川中高石梯—磨溪地区中二叠统栖霞组气水分布特征及主控因素

任丽梅 唐 松* 王 伟 梁家驹 徐平生 李昱翰 曾思逊

1.中国石油西南油气田公司川中油气矿 2.油气藏地质及开发工程国家重点实验室成都理工大学

0 引言

近年来，四川盆地中二叠统栖霞组勘探获得重大突破，2012年在川西北地区栖霞组台缘带上ST1井钻遇厚层孔隙型白云岩储层，测试获高产工业气流87.6×104m3/d，掀起了四川盆地中二叠统栖霞组勘探的热潮[1-7]，在此之后，川中地区也加大了对栖霞组勘探力度。川中地区栖霞组沉积相主要表现为开阔台地相，储层主要为台内滩相白云岩，较川西台缘滩相白云岩储层要薄[8-9]。尽管如此，川中高石梯—磨溪地区钻揭栖霞组的井，普遍见到了良好的油气显示，GS18、GS001-X45、MX42、MX31X1以及邻区HS4等多口井经测试获得了高产工业气流。目前高石梯—磨溪地区栖霞组提交天然气三级储量689.94×108m3，展示出巨大的勘探开发潜力。

高石梯—磨溪地区栖霞组储层以白云岩为主，发育于栖霞组中上部，即栖霞组二段，整体表现为低孔、特低渗特征[10]。测试和测井解释结果表明，高石梯—磨溪地区栖霞组气水关系复杂，控制因素不明，增加了勘探风险，制约了其勘探进程。笔者所在团队近年来针对栖霞组气水分布特征以及控制因素持续开展研究工作，取得了一些认识，希望能对川中地区栖霞组气藏下一步的勘探开发部署提供一定的借鉴。

1 气藏概况

高石梯—磨溪地区位于四川省中部遂宁市、广安市武胜县、重庆市潼南县境内，属于四川盆地川中古隆起平缓构造区的威远至龙女寺构造群，东至广安构造，西邻威远构造，北邻蓬莱镇构造，西南到荷包场、界石场潜伏构造，与川东南中隆高陡构造区相接。高石梯—磨溪地区内二叠系构造格局总的轮廓表现为由南向北倾伏的单斜，在单斜背景下发育了磨溪构造与龙女寺构造（图1）。

从钻井测试成果来看，目前所获得工业气流的12口井中，2口（NJ井、NS1井）在构造圈闭范围内，10口（MX42井、MX31X1井、MX107井、GS18井、GS19井、GS128井、GS16井、GS001-X45井、HS4井、TT1）在构造圈闭之外。测井解释结果为纯气层的井在构造圈闭内和构造圈闭外也均有分布。因此，天然气的分布总的来看不严格受构造圈闭所控制，表现出构造-岩性气藏的特征。

2 现今气水分布特征

目前高石梯—磨溪地区栖霞组完试22口井，纯气井13口，气水井5口，水井1口，干井3口，含水井占比27.3%。单井测试产量差异大，产气量在0.01～161.91×104m3/d之间，产水量在2.2～346.8 m3/d之间，水气比在1.6～1 369.2 m3/104m3之间。纯气井主要分布在高石梯、龙女寺地区，产水井分布在磨溪地区北部、以及龙女寺地区（图1）。综合钻、试、测、录等资料，认为栖霞组气藏不具有统一气水界面，存在低部位产气，高部位产水的现象，气水关系复杂，气水分布不严格受现今构造控制。如MX42井栖霞组顶面海拔-4 262 m，测井解释表明该井气层发育，测试为工业气井；MX117井栖霞组顶面海拔-4 225 m，该井测井解释发育气层和水层，测试为气水井；而位于构造相对高部位的MX107井，栖霞组顶面海拔-4 110 m，该井测井解释主要发育水层，测试为含气水井（图1）。

图1 高石梯—磨溪地区中二叠统栖霞组勘探概况图

目前研究区的测试井主要分布在三个区域，分别是西北部构造相对较低的MX117井区，南部构造相对较高的GS18井区以及东部构造居于其间的龙女寺地区，不同井区气水分布特征分述如下。

2.1 西北部MX117井区

MX117井区位于高石梯—磨溪地区西北部，目前该区有2口测试井，均产水。MX103井测试仅产气0.2×104m3/d，产水40 m3/d；MX117井测试产气9.05×104m3/d，产水346.8 m3/d。另外从电测曲线来看，该区钻井栖霞组白云岩储层段电阻率总体偏低，测井解释以水层和气水层为主，从该区的气藏剖面来看，由低部位向高部位，含气性在逐渐变好，气水分布整体上受现今构造控制较为明显（图2）。

图2 MX108—MX103—MX117—X127井栖霞组气藏剖面图

2.2 南部GS18井区

GS18井区位于高石梯—磨溪地区南部，该井区处于现今构造较高部位，测试和测井解释结果均揭示该区以气层为主（图3）。GS18井测试产气41.74×104m3/d，GS128井测试产气10.5×104m3/d，GS001-X45井测试产气161.91×104m3/d，测试均不产水。GS18井已投入试采，截至2022年3月10日，日产气 23×104m3，累产气 2.32×108m3，生产效果好。

图3 GS18—GS118—GS128—S119井栖霞组气藏剖面图

2.3 东部龙女寺地区

龙女寺地区位于高石梯—磨溪地区东部，该区气水关系复杂，出现低部位产气，高部位产水特征，该区域气水分布受现今构造控制不明显。如MX42井与MX107井为该区的两口测试井，MX42井测试产气22.42×104m3/d，二次完井测试产气46.56×104m3/d，而位于构造相对高部位的MX107井测试却仅产微气，产水28.73 m3/d。位于更高部位的MX46井，测井解释结果表明该井栖霞组仅发育水层（图4）。

图4 MX42-MX16-MX107-MX46井栖霞组气藏剖面图

3 油气成藏演化过程

栖霞组天然气地球化学特征表明气源主要来源于下寒武统烃源岩，并表现出原油裂解气的特征[11-13]，白云岩储层孔洞中充填了大量固体沥青，也揭示了现今栖霞组气藏的形成经历了古油藏→古气藏→现今气藏的演化过程。栖霞组现今气藏是由古油气藏演化而来的，现今的气水分布也是经过了不断调整并最终定型，要恢复该过程，首先需要确定古油气藏的成藏期。成藏期是油气运聚成藏的时期，它是一个时间段[14]，在储层的成岩过程中，胶结物和次生矿物形成时会捕获流体（油、气、水）并形成包裹体。通过测量与油气包裹体伴生的盐水包裹体均一温度，结合埋藏史和演化热史，可以确定油气成藏时间[15-17]。

本文对研究区取心井白云岩储层开展流体包裹体分析，共识别出了三期油气包裹体，分别赋存在不同序列的成岩矿物之中。

第1期油气包裹体主要发育于白云石晶粒内，发育丰度极高（GOI约为10%±），包裹体成群分布，为呈褐色、深褐色的油包裹体，与其伴生的盐水包裹体均一温度峰值介于110～120 ℃。第2期油气包裹体主要发育于白云石结晶期后，发育丰度较高（GOI约为4%～5%±），包裹体成群/带状分布于白云石加大边，主要为呈褐色、深褐色的液烃包裹体，个别视域内少量发育呈深灰色的气烃包裹体及气烃+盐水包裹体，包裹体均一温度峰值介于130～140 ℃。第3期次油气包裹体发育于缝洞晚期充填的白云石中，发育丰度较低（GOI约为2%～3%±），见深灰色的气烃包裹体和少量液烃包裹体，包裹体均一温度峰值介于160 ～ 170 ℃。

结合埋藏史与热演化史得知，栖霞组油气充注成藏主要经历了3个阶段：①下寒武统烃源岩生成的原油于中—晚三叠世沿断层向上运移至栖霞组白云岩中，并形成早期古油藏；②早—中侏罗世，烃源岩主要生成原油和湿气，沿断层向上运移，栖霞组古油气藏形成；③中—晚侏罗世之后，随着栖霞组地层持续深埋，地层温度超过160 ℃，原油逐渐裂解成干气，并且在孔、洞、缝中形成碳质沥青，最终于晚侏罗世—早白垩世形成古气藏（图5）。

图5 磨溪地区（MX117井）中二叠统栖霞组油气成藏事件图

表1 栖霞组白云石油气包裹体特征与油气成藏期次表

4 古今构造对气水分布的控制作用

古今构造背景对储层内气水的宏观分布往往有着明显的控制作用[17-21]。在对研究区地震资料解释基础上，恢复了前述栖霞组各油气成藏期的时间域古构造图（图6～9）。从各时期栖霞组顶面的构造图上可以看出栖霞组顶面的构造演化具有明显的规律性：早三叠世（雷口坡组沉积前），除了在高石梯—磨溪地区西南部和东北部发育一定幅度的构造高点外，栖霞组区域构造形态相对比较平缓（图6）；中三叠世（须家河组沉积前），研究区东南部开始缓慢抬升，初步形成南东高，北西低的构造格局，并沿北东-南西方向发育局部构造圈闭（图7）；晚三叠世（珍珠冲组沉积前），构造继续向南东调整，并在研究区MX42—MX39井一带形成一条北东东走向的低隆带，为磨溪-龙女寺构造带的雏形，其整体平行于构造走向，沿低隆带局部圈闭进一步发育（图8）；早侏罗世（沙溪庙组沉积前），中部低隆带进一步发育，已经形成一个连续的背斜带，在南部区域之间由一个狭长的向斜带隔开（图9）；燕山期晚期以来，该背斜带幅度进一步增大，高点整体向南东迁移，最终形成了现今的磨溪—龙女寺构造带。从构造演化恢复结果来看，高石梯—磨溪地区自三叠纪以来，总体上一直表现为由南向北倾伏的单斜构造，但局部地区发生了构造迁移与调整。

图6 高石梯—磨溪地区栖霞组顶面古构造等T0图（雷口坡组沉积前）

图7 高石梯—磨溪地区栖霞组顶面古构造等T0图（须家河组沉积前）

图8 高石梯—磨溪地区栖霞组顶面古构造等T0图（珍珠冲组沉积前）

图9 高石梯—磨溪地区栖霞组顶面古构造等T0图（沙溪庙组沉积前）

西北部的MX117井区和南部的GS18井区，位于古今构造叠合区域。MX117井区一直处于古今构造的低部位，该区栖霞组以水井和气水井为主。而GS18井区一直位于古今构造的高部位，目前GS18井区栖霞组白云岩测试和测井解释均表现为气层，该区发育气井，古今构造叠合高部位显然更有利于栖霞组天然气聚集（图1、图6～9）。

东部的龙女寺地区，位于古今构造迁移区。在油气成藏期发育的东西向低隆～背斜带有利于早期的油气聚集，例如MX42，MX31X1等井位于该构造之上，栖霞组测井解释和测试均表现为气层，测试产量高，燕山晚期以来构造作用并没有使得早期聚集的天然气随着构造迁移而彻底调整，这与致密灰岩在侧向上形成遮挡有关。位于现今构造更高部位的MX107井和MX46井均发育水层。从油气成藏期的古构造图上来看，MX107井和MX46井位于向斜带内，不利于早期油气聚集，现今构造也不发育，未能捕获晚期调整的天然气（图10）。总的来看，在构造迁移区，除了现今构造以外，古构造对气水分布也具有明显的控制作用。

图10 MX42井区栖霞组油气成藏演化图

5 结论

1）高石梯—磨溪地区中二叠统栖霞组气藏单井测试产量差异大，不具有统一气水界面，存在低部位产气，高部位产水的现象，气水关系复杂，气水分布不严格受现今构造控制，表现为构造—岩性气藏的特征。研究区西北部的MX117井区以气水井和含气水井为主，气水层发育；研究区南部的GS18井区以工业气井为主，纯气层发育；研究区东部的龙女寺地区气井、含气水井均发育，气水关系尤为复杂。

2）结合油气包裹体与热演化史分析认为，高石梯—磨溪地区栖霞组油气充注成藏主要经历了三个阶段：①下寒武统烃源岩生成的原油于中—晚三叠世沿断层向上运移至栖霞组白云岩中，形成早期古油藏；②早—中侏罗世，下寒武统烃源岩主要生成原油和湿气，沿断层向上运移，栖霞组古油气藏形成；③中—晚侏罗世之后，随着栖霞组地层持续深埋，地层温度超过160℃，原油逐渐裂解成干气，并且在孔、洞、缝中形成碳沥青，最终于晚侏罗世—早白垩世形成古气藏。

3）结合气水分布和构造演化得知，高石梯—磨溪地区栖霞组储层中的气水分布受古构造和现今构造的共同控制。在古今构造叠合区，构造高部位以气层为主，构造低部位水层、气水层均发育；而对于古今构造迁移区，油气成藏期古构造对气水分布具有明显的控制作用，古构造相对高部位栖霞组普遍发育气层，测试获高产工业气流。该成果认识对中二叠统栖霞组下一步的勘探开发决策能提供一定的借鉴。