鄂尔多斯盆地陇东地区上古生界天然气富集规律.pdf

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第 3 7卷第 2期 专天然气化 O I L&G A S G E O L O G Y 2 0 1 6年 4月 文章 编号 0 2 5 3 9 9 8 5 2 0 1 6 0 2 0 1 8 0~ 0 9 d o i 1 0 . 1 1 7 4 3 / o g g 2 0 1 6 0 2 0 5 鄂尔 多斯盆地陇 东地 区上古 生界天然气 富集规律 李 军 , 王禹 诺 。 , 赵靖 舟 , 李 磊 , 郑 杰 , 胡 维强 [ 1 - 西安石油大学 地球科学与工程学院, 陕西 西安 7 1 0 0 6 5 ; 2 . 西安石油大学 陕西省油气成藏地质学重点实验室 , 陕西 西安 7 1 0 0 6 5 ; 3 中国地质大学 北京地球科学与资源学院, 北京 1 0 0 0 8 3 ; 4 . 中国石油 长庆油田公司 勘探开发研究院, 陕西 西安 7 1 0 0 1 8 摘要 基于鄂尔多斯盆地陇东地区上古生界气源条件、 储层特征、 盖层特征等的分析, 对研究区上古生界天然气富集主控因素进行 了研究。研究表明, 鄂尔多斯盆地陇东地 区上古生界天然气气藏的形成与分布主要受气源、 盖层和储层条件三元耦合关系控制 。 气源条件、 山西组1段直接盖层条件共同控制区域上气藏的形成与分布。区域上生烃强度高 ,山西组 1段泥 岩盖层 厚度 大干 3 5 m 的区域为 山西组 1 段 气藏有利成藏 区, 山西 组 1 段泥岩 盖层厚度 小于 3 5 m 的 区域 则主要为石盒子组 8段气藏有利成藏 区 。储层 条 件控制天然气的局部富集, 其中气源条件、 山西组 1段盖层条件相似时储层“ 甜点” 控气, 即储层质量越好天然气越富集; 气源条件 、 山西组 1段盖层条件均有利时, 相对较差储层亦可成藏。值得注意的是, 气源、 盖层和储层条件三元耦合关系控制的天然气最佳成 藏 富集 区并 非三者 均为最优的地 区, 而是 -Z者最佳 配置 、 相 互补偿形 成的有利 区。 关键词 三元耦合控藏; 天然气富集规律; 致密砂岩气; 陇东地区; 鄂尔多斯盆地 中图分类号 T E l 2 2 . 1 文献标识码 A Ac c umu l a t i o n p a t t e r ns o f n a t ur a l g a s i n t h e Upp e r Pa l e o z o i c i n Lo n g do ng a r e a,Or d o s Ba s i n L i J u n , Wa n g Yu n u o , Z h a 。J i n g z h o u 一. L i L e i 4 , Z h e n g J i e 4 ,Hu W e i q i a n g [ 1 .S c h o o l o fE a r t h S c i e n c e s a n d E n g i n e e r i n g , X i ’ a n S h i y o u U n i v e r s i t y , X i ’ a n , S h 。 。 n x i 7 1 0 0 6 5 ,Chi n 0; 2 S h a a n x i K e y L a b o fP e t r o l e u m A c c u mu l a t i o n G e o l o g y , ’ a n S h i y o u U n i v e i t y , X i ’ a n , S h a a n x i 7 1 0 0 6 5 ,Ch i n 0 3 S c h o o l o f E a r t h S c i e nce s a n d R e s o u r c e s , C h i n a U n i v e r s i t y o f G e o s c i e nce s B e ij i n g , B e ij i n g 1 0 0 0 8 3 ,Chi n n 4 E x p l 。 r a t i o n D e v e l o p m e n t R e s e a r c h I n s t i t u t e o fP e t r o C h i n a C h a n g q i n g O i lfi e l d C o m p a n y ,X i ’ a n , S h a 。 n x i 7 1 0 0 1 8 , C h i n n ] Abs t r a c t Ba s e d o n t he a n a l y s i s o f s o u r c e r o c k s ,r e s e r v o i r s a n d c a p r o c ks i n t h e Up p e r P a l e o z o i c,L o n g d0 n g e a r a, Or d o s Ba s i n, s t u d i e s we r e p e r f o r me d o n t h e c o n t r o l l i n g f a c t o r s o f na t u r a l g a s a c c umu l a t i o n .I t’ s s h 0 wn t h a t t h e f _0 Hn a t i o n a nd d i s t rib u t i o n o f g a s r e s e r v o i r s i n t h e Up p e r Pa l e o z o i c a r e ma i n l y c o n t r o l l e d b y t he s o u r c e r o c k s .r e s e r v o i r s a n d c a p r 0 c k s a n d t h e c o u p l i n g r e l a t i o n s h i p a mo ng t h e m. S o u r c e r o c k s a n d c a p r o c k s o f t h e S h a n x i F 0 瑚 a t i o n i o i n t l v c 0 n t r o l t h e f o r ma t i o n a n d di s t r i b ut i o n o f t h e g a s r e s e r v i o r i n t h e r e g i o n .Th e g a s p l a y f a i r wa y o f t h e f i r s t me mb e r o f S h a n x i F o r r n a t i 0 n P 2 s a r e d i s t ri b u t e d i n a r e a w i t h h i g h g a s g e n e r a t i o n i n t e n s i t y a n d t h i c k P 2 s c a p r o c k o v e r 3 5 me t e r s .I n c o n t r a s t , g a s p l a y f a i rwa y o f t h e e i g h t h me m b e r o f S h i h e z i F o r ma t i o n P 2 h o c c u r s i n a r e a w h e r e t h e t h i c k n e s s o f P , s c a p r 0 c k i s 1 e s s t h a n 3 5 me t e r s . Lo c a l e n r i c h me n t o f g a s i s d e r me r mi ne d b y t he r e s e r v i o r c o n d i t i o n s .W h e n t h e s 0 u r c e r 0 c ks a nd c a D r 0 c k s o f t h e fi r s t me mb e r o f t h e S h a n x i F o r ma t i o n a r e s i mi l i a r , “ s we e t s p o t “c o n t r o l s g a s d i s t r i bu t i 0 n. t h a t i s t o s a y t h e b e t t e r t he q u a l i t y o f t h e r e s e r v o i r i s, t h e mo r e e n r i c h me n t t h e na t u r a l g a s i s .W h e n b o t h t h e s o u r c e r o c ks a n d c a D r 0 c k s o f t he fir s t me mb e r o f S h a n x i F o rm a t i o n a r e f a v o r a bl e ,g a s r e s e rvo i r e a n a l s o be f o r me d i n t h e r e l a t i v e 1 v p o o r f o r ma t i 0 n s .I t i s wo r t h n o t mg t h a t b e s t g a s e n r i c h me n t a r e a i s n o t t h e o n e wh e r e t h e g a s s o u r c e ,s e a l a n d r e s e r v o i r c o n d i t i o ns a I 1 e a l l f a v o r a b l e. r a t he r t h e o ne wh e r e t h e g a s s o u r c e ,s e a l a n d r e s e r v o i r c o n di t i o n s ma t c h a nd c o mp e n s a t e b e s t. Ke y wor ds c o up l i ng o f t h r e e f a c t o r c o n t r o l l i n g g a s a c c umu l a t i o n ,n a t u r a l g a s e n r i c h me n t p a t t e r n, t i g h t s a n d g a s , L 0 n g d o n g a r e a, Or d o s Ba s i n 鄂尔多斯盆地是中国致密砂岩气资源最丰富的盆 地之一。现已在上古生界发现并探明了苏里格 、榆林 、 收稿 日期 2 0 1 5 0 2 2 5; 修订 日期 2 0 1 51 21 0 。 第一作者简介 李军 1 9 8 2 一 , 博士、 讲师, 油气成藏地质学、 非常规油气地质与勘探。E . m a i l l ij u n v . d u. c n o 基 金 项 目 冒 謇 签 科 学 基 金 项 目 4 1 5 0 2 1 3 2 ; 国 家 科 技 重 大 专 项 2 o 1 1 z x 0 5 0 0 7 0 0 4 ; 陕 西 省 教 育 厅 重 点 项目 1 5 J S 0 9 3 ; 西 安 石 油 大 学 青 年 科 技 创 新 基 金 项 目 2 0 1 3 B S 0 1 8 zzzPsgiolePfrp 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m zzzPsgiolePfrpzzzPsgiolePfrp 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m l 8 2 石 油 与 天 然 气 地 质 第 3 7卷 量 三 褥 骢 孔隙度/ % 图2 陇东地区和苏里格气田产水井孔渗相关性 F i g . 2 P l o t o f p o r o s i t y v e r s u s p e r me a b i l i t y f o r w a t e r p r o d u c t i o n w e l l s i n L o n g d o n g a r e a a n d S u l i g e g a s f i e l d 层孔隙度分 别为 7 . 0 2 %, 7 . 3 1 %和 1 1 . 7 5 %, 平均 为 8 . 6 9 %; 渗透率分 别为 0 . 0 8 11 0 一, 0 . 5 9 01 0 和 0 . 7 7 41 0~ m , 平均为 0 . 4 8 1 1 0 t x m , 总体上储 层物性较好 。研究区气源条件与苏里格气 田西 区 苏 西地区 相似 , 而在苏西地区也有大量气水同产井 以及 少量的水井 。苏西地 区产水井物性也较好 , 孔隙度分 布在 2 . 7 2 % ~1 3 . 9 5 %, 平均 为 9 . 0 6 %, 渗透 率分在 0 . 0 0 31 0 一 ~ 5 . 4 5 01 0 一 m , 平土 为 0 . 4 6 91 0 一 m 。与苏西地区相 比, 陇东地区产水井孔隙度略低 , 渗透率略高, 总体上基本持平 图 2 。前人研究表 明 苏西地 区的产水主要和生烃强度较低有关 。事 实上 , 根据上述分析也可知 , 这些产水井储层质量本身 没有问题 , 气源较差 、 成藏动力不足导致 的天然气充注 强度不高可能才是产水的最重要因素。在一些储层条 件相对较好 的地 区, 由于天然气饱和度不高也会 导致 储层中大量地层水的存在 , 从而在试气过程 中产水。 由此看来 , 陇东地区上古生界气源条件略显不足。 在这种情况下 , 气源条 件对 天然气在 区域上的成藏 与 分布的控制作用就显得尤为明显 。平面上, 产气井 主 要分布在煤层厚 度大于 4 m, 生烃强度 大于 1 01 0 m / k in。 的区域 , 且存在随着煤层厚度增大 、 生烃强度 增高 , 产气量也增加的趋势 。纵 向上 , 天然气垂向运移 的最远距离与煤层厚度和累计生烃强度 同样存在 良好 的正相关关系。随着煤层厚度 和生烃强度增大 , 天然 气垂向运移距离增加 , 在煤层厚度大于 6 m, 生烃强度 大于 2 01 0 I T I / k in 的区域 , 天然气垂 向运移最远距 离可达 1 2 0 m以上 图 3 。 2 盖层条件及其控气作用 对于致密砂岩气而言 , 无论是早期提出的深盆气 理论 、 盆地 中心气理论 ] , 还是后来发展 的连续 型气 藏理论 卜 和准连续 型气藏理论 卫 , 都鲜 有 将盖层条件作 为致 密砂 岩气藏形成 与分布 的控 制 因 素 , 认为其保存可能 主要与气水动态平衡 和致密砂岩 的 白封闭作用有关 。 和鄂尔 多斯盆地其他地 区一样 , 陇东地 区上古生 界发育山 1段 、 下石盒子组 、 上石盒子 组和石千 峰组 等多套泥岩盖层。其 中最重要 的有 两套 , 一套为 山 1 气藏直接盖层 , 主要指山 1段泥岩。另一套为下石盒 子组泥岩 区域盖层 。其 中下石盒子组泥 岩区域盖层 累计厚度大 , 最薄 的在 4 5 m左右 , 最厚达 8 0 I I 1 , 且在 垂 向上连续分布 , 封盖能力强 , 其对研究 区气藏 的区 域封盖作 用毋庸 置疑 , 因此本 文不作 重点 讨论 。本 文重点讨论山 1 段直接 盖层对研究 区气 藏形成 与分 布的控制作用。 前人研究表明, 除了生烃增压驱动天然气运移外 , 扩散运移也是鄂尔多斯盆地上古生界天然气进入山 1 段的一种重要运移方式 。以超压作 为主要 运移动 力形成的气藏对保存 条件 的要求 , 比以浮力等作为二 次运移主要动力形成 的气藏高。同时 , 对于天然气 的 图3 陇东地区上古生界天然气垂向运移距离与煤层厚度及生烃强度的相关性 F i g . 3 C o a l s e a m t h i c k n e s s a n d g a s g e n e r a t i o n i n t e n s i t y v s . v e ai c a l mi g r a t i o n d i s t a n c e o f g a s i n t h e Up p e r P a l e o z o i c . L o n g d o n g a r e a a . 天然气垂向运移距离与煤层厚度相关性 I b . 天然气垂 向运 移距离 与生烃强度相关性 zzzPsgiolePfrp 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m zzzPsgiolePfrpzzzPsgiolePfrp 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m zzzPsgiolePfrpzzzPsgiolePfrp 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第2 期 等 鄂尔多斯盆地陇东地区上古生界天然气富集规律 1 8 5 \ 缸 \ 越 矧 缸 \ 越 缸 \ 罢 缸 渗透率/ 1 O 岬 孔隙度/ % 2 石英含量/ % 碳酸盐胶结物含量/ % 0 摹 扩 缸 * 如 g 可。 0 , 宝 脚 O 孔隙度/ % 渗透 率/ 1 0 一 m 粘土矿物含量/ % O 2 图 7 陇东地区储层岩石学参数与含气饱和度的关系 ⋯。 g 7 Pe t r o l 。 g i c p a r a me t e r V s . g a s s a t u r a t i 。 n 。 f r e s e n r。 i r s i n L 0 n g d 。 n g a r e a 石英 含量一 与含气饱和度的关系 . b 。 岩屑含 量与含气饱和度的 c . 碳 酸盐胶结物含量 与含气饱和度 矿物含量与含气饱和度 的关系 一 罴 zzzPsgiolePfrp 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 8 6 石 油 与 天 然 气 地 质 第 3 7卷 善 吴 图 8 陇东地区 Q T 1 井区储层孔隙度 a 和渗透率 b 与含气饱和度关系 F i g . 8 P o r o s i t y a a n d p e r m e a b i l i t y b V S .g a s s a t u r a t i o n o f r e s e r v o i r s i n Q T 1 w e l l b l o c k o f L o n g d o n g a r e a 孔隙度/ % 宕 0 瑚】 口 楚 图 9 陇东地区试气产量与孔隙度和渗透率关系 F i g . 9 P o r o s i t y a a n d p e r m e a b i l i t y b V S .t e s t e d g a s p r o d u c t i o n o f r e s e rvo i r s i n L o n g d o n g a r e a 1 . 1 7 % , 渗透率平均为 0 . 0 1 41 0 一 m , 试气无阻流 量为 2 . 5 21 0 m / d 图 9 。Z I T 1 井区生烃强度大于 2 0 1 0 m。 /k in ,处于研究区的生烃 中心区, 山 1段泥 岩厚度较薄且层数多 , 有利于天然气垂 向运移 至盒 8 段成藏 。 4 结论 1 气源条件与盖层条件控制陇东地 区天然气藏 在平面上与纵 向上的形成与分布。天然气主要分布在 石炭系 一二叠系煤层厚度大于 4 m, 烃源岩 累计生烃 强度大于 1 01 0 m / k in 的地区 , 试气产量随着石炭 系 一 二叠系煤层煤层厚度增大、 累计生烃强度增高而 增加。在生烃强度大于 1 01 0 m / k m 的区域 , 山 1 段泥岩盖层厚度大于3 5 m时为山 1 气藏有利成藏区, 山1 段泥岩盖层厚度小于3 5 m时则主要为盒8 气藏有 利成藏 区。 2 储层条件控制天然气的局部富集, 其中气源条 件、 山 1 段盖层条件相似时储层 “ 甜点 ” 控气 , 即物性 越好天然气越富集, 储层中石英等有利于提高储层质 量的组分的含量越高天然气越富集; 气源条件 、 山 1 段 盖层条件均有利时 , 相对较差储层亦可成藏 。 3 陇东地 区上古生界天然气藏 的形成 与分布主 要受气源 、 盖层和储层条件三元耦合关系控制 , 局部构 造对气藏的形成与分布控制作用较弱。气源 、 盖层 和 储层条件三元耦合关系控制的天然气最佳成藏 富集区 并非三者均为最优的地区 , 而是三者最佳配置 、 相互补 偿而形成的综合有利区。 参考文献 [ 1 ] 杨华 , 刘新社.鄂 尔多斯 盆地古生界煤成 气勘探进 展 [ J ] .石油 勘探与开发 , 2 0 1 4, 4 1 2 1 2 91 3 7 . 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J i a J i n d o u, He Gu o q i , Li Ma o s o n g, e t a1.S t r u c t u r a l f e a t u r e o f b a s e m e n t i n t h e O r d o s B a s i n a n d i t s e o n tml t o P ale o z o i c f -7 ] .G e o l o g i c a l J o u r n a l o f C h i n a U n i v e r s i t i e s , 1 9 9 7, 3 2 1 7 2 6 . [ 4 ] 洪峰, 宋岩, 赵林.鄂尔多斯盆地北部天然气成藏控制因素[ J ] . 天然气工业 , 1 9 9 8 , 1 8 5 3 33 6 . Ho n g F e n g, S o n g Ya n, Z h a o Li n . C o n t r o l l i n g f a c t o r s o f g a s r e s e r v o i r f o r m a t i o n i n t h e n o r t h o f O r d o s B a s i n [ J 1 .N a t u r a l G a s I n d u s t r y , 1 9 9 8 , 1 8 5 3 3 3 6 . [ 5 ] 张文昭.鄂尔多斯盆地大油气 田形成 的主要地质规律 [ J ] .中国 矿业 , 1 9 9 9 , 8 6 37 . Z h a n g We n z h a o . Ge o l o g i c a l l a ws o f p e t r o l e u m r e s e r v o i r f o r ma t i o n in t h e O r d o s B a s i n[ J ] .C h i n e s e Mi n i n g I n d u s t r y , 1 9 9 9, 8 6 3 7 . [ 6 ] 赵林 , 夏新宇, 戴金 星 , 等.鄂尔 多斯盆 地上古 生界 天然气 富集 的主要控制 因素 [ J ] .石油实验地质 , 2 0 0 0, 2 2 2 1 3 61 3 9 . 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