石油天然气学报(江汉石油学院学报)2005年2月第27卷第1期 Journal of Oil and Gas Technology ( JPI) Feb 2005 Vol 27 No l 鄂尔多斯大型含煤盆地岩性气藏 成藏规律与勘探技术 付金华,魏新善,黄道军(长庆油田分公司,陕西西安71002 [摘要]鄂尔多斯盆地为一大型含煤盆地,天然气资源丰富。已发现了槍林、苏里格、乌审旗和米脂4大 气田,资源探明率10.6%,勘探潜力敦大。上古生界广泛发育的煤系地层为主要的烃源岩层,在晚侏罗 世至旱白垩世末期盆地含煤烃源岩大面积成熟,表现为“广覆型”生烃模式。在大面积的低渗背景下 天然气以近距离运移为主,生气强度控制气田的形成和分布;相对高孔高渗的三角洲平原分流河遒砂体 为主要的儲集体,是天然气富集的主要场所;由多个岩性圈闭组成的大型岩性圈闭是天然气成藏的主要圈闭类 型。针对上古生界的天然气地质特征,在探中,形成了一套适合长庆低滲透岩性气藏的勤探技术方法 [关镳词]天然气气藏;成燕规律;齣探技术;古生界;含煤盆地;鄂尔多斯盆地 [中图分类号]TE122.1;TE132.2[文献标识码]A[文亥`号]1000-975(205)01-137-05 鄂尔多斯盆地是一个大型多旋回克拉通盆地,面积约25×10km2:在晚古生代,为大型含煤盆地 晚白垩世及以后,盆地开始整体抬升,伴随酉缘的冲断推榎以及盆地东部的上挠,形成了西翼窄陡、东 翼宽缓的向斜盆地,忿地茫体为倾角不到1”的宽缓大单斜。构造单元可划分为伊盟隆起、晋西挠褶带、 伊陕斜坡、天环向斜以及酒缘速冲带。鄂尔多斯盆地上古生界自下而上可划分为上石炭统本溪组、下 二叠统太原组和山西组、中二叠统下石盒子组和上石盒子组以及上二叠统石千峰组,主要为一套海陆过 渡相的含煤碎屑岩沉积地层。烃源岩为煤系地层发育的本溪组、太原组和山西组,工业气层在各组地层 中都有分布,以下石盒子组和山西组为主,其天然气探明储量占上古生界的95%以上。据最新资源评 价结果,鄂尔多斯盆地上古生界天然气资源量为8.389×1012m3。已发现了榆林、苏里格、乌审旗和 脂4大气田,资源探明率仅为10.6%,勘探潜力较大 1岩性气藏成藏规律 1煤系地层“广翟式”生烃 上古生界主要发育有石炭-二叠系腐植型煤系气源岩和中上石炭统偏腐泥型海相碳酸盐岩气源岩。 煤系气源岩为上古生界气藏的主要气源岩,煤层厚3~40m,有机碳含量70.8%~83.2%,总烃1757.1 ~2539.8mg/kg;暗色泥岩厚50~600m,有机碳含量2.0%~3.0%,总烃163.76~361.6mg/kg。气 源岩展布受沉积环境的控制,表现为中部薄,东西两侧厚的特征。石灰岩主要分布在中东部,厚10~ 30m,有机碳平均1.42%,总烃平均493.2mg/kg。气源岩有机质成熟度在盆地北部多处于高成熟阶 段,R。为1.3%~2.0%;盆地南部广大地区,处于过成熟干气带,R。值普遍大于2.0%。 有机母质以陆生植物为主,煤岩和泥岩干酪根同位素分别为-23‰~-26‰、-22.4‰~ 26.4‰,具有腐植型气源岩的特征2。热模拟试验结果表明,煤岩和泥岩有机质热演化生烃特征十分相 似,热解油产率较低,主要以气态烃为主(表1)。按照正常增温计算,盆地上古生界天然气生成从 晚三叠世开始,结束于早白垩世末期,生烃时间持续了近150Ma。但由于受燕山中期构造热事件的强 烈影响,上古生界天然气的生成表现为一个相对集中的事件,主要在晚侏罗世至早白垩世末期完成 该期生气速率达到0.2×10m3/(km2·Ma)以上,使盆地含煤烃源岩大面积成熟,成熟烃源岩 (R。>1.25%)占现今盆地总体的72%,表现为“广覆式”生烃。 [收稿日期]2004-12-23 [作者简介]付金华(1962-),男,1982年大学毕业,教授级高级工程师,现从事油气田勘探综合地质研究及管理工作。 201994-2007ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp:/www.cnki.net
石油天然气学报(江汉石油学院学报) 2005年2月 衰1低阶样品热模拟实驗分析结果 R。模拟度气态烃产率 气态烃+12氢气产率液志烃产 朱家川山西组长焰煤煤岩0 "1m1m9mi厘a明 32.46 33.03 4.79 450 0.43 环14井山西组泥岩 泥岩0.72 39.45 17.7 5 66.95 95 7.01 90 500 140.75 477.8 459.3 充足的气源和“广覆式”生烃与大面积致密岩性一地层圖闭的配置,为上古生界普遍含气奠定了基 础。据钻井含气性统计分析,上古生界见到气层和含气层的井达到86%,含气范围约20×10km2,占 盆地本部面积的80%。纵向上,从二叠系石千峰组到石炭系本澳组近10m地层中均有气层分布,含 气普遍是鄂尔多斯盆地上古生界的含气特征 1.2近距离遮移,生气强度控制气田分布 般来说,天然气活动性大,婦于 远距离运移,但鄂尔多师地上古生界 岩性气藏具有就近运聚成藏的特点。从 甲烷含量和甲烷列C在平面上的分布来 机锦镇 看,二者所表征的成熟度分布模式均与上 古生界石炭系地层有机质R。值等值线相 似,即南高北低、中高两侧低的分布状 况(图1)。气层中的天然气组成主要受 邻近气源岩的成熟度控制。假设天然气 进行了长距离侧向运移,按天然气运移 的地球化学规律,沿运移方向甲烷含量 鄂托妃前旗 会逐渐增高,而其碳同位素比值会变低, 但实际情况正好相反,说明这些参数的 请边 变化井非是天然气运移所致,主要是由 有机质热演化成熟度影响所至,这意味 人旗 着天然气总体的侧向运移距离不大。近 延安 距离运移特征也反映在成熟度与擬析油 分布特征中。西缘逆冲带和北部伊盟隆 起热演化成熟度低(R。=0.7%~ 1.35%),属油气兼生阶段。见凝析油的 气井占72%,而不含或只含少量凝析油 bt1爷仙线 的气井只占28%。东部米脂、榆林一带成 Rm等值线 熟度为干-湿气混合阶段(R。=1.6% 1.8%),以干气为主,含凝析油的气井只 图1镜质体反射率与甲烷8C平面分布图 占35%。对于盆地南部高成熟区(R>2.0%),气样分析均为干气。 鄂尔多斯上古生界勘探实践证明,气田的形成和分布受近距离运聚成藏模式所决定。生气强度对气 田的形成和分布的控制作用明显,目前已发现的大型气田主要分布在生气强度大于20×10m3/km2的 201994-2007ChinaAcademicJOurnalElectronicpUblishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net
第27卷第1期 付金华等:鄂尔多斯大型含煤盆地岩性气藏成臧规律与勘探技术 139 地区(图2)。苏里格气田生气强度为 (20~24)×10°m3/km2,榆林气田为 (24~32)×10°m3/km2,米脂气田为 (36~40)×10°m3/km2。 1.3相对高孔高滲区是天然气富集的主 要场所 更金霍洛旗 上古生界砂岩杂基含量高,矿物成 熟度和结构成熟度普遍低,物性差(平 苏里格 均孔隙度<8%,平均渗透率<0.5×10-3 um2),产量较低(无阻流量(4~20) 10m2/d),基本上是一套低孔低渗致密 型储集体。但在大面积的低渗背景上存 边 在相对高孔高渗区,成为天然气富集的 主要场所,相对高孔高渗区的形成主要 受下列因素控制 1)沉积微相控制着相对高孔高渗储 层的分布上古生界主要勘探目的层山2 段、山1段、盒8段砂体以三角洲平原徊 分流河道砂体为主。山2段分流河道是在 海退背景、地表准平原环境下发育形成 的,分流河道主要汶育于盆地中东部, 河道相对较稳定。山1段分流河道是在水 进背景下形成的,分流河道相对不太发 生烃强度线(x10°m3/km 育,砂体粒度也较细。盒8段分流河道是 在水退背景下形成的,物源充分,分流 图2上古生界气藏分布与生气中心关系图 河道往复摆动,形成了复合叠置砂体。统计结果显示(表2),分流河道砂体的储集物性明显要好非分 流河道砂体的储集物性,表明相对高孔高渗储集体严格受三角洲平原相分流河道砂体的控制,因此寻找 分流河道主砂带是高孔高滲储集体勘探的重要前提 2)石英砂岩是相对高渗储层形成的 2不同沉积微相砂体的储集物性特征 物质基础综合研究和勘探实践表明,盆 类型(样品数) 孔隙度/% 渗透率/10-3m2 地上古生界相对高孔高渗的天然气高产富分流河道砂体(86块)(13-196)102(02-560)2.17 集区主要为石英含量高的砂岩储集体。砂河口砂坝砂体(237块)(0.06-19.6)116(0.01~18.31)/0.81 岩中石英含量与渗透率具有正相关关系前缘席状砂体(46块)(1.08-7.82)/5.01(0.01~0.82)/0.47 (图3)。石英含量的增高,增强了岩石的 障壁砂坝砂体(34块)(1.42~11,26)/7.61(0.03~14.91)/3.82 抗压实能力,原生粒间孔得以保存,而原 始孔隙的保存,又为后期的溶蚀创造了条件,因此石英砂岩有利于形成相对高渗的储层 石英砂岩发育程度主要受物源区母岩类型和搬运距离的控制,物源对石英砂岩分布控制作用明显。 西部苏里格庙地区,紧靠西部以灰白色石英岩、深灰色板岩为主的物源区,形成了近物源区的石英砂岩 分布。东部榆林地区山2段石英碎屑颗粒主要来自于盆地东部钾长花岗岩、花岗质混合片麻岩物源区 由三角洲分流河道搬运沉积,近物源区石英含量低,远物源区石英含量高;主河道水动力强,岩屑被淘 洗,石英含量高,次河道水动力弱,岩屑含量较高,石英含量较低。 3)同沉积火山物质的溶蚀作用是形成相对高孔高滲儲层的关键储层碎屑组分为75%~95%,其 中石英为55%~95%,岩屑为10%~40%,杂基含量为一般10%~25%,少数样品中含量高达40% 储层填隙物主要为伊利石和火山灰(表3)。孔隙类型主要以粒间孔(30%~55%)、次生溶孔(20% 201994-2007ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp:/www.cnki.net
140 石油天然气学报(江汉石油学院学报) 2005年2月 60%)为主。次生孔隙类型主要包括火山物质溶 表3各层系砂层孔隙充填物含量(%表 蚀孔、长石溶孔及铸模孔、高岭石晶间孔、碳酸 矿物盒7盒8上盒8下山 山2太原 盐溶孔,其中火山物质溶蚀孔是最主要的次生孔伊利石9.386.23827.087.049 高岭石 043.633.57 隙类型,也是形成相对高孔高渗砂岩储层的关绿配石1051830720.15 键,这对于苏里格气田盒8段储层尤为如此。 铁白云石0.2 火山物质中SiO2质量分数介于69.3% 菱铁矿 86.3%之间,SOn与Al2O3之和一般高达86%娃等 ~93%以上,碱金属氧化物质量分数综合偏低,火山灰8710.58.195755 多数样品a(K2O)>a(Na2O),其余样品为a CaO)<a(Na2O+K2O)。这种特征表明火山物质 属于安山岩、英安岩、流纹岩的范畴,火山物质中的 角闪石、辉石、斜长石等易溶性矿物为次生孔隙的形 成提供了物质基础。 10 晚成岩“A”期,烃源岩千酪根进入成熟高峰期 干酪根中的羧基以及O,N,S等杂原子团破裂,派 生一元有机酸、多元有机酸、CO2,NH和H2S等酸 溶性组分,为火山物质中易溶组分的溶蚀蚀变提供了 介质。在酸性水介质充分的区块中,火山物质蚀作 用强烈,形成相对高渗储层段;在流体排替不畅的区 块中,火山物质多向而凶石转化,形成髙岭石、绿泥 石晶间孔,形成微孔低渗储层 4)大型岩性阖闭是主要圈闭类型鄂尔多斯盆0.01 地圈闭类型具有环带状分布的特点,盆地西缘冲断构 造带、晋西挠褶带、渭北隆起、伊盟隆起等地层变形 石英含量/% 显著,主要发育构造圈闭,但由于圈闭面积小、断裂 图3榆林气田岩石组分与渗還率关系图 发育、保存条件差,目前只发现了小气藏;盆地中部的伊陕斜坡,受挤压应力微弱,地层平缓,以发育 受岩性、岩相控制的大型岩性圈闭为主。目前在该区已发现多个大型岩性气藏 上古生界沉积时,来自盆地北部物源区的河流进入盆地,形成浅水三角洲沉积体系,三角洲平原发 育,三角洲前缘不发育,以分流河道沉积作用为主。三角洲分流河道砂体横向摆动大,垂向切割少, 砂体叠置频繁,沿水流方向呈带状分布,形成宽15~55km的主砂带,南北向延伸长达150km。主砂带 两侧往往是泛滥平原、河漫沼泽和分支间湾的粉砂岩、泥岩等细粒岩性,形成侧向封堵。在伊陕斜坡形 成时,这种细粒的具有封堵能力的泥岩和粉砂岩又处于主砂带的上倾部位,形成主砂带的上倾封闭。由 于主砂带由分流河道砂体叠置而成,泥质夹层较多,主砂带由多个相对独立的储集单元组成,表现为多 个岩性圈闭复合连片,因此,主砂带实质上是由多个岩性圈闭组成的岩性圈闭带。苏里格、榆林等4个 大气田就是由多个岩性圈闭复合连片,经过天然气成藏作用而形成的大型气田 2天然气勘探技术方法 针对盆地上古生界的地质特点,经过多年的勘探实践,逐步形成了一套适合长庆低渗通岩性气藏的 勘探技术方法。主要包括盆地分析模拟技术、地震砂体横向预测技术、测井精细评价技术、钻井工艺技 术、气层改造技术。 1)盆地分析模拟技术盆地分析模拟技术以地质理论为先导,在全面系统地综合盆地地质调查、 物化探、录井、测井、测试和化验分析等多种资料的前提下,通过建立相应的动态地质和数字模型,完 成对盆地的形成、发展以及生、储、盖、圈、运、保各项演化条件的综合研究,从而准确地预测油气勘 探有利区,评价盆地的油气资源潜力。盆地分析模拟通常由5大模型组成,即地史、热史、生烃史、排 201994-2007ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net
第27卷第1期 付金华等:鄂尔多斯大型含煤盆地岩性气藏成藏规律与勘探技术 烃史和运移聚集史。根据鄂尔多斯盆地的特点可进一步划为9种模拟技术和方法,即沉积史恢复技术 (地层回剥及超压分析技术),构造沉降史模拟技术,今地温场评价技术,古地温场评价技术(包裹体测 温、磷灰石裂变径迹和镜煤反射率数据拟合法),生烃史模拟技术的产烃率拟合〔烃源岩热模拟技术 岩石热解参数拟合技术),生烃计算的化学动力学法,排烃机理的模拟技术,热解参数排烃率拟合,流 体运移方向及烃富集模拟技术。通过盆地分析模拟,落实了天然气资源量和生成运移史,坚定了在盆地 发现大型气田的信心。 2)砂体横向预测技术地震勘探突出储层及含气性预测,以高分辨率的地震采集和处理技术为基 础,以岩性反演技术( STRATA,ANN,RM)为核心,结合高阻抗微降法与高阻抗砂岩储层AVO分 析法。针对研究区目的层的地质特征,采用了不同的预测方法。①针对上古生界砂岩地球物理特性进行 了储层的定性及定量预测以及储层的含气性预测。②针对上古岩性圈闭的隐蔽性油气藏具有储层分布变 化大,横向上储层物性非均质性强的特点,研究应用了多波多分量地震数据处理技术。 3)测井精细评价技术釆用阵列感应、核磁共振、声电成像、偶极横波等测井新技术,有效地识 别了低阻气层,提供了可动流体的定量分析资料;以 GeoFrame软件为平台,推广应用了地层组分优化 反演程序(Elan)、岩性自动识别程序( Rock Cell)和渗透率解释模型的适应性和精度,从而形成了具 有长庆特色的测井精细评价技术 4)钻井工艺技术上古生界砂岩气藏负压特征明显,储层致密,且含有不同組合特征的粘土矿物, 具速敏、水敏、水锁等特性,气层宜受伤害。目前主要釆用控制钻井液相对密度、优选钻井液等技术方 法,并通过技术攻关形成了欠平衡钻井、水平井钻井及小井眼等掖本系列,有效地减少了钻井液对储层 的伤害,提高了气层的发现率。 5)气层改造技礻针对上古生界砂岩的低渗透特征,在广泛实施加砂压裂改造的同时,积极实验 推广多层分压合求、分压分求、二氧化碳压裂及大型水利压力技术。经过多年的探索形成了以油管传输 负压射孔与求初产联作技术、油管传输射孔与压裂钻具联作技术、双分隔器分层压裂等技术,改善了气 层合层压裂改造效果,加强了气层保护,提高了低孔、低渗气层的气产量。 结论 鄂尔多斯盆地上古生界大面积分布的煤系地层“广覆式”生烃,提供了丰富的物质基础;在整体低 孔低渗的背景下,三角洲平原分流河道砂体是相对高孔高渗的储集体,是天然气富集的主要场所;大型 岩性圈闭是成藏的主要圈闭类型;天然气以近距离运移模式为主,生烃强度控制了大型气田的分布。针 对上古生界的天然气地质特征,在勘探中,形成了一套包括盆地分析模拟技术、地震砂体横向预测技术 测井精细评价技术、钻井工艺技术、气层改造技术等一套适合长庆低渗透岩性气藏的勘探技术方法。 鄂尔多斯盆地上古生界天然气资源量为8389×1012m3,资源探明率10.6%,勘探程度低。随着 勘探理论及技术方法的不断进步,盆地上古生界低孔低渗的大型岩性气藏的勘探前景将更加广阔,一个 大型天然气生产基地在鄂尔多斯盆地已经形成 [参考文献] [1]杨俊杰,裴锡古,中国天然气地质学(卷四)[M].北京:石油工业出版杜,1996 [2]戴金星,中国煤成气研究二十年的重大进展[冂·石油勘探与开发,1999,26(3);1-10 3]张文正、徐正球。低阶煤热演化生烃的模拟实验[].天然气工业,1996,6(2);1~7 [4]任战利,鄂尔多斯盆地热演化史与油气关系的研究[冂·石油学报,196,17(2):17~24 5]刘新杜、席胜利、付金华等,鄂尔多斯盆地上古生界天然气生成[]·天然气工业,2000,20(6);19~23 [6]付金华,鄂尔多斯盆地愉林气田天然气成藏地质条件[·天然气工业,2005,25(4):9-1l 门]付金华,鄂尔多斯盆地上占生界天然气成藏地质特征及勘探方法[J].中国石油勘探,2001;6(4):68~75 201994-2007ChinaAcademicJournalElectronicpUblishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net
(Sponsored by Yangtze University JOURNAL OF OIL AND GAS TECHNOLOGY (JOURNAL OF JIANGHAN PETROLEUM INSTITUTE-J JPl Vol 27 No. 1 Feb 2005 MAIN ABSTRACTS 137 Law of Reservoir Formulation and Exploration Techniques of Natural Gas Lithologic Reservoir in Ordos Xin-shan, HUANG Duo-jun ( Changging Oil field Branch ComPany, CNPC, Xi'an 710021) Abstract: Ordos basin is rich in natural gas resources, which is a large coal-bearing basin. Four giant gas fields, such as Yulin, Sulige, Wushenqi, Mizhi Fields are found out in the basin. Only out, potential for gas exploration is relatively high. In upper Palaeozoic system, the strata including coal bed main con- tain hydrocarbon source rocks. From late j to early Cretaceous, the hydrocarbon source rocks are mature at large scale, and showing the character of" widely-covered"gas-generation. The relatively high-porosity a: d inigh-permeability sandstone of delta distributary channel are mainly reservoir rock, on the background c lo.pon caity and low-permeabil The large-sized lithologic traps made up of many lithologic traps arc in the majority. The gas migration is mainly close quarters, so the forming and distributing of gas field arc controle i by the inter siry of hydrocarbon generation. To he exploration of upper Palaeozoic strata, a series of tec hniques suit of Changqing Oilfield are established. With the ad ent of exploration theory and rechaiq es, a set cf method suitable for low permeability lithologic gas reservoirs ablished in Chengqi: g (ilfiaid Key words: gas reservoir: rule of hyolrocarbon accumulation; Palaeozoic: coal-bearing basin; Ordos Basin 142 Physical Modeling on the Inversion Structures in the West Sag of Liaohe Depression MA Bao-jun, Ql Jia-fu, YU Fu-sheng (Key Laboratory for Hydrocarbon Accumulation Mechanism, (Ministry of Education), China University of petroleum, Beijing 102249 ract: According to the structure characteristics of the west sag fracture in Liaohe Depression two groups of sand box experiments are designed to make full study of the deformation characteristics of the inversion structures in rigid conditions. The experiments show that there is usually a larger scale of inversion under the drive of free-boundary basement and the inversion occurs at the rigid boundary along the original fault. at the free end, no inversion occurs however low-angle thrust fault could be developed. @iNversion develops under miner lateral force, but the scale of inver- sion is usually small. with the increase of angle of the original faults, inversion tends occurs along the single side to both sides at the rigid boundaries. The experiments are approved that the inversion structures in the west sag of the liaohe Depression are developed under the wrench- compressive depressing deformation forces on the downside of the rigid faul Key words: Liaohe Depression: physical model; forcing mechanism; half-graben; inversion structure 153 Control of Gypsum-salt Zone in Structural Formation of Qiulitage Structural Belt and Its Hydrocarbon Accumul FAN Ouhai, LU Xiu-xiang, YANG Ming-hui (China University of Petroleum, Beijing 102249: Key Lab for Mechanism of Hydrocarbon Accu ministry af ON, Beiy ing 102249) Abstract Qiulitage structural belt is divided into east and west sections by Kangcun sliding fault, when the gypsium-salt cone of Palaeozoic in the east and Cenozoic in the west are grown, which have obvious control action on the formation of tructural belt and hydrocarbon accumulation Sliding of the gypsum- salt zone causes the combined structural force turn ing to south from north, the analysis on linear force applied on plain structure indicates that pressing force is the highest in the middle of the structural belt, which describes the great resources pressed to the south of the structural belt. The difference between the east and west gypsum horizons determines that the west is oil enriched, the east is condensate and gas enriched, and the main hydrocarbon accumulation horizons are located under the Palaeozoic system in and its accumulation is mainly located bellows the Cenozoic system in the east. the saltbed as exploration area 201994-2007ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net
