马朗凹陷致密油藏烃源岩评价及油源分析

2015-02-17刘俊田韩润净师效飞

特种油气藏 2015年6期

关键词：芦草凝灰岩烃源

刘俊田，卿忠，张品，韩润净，师效飞

(中国石油吐哈油田分公司，新疆哈密 839009)

马朗凹陷致密油藏烃源岩评价及油源分析

刘俊田，卿忠，张品，韩润净，师效飞

(中国石油吐哈油田分公司，新疆哈密 839009)

三塘湖盆地马朗凹陷二叠系条湖组发育大型沉凝灰岩致密油藏，油藏具有中高孔、特低渗、高含油饱和度的特征。通过系统的有机地球化学分析，对二叠系烃源岩进行了评价，对油源进行了精细对比。分析认为，该区存在芦草沟组二段泥岩、条湖组二段泥岩及沉凝灰岩3套烃源岩。芦草沟组二段泥岩有机质丰度、类型及成熟度优于条湖组二段泥岩及沉凝灰岩，是该层系油气的主力烃源岩，条湖组二段的泥岩、沉凝灰岩对条湖组致密油藏亦有贡献，多层系生烃为石油的聚集成藏提供了良好的油源。综合评价认为，围绕芦1—马56区块外缘，古构造背景较缓，垂向输导断裂较发育，是区域扩展的有利勘探区带。

烃源岩评价；油源对比；致密油；条湖组；马朗凹陷；三塘湖盆地

0 引言

随着全球油气资源需求量的增加及非常规油气勘探的进展，致密油气勘探已成为国内外又一个新的热点[1-2]，近10 a来，美国致密油气勘探取得了革命性的进展，使得美国油气对外依存度大幅下降。同时致密油气研究在中国也开展了大量工作，已成为油气增储上产的重要领域。2012年，马朗凹陷的马55井在中二叠统条湖组二段火山碎屑岩储层中试油压裂获得12.7 t/d的工业油流，之后相继在马56、芦1和马58H等井相同层位获得突破，首次在三塘湖盆地发现了沉凝灰岩致密油藏。目前关于该油藏烃源岩评价和油气来源存在不同的观点和认识[3-4]，普遍认为条湖组二段沉积时期发育了一套浅湖—半深湖相优质烃源岩。此外，火山喷发后期火山灰“空降”水中形成的凝灰岩富含有机质，共同奠定了该油藏的物质基础[5]。利用烃源岩岩心和原油样品，从有机地球化学的角度探讨马朗凹陷条湖组和芦草沟组不同岩性烃源岩的生烃潜力，厘清了该油藏多层系生烃特征和油源关系，以期指导该地区致密油藏的勘探和生产。

1 地质概况

三塘湖盆地位于西伯利亚板块南部边缘，南以克拉美丽—麦钦乌拉缝合带与哈萨克斯坦板块及准噶尔盆地东北部紧邻。其在地质历史时期整体属于大陆边缘活动带，构造活动相当复杂[6]。马朗凹陷是三塘湖盆地的一个二级构造单元，二叠纪属于板内断陷盆地，自下而上发育芦草沟组和条湖组地层，其中条湖组沉积期为滨浅湖—半深湖相，火山活动活跃，发育厚层火山碎屑岩构造。目前发现的沉凝灰岩致密油藏主要位于条湖组二段地层，钻井揭示，该套地层分布较广，平均厚度约为150 m；芦草沟组沉积期主要为灰泥发育的咸水—微咸水湖相。该套地层沉积范围大，分布稳定。

勘探研究证实，条湖组致密油藏具有以下特征：①储层岩性特殊，为沉凝灰岩；②储层岩心分析孔隙度平均为16.1%，渗透率平均为0.24×10-3μm2，具有中高孔、特低渗特征；③岩心压汞曲线上排驱压力大，平均为3.92 MPa，最大进汞饱和度普遍高于90%，反映了小孔隙和微细孔喉的特征；④压裂前地层不供液，或者仅见少量油花及低产油流，压裂后可获得工业油流，油藏类型属于致密油范畴[5]。

2 烃源岩评价及油源分析

2.1 烃源岩评价

2.1.1 有机质丰度

通过对芦1—马56区块9口井采集的121个样品进行地球化学实验分析可知：马朗凹陷条湖组二段泥岩样品TOC为0.18%～4.77%，平均为2.19%，生烃潜量为0.04 ～22.00 mg/g，平均为3.17 mg/g；氯仿沥青“A”含量大于0.01%，主峰介于0.01%～0.05%之间，总体属于中等—差烃源岩；芦草沟组二段泥岩样品TOC为0.01%～18.79%，平均为3.87%；生烃潜量为0.01～186.33 mg/g，平均为26.23 mg/g；氯仿沥青“A”含量为0.01%～3.46%，平均为0.32%，总体属于优质烃源岩。

条湖组二段底部沉凝灰岩为致密油储层段，对6口井的样品进行抽提处理后发现，该沉凝灰岩段样品抽提前后TOC变化较大，抽提前TOC为2.75%～7.79%，平均为5.11%，抽提后TOC为0.15%～5.62%，平均为2.21%(表1)，抽提后TOC明显小于抽提前，总体属于中等—差烃源岩。

表1 条湖组二段沉凝灰岩抽提前后烃源岩TOC对比

2.1.2 有机质类型

岩石中的氢指数(HI)反映有机质来源和类型。根据岩石样品热解氢指数—最大裂解温度(Tmax)关系进行统计分析，结果表明：马朗凹陷条湖组二段上部泥岩样品氢指数低，普遍小于300 mg/g，有机质类型较差，以Ⅱ2型和Ⅲ型为主(图1a)；沉凝灰岩样品抽提后氢指数多数样品介于100～600 mg/g，有机质类型较好，以Ⅱ型为主(图1b)；芦草沟组二段泥岩样品氢指数高，普遍大于400 mg/g，有机质类型好，以Ⅰ—Ⅱ1型为主(图1c)。

图1 二叠系不同类型烃源岩HI-Tmax关系对比

2.1.3 有机质成熟度

沉积岩中有机质丰度和类型是生成油气的物质基础，但是有机质只有达到一定的热演化阶段才能开始大量生烃。在烃源岩的演化过程中，烃源岩中有机质的物理性质、化学性质都发生相应的变化，并且这一过程是不可逆的，因而可以应用有机质的某些物理性质和化学组成的变化特点来判断有机质热演化程度，划分有机质演化阶段。目前普遍采用的是镜质体反射率、岩石热解参数演化等方法评价有机质成熟度[8]。

Ro随温度或埋藏深度增加而有规律性的增加。对采集样品实验分析结果表明：马朗凹陷条湖组二段上部泥岩的实测Ro为0.4%～1.0%，73%的样品Ro为0.6%～0.8%；沉凝灰岩实测Ro为0.5%～1.0%，；芦草沟组二段泥岩实测Ro为0.6%～1.0%。

岩石热解作为烃源岩评价的常规方法，不仅可以用于评价有机质丰度和类型，同时也是划分烃源岩成熟度界限的有效方法之一。统计结果表明：马朗凹陷条湖组二段泥岩Tmax为435～450 ℃；沉凝灰岩Tmax为435～445 ℃，说明成熟度总体较低；芦草沟组二段泥岩Tmax为435～450 ℃，说明成熟度适中(表2)。综合Ro及Tmax评价结果认为，马朗凹陷条湖组二段泥岩、沉凝灰岩处于低成熟—成熟早期阶段，而芦草沟组二段泥岩处于低熟—成熟阶段。

表2 二叠系不同类型烃源岩Tmax分布

2.2 油源分析

2.2.1 生物标志特征

通过生物标志及碳同位素分析开展油源对比，分析条湖组致密油气来源[9]。通过对马56井二叠系烃源岩及原油饱和烃色质谱图进行研究，结果表明：①条湖组二段泥岩生标特征表现为，姥植比较低(0.9～1.4)，γ-蜡烷含量较低，不含β-胡萝卜烷，三环萜烷含量相对较高，Ts小于Tm，孕甾烷含量大于升孕甾烷含量，规则甾烷呈不对称“V”字型分布；②芦草沟组二段泥岩生标特征表现为，姥植比较低(0.85～1.25)，γ-蜡烷、β-胡萝卜烷含量较高，三环萜烷含量较低，Ts小于Tm，孕甾烷和升孕甾烷含量较低，规则甾烷呈“上升”型分布(C28含量较高)；③条湖组二段沉凝灰岩抽提30 h后热模拟生成的原油生标特征为：姥植比在1左右，含较高的γ-蜡烷，规则甾烷近似反“L”型分布(C28含量较低)；④条湖组原油生标特征为姥植比为0.9～1.2，γ-蜡烷、β-胡萝卜烷含量较高，Ts小于Tm，孕甾烷、升孕甾烷含量较低，规则甾烷呈“上升”型分布。

生物标志综合分析认为，马朗凹陷条湖组原油主要来源于芦草沟组二段烃源岩，与条湖组二段烃源岩差异大。

2.2.2 碳同位素特征

通过分析马55、马56、芦1等8口井烃源岩及原油的碳同位素特征(图2)，结果表明：条湖组、芦草沟组原油组分碳同位素较轻，普遍小于-30‰，与芦草沟组二段烃源岩相近；条湖组泥岩组分碳同位素较重，普遍大于-30‰，与原油差别较大。条湖组致密油与芦草沟组二段烃源岩相关性好，存在一定的亲缘关系，条湖组、芦草沟组原油均主要来自于芦草沟组二段烃源岩，因此，条湖组沉凝灰岩致密油藏属于源外型致密油藏。此外，沉凝灰岩抽提后热模拟生成的原油组分碳同位素部分低于-30‰。综合分析沉凝灰岩生标特征以及碳同位素特征认为，条湖组二段沉凝灰岩烃源岩为致密油藏提供了一定油气。

图2 二叠系原油与烃源岩碳同位素对比

3 条湖组致密油藏形成条件及区带优选

3.1 条湖组致密油藏形成条件

油源对比表明，条湖组油气主要来自下部芦草沟组二段，芦草沟组二段烃源岩、输导断裂的分布及其之间的匹配关系决定了条湖组沉凝灰岩致密油藏的勘探方向。

3.1.1 芦草沟组二段烃源岩平面分布

综上所述，马朗凹陷芦草沟组二段烃源岩TOC值主要分布在0.01%～18.79%，S1+S2普遍大于4 mg/g，氯仿沥青“A”普遍大于0.1%。钻井证实，目前钻遇的芦草沟组二段烃源岩厚度普遍大于50 m，平面上表现为南厚北薄的特点，在南部边界断裂附近，厚度最大可达350 m。

3.1.2 输导断裂及裂缝特征

输导断裂是沟通下部烃源岩与上部沉凝灰岩致密储层的通道，其分布直接影响到油气是否能够成藏。钻探结果表明，条湖组油气显示丰富的井，附近均发育沟通芦草沟组和条湖组的垂向输导断裂，且条湖组内部发育众多的次级断裂，这些断裂均为油气的垂向运移提供了良好的通道。此外，条湖组沉凝灰岩属于中酸性沉凝灰岩，硅质含量较高，容易形成裂缝，钻井取心均显示沉凝灰岩含油段裂缝十分发育，裂缝中基本都含油，裂缝缝面倾角较陡，以高角度缝为主。

3.1.3 源—输导—沉凝灰岩的空间配置关系

研究表明，芦草沟组二段烃源岩在马朗凹陷均有发育，牛圈湖、马中地区厚度较大，目前均处于低熟—成熟演化阶段，条湖组二段沉凝灰岩沉积在北部地区剥蚀，目前残留厚度较大的主要分布在牛圈湖、马中地区。受印支—燕山期构造运动的影响，沟通芦草沟组和条湖组的断裂为油气的垂向运移提供了良好的通道。条湖组二段沉积后期，主要为正常的陆源碎屑沉积，凝灰质泥岩和泥岩发育，分布广泛，对油气起到很好的封盖作用。因此，良好的源—输导—沉凝灰岩空间匹配关系形成了条湖组沉凝灰岩油气的富集。

3.2 条湖组致密油藏区带评价与优选

影响条湖组致密油成藏[10-15]的因素主要有古构造背景、沉积环境、烃源岩分布、断裂发育程度、凝灰岩分布等，由于马朗凹陷芦草沟组二段烃源岩厚度大，广泛发育，沉积范围远大于条湖组二段沉凝灰岩地层的残余范围，因此，评价马朗凹陷条湖组沉凝灰岩致密油藏有利区带主要取决于3个方面：①半深湖—浅湖沉积环境，宽缓的构造背景；②沉凝灰岩发育区，上部有凝灰质泥岩或泥岩覆盖；③具有沟通芦草沟组二段烃源岩和条湖组二段沉凝灰岩的断裂。结合该区储层的评价成果及致密油勘探实践，建立了条湖组沉凝灰岩致密油藏区带评价的标准(表3)。

表3 条湖组沉凝灰岩致密油藏区带评价标准

根据该标准将马朗凹陷划分为3类有利区(图3)。其中，Ⅰ类有利区分布在芦1—马56区块，该区沉凝灰岩储层孔隙度为15%～35%，烃源岩TOC为4%～8%，古构造背景幅度宽缓，垂向输导断裂发育，马56、马58H、芦1等井均获得了工业油流，是精细勘探的主要区带。

图3 马朗凹陷条湖组致密油藏有利区分布

Ⅱ类有利区分布于Ⅰ类有利区外缘，该区沉凝灰岩储层孔隙度为10%～15%，烃源岩TOC为2%～4%，古构造背景幅度较缓，垂向输导断裂较发育，是区域扩展的勘探区带。

Ⅲ类有利区呈长条状分布于Ⅱ类有利区外缘，该区沉凝灰岩储层孔隙度小于10%，古构造背景幅度较陡，垂向输导断裂不发育，虽然芦草沟组烃源岩厚度较大，但因缺少断裂疏导沟通，导致条湖组二段沉凝灰岩段难以成藏，为潜在的勘探区带。

4 结论

(1) 马朗凹陷条湖组二段泥岩有机质丰度整体较低，总有机碳含量平均为2.19%，有机质类型为Ⅱ2—Ⅲ型；沉凝灰岩有机质丰度中等，总有机碳含量平均为1.74%，有机质类型以Ⅱ型为主，热演化程度均处于低熟—成熟早期，综合评价为中等—差烃源岩；芦草沟组二段泥岩有机质丰度整体高，总有机碳含量平均为3.87%，有机质类型为Ⅰ—Ⅱ1型，热演化程度均处于低熟—成熟阶段，综合评价为好烃源岩。

(2) 原油与烃源岩的生物标志及碳同位素对比表明，条湖组致密油主要来自下部芦草沟组二段烃源岩，条湖组二段的泥岩、沉凝灰岩为条湖组致密油藏提供了一定油气。

(3) 综合评价认为，马朗凹陷条湖组致密油藏存在3类有利区，呈环带分布，围绕芦1—马56区块外缘，古构造背景较缓，垂向输导断裂较发育，是区域扩展的有利勘探区带。

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