东营凹陷博兴油田沙四上亚段滩坝砂岩油气富集特征及成藏主控因素

谭丽娟,郭 松

(中国石油大学地球资源与信息学院,山东青岛266555)

东营凹陷博兴油田沙四上亚段滩坝砂岩油气富集特征及成藏主控因素

谭丽娟,郭 松

(中国石油大学地球资源与信息学院,山东青岛266555)

依据隐蔽油气藏成藏机制,在总结油气富集特征的基础上对东营凹陷博兴油田沙四上亚段滩坝砂岩油气成藏主控因素进行研究。结果表明:沙四上亚段滩坝砂岩油气分布具有严重不均一性,油气主要集中在断裂带以及沉积砂体较厚的坝主体和坝边缘相带;主要存在断层-岩性(物性)复合型油气藏、物性封闭油气藏、岩性上倾尖灭油气藏、断层遮挡油气藏4种油气藏样式;在油源及构造背景相似的前提下,储层物性与非均质程度成为控制该区滩坝砂油气成藏差异性的最主要因素;油气运移基本通道为储层连通孔隙、微层理面与层间界面,存在基本通道侧向输导、基本通道复合微裂隙输导和基本通道复合断裂阶梯状输导3种样式的油气输导体系,砂体展布、构造轮廓以及断裂体系的空间配置决定了油气区域输导指向和油气可能富集的空间位置;成藏动力与成藏阻力的配置对于本区油气成藏差异性分布有一定的控制作用。

东营凹陷;博兴油田;沙四上亚段;滩坝砂岩;油气富集特征;成藏主控因素

随着勘探不断深入,我国东部大部分油田已经由构造油气藏勘探步入隐蔽油气藏勘探阶段,勘探难度越来越大。滩坝砂岩油气藏勘探也逐渐成为断陷湖盆缓坡带勘探的新战场。胜利油田自1965年通4井揭示沙四段滩坝砂岩含油性以来,在东营凹陷南斜坡相继发现了纯化、小营、博兴等多个以滩坝砂岩为重要储层的油田。东营凹陷沙四段滩坝相储层蕴藏着巨大的油气资源潜力[1-2],但是在勘探实践中滩坝砂岩油气藏的勘探成功率并不高,究其原因是对滩坝砂岩油气藏分布规律认识不明确,对油气成藏规律以及油气充注成藏机制研究不足。这些难题都严重制约了滩坝砂岩油气藏的勘探开发[3-5]。笔者选择博兴油田沙四上亚段作为解剖对象,在归纳总结油气富集特征的基础上对该区滩坝砂岩储层的油气成藏主控因素进行研究,以期加深对断陷湖盆缓坡带滩坝砂岩油气成藏特征的认识。

1 地质概况

博兴油田位于东营凹陷博兴洼陷东部,纯化-草桥鼻状构造的南部,南临东营南斜坡,主体夹在两个反向断层(博兴断层和石村次生断层)中间,南北方向上呈地堑状,自西向东基本呈渐高趋势[6]。区内发育了多条近东西向北倾及南倾正断层,把该区分成若干个相对独立的区块(图1)。区域构造背景和断层的发育对该区沙四上亚段不同砂组或不同区块的成藏和油气富集差异性具有重要的控制作用。

图1 博兴油田沙四上亚段顶面构造、含油范围及石油储量分布Fig.1 Structural position,oil domain and reserves of upper Es4formation in Boxing Oilfield

研究区沙四上亚段为低位-湖侵体系域的滨浅湖-半深湖相沉积,受古地貌和区域构造轮廓的影响,滨浅湖相滩坝砂岩较为发育,纵向上主要呈砂泥岩互层状。滩砂分布面积广泛,而坝砂物性较好、分布范围较局限,是油气储集的良好场所[7-9]。经烃源岩研究及油源对比,区内滩坝砂岩油藏原油与沙四上亚段烃源岩生物标志化合物特征相符合[10-11]。宏观上,沙四上亚段油源、滩坝储层、断裂输导以及地层异常高压等因素控制了研究区内滩坝砂岩的油气富集[12]。

2 油气富集特征

博兴油田沙四上滩坝砂储层油气富集条件相对复杂,属低丰度、低产、中深层地质储量,油气分布呈严重不均一性(图1)。平面上,油气主要集中在断裂带以及沉积砂体较厚的坝主体和坝边缘相带,以T83-95井区、B901区块最富油气;纵向上,油层往往多层叠置,呈大面积分布,但单层厚度小、横向上变化快。各砂组平面含油部位、面积、石油储量差异大,储集条件较好的1砂组含油面积最大。

由于储集条件整体较差,区内沙四上亚段主要发育以储集条件和构造因素为主控因素的油气藏。可划分出4类油藏平面样式,分别为以断层为最主要控藏因素的交叉断层遮挡断块油气藏,以储集条件及断层控藏的断层-岩性复合型油气藏,以储集条件为绝对控藏因素、受断层分割但断层基本未起控藏作用的岩性油气藏和远离断层影响的孤立状物性封闭油气藏。根据油气水在剖面上的产状特点和侧向遮挡条件,可区分出4种剖面油藏样式,分别为断层-岩性(物性)复合型油气藏、物性封闭油气藏、岩性上倾尖灭油气藏和断层遮挡油气藏(图2、3)。

图2 博兴油田沙四上亚段油藏样式划分Fig.2 Styles division of oil deposits of upper Es4formation in Boxing Oilfield

断层-岩性(物性)复合型油气藏是研究区最常见的一类油气藏,油气富集于砂层的上部,上倾方向为断层遮挡,其他方向被岩性因素或物性封闭控制。若储层为坝砂边缘沉积和滩砂沉积形成的薄互层砂,一般上倾部分含油、下倾部位多为干层;若储层为物性相对较好的较厚砂体,油气源充足可使砂层整体含油,油气充注不足则形成上部含油下倾部位为水层的典型断层型油气藏(图3)。

由于储层物性普遍较差,上油下水格局的典型岩性上倾尖灭油气藏在本区并不多见,多形成上倾部位含油下倾部位为干层的岩性上倾尖灭油气藏。若储层在上倾方向出现夹层而分支为多个薄单层,油气沿物性较好的薄层运聚成藏,物性较差的薄层则成为干层(图3)。

较差的储集物性加上强储层非均质性可导致形成物性封闭油气藏,油气选择性富集于储层质量较好的区域,或为构造高部位、或为构造下倾方向、或呈现“腰部含油”的特征,这里构造背景对油气聚集成藏无明显作用,若不讨论油源,储层质量是此类油气藏形成的绝对控制因素(图3)。

图3 博兴油田沙四上亚段油藏剖面图Fig.3 Profiles of oil deposits of upper Es4formation in Boxing Oilfield

研究区缺乏典型的完全受控于构造因素、含油边界平行于构造等高线、上倾方向被断层遮挡、储层上倾部位含油而下倾部位为水层的断层遮挡油气藏,但存在多断层控制下的断阶状断层遮挡油气藏组合,储层多为薄互层状,整体含油或上部含油、下倾部位为干层。油藏含油边界多受控于储集条件并呈不等高特点,这一特征更明确地反映了储集因素对于该区沙四上亚段油气藏形成的重要性。

3 油气成藏主控因素

3.1 储集条件

博兴油田沙四上亚段主要含油气岩性为粉砂岩,其次为泥质粉砂岩和灰质粉砂岩(图4)。不同岩性由于物性和泥质、灰质含量不同,储层质量和富油气程度迥异,大部分为干层。粉砂岩油气显示较普遍,测井解释为油层者达68.65%,录井反映油斑、油浸级别的油气显示层分别占55.68%、27.02%,含油气性较好。泥质粉砂岩和灰质粉砂岩油层较少。

对于单一断块而言,油气富集明显受储层物性的控制,其实质在于成藏动力与成藏阻力的配置,这是能否成藏和导致油气富集差异性的关键之一,储层物性决定了油气充注成藏阻力的大小,而成藏的动力主要取决于地层压力,成藏动力与阻力之差越小越不利于成藏。研究区不同区块成藏阻力差异不大,但成藏动力有一定差异,以最富油气的T83-C95区块最大,B3区块次之。纵向上0、2、4砂组成藏动力最小,不利于成藏;3、5砂组虽成藏动力较大,但砂体不发育,聚油气条件亦不理想;最有利于油气富集成藏的是1砂组,这与研究区油气分布的现状非常吻合(图5)。可见,相同成藏动力下,砂岩储集体物性越好,油气越易充注,圈闭充满度越高;反之,某些构造条件好但砂体发育不理想的区域,可能呈现出不含油或含油性弱的特征非含油区。如沙四上亚段0砂组,C95-1井区为构造高部位,构造圈闭条件好,含油气性却比T85-1井区差,主要是储集条件差异所致(表1)。

图4 博兴油田沙四上亚段主含油岩性含油性对比Fig.4 Oil histogram in different lithologic beds of upper Es4formation in Boxing Oilfield

为了综合反映储集条件对油气成藏的控制作用,明确储层质量、储层非均质性与油气富集的关系,综合储层发育程度、岩性、物性、非均质程度等信息,建立综合评判储层质量的参数,即储层质量指数。具体方法是:选取主力小层,根据影响储层质量的各项因素与含油气性的相关性分别确定权值,计算储层质量指数,结合已知的油气富集特征,探讨其对油气成藏与分布的影响[13]。针对博兴凹陷的油藏特点,考虑到具体区块内成岩程度、构造背景以及油源条件等差异不大,主要选取孔隙度、渗透率(对数)、泥质含量、单砂层厚度、夹层频率(倒数)、砂地比等参数[14-15],采用波叠加原理求取储层质量指数。现今的储层质量与非均质程度已经是沉积、成岩等综合作用的结果,因此不再特别强调成岩阶段等因素。

图5 博兴油田沙四上亚段滩坝砂岩成藏相-势关系对比Fig.5 Facies and potential relationship of upper Es4formation in Boxing Oilfield

表1 不同井区储层非均质参数Table 1 Reservoir heterogeneity parameters in different well fields

实际计算中,由于参数单位不统一,数值相差很大,故首先应该对它们进行归一化处理,即将各参数的值统一到0～1,然后对归一化的各参数值进行算术平均,从而得到储层质量指数,记为IRQ:

式中,λi为权系数,λi∈(0,1);Xi为各参数值,Xi∈(0,1)。

储层质量指数(IRQ:index of reservoir quality)介于0～1,0代表非储层,1代表高质量均质储层,数值越大储层质量越好。研究区IRQ一般为0.25～0.65,说明储层质量以中等为主,主要含油区域的IRQ一般大于0.4。

尽管不同小层油气富集情况各异,但同一微相储层质量相近,不同微相差异明显,坝主体微相储层质量最优,次为坝边缘、滩砂微相。不同小层由于沉积微相展布不同,储层质量空间分布各异,纵向上各层之间缺乏继承性,油气富集差异大,呈现较强的层间不均一性(图6)。储层质量较高的地区与主要含油区较吻合,表明储层质量与含油气性有较好的对应关系,进一步证明了储层质量是控制该区油气成藏至关重要的因素。储层质量不仅决定了能否提供成藏储集体,也决定了油气侧向输导条件。在博兴油田沙四上亚段,油气富集区满足以下条件:构造高部位,良好油气输导条件和储集条件,IRQ大于0.35。

图6 博兴油田沙四上亚段主力小层储层质量指数、含油范围与断裂体系叠合图Fig.6 Index of reservoir quality,oil domain,faults of ma in sand-beds of upper Es4formation in Boxing Oilfield

平面上看,以B3井区和北部的T83-C95井区IRQ最高,也是主要的含油区;纵向上,2-3小层整体质量最好,含油范围最大,1-4小层储层质量变化较快,储层非均质性较强,以B8-9和B7井区为两个高值区,向四周IRQ迅速降低,从而导致该小层含油范围最小。构造背景良好的东南部累积砂厚较大,但储层质量差,且远离油源,含油性差(图6)。

3.2 油气输导条件

油气输导体系对油气富集程度有重要影响,也是能否成藏的关键。博兴油田沙四上滩坝砂储层以砂泥薄互层为特点,层间界面与微层理面多,油气侧向输导条件较好;裂缝、断层是油气纵向输导的重要通道,对油气富集的层位有一定影响[16-17]。储层连通孔隙、微层理面与层间界面、微裂隙、断层等油气输导通道组合形成3类油气输导体系样式(图7)。

图7 博兴油田沙四上亚段油气输导体系样式Fig.7 Three kinds of transportation system s of upper Es4formation in Boxing Oilfield

基本通道侧向输导样式主要分布于埋深不大(一般小于2.9 km)、成岩程度相对较弱、超压不明显、少断层、微裂隙不发育的区域,以基本输导通道(储层连通孔隙、微层理面、层间界面)输导油气,油气从有效烃源区向相邻储集层中进行初次运移,之后主要沿储层连通孔隙和微层理面向上倾方向运移。断层由于远离有效烃源区,基本没有起输导油气的作用,但可以侧向遮挡形成油气藏。由于砂层薄、储集物性差、非均质性强,很少以储层连通孔隙为最主要油气输导通道,更多的是以微层理面和其他层间界面为最主要油气输导通道,易形成上油下水、油水界面基本等高的常规油藏,储层质量好的部位含油、储层质量差的部位为干层的油藏。

在某些相对较深、近油源的区域,存在一定的超压,微裂隙较发育,除了储层连通孔隙、微层理面、层间界面等基本通道外,微裂隙对油气输导有着积极的作用,以基本通道复合微裂隙输导样式为特征。微裂隙主要作用于近油源区域的短距离纵向输导,烃源岩生成的油气通过微裂隙排烃直接进入邻近的砂层,之后通过其他基本通道侧向输导、运聚成藏。基本通道与微裂隙的共同输导,有助于在近油源区形成岩性油气藏、物性封闭油气藏、断层-岩性复合型油气藏。

若储层上倾方向遇断层,且对盘相对置的为排替压力较大、孔渗更低的地层,如泥质岩层,在该泥质岩侧向封堵作用下储层一侧一般形成一定数量的油气聚集;当油气聚集量超过断层面及对盘封堵层能封闭的临界高度时,油气将沿断层面垂直运移,以基本通道复合断层阶梯状输导样式为特征。若有砂体侧向衔接,可使油气发生横穿断层面和沿断层面的运移,从而形成阶梯状运移的特征,协助形成纵向多层系油气藏。

砂体展布、构造轮廓以及断裂体系等油气输导要素的空间配置决定了油气区域输导指向,直接控制了油气可能富集的空间位置,在油气输导通道畅通的前提下,储层发育较好的构造高部位是有利的聚油气区域。以1砂组为例,中部B8-11井区砂体发育、构造背景理想,聚油气条件优越,有助于形成以构造因素起主控作用的油气藏(断层油气藏、断层-岩性复合型油气藏)。

研究区沙四上各砂组构造轮廓纵向上变化不大,具有明显的继承性,油气宏观输导方向基本一致,但各砂组的油气富集程度和富集位置均差异巨大,显然这并非构造因素的主要贡献,主要取决于砂体发育情况所提供的储集条件和油气侧向输导条件。综合油气富集特点和油气输导体系特征,归纳博兴油田沙四上亚段滩坝砂储层油气运聚成藏模式如图8所示。

图8 沙四上亚段油气运聚成藏模式示意图Fig.8 Sketch map of oil accumulation model of upper Es4formation

4 结 论

(1)沙四上亚段滩坝砂储层油气分布呈现严重不均一性,平面上主要集中在断裂带以及沉积砂体较厚的坝主体和坝边缘相带,纵向上油层往往多层叠置,呈大面积分布,但单层厚度小、横向上变化快,储层普遍偏干,含油边界基本上为物性控制;主要发育以储集条件或储集条件-断层为最主要控藏因素的油藏样式。

(2)在油源条件及构造背景相似的前提下,储集条件和油气输导条件是控制博兴油田滩坝砂油气成藏差异性的最主要因素。存在基本通道侧向输导、基本通道复合微裂隙输导和基本通道复合断裂阶梯状输导3种油气输导体系样式。砂体展布、构造轮廓以及断裂体系的空间配置决定了油气区域输导指向和油气可能富集的空间位置。

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(编辑 徐会永)

Hydrocarbon accumulation features and ma in controlling factors of beach bar sandstone in upper Es4formation
in Boxing Oilfield,Dongying depression

TAN Li-juan,GUO Song

(College of Geo-Resources and Information in China University of Petroleum,Qingdao266555,China)

Guided by the formation mechanism of subtle pools,the controlling factors of hydrocarbon accumulation were discussed in beach bar sandstone from upper Es4formation in Boxing Oilfield,Dongying depression.The results show that the hydrocarbon distribution was extremely heterogeneous.Hydrocarbon mainly concentrated in the fault belt,the main body and the edge of beach barwhich had thick sand.There developed four kinds of oil and gas pools.They are fault-lithologic reservoir,physical sealing reservoir,lithologic pinch-out reservoir and fault reservoir,respectively.On the premise of similar oil source and tectonic setting,physical feature and heterogeneity of the reservoir were the most important factors for controlling hydrocarbon accumulation.Basic migration pathways included interconnected pores,microbedding planes and layer interfaces.In the study area,three kinds of migration systems were lateral migration in basic pathway,migration in basic pathway and microcracks,step-shaped migration in basic pathway and faults.The sand body distribution,structure configuration and space allocation of fault system controlled the regional migration direction and hydrocarbon accumulation location.Moreover,the accumulation dynamics and resistance have some influence on the discrepancy of hydrocarbon occurrence.

Dongying depression;Boxing Oilfield;upper Es4;beach bar sandstone;hydrocarbon accumulation features;controlling factors of hydrocarbon accumulation

TE 122.12

A

10.3969/j.issn.1673-5005.2011.02.005

2010-10-15

国家科技重大专项课题(20095009-003)

谭丽娟(1968-),女(汉族),辽宁大连人,副教授,博士,主要从事石油地质教学与研究工作。

1673-5005(2011)02-0025-07