譚麗娟,郭 松

(中國(guó)石油大學(xué)地球資源與信息學(xué)院,山東青島266555)

東營(yíng)凹陷博興油田沙四上亞段灘壩砂巖油氣富集特征及成藏主控因素

譚麗娟,郭 松

(中國(guó)石油大學(xué)地球資源與信息學(xué)院,山東青島266555)

依據(jù)隱蔽油氣藏成藏機(jī)制,在總結(jié)油氣富集特征的基礎(chǔ)上對(duì)東營(yíng)凹陷博興油田沙四上亞段灘壩砂巖油氣成藏主控因素進(jìn)行研究。結(jié)果表明:沙四上亞段灘壩砂巖油氣分布具有嚴(yán)重不均一性,油氣主要集中在斷裂帶以及沉積砂體較厚的壩主體和壩邊緣相帶;主要存在斷層-巖性(物性)復(fù)合型油氣藏、物性封閉油氣藏、巖性上傾尖滅油氣藏、斷層遮擋油氣藏4種油氣藏樣式;在油源及構(gòu)造背景相似的前提下,儲(chǔ)層物性與非均質(zhì)程度成為控制該區(qū)灘壩砂油氣成藏差異性的最主要因素;油氣運(yùn)移基本通道為儲(chǔ)層連通孔隙、微層理面與層間界面,存在基本通道側(cè)向輸導(dǎo)、基本通道復(fù)合微裂隙輸導(dǎo)和基本通道復(fù)合斷裂階梯狀輸導(dǎo)3種樣式的油氣輸導(dǎo)體系,砂體展布、構(gòu)造輪廓以及斷裂體系的空間配置決定了油氣區(qū)域輸導(dǎo)指向和油氣可能富集的空間位置;成藏動(dòng)力與成藏阻力的配置對(duì)于本區(qū)油氣成藏差異性分布有一定的控制作用。

東營(yíng)凹陷;博興油田;沙四上亞段;灘壩砂巖;油氣富集特征;成藏主控因素

隨著勘探不斷深入,我國(guó)東部大部分油田已經(jīng)由構(gòu)造油氣藏勘探步入隱蔽油氣藏勘探階段,勘探難度越來越大。灘壩砂巖油氣藏勘探也逐漸成為斷陷湖盆緩坡帶勘探的新戰(zhàn)場(chǎng)。勝利油田自1965年通4井揭示沙四段灘壩砂巖含油性以來,在東營(yíng)凹陷南斜坡相繼發(fā)現(xiàn)了純化、小營(yíng)、博興等多個(gè)以灘壩砂巖為重要儲(chǔ)層的油田。東營(yíng)凹陷沙四段灘壩相儲(chǔ)層蘊(yùn)藏著巨大的油氣資源潛力[1-2],但是在勘探實(shí)踐中灘壩砂巖油氣藏的勘探成功率并不高,究其原因是對(duì)灘壩砂巖油氣藏分布規(guī)律認(rèn)識(shí)不明確,對(duì)油氣成藏規(guī)律以及油氣充注成藏機(jī)制研究不足。這些難題都嚴(yán)重制約了灘壩砂巖油氣藏的勘探開發(fā)[3-5]。筆者選擇博興油田沙四上亞段作為解剖對(duì)象,在歸納總結(jié)油氣富集特征的基礎(chǔ)上對(duì)該區(qū)灘壩砂巖儲(chǔ)層的油氣成藏主控因素進(jìn)行研究,以期加深對(duì)斷陷湖盆緩坡帶灘壩砂巖油氣成藏特征的認(rèn)識(shí)。

1 地質(zhì)概況

博興油田位于東營(yíng)凹陷博興洼陷東部,純化-草橋鼻狀構(gòu)造的南部,南臨東營(yíng)南斜坡,主體夾在兩個(gè)反向斷層(博興斷層和石村次生斷層)中間,南北方向上呈地塹狀,自西向東基本呈漸高趨勢(shì)[6]。區(qū)內(nèi)發(fā)育了多條近東西向北傾及南傾正斷層,把該區(qū)分成若干個(gè)相對(duì)獨(dú)立的區(qū)塊(圖1)。區(qū)域構(gòu)造背景和斷層的發(fā)育對(duì)該區(qū)沙四上亞段不同砂組或不同區(qū)塊的成藏和油氣富集差異性具有重要的控制作用。

圖1 博興油田沙四上亞段頂面構(gòu)造、含油范圍及石油儲(chǔ)量分布Fig.1 Structural position,oil domain and reserves of upper Es4formation in Boxing Oilfield

研究區(qū)沙四上亞段為低位-湖侵體系域的濱淺湖-半深湖相沉積,受古地貌和區(qū)域構(gòu)造輪廓的影響,濱淺湖相灘壩砂巖較為發(fā)育,縱向上主要呈砂泥巖互層狀。灘砂分布面積廣泛,而壩砂物性較好、分布范圍較局限,是油氣儲(chǔ)集的良好場(chǎng)所[7-9]。經(jīng)烴源巖研究及油源對(duì)比,區(qū)內(nèi)灘壩砂巖油藏原油與沙四上亞段烴源巖生物標(biāo)志化合物特征相符合[10-11]。宏觀上,沙四上亞段油源、灘壩儲(chǔ)層、斷裂輸導(dǎo)以及地層異常高壓等因素控制了研究區(qū)內(nèi)灘壩砂巖的油氣富集[12]。

2 油氣富集特征

博興油田沙四上灘壩砂儲(chǔ)層油氣富集條件相對(duì)復(fù)雜,屬低豐度、低產(chǎn)、中深層地質(zhì)儲(chǔ)量,油氣分布呈嚴(yán)重不均一性(圖1)。平面上,油氣主要集中在斷裂帶以及沉積砂體較厚的壩主體和壩邊緣相帶,以T83-95井區(qū)、B901區(qū)塊最富油氣;縱向上,油層往往多層疊置,呈大面積分布,但單層厚度小、橫向上變化快。各砂組平面含油部位、面積、石油儲(chǔ)量差異大,儲(chǔ)集條件較好的1砂組含油面積最大。

由于儲(chǔ)集條件整體較差,區(qū)內(nèi)沙四上亞段主要發(fā)育以儲(chǔ)集條件和構(gòu)造因素為主控因素的油氣藏?？蓜澐殖?類油藏平面樣式,分別為以斷層為最主要控藏因素的交叉斷層遮擋斷塊油氣藏,以儲(chǔ)集條件及斷層控藏的斷層-巖性復(fù)合型油氣藏,以儲(chǔ)集條件為絕對(duì)控藏因素、受斷層分割但斷層基本未起控藏作用的巖性油氣藏和遠(yuǎn)離斷層影響的孤立狀物性封閉油氣藏。根據(jù)油氣水在剖面上的產(chǎn)狀特點(diǎn)和側(cè)向遮擋條件,可區(qū)分出4種剖面油藏樣式,分別為斷層-巖性(物性)復(fù)合型油氣藏、物性封閉油氣藏、巖性上傾尖滅油氣藏和斷層遮擋油氣藏(圖2、3)。

圖2 博興油田沙四上亞段油藏樣式劃分Fig.2 Styles division of oil deposits of upper Es4formation in Boxing Oilfield

斷層-巖性(物性)復(fù)合型油氣藏是研究區(qū)最常見的一類油氣藏,油氣富集于砂層的上部,上傾方向?yàn)閿鄬诱趽?其他方向被巖性因素或物性封閉控制。若儲(chǔ)層為壩砂邊緣沉積和灘砂沉積形成的薄互層砂,一般上傾部分含油、下傾部位多為干層;若儲(chǔ)層為物性相對(duì)較好的較厚砂體,油氣源充足可使砂層整體含油,油氣充注不足則形成上部含油下傾部位為水層的典型斷層型油氣藏(圖3)。

由于儲(chǔ)層物性普遍較差,上油下水格局的典型巖性上傾尖滅油氣藏在本區(qū)并不多見,多形成上傾部位含油下傾部位為干層的巖性上傾尖滅油氣藏。若儲(chǔ)層在上傾方向出現(xiàn)夾層而分支為多個(gè)薄單層,油氣沿物性較好的薄層運(yùn)聚成藏,物性較差的薄層則成為干層(圖3)。

較差的儲(chǔ)集物性加上強(qiáng)儲(chǔ)層非均質(zhì)性可導(dǎo)致形成物性封閉油氣藏,油氣選擇性富集于儲(chǔ)層質(zhì)量較好的區(qū)域,或?yàn)闃?gòu)造高部位、或?yàn)闃?gòu)造下傾方向、或呈現(xiàn)“腰部含油”的特征,這里構(gòu)造背景對(duì)油氣聚集成藏?zé)o明顯作用,若不討論油源,儲(chǔ)層質(zhì)量是此類油氣藏形成的絕對(duì)控制因素(圖3)。

圖3 博興油田沙四上亞段油藏剖面圖Fig.3 Profiles of oil deposits of upper Es4formation in Boxing Oilfield

研究區(qū)缺乏典型的完全受控于構(gòu)造因素、含油邊界平行于構(gòu)造等高線、上傾方向被斷層遮擋、儲(chǔ)層上傾部位含油而下傾部位為水層的斷層遮擋油氣藏,但存在多斷層控制下的斷階狀斷層遮擋油氣藏組合,儲(chǔ)層多為薄互層狀,整體含油或上部含油、下傾部位為干層。油藏含油邊界多受控于儲(chǔ)集條件并呈不等高特點(diǎn),這一特征更明確地反映了儲(chǔ)集因素對(duì)于該區(qū)沙四上亞段油氣藏形成的重要性。

3 油氣成藏主控因素

3.1 儲(chǔ)集條件

博興油田沙四上亞段主要含油氣巖性為粉砂巖,其次為泥質(zhì)粉砂巖和灰質(zhì)粉砂巖(圖4)。不同巖性由于物性和泥質(zhì)、灰質(zhì)含量不同,儲(chǔ)層質(zhì)量和富油氣程度迥異,大部分為干層。粉砂巖油氣顯示較普遍,測(cè)井解釋為油層者達(dá)68.65%,錄井反映油斑、油浸級(jí)別的油氣顯示層分別占55.68%、27.02%,含油氣性較好。泥質(zhì)粉砂巖和灰質(zhì)粉砂巖油層較少。

對(duì)于單一斷塊而言,油氣富集明顯受儲(chǔ)層物性的控制,其實(shí)質(zhì)在于成藏動(dòng)力與成藏阻力的配置,這是能否成藏和導(dǎo)致油氣富集差異性的關(guān)鍵之一,儲(chǔ)層物性決定了油氣充注成藏阻力的大小,而成藏的動(dòng)力主要取決于地層壓力,成藏動(dòng)力與阻力之差越小越不利于成藏。研究區(qū)不同區(qū)塊成藏阻力差異不大,但成藏動(dòng)力有一定差異,以最富油氣的T83-C95區(qū)塊最大,B3區(qū)塊次之。縱向上0、2、4砂組成藏動(dòng)力最小,不利于成藏;3、5砂組雖成藏動(dòng)力較大,但砂體不發(fā)育,聚油氣條件亦不理想;最有利于油氣富集成藏的是1砂組,這與研究區(qū)油氣分布的現(xiàn)狀非常吻合(圖5)?？梢?相同成藏動(dòng)力下,砂巖儲(chǔ)集體物性越好,油氣越易充注,圈閉充滿度越高;反之,某些構(gòu)造條件好但砂體發(fā)育不理想的區(qū)域,可能呈現(xiàn)出不含油或含油性弱的特征非含油區(qū)。如沙四上亞段0砂組,C95-1井區(qū)為構(gòu)造高部位,構(gòu)造圈閉條件好,含油氣性卻比T85-1井區(qū)差,主要是儲(chǔ)集條件差異所致(表1)。

圖4 博興油田沙四上亞段主含油巖性含油性對(duì)比Fig.4 Oil histogram in different lithologic beds of upper Es4formation in Boxing Oilfield

為了綜合反映儲(chǔ)集條件對(duì)油氣成藏的控制作用,明確儲(chǔ)層質(zhì)量、儲(chǔ)層非均質(zhì)性與油氣富集的關(guān)系,綜合儲(chǔ)層發(fā)育程度、巖性、物性、非均質(zhì)程度等信息,建立綜合評(píng)判儲(chǔ)層質(zhì)量的參數(shù),即儲(chǔ)層質(zhì)量指數(shù)。具體方法是:選取主力小層,根據(jù)影響儲(chǔ)層質(zhì)量的各項(xiàng)因素與含油氣性的相關(guān)性分別確定權(quán)值,計(jì)算儲(chǔ)層質(zhì)量指數(shù),結(jié)合已知的油氣富集特征,探討其對(duì)油氣成藏與分布的影響[13]。針對(duì)博興凹陷的油藏特點(diǎn),考慮到具體區(qū)塊內(nèi)成巖程度、構(gòu)造背景以及油源條件等差異不大,主要選取孔隙度、滲透率(對(duì)數(shù))、泥質(zhì)含量、單砂層厚度、夾層頻率(倒數(shù))、砂地比等參數(shù)[14-15],采用波疊加原理求取儲(chǔ)層質(zhì)量指數(shù)。現(xiàn)今的儲(chǔ)層質(zhì)量與非均質(zhì)程度已經(jīng)是沉積、成巖等綜合作用的結(jié)果,因此不再特別強(qiáng)調(diào)成巖階段等因素。

圖5 博興油田沙四上亞段灘壩砂巖成藏相-勢(shì)關(guān)系對(duì)比Fig.5 Facies and potential relationship of upper Es4formation in Boxing Oilfield

表1 不同井區(qū)儲(chǔ)層非均質(zhì)參數(shù)Table 1 Reservoir heterogeneity parameters in different well fields

實(shí)際計(jì)算中,由于參數(shù)單位不統(tǒng)一,數(shù)值相差很大,故首先應(yīng)該對(duì)它們進(jìn)行歸一化處理,即將各參數(shù)的值統(tǒng)一到0～1,然后對(duì)歸一化的各參數(shù)值進(jìn)行算術(shù)平均,從而得到儲(chǔ)層質(zhì)量指數(shù),記為IRQ:

式中,λi為權(quán)系數(shù),λi∈(0,1);Xi為各參數(shù)值,Xi∈(0,1)。

儲(chǔ)層質(zhì)量指數(shù)(IRQ:index of reservoir quality)介于0～1,0代表非儲(chǔ)層,1代表高質(zhì)量均質(zhì)儲(chǔ)層,數(shù)值越大儲(chǔ)層質(zhì)量越好。研究區(qū)IRQ一般為0.25～0.65,說明儲(chǔ)層質(zhì)量以中等為主,主要含油區(qū)域的IRQ一般大于0.4。

盡管不同小層油氣富集情況各異,但同一微相儲(chǔ)層質(zhì)量相近,不同微相差異明顯,壩主體微相儲(chǔ)層質(zhì)量最優(yōu),次為壩邊緣、灘砂微相。不同小層由于沉積微相展布不同,儲(chǔ)層質(zhì)量空間分布各異,縱向上各層之間缺乏繼承性,油氣富集差異大,呈現(xiàn)較強(qiáng)的層間不均一性(圖6)。儲(chǔ)層質(zhì)量較高的地區(qū)與主要含油區(qū)較吻合,表明儲(chǔ)層質(zhì)量與含油氣性有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系,進(jìn)一步證明了儲(chǔ)層質(zhì)量是控制該區(qū)油氣成藏至關(guān)重要的因素。儲(chǔ)層質(zhì)量不僅決定了能否提供成藏儲(chǔ)集體,也決定了油氣側(cè)向輸導(dǎo)條件。在博興油田沙四上亞段,油氣富集區(qū)滿足以下條件:構(gòu)造高部位,良好油氣輸導(dǎo)條件和儲(chǔ)集條件,IRQ大于0.35。

圖6 博興油田沙四上亞段主力小層儲(chǔ)層質(zhì)量指數(shù)、含油范圍與斷裂體系疊合圖Fig.6 Index of reservoir quality,oil domain,faults of ma in sand-beds of upper Es4formation in Boxing Oilfield

平面上看,以B3井區(qū)和北部的T83-C95井區(qū)IRQ最高,也是主要的含油區(qū);縱向上,2-3小層整體質(zhì)量最好,含油范圍最大,1-4小層儲(chǔ)層質(zhì)量變化較快,儲(chǔ)層非均質(zhì)性較強(qiáng),以B8-9和B7井區(qū)為兩個(gè)高值區(qū),向四周IRQ迅速降低,從而導(dǎo)致該小層含油范圍最小。構(gòu)造背景良好的東南部累積砂厚較大,但儲(chǔ)層質(zhì)量差,且遠(yuǎn)離油源,含油性差(圖6)。

3.2 油氣輸導(dǎo)條件

油氣輸導(dǎo)體系對(duì)油氣富集程度有重要影響,也是能否成藏的關(guān)鍵。博興油田沙四上灘壩砂儲(chǔ)層以砂泥薄互層為特點(diǎn),層間界面與微層理面多,油氣側(cè)向輸導(dǎo)條件較好;裂縫、斷層是油氣縱向輸導(dǎo)的重要通道,對(duì)油氣富集的層位有一定影響[16-17]。儲(chǔ)層連通孔隙、微層理面與層間界面、微裂隙、斷層等油氣輸導(dǎo)通道組合形成3類油氣輸導(dǎo)體系樣式(圖7)。

圖7 博興油田沙四上亞段油氣輸導(dǎo)體系樣式Fig.7 Three kinds of transportation system s of upper Es4formation in Boxing Oilfield

基本通道側(cè)向輸導(dǎo)樣式主要分布于埋深不大(一般小于2.9 km)、成巖程度相對(duì)較弱、超壓不明顯、少斷層、微裂隙不發(fā)育的區(qū)域,以基本輸導(dǎo)通道(儲(chǔ)層連通孔隙、微層理面、層間界面)輸導(dǎo)油氣,油氣從有效烴源區(qū)向相鄰儲(chǔ)集層中進(jìn)行初次運(yùn)移,之后主要沿儲(chǔ)層連通孔隙和微層理面向上傾方向運(yùn)移。斷層由于遠(yuǎn)離有效烴源區(qū),基本沒有起輸導(dǎo)油氣的作用,但可以側(cè)向遮擋形成油氣藏。由于砂層薄、儲(chǔ)集物性差、非均質(zhì)性強(qiáng),很少以儲(chǔ)層連通孔隙為最主要油氣輸導(dǎo)通道,更多的是以微層理面和其他層間界面為最主要油氣輸導(dǎo)通道,易形成上油下水、油水界面基本等高的常規(guī)油藏,儲(chǔ)層質(zhì)量好的部位含油、儲(chǔ)層質(zhì)量差的部位為干層的油藏。

在某些相對(duì)較深、近油源的區(qū)域,存在一定的超壓,微裂隙較發(fā)育,除了儲(chǔ)層連通孔隙、微層理面、層間界面等基本通道外,微裂隙對(duì)油氣輸導(dǎo)有著積極的作用,以基本通道復(fù)合微裂隙輸導(dǎo)樣式為特征。微裂隙主要作用于近油源區(qū)域的短距離縱向輸導(dǎo),烴源巖生成的油氣通過微裂隙排烴直接進(jìn)入鄰近的砂層,之后通過其他基本通道側(cè)向輸導(dǎo)、運(yùn)聚成藏?；就ǖ琅c微裂隙的共同輸導(dǎo),有助于在近油源區(qū)形成巖性油氣藏、物性封閉油氣藏、斷層-巖性復(fù)合型油氣藏。

若儲(chǔ)層上傾方向遇斷層,且對(duì)盤相對(duì)置的為排替壓力較大、孔滲更低的地層,如泥質(zhì)巖層,在該泥質(zhì)巖側(cè)向封堵作用下儲(chǔ)層一側(cè)一般形成一定數(shù)量的油氣聚集;當(dāng)油氣聚集量超過斷層面及對(duì)盤封堵層能封閉的臨界高度時(shí),油氣將沿?cái)鄬用娲怪边\(yùn)移,以基本通道復(fù)合斷層階梯狀輸導(dǎo)樣式為特征。若有砂體側(cè)向銜接,可使油氣發(fā)生橫穿斷層面和沿?cái)鄬用娴倪\(yùn)移,從而形成階梯狀運(yùn)移的特征,協(xié)助形成縱向多層系油氣藏。

砂體展布、構(gòu)造輪廓以及斷裂體系等油氣輸導(dǎo)要素的空間配置決定了油氣區(qū)域輸導(dǎo)指向,直接控制了油氣可能富集的空間位置,在油氣輸導(dǎo)通道暢通的前提下,儲(chǔ)層發(fā)育較好的構(gòu)造高部位是有利的聚油氣區(qū)域。以1砂組為例,中部B8-11井區(qū)砂體發(fā)育、構(gòu)造背景理想,聚油氣條件優(yōu)越,有助于形成以構(gòu)造因素起主控作用的油氣藏(斷層油氣藏、斷層-巖性復(fù)合型油氣藏)。

研究區(qū)沙四上各砂組構(gòu)造輪廓縱向上變化不大,具有明顯的繼承性,油氣宏觀輸導(dǎo)方向基本一致,但各砂組的油氣富集程度和富集位置均差異巨大,顯然這并非構(gòu)造因素的主要貢獻(xiàn),主要取決于砂體發(fā)育情況所提供的儲(chǔ)集條件和油氣側(cè)向輸導(dǎo)條件。綜合油氣富集特點(diǎn)和油氣輸導(dǎo)體系特征,歸納博興油田沙四上亞段灘壩砂儲(chǔ)層油氣運(yùn)聚成藏模式如圖8所示。

圖8 沙四上亞段油氣運(yùn)聚成藏模式示意圖Fig.8 Sketch map of oil accumulation model of upper Es4formation

4 結(jié) 論

(1)沙四上亞段灘壩砂儲(chǔ)層油氣分布呈現(xiàn)嚴(yán)重不均一性,平面上主要集中在斷裂帶以及沉積砂體較厚的壩主體和壩邊緣相帶,縱向上油層往往多層疊置,呈大面積分布,但單層厚度小、橫向上變化快,儲(chǔ)層普遍偏干,含油邊界基本上為物性控制;主要發(fā)育以儲(chǔ)集條件或儲(chǔ)集條件-斷層為最主要控藏因素的油藏樣式。

(2)在油源條件及構(gòu)造背景相似的前提下,儲(chǔ)集條件和油氣輸導(dǎo)條件是控制博興油田灘壩砂油氣成藏差異性的最主要因素。存在基本通道側(cè)向輸導(dǎo)、基本通道復(fù)合微裂隙輸導(dǎo)和基本通道復(fù)合斷裂階梯狀輸導(dǎo)3種油氣輸導(dǎo)體系樣式。砂體展布、構(gòu)造輪廓以及斷裂體系的空間配置決定了油氣區(qū)域輸導(dǎo)指向和油氣可能富集的空間位置。

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(編輯 徐會(huì)永)

Hydrocarbon accumulation features and ma in controlling factors of beach bar sandstone in upper Es4formation
in Boxing Oilfield,Dongying depression

TAN Li-juan,GUO Song

(College of Geo-Resources and Information in China University of Petroleum,Qingdao266555,China)

Guided by the formation mechanism of subtle pools,the controlling factors of hydrocarbon accumulation were discussed in beach bar sandstone from upper Es4formation in Boxing Oilfield,Dongying depression.The results show that the hydrocarbon distribution was extremely heterogeneous.Hydrocarbon mainly concentrated in the fault belt,the main body and the edge of beach barwhich had thick sand.There developed four kinds of oil and gas pools.They are fault-lithologic reservoir,physical sealing reservoir,lithologic pinch-out reservoir and fault reservoir,respectively.On the premise of similar oil source and tectonic setting,physical feature and heterogeneity of the reservoir were the most important factors for controlling hydrocarbon accumulation.Basic migration pathways included interconnected pores,microbedding planes and layer interfaces.In the study area,three kinds of migration systems were lateral migration in basic pathway,migration in basic pathway and microcracks,step-shaped migration in basic pathway and faults.The sand body distribution,structure configuration and space allocation of fault system controlled the regional migration direction and hydrocarbon accumulation location.Moreover,the accumulation dynamics and resistance have some influence on the discrepancy of hydrocarbon occurrence.

Dongying depression;Boxing Oilfield;upper Es4;beach bar sandstone;hydrocarbon accumulation features;controlling factors of hydrocarbon accumulation

TE 122.12

A

10.3969/j.issn.1673-5005.2011.02.005

2010-10-15

國(guó)家科技重大專項(xiàng)課題(20095009-003)

譚麗娟(1968-),女(漢族),遼寧大連人,副教授,博士,主要從事石油地質(zhì)教學(xué)與研究工作。

1673-5005(2011)02-0025-07