潍北凹陷孔三段火成岩成藏规律及开发方式探讨

史翠娥

(中国石化胜利油田分公司东胜公司地质研究中心,山东东营257000)

潍北凹陷孔三段火成岩成藏规律及开发方式探讨

史翠娥

(中国石化胜利油田分公司东胜公司地质研究中心,山东东营257000)

针对潍北凹陷孔三段低渗透火成岩油藏地质背景和油水关系复杂、成藏规律不清、开发难度大等难点,开展了油气成藏规律和开发方式研究。结果表明,孔二段暗色泥岩为区内烃源岩;孔三段火成岩储层岩性以玄武岩、玄武安山岩为主,主要储集空间为裂缝和孔隙,属于低—中孔低渗透储层。孔二中下亚段泥岩、孔三段内部泥岩夹层及致密层为储层提供了盖层;断裂与不整合面、裂缝构成了油气运移通道。孔三段发育断鼻型、断块型、裂缝型和岩性型等多种油藏类型。火成岩相带控制了孔三段火成岩储层的原生气孔发育,热液作用、风化作用及断裂作用提高了储层孔渗性;成藏的主控因素为火成岩相、后期的风化作用和构造改造。通过储层酸化压裂改造能提高单井产能,多分支井和水平井可提高开发效果。

成藏规律;火成岩;孔隙;裂缝;潍北凹陷

火成岩指岩浆冷却后形成的岩石,1887年美国首次在加里弗尼亚圣华金盆地发现以火成岩为储层的油藏。目前全球共探明火成岩油藏169个、石油地质储量18×108t,其中中国火成岩探明石油地质储量约为4×108t[1]。潍北凹陷位于郯庐断裂体系内,为受郯庐断裂走滑影响形成的拉分—断陷盆地[2-3]。潍北凹陷勘探工作始于20世纪50年代,目前已发现潍北油田和柳疃气田,上报探明石油地质储量1431×104t,天然气地质储量为5.79 ×108m3。之前的勘探主要集中在孔店组一段和二段,对其油气成藏已有较系统的认识[4-8],但孔三段火成岩勘探程度较低。昌36-斜3井孔三段于2011年4月投产,初期日产油30t,不含水,截至2015年12月日产油3.1t,含水率为45.2％,累计产油1×104t;2012年完钻的昌901-斜1井孔三段也获得工业油流,累计产油1976.7t;昌171-x4井投产初期日产油14.8t,不含水,目前日产油3.3 t,含水率为56％,累计产油0.9×104t。这些突破说明孔三段火成岩勘探开发潜力巨大,但是该区火成岩成藏要素认识程度低、地质背景和油水关系复杂、成藏规律和有利区带预测难度很大。本文以孔三段火成岩油藏为研究对象,开展了成藏规律和有利储层预测,为该区孔三段火成岩和国内外同类油藏下步勘探开发提供一定参考。

1 区域地质特征

1.1 地质概况

潍北凹陷位于郯庐断裂中部的沂沭断裂带北部,东以昌邑—大店断裂与鲁东隆起相邻,西为鄌郚—葛沟断裂,北以古城—潍河口断层为界与三维北凸起相接,南临潍县凸起,在平面上分为南部斜坡带、灶户断鼻带、瓦城断阶带、北部洼陷带4个构造单元(图1)。该凹陷形成于中生代末期至古近纪早期,以古近系始新统沉积为主;是北断南超、北深南浅的箕状凹陷,面积为880km2。主要的生烃层系为孔二段,主要的勘探开发层系为孔店组。据第三次资源评价结果,该区总资源量为油1.22×108t、天然气175×108m3[3～5]。

1.2 勘探开发历程

目前潍北凹陷共有59口井钻遇孔三段火成岩,有6口井(昌6井、昌8井、昌12井、昌36井、昌38井、昌56井)钻穿孔三段火成岩,最大钻遇厚度为713m。有14口井见油气显示,昌14井、昌81井、昌36井、昌39井等井获油气流,储层主要为玄武岩。2008年部署的昌171-斜4井在孔三段1489～1554m试油日产油13.8t,不含水,突破了孔三段的产能关。2010年部署的昌36-斜1井孔三段日产油8t,不含水,预示着孔三段较大的勘探开发潜力。2011年昌36断块新增孔三段含油面积0.7km2,石油地质储量为80×104t,目前已进入开发阶段,但是单井产能差异较大,表明该区油气地质条件复杂。

2 火成岩成藏规律研究

2.1 原油物性及油源分析

孔三段原油物性较好,密度为0.8～0.85g/ cm3,黏度为30～40mPa·s,属于轻质油。原油族组分中饱和烃含量占62％以上,非烃和沥青质含量较低,饱芳比(饱/芳)大于4(表1)。地层水中氯离子浓度为7000～18000mg/L,水型主要为CaCl2型,为正常的温压系统。

表1 孔三段原油族组分表Table 1 crude oil components in Ek3section

潍北凹陷的油气主要来源于孔二段烃源岩,该段地层最大厚度可达3000m,其中暗色泥岩厚度约为2000m,岩性为灰色、灰黑色泥页岩夹泥灰岩、碳质泥页岩,含介形化石,为一套以半深湖相为主的沉积。孔二段烃源岩有机质丰度高,类型以Ⅱ-Ⅲ型为主,均为有效烃源岩,其中孔二上亚段油页岩为优质烃源岩。北部洼陷带已进入成熟—高成熟阶段,其他地区除东南部的昌25井区已进入成熟阶段外,均处于未成熟—低成熟阶段[8-10]。

对比分析昌36井孔三段2033.5m油层抽提物和昌67井孔二段暗色泥岩的生物标志化合物特征发现,甾烷中C27、C28、C29都呈反“L”形,萜烷中伽马蜡烷含量中等,C20、C21、C23三环萜烷都呈山形分布,各项生物标志化合物特征都较相似,说明孔三段火成岩油藏的原油应来源于孔二段烃源岩(图2)。

2.2 储层特征

结合研究区孔三段岩心、薄片和全岩氧化物分析,孔三段火成岩中SiO2的百分含量一般都小于53％(表2),为基性岩。岩性以玄武岩、玄武安山岩和玄武粗安岩等熔岩类型为主,存在少量火山碎屑岩。玄武岩是最主要的岩石类型,因产出条件不同和次生变化的影响,颜色为深灰色、灰绿色或淡铁红色。玄武岩以气孔杏仁构造、斑状结构、间粒结构为主,发育间隐结构和玻基交织结构。火成岩储集空间有气孔、长石溶蚀孔、构造缝和风化裂缝,其中经过风化淋滤的气孔层孔渗性好,为最佳储层。如昌36井1997～2180m井段平均孔隙度为11.3％,平均渗透率为6.6mD,为中—低孔低渗透储层。储层非均质性强,孔洞和裂缝发育区孔渗性相对较好。

2.3 生储盖组合

孔二中下亚段泥岩可作为烃源岩,孔三段玄武岩以风化孔隙、构造裂缝作为储集空间。孔二中下亚段处于潍北凹陷湖盆扩张的初始时期,物源供给少,主要为泥岩沉积,具有良好的盖层条件。孔三段沉积时期潍北凹陷内发育大量反向断层,使得孔二下亚段的泥岩与孔三段玄武岩对接,起到侧向封堵作用,断距越大封堵性越好。另外孔三段内部的泥岩夹层及致密层也可与孔缝发育段构成有利的储盖组合。

2.4 油气输导条件

孔三段火成岩油藏的油气运移通道主要有3类,即断层、不整合面及裂缝。当孔三段的断层落差超过200m,孔二中下亚段的烃源岩就能够直接和孔三段火成岩不整合面对接,油气可沿不整合面侧向运移到高部位(图3),而裂缝是油气进入火成岩气孔层的重要通道。

2.5 油藏类型

潍北凹陷孔三段火成岩油藏受构造、裂缝、储层等因素影响,可形成断鼻型、断块型、裂缝型、岩性型等多种油藏类型。如昌171井上倾方向有断层遮挡,封闭性好,处于相对高部位,附近断层发育,属于断块型油藏。而昌36井区上倾方向反向断层断距达到212m,位于主要裂缝发育带内,岩心中发现较多高角度裂缝,裂缝壁上残余沥青,发育少量溶蚀孔隙,形成断鼻型和裂缝型油藏。另外在火成岩内部由于泥岩或致密层封堵可形成岩性油藏。

表2 潍北凹陷火成岩全岩氧化物及相关特征分析表Table 2 Analysis of whole rock oxides and related characteristics of igneous rocks in Weibei depression单位:％

2.6 成藏模式

综合分析,潍北凹陷北部洼陷带为生烃中心,孔二段烃源岩生成的油气沿不整合面和断裂运移;孔三段高部位的火成岩由于后期风化作用和构造改造形成了较好的储层,在泥岩和断裂封堵下形成了较好的圈闭,油气通过不整合面、断裂和裂缝进入孔三段顶部或内部储集空间中聚集成藏,具有新生老储、网毯式运移特征(图4)。

3 储层发育及成藏控制因素

3.1 储层控制因素

火成岩的储集性能受多种因素控制,差别较大,火成岩的储集空间类型可分为3类:原生孔隙、次生孔隙和裂缝,它们构成了潍北凹陷孔三段火成岩的储集空间,其中气孔和构造裂缝为主要储集空间。气孔发育不规则,大小悬殊,通过岩心测试的物性数据分析认为,潍北凹陷火成岩储层具有一定的储集能力,大部分属于中孔、低渗透储层,但非均质性比较强。潍北凹陷火成岩岩相主要为爆发相、溢流相、火山通道相、火山沉积相等,已钻井揭示以溢流相和火成沉积相间互发育为主。玄武岩中夹多层薄层泥岩,发育有气孔、杏仁构造及裂缝,部分孔隙被方解石、沸石和石膏充填,火成岩相决定了岩石的原生孔隙特征。

统计孔三段火成岩物性和油气显示的关系发现,油斑、油迹显示的储层孔隙度一般都大于12％,渗透率大于0.1mD(图5)。纵向上,储层孔隙度和渗透率都有随深度增加而减小的趋势,目前油气显示主要集中在距离孔三段火成岩顶部100m以内的地层,顶部100m以下的储层渗透率基本都低于1mD。

统计储层物性与断裂距离发现,离断裂越近储层物性越好,越远则物性相对较差(图6)。因此潍北凹陷控制孔三段火成岩储层发育的因素主要有火成岩相和构造次生改造。

3.2 油气成藏控制因素

火成岩相控制储层孔隙发育,近火山口的火山斜坡带火成岩厚度较大,易遭受风化剥蚀,气孔相对发育,形成有利储层。潍北凹陷火山口主要位于南部,推测南部区域火成岩孔隙较为发育。孔三段火成岩中杏仁体主要有绿泥石、方解石、沸石、硅质4种,表明潍北凹陷存在多期热液活动。热液作用破坏了原有的储集空间,改善了储层物性。风化淋滤作用不但可使岩石破碎、矿物溶解,产生更多的储集空间;而且可使原本不连通的原生气孔相互连通,成为有效储集空间。断裂和裂缝是火成岩油气成藏的关键,是油气进入气孔层的重要通道,后期构造裂缝能改善储层孔渗性,反向断裂上倾方向遮挡为成藏创造了条件。综合分析,孔三段火成岩油气成藏的主控因素是有利的火成岩相、后期风化作用和构造改造。储层预测的重点是寻找有利孔隙及裂缝发育带。

4 开发方式探讨

火成岩大多为孔隙和裂缝双重介质储层,油水运动规律不易掌握,缺乏有效的控制手段,一般采用枯竭式开采[12-13]。研究区孔三段火成岩油藏具有勘探程度低、分散、不连片、单井产量低的特点,除昌171块、昌36块和昌901块获工业油流外,其余产量均较低。但是孔三段火成岩油藏具有埋藏浅、厚度大、展布广泛、原油物性好等优点,有利于开发。

1953年,委内瑞拉发现了拉帕斯火成岩油田,单井日产油1828 t。大港油田枣35块火成岩裂缝性稠油油藏采用筛管完井,1997年投入开发,枣63-1井压裂后高凝油喷射泵热采,日产油12t[14]。三塘湖油田牛东区块牛东8-14井火成岩储层低孔、低渗透且发育天然裂缝,压裂有效沟通了裂缝,日产油63t,不含水[15]。长岭气田营城组火山岩气藏开发实践表明,压裂新技术能够提高火成岩油气藏的开发效果[16-17]。该区的昌81井在1992年1月酸化后获得日产油3.5t的工业油流,说明酸化压裂能提高火成岩油藏的产能。

松辽盆地徐深气田中孔、低渗透火成岩油藏水平井开发取得了较好的效果[18],2010年,滨南油田滨674-平1井火成岩储层日产油16t,含水率为22％。辽河油田针对火成岩油藏探索的“大排量、低砂比、高强度、多级段塞压裂”的储层改造工艺,提高产能效果显著[19]。2015年准噶尔盆地春风油田排66-平3井等多口水平井在火成岩储层获得日产油10t以上的工业油流,说明水平井也可以作为火成岩油藏提高产能的开发技术。鉴于研究区有利储层主要发育在距孔三段顶100m的风化壳范围内,储层特征与准噶尔盆地春风油田类似,在孔三段纯油层可以采取多分支井和水平井的方式提高开发效果。

5 结 论

(1)孔三段火成岩油藏原油来源于孔二段烃源岩;主要储集空间为裂缝和孔隙,储层大部分属于中孔、低渗透储层,非均质性较强;孔二中下亚段泥岩起到顶封和侧封的双重封堵作用,同时孔三段内部的泥岩夹层及致密层也可与孔缝发育段构成有利的储盖组合;断裂是孔二段油气向孔三段运移的主要通道,它与不整合面构成了油气向南部、东部运移的输导系统;孔三段发育断鼻型、断块型、裂缝型、岩性型等多种油藏类型。

(2)孔三段油气显示主要集中在距孔三段顶部100m的风化壳范围内,裂缝—孔隙型储层是最有利的含油层段。近火山口的储层气孔相对发育,物性较好,厚度较大;距离断裂越近,火成岩物性和含油气性越好。热液作用破坏了原有的储集空间,风化作用和断裂作用提高了储层孔渗性。孔三段火成岩成藏主控因素是有利的火成岩相、后期的风化作用和构造改造,储层预测的重点是寻找有利孔隙发育区及裂缝发育带。

(3)研究区火成岩储层为孔隙和裂缝双重介质储层,具备埋藏浅、厚度大、分布广泛、原油物性好等特点,开发潜力较大。储层改造能提高该区火成岩油藏的产能。在纯油层可以借鉴同类油藏开发经验,采取多分支井和水平井方式提高产能。

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Discussion on Accumulation Law and Development Modes for Ek3igneous Rock Reservoir in the Weibei Depression

Shi cuie
(Dongsheng Company of Shengli Oilfield Company,SINOPEC,Dongying,Shandong 257000,China)

Due to the characteristics of complex geological background,oil-water relationship,development difficulty in low permeable igneous reservoir at Ek3section in Weibei Depression,the development modes and accumulation law have been studied.The research results showed that dark mudstone in Ek2section was hydrocarbon source rock;but the igneous rocks,such as basalt,basalt-anshan were main reservoirs in Ek3section,the reservoir spaces belonged to cracks and pores,i.e.low-mid porosity and low permeable reservoir.The mudstone in mid-lower Ek2section,mudstone interlayer in Ek3and tight section were all the reservoir covers;the faults,unconformity and frcture had formed the channel for oil and gas migration.There were many kinds of reservoirs in Ek3section,featured with nose type,fault block type,fractured type and lithologic type,etc.The igneous facies zone controlled the development of initial pores in the igneous reservoir in Ek3section,and the hydrothermal and weathering actions had improved the porosity and permeability of reservoir.The main controlling factors of accumulation were favorable igneous rock facies,later weathering action and tectonic reconstruction. Through the acidizing and fracturing,it can improve single-well productivity,and the multi-lateral and horizontal wells can also raise the development effect.

accumulation law;igneous rock;pore;fracture;Weibei depression

TE 122

:A

国家科技重大专项“渤海湾盆地精细勘探关键技术”(2011ZX05006)。

史翠娥(1985年生),硕士,工程师,从事地质勘探与油气成藏研究工作。邮箱:sce2003@126.com。