劉明潔，季永承，劉 震，張 旺，渠 芳

(1.油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610500；2.西南石油大學(xué)，四川 成都 610500；3.中國石油大學(xué)(北京)，北京 102249；4.油氣資源與探測(cè)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102249；5.中國科學(xué)院，北京 100029)

0 引 言

砂巖透鏡體油氣藏作為最典型的巖性油氣藏之一，廣泛分布于世界眾多含油氣盆地中[1]，引起了國內(nèi)外眾多學(xué)者廣泛關(guān)注。牛莊洼陷砂巖透鏡體油氣藏是中國重要的巖性油氣藏，前人對(duì)區(qū)內(nèi)砂巖透鏡體成藏主控因素研究較多，但對(duì)油氣富集條件卻鮮有研究[2-9]，因此，在實(shí)際勘探過程中存在以下問題：①牛莊洼陷沙三中亞段砂體較發(fā)育，但鉆井顯示相同環(huán)境沉積的砂體含油性存在較大差異；②含油砂體平面分布差異明顯，油氣主要集中在洼陷邊緣環(huán)邊界斷層附近，而洼陷內(nèi)東部及西南部斷層不發(fā)育區(qū)域無油氣分布；③物性接近的含油砂體，含油程度差異較大[10-11]。因此，從實(shí)際勘探問題入手，以斷層和砂體為切入點(diǎn)，分析研究區(qū)斷層對(duì)油層的控制作用以及成藏期砂巖古孔隙度對(duì)油氣富集的影響，進(jìn)而明確洼槽帶砂巖透鏡體成藏關(guān)鍵因素與油氣富集條件，為牛莊洼陷洼槽帶巖性油氣藏勘探提供新思路。

1 地質(zhì)概況

東營凹陷是渤海灣盆地典型的中、新生代箕狀斷陷盆地，剖面上具有北斷南超的特征，平面上大致可分為北部陡坡帶、南部斜坡帶、中央隆起帶和洼陷帶[12]。牛莊洼陷位于東營凹陷東南部的洼陷帶內(nèi)，是東營凹陷重要的生油洼陷之一[13]，近東西向延伸面積約為600 km2。牛莊洼陷總體構(gòu)造簡(jiǎn)單[14]，北陡南緩，以向斜為主。洼陷內(nèi)斷層主要發(fā)育在北部與中央斷裂帶交界處、南部與南斜坡交界處，中部斷層發(fā)育較少(圖1)。

圖1 研究區(qū)位置及構(gòu)造分區(qū)

牛莊洼陷古近紀(jì)地層發(fā)育齊全，自下而上發(fā)育有孔店組、沙河街組和東營組，其中，沙河街組是牛莊洼陷主要的烴源巖層和儲(chǔ)層。沙河街組自下而上分為沙一段、沙二段、沙三段和沙四段，沙三段自上而下分為沙三上亞段、沙三中亞段和沙三下亞段。前人研究表明，在沙三中亞段沉積時(shí)期，由于氣候濕潤、雨量充沛、碎屑物質(zhì)供應(yīng)充足，沿盆地長軸方向發(fā)育大型的陸相湖盆復(fù)合三角洲—東營三角洲[15]，在牛莊洼陷生成大量的滑塌砂巖透鏡體巖性油氣藏[16-18]。

2 洼槽帶砂巖體成藏的關(guān)鍵因素

牛莊洼陷沙三中亞段多為濁積巖巖性油氣藏，烴源巖為下伏的沙三下亞段和沙四段湖相泥巖，為典型的源外成藏特征。作為油氣主要的運(yùn)移通道，斷層溝通了下部超壓烴源巖與上部砂體儲(chǔ)層，是沙三中亞段巖性油氣藏成藏的主要控制因素。然而在同樣具有斷層和砂體的條件下，研究區(qū)油氣成藏仍存在較大差異。

通過對(duì)工區(qū)三維地震資料精細(xì)解釋，結(jié)合實(shí)際試油和測(cè)試數(shù)據(jù)，將地震剖面與油藏剖面一一對(duì)應(yīng)。沙三中亞段發(fā)育6期三角洲，自上而下分別為中1—中6，其中T4、T6分別為沙三中亞段頂、底界面，T51、T52、T53、T54、T55分別為6期三角洲砂層組分界面。通過對(duì)比地震剖面和油藏剖面發(fā)現(xiàn)，被2條及以上斷層切穿的砂體能夠成藏，而被單斷層切穿的砂體無法成藏。由于牛莊洼陷普遍發(fā)育低序級(jí)次斷層[17]，因此，在實(shí)際生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)具單斷層砂體成藏的情況，可能是因?yàn)榈卣鸾忉屵^程中，地震分辨率不夠高，導(dǎo)致那些微斷距的低序級(jí)次斷層不能被識(shí)別所致。

N23井位于工區(qū)東部，由過N23井的地震剖面可知(圖2a)，該井位于2條斷層之間，南部斷層與北部斷層均呈北東向展布并向東南傾斜。北部斷層切穿整個(gè)沙三中亞段，溝通了沙四段烴源巖層與沙三中亞段儲(chǔ)集層，該斷層早期為沙三中段巖性油藏的形成提供了運(yùn)移通道，晚期封堵作用為油藏的保存提供了良好條件。試油資料顯示N23井中5砂層組內(nèi)3 142.1～3 149.9、3 173.0～3 174.0、3 176.6～3 178.5 m井段為油層(圖2b)。S131井位于研究區(qū)西部，由過S131井的地震剖面可知，S131井位于3條斷層之間，3條斷層都是北東向展布且向南東傾斜(圖2c)。3條斷層均切穿沙三中亞段底界，溝通了沙三下及沙四段的烴源巖與沙三中亞段儲(chǔ)集層，為巖性油藏的形成提供油氣運(yùn)移通道。試油資料顯示，S131井在中5砂層組內(nèi)3 017.6 ～3 030.8 m為油層(圖2d)。N250井位于工區(qū)中部，是牛莊洼陷的一口失利井。盡管N250井南部有一條東西展布向南傾的大斷層(圖2e)，但N250井油氣無法成藏(圖2f)。

當(dāng)牛莊洼陷洼槽帶沙三中亞段濁積砂體被至少2條斷層切穿時(shí)，油氣能夠成藏；而當(dāng)砂體僅被單一斷層切穿時(shí)，油氣不能成藏。斷層在油氣成藏期呈開啟狀態(tài)，深部產(chǎn)生的油氣以涌流方式沿?cái)鄬用嫦蛏线\(yùn)移[18-22]，并通過斷層面充注進(jìn)入圈閉成藏。但在該過程中，油氣沿?cái)鄬用娴倪\(yùn)移與油氣沿?cái)鄬用娴某渥⑹?個(gè)不同的階段，具有不同的動(dòng)力條件。當(dāng)油氣通過斷層面向砂體充注時(shí)，必須要先排出儲(chǔ)層中的孔隙水，考慮到儲(chǔ)層內(nèi)孔隙水的不可壓縮性，充注的油氣會(huì)受到砂體內(nèi)部孔隙水的阻力導(dǎo)致油氣不能進(jìn)入砂巖成藏。若此時(shí)砂體還存在另一條斷裂，砂巖內(nèi)孔隙水便會(huì)在油氣充注產(chǎn)生的壓力下沿著該斷層泄出，釋放孔隙空間，使油氣順利成藏。

超壓烴源巖層被雙斷層切穿時(shí)，油氣在超壓作用下沿?cái)鄬涌焖儆苛?，并向上運(yùn)移；斷層兩側(cè)尖滅砂體類似單斷層情況，很難充注油氣；對(duì)于斷層之間的砂體，油氣通過下傾方向斷層充注，砂體中的孔隙流體通過上傾方向斷層排出，在油氣供給充足情況下，斷層間砂體易充注大量油氣成藏，而更多油氣則沿?cái)鄬永^續(xù)向上運(yùn)移(圖3)。同理，砂體在被多斷層切穿的條件下，斷層兩側(cè)的砂巖體不易成藏，而油氣傾向于聚集在斷層之間的砂體中成藏。

綜上所述，砂體是否被雙斷層或多斷層切穿，是牛莊凹陷沙三中亞段濁積砂體能否成藏的關(guān)鍵因素。

3 洼槽帶砂體油氣富集條件

在具有相同斷層輸導(dǎo)背景的條件下，盡管相同的含油沉積砂體現(xiàn)今物性接近，但含油程度卻存在明顯的不同，表現(xiàn)出油氣富集程度的差異性問題。在統(tǒng)計(jì)牛莊洼陷沙三中亞段現(xiàn)今含油氣孔隙度下限的基礎(chǔ)上，通過砂巖孔隙度剖面回溯，求取成藏期砂巖儲(chǔ)層臨界古孔隙度，進(jìn)而通過比較成藏期砂巖儲(chǔ)層臨界孔隙度與成藏期砂巖儲(chǔ)層古孔隙度之間的關(guān)系，來分析影響油氣富集的條件。

圖2 過N23井、S131井與N250井剖面

圖3 牛莊洼陷洼槽帶沙三中亞段油氣藏成藏與富集機(jī)制

3.1 現(xiàn)今儲(chǔ)層含油孔隙度下限

綜合利用試油和巖心錄井孔滲數(shù)據(jù)確定現(xiàn)今儲(chǔ)層含油物性下限。沙三中亞段試油結(jié)果主要表現(xiàn)為油層、水層和干層，巖心錄井結(jié)果主要表現(xiàn)為富含油、油浸和熒光。當(dāng)孔隙度小于3.50%時(shí)，試油數(shù)據(jù)表現(xiàn)為水層和干層，巖心錄井表現(xiàn)為無明顯的含油特征。因此，確定3.50%為現(xiàn)今儲(chǔ)層含油孔隙度下限。

3.2 成藏期儲(chǔ)層臨界孔隙度

選取研究區(qū)5口典型井求取臨界孔隙度，并以N6井為例進(jìn)行說明。N6井現(xiàn)今孔隙度為12.70%，采用前人方法進(jìn)行古孔隙度恢復(fù)計(jì)算，可知成藏期孔隙度為24.70%，從成藏期到最大埋深期孔隙度變化量為12.00%。5口典型井孔隙度變化量平均值為10.40%(表1)，結(jié)合前文得到的現(xiàn)今儲(chǔ)層含油孔隙度下限為3.50%，可得研究區(qū)沙三中亞段儲(chǔ)層成藏期臨界物性為13.90%。

表1 研究區(qū)典型井成藏期到最大埋深期孔隙度變化量

3.3 成藏期古孔隙度

前人對(duì)東營凹陷及牛莊洼陷成藏期進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究，認(rèn)為東營組末期—館陶組早期(25 Ma)為沙三中亞段最早成藏期。對(duì)該時(shí)期古孔隙度進(jìn)行恢復(fù)。依據(jù)前人古孔隙度恢復(fù)方法，對(duì)沙三中亞段砂巖儲(chǔ)層成藏期古孔隙度進(jìn)行了計(jì)算。由于牛莊洼陷主力產(chǎn)油層段中5頂面為T54，挑選28口井恢復(fù)了T54頂面的古孔隙度(表2)。

由表2可知，牛莊洼陷沙三中亞段儲(chǔ)層在成藏期古孔隙度均大于儲(chǔ)層臨界物性，表明砂巖均具備油氣充注的條件。

表2 牛莊洼陷典型井成藏期T54古孔隙度

3.4 成藏期古孔隙度與油氣富集區(qū)塊關(guān)系

中5砂層組是牛莊洼陷地區(qū)主要出油層段，通過分析該油層組T54頂面成藏期古孔隙度等值線與油藏富集區(qū)塊關(guān)系(圖4)，可以看出研究區(qū)古孔隙呈現(xiàn)出東高西低的趨勢(shì)，油氣藏分布區(qū)與失利區(qū)分界明顯。出油井T54頂面古孔隙度為21.16%～23.90%，失利井古孔隙度為18.33%～21.84%，油藏區(qū)主要分布在古孔隙度大于20.60%的區(qū)域。

由此可知，研究區(qū)沙三中亞段巖性油氣藏主要分布在成藏期古孔隙度較高的區(qū)域，成藏期古孔隙度對(duì)油氣富集的控制較為明顯。

4 洼槽帶砂巖體油氣成藏與富集機(jī)制

牛莊洼陷洼槽帶沙三中亞段砂巖透鏡體成藏特征表明：在具有相同生儲(chǔ)蓋組合等石油地質(zhì)背景下，只有同時(shí)被至少2條斷層切穿的砂體才能成藏，而被單一斷層切穿的砂體不能成藏。這是由于當(dāng)油氣沿?cái)鄬用嫦蛏皫r充注時(shí)，單一斷層不能有效排出孔隙水為油氣提供儲(chǔ)集空間。而同時(shí)具備2條或多條斷層的砂體在油氣充注時(shí)，兼具泄水?dāng)鄬雍妥⒂蛿鄬?，能夠使砂巖中的孔隙水沿泄水?dāng)鄬优懦觯瑸橛蜌馓峁﹥?chǔ)集空間，而油氣則沿注油斷層充注進(jìn)入砂巖孔隙，有利于油氣的聚集成藏。此外，洼槽帶砂巖儲(chǔ)層在成藏期因孔滲性結(jié)構(gòu)分布差異形成級(jí)差優(yōu)勢(shì)，進(jìn)而產(chǎn)生了優(yōu)勢(shì)運(yùn)移通道。雖然成藏期砂巖古孔隙度均大于儲(chǔ)層臨界孔隙度，具備油氣充注條件，但在同時(shí)具備泄水?dāng)鄬雍妥⒂蛿鄬忧写┥皫r體的前提下，因油氣傾向于沿阻力較小的優(yōu)勢(shì)運(yùn)移通道方向運(yùn)移，導(dǎo)致沙三中亞段巖性油藏主要富集在成藏期高孔滲砂體中。因此，成藏期古物性是控制油氣富集的主要條件。

圖4 中5砂層組頂面(T54)古孔隙度與油藏分布關(guān)系

5 結(jié) 論

(1)牛莊洼陷洼槽帶沙三中亞段濁積砂體具有相同的油氣地質(zhì)條件，但僅被單一斷層切穿的砂體不能成藏，只有同時(shí)被2條或多條斷層切穿的砂體才能成藏。砂體被至少2條斷層切穿是砂巖透鏡體成藏的關(guān)鍵因素。

(2)成藏期沙三中亞段砂巖體古孔隙度均大于成藏期臨界孔隙度，具備油氣充注條件，但物性級(jí)差產(chǎn)生的優(yōu)勢(shì)運(yùn)移通道，使油氣優(yōu)先富集在高古孔隙度砂體中，成藏期砂巖古孔隙度是控制油氣富集程度的主要條件。