川中高石梯—磨溪地區(qū)中二疊統(tǒng)棲霞組氣水分布特征及主控因素

任麗梅 唐 松* 王 偉 梁家駒 徐平生 李昱翰 曾思遜

1.中國石油西南油氣田公司川中油氣礦 2.油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室成都理工大學(xué)

0 引言

近年來，四川盆地中二疊統(tǒng)棲霞組勘探獲得重大突破，2012年在川西北地區(qū)棲霞組臺緣帶上ST1井鉆遇厚層孔隙型白云巖儲層，測試獲高產(chǎn)工業(yè)氣流87.6×104m3/d，掀起了四川盆地中二疊統(tǒng)棲霞組勘探的熱潮[1-7]，在此之后，川中地區(qū)也加大了對棲霞組勘探力度。川中地區(qū)棲霞組沉積相主要表現(xiàn)為開闊臺地相，儲層主要為臺內(nèi)灘相白云巖，較川西臺緣灘相白云巖儲層要薄[8-9]。盡管如此，川中高石梯—磨溪地區(qū)鉆揭棲霞組的井，普遍見到了良好的油氣顯示，GS18、GS001-X45、MX42、MX31X1以及鄰區(qū)HS4等多口井經(jīng)測試獲得了高產(chǎn)工業(yè)氣流。目前高石梯—磨溪地區(qū)棲霞組提交天然氣三級儲量689.94×108m3，展示出巨大的勘探開發(fā)潛力。

高石梯—磨溪地區(qū)棲霞組儲層以白云巖為主，發(fā)育于棲霞組中上部，即棲霞組二段，整體表現(xiàn)為低孔、特低滲特征[10]。測試和測井解釋結(jié)果表明，高石梯—磨溪地區(qū)棲霞組氣水關(guān)系復(fù)雜，控制因素不明，增加了勘探風(fēng)險，制約了其勘探進(jìn)程。筆者所在團(tuán)隊(duì)近年來針對棲霞組氣水分布特征以及控制因素持續(xù)開展研究工作，取得了一些認(rèn)識，希望能對川中地區(qū)棲霞組氣藏下一步的勘探開發(fā)部署提供一定的借鑒。

1 氣藏概況

高石梯—磨溪地區(qū)位于四川省中部遂寧市、廣安市武勝縣、重慶市潼南縣境內(nèi)，屬于四川盆地川中古隆起平緩構(gòu)造區(qū)的威遠(yuǎn)至龍女寺構(gòu)造群，東至廣安構(gòu)造，西鄰?fù)h(yuǎn)構(gòu)造，北鄰蓬萊鎮(zhèn)構(gòu)造，西南到荷包場、界石場潛伏構(gòu)造，與川東南中隆高陡構(gòu)造區(qū)相接。高石梯—磨溪地區(qū)內(nèi)二疊系構(gòu)造格局總的輪廓表現(xiàn)為由南向北傾伏的單斜，在單斜背景下發(fā)育了磨溪構(gòu)造與龍女寺構(gòu)造（圖1）。

從鉆井測試成果來看，目前所獲得工業(yè)氣流的12口井中，2口（NJ井、NS1井）在構(gòu)造圈閉范圍內(nèi)，10口（MX42井、MX31X1井、MX107井、GS18井、GS19井、GS128井、GS16井、GS001-X45井、HS4井、TT1）在構(gòu)造圈閉之外。測井解釋結(jié)果為純氣層的井在構(gòu)造圈閉內(nèi)和構(gòu)造圈閉外也均有分布。因此，天然氣的分布總的來看不嚴(yán)格受構(gòu)造圈閉所控制，表現(xiàn)出構(gòu)造-巖性氣藏的特征。

2 現(xiàn)今氣水分布特征

目前高石梯—磨溪地區(qū)棲霞組完試22口井，純氣井13口，氣水井5口，水井1口，干井3口，含水井占比27.3%。單井測試產(chǎn)量差異大，產(chǎn)氣量在0.01～161.91×104m3/d之間，產(chǎn)水量在2.2～346.8 m3/d之間，水氣比在1.6～1 369.2 m3/104m3之間。純氣井主要分布在高石梯、龍女寺地區(qū)，產(chǎn)水井分布在磨溪地區(qū)北部、以及龍女寺地區(qū)（圖1）。綜合鉆、試、測、錄等資料，認(rèn)為棲霞組氣藏不具有統(tǒng)一氣水界面，存在低部位產(chǎn)氣，高部位產(chǎn)水的現(xiàn)象，氣水關(guān)系復(fù)雜，氣水分布不嚴(yán)格受現(xiàn)今構(gòu)造控制。如MX42井棲霞組頂面海拔-4 262 m，測井解釋表明該井氣層發(fā)育，測試為工業(yè)氣井；MX117井棲霞組頂面海拔-4 225 m，該井測井解釋發(fā)育氣層和水層，測試為氣水井；而位于構(gòu)造相對高部位的MX107井，棲霞組頂面海拔-4 110 m，該井測井解釋主要發(fā)育水層，測試為含氣水井（圖1）。

圖1 高石梯—磨溪地區(qū)中二疊統(tǒng)棲霞組勘探概況圖

目前研究區(qū)的測試井主要分布在三個區(qū)域，分別是西北部構(gòu)造相對較低的MX117井區(qū)，南部構(gòu)造相對較高的GS18井區(qū)以及東部構(gòu)造居于其間的龍女寺地區(qū)，不同井區(qū)氣水分布特征分述如下。

2.1 西北部MX117井區(qū)

MX117井區(qū)位于高石梯—磨溪地區(qū)西北部，目前該區(qū)有2口測試井，均產(chǎn)水。MX103井測試僅產(chǎn)氣0.2×104m3/d，產(chǎn)水40 m3/d；MX117井測試產(chǎn)氣9.05×104m3/d，產(chǎn)水346.8 m3/d。另外從電測曲線來看，該區(qū)鉆井棲霞組白云巖儲層段電阻率總體偏低，測井解釋以水層和氣水層為主，從該區(qū)的氣藏剖面來看，由低部位向高部位，含氣性在逐漸變好，氣水分布整體上受現(xiàn)今構(gòu)造控制較為明顯（圖2）。

圖2 MX108—MX103—MX117—X127井棲霞組氣藏剖面圖

2.2 南部GS18井區(qū)

GS18井區(qū)位于高石梯—磨溪地區(qū)南部，該井區(qū)處于現(xiàn)今構(gòu)造較高部位，測試和測井解釋結(jié)果均揭示該區(qū)以氣層為主（圖3）。GS18井測試產(chǎn)氣41.74×104m3/d，GS128井測試產(chǎn)氣10.5×104m3/d，GS001-X45井測試產(chǎn)氣161.91×104m3/d，測試均不產(chǎn)水。GS18井已投入試采，截至2022年3月10日，日產(chǎn)氣 23×104m3，累產(chǎn)氣 2.32×108m3，生產(chǎn)效果好。

圖3 GS18—GS118—GS128—S119井棲霞組氣藏剖面圖

2.3 東部龍女寺地區(qū)

龍女寺地區(qū)位于高石梯—磨溪地區(qū)東部，該區(qū)氣水關(guān)系復(fù)雜，出現(xiàn)低部位產(chǎn)氣，高部位產(chǎn)水特征，該區(qū)域氣水分布受現(xiàn)今構(gòu)造控制不明顯。如MX42井與MX107井為該區(qū)的兩口測試井，MX42井測試產(chǎn)氣22.42×104m3/d，二次完井測試產(chǎn)氣46.56×104m3/d，而位于構(gòu)造相對高部位的MX107井測試卻僅產(chǎn)微氣，產(chǎn)水28.73 m3/d。位于更高部位的MX46井，測井解釋結(jié)果表明該井棲霞組僅發(fā)育水層（圖4）。

圖4 MX42-MX16-MX107-MX46井棲霞組氣藏剖面圖

3 油氣成藏演化過程

棲霞組天然氣地球化學(xué)特征表明氣源主要來源于下寒武統(tǒng)烴源巖，并表現(xiàn)出原油裂解氣的特征[11-13]，白云巖儲層孔洞中充填了大量固體瀝青，也揭示了現(xiàn)今棲霞組氣藏的形成經(jīng)歷了古油藏→古氣藏→現(xiàn)今氣藏的演化過程。棲霞組現(xiàn)今氣藏是由古油氣藏演化而來的，現(xiàn)今的氣水分布也是經(jīng)過了不斷調(diào)整并最終定型，要恢復(fù)該過程，首先需要確定古油氣藏的成藏期。成藏期是油氣運(yùn)聚成藏的時期，它是一個時間段[14]，在儲層的成巖過程中，膠結(jié)物和次生礦物形成時會捕獲流體（油、氣、水）并形成包裹體。通過測量與油氣包裹體伴生的鹽水包裹體均一溫度，結(jié)合埋藏史和演化熱史，可以確定油氣成藏時間[15-17]。

本文對研究區(qū)取心井白云巖儲層開展流體包裹體分析，共識別出了三期油氣包裹體，分別賦存在不同序列的成巖礦物之中。

第1期油氣包裹體主要發(fā)育于白云石晶粒內(nèi)，發(fā)育豐度極高（GOI約為10%±），包裹體成群分布，為呈褐色、深褐色的油包裹體，與其伴生的鹽水包裹體均一溫度峰值介于110～120 ℃。第2期油氣包裹體主要發(fā)育于白云石結(jié)晶期后，發(fā)育豐度較高（GOI約為4%～5%±），包裹體成群/帶狀分布于白云石加大邊，主要為呈褐色、深褐色的液烴包裹體，個別視域內(nèi)少量發(fā)育呈深灰色的氣烴包裹體及氣烴+鹽水包裹體，包裹體均一溫度峰值介于130～140 ℃。第3期次油氣包裹體發(fā)育于縫洞晚期充填的白云石中，發(fā)育豐度較低（GOI約為2%～3%±），見深灰色的氣烴包裹體和少量液烴包裹體，包裹體均一溫度峰值介于160 ～ 170 ℃。

結(jié)合埋藏史與熱演化史得知，棲霞組油氣充注成藏主要經(jīng)歷了3個階段：①下寒武統(tǒng)烴源巖生成的原油于中—晚三疊世沿斷層向上運(yùn)移至棲霞組白云巖中，并形成早期古油藏；②早—中侏羅世，烴源巖主要生成原油和濕氣，沿斷層向上運(yùn)移，棲霞組古油氣藏形成；③中—晚侏羅世之后，隨著棲霞組地層持續(xù)深埋，地層溫度超過160 ℃，原油逐漸裂解成干氣，并且在孔、洞、縫中形成碳質(zhì)瀝青，最終于晚侏羅世—早白堊世形成古氣藏（圖5）。

圖5 磨溪地區(qū)（MX117井）中二疊統(tǒng)棲霞組油氣成藏事件圖

表1 棲霞組白云石油氣包裹體特征與油氣成藏期次表

4 古今構(gòu)造對氣水分布的控制作用

古今構(gòu)造背景對儲層內(nèi)氣水的宏觀分布往往有著明顯的控制作用[17-21]。在對研究區(qū)地震資料解釋基礎(chǔ)上，恢復(fù)了前述棲霞組各油氣成藏期的時間域古構(gòu)造圖（圖6～9）。從各時期棲霞組頂面的構(gòu)造圖上可以看出棲霞組頂面的構(gòu)造演化具有明顯的規(guī)律性：早三疊世（雷口坡組沉積前），除了在高石梯—磨溪地區(qū)西南部和東北部發(fā)育一定幅度的構(gòu)造高點(diǎn)外，棲霞組區(qū)域構(gòu)造形態(tài)相對比較平緩（圖6）；中三疊世（須家河組沉積前），研究區(qū)東南部開始緩慢抬升，初步形成南東高，北西低的構(gòu)造格局，并沿北東-南西方向發(fā)育局部構(gòu)造圈閉（圖7）；晚三疊世（珍珠沖組沉積前），構(gòu)造繼續(xù)向南東調(diào)整，并在研究區(qū)MX42—MX39井一帶形成一條北東東走向的低隆帶，為磨溪-龍女寺構(gòu)造帶的雛形，其整體平行于構(gòu)造走向，沿低隆帶局部圈閉進(jìn)一步發(fā)育（圖8）；早侏羅世（沙溪廟組沉積前），中部低隆帶進(jìn)一步發(fā)育，已經(jīng)形成一個連續(xù)的背斜帶，在南部區(qū)域之間由一個狹長的向斜帶隔開（圖9）；燕山期晚期以來，該背斜帶幅度進(jìn)一步增大，高點(diǎn)整體向南東遷移，最終形成了現(xiàn)今的磨溪—龍女寺構(gòu)造帶。從構(gòu)造演化恢復(fù)結(jié)果來看，高石梯—磨溪地區(qū)自三疊紀(jì)以來，總體上一直表現(xiàn)為由南向北傾伏的單斜構(gòu)造，但局部地區(qū)發(fā)生了構(gòu)造遷移與調(diào)整。

圖6 高石梯—磨溪地區(qū)棲霞組頂面古構(gòu)造等T0圖（雷口坡組沉積前）

圖7 高石梯—磨溪地區(qū)棲霞組頂面古構(gòu)造等T0圖（須家河組沉積前）

圖8 高石梯—磨溪地區(qū)棲霞組頂面古構(gòu)造等T0圖（珍珠沖組沉積前）

圖9 高石梯—磨溪地區(qū)棲霞組頂面古構(gòu)造等T0圖（沙溪廟組沉積前）

西北部的MX117井區(qū)和南部的GS18井區(qū)，位于古今構(gòu)造疊合區(qū)域。MX117井區(qū)一直處于古今構(gòu)造的低部位，該區(qū)棲霞組以水井和氣水井為主。而GS18井區(qū)一直位于古今構(gòu)造的高部位，目前GS18井區(qū)棲霞組白云巖測試和測井解釋均表現(xiàn)為氣層，該區(qū)發(fā)育氣井，古今構(gòu)造疊合高部位顯然更有利于棲霞組天然氣聚集（圖1、圖6～9）。

東部的龍女寺地區(qū)，位于古今構(gòu)造遷移區(qū)。在油氣成藏期發(fā)育的東西向低隆～背斜帶有利于早期的油氣聚集，例如MX42，MX31X1等井位于該構(gòu)造之上，棲霞組測井解釋和測試均表現(xiàn)為氣層，測試產(chǎn)量高，燕山晚期以來構(gòu)造作用并沒有使得早期聚集的天然氣隨著構(gòu)造遷移而徹底調(diào)整，這與致密灰?guī)r在側(cè)向上形成遮擋有關(guān)。位于現(xiàn)今構(gòu)造更高部位的MX107井和MX46井均發(fā)育水層。從油氣成藏期的古構(gòu)造圖上來看，MX107井和MX46井位于向斜帶內(nèi)，不利于早期油氣聚集，現(xiàn)今構(gòu)造也不發(fā)育，未能捕獲晚期調(diào)整的天然氣（圖10）?？偟膩砜?，在構(gòu)造遷移區(qū)，除了現(xiàn)今構(gòu)造以外，古構(gòu)造對氣水分布也具有明顯的控制作用。

圖10 MX42井區(qū)棲霞組油氣成藏演化圖

5 結(jié)論

1）高石梯—磨溪地區(qū)中二疊統(tǒng)棲霞組氣藏單井測試產(chǎn)量差異大，不具有統(tǒng)一氣水界面，存在低部位產(chǎn)氣，高部位產(chǎn)水的現(xiàn)象，氣水關(guān)系復(fù)雜，氣水分布不嚴(yán)格受現(xiàn)今構(gòu)造控制，表現(xiàn)為構(gòu)造—巖性氣藏的特征。研究區(qū)西北部的MX117井區(qū)以氣水井和含氣水井為主，氣水層發(fā)育；研究區(qū)南部的GS18井區(qū)以工業(yè)氣井為主，純氣層發(fā)育；研究區(qū)東部的龍女寺地區(qū)氣井、含氣水井均發(fā)育，氣水關(guān)系尤為復(fù)雜。

2）結(jié)合油氣包裹體與熱演化史分析認(rèn)為，高石梯—磨溪地區(qū)棲霞組油氣充注成藏主要經(jīng)歷了三個階段：①下寒武統(tǒng)烴源巖生成的原油于中—晚三疊世沿斷層向上運(yùn)移至棲霞組白云巖中，形成早期古油藏；②早—中侏羅世，下寒武統(tǒng)烴源巖主要生成原油和濕氣，沿斷層向上運(yùn)移，棲霞組古油氣藏形成；③中—晚侏羅世之后，隨著棲霞組地層持續(xù)深埋，地層溫度超過160℃，原油逐漸裂解成干氣，并且在孔、洞、縫中形成碳瀝青，最終于晚侏羅世—早白堊世形成古氣藏。

3）結(jié)合氣水分布和構(gòu)造演化得知，高石梯—磨溪地區(qū)棲霞組儲層中的氣水分布受古構(gòu)造和現(xiàn)今構(gòu)造的共同控制。在古今構(gòu)造疊合區(qū)，構(gòu)造高部位以氣層為主，構(gòu)造低部位水層、氣水層均發(fā)育；而對于古今構(gòu)造遷移區(qū)，油氣成藏期古構(gòu)造對氣水分布具有明顯的控制作用，古構(gòu)造相對高部位棲霞組普遍發(fā)育氣層，測試獲高產(chǎn)工業(yè)氣流。該成果認(rèn)識對中二疊統(tǒng)棲霞組下一步的勘探開發(fā)決策能提供一定的借鑒。