黄骅坳陷乌马营潜山二叠系砂岩凝析气藏的发现及其地质意义

周立宏 王 鑫，2 付立新 吴雪松 李宏军 楼 达 段润梅 崔 宇 王 辉

（ 1 中国石油大港油田公司；2 中国石油大学（华东））

0 引言

潜山油气藏一直是中国东部陆相断陷盆地油气资源接力的重要战场。黄骅坳陷潜山油气勘探活动由来已久，1964 年利用重力与模拟地震解释成果，发现了港西、孔店等基岩隆起构造，揭开了潜山钻探的序幕。20 世纪70 年代到90 年代，黄骅坳陷潜山勘探进入高峰期，相继部署钻井对多个潜山构造进行了普探。1999 年，针对乌马营潜山实施风险钻探WS1 井，该井于奥陶系获得工业油气流，证实了奥陶系石灰岩潜山具备形成规模气藏的条件，但由于奥陶系气藏高含硫化氢和二氧化碳，受投资成本与环保风险的制约，天然气藏难以开发动用，导致该区勘探停滞达18 年之久。近年来，大港油田深化多层系潜山内幕成藏研究，重新认识该潜山上古生界二叠系，老井复查WS1 井，原解释水层重新评价为气层，增强了部署二叠系油气勘探的决心。2017年于乌马营潜山背斜西侧的北缘钻探YG1 井，该井完钻井深为5045.0m，针对二叠系下石盒子组储层4959.4～4987.7m 压裂，6mm 油嘴日产凝析油24.46t，日产气80122m3。油气分析显示，20℃原油密度为0.8090g/cm3，50℃原油黏度为1.36mPa·s，凝固点为1℃，含蜡量为8.04%，含硫量为0.01%，含胶量为3.32%，气油比为5255m3/t，天然气甲烷含量为80.24%，天然气相对密度为0.69，地面凝析油含量为156.508g/m3，地层最大反凝析液量为0.87%，在初始储层条件下流体呈气态，在凝析气藏衰竭开采时随压力下降储层中有反凝析现象，为中含凝析油凝析气藏，预测资源量可达100×108m3。YG1 井气体检测不含H2S，实现了黄骅坳陷古生界潜山非含H2S原生油气藏的重大突破，有力推动了大港探区古生界潜山内幕原生油气勘探，为黄骅坳陷潜山油气增储上产提供了重要支撑。本文针对乌马营潜山二叠系砂岩凝析气藏的优势成藏条件进行深入分析，探讨其成藏特征对油气勘探的指导作用，深化黄骅坳陷上古生界油气成藏认识，为中国东部华北地区上古生界油气勘探提供借鉴。

1 区域地质背景

图1 黄骅坳陷乌马营潜山古生界顶面构造图Fig.1 Structural map of the Paleozoic top in Wumaying buried hill, Huanghua depression

黄骅坳陷位于渤海湾盆地中北部，是叠置在华北地台基底上中—新生代发育的裂谷盆地，也是渤海湾盆地典型富油气坳陷之一[1-3]。乌马营潜山位于坳陷南部，勘探面积约为350km2，北为王官屯构造带，西临南皮洼陷，南靠东光斜坡带，东接徐黑构造带（图1）。该潜山形成于中生代，整体形态为一北东走向宽缓的背斜构造，是黄骅坳陷已发现的原始结构保存相对完整的“低位”潜山构造[4-6]，二叠系顶面构造被逆冲、走滑和伸展3 类断裂分割为西侧的高陡逆冲推覆构造和东侧的宽缓背斜构造（图1）。乌马营潜山石炭系—二叠系保存完整，构造主体晚期断层下切改造程度较弱，有利于原生油气聚集与保存，是黄骅坳陷古生界潜山油气勘探的重要领域。

2 优势成藏条件

2.1 石炭系—二叠系煤系地层提供了充足的油气来源

乌马营潜山二叠系天然气甲烷碳同位素分析表明，WS1 井[7]与YG1 井甲烷碳同位素值为-37‰～-34.2‰，乙烷碳同位素值为-26.4‰～-20.3‰，丙烷碳同位素值为-25.8‰～-20.7‰，天然气成因判识为煤型气，为石炭系—二叠系煤系烃源岩供烃的产物（图2）。

黄骅坳陷上古生界发育石炭系本溪组与二叠系太原组和山西组多套煤系烃源岩，岩性多样，主要包括煤、碳质泥岩、暗色泥岩3 类烃源岩[8-10]。其中本溪组以灰色—深灰色泥岩、碳质泥岩、铝土质泥岩沉积为主，上部以泥岩夹薄层海相石灰岩或二者互层为特征；太原组下部由海侵煤系构成，岩性以煤层、海相泥岩为主，间夹薄层碳酸盐岩，上部为海陆过渡相沉积，岩性以暗色泥岩为主，夹杂部分砂岩，烃源岩全区稳定分布；山西组主要由三角洲平原沼泽煤系为主，泥岩和碳质泥岩发育，煤岩单层厚度较薄，横向相变较快。

图2 黄骅坳陷乌马营潜山二叠系天然气成因判识Fig.2 Permian gas origin in Wumaying buried hill, Huanghua depression

黄骅坳陷石炭系—二叠系煤系烃源岩累计厚度大，分布范围广，厚度中心位于王官屯以南至乌马营潜山构造带。其中煤岩单层厚度为2～5m，累计厚度为20～45m，碳质泥岩厚度为40～110m，暗色泥岩厚度较大，为150～350m。该套烃源岩有机质丰度高，富氢组分含量高，具备良好的生气潜力。其中煤岩TOC为11.5%～78.0%，S1+S2为0.50～218.56mg/g，氢指数为1.0～553.0mg/g，为好烃源岩；碳质泥岩TOC为5.15%～19.80%，S1+S2为0.18～53.64mg/g，氢指数为1.0～331.0mg/g，为好烃源岩；暗色泥岩TOC 为0.54%～5.95%，平均大于2.0%，S1+S2为0.03～175.73mg/g，氢指数为1.0～416.0mg/g，为中等—好烃源岩。

黄骅坳陷煤系烃源岩热演化程度处于成熟—高成熟阶段，镜质组反射率为0.8%～1.3%，在火山岩侵入喷发地区Ro在1750m 左右即可达到2.0%。生烃模拟表明，一次生烃期主要为晚中生代，其生烃中心主要位于黄骅坳陷南部的乌马营地区；二次生烃期为孔店组沉积时期至今，具有广覆式生烃特征，南北存在两个生气中心，一个位于黄骅坳陷北部GG16102、QG8、HG1 等井所在的歧北—埕海地区，另一个位于南部WS1、YG1、WG1 等井所在的乌马营—王官屯地区（图3）。二次生烃期以生气为主，生气量可达25.82×1012m3，占总生气量的62%，具有生烃时间晚、生气规模大的特点，有利于天然气规模聚集与成藏。

图3 黄骅坳陷上古生界煤系烃源岩展布特征Fig.3 Planar distribution of coal-bearing source rocks in Upper Paleozoic, Huanghua depression

2.2 二叠系下石盒子组发育巨厚的砂岩储层

黄骅坳陷二叠系下石盒子组发育巨厚的砂岩储层，为油气的大规模充注提供了充足的储集空间。该套砂岩属于海退后内陆河流相沉积，河床分布范围广，砂体极其发育，并且横向展布相对稳定，单砂层厚10～22m，累计厚度为80～130m，砂地比一般大于30%，最高可达40%以上，是黄骅坳陷上古生界最有利的储集层系。YG1 井储层物性数据统计表明，下石盒子组储层储集空间保存较好，砂岩孔隙度在埋深5000m 处最大可达10%，具备较好的储集性能（图4a）。与黄骅坳陷其他地区相比，乌马营潜山下石盒子组储层岩石类型以石英砂岩为主，岩屑质石英砂岩次之。YG1 井、WS1 井数据显示石英含量普遍较高，为65%～95%，平均为87.8%；长石含量为0～7%，平均为1%，以钾长石为主；岩屑含量为5%～28%，平均为11.2%（图4b），主要为变质石英岩和酸性喷出岩。碎屑颗粒分选性好，颗粒磨圆度为次棱角状，颗粒间以线接触为主，填隙物含量中等，平均含量为10.5%。下石盒子组储层在中生代中晚期经历过较强的风化淋滤作用，二叠系顶部石千峰组普遍遭受剥蚀，加之晚中生代断层活动频繁，一次生烃期油气充注其中，使得石盒子组砂岩物性得到改善，储集空间以粒间溶孔与长石溶孔为主，岩心观察可见高角度裂缝发育，镜下观察也可见大量微裂缝发育，极大地改善了储层的渗流能力（图5）。

图4 黄骅坳陷乌马营潜山二叠系砂岩储层孔隙度（a）与岩石成分（b）Fig.4 Porosity (a) and rock composition (b) of the Permian sandstone reservoir in Wumaying buried hill, Huanghua depression

图5 黄骅坳陷乌马营潜山二叠系储层特征Fig.5 Features of Permian reservoir in Wumaying buried hill, Huanghua depression

2.3 逆冲推覆构造提供多个构造圈闭

乌马营潜山古生界发育多个大型背斜、断鼻构造，这些构造多为中生代时期形成的挤压逆冲推覆构造[11-13]，主要由西侧北北东向高陡逆冲构造和东部北东东向宽缓背斜构造组成，可以给油气成藏提供有利的空间。其中潜山东部背斜奥陶系顶面构造形态宽缓，被古近纪晚期（沙一段沉积时期）强烈活动的乌马营断层下切改造，形成了乌马营背斜；而潜山西部则为一高陡古逆冲褶皱带，南北延伸近24km，发育下部“东倾西冲”的厚皮构造和上部“西倾东冲”的薄皮逆掩断弯褶皱，并在上古生界二叠系形成长轴背斜圈闭带。西缘逆冲带由南、中、北3 段组成，其中北段上古生界顶部剥蚀强烈，后期受新生代断裂活动影响较大，现今构造圈闭幅度低；中段主逆冲断层活动强烈，上古生界形成断弯褶皱，后期新生代断裂活动影响小，三角逆冲构造保存完整，圈闭保存条件较好；南段逆冲推覆变形减弱，为被中生代晚期伸展断层改造复杂化的复杂断块区，新生代断裂活动比较弱，下切活动不剧烈，对圈闭的改造较弱。受构造圈闭影响，油气可在乌马营潜山源上二叠系下石盒子组砂岩储层与源下奥陶系碳酸盐岩储层中形成背斜油气藏、断块油气藏等多种类型的复式油气聚集（图6）。

2.4 构造稳定期油气大规模成藏

黄骅坳陷古生界经历多期构造活动改造，圈闭的保存条件是决定原生油气藏能否存在至今的重要因素[14]。目前该区已有钻井揭示的以古生界为油源的含油气系统一般构造形态完整，古构造在侏罗纪—白垩纪形成后较少受到古近纪伸展断层破坏[15-16]，并在经历古近纪—新近纪整体沉降后，古构造圈闭依然可以保持较大的闭合幅度，为新生界强改造湖盆环境下的中古生界弱改造构造区。

本文采用流体包裹体与数值模拟相结合的方法确定构造活动期与油气成藏期的匹配关系，用以评价圈闭的保存条件。流体包裹体的成分特征和物理化学性质是油气运移的客观记录，对于查明储层流体活动历史和油气运聚机理具有重要的意义[17-18]。对乌马营潜山YG1 井二叠系下石盒子组砂岩储层中赋存的油气包裹体进行综合分析，镜下观察表明乌马营潜山具有两期油气充注现象，早期形成了残留在孔隙中的碳质沥青；晚期发育大量的含烃包裹体，其分布于石英颗粒成岩次生加大边中，或沿切穿石英颗粒的成岩期后微裂隙呈线状/带状分布，荧光色为浅蓝色、蓝绿色、蓝白色，反映了乌马营潜山在该时期发生过一次大规模的轻质油气充注过程。第一期油气充注时间为白垩纪早期，该时期烃源岩进入生烃门限，以生油为主，进入早期圈闭聚集成藏，此后中生代地层抬升遭受剥蚀，部分古油藏遭到破坏，早期充注至孔隙的油气形成了碳质沥青[19-20]。第二期油气充注为主成藏期，该时期潜山持续深埋，烃源岩进入二次生烃阶段，以生气为主，充注的天然气与部分轻质油被成岩缝或构造缝捕获，形成镜下可观察到的气液两相含烃包裹体。结合烃类伴生盐水包裹体均一温度测定与YG1 井热史模拟，确定了第二期油气充注的起止时间，模拟过程所用的古热流参数是在前人对渤海湾盆地古热流研究的基础上[21-22]，利用WS1 井实测镜质组反射率反复校正后的结果，研究表明乌马营潜山上古生界第二期油气充注距今40—15Ma，为沙一段沉积时期至明化镇组沉积时期（图7）。乌马营潜山形成于中生代，燕山期幕式构造活动（尤其是断裂构造）对油气规模聚集与保存的影响较大，喜马拉雅期控山断层活动减弱，新近纪控山断层停止活动，与晚期油气大规模充注期匹配性较好，为晚期潜山油气规模成藏与保存提供了保障。

图6 黄骅坳陷乌马营潜山油气藏剖面（剖面位置见图1）Fig.6 Hydrocarbon reservoir profile in Wumaying buried hill, Huanghua depression (the location in Fig.1)①断块油气藏；②背斜油气藏

图7 黄骅坳陷乌马营潜山YG1 井热史模拟与油气成藏关键时间Fig.7 Thermal history modeling and key reservoir forming period of Well YG1 in Wumaying buried hill,Huanghua depression

3 油气地质意义

3.1 煤系烃源岩生烃潜力巨大

黄骅坳陷石炭系—二叠系烃源岩累计厚度大，分布范围广，有机质丰度高，富氢组分含量高，具备良好的生烃物质基础。煤系烃源岩埋深多为3000～5000m，Ro为0.8%～1.3%，处于成熟—高成熟阶段，为生烃窗峰值区，二次生烃量可达25.82×1012m3，为潜山油气成藏提供了充足的油气来源。煤系烃源岩厚度高值区与歧北、埕海、乌马营、王官屯等多个潜山区重叠，这些地区既是烃源岩生气中心，也是强改造湖盆中的弱改造古构造区，具备形成千亿立方米大气田的地质条件。

3.2 二叠系下石盒子组砂岩勘探前景广阔

黄骅坳陷二叠系下石盒子组发育巨厚的砂岩储层，该套砂岩分布范围广，横向展布相对稳定，石英含量高，具备较强的抗压性，加之受中生代断裂活动、风化淋滤与溶蚀作用的共同影响，二叠系下石盒子储层发育大量的次生溶蚀孔隙与微裂缝，在埋深5000m处储集物性依然较好。煤系烃源岩生成的油气可沿断裂与砂体垂向或侧向运移至上覆下石盒子组砂岩储层中，形成层状展布的砂岩凝析气藏，具有近源成藏优势。目前YG1 井已发现多套气层，气测显示良好，后续钻探的多口探井均在二叠系获高产气流，是黄骅坳陷上古生界下步勘探的重点层系。

4 启示

黄骅坳陷乌马营潜山二叠系凝析气藏的发现，打破了潜山埋深4000m 以浅找油的传统观点。传统观点认为受上覆地层压实与成岩作用影响，储层孔渗性随埋深增大逐渐变差，埋深大于4000m，潜山储层多发育特低孔、特低渗透储层，不利于深部油气富集高产。然而乌马营潜山二叠系下石盒子组砂岩储层在埋深5000m 处仍然具备较好的储集性能，破解了深埋型潜山砂岩储层物性差的“雾区”，将潜山砂岩储层的有效勘探深度拓深至5000m，为深部油气充注提供了充足的储存空间。黄骅坳陷YG1 井的钻探成功打开了上古生界潜山勘探的新局面，深层优质储层的发育打破了黄骅坳陷碎屑岩储层的勘探下限，坚定了大港探区寻找深层大气田的信心，对渤海湾盆地其他地区的潜山勘探具有重要的启示意义。