王府凹陷扶余油層油氣富集規(guī)律及有利勘探區(qū)

陳方文，盧雙舫，薛海濤，王文文，肖紅

(中國石油大學(xué)(華東) 非常規(guī)油氣與新能源研究院，山東 青島，266580)

扶余油層是松遼盆地北部中—淺層的主力產(chǎn)油層之一，屬于下部含油組合[1]，是典型的上生下儲式成藏模式。目前在松遼盆地北部已發(fā)現(xiàn)了齊家、朝陽溝、頭臺、榆樹林、肇州、永樂和宋芳屯等多個以扶余油層為主的大型巖性油藏和構(gòu)造-巖性復(fù)合油藏，探明石油地質(zhì)儲量約10×108t[2]。但是由于扶余油層物性相對較差，上生下儲的成藏組合需要源巖具有一定超壓才能成為有效烴源巖使得有效烴源巖區(qū)不確定，以及扶余油層斷裂非常發(fā)育等特點(diǎn)，致使現(xiàn)今松遼盆地北部扶余油層面臨著空白區(qū)油氣勘探進(jìn)展緩慢，如何在扶余油層尋找有利探勘目標(biāo)等成為亟待解決的問題。本次研究以王府凹陷為例，該凹陷緊鄰三肇凹陷，構(gòu)造特征典型、屬于三角洲平原亞相[3-4]，油源單一，可避免其他生烴凹陷油氣來源的干擾，具有很強(qiáng)的代表性。從王府凹陷扶余油層構(gòu)造形態(tài)、有效源巖區(qū)、斷裂密集帶、斷層—砂體—地層匹配和超壓等方面分析油氣運(yùn)移、聚集特征，總結(jié)王府凹陷扶余油層油氣富集規(guī)律，優(yōu)選有利勘探目標(biāo)，為松遼盆地北部扶余油層油氣勘探和開發(fā)提供一定的借鑒作用。

1 研究區(qū)概況

圖1 所示為松遼盆地長春嶺背斜帶地層系統(tǒng)及勘探成果。王府凹陷地層由斷陷構(gòu)造層、坳陷構(gòu)造層和反轉(zhuǎn)構(gòu)造層組成，由老到新依次為下白堊統(tǒng)火石嶺組、沙河子組、營城組、登婁庫組、泉頭組；上白堊統(tǒng)青山口組、姚家組、嫩江組、四方臺組、明水組；古近系依安組；新近系大安組、泰康組等(圖1)。其中，上白堊統(tǒng)四方臺組、明水組、古近系和新近系地層在研究區(qū)內(nèi)嚴(yán)重剝蝕或缺失，剝蝕厚度200～500 m[3,5]。

王府凹陷扶余油層天然氣主要來自斷陷構(gòu)造層沙河子組煤系地層，原油則主要來源于坳陷構(gòu)造層青山口組烴源巖(圖1)[3,6]。目前已探明油氣主要位于王府凹陷北坡，含油氣層位為泉頭組泉三段上部、泉四段所對應(yīng)的楊大城子楊一油層組和扶余油層，屬于三角洲平原亞相[7-8]，分流河道砂體呈WS—NE 向展布，為油氣提供了良好的儲集空間。其上覆青山口組地層屬于深湖-半深湖相，巨厚的泥巖既是烴源巖又是區(qū)域性蓋層。王府凹陷扶余油層斷層非常發(fā)育，走向主要為NE 向和NNE 向，極少數(shù)斷穿青山口組地層[3]。

圖1 松遼盆地長春嶺背斜帶地層系統(tǒng)及勘探成果Fig.1 Stratigraphic column and oil exploration of Changchunling Anticline in Songliao Basin

2 油氣富集規(guī)律

2.1 構(gòu)造形態(tài)控制流體勢

王府凹陷的構(gòu)造形態(tài)決定著流體勢的變化趨勢，直接控制油氣二次運(yùn)移的整體方向。油氣總是沿流體勢高的部位向流體勢低的部位運(yùn)移[9-11]。王府凹陷位于松遼盆地東南隆起區(qū)的西北部，緊鄰長春嶺背斜，兩者呈現(xiàn)凹隆相鄰的構(gòu)造格局。以測井、錄井、巖心和地震解釋資料為基礎(chǔ)，結(jié)合沉積相研究結(jié)果[8]，對王府凹陷扶余油層油氣二次運(yùn)移主要路徑進(jìn)行模擬。油氣二次運(yùn)移的整體方向受構(gòu)造形態(tài)的控制，油氣由流體勢相對較高的凹陷中心向流體勢相對較低的凹陷邊緣運(yùn)移。

王府凹陷的構(gòu)造形態(tài)除了控制油氣二次運(yùn)移的整體方向外，還決定構(gòu)造型油氣藏的位置。從目前王府凹陷及周邊地區(qū)扶余油層的勘探成果來看，已探明天然氣主要分布于長春嶺背斜帶頂部和太平莊背斜，原油則分布于長春嶺背斜氣藏周邊構(gòu)造相對較低部位和朝陽溝階地(圖1)。

2.2 有效源巖區(qū)與油氣分布范圍

王府凹陷青山口組烴源巖 m(S1)/m(TOC)和m(A)/m(TOC)與深度關(guān)系如圖2 所示。青山口組烴源巖的生烴門限大約為1 000 m，在埋深為1 200 m 時開始大量生烴[3,8]。烴源巖中生成的油氣要發(fā)生初次運(yùn)移首先需要滿足源巖自身各種形式的殘留，如吸附、溶解、孔隙容留等[12-13]，尤其是烴源巖中的有機(jī)質(zhì)對大分子烴類具有更加明顯的吸附和“栓塞”作用[14]。在烴類的初次運(yùn)移中，小分子烴類更加容易從烴源巖排出、進(jìn)入儲層。通過分析王府凹陷青一段烴源巖單位質(zhì)量有機(jī)質(zhì)中殘留烴S1(以輕烴主)和氯仿瀝青A(以重?zé)N主)與深度的關(guān)系。王府凹陷青山口組烴源巖進(jìn)入生烴門限之后生烴強(qiáng)度隨深度增加而增大，烴源巖中單位質(zhì)量有機(jī)質(zhì)所殘留輕烴含量也隨深度增大而變大，在埋深超過1 200 m 之后趨于穩(wěn)定；其所殘留重?zé)N含量則一直隨埋深的增加而增大(圖2)。這種規(guī)律表明：青山口組烴源巖在埋深超過1 200 m 之后所殘留的烴類基本達(dá)到飽和并開始向外排烴，屬于有效烴源巖；埋深超過1 200 m 的烴源巖范圍為有效源巖區(qū)。目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的油藏均位于有效源巖區(qū)附近，有效源巖區(qū)制約原油聚集區(qū)域(圖1)。

2.3 斷裂密集帶控制油氣運(yùn)移

斷裂密集帶對油氣具有橫向遮擋、側(cè)向輸導(dǎo)的雙重作用[15]，斷裂密集帶橫向遮擋作用是指當(dāng)油氣的運(yùn)移方向與斷裂密集帶走向垂直或呈大角度相交時(45°～90°)，斷裂密集帶對油氣主要表現(xiàn)為遮擋作用；斷裂密集帶側(cè)向輸導(dǎo)作用是指當(dāng)油氣的運(yùn)移方向與斷裂密集帶走向一致或呈小角度相交時(0°～45°)，斷裂密集帶對油氣主要表現(xiàn)為輸導(dǎo)作用。

圖2 王府凹陷青山口組烴源巖m(S1)/m(TOC)和m(A)/m(TOC)與深度的關(guān)系Fig.2 Relationship among m(S1)/m(TOC), m(A)/m(TOC) and depth of K1qn1 source rocks in Wangfu Depression

圖3 所示為王府凹陷扶余油層斷裂密集帶控制油氣運(yùn)移。在王府凹陷扶余油層頂面共識別24 條斷裂密集帶，走向主要為NNE 和NNW 向(圖3)。其中，1～4，11 和17～19 號斷裂密集帶走向與地層傾向呈小角度相交，對油氣運(yùn)移主要表現(xiàn)為輸導(dǎo)作用，油氣沿斷裂密集帶兩側(cè)向構(gòu)造高部位運(yùn)移；9 和10 號斷裂密集帶走向與地層傾向呈大角度相交，對油氣運(yùn)移主要表現(xiàn)為遮擋作用，油氣主要在斷裂密集帶臨近生烴凹陷一側(cè)運(yùn)移和聚集。王府凹陷扶余油層油氣的優(yōu)勢運(yùn)移方向?yàn)镹NE 和SSW 方向，在王府凹陷北坡形成典型的背斜型氣頂油氣藏。王府凹陷南坡雙51、雙35 和雙50等井一線以北至凹陷中心的區(qū)域位于油氣優(yōu)勢運(yùn)移方向上，而且還具有遮擋條件阻止油氣繼續(xù)向高部位運(yùn)移，其他井區(qū)(如雙37 和雙41 井區(qū))斷裂密集帶主要表現(xiàn)為輸導(dǎo)作用，缺少遮擋條件，不利于油氣聚集成藏(圖3)。

2.4 斷層、砂體和地層匹配控制圈閉形成

在王府凹陷北坡即長春嶺背斜南翼，高部位聚集天然氣，鄰近氣藏的低部位聚集原油，屬于典型的構(gòu)造型油氣藏。在王府凹陷中心和凹陷南坡缺少構(gòu)造型圈閉，主要依靠斷層、河道砂巖和地層等三者匹配形成圈閉聚集油氣。

圖3 王府凹陷扶余油層斷裂密集帶控制油氣運(yùn)移Fig.3 Intensively faulted zone control hydrocarbon migration in Fuyu Formation of Wangfu Depression

圖4 斷層、河道砂體和地層組合方式控制油氣聚集模式Fig.4 Fault, channel sand body and strata combination modes on hydrocarbon accumulation

圖4 所示為斷層、河道砂體和地層組合方式控制油氣聚集模式。當(dāng)斷層的側(cè)向封閉性較好時可以形成遮擋條件[16]，能否形成圈閉還需看砂體展布方向、地層傾向等與斷層走向的匹配關(guān)系[17]。分析斷層的走向與傾向、河道砂體展布方向和地層傾向的不同6 種組合方式，確定主要有3 種組合方式有利于形成斷層-巖性圈閉聚集油氣(圖4)：1) 斷層走向與地層傾向呈小角度相交，而且與砂體展布方向呈大角度相交時，斷層下盤一側(cè)的砂體有利于聚集油氣；2) 斷層走向與地層傾向呈大角度相交，兩者傾向相反，而且斷層走向與砂體展布方向呈小角度相交時，斷層下盤砂體的上傾方向被斷層遮擋形成圈閉；3) 斷層走向與地層傾向呈大角度相交，兩者傾向相反，而且斷層走向與砂體展布方向呈大角度相交時，斷層下盤砂體的上傾方向被斷層遮擋形成圈閉，易于捕捉油氣。

在王府凹陷南坡雙51、雙35 和雙50 等井一線以北至凹陷中心的區(qū)域，扶余油層斷層走向與地層傾向呈小角度相交，與砂體展布方向呈大角度相交。這種組合方式有利于形成斷層-巖性圈閉捕捉油氣。在雙41、雙37、雙50 和雙深10 等井一線以南地區(qū)，扶余油層斷層走向、砂體展布方向和地層傾向三者呈小角度相交，有利于油氣向高部位運(yùn)移，由于缺少遮擋條件不利于形成圈閉聚集油氣。

2.5 超壓大小控制原油下排深度

青山口組烴源巖生成的油氣通過2 種方式運(yùn)移至下伏扶余油層[18-19]：一種是在超壓作用下油氣從青山口組烴源巖向下運(yùn)移至扶余油層；另一種是由于斷層作用上盤青山口組烴源巖與下盤扶余油層儲層對接，油氣側(cè)向運(yùn)移至扶余油層。在這2 種方式中超壓是油氣從烴源巖中排出的原始動力[20-22]，當(dāng)油氣進(jìn)入扶余油層后超壓迅速減小甚至消失，在殘余壓力作用下油氣克服自身浮力、儲層毛細(xì)管力等阻力運(yùn)移至扶余油層儲層。

圖5 所示為王府凹陷扶余油層油氣向下運(yùn)移距離與超壓的關(guān)系，圖6 所示為王府凹陷扶余油層雙38-雙33 聯(lián)井剖面及油水包絡(luò)線。利用王府凹陷160 余口井資料分析青山口組源巖中剩余壓力與原油向下運(yùn)移距離的關(guān)系，并按照井旁斷層的斷距進(jìn)行分類(圖5)。其中，剩余壓力為超壓與靜水壓力的差值，約為地層中靜水壓力的0.4 倍[23-24]。隨著剩余壓力(或超壓)增大，油底深度呈增大的趨勢，對剩余壓力和與其對應(yīng)的最大油氣向下運(yùn)移距離進(jìn)行公式擬合(圖5)，得到油氣向下運(yùn)移距離與剩余壓力的關(guān)系如下：

圖5 王府凹陷扶余油層油氣向下運(yùn)移距離與超壓的關(guān)系Fig.5 Relation of oil downward migration distance and overpressure in Fuyu Formation of Wang Depression

式中：H 為青山口組烴源巖生成油氣向下運(yùn)移的距離，m；F剩為青山口組烴源巖發(fā)生巖石破裂時的剩余壓力，MPa。

統(tǒng)計井點(diǎn)處原油向下運(yùn)移的距離均大于井旁斷層斷距，表明超壓控制扶余油層底部油水包絡(luò)面的深度。通過分析王府凹陷扶余油層EW 向的油藏剖面，確定在凹陷中心區(qū)域(雙32 井附近)油氣向下運(yùn)移距離大，而且油層數(shù)目多于凹陷邊緣(圖6)。

3 有利勘探區(qū)

按照含油盆地(或凹陷)隱蔽油藏與構(gòu)造油藏在資源總量和油氣分布上具有互補(bǔ)性的觀點(diǎn)[25]，在缺少構(gòu)造型圈閉的王府凹陷中心及凹陷南坡應(yīng)該重點(diǎn)尋找斷層-巖性油藏。有利的勘探區(qū)為11 和14 號斷裂密集帶兩側(cè)以及10 號斷裂密集帶靠近生烴凹陷一側(cè)(圖3)，該區(qū)塊具有以下有利條件：1) 位于有效源巖區(qū)內(nèi)部或附近，具有良好的油源條件；2) 11 和14 號斷裂密集帶走向與地層傾向一致，對油氣主要表現(xiàn)為側(cè)向輸導(dǎo)作用，有利勘探區(qū)位于油氣優(yōu)勢運(yùn)移方向上；3) 10 號斷裂密集帶走向與地層傾向近于垂直，對油氣主要表現(xiàn)為橫向遮擋作用，上傾方向具有遮擋條件；4) 斷層走向主要NNE 和NNW 向，砂體展布方向?yàn)镹E 向，地層傾向?yàn)镹NE 向，三者匹配有利于形成圈閉；5) 位于凹陷中心，超壓或剩余壓力相對較大，原油向下運(yùn)移距離較大，油層數(shù)目較多。

圖6 王府凹陷扶余油層雙38-雙33 聯(lián)井剖面及油水包絡(luò)線Fig.6 Section and oil-water boundary from Shuang 38 to Shuang 33 wells of Fuyu Formation in Wangfu Depression

4 結(jié)論

1) 王府凹陷扶余油層油氣富集規(guī)律為：構(gòu)造形態(tài)控制著流體勢，進(jìn)而控制油氣整體運(yùn)移方向和主要分布區(qū)域；有效源巖區(qū)范圍制約油氣分布范圍；斷裂密集帶對油氣運(yùn)移具有橫向遮擋、側(cè)向輸導(dǎo)的雙重作用；斷層走向與傾向、砂體展布方向和地層傾向的組合方式?jīng)Q定能否形成圈閉；青山口組烴源巖層超壓影響油氣向下運(yùn)移距離。

2) 王府凹陷青山口組烴源巖在埋深超過1 200 m之后所殘留的烴類基本達(dá)到飽和并開始向外排烴，埋深超過1 200 m 的烴源巖范圍為有效源巖區(qū)。

3) 王府凹陷南坡有利的勘探區(qū)為雙51、雙35 和雙50 等井一線以北至凹陷中心的區(qū)域，有利于形成斷層-巖性油氣藏。

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