陸東凹陷致密油形成條件及資源潛力探討

王延山，董崟昊，陳乃申，王群一，鄭曉旭

(1.中油遼河油田分公司，遼寧 盤錦 124010;2.長江大學(xué)，湖北 武漢 430100)

引 言

陸東凹陷位于內(nèi)蒙古通遼市，是遼河油田外圍的一個中生代凹陷，其走向為北東向，面積約為1820 km2。自1983年開展油氣勘探工作，截至2013年年底，共完成二維地震6767 km，完成三維地震1273 km2，完鉆探井72口，僅上報探明石油地質(zhì)儲量1592×104t，資源探明率較低。完鉆探井幾乎每口井都見到熒光以上級別油氣顯示，但僅27口井(其中部分井采取酸化、壓裂措施)獲工業(yè)油流。探井成功率較低，分析認為儲層致密、滲透率較低是制約探井成功率的關(guān)鍵。陸東凹陷九佛堂組儲層致密，是否具備致密油形成條件，發(fā)育規(guī)模致密油有待探究。致密油是指以吸附或游離狀態(tài)賦存于與生油巖互層或緊鄰的致密碎屑巖或者碳酸鹽巖儲層中，未經(jīng)過大規(guī)模長距離運移的石油聚集[1]，一般無自然產(chǎn)能，需要通過大規(guī)模壓裂技術(shù)才能形成工業(yè)產(chǎn)能。致密層的物性界限確定為地面空氣滲透率小于1×10－3μm2、地下覆壓滲透率小于0.1 ×10－3μm2[2]。交38 井在1831.5～1852.5 m井段壓裂后獲日產(chǎn)2.88 m3/d工業(yè)油流，該井段測井解釋孔隙度為9% ～14%，滲透率多數(shù)小于1×10－3μm2，屬于致密油范疇。

1 區(qū)域地質(zhì)特征

陸東凹陷具有典型的斷坳雙層結(jié)構(gòu)。斷陷期發(fā)育白堊系下統(tǒng)義縣組、九佛堂組、沙海組、阜新組火山碎屑巖建造，坳陷期發(fā)育上白堊統(tǒng)碎屑巖沉積[3]。斷陷期沉積主要受東南邊界斷層長期發(fā)育活動控制，沉降幅度大，沉積巖巨厚，構(gòu)造面貌具有南斷北超、南陡北緩的單斷箕狀特征。南部陡岸帶發(fā)育近岸水下扇沉積體系，北部緩坡帶發(fā)育辮狀河三角洲沉積體系，湖盆中心部位發(fā)育重力流濁積扇[4]。坳陷期發(fā)育上白堊統(tǒng)濱淺湖相和河流相沉積。凹陷可進一步劃分為東南陡岸帶、西北緩坡帶和中央洼陷帶。

2 致密油形成條件

2.1 富有機質(zhì)烴源巖

陸東凹陷斷陷期發(fā)育的九佛堂組、沙海組和阜新組是主要生油層系[5]。九佛堂組下段為大套灰色凝灰質(zhì)砂巖、粉砂巖和深灰色凝灰質(zhì)泥巖互層[6];上段為灰褐色油頁巖與深灰色泥巖互層，夾薄層砂巖。沙海組下部為深灰色泥巖夾油頁巖、鈣質(zhì)粉砂巖;上部為灰色泥巖、粉細砂巖不等厚互層。阜新組下部為深灰色泥巖與長石砂巖、巖屑砂巖互層;上部以深灰色泥巖為主，夾長石砂巖、砂礫巖。各組巖石組合特征反映了沉積環(huán)境由九佛堂時期的半深湖、深湖至沙海組沉積時的淺湖、半深湖，再到阜新時期的濱淺湖環(huán)境的演化。沉積環(huán)境的差異決定烴源巖豐度和品質(zhì)的不同，深水環(huán)境形成的烴源巖要好于淺水環(huán)境形成的烴源巖。烴源巖測試指標(表1)表明了九佛堂組烴源巖有機質(zhì)豐度、類型遠優(yōu)于沙海組和阜新組烴源巖，按照中國陸相生油巖質(zhì)量定級標準，已達到最好烴源巖級別。

表1 陸東凹陷烴源巖綜合評價

烴源巖鏡質(zhì)體反射率(Ro)等參數(shù)研究表明，阜新組和沙海組烴源巖基本處在未成熟—低成熟演化階段，九佛堂組烴源巖主體處于成熟演化階段。全巖定量分析表明九佛堂組烴源巖鈣質(zhì)含量較高，在成熟階段有利于烴類排出[7]。

綜合分析認為，九佛堂組烴源巖厚度為200～500 m，分布面積約1000 km2，其有機質(zhì)豐度高(TOC＞2%)，類型好(主要為Ⅰ、Ⅱ1型)，并且主體處于成熟演化階段，是陸東凹陷優(yōu)質(zhì)烴源巖。此套優(yōu)質(zhì)烴源巖能夠為九佛堂組致密砂巖儲集體提供充足的油源。

2.2 致密儲層

陸東凹陷致密儲層主要發(fā)育在下白堊統(tǒng)九佛堂組。九佛堂組沉積時期，受構(gòu)造演化和格局控制，凹陷東南側(cè)陡坡帶發(fā)育近岸水下扇、扇三角洲沉積體系，西北側(cè)緩坡帶發(fā)育辮狀河三角洲沉積體系，湖盆中央為半深湖—深湖亞相沉積，發(fā)育重力流濁積扇和三角洲前緣沉積(圖1)。儲層主要為碎屑巖。

圖1 陸東凹陷九佛堂組沉積相

碎屑巖主要為巖屑砂巖。巖屑含量高，主要為中酸性噴出巖屑。石英、長石含量低，一般為0～20%。表明砂巖具有很低的成分成熟度，顯示以近物源的快速沉積為主要特征[8]。

九佛堂組砂巖成分成熟度低，受成巖自生伊利石等黏土礦物和碳酸鹽膠結(jié)物的影響，儲層物性較差。

巖心物性分析資料顯示(表2)，僅凹陷南側(cè)交南地區(qū)近岸水下扇扇中亞相和東南側(cè)前河地區(qū)扇三角洲前緣亞相物性較好，孔隙度為10% ～25%，空氣滲透率一般大于1×10－3μm2;而南側(cè)近岸水下扇扇端亞相、東南側(cè)前扇三角洲亞相和西北側(cè)緩坡帶扇三角洲之前緣、前扇三角洲亞相以及半深湖—深湖濁積扇亞相巖石較為致密，孔隙度一般為8% ～20%，空氣滲透率小于1 ×10－3μm2，屬于致密儲層范疇。儲集空間主要為粒間孔和粒內(nèi)溶孔。

表2 陸東凹陷九佛堂組儲層孔、滲統(tǒng)計

2.3 源儲緊密接觸

九佛堂沉積時期主要受南側(cè)斷層控制，凹陷西北側(cè)緩坡帶發(fā)育的扇三角洲前緣致密砂體沉積與半深湖—深湖區(qū)發(fā)育的致密濁積砂體縱、橫向復(fù)合疊加形成數(shù)個平行于湖岸線展布的大型復(fù)合濁積砂巖堆積群。其被夾持在九佛堂組優(yōu)質(zhì)烴源巖之中或與優(yōu)質(zhì)烴源巖緊鄰(圖2)，具有“近水樓臺先得月”的優(yōu)勢，并且洼陷區(qū)烴源巖成熟度高，生烴強度大，生成的油氣經(jīng)過短距離運移便可聚集成藏。

圖2 陸東凹陷九佛堂組聯(lián)井剖面

3 致密油資源潛力

3.1 致密油有利區(qū)

參照致密油評價要素及參考標準，筆者主要考慮烴源巖有機碳豐度、成熟度和致密儲層分布范圍等因素，采用三圖疊合法評價致密油有利區(qū)。有機碳下限值取2%，成熟度(Ro)下限值取0.6%，三圖疊合結(jié)果確定了九佛堂組上段致密油有利區(qū)面積約393 km2(圖3)，九佛堂組下段致密油有利區(qū)面積約448 km2(圖4)。

圖3 九佛堂組上段致密油有利區(qū)

圖4 九佛堂組下段致密油有利區(qū)

3.2 致密油資源潛力

致密油資源潛力預(yù)測方法有資源豐度類比法、EUR(最終可采儲量)類比法和小面元容積法等[9]。前2種方法使用前提是有可類比的“樣板”，目前國內(nèi)致密油研究成果還不能夠提供類比“樣板”，不適合本次致密油資源預(yù)測。從儲備資料看，小面元容積法較適合用于陸東凹陷致密油資源預(yù)測。

小面元容積法計算公式:

式中:Q為致密油資源量，104t;A為有利區(qū)面積，km2;H為儲層厚度，m;Cf為石油充滿系數(shù)，%;φ為有效孔隙度;Sw為原始含水飽和度;ρoi為地面原油密度，t/m3;Boi為原始原油體積系數(shù);SNF為石油單儲系數(shù)，104t/(km2·m)。

在系統(tǒng)分析研究上述參數(shù)基礎(chǔ)上，預(yù)測出陸東凹陷致密油資源量為2.6×108t，其中九佛堂組上段為1.1×108t，九佛堂組下段為1.5×108t。

3.3 資源潛力置信度分析

陸東、陸西凹陷分別是陸家堡坳陷的一個次級負向構(gòu)造單元，陸東凹陷位于東部，陸西凹陷位于西部。分析對比二者基本石油地質(zhì)條件和勘探成果，將對陸東凹陷致密油資源潛力有較為明確的認識。

從油氣地質(zhì)條件來看，相同之處:二者皆為斷坳雙重地質(zhì)結(jié)構(gòu)，沉積充填層序皆為白堊系，主力烴源巖為九佛堂組，烴源巖品質(zhì)相近，烴源巖熱演化程度大體相當(dāng)，主要勘探目的層為九佛堂組，沉積體系為扇三角洲—湖相沉積，沙海組為區(qū)域蓋層;不同之處:陸東烴源巖面積約為陸西的2.5倍，烴源巖厚度約為陸西的1.5倍，生烴量約為陸西的2倍，陸東儲層物性相對較差。除儲層物性較差外，陸東凹陷其他石油地質(zhì)條件遠優(yōu)于陸西凹陷。從勘探成果來看，二者勘探程度大致相當(dāng)，陸西凹陷探明石油地質(zhì)儲量約為5000×104t，近期又發(fā)現(xiàn)了日產(chǎn)量超過百噸的井，儲量仍有較大增長勢頭。對比分析認為，陸東凹陷2.6×108t的資源量比較可信。

目前陸東凹陷僅探明石油地質(zhì)儲量約為1500×104t，常規(guī)油氣勘探前景并不樂觀，陸東凹陷九佛堂組油氣顯示普遍，陸參2、交41、河17、建17等30余口井油氣顯示活躍，但由于其鉆遇儲層致密，試油效果不好。如陸參2井在九佛堂組1635～2047 m井段熒光顯示107.5 m/8層、油斑19.5 m(9層)、油浸10 m(3層)，油氣顯示段占砂巖厚度的87.5%，常規(guī)試油在 1923.8～1955.0 m井段獲0.81 t/d低產(chǎn)油流;建17井在九佛堂組1212～1900 m井段熒光顯示234.5 m(57層)、油跡60 m(20層)、油斑72 m(21層)，九佛堂組砂巖幾乎都見油氣顯示，常規(guī)試油在1383.2～1395.2 m井段獲0.76 t/d低產(chǎn)油流，水力泵排液獲3.55 m3/d油流。引進致密油氣勘探開發(fā)理念，這些致密儲層里的油氣一定能獲得解放。

4 結(jié)論

(1)陸東凹陷九佛堂組烴源巖有機質(zhì)豐度高、類型好、處于成熟熱演化階段，且分布廣泛具有廣覆式發(fā)育特點，能夠為致密砂巖成藏提供充足的油源。

(2)九佛堂組儲層物性分析資料顯示，凹陷南側(cè)陡岸帶近岸水下扇扇端亞相、前扇三角洲亞相、西北緩坡帶扇三角洲前緣、前扇三角洲亞相以及洼陷帶濁積扇亞相巖石較為致密，孔隙度一般為8%～20%，空氣滲透率小于1 ×10－3μm2，屬于致密儲層范疇。

(3)九佛堂組致密儲層與優(yōu)質(zhì)烴源巖緊鄰或被優(yōu)質(zhì)烴源巖夾持，具有致密油近距離運聚成藏特征。

(4)在統(tǒng)計儲層厚度、石油充滿系數(shù)、有效孔隙度等參數(shù)基礎(chǔ)上，應(yīng)用小面元容積法預(yù)測致密油資源量約為2.6×108t，展示了巨大勘探潛力。

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