塔中北斜坡致密碳酸盐岩盖层特征及其控油气作用

2011-01-05杨海军刘丹丹韩剑发张艳萍张阳春王海江

石油与天然气地质 2011年6期

赵越,杨海军,刘丹丹,韩剑发,张艳萍,张阳春,王海江

(1.中国石油大学地球科学学院,北京 102249;2.中国石油大学油气资源与探测国家重点实验室,北京 102249; 3.中国石油塔里木油田勘探开发研究院,新疆库尔勒 841000;4.中国石油塔里木油田勘探开发部,新疆库尔勒 841000)

赵越1,2,3,杨海军3,刘丹丹1,2,韩剑发4,张艳萍1,2,张阳春4,王海江4

塔中北斜坡鹰山组发育大型海相碳酸盐岩凝析气藏,其上部盖层为良里塔格组 3—5段的致密碳酸盐岩。在平面上,这套盖层基本上覆盖整个塔中北斜坡;在剖面上,致密灰岩呈块状分布,叠置相连,从而封闭下部鹰山组中的油气。通过对良 3～5段致密碳酸盐岩盖层的岩性、厚度以及泥质含量几方面特征的分析,总结它们的分布规律及其与油气的关系,进而探讨影响塔中北斜坡这套致密灰岩盖层封闭性的主要因素。其中重点分析了致密灰岩盖层厚度和泥质含量对油气分布的控制作用,结果显示塔中北斜坡良里塔格组的致密灰岩盖层厚度达到 80 m,泥质含量的自然伽马测井响应值达到 20API即可以有效的封闭油气,厚度和泥质含量在影响油气封闭性方面具有互补关系。

封闭性;盖层;致密碳酸盐岩;良里塔格组;鹰山组;塔中北斜坡

随着天然气勘探的深入以及大型油气田的发现,盖层的研究越来越受到广大学者的重视。国内对盖层的研究自“九五”以来得到了飞速的发展,目前用于盖层微观封闭性评价参数的测试技术已经较成熟[1-2]。盖层封闭机理日益完善,并建立了很多关于盖层封闭能力的综合评价方法[3-4],盖层对油气运聚成藏的影响也越来越受到重视[5-9]。盖层的岩石类型很多,可以分为泥页岩类,膏盐岩类、致密灰岩类、煤层等。由于碳酸盐岩本身具有很强的非均质性,其封闭性远不如泥岩和膏盐岩盖层[10-12]。通过对世界 201个大型碳酸盐岩油气田的统计表明,细粒碎屑岩盖层占了51%,蒸发岩盖层占 21%,致密碳酸盐岩占 20%,我国的碳酸盐岩分布区有 230×104km2[13-15],因此,致密碳酸盐岩盖层的研究也是非常重要的。目前,致密碳酸盐岩做盖层方面的研究还相对薄弱,本文通过对塔中北斜坡的奥陶系良里塔格组3—5段致密碳酸盐岩盖层特征的分析,初步探计了它对油气的控制作用。

1 区域概况

塔里木盆地塔中隆起是一个长期继承性的古隆起,北隔Ⅰ号断裂带与满加尔凹陷相邻,南邻塘沽孜巴斯坳陷。位于塔中低凸起中部,北西向展布的中央断垒带自晚奥陶世发育至今一直是塔中地区的制高点[16],从塔中 I号断裂带至中央断垒带之间为塔中北斜坡。截至 2010年,塔中地区北斜坡的勘探已取得了很大的成果,主力油气产层为奥陶系[17]。该区奥陶系存在两套储盖组合,分别为桑塔木组巨厚的泥岩盖层与上奥陶统良里塔格组礁滩复合体之间的储盖组合,以及良里塔格组 3—5段的致密灰岩盖层与下奥陶统鹰山组岩溶风化壳之间的储盖组合 (图 1),本文的研究目标主要为良 3—5段致密灰岩盖层。

2 盖层特征

2.1 岩性特征

图1 塔中地区奥陶系储盖组合示意图Fig.1 Sketch map of the Ordovician reservoir-seal assemblage in Tazhong area

通过对塔中北斜坡 25口井所钻遇的良 3—5段岩性的统计发现,该套致密灰岩盖层以含泥灰岩、泥晶灰岩为主,厚度较大,在所钻遇的地层中所占比例较高;其次为粉晶灰岩,另外还含有泥质灰岩、含云灰岩、砂屑灰岩等,但其含量均较小,也只存在于个别井钻遇的盖层段。

图 2 塔中地区奥陶系良 3—5段致密灰岩盖层测井响应值等值线Fig.2 GR contour of tight limestone cap rock in the 3rd-5thmember of the Ordovician Lianglitage For mation in Tazhong area

图 3 塔中地区奥陶系良 3—5段致密灰岩盖层厚度等值线Fig.3 Thickness contour of tight limestone cap rock in the 3rd-5thmember of the Ordovician Lianglitage Formation in Tazhong area

图 4 塔中北斜坡奥陶系致密灰岩盖层剖面(剖面位置见图 3)Fig.4 Profile of the tightOrdovician limestone in the north slope of Tazhong area

致密碳酸盐岩盖层不同于泥岩和膏盐岩盖层,最主要的差别在于致密碳酸盐岩脆性较大而延展性不够[10]。而良好的延展性正是优质盖层的重要特征之一,那么致密碳酸盐岩盖层中泥质含量的多少是否也能改变其延展性,从而增强其封闭作用呢?本文根据自然伽马测井值可以反映泥质含量的特点,通过统计分析该区 52口井良 3—5段自然伽马测井值,认为泥质含量分布有一定规律,即塔中北斜坡中古 15井西的平台区和塔中 I号断裂带附近泥质含量的自然伽马响应值较小,均在 15 API以下,向南逐渐变大,最大值位于北斜坡中部北西向一条狭长的区带,自然伽马响应值可达到 30～40 API(图 2)。

2.2 盖层厚度与展布

本文统计了塔中地区 90口井良里塔格组 3— 5段的厚度数据,结合测井解释除去其中的储层厚度,并参考沉积相图最终绘制了塔中地区良 3—5段致密灰岩盖层厚度等值线 (图 3)。由图可见,平面上这套致密灰岩盖层基本上覆盖了整个塔中北斜坡,从塔中Ⅰ号断裂带至中央断垒带厚度逐渐减薄。通过对塔中地区地层构造演化史的研究,该区良里塔格组沉积期间地层发生反转,导致塔中西部大部分区域缺失良 4—5段,造成塔中北斜坡良 3—5段的致密灰岩盖层呈现东厚西薄的特点。西部厚度主要集中在 100～200 m之间,东部厚度多大于 400 m,厚度最大处可达到 820 m。总体上看,这套致密灰岩盖层在平面上具有“分布广,厚度较大”的特点。又由于碳酸盐岩具有很强的非均质性,因此本文认为剖面上致密灰岩盖层的分布特征为块状分布,横向上彼此相连,纵向上互相叠置(图 4),从而起到封闭其下部油气作用。

3 盖层封盖能力的影响因素及其控油气作用

3.1 厚度

厚度是影响盖层封盖能力的一个重要因素,厚度越大,横向上延伸越远,也更容易形成一定的展布面积[18]。另外,盖层厚度对于天然气的封闭起到至关重要的作用。由于塔中北斜坡鹰山组主要是以凝析气藏为主,通过统计塔中北斜坡 26口工业油流井和油气产量、气油比和其所钻遇的良3—5段致密灰岩盖层厚度之间的关系,发现致密灰岩盖层厚度达到 80 m即可以较好的封闭油气,厚度和气油比有一定的正相关性,致密灰岩盖层厚度越大,气油比越高,即盖层厚度越大,封盖天然气的能力越好。但是鉴于“碳酸盐岩非均质性强、延展性差”的这种特性,厚度在影响盖层封盖能力各因素中所占的比重要小于泥岩及膏盐岩盖层。

3.2 泥质含量

本文通过对中古 15井西井区和中古 8井区良 3—5段致密碳酸盐岩盖层的对比研究,认为泥质含量是影响其封闭能力的一个很重要的因素。这两个井区良里塔格组同样缺失良 4—5段,只有良 3段地层做鹰山组的直接盖层,盖层厚度都在80～200 m。但油气分布层位却截然不同,中古 8井区油气均分布在鹰山组,即其上部良 3段致密灰岩起到了很好的封闭作用,而中古 15西井区油气基本都在良 3段顶部,鹰山组没有油气,那么来自深部的油气很可能是经过良 3段,在顶部聚集的。研究发现,这两个井区良 3段的主要区别就在于泥质含量的不同,中古 15井西井区良 3段灰岩 GR值均小于 15 API,而中古 8井区都在 20API以上。那么,泥质含量的不同导致中古 8井区良 3段灰岩可以作为有效盖层,而中古 15井西井区的良 3段就不能作为有效盖层,从而形成了油气分布层位的差异性。因此,在致密灰岩盖层达到一定厚度的基础上,泥质含量是决定其能否成为有效盖层、影响其封闭性的一个重要因素。

另外,通过塔中北斜坡工业油流井所钻遇的良 3—5段致密灰岩盖层的泥质含量可以看出,具有有效封闭性的致密灰岩段的 GR值均大于20API,油气产量和气油比并未随泥质含量的增加而增大。从致密碳酸盐岩盖层的厚度和泥质含量这两个因素共同作用控制油气分布的角度分析,厚度稍大、泥质含量略小,和厚度较小、泥质含量略大都可以封闭同样的油气 (图 5)。因此,我们初步认为对致密碳酸盐岩盖层封闭性的影响,厚度和泥质含量具有一定的互补关系。

3.3 断裂

图 5 塔中地区良 3—5段致密灰岩盖层厚度、泥质含量与油气产量关系Fig.5 Correlation of oil/gas production with thickness and clay content of the tight l imestone cap rock in the 3rd-5th member of the Ordovician Lianglitage For mation in Tazhong area

塔中地区奥陶系良 3—5段断裂虽然非常发育,但整体上看,下奥陶统鹰山组的油气主要还是在断裂附近比较富集,高产油气井都分布在走滑断裂和塔中 10号逆冲断裂带两侧,可见良 3—5段致密灰岩中断裂的发育对油气封堵并未产生很大的破坏作用,更多的是发挥着输导油气的作用。但是谈到盖层封闭性,断裂的影响是毋庸置疑的, 3类最主要的盖层岩类中,膏盐岩具有很强的可塑性,断裂在膏盐岩层多形成滑脱断裂;而泥岩可塑性也较好,并且在断裂处具有“涂抹效应”[19];相比之下,致密碳酸盐岩盖层对断裂的响应更加敏感。另外,碳酸盐岩中断裂也相对更发育,因此断裂的分析是研究致密碳酸盐岩盖层封闭性的一个不容忽视的方面。以塔中 23C井为例,试油显示气微量,液 87 m3/d,该井位于局部构造高点,地震上具有很好的“串珠状”响应[20],并且其北东和北西向约 15 km处都有油气产出,因此其构造、储层以及油源似乎都没有问题。并且该井钻遇的良3—5段致密灰岩盖层厚度达到 336 m,自然伽马测井值为 31 API,具有较好的封盖条件。但该井附近存在一条近南北向的走滑断裂,这条断裂从深部一直断穿鹰山组的直接盖层良 3—5段致密灰岩段和上部的区域性盖层桑塔木组泥岩 (图6)。很有可能是这条大断裂破坏了盖层的封闭性,从而导致油气的散失。塔中北斜坡良里塔格组的断裂较发育,有一些断裂对盖层的封闭性起到了绝对的破坏作用,但也有一些盖层内部的小断裂可能对其封闭性没有影响。不同厚度和泥质含量的致密灰岩盖层可以被多大级别的断裂破坏,以及不同样式的断裂是否会对盖层封闭性的破坏程度有所不同还需要我们进一步的研究。

图6 过塔中 23C井“米字”地震剖面Fig.6 Seismic profile tied to Tazhong-23CWell

3.4 火山热液作用

碳酸盐岩地层中,火山活动可以改善储层质量,为油气运移提供通道;火山侵入体还可以起到侧向遮挡油气的作用[21]。但从碳酸盐岩作为盖层封盖下部油气的角度来看,火山活动也可以破坏油气成藏。塔中地区发育三期火山运动,第一期为震旦纪晚期到寒武纪早期、第二期为早奥陶纪,第三期为早二叠纪末[22]。由于第一期火山运动时期奥陶系还没有沉积,第二期早奥陶纪的火山运动分布比较局限,仅在塔中 18井发现玄武岩,对塔中地区影响最大最广泛的应属第三期。这一期火山运动对塔中西部地区奥陶系油气藏进行调整改造,目前已在塔中 45附近发现了多层的火山活动伴生的萤石化碳酸盐岩储层[23-24],正是这一期火山运动导致塔中西部良 3段不像中东部一样致密,不能作为下部鹰山组油气储层的盖层。

4 结论

1)塔中北斜坡鹰山组顶部的良 3—5段致密碳酸盐岩盖层以含泥灰岩和泥晶灰岩为主,平面上分布广泛,厚度较大,纵向上呈块状分布,彼此叠置相连。

2)塔中北斜坡良 3—5段致密碳酸盐岩盖层厚度大于 80 m,泥质含量的自然伽马响应值大于20 API就可以较好的封盖油气,盖层的厚度和泥质含量在封闭油气时可以起到互补的作用。

3)盖层的厚度和泥质含量是影响致密碳酸盐岩盖层封闭性的最主要因素,盖层厚度越大,泥质含量越高,封闭性越好。另外,断裂和火山热液作用对于致密碳酸盐岩盖层的封闭性有一定的破坏作用,因此,对于致密碳酸盐岩盖层封闭性的研究要从多方面综合考虑。

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Characteristics of tight carbonate caprock and its control on hydrocarbon accumulation in the north slope of Tazhong uplift

Zhao Yue1,2,3,Yang Haijun3,Liu Dandan1,2,Han Jianfa4,Zhang Yanping1,2,Zhang Yangchun4andWang Haijiang4

(1.College of Geosciences,China University of Petroleum,Beijing102249,China;2State Key Laboratory of Petroleum Resource and Prospecting,China University of Petroleum,Beijing102249,China;
3.Petroleum Exploration and Developm ent Research Institute,PetroChina Tarim Oilfield Com pany,Korla,Xinjiang841000,China;4.Exploration and Developm entDepar tm ent,PetroChina Tarim Oilfield Com pany,Korla,Xinjiang841000,China)

Large marine carbonate condensate gas reservoirs occur in the Yingshan Formation in the north slope of Tazhong uplift and their cap rock is tight carbonates in the 3rd-5thmember ofLianglitage For mation.The carbonates are distributed widely in the whole north slope of Tazhong uplift,which is massive and is superimposed vertically and connected laterally,sealing the hydrocarbons in the underlying Yingshan Formaiton.Based on analyses of lithology,thickness and clay content of the tight carbonates,we summarized their distribution patterns and relationshipswith hydrocarbon accumulation and discussed the control of their thickness and clay content on oil/gas distribution.The study shows that the tight carbonate cap rock in the north slope of Tazhong upliftmay be efficient sealswhen its thickness is equal to ormore than 80 m and its clay content GR value is over 20 API, Thickness and clay content can complement each other for sealing capacity.

sealing capacity,cap rock,tight carbonate rock,Lianglitage Formation,Yingshan Formation,the north slop of Tazhong uplift

TE122.1

0253-9985(2011)06-0890-07

2011-01-20。

赵越(1985—),女,硕士,油气藏形成与分布。

国家自然科学基金项目(41072102);中国石油塔里木油田“塔中地区奥陶系碳酸盐岩油气成藏关键事件研究”项目。

(编辑董立)