準(zhǔn)噶爾盆地紅車斷裂帶巖性地層油氣藏勘探新思路

陳 軒,張昌民,張尚鋒,張利萍

(1.中國(guó)石油天然氣股份有限公司勘探開發(fā)研究院提高石油采收率國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京100083;2.長(zhǎng)江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院,湖北荊州434023; 3.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)能源學(xué)院,北京100083)

準(zhǔn)噶爾盆地紅車斷裂帶巖性地層油氣藏勘探新思路

陳 軒1,2,張昌民2,張尚鋒2,張利萍3

(1.中國(guó)石油天然氣股份有限公司勘探開發(fā)研究院提高石油采收率國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京100083;2.長(zhǎng)江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院,湖北荊州434023; 3.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)能源學(xué)院,北京100083)

從沉積層序與油氣成藏的關(guān)系出發(fā),在河流-三角洲沉積體系中,提出了“富砂之外找貧砂,貧砂之內(nèi)找富砂”的巖性地層油氣藏勘探新思路。運(yùn)用該思路并結(jié)合層序地層理論和相關(guān)目標(biāo)評(píng)價(jià)技術(shù),在準(zhǔn)噶爾盆地紅車斷裂帶三疊系克拉瑪依下亞組河流相中,認(rèn)為中期旋回M SC2為有利的“貧砂”層系,在該層系中高彎曲指數(shù)的河道砂體為有利的“富砂”目標(biāo),針對(duì)目標(biāo)提交了紅山4井并獲得工業(yè)油流;同樣在新近系沙灣組三角洲沉積相中,認(rèn)為三級(jí)層序NSQ2中的湖侵體系域?yàn)橛欣摹柏毶啊睂酉?層系中的三角洲前緣水下分流河道砂體為有利“富砂”目標(biāo),針對(duì)目標(biāo)提交車89井并獲得油氣突破。這一思路指出了“貧砂”地層也是巖性地層油氣藏發(fā)育的重要場(chǎng)所,對(duì)我國(guó)陸相巖性地層油氣藏勘探具有一定的實(shí)踐意義。

河流;三角洲;層序地層;巖性地層油氣藏;紅車斷裂帶;準(zhǔn)噶爾盆地

近年來,我國(guó)巖性地層油氣藏勘探已經(jīng)取得了豐碩的成果,它不僅是勘探老區(qū)后備儲(chǔ)量的主要勘探對(duì)象,也是新區(qū)勘探不可忽視的重要目標(biāo),因此它在我國(guó)油氣勘探中的重要性也就不言而喻。我國(guó)許多專家學(xué)者從陸相巖性地層油氣藏的形成要素、成藏特征、分布規(guī)律以及勘探技術(shù)等方面作了大量卓有成效的工作[1～3]。隨著勘探認(rèn)識(shí)的深入,成巖相變化帶、負(fù)向構(gòu)造帶、坡折帶、超覆帶與巖性地層油氣藏緊密相關(guān),這些理論及經(jīng)驗(yàn)已經(jīng)逐漸被大家認(rèn)可[4～10]。本文從沉積層序與成藏關(guān)系的角度出發(fā),介紹一種“富砂之外找貧砂,貧砂之內(nèi)找富砂”的勘探思路,并用來指導(dǎo)準(zhǔn)噶爾盆地紅車斷裂帶巖性地層油氣藏的勘探。

1 “富砂之外找貧砂,貧砂之內(nèi)找富砂”的提出

層序地層理論的成功實(shí)踐為巖性地層油氣藏勘探提供了關(guān)鍵的理論支持。在河流沉積環(huán)境中,高可容納空間下發(fā)育的彎曲河道砂巖與河泛泥巖互層,可以形成有利的巖性地層圈閉[11,12];在三級(jí)層序中,低位體系域內(nèi)發(fā)育的湖底扇、下切河谷與首次湖泛面組合,可以形成有利的巖性地層圈閉[13];湖侵體系域中退積的三角洲前緣砂體與湖相泥巖互層,形成好的儲(chǔ)蓋組合;最大湖泛面上下的砂巖透鏡體以及高位體系域中加積-進(jìn)積作用形成的砂泥互層,也是有利的勘探對(duì)象[13]。通過沉積層序研究,發(fā)現(xiàn)河流和三角洲沉積環(huán)境中發(fā)育的巖性地層圈閉都有一個(gè)共性,即都存在一個(gè)砂泥百分含量比較低的環(huán)境,表現(xiàn)為泥砂互層或泥包砂。而在巖性地層圈閉油氣成藏的研究中,我們都肯定一個(gè)基本的石油地質(zhì)理論,即砂泥互層的環(huán)境最有利于油氣充注和保存[14]。因此,綜合巖性地層圈閉的層序發(fā)育特征與油氣成藏效率之間的關(guān)系,提出了“富砂之外找貧砂,貧砂之內(nèi)找富砂”的勘探思路。

2 “富砂之外找貧砂,貧砂之內(nèi)找富砂”的理解

對(duì)于同一個(gè)沉積體系而言,所謂砂體“貧富”,它只是一個(gè)相對(duì)概念。河流沉積體系中辮狀河砂巖百分含量相對(duì)高,就可以理解為“富砂”,曲流河砂巖百分含量相對(duì)較低,即可認(rèn)為是“貧砂”;而在三角洲沉積體系中,隨著牽引流在沉積過程中發(fā)生沉積分異作用,沉積能量逐漸減弱,泥巖含量逐漸增加。因此,三角洲平原砂巖百分含量相對(duì)高于三角洲前緣砂巖百分含量,故可以把三角洲平原理解為“富砂”層系,而把三角洲前緣理解為“貧砂”層系。因此“貧砂富砂”只是一種相對(duì)概念在不同沉積體系中的應(yīng)用,它包括以下兩層含義。

1)“富砂之外找貧砂”,即優(yōu)選層系。理解為在同一個(gè)沉積體系中,進(jìn)行層序地層等時(shí)格架對(duì)比,優(yōu)選砂巖百分含量相對(duì)低的層系。在河流沉積體系中,河流彎曲指數(shù)一般與砂巖百分含量成反比,因此具有中-高彎曲指數(shù)的河流沉積層系可以理解為“貧砂”層系。在一個(gè)長(zhǎng)期基準(zhǔn)面旋回中,基準(zhǔn)面上升的初期和下降的晚期,基準(zhǔn)面位置低,沉積水動(dòng)力強(qiáng),一般發(fā)育辮狀河沉積[15～17],該類型河道砂體非常發(fā)育,屬于“富砂”范疇。這種砂體連片分布,連通性好,油氣充注后,非常容易沿著砂體通道滲流,以致散失,不利于巖性地層圈閉成藏;而在基準(zhǔn)面上升到最高點(diǎn)附近,可容納空間大,沉積水動(dòng)力較弱,一般發(fā)育曲流河沉積[15～17](圖1),該沉積層系砂體欠發(fā)育,屬于“貧砂”范疇。在三角洲沉積體系中,三角洲前緣砂巖百分含量低于三角洲平原砂巖百分含量,即可以認(rèn)為三角洲前緣所在層系是“貧砂”層系。這種層系頻繁發(fā)生砂泥互層,是巖性地層油氣藏理想的發(fā)育場(chǎng)所。

2)“貧砂之內(nèi)找富砂”,即優(yōu)選目標(biāo)。理解為在“貧砂”的層系中尋找砂體“富集”的目標(biāo)。在河流“貧砂”層系中,優(yōu)選連通性相對(duì)較差的孤立河道、廢棄河道、決口扇等“富砂”目標(biāo),這些砂體在局部富集,橫向連通性較差,油氣充注后,有利于油氣保存,為理想的目標(biāo)。在三角洲的“貧砂”層系中,優(yōu)選三角洲前緣河道砂、席狀砂、河口砂壩等砂體,該類型砂體一般與生油巖互層接觸,只要有一定的儲(chǔ)集空間,就比較容易成藏。

圖1 基準(zhǔn)面旋回變化過程中河道砂體分異模式Fig.1 Differentiation model of channel sand during cyclic changes in the base level

3 “富砂之外找貧砂,貧砂之內(nèi)找富砂”的應(yīng)用

3.1 在河流沉積體系中的應(yīng)用

準(zhǔn)噶爾盆地紅山嘴油田紅29井三維工區(qū)位于紅車斷裂與克百斷裂的交接帶,東鄰瑪湖凹陷和沙灣凹陷,西靠近扎伊爾山(圖2),主要發(fā)育石炭系、三疊系、侏羅系?？碧綄?shí)踐表明,中三疊統(tǒng)發(fā)育的克拉瑪依下亞組和克拉瑪依上亞組是該區(qū)產(chǎn)油氣的主力層位[18]。

圖2 準(zhǔn)噶爾盆地紅車斷裂帶區(qū)域位置Fig.2 Location of the Hong-Che fault belt,the Junggar Basin

圖3 準(zhǔn)噶爾盆地紅車斷裂帶紅73井河流沉積綜合柱狀圖Fig.3 The generalized columnar section of fluvial deposits in Hong-73 well in the Hong-Che fault belt of the Junggar Basin

1)層位優(yōu)選。通過對(duì)研究區(qū)取心井的巖心觀察資料、測(cè)井資料、分析化驗(yàn)資料及沉積背景資料的研究,認(rèn)為在紅車斷裂紅山嘴地區(qū)中三疊統(tǒng)主要發(fā)育河流沉積體系。克拉瑪依上亞組主要發(fā)育厚層灰色砂礫巖夾中薄層褐色泥巖,克拉瑪依下亞組主要巖性特征為褐色、灰褐色泥巖與灰色砂巖、砂礫巖不等厚互層。克拉瑪依上亞組為辮狀河流沉積,克拉瑪依下亞組泥質(zhì)含量高,為低-中彎度河流沉積(圖3),因此依據(jù)“富砂之外找貧砂”的原則,克拉瑪依下亞組為巖性地層油氣藏發(fā)育的有利層位。結(jié)合前人的研究成果,將中三疊統(tǒng)克拉瑪依下亞組劃分為一個(gè)長(zhǎng)期基準(zhǔn)面旋回,在一個(gè)長(zhǎng)期基準(zhǔn)面旋回內(nèi)研究巖性地層圈閉,顯然研究精度還不夠。因此必須繼續(xù)將克拉瑪依下亞組長(zhǎng)期基準(zhǔn)面旋回進(jìn)行精細(xì)刻畫,繼續(xù)優(yōu)選更高級(jí)次的“貧砂”層系。運(yùn)用高分辨率層序地層原理,將克拉瑪依下亞組劃分出三個(gè)中期基準(zhǔn)面旋回(MSC1,MSC2,MSC3),并以中期旋回為單位進(jìn)行對(duì)比,解釋層序格架內(nèi)砂體分布情況,發(fā)現(xiàn)中期旋回MSC2砂體欠發(fā)育,砂體連通性較差(圖4),符合“富砂之外找貧砂”的層系優(yōu)選規(guī)律,最終將該中期旋回作為有利的目標(biāo)層系。

2)目標(biāo)優(yōu)選。在高分辨率層序地層格架內(nèi),分析中期旋回M SC2內(nèi)沉積相帶展布特征,優(yōu)選砂體相對(duì)富集區(qū)域,實(shí)現(xiàn)“貧砂之中找富砂”。對(duì)比表明,中期旋回M SC2位于長(zhǎng)期基準(zhǔn)面旋回上升到最高位置附近,此時(shí)可容納空間大,沉積水動(dòng)力較弱,河流的彎度指數(shù)較高,泥質(zhì)的泛濫平原沉積物廣泛發(fā)育,孤立的河道砂、廢棄河道砂和決口扇砂為“富砂”的目標(biāo)體。

考慮到該區(qū)油氣來源于二疊系烴源巖,經(jīng)不整合面和斷層側(cè)向運(yùn)移至三疊系河流儲(chǔ)層中成藏。因此,河流巖性圈閉確定后,還得將斷層分布情況考慮進(jìn)來,最終確定巖性-斷層圈閉為該區(qū)最為有利的目標(biāo)。綜合分析沉積、構(gòu)造、地震屬性、油氣源等相關(guān)信息,確定了孤立河道砂體為儲(chǔ)集體的巖性-斷層圈閉,提交紅山4井探井一口(圖5),鉆探結(jié)果在中期旋回M SC2層段獲得8.7 m3/d的工業(yè)油流。

圖4 準(zhǔn)噶爾盆地紅車斷裂帶克拉瑪依下亞組河流相砂體對(duì)比Fig.4 Co rrelation of fluvial sands in the 1stmember of the Triassic Karamay Fo rmation of the Hong-Che fault belt,the Junngar Basin

圖5 準(zhǔn)噶爾盆地紅39三維區(qū)克拉瑪依下亞組M SC2中期旋回沉積相平面與斷層疊合圖Fig.5 Plane view of the sedimentary facies of MSC2,with faults overlaid,in the Triassic Karamay Formation in the Hong-39 3D acreage of the Hong-Che fault belt,the Junggar Basin

3.2 在三角洲沉積體系中的應(yīng)用

車排子凸起位于準(zhǔn)噶爾盆地紅車斷裂帶西部,構(gòu)造區(qū)劃上屬于準(zhǔn)噶爾盆地西部隆起,南緊鄰四棵樹凹陷,向東以紅車斷裂帶與昌吉凹陷以及中拐凸起相接(圖2)。車排子凸起是一個(gè)海西晚期形成且長(zhǎng)期繼承性發(fā)育的古凸起,凸起上大部分缺失二疊系、三疊系、侏羅系。新近系沙灣組由東南向西北逐漸變薄,沉積相主要為淺水辮狀河三角洲和濱淺湖[19]。

1)層位優(yōu)選。鉆井揭示沙灣組下部為一套厚層灰色砂礫巖夾薄層紅色泥巖的三角洲平原沉積,中上部轉(zhuǎn)變?yōu)榛疑皫r與褐色泥巖互層的三角洲前緣沉積(圖6)。因此依據(jù)“富砂之外找貧砂”的原則,確定中上段為有利層系。依據(jù)上述河流相的研究經(jīng)驗(yàn),該層系厚度太大,也難以滿足巖性地層油氣藏勘探的精度需求,還得繼續(xù)優(yōu)選更適合的“貧砂“層系。通過取心井分析,結(jié)合測(cè)井、地震研究成果,將新近系沙灣組劃分為兩個(gè)三級(jí)層序,即下段的層序NSQ1、中上段的層序NSQ 2,每個(gè)層序又劃分出湖侵體系域(TST)和高位體系域(HST),通過三級(jí)層序體系域的對(duì)比,分析層序格架內(nèi)砂體展布特征,發(fā)現(xiàn)層序NSQ2湖侵體系域發(fā)育了一套三角洲-湖泊沉積建造,砂體相對(duì)欠發(fā)育,連通性較差(圖7),符合更高級(jí)次的“富砂之外找貧砂”的層位優(yōu)選規(guī)律,因此將該層序NSQ2湖侵體系域作為有利的目的層位。

圖6 準(zhǔn)噶爾盆地紅車斷裂帶車94井沙灣組三角洲沉積綜合柱狀圖Fig.6 Generalized columnar section of delta deposits in the Che-94 well in the Shawan Fo rmation of the Hong-Che fault belt,the Junngar Basin

圖7 準(zhǔn)噶爾盆地紅車斷裂帶沙灣組三角洲相砂體對(duì)比Fig.7 Co rrelation of sandbody of delta facies in the Shawan Formation of the Hong-Che fault belt,the Junngar Basin

2)目標(biāo)優(yōu)選。通過層序地層對(duì)比表明,層序NSQ2湖侵體系域時(shí)期,隨著湖平面上升,砂體的單層厚度向上逐漸變薄,連通性變差,泥質(zhì)含量逐漸增高,水下分流河道被大套的湖相泥巖包圍,屬于“貧砂中的富砂”目標(biāo),可以作為有利對(duì)象(圖8)。

圖8 準(zhǔn)噶爾盆地紅車斷裂帶沙灣組過車89井目標(biāo)體振幅剖面Fig.8 Amp litude section crossing the target in Che-89 well in the Shawan Fo rmation of the Hong-Che fault belt,the Junngar Basin

綜合層序、沉積、地震、構(gòu)造和油氣運(yùn)移等方面資料,在地震剖面上確定差連續(xù)強(qiáng)振幅的反射層為有利目標(biāo)(圖8),該目標(biāo)可以解釋為泥包砂的“貧砂”層系。因此提交車89井探井一口,并在層序NSQ2湖侵體系域水下分流河道砂體中試油獲得45.9 m3/d工業(yè)油流。

4 模式總結(jié)

通過提出“富砂之外找貧砂,貧砂之內(nèi)找富砂”的勘探思路,再將它成功應(yīng)用于準(zhǔn)噶爾盆地紅車斷裂帶河流與三角洲沉積環(huán)境巖性地層油氣藏的勘探實(shí)踐中,總結(jié)出了準(zhǔn)噶爾盆地紅車斷裂帶層序格架內(nèi)巖性地層油氣藏的分布模式(圖9)。該模式表明,在一個(gè)三級(jí)層序(或長(zhǎng)期基準(zhǔn)面旋回)內(nèi),有利的巖性地層油氣藏主要發(fā)育在與湖泛面相關(guān)的“貧砂”層系中,此時(shí)的基準(zhǔn)面相對(duì)較高,沉積水動(dòng)力弱,河流和三角洲環(huán)境中發(fā)育的砂體孤立于泥質(zhì)巖中,該類砂體連續(xù)性差,油氣充注后不易散失,有利于形成巖性地層油氣藏。河流砂體因遠(yuǎn)離油氣源,不整合面和斷層是巖性地層圈閉成藏的關(guān)鍵因素,因此河流沉積環(huán)境中應(yīng)該首選巖性-斷層型復(fù)合圈閉作為有利勘探對(duì)象。

圖9 準(zhǔn)噶爾盆地紅車斷裂帶巖性-地層油氣藏發(fā)育模式Fig.9 Development model of lithologic-stratigraphic reservoirs in the Hong-Che fault belt,the Junngar Basin

5 結(jié)束語

開展層序地層學(xué)研究是尋找?guī)r性地層油氣藏的有效方法[6,10]。但在實(shí)際勘探中巖性地層油氣藏的識(shí)別還比較困難[3],表現(xiàn)在目標(biāo)砂體厚度往往小于地震垂向分辨率、地質(zhì)反射異常體邊界時(shí)常模糊不清、砂體上傾方向遮擋條件難以確定;弄清油氣成藏條件還比較困難;成藏機(jī)理還存在爭(zhēng)議?；谶@些困難,筆者在總結(jié)國(guó)內(nèi)外巖性地層油氣藏勘探經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上提出了“富砂之外找貧砂,貧砂之內(nèi)找富砂”的勘探思路,并將該思路運(yùn)用于準(zhǔn)噶爾盆地紅車斷裂帶河流與三角洲沉積環(huán)境的勘探中,取得了一定的效果,是一次理論與實(shí)踐的成功結(jié)合。這種思路從沉積層序的角度,定性的指導(dǎo)了巖性地層油氣藏勘探,但對(duì)于高精度的巖性地層油氣藏勘探來說,做到這一點(diǎn)還遠(yuǎn)不夠。在不同的沉積體系中,油氣進(jìn)入圈閉的臨界物性條件和溫壓條件,“富砂”和“貧砂”的準(zhǔn)確界限,以及不同類型砂體的成藏特征等,在這些方面還得做深入的研究。

致謝:本文在研究過程中一直得到長(zhǎng)江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院3RG研究組全體老師的鼎力支持和悉心幫助,在此表示誠(chéng)摯的謝意。感謝中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院趙宗舉老師提出了非常有價(jià)值的修改意見。

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(編輯 張亞雄)

A new approach to the exploration of lithologic-stratigraphic reservoirs in the Hong-Che fault belt,the Junggar Basin

Chen Xuan1,2,Zhang Changm in2,Zhang Shangfeng2and Zhang Liping3
(1.State Key Laboratory of Enhanced Oil Recovery,PetroChina Research Institute of Petroleum Exp loration and Development,Beijing 100083,China; 2.College of Geosciences,Yangtze University,Jingzhou,Huibei 434023,China;3.School of Energy Resources,China University of Geosciences,Beijing 100083,China)

Based on the relationship between sedimentary sequences and reservoir formation,the author puts forward a new approach to exploration of lithologic-stratigraphic reservoirs in the fluvial-delta sedimentary systems-“to look for intervalswith low net-to-gross ratio outside a facieszonewith high net-to-gross ratio,and to look for reservoirswith relatively high net-to-gross ratio within intervalswith low net-to-gross ratio”.In combination with sequence stratigraphic theoriesand relevant target-evaluation techniques,this new approach is used to identify reservoirs in the 1stmember of the Triassic Karamay Formation in the Hong-Che fault belt in Junggar Basin.It is believed that themiddle cycle-MSC2 is the favorable“l(fā)ow net-to-gross ratio interval”,in which the channel sandswith high curvature index are the favorable“exploration targetswith relatively high net-to-gross ratio”.The exploration well(Hongshan-4)targeting at these channel sandswas drilled and flowed commercialoil.Meanwhile,for the delta deposits in the Neogene Shawan Formation,it is believed that the transgressive system tracts in the third-order sequence-NSQ2-are the favorable“l(fā)ow net-to-gross ratio interval”,in which the underwater distributary channel sands at delta front are considered to be the“exploration targetswith relatively high net-to-gross ratio”.The exploration well(Che-89)targeting at these sandstoneswas drilled and obtained discoveries.This indicates that,intervalswith low net-to-gross ratio also can have well-developed lithologic-stratigraphic reservoirs.This new approach isof significance to exploration of lithologic-stratigraphic reservoirs in the terrestrial strata in China.

river,delta,sequence stratigraphy,lithologic-stratigraphic reservoir,Hong-Che fault belt,Junggar Basin

(高巖摘自《石油商報(bào)》)

TE121.3

A

0253-9985(2010)04-0420-08

2010-05。

陳軒(1983—),男,博士研究生,沉積層序。

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(40602013,40572078)。