沧东凹陷致密油形成条件及勘探潜力

2014-02-17刘国全

特种油气藏 2014年5期

刘国全，贾丽

(中油大港油田分公司，天津 300280)

引言

随着勘探开发技术的不断进步，致密油逐渐成为勘探的新热点。致密油勘探开发技术发展最快的是美国，以巴肯油田为代表，借助水平井和分段压裂技术，砂岩和碳酸盐岩致密油已实现大规模开发[1]。国内致密油勘探发展迅速，处于领先地位的鄂尔多斯盆地已在延长组致密砂岩中探明石油地质储量并开始投入开发[2]，渤海湾盆地致密油勘探也已有重要发现。近年来，大港油田以沧东凹陷为重点进行了一些探索，取得了一些认识。

沧东凹陷是黄骅坳陷重要的富油凹陷[3]，按照常规油藏成藏规律认识资源并开展勘探，累计探明石油地质储量3.98×108t，探明程度达到78%。在勘探过程中已发现了具有致密油特征的油气，如在对风化店、舍女寺等构造进行钻探时，于孔二段烃源岩夹持的致密砂岩、泥质白云岩中见到良好油气显示，并有5口井获得工业油流。近2 a来，按照致密油勘探思路，开展地质条件分析，针对孔西斜坡和南皮斜坡低部位进行探索性钻探，KN9井获工业油流，初步展示了沧东凹陷致密油勘探的潜力和前景。但沧东凹陷致密油形成条件的研究尚处于起步阶段，本文试图利用老区、老井复查资料和烃源岩、沉积储层研究的新成果，分析沧东凹陷致密油形成条件，预测其勘探潜力和有利区带，为致密油勘探奠定基础。

1 地质概况

沧东凹陷是以孔店组为主要含油建造的富油凹陷，古近纪湖盆经历2期叠加改造，孔店早期(孔三—孔一下沉积期)为统一坳陷型湖盆，沉积沉降中心位于枣园—王官屯—小集一带;孔一上—沙河街沉积期湖盆出现差异构造变形，北段受沧东、徐西两大边界断层控制，早期湖盆中心隆凹转换形成孔店中央背斜构造，其翼部形成孔东、孔西两大构造反转斜坡。沧东凹陷古近系自下而上发育孔三段、孔二段、孔一段、沙三段、沙一段和东营组地层，其中孔二段为深灰、黑灰色泥页岩夹浅灰色粉细砂岩及白云岩沉积，厚度为400～600 m，是绝对主力生烃层系，也是致密油勘探的重点层系。

2 致密油形成条件

2.1 烃源岩条件

湖相优质烃源岩是形成致密油的物质基础[4]。沧东凹陷始新世—渐新世封闭—半封闭咸化湖盆沉积造就了孔二段主力生油层系，进一步细分为Ek1、2Ek22、Ek23、Ek244个油组。利用现有取心井信息，结合测井资料，对孔二段泥岩、油页岩及砂岩、白云岩储层进行了识别，落实了4个油组油页岩和成熟暗色泥岩(Ro＞0.5%)分布，明确了Ek21下部、Ek22和Ek233个烃源岩“甜点段”，平面分布稳定。Ek21下部油页岩，厚度为20～60 m，分布面积最大(770 km2)，Ek22“甜点段”油页岩最厚(20～100 m)，面积为659 km2。上官屯西和小集是油页岩最发育的2个地区(图1)。

孔二段油页岩主要发育段有机质类型以Ⅰ—Ⅱ1型为主，Ⅰ型占69%，有机碳含量为1.24% ～7.39%(463个样品)，大于2.0%的占58.7%，以Ek22下部和Ek23最高。生烃潜量大于10 mg/g的占64.8%，大于20 mg/g的占49.4%。孔二段演化程度适中，丛粒藻发育，具有“早生早排”特征，目前处于大量生油阶段。按致密油烃源岩评价标准[5]，孔二段烃源岩属于Ⅰ—Ⅱ类级别(表1)，为致密油形成奠定了重要物质基础。

图1 沧东凹陷孔二段油页岩分布

表1 沧东凹陷孔二段烃源岩评价

2.2 沉积储层条件

沧东凹陷孔二段发育沧县隆起、孔店凸起、东光凸起、徐黑凸起四大盆外物源体系和乌马营、灯明寺、集北头等多个子物源，受其控制发育11个三角洲沉积体，4个层序沉积体系类型和展布具有一定继承性。古湖盆低斜坡—中心区是三角洲前缘席状砂、碳酸盐岩等致密储层集中发育区(图2)[5]，主要有3种类型致密油聚集。

(1)第1类是泥质细粉砂岩致密油。以低斜坡区—湖盆中心Ek22、Ek242个油组最为发育。KN9井Ek24取心8.91 m，见砂岩3.25 m，砂地比为36.5%。岩性为粉砂岩、粉砂质泥岩和细砂岩为主，孔隙度为6.0% ～8.5%，渗透率为0.18×10-3～0.40 ×10-3μm3，镜下观察，主要发育粒间、粒内溶蚀孔和高角度裂缝(图3)。试油压裂后放喷，日产油为4.52 t/d，为典型致密油，该类储层是当前致密油勘探的首选[8]。

图2 沧东凹陷孔二段沉积体系

图3 KN9井Ek24致密砂岩薄片

(2)第2类是与油页岩互层发育的泥页岩类和白云岩致密油。发育层段以Ek22、Ek23为主。以G995井为例，该井连续取心3次共38.5 m，白云岩累计厚度为7.4 m，占20%;油页岩厚度为12.4 m，占32%;泥岩厚度为18.7 m，占48%。白云岩孔隙度为3.4% ～8.8%，渗透率为0.07×10-3～0.50 ×10-3μm3，溶蚀孔隙、微裂缝发育(图4)。岩心录井显示，白云岩含油级别为油迹—油斑，薄片观察油气常见于微裂缝中，晶间孔，呈侵染状，单偏光下一般为浅黄褐色，该类储层也是致密油勘探的重点之一。

(3)第3类致密储层为油页岩本身层理缝、有机质微孔发育(图5)，也具有含油潜力[8]，该类储层暂不具备展开勘探条件。

图4 G995井Ek22白云岩中的微裂缝

图5 W41井Ek21油页岩薄片

2.3 源储关系与致密油分布

根据致密油形成的沉积环境、源储共生关系、储层特征与分布分析，沧东凹陷存在3种致密油聚集有利组合。

2.3.1 源内互层组合

致密储层与生烃层互层式接触或致密储层呈席状、透镜状直接包裹于源岩中。该组合广泛发育于Ek21、Ek22、Ek23油组。该期湖盆范围较大，湖平面波动频繁，半深湖—深湖相的烃源岩与碳酸盐岩或三角洲前缘席状砂互层，细粒沉积物在埋深加大过程中，由于压实作用和胶结作用，储层逐渐致密化。同时，烃源岩也逐渐成熟，开始排烃，油气在源储压差作用下克服毛细管力，以渗流扩散的方式直接注入储集体的微米—纳米级孔隙中，并将地层水驱替或部分驱替出储层而形成致密油聚集，部分则滞留在源岩中。

2.3.2 源上紧密接触组合

致密储层位于大面积分布的烃源岩之上，并与其紧密接触。该组合出现在孔二段上部—孔一段下部，以孔东断层下降盘为代表。孔二段烃源岩为供烃层系，与其紧密接触的孔一段下部冲积扇砂体在深埋、成岩过程中形成致密储层。烃源岩生成的油气在源储压差的作用下短距离垂向运移至上覆致密砂岩储层中，形成致密油聚集。

2.3.3 近源侧接组合

致密储层位于烃源岩侧翼，与其呈指状交错。该组合出现在古湖盆低斜坡区三角洲前缘与半深湖相的交接地带[9]。随着地层埋深的加大，储层逐渐致密化，烃源岩逐渐成熟，生成的油气克服毛细管阻力短距离侧向运移至与烃源岩呈指状交互的砂岩致密储层中，形成致密油聚集。

3 勘探潜力与有利靶区

根据烃源岩和沉积储层成果，结合构造解释和演化研究认识，初步明确了孔二段纵向上发育上下2类“甜点段”:一是Ek22上部、Ek24和部分地区孔一下致密砂岩储层甜点段;二是Ek21下部、Ek22下部和Ek23油页岩与白云岩互层段。平面上近物源主砂体区形成常规油藏，古湖盆低斜坡—湖盆中心油页岩分布区形成致密油，二者叠合连片。按照“油页岩厚度大于50 m、Ro值为0.5% ～1.0%、致密砂岩厚度大于10 m和白云岩比较发育”这4个原则，初步圈定了古湖盆中心及低斜坡区致密油为有利勘探区，面积达150～200 km2，其中孔东断层下降盘和官西地区是首选勘探的有利靶区(图6)。

4 结论

(1)沧东凹陷具备致密油形成条件，孔二段黑褐色泥岩、油页岩，厚度大(一般大于200 m)，分布广，有机质含量较高(TOC均值大于2.9%)，且大部分已经进入成熟阶段(Ro值为0.5% ～1.3%)，为致密油形成提供了物质基础。广泛分布的细粒沉积和碳酸盐岩，是致密油聚集的主要场所。二者互层和近源匹配，致密油聚集条件优越。沧东凹陷具有常规油、致密油叠加连片分布，整体含油的特点，在勘探程度日益提高的情况下，致密油成为重要的勘探接替领域。

(2)沧东凹陷孔二段4个油组和部分地区的孔一下段是致密油勘探的主要层系，发育源内互层组合、源上紧密接触组合和源侧组合，存在致密砂岩、过渡岩类和油页岩3类致密储层，其中致密砂岩和与油页岩互层发育的过渡岩类是目前勘探的重点。

(3)斜坡低部位—凹陷中心是致密油聚集有利区，面积为150～200 km2，其中孔东断层下降盘和官西地区是首选勘探的有利靶区。