李寶帥

(中國(guó)石油大慶油田有限責(zé)任公司，黑龍江 大慶 163000)

0 引 言

致密砂巖氣指覆壓基質(zhì)滲透率小于或等于0.10 mD的砂巖氣，單井一般無(wú)自然產(chǎn)能或自然產(chǎn)能低于工業(yè)氣流下限，但在一定經(jīng)濟(jì)條件和技術(shù)措施下可獲得工業(yè)天然氣產(chǎn)量[1]。目前，中國(guó)在鄂爾多斯、四川、塔里木等盆地均探明大規(guī)模致密砂巖氣儲(chǔ)量[2]。不同學(xué)者對(duì)致密砂巖氣藏類型提出了不同的劃分方案[3-5]，姜振學(xué)等[5-6]根據(jù)油氣充注史與儲(chǔ)層致密演化史之間的關(guān)系，將致密砂巖氣藏分為“先致密后成藏”型致密深盆氣藏和“先成藏后致密”型致密常規(guī)氣藏。該文在前人研究基礎(chǔ)上，對(duì)克拉蘇構(gòu)造帶深層致密砂巖氣成藏機(jī)理作進(jìn)一步研究。庫(kù)車坳陷致密氣資源豐富，主要集中在克拉蘇構(gòu)造帶深層，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)大北1、大北3、克深2、克深5等大型致密氣藏[7]?？死K構(gòu)造帶經(jīng)歷了多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和多旋回的油氣充注，油氣成藏后經(jīng)歷了后期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的調(diào)整、改造和破壞，分布規(guī)律十分復(fù)雜，對(duì)克拉蘇構(gòu)造帶深層致密砂巖氣的成藏機(jī)理和成因類型的研究還有待進(jìn)一步深入。因此，該文以大北1氣藏為例，綜合天然氣充注史和儲(chǔ)層致密演化史，利用二者之間的匹配關(guān)系闡明致密砂巖氣成藏機(jī)理，有助于深化該區(qū)深層致密砂巖氣成藏認(rèn)識(shí)，為勘探評(píng)價(jià)提供一定的參考。

1 地質(zhì)概況

大北1氣藏位于新疆維吾爾自治區(qū)阿克蘇地區(qū)拜城縣境內(nèi)，構(gòu)造上位于塔里木盆地庫(kù)車坳陷克拉蘇構(gòu)造帶西端的大北1號(hào)構(gòu)造上[8]，主要受2條北東東向展布的北傾逆沖斷層控制(圖1)。氣層主要分布在白堊系巴什基奇克組砂巖中，巴什基奇克組自上而下分為1、2、3段。

圖1 庫(kù)車坳陷構(gòu)造單元?jiǎng)澐旨按蟊?氣藏剖面Fig.1 The tectonic unit division of KuqaDepression and Dabei 1 gas reservoir profile

克拉蘇構(gòu)造帶成藏地質(zhì)條件優(yōu)越，烴源巖以三疊系—侏羅系湖相、煤系地層為主，厚度大、分布廣、成熟度高，烴源巖晚期快速深埋，生烴強(qiáng)度大，排烴效率高[9]。主力儲(chǔ)層為白堊系巴什基奇克組，屬扇三角洲—辮狀河三角洲沉積[10]，厚度為200～300 m。蓋層為古近系庫(kù)姆格列木群的膏鹽巖夾泥巖，最厚可達(dá)4 000 m，為油氣提供了有利的封蓋條件。

2 天然氣充注史

利用儲(chǔ)層流體包裹體巖相學(xué)觀察和顯微測(cè)溫技術(shù)，結(jié)合埋藏史對(duì)大北1氣藏油氣充注史進(jìn)行了恢復(fù)(圖2、3)。研究結(jié)果表明：大北1氣藏具有3期成藏的特征，第1期包裹體均一溫度主要為60～80 ℃，熒光顏色為黃白色、黃褐色，氣液比較小，對(duì)應(yīng)早成巖期，表明該期主要為早期原油充注，結(jié)合埋藏史和古地溫可知成藏期為16.0～5.0 Ma，為新近紀(jì)康村期至庫(kù)車期(N1-2k—N2k)；第2期包裹體均一溫度主要為80～100 ℃，包裹體熒光顏色為藍(lán)白色，氣液比較大，表明該期主要為高成熟油氣充注，結(jié)合單井埋藏史和古地溫可知成藏期為5.0～3.5 Ma，為新近紀(jì)庫(kù)車期(N2k)；第3期包裹體均一溫度主要為110～130 ℃，顏色為灰色、黑色，不發(fā)熒光，相類型為氣態(tài)烴，說(shuō)明該期主要為高—過(guò)成熟天然氣充注，結(jié)合單井埋藏史和古地溫可知成藏期為3.5～1.0 Ma，主要為新近紀(jì)庫(kù)車末期至第四紀(jì)西域期(N2k—Q1x)，此期天然氣充注為形成現(xiàn)今大北1氣藏作出了主要貢獻(xiàn)。

圖2 庫(kù)車坳陷大北1氣藏流體包裹體特征Fig.2 The characteristics of fluid inclusion in Dabei 1 gas reservoir, Kuqa Depression

3 儲(chǔ)層孔隙演化史

3.1 儲(chǔ)層特征

對(duì)研究區(qū)65個(gè)巖心樣品進(jìn)行孔隙度、滲透率測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明：巴什基奇克組砂巖總體屬于低孔低滲—特低孔特低滲儲(chǔ)層，非均質(zhì)性強(qiáng)。儲(chǔ)層基質(zhì)孔隙度為2.0%～7.0%，平均孔隙度為5.0%，基質(zhì)滲透率為0.01～0.10 mD；含裂縫樣品孔隙度為3.0%～9.0%，與基質(zhì)孔隙度相差不大，含裂縫樣品滲透率普遍大于1.00 mD，主要為1.00～10.00 mD(圖4)?；|(zhì)滲透率與含裂縫樣品滲透率之間較大的差異反映出巴什基奇克組儲(chǔ)層裂縫十分發(fā)育，極大提高了儲(chǔ)層滲透率。

圖3 庫(kù)車坳陷大北1氣藏成藏期次示意圖Fig.3 The schematic diagram of the accumulationperiod of Dabei 1 gas reservoir, Kuqa Depression

圖4 庫(kù)車坳陷大北1氣藏巴什基奇克組儲(chǔ)層物性Fig.4 The reservoir properties of Bashijiqike Formation in Dabei 1 gas reservoir, Kuqa Depression

通過(guò)對(duì)研究區(qū)巖石薄片的鏡下鑒定結(jié)果分析認(rèn)為：大北1氣藏白堊系巴什基奇克組儲(chǔ)層的孔隙類型為殘余原生粒間孔、粒間溶孔、少量長(zhǎng)石和巖屑粒內(nèi)溶孔、溶蝕縫、構(gòu)造縫(圖5)，以殘余原生粒間孔和粒間溶孔為主，分別占面孔率的27%和40%，其次為粒內(nèi)溶孔、溶蝕縫和構(gòu)造縫。儲(chǔ)集空間類型為裂縫-孔隙型、孔隙型，其中，裂縫-孔隙型儲(chǔ)集空間類型占70%～90%，是大北1氣藏獲得高產(chǎn)氣流的重要條件。

圖5 庫(kù)車坳陷大北1氣藏巴什基奇克組儲(chǔ)集空間類型Fig.5 The reservoir space types of Bashijiqike Formation in Dabei 1 gas reservoir, Kuqa Depression

3.2 孔隙度演化分析

大北1氣藏巴什基奇克組儲(chǔ)層物性演化受沉積條件、成巖作用及后期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)等多種因素影響[11-12]。采用定量回剝的方法對(duì)研究區(qū)儲(chǔ)層孔隙演化進(jìn)行恢復(fù)，根據(jù)儲(chǔ)層現(xiàn)今鏡下特征統(tǒng)計(jì)分析不同成巖事件對(duì)應(yīng)的增減孔量，結(jié)合不同成巖事件所發(fā)生的成巖階段和埋藏史，回推各成巖階段孔隙變化情況，總結(jié)儲(chǔ)層孔隙演化規(guī)律。所需參數(shù)包括原始孔隙度、壓實(shí)量、膠結(jié)物含量、溶蝕量等。

原始孔隙度采用Bread方法計(jì)算，大北1氣藏巴什基奇克組儲(chǔ)層原始孔隙度計(jì)算公式為[13]：

φo=20.91+22.9/S

(1)

式中：φo為原始孔隙度，%；S為分選系數(shù)。

根據(jù)大北1氣藏巴什基奇克組儲(chǔ)層粒度分析，平均分選系數(shù)為1.3，計(jì)算得到砂巖原始孔隙度平均為38.5%。

同生、表生作用階段，儲(chǔ)層受壓實(shí)作用影響，早期方解石、石膏、黏土膠結(jié)使原生粒間孔迅速減少約19%～21%，保存孔隙度為18.0%左右。晚白堊世，該區(qū)逐漸抬升遭受剝蝕，直到古新世早期才接受沉積，儲(chǔ)層受到較強(qiáng)的表生溶蝕作用，孔隙度增加約1.0%～3.0%，保存孔隙度為20.0%。早成巖A階段(埋深小于2 000.0 m，溫度小于65 ℃)，儲(chǔ)層受持續(xù)壓實(shí)作用、石英和長(zhǎng)石次生加大及方解石膠結(jié)作用的影響，最大減孔量為9.0%～11.0%，在古近紀(jì)末烴源巖進(jìn)入生排烴門限，有機(jī)酸隨油氣充注進(jìn)入儲(chǔ)層，發(fā)生酸性水的溶蝕作用，孔隙度增加約為1.0%～2.0%，保存孔隙度為12.0%～14.0%。早成巖B階段(埋深為2 500.0～3 300.0 m，溫度為65～85 ℃)，巴什基奇克組儲(chǔ)層進(jìn)入快速埋深階段，受深埋壓實(shí)、晚期方解石膠結(jié)和石英次生加大的強(qiáng)烈減孔作用，晚期氣體注入帶來(lái)的少量酸性水溶蝕作用影響，孔隙度減小約為3.0%～5.0%，保存孔隙度為8.0%～12.0%。中成巖A階段(埋深為3 300.0～6 000.0 m，溫度為85～135 ℃)巴什基奇克組儲(chǔ)層持續(xù)埋深，機(jī)械壓實(shí)的減孔作用相對(duì)減弱，但受喜馬拉雅晚期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響發(fā)生強(qiáng)烈構(gòu)造擠壓，構(gòu)造應(yīng)力為60.0～70.0 MPa，減孔量為4.3%～5.6%[14]，同時(shí)，該時(shí)期也是大北地區(qū)裂縫發(fā)育的主要時(shí)期，即構(gòu)造裂縫主要形成時(shí)間為5～2 Ma[15]。與此同時(shí)，天然氣充注帶來(lái)的微量弱酸性水溶蝕、鐵方解石膠結(jié)、交代作用和石英次生加大造成現(xiàn)今的孔隙度平均為5.0%左右(圖6)。大北1氣藏儲(chǔ)層孔隙演化結(jié)果表明，大北1氣藏白堊系巴什基奇克組儲(chǔ)層在庫(kù)車組沉積中期開(kāi)始致密化。

圖6 庫(kù)車坳陷大北1井物性演化史與生排烴史匹配關(guān)系Fig.6 The matching relationship between physical property evolution history andhydrocarbon generation and expulsion history of Well Dabei 1, Kuqa Depression

4 成藏機(jī)制

結(jié)合大北地區(qū)構(gòu)造演化史、油氣充注史及儲(chǔ)層孔隙度演化史研究認(rèn)為，大北1白堊系致密砂巖氣成藏過(guò)程如下(圖7)：新近紀(jì)康村期，三疊系湖相烴源巖開(kāi)始排油，煤系烴源巖也開(kāi)始排出少量煤型氣，此時(shí)白堊系儲(chǔ)層尚未致密，大北1氣藏南部邊界斷層已經(jīng)形成，油氣可沿?cái)鄬哟瓜蜻\(yùn)移至上盤(pán)白堊系儲(chǔ)層，后沿砂體側(cè)向運(yùn)移至構(gòu)造高點(diǎn)，在合適的圈閉中聚集形成常規(guī)油藏；新近紀(jì)庫(kù)車早中期，三疊系烴源巖進(jìn)入排油高峰期，由于喜山期構(gòu)造擠壓作用和膠結(jié)作用，在構(gòu)造低部位儲(chǔ)層逐漸致密，形成致密深盆氣藏，而構(gòu)造高部位由于埋藏較淺儲(chǔ)層尚未致密，油氣可沿?cái)鄬酉蛏线\(yùn)移至白堊系儲(chǔ)層形成常規(guī)氣藏；新近紀(jì)庫(kù)車晚期，由于受到喜山晚期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響，早期形成的油氣藏接受調(diào)整改造，儲(chǔ)層受強(qiáng)烈的擠壓作用，至第四紀(jì)西域期天然氣大量充注時(shí)構(gòu)造高部位儲(chǔ)層也發(fā)生致密化，同時(shí)，由于天然氣的持續(xù)充注，使得構(gòu)造高部位和低部位普遍含氣，形成致密常規(guī)與致密深盆復(fù)合氣藏；西域期至今，由于構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，儲(chǔ)層發(fā)育大量裂縫，極大提高了儲(chǔ)層滲透性，氣藏遭受調(diào)整改造，天然氣可沿裂縫在浮力作用下向構(gòu)造高部位運(yùn)移調(diào)整，形成現(xiàn)今的氣藏分布格局。因此，庫(kù)車凹陷克拉蘇構(gòu)造帶未來(lái)的勘探潛力方向一方面是構(gòu)造高部位的致密常規(guī)氣藏，另一方面是構(gòu)造低部位的致密深盆氣藏。

圖7 庫(kù)車坳陷大北1氣藏成藏過(guò)程Fig.7 The accumulation process of Dabei 1gas reservoir, Kuqa Depression

5 結(jié) 論

(1) 大北1氣藏具有3期油氣充注：新近紀(jì)康村期至庫(kù)車期、新近紀(jì)庫(kù)車期和新近紀(jì)庫(kù)車末期至第四紀(jì)西域期，最后一期天然氣快速充注對(duì)形成現(xiàn)今大北1氣藏起到主要作用。

(2) 壓實(shí)作用、膠結(jié)作用、溶蝕作用和構(gòu)造作用是控制大北1氣藏白堊系巴什基奇克組儲(chǔ)層孔隙度演化的主要因素，同生、表生階段后孔隙度急劇減少至20.0%，早成巖A階段后孔隙度剩余為12.0%～14.0%，早成巖B階段孔隙度減少不明顯，保存約為8.0%～12.0%，經(jīng)過(guò)中成巖A階段到現(xiàn)今孔隙度保存約為5.0%，儲(chǔ)層在庫(kù)車組沉積中期發(fā)生致密化。

(3) 大北1氣藏具有以下成藏過(guò)程：新近紀(jì)康村期少量原油進(jìn)入低幅度圈閉形成常規(guī)油藏；新近紀(jì)庫(kù)車早中期高成熟度油氣充注，常規(guī)油氣藏和致密深盆氣藏共存；新近紀(jì)庫(kù)車晚期至第四紀(jì)西域期過(guò)成熟干氣充注，致密常規(guī)氣藏與致密深盆氣藏復(fù)合成藏；西域期至今受晚期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響，儲(chǔ)層發(fā)育大量裂縫，氣藏遭受調(diào)整改造天然氣沿裂縫在浮力作用下向構(gòu)造高部位運(yùn)移調(diào)整。