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基于颗粒荧光定量技术的油气运移路径
——以车排子凸起沙湾组砂岩输导层为例

2015-08-01殷进垠曾溅辉

东北石油大学学报 2015年1期
关键词:排子沙湾砂层

田 琨,殷进垠,曾溅辉

(1.中国石化石油勘探开发研究院海外油气规划所,北京 100083; 2.中国石油大学(北京)油气资源与探测国家重点实验室,北京 102249)

基于颗粒荧光定量技术的油气运移路径
——以车排子凸起沙湾组砂岩输导层为例

田 琨1,殷进垠1,曾溅辉2

(1.中国石化石油勘探开发研究院海外油气规划所,北京 100083; 2.中国石油大学(北京)油气资源与探测国家重点实验室,北京 102249)

准噶尔盆地车排子凸起沙湾组的油气来源于东侧的昌吉凹陷和南侧的四棵树凹陷,分析连接烃源岩与油气藏的砂岩输导层的输导特征和性能,结合颗粒荧光定量技术测定的QGF指数变化趋势和光谱特征,追踪沙湾组砂岩输导层油气运移路径.结果表明:研究区沙湾组一段东侧和沙湾组二段南侧砂体于地质历史时期发生油气运移;排612—排609井、排606—排602井一带和排8井区为沙一段油气由东南至西北方向的优势运移路径,与红车断裂带共同构成油气垂向和侧向运移的高效通道;优势运移路径指向的西北地区继承性构造高部位的岩性、地层和岩性—构造等圈闭是未来勘探的重点.

准噶尔盆地;车排子凸起;砂岩输导层;颗粒荧光定量技术;油气运移

0 引言

油气运移是连接油气生成和聚集的重要环节,是地质历史时期动态、复杂的过程[1].不整合、断层和高孔渗输导层等介质可以作为油气运移的通道,但是油气运移仅发生于有限空间和范围,即油气运移路径.研究油气运移过程有助于认识油气成藏规律,油气运移优势路径对油气藏的分布具有控制作用[2-3],追踪优势运移路径有助于降低未来勘探风险.近年来,基于荧光扫描技术发展而来的高精度、便捷的颗粒荧光定量技术被引入油气成藏研究,在紫外光激发下该技术可以检测石英、方解石固体颗粒的烃类荧光光谱,应用于判断古、今油水界面和油气运移等方面[4-5].

车排子凸起新近系沙湾组原油品质多样、周边发育多个生烃中心、充注期次多、运移距离远[6],油气来源、充注方向一直存在争议.有人认为沙二段轻质油的正构烷烃、碳同位素组成等参数与四棵树凹陷原油的接近[7-9],也有人认为其原油成熟度参数与昌吉凹陷原油的接近[10].有关沙湾组一段油气来源的研究较少,席伟军等分析排601井包裹体特征,认为与昌吉凹陷源岩的接近[11].这些研究主要基于研究区原油与凸起外生油凹陷烃源岩的原油物理属性﹑地化参数变化趋势的油源对比和油气来源方向推测,缺乏对油源与油藏之间的输导体及油气运移路径的研究.另外,车排子地区可供油源对比的录井显示井较少且集中于中部和西北部,连接烃源岩(四棵树凹陷和昌吉凹陷)与油气藏的东南部砂岩输导层未见油气显示.因此,采用既有方法进行油气运移研究略显证据不足.

在构造格架和沉积背景下,笔者分析油气输导层的输导性能,结合颗粒荧光定量技术分析沙湾组一段和二段未见油气显示的砂岩输导层样品,判别油气是否经过;结合沙湾组砂体的输导格架及特征、烃源灶与油气分布特征,追踪油气运移路径,以重塑油气运移过程.

1 地质概况

车排子凸起位于准噶尔盆地西北缘南端,形成始于海西期晚期,是一个东南倾斜的、长期继承性发育的古隆起[4],研究区为凸起上胜利油田三维工区范围(见图1).车排子凸起东北部与中拐凸起搭接,西北缘为扎伊尔山,南部和东南部分别紧邻生烃凹陷——四棵树凹陷和昌吉凹陷,发育二叠系腐泥型及上三叠统、中下侏罗统、白垩系和古近系腐殖型烃源岩等[4,7-12].车排子凸起东缘为红车断裂带,是发育于晚石炭世—三叠纪叠瓦冲断系统[13],晚三叠世到早侏罗世,其下盘聚集大量昌吉凹陷二叠系烃源岩生成的油气,是沟通昌吉凹陷源岩的油源断裂,对油气起到调整和运移作用[14].

图1 车排子凸起区域构造位置Fig.1 The regional tectonic position of Chepaizi uplift

近年来,车排子凸起沙湾组油气勘探获得重大突破.2005年,排2井和排8井在沙湾组二段获得高产轻质油流,发现春光油田.沙二段为岩性、地层、岩性—构造复合油藏,受砂岩发育控制,分布在车排子凸起东北部——研究区中南部沙二段砂体尖灭带附近.排6井、排601井等在沙一段测试获得油流,2011年发现春风油田.研究区北部为地层、岩性稠油油藏,中部排21井、排19井区为岩性中质油藏,油气分布于凸起上继承性的构造高部位.这些勘探突破预示盆地边缘斜坡远离生烃凹陷的车排子凸起具有巨大勘探潜力[6].

2 砂岩输导层输导特征

车排子凸起呈简单的单斜构造,无明显的构造“脊”,不发育大规模断裂,不存在异常流体压力,流体势的变化趋势与沙湾组构造顶面变化趋势基本一致,由东南向西北递减,因此作为油气运移通道的地质体的非均质性控制油气运移路径的非均质性.对于研究区沙湾组油气,广泛发育的沙湾组砂体控制油气的二次运移,以砂岩输导层为研究对象,罗晓蓉等将输导层定义为一定厚度地层单元中各输导体的综合,在一定宏观空间具有连通性[15].

白垩纪开始,车排子地区构造活动减弱,表现为整体的掀斜.至沙湾组沉积前,该地区为东南倾的缓坡,高部位在研究区西北部.沙湾组按沉积旋回变化自下到上可分为沙一段、沙二段和沙三段.沙一段沉积早期,北西方向物源充沛,晚期物源方向东移,研究区发育粒度较粗的辫状河—辫状河三角洲沉积,岩性以砂砾岩、粒状砂岩为主,夹薄层泥岩;砂体近北西—南东向呈条带状展布[16].沙二段沉积时,物源供应量减少,古地势高差变小,水体加深,发育三角洲前缘、滩坝及滨浅湖交互沉积,砂体分布在研究区中南部.沙三段沉积时,水体变浅,物源萎缩,以洪泛平原相的褐红色泥岩为主,作为区域盖层(见图2).基于沙湾组沉积环境、砂体发育特征和油气分布规律等,将沙一段和沙二段划分为两个输导层.

图2 排20井—排17井—排202井—排7井砂岩输导层连井剖面(近南北向)Fig.2 Section crossing well Pai20-well Pai17-well Pai 202-well Pai7

输导层的输导性是依靠可渗透砂体在一定空间范围内具有的连通性实现的,即砂体相互连接和叠置.厚度和砂地比可用于表征砂体的连通程度,厚度越大,砂地比越高,砂体间连结和叠置程度越高,从而组成连通的砂体群.另外,输导层的孔渗性能对于油气运移路径的选择也起到一定控制作用.砂体孔渗性结构分布差异形成级差优势[17-18],油气易于沿着级差优势大的通道运移.沙一段砂岩输导层的展布向东向南变厚,南部最厚超过100m,但是沉积不均衡使砂层孔渗性、厚度不均一[19];北部排605井和排606井向西北方向、南部由南向北方向发育厚砂层.这些位置砂体更加发育,厚度相对大、连续性好.砂地比的变化趋势与砂体厚度整体一致,向东向南增大至60%以上(见图3(a)).一般当砂地比高于50%时,砂体大范围叠置或接触,连通性很好,是优良的输导层[20].受控于以西北和东北为物源方向的辫状河—辫状河三角洲沉积体系,砂体发育侧向差异形成4个南东—北西、南—北方向级差优势,北部的级差高于南部的,北部的整体孔渗性也好于南部的.综合沙湾组砂岩输导层构造和沉积背景、砂体展布特征和物性差异等地质条件,认为连通性、孔渗性好且与周围岩石差别最大的输导层最有可能成为油气运移优先选择的路径,即北部排612井和车浅1-7井向西北方向的砂层、南部由南向北的砂层为输导性能优越的输导层.沙二段砂岩厚度减薄,北部厚度超过10m,南部厚度超过60m,由南向北减薄,砂地比在南部达到30%(见图3(b));砂体发育程度和连通性较沙一段的差,在三角洲前缘沉积体系控制下由南向北的级差优势相对较大.因此,沙二段砂岩输导层具有较好的由南向北输导油气的能力.

3 油气运移路径追踪

3.1 颗粒荧光定量技术

当油气通过砂岩发生运移时留下各种痕迹,碎屑颗粒表面吸附各类烃类组分,同时成岩过程中也形成烃类流体包裹体,这些痕迹是重建烃类充注历史的重要证据.颗粒荧光定量技术QGF(Quantitative Grain Fluorescence)通过测定物理和化学作用吸附于碎屑表面的烃类组分和矿物包裹烃的荧光强度、光谱特征,识别古油层,判别是否发生油气运移[20].

在QGF分析中,QGF指数是光谱中波长在375~475nm的平均光谱强度与波长300nm对应的光谱强度之比.水层和古油层的QGF指数及光谱特征差异明显,Liu Ke等证实QGF指数与烃类含量具有高度的相关性,可以充分反映样品中油包裹体的丰度,也可作为表面吸附烃类(主要为吸附性较强的重质芳烃和极性化合物)的指示.油层的QGF指数大于水层的,古油层参考的QGF指数为4.00pc,且随含油饱和度的增高指数增大.油层的谱峰非常明显;水层的光谱曲线相对平缓,不具有明显的谱峰[21].通过油气输导层或储层中残留烃类分析,可以判定地质历史时期油气运移路径或古油层.

图3 沙湾组一段、二段砂岩厚度、砂地比和级差优势叠合Fig.3 Figures showing transportation characteristics of 1st and 2nd member,Shawan formation

3.2 实验取样及结果

基于沙一段和沙二段砂岩输导层的输导性能,实验选取沙一段和沙二段无油气显示的优质输导层的中/细砂岩,取样位置分别位于砂层顶部、中部和下部.沙一段16口井、42个样品分布于研究区东部、南部,考虑该地区实际地质状况,选取排612井样品(油迹)为标定样品;沙二段4口井、8个样品分布于南部,排206井(油迹)样品为标定样品.

实验由中国石油大学(北京)地球化学实验室应用CSIRO石油资源部提供的QGF和QGF-E分析专利技术完成,检测仪器为Varian荧光分光光度计,结果见表1和表2(λmax为最大颗粒荧光强度对应的波长).沙一段P612-S1(油迹)标定样品QGF指数为3.76pc,为衡量地质历史时期沙一段油迹级别油气显示的参考.QGF指数在2.90~8.28pc之间,整体较高,仅P1-1-S1、P1-2-S1、P1-3-S1、P20-2-S1、P20-3-S1等样品的QGF指数相对较低.沙二段P206-S2(油迹)QGF指数为3.85pc,其他结果分布在2.11~4.82pc之间;仅排16井的P16-3-S2样品的QGF指数很高,为4.82pc,P9-1-S2、P16-1-S2和P16-6-S2样品的QGF指数在3.85pc左右,其余较低.沙湾组样品光谱谱峰主要出现在375.00~475.00nm之间;大多数曲线谱峰较明显,P202-S2、P206-1-S1、P20-3-S1、P16-1-S2等样品曲线较平缓,它们对应的QGF指数相对较小.

表1 沙一段样品颗粒荧光定量分析结果Table 1 QGF results of samples of 1st member,Shawan formation

表2 沙二段样品颗粒荧光定量分析结果Table 2 QGF results of samples of 2nd member,Shawan formation

3.3 油气运移路径

纯净石英颗粒仅具有非常微弱的荧光强度,相应地QGF指数也很低,且光谱平缓不具有明显的谱峰;这些特征与有油气通过砂岩的QGF分析结果明显不同,可以用于判别油气是否通过[21-22].一般认为,古含油层系QGF光谱谱峰范围为375.00~475.00nm[23],QGF指数一般大于4.00pc,需要根据不同地区结果进行综合解释.沙一段、沙二段样品QGF光谱指纹见图4.由图4可以看出:

(1)沙一段油迹砂岩P612-S1样品的QGF指数为3.76pc,具有明显的光谱谱峰.测试样品中29个样品QGF指数高于3.76pc,光谱曲线谱峰特征及趋势也具有相似特征(见图4),判别29个样品砂岩在地质历史时期发生油气运移;有8个样品在3.49~3.76pc之间,光谱曲线特征明显,不排除含油可能,推测含油气饱和度较低,非主力的油气运载层.沙一段测试样品仅排20井和排1井的4个样品测试值相对较低,光谱曲线也相对平缓,该层位未有油气通过.综合分析沙一段砂体为重要油气输导层,研究区东部和南部取样的大部分砂层在历史时期有油气通过.

沙二段P206-S2油迹样品的QGF指数为3.85pc,有3个样品的测试结果大于3.85pc,有3个样品接近标定结果,分别为确定可能的油气运移通道.仅排202井样品指数比较低,光谱曲线也相对平缓,推测该砂层未发生油气运移.沙二段油气运移范围和强度有限,局限于排202井以南的砂层.

(2)油气在砂层中的运移并非均一,油气总是选择阻力最小的通道,表现为在具有主流向的优势运移路径中运移.QGF测试检测的荧光强度存在高低差异,反映样品不同的颗粒包裹烃丰度和含油级别.QGF指数越大,代表样品所在砂层包裹烃丰度和含油级别越高,是油气运移优先选择的优势路径.

图4 沙一段、沙二段样品QGF光谱指纹Fig.4 QGF spectrum characterization of samples of 1st and 2nd member,Shawan formation

新近纪,车排子凸起大范围沉积沙湾组厚层砂岩,向南侧直至四棵树凹陷,向东与红车断裂带对接.沙一段砂层具备优越的油气输导性能,与红车断裂带相互配置,为历史时期油气垂向和侧向运移的通道.实验结果中QGF指数(单井样品平均值)平面上呈规律性变化(见图5),由东向西递减,存在排612井—排609井、排606井—排602井和排8井优势高值区.优势高值区与优质输导层耦合关系比较好,表明研究区油气运移主要受输导层输导性能的控制.北部排612井—排609井和排606井—排602井优势高值区沙一段发育厚砂层,厚度在20~50m之间,隔层少,侧向连通性好,砂地比大于50%,级差优势相对大,而且其QGF指数高于相邻井区的,表明这些井位烃类浓度更高,控制大部分的油气运移,从而控制油气运移的主流向,为油气运移的优势路径.

另外,研究区北部整体高于南部,北部的输导层厚度虽小于南部的,但孔渗性及级差优势高于南部的,为一套厚度适中、优质、高效的输导层.综合沙一段输导层的输导性能及参数变化趋势,存在3个近南东至北西的油气运移优势路径,且北部砂体油气运移更高效,其范围和强度高于南部的.这些南东—北西向的油气运移优势路径连接东侧的昌吉凹陷和车排子凸起,控制大部分的油气运移,油气在具有优势运移路径的、适宜封盖条件的圈闭聚集成藏.因此,输导层上倾方向,特别是北部高效输导层所连接的继承性构造高部位的岩性、地层和岩性—构造等圈闭是油气聚集的指向区和未来勘探的重点.

图5 沙一段QGF指数等值线分布Fig.5 Contour diagram of QGF index of 1st member,Shawan formation

4 结论

(1)在构造和沉积背景下,结合砂岩输导层的展布,建立车排子地区沙湾组砂岩输导层的油气运移空间格架,分析输导性能;综合颗粒荧光定量技术验证无油气显示的优质输导层是否为历史时期油气运移路径,能够较准确地判别有效油气运移路径,重塑该地区油气运移过程.

(2)研究区沙一段东部和南部大部分砂体、沙二段南部砂体曾经发生油气运移,确认为实际油气运移路径.沙一段砂体与红车断裂带相互配置,是油气由东南的昌吉凹陷向西北方向的车排子凸起垂向、侧向运移的主要输导层;沙二段南部砂层是油气由四棵树凹陷长距离侧向输导的关键.

(3)在沙一段砂岩油气运移空间格架及输导性能基础上,存在3个南东—北西方向的油气优势运移路径——排612井区—排609井区、排606井区—排602井区和排8井区,主要受到输导层输导性能的控制.北部优势运移路径更加高效、优质,是沙一段大量油气运移的主流向,主流向所指向的西北构造高部位沙一段的地层和岩性圈闭是未来勘探的重点.

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DOI 10.3969/j.issn.2095-4107.2015.01.006

TE122.1

A

2095-4107(2015)01-0042-08

2014-10-20;编辑:任志平

国家科技重大专项(2011ZX05031-001-003)

田 琨(1986-),女,硕士,工程师,主要从事含油气盆地综合地质方面的研究.

曾溅辉,zengjh@cup.edu.cn

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