组顶部不整 合面做侧向运移的主要通道 ,是延长组顶部古河道砂岩岩性圈闭和不整合地层圈闭的主要运移通道。该 种输导系统中油气运移不仅受到延长组中油源裂缝发育特征的控制 ,还受到不整合面分布形态的控制。 裂缝一 不整合面复合型输导系统沟通 了延长组 中下部的异常高压系统和侏罗系延安组的常压系统 , 幕式排出的高压油气流体沿裂缝 向延长组上部和延 1 0油层组 的砂体 中充注,部分油气在长 2 ~长 1油 层组 中具有油源裂缝沟通的砂体中聚集成藏;部分油气在高压的作用下沿着裂缝一直向上运移到不整合 。周新桂 .安塞沿河湾一 吴旗长 6储层裂缝特征及分布规律研究 .中国地质科学院地质力学研究所 ,2 0 0 6 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 4卷第 7期 高剑波等 低 渗致密砂 岩油气输导系统类型及其运聚特征 面,并在浮力和水动力的作用下做侧 向运移形成不整合地层圈闭;部分油气通过不整合面侧 向运移 到 延 1 O油层组物性好的河道砂体中,在构造或砂体 的高部位 富集成藏 ,例如鄂尔多斯盆地姬塬斜坡上发 育 的几 个局 部高 点成 为延 1 O油层 组 油藏 的主要 发 育地 区 ,例 如元 城 油 田、王洼 子 油 田,这些 油 藏 一般 沿着古 河道 侵蚀 面分 布 ,主要发 育低 幅背 斜和地 层 超覆等 受构 造和 岩性共 同控 制 的圈闭类 型 。 1 . 4砂体 简单 型输 导 系统 这种输 导 系统是 石油 在侏 罗系地 层 中以连通 孔 隙为 主的油 气运 移通道 ,油 气在 这种 输导 系统 中 以常 规浮力作为主要油气运移动力 ,向构造高部位做侧向运聚成藏 。该种输导系统 中油气运移主要受岩性尖 灭 、构造 或二者 的复 合 因素 的控 制 。 三叠 纪末期 由于印支 运动 的影 响 ,盆 地整体 抬 升 ,延 长 组遭 受 了不 同程 度 的剥 蚀 和河 谷 下 切作 用 , 造成 了沟谷纵 横 、丘陵起 伏 的地 貌 。此次 抬升 时间 短 ,延 长组 未被夷 平 ,在侏 罗纪 早期 的 区域 沉 降过程 中被 埋藏 ,并 在其顶 部形 成 了崎 岖不 平 的不整合 面 ,侏罗 系就 是在这 种起 伏 的古地 貌背 景上填 平补 齐沉 积下来的,其砂体主要为河流相沉积 ,粒度粗,储层物性好 ,渗透率一般 1 O 1 0 _ ’ m。以上 ,尤其是 延 1 0 、延 9油层组和富县组沉积期甘陕一级古河和宁陕、庆西、蒙陕二级古河冲刷切割形成 的洼槽 , 河道砂岩充填厚度最大达到 2 6 0 m 。当石油进入这些骨架砂体后可以在浮力驱动下进行侧向运移 ,并 发生油水分异 ,所形成的油藏油水关系简单,一般形成砂岩透镜体岩性圈闭、砂体上倾尖灭岩性 圈闭、 差异 压 实形成 的鼻状 隆起 低 幅背斜 圈闭 。 从侏罗系延安组和直罗组已发现油藏的富集程度看 ,低幅背斜圈闭等与构造有关 的油藏 ,数量相对 较少 ,但 储量 较大 ,构造 幅度严 格控 制 了含油 面积 ;砂岩 上倾 尖灭 岩性 圈闭 和砂岩 透镜 体圈 闭等 以岩性 为主要控制因素的油藏,数量多,面积小 ,储量也小。 2 鄂尔多斯盆地中生界低渗致密砂岩油气运聚特征 石油 勘探结 果表 明 ,鄂尔 多斯盆 地 中生界油 藏类 型分 布 具有 明显 的规 律 性 延 长组 长 1 0 ~ 长 4 5 低渗一 特低渗油层组只发育岩性油藏 ,而与构造相关的油藏不发育 ;延长组上部地层的渗透率 、孔隙度 逐渐增大,从长 3油层组开始到长 1油层组发育的岩性一 构造油藏储量 占整个油层组储量的比例逐渐增 大 ;侏罗系延安组油藏主要以构造一 岩性油气藏为主 ,构造一 岩性油藏储量 占整个组储量的比例基本都在 5 0 9 / 5 以上 ;到最 上部 的直 罗组 ,构造一 岩性油 藏 的储量各 占整个 组储 量 的 9 5 . 3 。从 以上 中生 界 延长 组 乃至延安组、直罗组油藏的分布规律看,结合输导系统、储层的埋藏和成岩作用、 孔隙演化史 、油气异 常高 压等 油气成 藏特 征分 析 ,表 明鄂 尔多 斯盆地 姬塬 地 区中生 界 的低 渗透 致密 砂岩油 气运 聚具 有 多点充 注 、“ 补 丁式” 拼接 、无重 力分异 的特征 。 根据航磁 、重力 、大地电磁 、卫星影像等多种资料综合分析,鄂尔多斯盆地及周缘地 区存在着 4组 不 同方 向的断裂 ,分别 是 E W 、NE、N W 和 S N 向l_ 7 ] ,而发 育 于燕 山主幕 的运 动持续 时 间最长 且频度 最 高 ,其形 成的 NE、NW 向 2组共轭 剪 切裂缝 最 多 ,此 时正 是长 7油层 组 烃 源岩 大量 排烃 ,是 油 气运 聚 成藏 的 主要 时期 ,区域性构 造裂 缝成 为 了油气运 聚 的主要输 导 系统 。在共 轭剪 切裂缝 交 汇的 区域 ,应 力 场集 中,微裂缝 发育 ,油 气输导 能力 强 ,裂缝往 往 能垂直 切穿 较厚 的致 密层 ,油气 在延 长组 中下部 异常 高压 的驱 动下沿 着燕 山期形 成 的高角 度剪 切裂缝 由下 向上充 注 ,再进 入裂缝 周 围储层 以后 短距 离运移 聚 集 。从 平 面上看 ,大 量 的共 轭剪 切裂缝 交 汇处成 为 主要 的油气充 注点 ,所 以延 长组 中上部 低渗 透地 层 中 的油气 运移 具有 多点式 充 注的特 点 图 1 。 浅水 、广盆式三角洲前缘相的分流河道、水下分流河道 、点砂坝等砂体构成了延长组主要的储层格 架 ,这些储层 内含有同沉积和浊变形成的大量塑性颗粒 ,在成岩早期就受到明显的压实 ,储层孔渗性大 大降低 ;在早白垩世中晚期大规模成藏时 ,储层 已经成为低渗一 特低渗致密储层 ,油气运移聚集主要 以裂缝的多点式充注的形式为主 ;从平面上看,不 同的岩性油藏像补丁一样散落在整个姬塬地区,油藏 之间看似彼此连通 ,实际上又各 自独立 ,所以延长组 中上部低渗一 特低渗致密砂岩油藏聚集具有 “ 补丁 式”拼接的特点。另外 ,由于延长组中上部储层非均质性很强 ,长 7油层组厚层泥岩产生的异常高压驱 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 石 油天然气学报 * 石 油天然气地质 2 0 1 2 年 7 月 动石 油和地 层水 通过 区域性 剪切裂 缝 强行注 入延 长组 中上 部 致密 储 层 中 ,油气 在低 渗一 特 低 渗储 层 内缺 乏足够的浮力,油水在储层 中难以分异和侧 向运移,油藏基本保持了注入储层时的状态 ,形成了亦水亦 油 、油水不 分 ,“ 补 丁式” 拼接 的油水 分布规 律 ,所 以延 长组 中上 部油 藏聚集 还具 有无 重力分 异 的特点 。 3 结 论 无油源裂缝砂体 有油源裂缝砂体 油层 油气运移方向 裂缝 不整合面 图 1 鄂尔 多斯盆地姬塬地区延长组低 渗透致密砂岩 油气 运聚模式 图 1 鄂尔 多斯 盆地 姬塬地 区延 长组 中上部 地层低 f L - 低 渗储层 十分 发育 ,储层 内非 均质性 很 强 ,没有 大面积连通分布的含油层系,油气平面上的分布规律、垂 向上含油气性的差异与输导系统以及成藏其他 要素的空间配置和时序性关系密切 。 2 延长组中上部低孔一 低渗地层 以及上覆侏罗系延安组、直罗组地层主要发育裂缝简单型 、裂缝一 砂体复合型 、裂缝一 不整合面复合型和砂体简单型 4种输导系统 ,且裂缝型输导系统是延长组 中上部低 孔一 低渗地层主要的油气运移通道,其共轭剪切裂缝交汇点控制了延长组中上部油气分布的范围和规模 。 3 鄂 尔多斯 盆地 姬塬地 区延 长组 中上部 油气具 有多 点充 注 、“ 补 丁式”拼 接 、无 重力 分异 的运 聚特 征 。 [ 参考文献] [ 1 3张卫海 ,查明 ,曲江秀 .油气输导体系的类 型及配置关系 E J ].新疆石油地质 ,2 0 0 3 ,2 2 u8 ~1 2 0 . 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