根据储层成岩特征差异性判断浅层油气藏油气充注时间-以哈萨克斯坦A油田为例.pdf

第 3 1 卷第 3期 天然乞比 O I L＆G A S G E O L O G Y 2 0 1 0年 6月 文章编号 0 2 5 3 9 9 8 5 2 0 1 0 0 3 0 3 1 5一 O 6 根据储层成岩特征 差异性判 断浅层 油气藏 油气 充注 时间 以哈萨克斯坦 A油 田为例 刘 景东， 蒋有录 中国石油大学 地球资源与信息学院， 山东 青岛 2 6 6 5 5 5 摘要 传统地质分析、 储层流体包裹体和伊利石测年等方法对于浅层油气藏油气充注时间的确定， 都存在着明显的不足。 基于烃类一水一矿物之间的相互作用， 提 出了根据储层成岩特征差异性判断浅层油气藏油气充注时间的新方法， 并以哈萨 克斯坦 A油田为例 ， 应用该 方法确定 了 M一Ⅱ油层 的油气充 注 时间。分 析认为 ， 部分成 岩矿 物含量 的差异 性可 以表 征 油 气大量充注 时间的早 晚。通过分析部分 成岩矿物含量 的差 异性 ， 结合 成岩演 化序 列及埋 藏热演 化史 ， 可 以确 定 油气大量 充注 的时间。在成藏 因素分析 的基 础上 ， 结合成岩矿 物相对含 量 的变化趋势 ， 还 可 以追 踪油 气充注 方 向或 判 断油气充注 过程。 关键词 储 层成岩特 征 ； 油气充注 时间； 成岩演化 ； 浅层油气藏 中图分类号 T E l 2 2 ． 1 文献标识码 A Ti mi n g o f h y dr o c a r b o n c ha r g i n g i n s h a l l o w r e s e r v o i r s by d i f f e r e nc e s o f d i a g e n e t i c c ha r a c t e r i s t i c s o f r e s e r v o i r s a n e x a mp l e f r o m A o i l fi e l d i n Ka z a k h s t a n L i u J i n g d o n g a n d J i a n g Yo u l u C o l l e g e o f G e o r e s o u r c e s a n d I n f o r ma t i o n ， C h i n a U n i v e r s i t y o f P e t r o l e u m， Q i n g d a o ， S h a n d o n g 2 6 6 5 5 5 ， C h i n a Ab s t r a c t F o r t h e t i mi ng o f h y d r o c a r b o n c h a r g i n g i n s h a l l o w r e s e r v o i r s ， me t h o d s s u c h a s t r a d i t i o n a l g e o l o g i c a l a n a l y s i s ， f l u i d i n c l u s i o n s i n r e s e r v o i r s a n d i l l i t e d a t i n g h a v e o b v i o u s s h o r t a g e s ． Ba s e d o n t h e i n t e r a c t i o ns b e t we e n h y d r o c a r bo n s， wa t e r a n d mi n e r a l s ， t h i s pa pe r p u t s f o r wa r d a n e w me t h o d t o d e t e r mi n e h y d r o c a r b o n c h a r g i ng t i me 0 f s ha l l o w r e s e r v o i r s b y d i f f e r e n c e s o f d i a g e n e t i c c h a r a c t e r i s t i c s o f r e s e r v o i r r o c k s ．Ta ki ng t he A o i l fie l d i n K a z a k h s t a n a s a n e x a mp l e ． t h e h y d r o c a r b o n c h a r g i n g t i me f o r t h e M一 Ⅱ o i l l a y e r i s d e t e r mi n e d i n t h i s wa y ． T h e t i me o f b u l k h y d r o c a r bo n c ha r g i n g c a n b e d e t e rm i n e d t h r o u g h t h e a n a l y s e s o f d i f f e r e n c e s o f c o nt e n t o f c e r t a i n mi n e r a l s a n d i n c o mbi n a t i o n wi t h d i a g e n e t i c e v o l u t i o n a r y s e q ue n c e a nd b u r i a l t h e r ma l h i s t o ry ． On t h e b a s i s o f p o o l f o rm i n g e l e me n t a n a l y s i s ， h y d r o c a r b o n c ha r g i n g d i r e c t i o n c a n b e t r a c e d a n d h y d r o c a r b o n c h a r g i n g p r o c e s s c a n b e i de n t i fi e d wi t h r e f e r e n c e s t o t h e t r e n d o f r e l a t i v e c o n t e n t o f d i a g e ne t i c mi ne r a l s ． Ke ywo r d s d i a g e ne t i c c h a r a c t e r i s t i c s o f r e s e rvo i r s， h y d r o c a r b o n c ha r g i n g t i me， di a g e n e t i c e v o l u t i o n， s h a l l o w o i l ／ g a s po o l 油气成藏过程是成藏研究 的重要 内容 ， 不 同 时期人们对油气成藏充注研究 的手段不 同。传统 的油气藏形成时间分析主要是根据油气藏形成需 要的油气源 、 圈闭等条 件 的形成时 间以及 油藏形 成后 的饱和压力⋯ ， 常用的方法主要包括 3种 ， 即 烃源岩的主要生排烃期法、 圈闭形成期法、 油藏饱 收稿 日期 2 0 0 9 0 7 2 9 。 第一作者简介 刘景东 1 9 8 4 一 ， 男 ， 博 士研究生 ， 油气成藏机理与分布规律 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 3 1 6 石 油 与 天 然 气 地 质 第 3 1卷 和压力法。近十年来 ， 基于烃类一水一矿物之问的 相互作用 ， 流体史分析方法逐渐成为确定油气藏 形成期的主要手段 ， 依靠“ 成藏化石” 记 录方 面的 成藏期定量数据分析可以“ 示踪 ” 油气成藏期次和 过程 “ ， 如油气非均一性 、 包裹体研究 、 成岩矿 物定年和储层沥青分析等 。 上述油气成藏期 的分析方法主要针对成岩作 用较强的中深层油气藏 深度 2 0 0 0 m ， 而关于 浅层油气藏 深度 2 0 0 0 m 成藏期 的研究 尚未 见到相关论述。受构造运动影 响， 浅层油气藏油 气来源可能 为晚期生成 ， 也可能为 中深层早期油 气藏遭破坏后 的向上运移 ， 因此应用传统地质分 析方法确定浅层油气藏 的形成 时间误差 较大， 而 储层流体包裹体和 自生伊利石测年等方法受浅层 储层样品松散或砂岩粒度太大等 因素影 响， 取样 和分析的难度较大。笔者从烃类 一水一矿物之间 的相互作用出发 ， 根据储层成岩特征差异性分析， 阐述了浅层油气藏形成 时问的方法 原理 与步骤 ， 并 以哈萨克斯坦 A油 田为例 ， 应用该方法对浅层 油气藏 的形成时间进行了分析。 1 方法原理 与步骤 无论是与碎屑颗粒同期沉积或沉淀的粘土矿 物 ， 还是 埋 藏成 岩过 程 中形 成 的粘 土 矿物 ， 在成 岩 作用过程中随埋深和温度的增加以及孔隙流体介 质条件的不断变化 ， 粘 土矿物逐渐变得不稳定并 趋于向其他粘土矿物转化 。 1 高岭石 在酸性水介 质 中稳定 ， 随埋深 的 增加 ， 在富含 K 偏碱性 、 碱性溶液 中， 高岭石会逐 渐转变为伊 利石 ； 而在 富含 Mg 的偏 碱性介 质 中， 则会向绿泥石转变。 2 蒙脱石 在富含 F e 和 Mg 的水介质 中， 会转变成绿泥石／ 蒙脱石混层粘土矿物 ， 并逐渐 向 绿泥石转化； 而在富含 K 的碱性溶液介质 中， 会 通过伊利石／ 蒙脱石混层粘土 的中间状态逐渐转 变为伊利石 。 3 伊利石 最明显 的成岩变化是其结晶度 的 变化 ， 随埋藏深 度 的增 加 ， 伊 利石 的结 晶度越来 越好 。 4 绿泥石 成岩变化主要表现为 由无序 型绿 泥石随埋藏深度 的增加发生有序调整而依次向有 序型伊利石转变。 可以看出， 在富含 K ， F e n或 M g 的成岩环 境 中， 高岭石和蒙脱石逐渐 向伊利石或绿泥石转 化 。当储集层 中有烃类充注时 ， 孑 L 隙水 中无机离 子浓度降低 ， 并改变孑 L 隙水 p H值 _ 6 j ， 部分替换孔 隙水的烃类流体则阻碍矿物与离子之间的质量传 递 ， 伊利 石或绿泥石 的形 成受到抑制 。因此 根据粘土矿物中高岭石、 蒙脱石 、 绿／ 蒙混层 、 伊／ 蒙混层 、 伊利石及绿泥石 的相对含量 的变化可 以 确定油气大量充注的最早 时间。 该方法的应用主要通过以下步骤 1 对同一层位不 同钻井粘 土矿物组成 的相 对含量进行对 比， 分析烃类充注对粘土矿物转化 造成 的影 响 ； 2 分析烃类充 注层段 的泥 岩有机质成熟度 等储层成岩特征； 3 根据烃类充注层段的埋深 、 粘土矿物组成 及有机质成熟度等 指标 ， 结合研究 区的成岩演化 序列判断成岩温度 ， 即油气充注时的地层温度 ； 4 结合埋藏热演化史界定油气充注时间。 该方法简便易行 ， 而且根据粘土矿物组成 的相 对含量在平面上的变化趋势 ， 结合成藏 因素分析 ， 还可以追踪油气充注方向或判断油气充注过程。 2 实例分析 哈萨克斯坦 A油田构造形态为受走滑断层控 制并被伴生断层复杂化的背斜 ， 长轴方向为北西一 南东向， 长约 2 5 k m， 宽约 6 k m， 具有西南翼较缓 ， 东北翼较陡的构造特征 图 1 ， 该 区在 白垩纪末 经历了距今最晚的一次较强烈 的构造抬升剥蚀。 白垩系 M一Ⅱ储层为该油 田的主要含油层 ， 现今 顶 面埋 深 为 8 2 5～1 1 0 0 m， 白垩 系 剥 蚀 前顶 面埋 深为 7 5 7 ． 5～1 0 6 0 m， 以粉砂岩 、 砂岩为主 ， 分选 中等到好 ， 中等胶结 ， 棱角到次圆状 ， 以原 生粒 间 孔隙为主。下面主要根据储层成岩特征差异性对 M一Ⅱ储层的油气充注时间进行分析。 2 ． 1 储层成岩特征 1 粘土矿物组成差异性 对 A油 田A 1 2 3井 、 A 0 9 5井和 A 1 0 0井 M一Ⅱ 储层粘土矿物组成进行对 比发现 ， A1 2 3井粘土矿 物组成中伊／ 蒙混层含量较大， 占3 8 ％ ～ 4 7 ％， 蒙 脱石组 分 占 3 6 ％ ～4 3 ％， 伊利 石含量较少 ， 仅 占 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第3期刘景东，等 ．根据储层成岩特征差异性判断浅层油气藏油气充注时间 317 图1哈萨克斯坦A油田M 一 Ⅱ储层顶面构造与油气分布 F i g ．1Structu ra lcontour mapofthetopofM I I reser voirinAoil fiel dinKazak hstanwithhydrocarbondistributionm apoverlaid 7％ ～ 18％ ，高 岭石含量小图 2a；A 095 井和 A100井伊／蒙混层分别 占0 ～ 49％和10％ ～ 46％ ， 伊利石含量分别达到31％ ～ 71％和31％ ～ 61％ ， 并出现了较多的高岭石 图2b，c。可见 A123井 蒙脱石转 化程度相比 A 095井和A100井 明显偏 低，由于三口井M 一 Ⅱ储层相互连通 ，成 岩环境 一 致，粘土矿物原始组成差异性小，所以 A123井粘 土矿物转化 受 到抑 制 为后期烃 类的大量 充 注所 致。因此根据A 123井储层 成岩特 征可以判断该 油田油气的充注时间。 2 泥岩有机质成熟度 通过分析粘土矿物转化受抑制层 段泥岩有机 质成熟度等成岩特征，可以配合粘土矿物组成判 断成岩温度。对A 123井与M 一 Ⅱ储层 相邻泥岩 有机质 成 熟度 进行分 析 发现，成熟度 尺。 小于 0．37％图3，处于未熟阶段 。 2．2 油气充注时 间的界定 从上面的分析可知，A 123井M 一 Ⅱ储层具有 以下成岩特征 1 现今埋深介于1 010111 ～ 10501 TI范围； 2M II储层 相邻泥岩成熟 度为R 。小于 0．37％ ，处于未熟阶段； 3伊／蒙混 层 含 量较 大 ，占38％ ～ 4 7％ ，蒙 脱石 组分 占36％ ～ 4 3％ ，伊利石含 量较少，仅 占 7％ ～ 18％ ，高岭石含量小。 依据前人对该区成岩阶段 的划分 。 。图 4， 结合以上对储层成 岩特 征 的分析，研究认 为A 123 井M 一 Ⅱ组储层尚处于早 成岩A期，根据演化序 列，判断其成岩温度小于55℃，推测在4 5 ～ 50℃ 之间，同时结合埋藏热演化史 判断M 一 Ⅱ储层大 量烃类充注 的时间为 白垩 纪末期图5。 2．3 油气充注过程 从M 一 Ⅱ储层现今顶面构造与油气分布关系 来看，A 123井、A 095井和 A 100井均位于背 斜 构 造翼部油气边缘带图1，理论上应 具有相似的 油气充注史和矿物转化史，看似与实际成岩特征 差异 性存在矛盾。通过古构造恢复，不难 发现 A123井接近 于白垩系剥蚀前古构造的背斜高点 ， 而A 095井和A 100井则位于背斜构造翼部图6， 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 3 18石 油 与天然气地质第3 1卷 暑 越 魅 粘土矿物含量，％ 1025 1030 1035 粘土矿物含量，％ 01020 304 050 60 708 090 100 1 010 l012 1014 1 016 型 1 018 醛 1 020 1022 1 024 1 026 粘土矿物，％ 图2哈萨克斯坦A油田 M 一 Ⅱ储层粘土矿物组成特征 Fi g ．2Compositionofclaymineral sinM 一 Ⅱreser voi rinAoil field，Kazakhstan a．A123井；b．A095井；c．M OO井 E ＼毯酝 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 320 石油与天然气地质 第31卷 地 层 地 质年代 ／M a 图5哈萨克斯坦A油田A 123井热演化史及 M 一 Ⅱ储层油气充注时间 F i g ．5T h er malhistoryofA --123 w el landhydrocarbon -- chargingstagesofM I IreservoirinA oilfield，Kazak hstan 纵 向阴影 对应油气充注时间；右侧柱状 图表示现今地层剖面 J1．下侏罗统；J2也．中侏罗统 多 尚组；J2kr ．中侏罗统 卡拉甘 塞组；J3km ．上侏罗统库姆科尔组；Jsak．上侏罗统阿克沙布 拉克组；K．以下白垩统阿雷斯库姆组M 一 Ⅱ下白垩统 下达乌尔 组 K 】w 。 ；Kl“ ．下白垩统上 达乌尔 组 K 1w 。 下 白垩统卡拉沙陶组K。o；K2 ．上白垩统 3 结论 1通过烃类 一 水 一 矿物之间的相互作用分析， 认为根据储层成岩特征 差异性可以判断浅层油气 藏形成时 间，在存在较 多样品的情况下，还可以根 据成岩矿物相对含量 的变化趋势，结合油气成藏因 素分析，判断油气充注方向或油气充注过程。 2根据成岩特征差异性分析油气充注时 间 ， 首先应根据成岩矿物相对含量变化确定油气充注 对矿物转化的抑制作用，并分析其它 的成岩特征， 结合成岩演化序列分析矿物转化受抑制时 的成岩 温度，最后根据埋藏热演化史确定油气充注时间。 3浅层油气藏经历的构造旋回相对单 一 ，应 用储层成岩特征差异分析油气充注 时间具有较好 的效果。中深 层 油气藏大多经历多期构造 活动， 油气充注期次较 多，应 用该方法仅能确定油气充 注的最早时间，应用性较差，但可以配合其他方法 图6哈萨克斯坦A油田M 一 Ⅱ储层 白垩系 剥蚀前顶面构造与油气分布 Fi g ．6Structuralcontourm apofthetopofM 1 1 reservoirin Aoil fiel dofKazak hstanbefor edenudationintheCretaceous withhydrocarbondistributionm apoverlaid 综合确定油气充注 时 间。另外，该 方 法对于碳酸 盐岩储层油气充注时间的确定，还有待验证。 参考文献 1 蒋有录，查 明 ．石油天然气地质与勘探[M ] ．北京石油工业出 版社，2006 2 赵孟军，宋岩，潘文庆，等．含油气盆地成藏期分析理论和新 方 法[J] ．地球科学进展 ，2004，196939 ～ 946 3王飞宇，金之钧 ，吕修祥 ．沉 积盆地油气成藏期研究及 成藏过 程综合分析方法[J] ．地球科学进展 ，2002，175754 ～ 762 4 吕海涛，陈红汉，唐大卿，等 ．塔河 地区三叠 系油气充注幕次划分 与成藏时期确定[J] ．石油与天然气地质，2009 ，303300 ～ 309 5 姜在兴 ．沉积学[M ] ．北京石油工业出版社 ，2003 6Su rdamRC ，Cr ossl eyLJ ，H agenES ，eta1 ．Org an ic i norganicin - teractionandsandston 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