鄂尔多斯盆地中南部直罗组油气成藏条件分析

鄂尔多斯盆地中南部直罗组油气成藏条件分析赵逸1,李杰2,罗小蓉3,冷丹凤1,陈立军1,王彩霞1
(1.延长油田勘探开发技术研究中心,陕西延安716000;2.长庆油田分公司第一采气厂,
陕西延安716000;3.中国石油集团测井有限公司吐哈分公司,新疆哈密839009)摘要:为了探讨鄂尔多斯盆地中南部直罗组油气成藏条件,利用测井㊁岩芯㊁分析化验等资料对研究区油源㊁储盖层㊁运移条件与成藏动力等成藏要素进行研究,结果表明:直罗组源-储配置样式为间隔式(跨越式)接触,油藏的油源来自三叠系延长组长7烃源岩,研究区内烃源岩分布广,发育厚度较大,有机质丰度高㊁类型好,且已达到成熟演化阶段,属于好的生油岩㊂良好的盖层条件加之以河流相沉积为主发育的较厚河道砂体,形成了多套良好的互层式储盖组合㊂油气在剩余压力和浮力的驱动下下沿基底活化断层㊁高角度裂缝和叠置渗透砂体体向上运移㊁聚集㊁调整,最终形成了 下生上储 远源成藏模式㊂
关键词:直罗组;成藏条件;成藏模式;伊陕斜坡;鄂尔多斯盆地
中图分类号:P618.130.2文献标识码:文章编号:1006-7981(2020)10-0116-06
引言
研究区地处鄂尔多斯盆地伊陕斜坡中南部,区
内构造简单㊂众所周知,盆地内油气资源丰富,中
生界主要发育了两套含油层系 三叠系延长组与
侏罗系延安组,但随着勘探和研究的不断深入,石
油开采已进入中后期,后备资源匮乏,寻找新的接
替层系迫在眉睫[1-3]㊂近年来,鄂尔多斯盆地中南部油气勘探开发取得了重要的进展,中侏罗统直罗
组在不同的区块有油气的重大发现:在研究区西部
的油坊庄㊁贺圈㊁罗庞塬㊁白马崾岘㊁铁边城㊁张峪岔
六个区块的2口探井㊁21口开发井直罗见到油气显示,其中17口井获得油流,日产最高的达18.5t/d,一般都在10~18t/d之间,产量高,含水低㊂在研究区南部,黄陵的店头㊁彭镇㊁焦坪和旬邑的庙湾㊁彬县和麟游的钻孔揭示油浸砂有气味,水浸后见油膜㊂并且在富县矿业芦村一号煤矿的马头门底板处也出现渗油现象,最大渗油范围长约3.5m,高约1m㊂总体上直罗组油气发现点多㊁埋藏浅,个别井勘探开发效益高,有望成为延长油田增储上产的接替层系㊂但目前直罗组勘探程度十分薄弱,直罗组油藏的成藏条件不明,制约了进一步的勘探部署,鉴于此,笔者在前人研究基础上,利用测井㊁录井㊁试油㊁岩芯㊁薄片㊁分析化验等资料,从油源供给㊁储盖层㊁运移条件㊁成藏动力等多个方面,系统分析研究区直罗组油藏的成藏条件,建立油气成藏模式,在为下一步的精细勘探和开发提供科学㊁可靠的地质依据㊂
1油源特征
1.1油源对比
对于直罗组这一新发现的油层组来说,油源问题一直备受争议,但大多数学者经过研究认为直罗组原油主要来源于上三叠统延长组湖相腐泥型烃源岩[4-8]㊂针对直罗组油源的争议,笔者对直罗组原油地化特征进行研究,并进一步做了油源对比分析㊂
直罗组原油地球化学特征显示:原油族组成含量具有饱和烃含量高,饱/芳比值较高,芳香烃㊁非烃和沥青质含量低的特点㊂直罗组原油萜类化合物伽马蜡烷/0.5C31(22R+22S)指数在0.29~0. 38之间,指示源岩沉积以淡水-微咸水环境为主㊂C31藿烷22S/(22S+22R)指数平均为0.56,在0. 54~0.57之间;甾类化合物C29αββ/(αββ+ααα)指数平均为0.56㊁C29ααα20S/(20R+20S)指数平均为0.56,均大于0.4,已接近或已到达平衡点,说明直罗组原油具有成熟特征[9,10]㊂
综合对比分析研究区烃源岩㊁原油的族组分碳同位素㊁生物标志化合物特征对比发现,直罗组生源类型与沉积环境与延长组长7烃源岩具有较好的
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2020年第10期内蒙古石油化工
收稿日期:2020-08-11
作者简介:赵逸,男,高级工程师,从事油气勘探与开发相关研究工作㊂
图1
油源族组分碳同位素对比
图2 C 29甾烷ββ/(ββ
+αα)与C 29甾烷ααα20S /(20R+20S
)相关关系相似性(图1㊁图2),从而证实了直罗组油藏的原油来自延长组长7烃源岩㊂
1.2 烃源岩特征
烃源岩是油气成藏的物质基础,烃源条件的好坏更是直接关系到油气藏的形成及其规模的大
小[11
]㊂为此,本文对研究区延长组长7烃源岩的分
布特征㊁有机质丰度㊁有机质类型㊁成熟度等特征进行研究㊂
前人对鄂尔多斯盆地延长组长7烃源岩做了大
量的研究,普遍认为晚三叠世的区域构造活动造成了大规模湖泛,延长期长7沉积期沉积了一套深湖 半深湖相富含有机质的暗色泥岩,具有高强度生烃的特征,是鄂尔多斯盆中生界的主力烃源
岩[2,12,13]
㊂长7烃源岩在研究区分布广泛,厚度变
化范围大,在研究西部㊁西南部烃源岩厚度多发育在30~50m 之间,局部达到80m 以上,研究区东部厚度发育在5~10m 之间,总体上呈现西厚东薄的趋势㊂
研究区延长组长7烃源岩ω(T O C )
平均为13.45%;S 1+S 2平均为11.13m g /g
;氯仿沥青 A 平均为0.71%㊂根据中国湖相生油岩有机质丰度评价标准(据黄第藩等,1990),延长组长7泥岩样品评价级别为好烃源岩㊂长7烃源岩族组分中饱和烃平均为50.75%;饱和烃/芳香烃为2.17;非烃+沥青质平均为25.29%㊂根据陆相有机质类型的族组分划分标准(据S Y /T 5735-1995)
,判定长7烃源岩有机质类型以Ⅱ1-Ⅰ型为主㊂有机质成熟度反映了烃源岩有机质向油气转化的热演化程度,镜质
组发射率R o 与岩石最大热解峰温T m a x 均是反映有机质热演化程度的常用指标[
14,15]
㊂研究区延长组长7烃源岩R o 在0
.64%~1.08%,平均0.89%,T m a x 为421ħ~457ħ,平均444ħ㊂依据有机质成熟度判别标准(S Y /T 5735-1995)
,延长组长7烃源岩处于成熟-高成熟演化阶段,以成熟阶段为主
(图3
)
㊂图3 长7烃源岩有机质成熟度特征
2 储集条件
对研究区内岩心㊁铸体薄片和电镜等资料进行分析,直罗组储层碎屑岩类型主要为灰色㊁灰绿色㊁长石砂岩,碎屑组成主要为石英㊁长石㊁岩屑㊁云母,石英含量15%~44%,平均为26.01%,
长石含量25%~66.5%,平均为51.10%㊂岩屑中以变质岩岩屑㊁岩浆岩岩屑为主,云母含量较高,平均5.49%,
沉积岩岩屑含量最低㊂直罗组填隙物组分总体含量高,变化较大,最高含量为30%,最低含量为2.5%,平均为12.15%,其中主要是高岭石㊁硬石膏㊁水云母㊁以及绿泥石膜㊂成岩作用主要包括机械压实作用㊁胶结作用㊁溶蚀㊁溶解作用等,孔隙类型主要有粒间孔㊁长石溶孔㊁岩屑溶孔和粒间溶孔,其中是粒间孔主要的储集空间,长石溶孔和岩屑溶孔次之,出现少量的晶间孔和粒间溶孔,面孔率为4%~19.2%,平均面孔率13.55%(图4)㊂8
11 内蒙古石油化工2020年第10期
铁68,直罗组,云母压裂变形铁68,直罗组,石英自生加大铁68,
直罗组,方解石胶结铁68,
直罗组,粒间孔铁68,直罗组,长石溶孔铁68,
直罗组,岩屑溶蚀图4 研究区直罗组储层砂岩成岩作用与孔隙类型
研究区直罗组储层孔隙度主要分布范围在
5.5%~15%之间,平均值为9.85%,
峰值范围在8%~11%,占样品数55.6%㊂直罗组储层渗透率
主要分布范围在0.22ˑ10-3μm 2~1.29ˑ10-3μm 2
之间,平均值为0.78ˑ10-3μm 2
,峰值范围在(0.9~
1.2)ˑ10-3μm 2
,占样品数33.3%㊂依据油气储层
评价标准(S Y /T 6285 2011),该储层为特低孔㊁超低渗储层㊂
3 封盖保存条件
生油层生成的油气运移到储集层之后,要想长时间保存而不逸散,还必须有良好的封盖保存条件㊂而且油气藏盖层的好坏不仅会影响到油气在储集层中的聚集效率和保存时间,其发育的层位和
分布范围也会控制油气田分布的位置[
19]
㊂总体上讲,研究区直罗组封盖条件良好㊂直罗
组纵向上存在两套明显的沉积韵律,由下而上,砂岩厚度变薄,砂岩层数变多,直罗组下段顶部以及上段岩性逐渐过渡到粉砂岩㊁粉砂质泥岩㊁泥岩以及砂泥互层,泥岩盖层厚度范围主要分布在4~
80m 之间,在纵向上构成了多套储盖组合,而且相同沉积相,储盖组合模式不同,则产油水率不同(图5㊁
图6),横向上分流河道两侧及周边的分流间湾泥岩或泥质粉砂岩,以及局部浅湖泥页岩可作为良好的侧向封涝坡堵层,并且在直罗组之上的安定组湖相泥岩,泥灰岩,也起到了间接阻挡封隔作用
㊂
图5 直罗组下段储盖组合模型 图6 直罗组上段储盖组合模型
构造运动也是影响油气保存条件的重要因素之一,尤其是地壳的抬升㊁剥蚀与盖层生成的先后关系对油气能否良好的保存具有重要意义㊂直罗组含油层系共经历了燕山㊁喜山二期构造运动,每期构造运动对盆地地层有不同程度的剥蚀,具体特征表现为剥蚀程度由东向西,由中间向边缘逐渐减弱,虽然构造抬升对油气的保存起着一定的破坏作
用,但构造运动较弱,地层整体仍平缓发育,广泛发育的泥岩盖层对研究区生成的油气起着有效的遮挡,使油气得到了良好的保存,现今发现的油气在分布特征与上述特征具有很好的一致性㊂
4 运移通道与成藏动力
由油源对比结果得知,直罗组原油来自于三叠系延长组长7烃源岩,直罗组源岩垂向运移远,决定
9
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赵 逸等 鄂尔多斯盆地中南部直罗组油气成藏条件分析
了原油的垂向运移是直罗组油藏的主要运移方向,而在长7烃源岩热演化达到生烃高峰阶段,经过大量排烃之后,要想运移至直罗组成藏就还必须通过一定的运移通道㊂
鄂尔多斯盆地经历的多次构造运动,中新生代不同期次的幕式构造运动导致了基底断裂复活,并在上覆盖层中形成不同的裂缝,这些断层㊁裂缝的发育间接地影响了油气的运移与聚集,成为油气运移的优势通道[2,20]㊂通过岩芯观察分析发现,研究区直罗组钻井岩芯中高角度裂缝较为发育,裂缝垂直约90ʎ(图5.1),推测是油气运移的重要通道㊂此外,薄片鉴定结果表明,直罗组砂岩储层中几乎不发育微裂缝㊂值得注意的是,直罗组下部延安组和延长组的裂缝极为发育,该方面研究已经发表了大量论文㊂可见,高角度裂缝是直罗组油藏从延长组烃源岩运移的主要通道㊂
直罗组砂体总体具有厚度大㊁分布广㊁连片性强等特点,直罗组下段河道砂体厚度发育在60~ 70m,直罗组上段河道砂体厚度发育30m左右,这些砂体在横向上大面积连片,在纵向上相互叠置,为油气的运移和聚集成藏提供了有利的空间㊂除了良好的运移通道,驱动力更是油气聚集成藏必不可少的因素,在驱动力作用下油气通过运移通道在最有利的地质储集空间中聚集成藏,而且驱动力性质会直接影响到油气运移的方向和强度[21]㊂经过前人研究表明,石油天然气运移受到地层中多种力的作用和影响,毛细管力㊁浮力㊁流体压力㊁水动力㊁构造应力和热力均是直接或间接影响着油气运移的重要的动力或阻力[22]㊂
一般认为,异常高压是油气初次运移的主要动力[23,24]㊂油源对比结果表明,研究区直罗组原油来自于下部延长组长7优质烃源岩,长7烃源岩生烃能力强,在生烃过程中,烃类的体积膨胀率远大于烃源岩的孔隙度,生烃膨胀产生的超压大㊂从单井过剩压力分布特征来看,长7烃源岩底部剩余压力最大,从下到上过剩压力逐渐减小(图5.3),较高的剩余压力梯度是油气向上运移至的保证,从平面过剩压力分布特征看研究区总体过剩压力较大,研究区东部过剩压力在30~60M P a之间,西部在10~ 30M P a之间,总体呈现西部高东部低的特点㊂另外直罗组砂岩要克服毛细管压力所需的油柱高度平均值为37.25m,其中最小值仅3.09m,小于单砂层的厚度,并远远小于直罗组平均砂岩厚度,且研究区内,直罗组油层含油面积高程差最大200m,远大于所需的油柱高度㊂此外,克服毛细管压力所需的连续油相的长度平均为4,268.13m,而含油面积的最大展布范围直径约为20k m,大于所需的连续油相的长度㊂且在直罗组上段油藏的含油饱和相对度较高,仅少部位为油水同层,这也说明,浮力容易克服毛细管阻力㊂据此得出,浮力是原油在直罗组进行二次运移的主要动力㊂
5成藏模式
研究区直罗组顶面构造整体为西倾单斜,局部发育小型鼻状隆起㊂直罗组油藏类型主要以局部构造㊁构造-岩性为主㊂综合分析认为,研究区构造平缓,储层致密,油藏形成条件复杂,成藏控制因素较多㊂长7烃源岩的良好发育是油气生成的前提和保障,油气在剩余压力和浮力的驱动下作用下通过基底活化断层㊁叠置砂体或裂缝的输导体系沿延长组上组合㊁富县组㊁延安组一路向上运移聚集-调整-二次成藏,最后受到直罗组下段顶部泥岩㊁上段泥岩㊁安定组泥质灰岩的阻滞,诸多因素形成了现今 下生上储 远源成藏模式(图7)
㊂
图7研究区直罗油层组成藏模式
6结论
(1)研究区直罗组原油来自于下部延长组长7优质烃源岩,源岩有机丰度高,类型好,且达到成熟演化阶段㊂直罗组沉积主要以河流相为主,发育厚层河道砂体,储层致密,为特低孔㊁超低渗储层,储层碎屑岩类型主要为长石砂岩,成岩作用明显,粒间孔为主要储集空间,长石溶孔和岩屑溶孔次之㊂
(2)直罗组泥岩盖层较厚,平面分布广泛,纵向上储盖组合类型多样,互层式储盖组合类型起到了良好的封盖作用㊂油藏分布受局部鼻隆构造和沉积相控制,油藏类型以构造,构造-岩性为主㊂
(3)直罗组油源延伸远决定了垂向运移是直罗组油藏的主要运移方向㊂过剩压力为主要的成藏动力㊁浮力次之,主要输导体系为基底活化断层㊁高角度的裂缝和叠置砂体,油气经过运移㊁聚集㊁调整最终形成直罗组 下生上储 远源成藏模式㊂
021内蒙古石油化工2020年第10期
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