馬朗凹陷致密油藏?zé)N源巖評價(jià)及油源分析

劉俊田，卿 忠，張 品，韓潤凈，師效飛

(中國石油吐哈油田分公司，新疆 哈密 839009)

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馬朗凹陷致密油藏?zé)N源巖評價(jià)及油源分析

劉俊田，卿 忠，張 品，韓潤凈，師效飛

(中國石油吐哈油田分公司，新疆 哈密 839009)

三塘湖盆地馬朗凹陷二疊系條湖組發(fā)育大型沉凝灰?guī)r致密油藏，油藏具有中高孔、特低滲、高含油飽和度的特征。通過系統(tǒng)的有機(jī)地球化學(xué)分析，對二疊系烴源巖進(jìn)行了評價(jià)，對油源進(jìn)行了精細(xì)對比。分析認(rèn)為，該區(qū)存在蘆草溝組二段泥巖、條湖組二段泥巖及沉凝灰?guī)r3套烴源巖。蘆草溝組二段泥巖有機(jī)質(zhì)豐度、類型及成熟度優(yōu)于條湖組二段泥巖及沉凝灰?guī)r，是該層系油氣的主力烴源巖，條湖組二段的泥巖、沉凝灰?guī)r對條湖組致密油藏亦有貢獻(xiàn)，多層系生烴為石油的聚集成藏提供了良好的油源。綜合評價(jià)認(rèn)為，圍繞蘆1—馬56區(qū)塊外緣，古構(gòu)造背景較緩，垂向輸導(dǎo)斷裂較發(fā)育，是區(qū)域擴(kuò)展的有利勘探區(qū)帶。

烴源巖評價(jià)；油源對比；致密油；條湖組；馬朗凹陷；三塘湖盆地

0 引 言

隨著全球油氣資源需求量的增加及非常規(guī)油氣勘探的進(jìn)展，致密油氣勘探已成為國內(nèi)外又一個(gè)新的熱點(diǎn)[1-2]，近10 a來，美國致密油氣勘探取得了革命性的進(jìn)展，使得美國油氣對外依存度大幅下降。同時(shí)致密油氣研究在中國也開展了大量工作，已成為油氣增儲上產(chǎn)的重要領(lǐng)域。2012年，馬朗凹陷的馬55井在中二疊統(tǒng)條湖組二段火山碎屑巖儲層中試油壓裂獲得12.7 t/d的工業(yè)油流，之后相繼在馬56、蘆1和馬58H等井相同層位獲得突破，首次在三塘湖盆地發(fā)現(xiàn)了沉凝灰?guī)r致密油藏。目前關(guān)于該油藏?zé)N源巖評價(jià)和油氣來源存在不同的觀點(diǎn)和認(rèn)識[3-4]，普遍認(rèn)為條湖組二段沉積時(shí)期發(fā)育了一套淺湖—半深湖相優(yōu)質(zhì)烴源巖。此外，火山噴發(fā)后期火山灰“空降”水中形成的凝灰?guī)r富含有機(jī)質(zhì)，共同奠定了該油藏的物質(zhì)基礎(chǔ)[5]。利用烴源巖巖心和原油樣品，從有機(jī)地球化學(xué)的角度探討馬朗凹陷條湖組和蘆草溝組不同巖性烴源巖的生烴潛力，厘清了該油藏多層系生烴特征和油源關(guān)系，以期指導(dǎo)該地區(qū)致密油藏的勘探和生產(chǎn)。

1 地質(zhì)概況

三塘湖盆地位于西伯利亞板塊南部邊緣，南以克拉美麗—麥欽烏拉縫合帶與哈薩克斯坦板塊及準(zhǔn)噶爾盆地東北部緊鄰。其在地質(zhì)歷史時(shí)期整體屬于大陸邊緣活動帶，構(gòu)造活動相當(dāng)復(fù)雜[6]。馬朗凹陷是三塘湖盆地的一個(gè)二級構(gòu)造單元，二疊紀(jì)屬于板內(nèi)斷陷盆地，自下而上發(fā)育蘆草溝組和條湖組地層，其中條湖組沉積期為濱淺湖—半深湖相，火山活動活躍，發(fā)育厚層火山碎屑巖構(gòu)造。目前發(fā)現(xiàn)的沉凝灰?guī)r致密油藏主要位于條湖組二段地層，鉆井揭示，該套地層分布較廣，平均厚度約為150 m；蘆草溝組沉積期主要為灰泥發(fā)育的咸水—微咸水湖相。該套地層沉積范圍大，分布穩(wěn)定。

勘探研究證實(shí)，條湖組致密油藏具有以下特征：①儲層巖性特殊，為沉凝灰?guī)r；②儲層巖心分析孔隙度平均為16.1%，滲透率平均為0.24×10-3μm2，具有中高孔、特低滲特征；③巖心壓汞曲線上排驅(qū)壓力大，平均為3.92 MPa，最大進(jìn)汞飽和度普遍高于90%，反映了小孔隙和微細(xì)孔喉的特征；④壓裂前地層不供液，或者僅見少量油花及低產(chǎn)油流，壓裂后可獲得工業(yè)油流，油藏類型屬于致密油范疇[5]。

2 烴源巖評價(jià)及油源分析

2.1 烴源巖評價(jià)

2.1.1 有機(jī)質(zhì)豐度

通過對蘆1—馬56區(qū)塊9口井采集的121個(gè)樣品進(jìn)行地球化學(xué)實(shí)驗(yàn)分析可知：馬朗凹陷條湖組二段泥巖樣品TOC為0.18%～4.77%，平均為2.19%，生烴潛量為0.04 ～22.00 mg/g，平均為3.17 mg/g；氯仿瀝青“A”含量大于0.01%，主峰介于0.01%～0.05%之間，總體屬于中等—差烴源巖；蘆草溝組二段泥巖樣品TOC為0.01%～18.79%，平均為3.87%；生烴潛量為0.01～186.33 mg/g，平均為26.23 mg/g；氯仿瀝青“A”含量為0.01%～3.46%，平均為0.32%，總體屬于優(yōu)質(zhì)烴源巖。

條湖組二段底部沉凝灰?guī)r為致密油儲層段，對6口井的樣品進(jìn)行抽提處理后發(fā)現(xiàn)，該沉凝灰?guī)r段樣品抽提前后TOC變化較大，抽提前TOC為2.75%～7.79%，平均為5.11%，抽提后TOC為0.15%～5.62%，平均為2.21%(表1)，抽提后TOC明顯小于抽提前，總體屬于中等—差烴源巖。

表1 條湖組二段沉凝灰?guī)r抽提前后烴源巖TOC對比

2.1.2 有機(jī)質(zhì)類型

巖石中的氫指數(shù)(HI)反映有機(jī)質(zhì)來源和類型。根據(jù)巖石樣品熱解氫指數(shù)—最大裂解溫度(Tmax)關(guān)系進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果表明：馬朗凹陷條湖組二段上部泥巖樣品氫指數(shù)低，普遍小于300 mg/g，有機(jī)質(zhì)類型較差，以Ⅱ2型和Ⅲ型為主(圖1a)；沉凝灰?guī)r樣品抽提后氫指數(shù)多數(shù)樣品介于100～600 mg/g，有機(jī)質(zhì)類型較好，以Ⅱ型為主(圖1b)；蘆草溝組二段泥巖樣品氫指數(shù)高，普遍大于400 mg/g，有機(jī)質(zhì)類型好，以Ⅰ—Ⅱ1型為主(圖1c)。

圖1 二疊系不同類型烴源巖HI-Tmax關(guān)系對比

2.1.3 有機(jī)質(zhì)成熟度

沉積巖中有機(jī)質(zhì)豐度和類型是生成油氣的物質(zhì)基礎(chǔ)，但是有機(jī)質(zhì)只有達(dá)到一定的熱演化階段才能開始大量生烴。在烴源巖的演化過程中，烴源巖中有機(jī)質(zhì)的物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)都發(fā)生相應(yīng)的變化，并且這一過程是不可逆的，因而可以應(yīng)用有機(jī)質(zhì)的某些物理性質(zhì)和化學(xué)組成的變化特點(diǎn)來判斷有機(jī)質(zhì)熱演化程度，劃分有機(jī)質(zhì)演化階段。目前普遍采用的是鏡質(zhì)體反射率、巖石熱解參數(shù)演化等方法評價(jià)有機(jī)質(zhì)成熟度[8]。

Ro隨溫度或埋藏深度增加而有規(guī)律性的增加。對采集樣品實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果表明：馬朗凹陷條湖組二段上部泥巖的實(shí)測Ro為0.4%～1.0%，73%的樣品Ro為0.6%～0.8%；沉凝灰?guī)r實(shí)測Ro為0.5%～1.0%，；蘆草溝組二段泥巖實(shí)測Ro為0.6%～1.0%。

巖石熱解作為烴源巖評價(jià)的常規(guī)方法，不僅可以用于評價(jià)有機(jī)質(zhì)豐度和類型，同時(shí)也是劃分烴源巖成熟度界限的有效方法之一。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明：馬朗凹陷條湖組二段泥巖Tmax為435～450 ℃；沉凝灰?guī)rTmax為435～445 ℃，說明成熟度總體較低；蘆草溝組二段泥巖Tmax為435～450 ℃，說明成熟度適中(表2)。綜合Ro及Tmax評價(jià)結(jié)果認(rèn)為，馬朗凹陷條湖組二段泥巖、沉凝灰?guī)r處于低成熟—成熟早期階段，而蘆草溝組二段泥巖處于低熟—成熟階段。

表2 二疊系不同類型烴源巖Tmax分布

2.2 油源分析

2.2.1 生物標(biāo)志特征

通過生物標(biāo)志及碳同位素分析開展油源對比，分析條湖組致密油氣來源[9]。通過對馬56井二疊系烴源巖及原油飽和烴色質(zhì)譜圖進(jìn)行研究，結(jié)果表明：①條湖組二段泥巖生標(biāo)特征表現(xiàn)為，姥植比較低(0.9～1.4)，γ-蠟烷含量較低，不含β-胡蘿卜烷，三環(huán)萜烷含量相對較高，Ts小于Tm，孕甾烷含量大于升孕甾烷含量，規(guī)則甾烷呈不對稱“V”字型分布；②蘆草溝組二段泥巖生標(biāo)特征表現(xiàn)為，姥植比較低(0.85～1.25)，γ-蠟烷、β-胡蘿卜烷含量較高，三環(huán)萜烷含量較低，Ts小于Tm，孕甾烷和升孕甾烷含量較低，規(guī)則甾烷呈“上升”型分布(C28含量較高)；③條湖組二段沉凝灰?guī)r抽提30 h后熱模擬生成的原油生標(biāo)特征為：姥植比在1左右，含較高的γ-蠟烷，規(guī)則甾烷近似反“L”型分布(C28含量較低)；④條湖組原油生標(biāo)特征為姥植比為0.9～1.2，γ-蠟烷、β-胡蘿卜烷含量較高，Ts小于Tm，孕甾烷、升孕甾烷含量較低，規(guī)則甾烷呈“上升”型分布。

生物標(biāo)志綜合分析認(rèn)為，馬朗凹陷條湖組原油主要來源于蘆草溝組二段烴源巖，與條湖組二段烴源巖差異大。

2.2.2 碳同位素特征

通過分析馬55、馬56、蘆1等8口井烴源巖及原油的碳同位素特征(圖2)，結(jié)果表明：條湖組、蘆草溝組原油組分碳同位素較輕，普遍小于-30‰，與蘆草溝組二段烴源巖相近；條湖組泥巖組分碳同位素較重，普遍大于-30‰，與原油差別較大。條湖組致密油與蘆草溝組二段烴源巖相關(guān)性好，存在一定的親緣關(guān)系，條湖組、蘆草溝組原油均主要來自于蘆草溝組二段烴源巖，因此，條湖組沉凝灰?guī)r致密油藏屬于源外型致密油藏。此外，沉凝灰?guī)r抽提后熱模擬生成的原油組分碳同位素部分低于-30‰。綜合分析沉凝灰?guī)r生標(biāo)特征以及碳同位素特征認(rèn)為，條湖組二段沉凝灰?guī)r烴源巖為致密油藏提供了一定油氣。

圖2 二疊系原油與烴源巖碳同位素對比

3 條湖組致密油藏形成條件及區(qū)帶優(yōu)選

3.1 條湖組致密油藏形成條件

油源對比表明，條湖組油氣主要來自下部蘆草溝組二段，蘆草溝組二段烴源巖、輸導(dǎo)斷裂的分布及其之間的匹配關(guān)系決定了條湖組沉凝灰?guī)r致密油藏的勘探方向。

3.1.1 蘆草溝組二段烴源巖平面分布

綜上所述，馬朗凹陷蘆草溝組二段烴源巖TOC值主要分布在0.01%～18.79%，S1+S2普遍大于4 mg/g，氯仿瀝青“A”普遍大于0.1%。鉆井證實(shí)，目前鉆遇的蘆草溝組二段烴源巖厚度普遍大于50 m，平面上表現(xiàn)為南厚北薄的特點(diǎn)，在南部邊界斷裂附近，厚度最大可達(dá)350 m。

3.1.2 輸導(dǎo)斷裂及裂縫特征

輸導(dǎo)斷裂是溝通下部烴源巖與上部沉凝灰?guī)r致密儲層的通道，其分布直接影響到油氣是否能夠成藏。鉆探結(jié)果表明，條湖組油氣顯示豐富的井，附近均發(fā)育溝通蘆草溝組和條湖組的垂向輸導(dǎo)斷裂，且條湖組內(nèi)部發(fā)育眾多的次級斷裂，這些斷裂均為油氣的垂向運(yùn)移提供了良好的通道。此外，條湖組沉凝灰?guī)r屬于中酸性沉凝灰?guī)r，硅質(zhì)含量較高，容易形成裂縫，鉆井取心均顯示沉凝灰?guī)r含油段裂縫十分發(fā)育，裂縫中基本都含油，裂縫縫面傾角較陡，以高角度縫為主。

3.1.3 源—輸導(dǎo)—沉凝灰?guī)r的空間配置關(guān)系

研究表明，蘆草溝組二段烴源巖在馬朗凹陷均有發(fā)育，牛圈湖、馬中地區(qū)厚度較大，目前均處于低熟—成熟演化階段，條湖組二段沉凝灰?guī)r沉積在北部地區(qū)剝蝕，目前殘留厚度較大的主要分布在牛圈湖、馬中地區(qū)。受印支—燕山期構(gòu)造運(yùn)動的影響，溝通蘆草溝組和條湖組的斷裂為油氣的垂向運(yùn)移提供了良好的通道。條湖組二段沉積后期，主要為正常的陸源碎屑沉積，凝灰質(zhì)泥巖和泥巖發(fā)育，分布廣泛，對油氣起到很好的封蓋作用。因此，良好的源—輸導(dǎo)—沉凝灰?guī)r空間匹配關(guān)系形成了條湖組沉凝灰?guī)r油氣的富集。

3.2 條湖組致密油藏區(qū)帶評價(jià)與優(yōu)選

影響條湖組致密油成藏[10-15]的因素主要有古構(gòu)造背景、沉積環(huán)境、烴源巖分布、斷裂發(fā)育程度、凝灰?guī)r分布等，由于馬朗凹陷蘆草溝組二段烴源巖厚度大，廣泛發(fā)育，沉積范圍遠(yuǎn)大于條湖組二段沉凝灰?guī)r地層的殘余范圍，因此，評價(jià)馬朗凹陷條湖組沉凝灰?guī)r致密油藏有利區(qū)帶主要取決于3個(gè)方面：①半深湖—淺湖沉積環(huán)境，寬緩的構(gòu)造背景；②沉凝灰?guī)r發(fā)育區(qū)，上部有凝灰質(zhì)泥巖或泥巖覆蓋；③具有溝通蘆草溝組二段烴源巖和條湖組二段沉凝灰?guī)r的斷裂。結(jié)合該區(qū)儲層的評價(jià)成果及致密油勘探實(shí)踐，建立了條湖組沉凝灰?guī)r致密油藏區(qū)帶評價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)(表3)。

表3 條湖組沉凝灰?guī)r致密油藏區(qū)帶評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)將馬朗凹陷劃分為3類有利區(qū)(圖3)。其中，Ⅰ類有利區(qū)分布在蘆1—馬56區(qū)塊，該區(qū)沉凝灰?guī)r儲層孔隙度為15%～35%，烴源巖TOC為4%～8%，古構(gòu)造背景幅度寬緩，垂向輸導(dǎo)斷裂發(fā)育，馬56、馬58H、蘆1等井均獲得了工業(yè)油流，是精細(xì)勘探的主要區(qū)帶。

圖3 馬朗凹陷條湖組致密油藏有利區(qū)分布

Ⅱ類有利區(qū)分布于Ⅰ類有利區(qū)外緣，該區(qū)沉凝灰?guī)r儲層孔隙度為10%～15%，烴源巖TOC為2%～4%，古構(gòu)造背景幅度較緩，垂向輸導(dǎo)斷裂較發(fā)育，是區(qū)域擴(kuò)展的勘探區(qū)帶。

Ⅲ類有利區(qū)呈長條狀分布于Ⅱ類有利區(qū)外緣，該區(qū)沉凝灰?guī)r儲層孔隙度小于10%，古構(gòu)造背景幅度較陡，垂向輸導(dǎo)斷裂不發(fā)育，雖然蘆草溝組烴源巖厚度較大，但因缺少斷裂疏導(dǎo)溝通，導(dǎo)致條湖組二段沉凝灰?guī)r段難以成藏，為潛在的勘探區(qū)帶。

4 結(jié) 論

(1) 馬朗凹陷條湖組二段泥巖有機(jī)質(zhì)豐度整體較低，總有機(jī)碳含量平均為2.19%，有機(jī)質(zhì)類型為Ⅱ2—Ⅲ型；沉凝灰?guī)r有機(jī)質(zhì)豐度中等，總有機(jī)碳含量平均為1.74%，有機(jī)質(zhì)類型以Ⅱ型為主，熱演化程度均處于低熟—成熟早期，綜合評價(jià)為中等—差烴源巖；蘆草溝組二段泥巖有機(jī)質(zhì)豐度整體高，總有機(jī)碳含量平均為3.87%，有機(jī)質(zhì)類型為Ⅰ—Ⅱ1型，熱演化程度均處于低熟—成熟階段，綜合評價(jià)為好烴源巖。

(2) 原油與烴源巖的生物標(biāo)志及碳同位素對比表明，條湖組致密油主要來自下部蘆草溝組二段烴源巖，條湖組二段的泥巖、沉凝灰?guī)r為條湖組致密油藏提供了一定油氣。

(3) 綜合評價(jià)認(rèn)為，馬朗凹陷條湖組致密油藏存在3類有利區(qū)，呈環(huán)帶分布，圍繞蘆1—馬56區(qū)塊外緣，古構(gòu)造背景較緩，垂向輸導(dǎo)斷裂較發(fā)育，是區(qū)域擴(kuò)展的有利勘探區(qū)帶。

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編輯 朱雅楠

20150507；改回日期：20151026

國家科技重大專項(xiàng)“巖性地層油氣藏成藏規(guī)律、關(guān)鍵技術(shù)及目標(biāo)評價(jià)”(2011ZX05001-002-004)；中國石油天然氣股份公司“新疆大慶”重大科技專項(xiàng)“中小型疊合盆地石油地質(zhì)條件整體評價(jià)及勘探技術(shù)研究”(2012E-34-04)

劉俊田(1970-)，男，高級工程師，1993年畢業(yè)于中國石油大學(xué)(華東)石油地質(zhì)勘查專業(yè)，現(xiàn)主要從事石油地質(zhì)綜合研究工作。

10.3969/j.issn.1006-6535.2015.06.008

TE345

A

1006-6535(2015)06-0035-05