第28卷第1期 石油学报 Vol 28 No. I 2007年1月 ACTA PETROL EI SINICA 2007 文章编号:0253-2697(2007)01-003305 鄂尔多斯盆地上古生界低压气藏成因 冯乔2耿安松2徐小蓉3杨华3 (1.山东科技大学地球信息科学与工程学院山东青岛266510;2.中科院有机地球化学国家重点实验室广东广州510640 3.中国石油长庆油田公司陕西西安710021) 摘要:鄂尔多斯盆地上古生界气藏具有明显的低压特征,其流体压力梯度东高西低,与现今构造形态基本一致。研究表明,剥蚀期 间的温度下降和后期埋深的増加是造成上古生界气藏低压形成的主要原因。对苏里格气田的实例研究表明,在1500成藏时,流体 压力梯度约为1.22MPa/100m;温度下降时,压力梯度下降14.9%,到白垩纪末压力梯度约为1.06MPa/100m。在新生代,随着埋 深增加,压力梯度再下降21.4%,从而形成典型的低压气藏 关键词:鄂尔多斯盆地;上古生界;低压气藏;压力梯度;地层温度;埋藏深度 中图分类号:TE1212 文献标识码:A Genesis of low pressure gas reservoir of the Upper Paleozoic in Ordos Basin Feng Qiao- Geng Ansong Xu Xiaorong Yang Hua (1. College of Geophysical Information Science and Engineering, Shandong University of Science and Technology, Qingdao 266510, China; 2. State Key Laboratory of Organic Geochemistry, Chinese A cademy of Sciences, Guang= hou 510640, China 3. PetroChina Changqing Oilfield Com pany, Xi an 710021, China Abstract: The fluid pressure is obviously lower than the static pressure in gas reservoir of the Upper Paleozoic in Ordos Basin. The fluid pressure gradient of the reservoir is high in the east part and low in the west part. Its change is accordant with the current structural gradient. It is suggested that the low pressure gradient of gas reservoir in the Upper Paleozoic was resulted from the ir crease in depth of the later sedimentation and the decrease of temperature during erosion. The fluid pressure gradient of Sulig Gas Field was 1. 22 MPa per a hundred meters of formation, when the temperature of reservoir formation was 150 C. The pressure gradi- ent decreased about 14. 9 percent with temperature decreasing during erosion. The pressure gradient was about 1. 06 MPa per a hu- dred meters of formation at the end of the Cretaceous and decreased about 21. 4 percent with the depth increasing in the Cenozoic. Thus, the representative low-pressure gas reservoir could be formed in Sulig Gas Field. Key words: Ordos Basin; Upper Paleozoic, low-pressure gas reservoir; pressure gradient formation temperature, burial depth 流体压力变化是油气成藏研究中非常重要的一个系统,随埋深增加,压力仍然为静水压;③封闭的压实 方面,也是油气勘探和开发过程中非常关注的问题之系统,压力接近岩石静压力。而鄂尔多斯盆地的实际 压实与排水不平衡和流体压力封存箱虽然能够解地质条件似乎与这3类均不同。因此,笔者对鄂尔多 释油气藏中高异常流体压力的存在-1,而对于低的异斯盆地上古生界低孔隙低渗透岩性气藏中的低压现象 常流体压力,现在似乎还没有很好的模式来解释 进行了深入研究,提出了一种新的解释思路 鄂尔多斯盆地古生界气藏的低压很早就引起了人 们的关注,前人曾用“深盆气”理论对其低压现象进 低压气藏特征 行了较深入的讨论,但是均认为其低压的形成与阿尔1.1气藏流体压力 伯达盆地、圣胡安盆地和丹佛盆地等世界上典型深盆 鄂尔多斯盆地上古生界天然气藏从东向西依次为 气藏的低压不同。 Barker认为,出现负压、正常神木一米脂气区、榆林气田、乌神旗气田和苏里格气 压力还是高压受多种条件影响,主要取决于储层与围田,气藏主要分布于太原组、山西组、下石盒子组、上石 岩的连通情况,并将此分为3类:①封闭的刚性体,压盒子组中。储层岩性以含砾粗砂岩、中砂岩及细砂岩 力系数随埋深增加而降低,可岀现负压;②开放的流体为主,受南北向延伸的河道砂坝和三角洲前缘砂坝控 基金项目:国家重点基础研究发展规划(973)项目(2003CB214603)和国家“十五”科技攻关项目(2001BA605A04)联合资助 作者简介冯乔,男,1963年9月生,1999年毕业于西北大学,博士,现为山东科技大学教授,主要从事油气地质、油气藏地质的研究工作 malfengqiao999@126.com 201994-2007chinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net
第 28 卷 第 1 期 2007 年 1 月 石 油 学 报 ACTA PETROL EI SINICA Vol. 28 J an. No. 1 2007 基金项目 :国家重点基础研究发展规划(973) 项目(2003CB214603) 和国家“十五”科技攻关项目(2001BA605AΟ04) 联合资助。 作者简介 :冯 乔 ,男 ,1963 年 9 月生 ,1999 年毕业于西北大学 ,博士 ,现为山东科技大学教授 ,主要从事油气地质、油气藏地质的研究工作。 E2mail :fengqiao999 @126 . com 文章编号 : 0253Ο2697 (2007) 01Ο0033Ο05 鄂尔多斯盆地上古生界低压气藏成因 冯 乔1 ,2 耿安松2 徐小蓉3 杨 华3 (11 山东科技大学地球信息科学与工程学院 山东青岛 266510 ; 21 中科院有机地球化学国家重点实验室 广东广州 510640 ; 31 中国石油长庆油田公司 陕西西安 710021) 摘要 : 鄂尔多斯盆地上古生界气藏具有明显的低压特征 ,其流体压力梯度东高西低 ,与现今构造形态基本一致。研究表明 ,剥蚀期 间的温度下降和后期埋深的增加是造成上古生界气藏低压形成的主要原因。对苏里格气田的实例研究表明 ,在 150 ℃成藏时 ,流体 压力梯度约为 1122 MPa/ 100m ;温度下降时 ,压力梯度下降 1419 % ,到白垩纪末压力梯度约为 1106 MPa/ 100m。在新生代 ,随着埋 深增加 ,压力梯度再下降 2114 % ,从而形成典型的低压气藏。 关键词 : 鄂尔多斯盆地 ;上古生界 ;低压气藏 ;压力梯度 ;地层温度 ;埋藏深度 中图分类号 : TE112112 文献标识码 : A Genesis of low2pressure gas reservoir of the Upper Paleozoic in Ordos Basin Feng Qiao 1 ,2 Geng Ansong 2 Xu Xiaorong 3 Yang Hua 3 (11 College of Geophysical I nf ormation Science and Engineering , S handong Uni versit y of Science and Technology , Qing dao 266510 , China; 21 S tate Key L aboratory of Organic Geochemistry , Chinese A cademy of Sciences , Guangz hou 510640 , China; 31 PetroChina Changqing Oil f iel d Com pany , Xi’an 710021 , China) Abstract : The fluid pressure is obviously lower than the static pressure in gas reservoir of the Upper Paleozoic in Ordos Basin. The fluid pressure gradient of the reservoir is high in the east part and low in the west part. Its change is accordant with the current structural gradient. It is suggested that the low pressure gradient of gas reservoir in the Upper Paleozoic was resulted from the in2 crease in depth of the later sedimentation and the decrease of temperature during erosion. The fluid pressure gradient of Sulig Gas Field was 1. 22 MPa per a hundred meters of formation , when the temperature of reservoir formation was 150 ℃. The pressure gradi2 ent decreased about 14. 9 percent with temperature decreasing during erosion. The pressure gradient was about 1. 06 MPa per a hun2 dred meters of formation at the end of the Cretaceous and decreased about 21. 4 percent with the depth increasing in the Cenozoic. Thus , the representative low2pressure gas reservoir could be formed in Sulig Gas Field. Key words: Ordos Basin ; Upper Paleozoic ; low2pressure gas reservoir ; pressure gradient ; formation temperature ; burial depth 流体压力变化是油气成藏研究中非常重要的一个 方面 ,也是油气勘探和开发过程中非常关注的问题之 一。压实与排水不平衡和流体压力封存箱虽然能够解 释油气藏中高异常流体压力的存在[ 1Ο3 ] ,而对于低的异 常流体压力 ,现在似乎还没有很好的模式来解释。 鄂尔多斯盆地古生界气藏的低压很早就引起了人 们的关注[ 4 ] ,前人曾用“深盆气”理论对其低压现象进 行了较深入的讨论 ,但是均认为其低压的形成与阿尔 伯达盆地、圣胡安盆地和丹佛盆地等世界上典型深盆 气藏的低压不同[ 5Ο9 ] 。Barker 认为[ 4 ] ,出现负压、正常 压力还是高压受多种条件影响 ,主要取决于储层与围 岩的连通情况 ,并将此分为 3 类 : ①封闭的刚性体 ,压 力系数随埋深增加而降低 ,可出现负压 ; ②开放的流体 系统 ,随埋深增加 ,压力仍然为静水压 ; ③封闭的压实 系统 ,压力接近岩石静压力。而鄂尔多斯盆地的实际 地质条件似乎与这 3 类均不同。因此 ,笔者对鄂尔多 斯盆地上古生界低孔隙低渗透岩性气藏中的低压现象 进行了深入研究 ,提出了一种新的解释思路。 1 低压气藏特征 111 气藏流体压力 鄂尔多斯盆地上古生界天然气藏从东向西依次为 神木 —米脂气区、榆林气田、乌神旗气田和苏里格气 田 ,气藏主要分布于太原组、山西组、下石盒子组、上石 盒子组中。储层岩性以含砾粗砂岩、中砂岩及细砂岩 为主 ,受南北向延伸的河道砂坝和三角洲前缘砂坝控
石油学报 2007年第28卷 制。储层孔隙在中东部以原生粒间孔和残余粒间孔为影响,在2380m之下,流体压力由于受气层影响而压 主,在中西部以原生粒间孔和溶蚀粒间孔为主。 力梯度降低 上古生界天然气气藏中的地层流体压力为15.89 气藏压力/MPa 36.32MPa,流体压力梯度为0.65~1.09MPa/100m 平均梯度为0.89MPa/100m。上古生界气藏的大部 p=0.0056xD+9.703 R2=0.67 分流体压力梯度均小于1.0MPa100m,表现为低压 的特点。 静水压力线 鄂尔多斯盆地上古生界气藏现今流体压力梯度的 回归直线 分布具有东高西低的特点。如石盒子组气藏的流体压 力梯度在盆地东部较大,向西逐渐减小(图1)。盆地 1500 东部绥德一米脂及其以东地区,压力梯度基本上大于 l.0MPa/00m,而西部苏里格气田的流体压力梯度基 2000 本上在0.9MPa/100m以下。这样的变化规律与盆地 2500 汽柱压力线 现今东高西低的构造形态基本一致。 鄂托克旗·苏26 3000 m:一“/ 3500 中部气区 检林压正 8力 2平镇川8 图2上古生界流体压力与深度的关系 Fig. 2 The relationship bet ween fluid pressure and 读819陕4 de pth in the Upper paleozoic 资料井 1.2气水压力过渡带 吴旗 等值线 如果把气藏压力梯度等于或接近于静水压力梯度 图1鄂尔多斯盆地下石盒子组气藏流体压力梯度 的深度称为气水压力平衡深度,那么在平面上,从洲 Fig. I The distribution rule of fluid pressure gradient 井至镇川3井一线附近,其流体压力梯度接近1.0 in Xiashihezi formation of ordos basin MPa/100m,呈近南北向延伸的一个带状分布,可称为 气水流体压力过渡带。在该带以东,气藏压力受静水 在纵向上,气藏流体压力具有随深度增加逐渐增压力控制,为正常流体压力发育区;在该带以西气藏压 大的特点(图2)。压力与深度的回归关系为 力主要受气柱高度影响,为低的流体压力发育区(图1)。 P=0.0056×D+9.7034 从近东西向剖面看,流体压力梯度从构造高部位 其中R2=0.67。 向低部位逐渐降低,其变化趋势与构造形态接近一致 由于气藏无明显的底水和边水,其流体压力梯度(图3)。在盆地东部的构造高部位为正常压力带,由 为α56MPa/100m,明显比静水压力梯度小,说明气洲6-麒参1井气水压力过渡带向盆地西部,随埋深的 减流体压力主要与气柱高度有关,而受水柱高度的影加大压力梯度逐渐减小。苏里格气田位于定探2-陕 响相对较小,这主要与气藏本身含水较低密切相关。56井以北,处于构造相对较低的部位,因此其低压特 在钻井深度约2380m时流体压力梯度明显不同征表现尤为明显。 (图2)。在2380m以上,流体压力梯度基本上接近于 流体压力梯度的变化规律主要受两个方面的影 1.0MPa/100m或大于1.0MPa/100m,与静水压力梯响:①东高西低的构造形态造成盆地东部地表水在水 度线一致;而在2380m以下,所有的流体静压力梯度力作用下沿古、中生界不整合面等通道渗入地层内部 均小于1.0MPa/100m。而且深度越大,与静水压力②上古生界砂体连通性差、储层岩性致密地表水渗入 梯度线之间的差异越大。这表明2380m可能为鄂尔范围有限,只影响到盆地东部较小的区域,而在盆地中 多斯盆地上古生界天然气藏2个不同流体压力的分隔西部大片区域内,流体压力受到气层充注的影响,其间 深度。在该深度之上,气藏流体压力主要受“水柱”的为气水压力过渡带 201994-2007ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp:/www.cnki.net
34 石 油 学 报 2007 年 第 28 卷 制。储层孔隙在中东部以原生粒间孔和残余粒间孔为 主 ,在中西部以原生粒间孔和溶蚀粒间孔为主。 上古生界天然气气藏中的地层流体压力为 15189 ～36132 MPa ,流体压力梯度为 0165～1109 MPa/ 100 m , 平均梯度为 0189 MPa/ 100 m。上古生界气藏的大部 分流体压力梯度均小于 110 MPa/ 100 m ,表现为低压 的特点。 鄂尔多斯盆地上古生界气藏现今流体压力梯度的 分布具有东高西低的特点。如石盒子组气藏的流体压 力梯度在盆地东部较大 ,向西逐渐减小 (图 1) 。盆地 东部绥德 —米脂及其以东地区 ,压力梯度基本上大于 110 MPa/ 100 m ,而西部苏里格气田的流体压力梯度基 本上在 019 MPa/ 100 m 以下。这样的变化规律与盆地 现今东高西低的构造形态基本一致。 图 1 鄂尔多斯盆地下石盒子组气藏流体压力梯度 Fig . 1 The distribution rule of fluid pressure gradient in Xiashihezi Formation of Ordos Basin 在纵向上 ,气藏流体压力具有随深度增加逐渐增 大的特点(图 2) 。压力与深度的回归关系为 p = 01005 6 ×D + 91703 4 其中 R 2 = 0. 67 。 由于气藏无明显的底水和边水 ,其流体压力梯度 为 0156 MPa/ 100 m ,明显比静水压力梯度小 ,说明气 藏流体压力主要与气柱高度有关 ,而受水柱高度的影 响相对较小 ,这主要与气藏本身含水较低密切相关。 在钻井深度约 2 380 m 时 ,流体压力梯度明显不同 (图 2) 。在 2 380 m 以上 ,流体压力梯度基本上接近于 110 MPa/ 100 m 或大于 110 MPa/ 100 m ,与静水压力梯 度线一致 ;而在 2 380 m 以下 ,所有的流体静压力梯度 均小于 110 MPa/ 100 m。而且深度越大 ,与静水压力 梯度线之间的差异越大。这表明 2 380 m 可能为鄂尔 多斯盆地上古生界天然气藏 2 个不同流体压力的分隔 深度。在该深度之上 ,气藏流体压力主要受“水柱”的 影响 ,在 2 380 m 之下 ,流体压力由于受气层影响而压 力梯度降低。 图 2 上古生界流体压力与深度的关系 Fig . 2 The relationship between fluid pressure and depth in the Upper Paleozoic 112 气水压力过渡带 如果把气藏压力梯度等于或接近于静水压力梯度 的深度称为气水压力平衡深度 ,那么在平面上 ,从洲 1 井至镇川 3 井一线附近 ,其流体压力梯度接近 110 MPa/ 100 m ,呈近南北向延伸的一个带状分布 ,可称为 气水流体压力过渡带。在该带以东 ,气藏压力受静水 压力控制 ,为正常流体压力发育区 ;在该带以西 ,气藏压 力主要受气柱高度影响 ,为低的流体压力发育区(图 1) 。 从近东西向剖面看 ,流体压力梯度从构造高部位 向低部位逐渐降低 ,其变化趋势与构造形态接近一致 (图 3) 。在盆地东部的构造高部位为正常压力带 ,由 洲 6Ο麒参 1 井气水压力过渡带向盆地西部 ,随埋深的 加大压力梯度逐渐减小。苏里格气田位于定探 2 —陕 56 井以北 ,处于构造相对较低的部位 ,因此其低压特 征表现尤为明显。 流体压力梯度的变化规律主要受两个方面的影 响 : ①东高西低的构造形态造成盆地东部地表水在水 力作用下沿古、中生界不整合面等通道渗入地层内部 ; ②上古生界砂体连通性差、储层岩性致密、地表水渗入 范围有限 ,只影响到盆地东部较小的区域 ,而在盆地中 西部大片区域内 ,流体压力受到气层充注的影响 ,其间 为气水压力过渡带
第1期 冯乔等:鄂尔多斯盆地上古生界低压气藏成因 35 1.3低压成因 造期的剥蚀厚度均比后期埋藏厚度大,如苏里格气田 气柱高度是指气藏中天然气充注的高度,也称为中生代末的剥蚀厚度为800~900m10,向东剥蚀厚度 含气高度。由于鄂尔多斯盆地上古生界含气砂体小而更大,因此后期埋藏作用对下伏地层的成岩作用应无 孤立,被细粒岩石分隔,在纵横向上形成错落叠置的气明显影响;③气藏上伏的上石盒子组为相对细的岩石 藏,因此,这里所指的气柱高度只是多个叠置砂体的综类型,一方面可以封闭地层中的流体散失,另一方面也 合反映。由于岩性致密和成岩作用强烈,气藏流体压阻碍了浅部流体对深部的作用;④上古生界天然气藏 力并不完全受围岩流体动力的控制,而受后期构造变主要为岩性气臧,气藏的封闭主要依靠纵、横向岩性变 动的影响。其原因为:①流体压力剖面、平面变化与现化引起的毛细管力的改变。因此,燕山期后的埋藏厚度 今构造形态基本一致,表明构造变动之后的埋藏深度只是导致气藏上覆厚度的增加,而对流体压力值的改变 对压力梯度的计算有直接影响;②大部分地区,燕山构基本上没有影响,从而使埋深加大、流体压力梯度降低 100r刘庆1 还天1定探156铁了年。4群参。榆9榆1 苏里格庙 石盒子组 纤1 上石盒子维 0.9 低压流体压力带 压力平衡带一一正常超压带 3流体压力梯度沿东西向的变化与分带 Fig 3 The varia bility of fluid pressure gradient with structural shape from west to east and the position of Sulig Gas Field 2古流体压力影响因素 降为20~50℃,古压力下降幅度为5.2%~19.4%。 22气藏体积 对于以CH4为主的纯气藏而言,其气体状态变 如果不考虑溶蚀作用等对储层孔隙体积的影响 化主要受控于体积温度和压力,可以用改进的Leer天然气充注以后,气藏中的孔隙空间本身不会发生太 Kesler状态方程描述,其表达式为 大的变化。但是,由于其中聚集的天然气会因为各种 p·V/T=z 原因发生散失,如扩散作用、构造作用、抬升剥蚀作用 式中p为压力MPa;T为温度,K;为摩尔体积,等,因而天然气会被稀释,相当于天然气的体积减小。 dm3/mol;R=0.8314467MPa·dm3/(mol·K);如果天然气藏是一个相对封闭的体系,在没有气体持 p=p/46.41;T=m/190.6;F=V/0.34146 续充注的前提下,体积减小会造成气藏中天然气密度 由于天然气分子体积很小,当温度、压力、体积改降低和气体压力下降。模拟计算表明,在古地温为 变时,其分子可视为刚性而不发生变化。鄂尔多斯盆140℃的天然气藏中,温度下降70℃,天然气扩散5% 地上古生界天然气藏中很少见到液相的油(苏里格的压力下降约4.5%,天然气扩散为10%;压力下降约 凝析油在地层状态下为气体),几乎无底水或边水,气9%,天然气扩散为20%;天然气扩散量越大,压力下 藏中的CH4含量在85%以上,可视为以CH4为主的降越明显 单相,可以用上述气体状态方程描述。 另外,由次生孔隙形成导致孔隙体积的增加一般 温度 为2%~5%,从而导致天然气藏储集空间的变化也有 根据上述状态方程,模拟计算了在不同古地温、不限,因此孔隙变化对气藏流体压力的影响较小,一般为 同今地温状态下,由古温度下降引起的气藏流体压力5%~10%。虽然抬升剥蚀作用也被认为是流体压力 从古到今的变化。计算结果表明,天然气藏形成之后,下降的原因之一,实际上,抬升剥蚀对气藏流体压力 在气藏体积不发生改变的情况下,古流体压力会随古的变化有双重影响:①抬升剥蚀导致负荷厚度减小,流 温度下降而逐渐下降,古温度降低越大,古压力下降也体压力梯度増大。当再埋藏时,流体压力梯度又会降 越大。假设气藏最高古温度为110~140℃,当温度下低。②抬升剥蚀会造成气藏温度下降,从而造成压力 21994-2007ChinaAcademicJOurnalElectronicPublishingHouse.alLrightsreservedhttp://www.cnki.net
第 1 期 冯 乔等 :鄂尔多斯盆地上古生界低压气藏成因 35 113 低压成因 气柱高度是指气藏中天然气充注的高度 ,也称为 含气高度。由于鄂尔多斯盆地上古生界含气砂体小而 孤立 ,被细粒岩石分隔 ,在纵横向上形成错落叠置的气 藏 ,因此 ,这里所指的气柱高度只是多个叠置砂体的综 合反映。由于岩性致密和成岩作用强烈 ,气藏流体压 力并不完全受围岩流体动力的控制 ,而受后期构造变 动的影响。其原因为 : ①流体压力剖面、平面变化与现 今构造形态基本一致 ,表明构造变动之后的埋藏深度 对压力梯度的计算有直接影响 ; ②大部分地区 ,燕山构 造期的剥蚀厚度均比后期埋藏厚度大 ,如苏里格气田 中生代末的剥蚀厚度为 800～900 m [ 10 ] ,向东剥蚀厚度 更大 ,因此后期埋藏作用对下伏地层的成岩作用应无 明显影响 ; ③气藏上伏的上石盒子组为相对细的岩石 类型 ,一方面可以封闭地层中的流体散失 ,另一方面也 阻碍了浅部流体对深部的作用 ; ④上古生界天然气藏 主要为岩性气藏 ,气藏的封闭主要依靠纵、横向岩性变 化引起的毛细管力的改变。因此 ,燕山期后的埋藏厚度 只是导致气藏上覆厚度的增加 ,而对流体压力值的改变 基本上没有影响 ,从而使埋深加大、流体压力梯度降低。 图 3 流体压力梯度沿东西向的变化与分带 Fig . 3 The variability of fluid pressure gradient with structural shape from west to east and the position of Sulig Gas Field 2 古流体压力影响因素 对于以 CH4 为主的纯气藏而言 ,其气体状态变 化主要受控于体积、温度和压力 ,可以用改进的 LeeΟ Kesler 状态方程描述[ 11 ] ,其表达式为 p ·V / ( R ·T) = pτ·Vτ/ Tτ = Z 式中 p 为压力 ,MPa ; T 为温度 , K; V 为摩尔体积 , dm 3 / mol ; R = 01831 446 7 MPa ·dm 3 / ( mol ·K) ; pτ = p/ 46141 ; Tτ = T/ 19016 ; Vτ = V / 01341 46 。 由于天然气分子体积很小 ,当温度、压力、体积改 变时 ,其分子可视为刚性而不发生变化。鄂尔多斯盆 地上古生界天然气藏中很少见到液相的油 (苏里格的 凝析油在地层状态下为气体) ,几乎无底水或边水 ,气 藏中的 CH4 含量在 85 %以上 ,可视为以 CH4 为主的 单相 ,可以用上述气体状态方程描述。 211 温 度 根据上述状态方程 ,模拟计算了在不同古地温、不 同今地温状态下 ,由古温度下降引起的气藏流体压力 从古到今的变化。计算结果表明 ,天然气藏形成之后 , 在气藏体积不发生改变的情况下 ,古流体压力会随古 温度下降而逐渐下降 ,古温度降低越大 ,古压力下降也 越大。假设气藏最高古温度为 110～140 ℃,当温度下 降为 20～50 ℃,古压力下降幅度为 512 %～1914 %。 212 气藏体积 如果不考虑溶蚀作用等对储层孔隙体积的影响 , 天然气充注以后 ,气藏中的孔隙空间本身不会发生太 大的变化。但是 ,由于其中聚集的天然气会因为各种 原因发生散失 ,如扩散作用、构造作用、抬升剥蚀作用 等 ,因而天然气会被稀释 ,相当于天然气的体积减小。 如果天然气藏是一个相对封闭的体系 ,在没有气体持 续充注的前提下 ,体积减小会造成气藏中天然气密度 降低和气体压力下降。模拟计算表明 ,在古地温为 140 ℃的天然气藏中 ,温度下降 70 ℃,天然气扩散 5 % ; 压力下降约 415 % ,天然气扩散为 10 % ;压力下降约 9 % ,天然气扩散为 20 % ;天然气扩散量越大 ,压力下 降越明显。 另外 ,由次生孔隙形成导致孔隙体积的增加一般 为 2 %～5 % ,从而导致天然气藏储集空间的变化也有 限 ,因此孔隙变化对气藏流体压力的影响较小 ,一般为 5 %～10 %。虽然抬升剥蚀作用也被认为是流体压力 下降的原因之一[ 4 ] ,实际上 ,抬升剥蚀对气藏流体压力 的变化有双重影响 : ①抬升剥蚀导致负荷厚度减小 ,流 体压力梯度增大。当再埋藏时 ,流体压力梯度又会降 低。②抬升剥蚀会造成气藏温度下降 ,从而造成压力
石油学报 2007年第28卷 下降。另外,气藏中所含的水在温度下降过程中由气别可达33%~37%(苏27);③储集空间以原生粒间 态变为液态,也被认为是压力下降的原因之一,但是孔残余粒间孔和溶蚀粒间孔为主,孔隙度为5% 鄂尔多斯盆地上古生界气藏试气结果表明其含水很少10%,渗透率为(0.5~1.0)×0um2,物性较差 或几乎不含水。气藏中即使有少量的水,也主要是31后期埋藏变化引起的压力下降 以非流动的薄膜水、矿物层间水和结构水等形式存在 苏里格气臧埋深为3018~3800m,平均深度为 对流体压力的影响不大。因此埋藏深度的变化和温度3365m;流体压力约为32.9~2.5MPa,平均为 下降是造成鄂尔多斯盆地低压形成的主要原因 27.99MPa;压力梯度为0.92~0.65MPa/100m,平均 苏里格气藏实例 为0.83MPa/100m,属于典型的低压气藏 根据成藏后气藏压力不再受后期埋藏的影响(成 苏里格气藏位于鄂尔多斯盆地西部偏北、鄂托克岩作用停止),对苏里格气田部分井的气藏压力进行了 旗和鄂托克前旗以东、桃利庙以西,其东为乌审旗气恢复,结果表明(表1),在扣除白垩系及其以上地层 田。苏里格气田呈南北向延伸,其特点为:①气藏受南后,由前白垩系残余厚度换算的流体压力梯度为(0.9 北向展布的砂体控制,天然气主要储集于山西组和下~1.14)MPa/100m,平均压力梯度为1.06MPa/100 石盒子组分流河道砂体中;②储层岩性以石英砂岩和m。与盆地东部无白垩系的米脂地区的流体压力梯度 岩屑石英砂岩为主,填隙物中泥质岩岩屑含量较高,个一致,比现今流体压力梯度平均高21.4% 表1苏里格气田各层位恢复的流体压力梯度及压力下降幅度对比 lable 1 Contrast of the fluid pressure gradient recovered and the extent of fallen pressure in Sulig Gas Field 井号层位 地层压力/ 底前K1残余 力梯度 恢复梯度压力下降!% MPa/ 盟6 石盒子组 3549.0~3554.027.92860.0 2691.5 1,04 苏10石盒子组32480~3251.0 2582.0 20.54 石盒子组 3341.0~3344.0 702.0 苏20石盒子组 28.9 1. 0 21.9 苏 石盒子组 3203.0~3208.0 654.0 2551.5 石盒子组 657.5 2630.0 苏 石盒子组3292.0~32960 675.5 苏19山西组 3469.5~3471.5 24.29 58.0 2712.5 苏7 山西组 3382.5~3384.5 31.09 644.5 2739.0 19.05 桃7 山西组 3346.0~3350. 39 874.0 马五段 3623.l~3624.9 3288 2889.0 3.2温度下降引起的压力下降 构造运动造成的埋深变化,即苏里格气田在白垩纪时 古温度下降也是造成流体压力下降的主要因素之的平均流体压力梯度为1.06MPa/100m,由此恢复 苏里格气藏的古温度经历了由降温和升温的变化白垩纪以前成藏时的流体压力梯度约为1.22MPa/ 过程。苏里格气藏在形成后,由于喜马拉雅运动致使100m 盆地抬升,中生代地层遭受了较多剥蚀。在剥蚀期间, 苏里格气田流体压力的变化可归纳为:①在成藏 气藏温度会逐渐下降,并一直持续到剥蚀结束。如果温度为150℃时,其流体压力梯度约为1.22MPa/100 古温度梯度不变的话,随着新地层的沉积,气藏温度会m;②中生代末期从抬升剥蚀到重新埋藏,温度下降约 逐渐上升,直到现今的温度状态。总的看来,新沉积物55℃,流体压力梯度从1.22MPa/100m降为1.06 埋藏造成的升温比剥蚀造成的降温要小,气藏温度处MPa/100m;③由于燕山运动之后储层的成岩作用停 于下降的过程中。这种古温度的变化必然会造成止,物性变化不大,因此新沉积物埋藏引起的压力梯度 气藏流体压力的变化。 降低比率约为214%,从而形成目前的具有典型低压 按照苏里格气藏平均埋深为3365m、今地温梯度特征的气臧。 为2.46℃100m、地表温度12℃计算,该气藏今地温 平均为95℃。如果成藏时气藏的温度为150℃石英4结论 加大边中盐水包裹体均一温度148~85℃,即温度下 鄂尔多斯盆地上古生界气藏的流体压力具有明显 降了55℃模拟计算的压力下降14.9%。在扣除后期的低压特征,其流体压力梯度呈东高西低的特点。盆 201994-2007ChinaAcademicJournalElectronicpUblishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net
36 石 油 学 报 2007 年 第 28 卷 下降。另外 ,气藏中所含的水在温度下降过程中由气 态变为液态 ,也被认为是压力下降的原因之一[ 4 ] ,但是 鄂尔多斯盆地上古生界气藏试气结果表明其含水很少 或几乎不含水[ 7 ] 。气藏中即使有少量的水 ,也主要是 以非流动的薄膜水、矿物层间水和结构水等形式存在 , 对流体压力的影响不大。因此埋藏深度的变化和温度 下降是造成鄂尔多斯盆地低压形成的主要原因。 3 苏里格气藏实例 苏里格气藏位于鄂尔多斯盆地西部偏北、鄂托克 旗和鄂托克前旗以东、桃利庙以西 ,其东为乌审旗气 田。苏里格气田呈南北向延伸 ,其特点为 : ①气藏受南 北向展布的砂体控制 ,天然气主要储集于山西组和下 石盒子组分流河道砂体中 ; ②储层岩性以石英砂岩和 岩屑石英砂岩为主 ,填隙物中泥质岩岩屑含量较高 ,个 别可达 33 %～37 % (苏 27) ; ③储集空间以原生粒间 孔、残余粒间孔和溶蚀粒间孔为主 ,孔隙度为 5 %～ 10 % ,渗透率为(015～110) ×10 - 3μm 2 ,物性较差。 311 后期埋藏变化引起的压力下降 苏里格气藏埋深为 3 018～3 800 m ,平均深度为 3 365 m ; 流体压力约为 3219 ～ 2215 MPa , 平均为 27199 MPa ;压力梯度为 0192～0165 MPa/ 100 m ,平均 为 0183 MPa/ 100 m ,属于典型的低压气藏。 根据成藏后气藏压力不再受后期埋藏的影响 (成 岩作用停止) ,对苏里格气田部分井的气藏压力进行了 恢复 ,结果表明 (表 1) ,在扣除白垩系及其以上地层 后 ,由前白垩系残余厚度换算的流体压力梯度为 (019 ～1114) MPa/ 100 m ,平均压力梯度为 1106 MPa/ 100 m。与盆地东部无白垩系的米脂地区的流体压力梯度 一致 ,比现今流体压力梯度平均高 2114 %。 表 1 苏里格气田各层位恢复的流体压力梯度及压力下降幅度对比 Table 1 Contrast of the fluid pressure gradient recovered and the extent of fallen pressure in Sulig Gas Field 井号 层 位 射孔井段/ m 地层压力/ MPa K1 底 埋深/ m 前 K1 残余 厚度/ m 压力梯度 MPa/ 100 m 恢复梯度 MPa/ 100 m 压力下降/ % 盟 6 石盒子组 3 54910～3 55410 27192 86010 2 69115 0179 1104 24122 苏 10 石盒子组 3 24810～3 25110 28105 66715 2 58210 0186 1109 20154 苏 13 石盒子组 3 34110～3 34410 29131 70210 2 64015 0188 1111 21100 苏 20 石盒子组 3 44410～3 44710 28191 75415 2 69110 0184 1107 21190 苏 25 石盒子组 3 20310～3 20810 26147 65410 2 55115 0183 1104 20140 苏 4 石盒子组 3 28610～3 28910 27108 65715 2 63010 0182 1103 20100 苏 5 石盒子组 3 29210～3 29610 29105 67515 2 61815 0188 1111 20151 苏 19 山西组 3 46915～3 47115 24129 75810 2 71215 0170 0190 21184 苏 7 山西组 3 38215～3 38415 31109 64415 2 73910 0192 1114 19105 桃 7 山西组 3 34610～3 35010 25139 87410 2 47410 0176 1103 26111 苏 2 马五段 3 62311～3 62419 32188 73510 2 88910 0191 1114 20128 312 温度下降引起的压力下降 古温度下降也是造成流体压力下降的主要因素之 一。苏里格气藏的古温度经历了由降温和升温的变化 过程。苏里格气藏在形成后 ,由于喜马拉雅运动致使 盆地抬升 ,中生代地层遭受了较多剥蚀。在剥蚀期间 , 气藏温度会逐渐下降 ,并一直持续到剥蚀结束。如果 古温度梯度不变的话 ,随着新地层的沉积 ,气藏温度会 逐渐上升 ,直到现今的温度状态。总的看来 ,新沉积物 埋藏造成的升温比剥蚀造成的降温要小 ,气藏温度处 于下降的过程中[ 12 ] 。这种古温度的变化必然会造成 气藏流体压力的变化。 按照苏里格气藏平均埋深为 3 365 m、今地温梯度 为 2146 ℃/ 100 m、地表温度 12 ℃计算 ,该气藏今地温 平均为 95 ℃。如果成藏时气藏的温度为 150 ℃(石英 加大边中盐水包裹体均一温度 148～85 ℃) ,即温度下 降了 55 ℃,模拟计算的压力下降 1419 %。在扣除后期 构造运动造成的埋深变化 ,即苏里格气田在白垩纪时 的平均流体压力梯度为 1106 MPa/ 100 m ,由此恢复 白垩纪以前成藏时的流体压力梯度约为 1122 MPa/ 100 m。 苏里格气田流体压力的变化可归纳为 : ①在成藏 温度为 150 ℃时 ,其流体压力梯度约为 1122 MPa/ 100 m ; ②中生代末期从抬升剥蚀到重新埋藏 ,温度下降约 55 ℃,流体压力梯度从 1122 MPa/ 100 m 降为 1106 MPa/ 100 m ; ③由于燕山运动之后储层的成岩作用停 止 ,物性变化不大 ,因此新沉积物埋藏引起的压力梯度 降低比率约为 2114 % ,从而形成目前的具有典型低压 特征的气藏。 4 结 论 鄂尔多斯盆地上古生界气藏的流体压力具有明显 的低压特征 ,其流体压力梯度呈东高西低的特点 。盆
第1期 冯乔等:鄂尔多斯盆地上古生界低压气藏成因 地东部为正常流体压力区,盆地西部为低流体压力区 and internal features of deep basin gas accumulations[J]. Petro- 其间为气水压力过渡带,与现今构造形态基本一致,表 leum Geology and Experiment 2000, 22(3): 210-214 明后期构造变动和埋藏作用对压力梯度分布有重要影7]闵琪,杨华,付金华鄂尔多斯盆地的深盆气口]天然气工业 响。苏里格气田位于构造位置相对较低的部位,低压 lin Qi, Yang Hua, Fu Jinhua Deep basin gas in E erduosi Basin 特征尤为明显 []. Natural Gas Industry 2000, 20(6): 11-15 模拟计算表明,剥蚀期间的温度下降和后期埋深8]孙粉锦,许化政,陈孟晋鄂尔多斯深盆气]现代地质,200 增加是造成上古生界气藏低压形成的主要原因。这一 5(3):30931 类型气藏与常规的构造气藏和阿尔伯达盆地深盆气藏 Sun Fenjin, Xu Huazheng, Chen Mengjin Deep basin gas of o 均不同。其特点是:①成藏早,气藏形成于150~125 dos J]. Geoscience, 2001, 15(3): 309314 [9]王金琪.对“深盆气”问题的商榷意见[J].石油勘探与开发 Mal;②气藏物性致密,属于低渗透特低渗透型储200128(4):7 层;③后期无持续气体充注,煤岩生烃动力学研究表 Wang Jinqi Discuss on the questions of"deep basin gas].Pe- 明,晚白垩世以后无论是太原组还是山西组均停止生 troleum Exploration and Development 2001, 28(4): 7 山1;④后期构造变动使气藏埋深加大;⑤新沉积物101刘宝宪张军黄道军等鄂尔多斯盆地苏里格庙区块上古生界 地层压力特征及成因分析[]低渗透油气藏,2002,7(3):-4 对下伏成岩变化无明显影响。 Liu Baoxian, Zhang J un, Huang Daojun , et al. The characteristics 参考文献 and formation of pore-pressure of the Upper Paleozonic in Sulig Block of Ordos Basin[J. Low Permeability Oil and Gas Reser- 1 Low B W, Dickinson ww. Conceptual model or origin of abnor woir,2002,7(3):1-4. mally pressured gas accumulation in low- permeability reservoirs刘斌,沈昆流体包裹体热力学[M].北京:地质出版社,1999 ]. AAPG Bulletin,l98569(8):1295-304. 2]郑玉凌郝石生,柳广第,等流体封存箱研究若干问题思考] Liu Bin, Shen Kun. Thermodynamics on fluid inclusions[ M]. Bei- 石油勘探与开发,1998,25(5):9092 jing: Geological Publishing House, 1999: 29-32 Zheng Yuling, Hao Shisheng, Liu guangdi,etal, A discussion a-[2]柳益群,李文厚,冯乔陕甘宁盆地东部上三叠统含油砂岩的古 bout the research of abnormally pressured fluid compartment 地温及成岩阶段[J].地质学报,1997,2(1):65-74 U]. Petroleum Exploration and Development, 1998, 25(5):90- Liu Yiqun, Li Wenhou, Feng Qiao Palaeotemperatures and dia- 92 genetic stage of the Upper Triassic oil sandstones in the eastern [3 Ortolvva P Generation and migration of basin compartments and Ordos Basin[ J]. Acta Geologica Sinica, 1997, 2(1): 65-74 seals ]. American Journal of Science, 1994, 295: 435-427 [13]肖贤明,刘祖发,刘德汉,等.应用储层流体包裹体信息研究天然 4]华保钦,林锡祥,杨小梅鄂尔多斯盆地下古生界负压气臧及运 气气藏的成藏时间[J]科学通报,200,47(12):957-960 移]沉积学报,194,11(2):105-113 Xiao Xianming Liu Zufa, Liu Dehan et al Dating the formation Hua Baoqin Lin Xixiang, Yang Xiaomei. The underpressure gas of natural gas pool applying from information of the fluid inclu reservoir and gas migration of Ordovician in Oerhtossu[J].Acta sions in reservoir [J ]. Chinese Science Bulletin, 2002, 47(12): Semimentologica Sinica, 1994, 11(2): 105-113 [5]张金亮,张金功深盆气藏的主要特征及形成机制]西安石油14]付少英鄂尔多斯盆地上古生界煤的生烃动力学及其分子特征 学院学报:自然科学版,2001,16(1):1-7 研究[D]中国科学院广州地球化学研究所,2002:28-36 Zhang Jinliang, Zhang Jingong. Basic characteristics of deep basin Fu Shaoying. The dynamics of hydrocarbon formation and its gas traps[J] Journal of Xi an Petroleum Institute: Natural Sci- molecule characteristics on coal of the Upper Paleozonic in Ordos ce,2001,l6(1):-7 Basin [D]. Guangzhou Institute of Geochemistry, Chinese Acade- [6]张金川,金之钧,庞雄奇.深盆气成藏条件及其南部特征J]石 my of Sciences, 2002: 28-36 油实验地质,2000,2(3):210214 Zhang Jinchuan Jin Zhijun, Pang Xiongqi Formation conditions (收稿日期2006-01-20改回日期2006-04-30编辑张怡 201994-2007chinaAcademicJOurnalElectronicPublishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net
第 1 期 冯 乔等 :鄂尔多斯盆地上古生界低压气藏成因 37 地东部为正常流体压力区 ,盆地西部为低流体压力区 , 其间为气水压力过渡带 ,与现今构造形态基本一致 ,表 明后期构造变动和埋藏作用对压力梯度分布有重要影 响。苏里格气田位于构造位置相对较低的部位 ,低压 特征尤为明显。 模拟计算表明 ,剥蚀期间的温度下降和后期埋深 增加是造成上古生界气藏低压形成的主要原因。这一 类型气藏与常规的构造气藏和阿尔伯达盆地深盆气藏 均不同。其特点是 : ①成藏早 ,气藏形成于 150～125 Ma [ 13 ] ; ②气藏物性致密 ,属于低渗透 —特低渗透型储 层 ; ③后期无持续气体充注 ,煤岩生烃动力学研究表 明 ,晚白垩世以后无论是太原组还是山西组均停止生 烃[ 14 ] ; ④后期构造变动使气藏埋深加大 ; ⑤新沉积物 对下伏成岩变化无明显影响。 参 考 文 献 [ 1 ] Low B W ,Dickinson W W. Conceptual model or origin of abnor2 mally pressured gas accumulation in lowΟpermeability reservoirs [J ]. AAPG Bulletin ,1985 ,69 (8) :1295Ο1304 . [ 2 ] 郑玉凌 ,郝石生 ,柳广第 ,等. 流体封存箱研究若干问题思考[J ]. 石油勘探与开发 ,1998 ,25 (5) :90292. Zheng Yuling , Hao Shisheng ,Liu Guangdi ,et al. A discussion a2 bout t he research of abnormally pressured fluid compartment [J ]. Petroleum Exploration and Development , 1998 , 25 ( 5) : 902 92 . [ 3 ] Ortolvva P. Generation and migration of basin compartments and seals [J ]. American Journal of Science ,1994 ,295 :4352427 . [ 4 ] 华保钦 ,林锡祥 ,杨小梅. 鄂尔多斯盆地下古生界负压气藏及运 移[J ]. 沉积学报 ,1994 ,11 (2) :1052113 . Hua Baoqin ,Lin Xixiang , Yang Xiaomei. The underpressure gas reservoir and gas migration of Ordovician in Oerhtossu[J ]. Acta Semimentologica Sinica ,1994 ,11 (2) :1052113 . [ 5 ] 张金亮 ,张金功. 深盆气藏的主要特征及形成机制[J ]. 西安石油 学院学报 :自然科学版 ,2001 ,16 (1) :127 . Zhang Jinliang ,Zhang Jingong. Basic characteristics of deep basin gas traps[J ]. Journal of Xi’an Petroleum Institute : Natural Sci2 ence ,2001 ,16 (1) :127. [ 6 ] 张金川 ,金之钧 ,庞雄奇. 深盆气成藏条件及其南部特征[J ]. 石 油实验地质 ,2000 ,22 (3) :2102214 . Zhang Jinchuan ,Jin Zhijun , Pang Xiongqi. Formation conditions and internal features of deep basin gas accumulations[J ]. Petro2 leum Geology and Experiment ,2000 ,22 (3) :2102214 . [7 ] 闵琪 ,杨华 ,付金华. 鄂尔多斯盆地的深盆气[J ]. 天然气工业 , 2000 ,20 (6) :11215 . Min Qi , Yang Hua ,Fu Jinhua. Deep basin gas in E’erduosi Basin [J ]. Natural Gas Industry ,2000 ,20 (6) :11215. [8 ] 孙粉锦 ,许化政 ,陈孟晋. 鄂尔多斯深盆气[J ]. 现代地质 ,2001 , 15 (3) :3092314 . Sun Fenjin ,Xu Huazheng ,Chen Mengjin. Deep basin gas of Or2 dos [J ]. Geoscience ,2001 ,15 (3) :3092314 . [9 ] 王金琪. 对“深盆气”问题的商榷意见 [J ]. 石油勘探与开发 , 2001 ,28 (4) :7 . Wang Jinqi. Discuss on t he questions of“deep basin gas”[J ]. Pe2 troleum Exploration and Development ,2001 ,28 (4) :7 . [ 10 ] 刘宝宪 ,张军 ,黄道军 ,等. 鄂尔多斯盆地苏里格庙区块上古生界 地层压力特征及成因分析[J ]. 低渗透油气藏 ,2002 ,7 (3) :124 . Liu Baoxian ,Zhang J un , Huang Daojun ,et al. The characteristics and formation of pore2pressure of t he Upper Paleozonic in Sulig Block of Ordos Basin [J ]. Low Permeability Oil and Gas Reser2 voir ,2002 ,7 (3) :124 . [ 11 ] 刘斌 ,沈昆. 流体包裹体热力学[ M ]. 北京 :地质出版社 ,1999 : 29232 . Liu Bin ,Shen Kun. Thermodynamics on fluid inclusions[ M]. Bei2 jing : Geological Publishing House ,1999 :29232. [ 12 ] 柳益群 ,李文厚 ,冯乔. 陕甘宁盆地东部上三叠统含油砂岩的古 地温及成岩阶段[J ]. 地质学报 ,1997 ,2 (1) :65274 . Liu Yiqun ,Li Wenhou , Feng Qiao. Palaeotemperatures and dia2 genetic stage of t he Upper Triassic oil sandstones in t he eastern Ordos Basin[J ]. Acta Geologica Sinica ,1997 ,2 (1) :65274. [ 13 ] 肖贤明 ,刘祖发 ,刘德汉 ,等. 应用储层流体包裹体信息研究天然 气气藏的成藏时间[J ]. 科学通报 ,2002 ,47 (12) :9572960 . Xiao Xianming ,Liu Zufa ,Liu Dehan ,et al. Dating t he formation of natural gas pool applying from information of t he fluid inclu2 sions in reservoir [J ]. Chinese Science Bulletin , 2002 , 47 ( 12 ) : 9572960. [ 14 ] 付少英. 鄂尔多斯盆地上古生界煤的生烃动力学及其分子特征 研究[D]. 中国科学院广州地球化学研究所 ,2002 :28236. Fu Shaoying. The dynamics of hydrocarbon formation and its molecule characteristics on coal of t he Upper Paleozonic in Ordos Basin [D]. Guangzhou Instit ute of Geochemistry ,Chinese Acade2 my of Sciences ,2002 :28236. (收稿日期 2006Ο01Ο20 改回日期 2006Ο04Ο30 编辑 张 怡)