阜新盆地油气资源勘探及产能研究

2024-03-12宋凯林

地质与资源 2024年1期

宋凯林，朱琳

1. 辽宁省能源地质勘查开发研究院有限责任公司，辽宁沈阳 110013；2. 辽宁省地矿集团能源地质有限责任公司，辽宁沈阳 110013

0 引言

中国油气勘探经历了构造油气藏、岩性-地层油气藏勘探阶段，现今进入了常规与非常规油气并举的“立体综合勘探”阶段［1-2］. 针对国内外不同地区的地质条件和油气资源分布情况，学者们采用了不同的勘探方法及分析手段，对不同地区的地质情况及油气资源分布进行了研究. 张光亚等［3］分析了13 个地质时期的原型盆地类型及其位置分布，提出了全球原型盆地的形成与板块构造演化密切相关，并预测了盆地油气资源的生-储-盖组合分布与油气富集有利区. 何登发等［4-5］对中国盆地油气勘探及资源分布特征进行了总结分析，提出了新的勘探理念和方法以及用于预测资源丰度的统计预测模型. 管晋红等［6-7］对含油气盆地构造及成藏规律进行了分析，总结了现有的盆地构造演化分析、油源对比分析、碳同位素分析等方法在油气成藏过程研究中的应用，阐明了油气成藏机制和分布规律. 陈建宏等［8］研究了安达曼海区域构造-沉积演化和盆地油气地质特征，建立了油气成藏模式，分析了其勘探潜力. 李国欣等［9］总结了柴达木地区盆地油气资源的成盆、成储、成藏规律，指出了未来勘探转型的领域和方向. 刘池洋等［10］对鄂尔多斯地区盆地资源的成因及赋存-成藏特点进行了研究，提出了常规与非常规油气存在明显的时空过渡性和共存兼容性，低渗-特低渗致密储层广布，具有丰富的勘探潜力. 董清水等［11-12］对松辽盆地油气资源进行了野外地质调研和测试分析，发现了良好的自生自储、下生上储和上生下储型生储盖组合，提出了隐蔽的岩性油气藏和刺穿构造油气藏是有利的油气勘探方向. 周亚龙等［13-15］依据塔里木盆地油气的化学特征，提出了大型盆地可以采用甚低密度油气地球化学填图技术，发挥了油气化探“迅速掌握全局、快速缩小靶区”的战略性作用.

阜新盆地煤炭资源丰富，是我国重要的煤炭基地之一. 阜新盆地还具有丰富的常规油气、煤层气、页岩气资源，根据辽宁省中生代沉积盆地油气资源预测，阜新盆地油气资源量约为1 734×104～2 117×104t［16］.阜新盆地历经多次构造演化，地层分布、断裂系统较为复杂. 根据国内外已有研究，油气资源分布及显示与地层断层具有相关性，早期油气资源沿断层位置向上聚集，后期根据地质构造变动形成油气资源储藏.根据以往油气勘探工作，阜新盆地油气资源主要富集在东梁区，虽然该区不具备形成大规模油气田的潜力条件，但存在局部富集成藏的可能性.

本文在已有研究的基础上，对辽宁省阜新盆地油气资源产能进行试验及分析. 通过对辽阜地2 井的产能进行测试试验，分析该区域的油气资源条件和地质条件，确定该地区的稳定产能，对该地区资源条件、赋存条件进行现场调研及理论分析，为之后的辽西北地区盆地油气资源勘探工作提供经验和依据.

1 研究区慨况

阜新盆地位于辽宁省西部，属阜新、锦州两市所辖，南北长约85 km，东西宽8～20 km，面积约1 500 km2.阜新盆地属于勘探老区，勘探程度高. 多年来国内外学者对阜新盆地的改造类型、油气评价及勘探方向进行了研究，发现阜新盆地改造类型属于整体抬升剥蚀型，早白垩世断陷期地层保存完整，缺失晚白垩世拗陷期及以上地层，主要的生储盖层九佛堂组、沙海组保存完好［16-19］.

自1995 年以来，阜新盆地进行了大量煤层气科研、勘探工作，并在刘家区取得成功，已经开发利用.本次研究区位于阜新煤田中部偏南，距阜新市中心5 km 左右，赋存有阜新组煤层. 区域煤类以长焰煤为主，具有面积小、煤层厚度大、煤层气含量高、丰度值高的特点，被列为阜新煤田煤层气勘探靶区. 随着老井步入衰减期，阜新盆地目前日供气量为3×104m3，平均单井日产气量1 200～1 300 m3，累计供气1.71×108m3，采出程度10.06%.

2 地质条件

2.1 构造位置

阜新盆地大地构造位于中朝准地台燕山台隙带东北部，西以松岭断裂与羊山盆地相邻，东以闾山断隆与黑山-彰武盆地相邻，南邻山海关台隆，北与内蒙地轴接壤［20］（图1）.

图1 阜新盆地构造简图Fig. 1 Tectonic sketch map of Fuxin Basin

2.2 地层

阜新盆地为北北东向断陷盆地，以新太古界（Ar2）或中元古界（Pt2）地层为基底，其上发育中生界白垩系下统义县组（K1y）、九佛堂组（K1j）、沙海组（K1sh）、阜新组（K1f），白垩系上统孙家湾组（K2s）及新生界第四系（Q）. 岩层情况如表1 所示.

表1 阜新盆地区域地层表Table 1 Regional stratigraphy of Fuxin Basin

2.3 构造

阜新盆地为典型的陆相断陷盆地，东西两侧盆缘断裂为盆地一级构造. 盆地次一级构造以褶皱为主，从北向南依次为新邱-哈拉哈背斜、刘家-王营子向斜、东梁-清河门背斜、李金-九道岭向斜，呈北东向雁行式排列（图1）. 盆地内主要发育北北东、北东东、北西、北北西向4 组断裂，其中北北东向占34%，北东东向占15%左右，北西向占20%左右，北北西向占31%左右，断层规模较大.

2.4 生-储-盖组合分析

阜新盆地发育发展过程中，存在两套较稳定的湖湘沉积暗色泥岩，为有机质保存和转化提供了有利条件，形成了九佛堂组上段和沙海组四段两套生油气岩系. 其中九佛堂组油气可自生自储，也可下生上储至沙海组下部地层中；沙海组四段油气可自生自储，也可上生下储至沙三段中，沙四段本身可作为良好的区域盖层.

1）气（油）源岩

九佛堂组、沙海组地层中赋存丰富的暗色泥、页岩，富含大量生物化石，具备良好的油气生成条件.

九佛堂组暗色泥岩沉积时期沉降幅度大，范围广，厚度300～700 m，含丰富的介形类、叶肢介等生物化石，属半深水-深水湖泊相沉积. 沙海组四段地层以暗色泥、页岩为主，厚度400～600 m. 该段具有岩性细、厚度大、层位稳定的特点，富含腹足、双壳等软体动物化石，属滨浅湖-半深水湖泊相沉积. 根据热演化成熟度，沙海组属低成熟—成熟阶段，九佛堂组属成熟—高成熟阶段，暗色泥岩有机质已经转化为烃，已生成油气资源［21］.

2）储集层

研究区主要为砂岩储集层，具有连通空隙和储集空间的砂体均可作为储油、气层. 九佛堂组地层含有砂岩、砂砾岩等粗碎屑岩，形成了自生自储的组合条件. 沙海组三段地层以砂岩为主，孔隙度为15%～27%，可作为油气储存层位.

3）盖层

盖层为位于储集层上方能够阻止油气体向上逸散的岩层. 九佛堂组泥、页岩层具备盖层条件；沙海组四段泥岩、粉砂岩致密均一，发育稳定，可作为区域盖层.

3 煤层气资源

3.1 煤层气赋存特征

研究区为富煤带中心部位，煤层埋深为500～1 000 m.自上而下赋存水泉、孙本、中间、太平、高德五大可采煤层群，其中孙本、中间、太平煤层群全区发育，为煤层气勘探开发主要目的层.

该区域煤类以长焰煤为主，深部有少量气煤. 镜煤最大反射率为0.60%，变质程度较低. 该区煤层质轻、性脆、受力后易裂碎而不成粉，具有易改造、压裂效果良好的特点. 主要煤层煤质化验结果如表2 所示.

表2 煤层煤质化验结果表Table 2 Assay results of coal seam quality

1）煤层割理发育特征

研究区煤层割理形态以矩形和平行网状类型为主，可见的面割理规模长度2 m 以上. 与面割理垂直的端割理，密度较小，规模较小. 面割理的剖面形态与煤层面直交或以大于80°角度与层面近直交. 割理在煤层中分布均匀，在剖面有时呈束状或成组产出.

2）煤储层孔隙性

3）煤储层渗透性

煤层气勘探阶段采用裸眼注入/压降法试井测得3 个主要储层段的渗透率数据，主要煤层渗透率如下：孙本煤层段渗透率0.428 mD，测试段厚27 m；中间煤层段渗透率0.469 mD，测试段厚度17.98 m；太平煤层段渗透率0.323 mD，测试段厚度59.59 m.

可以看出，该区储层渗透性在平面上和垂向上有较大差异，验证了该区储层的面割理发育程度大于端割理发育程度2 倍.

4）煤储层吸附-解吸特征

煤层气勘探阶段在LJ-1、LJ-2 井中采集煤心样品20 个，并进行了平衡水高压等温吸附测试，结果见表3.

表3 煤储层等温吸附测试值Table 3 Isothermal adsorption test values of coal reservoirs

由等温吸附试验（图2）可以看出，3 个储层的等温吸附曲线变化形态基本一致，即在同等压力条件下储层对甲烷的吸附量一致，曲线平滑，渐变幅度稳定，在储层压力范围内无明显突变点.

图2 煤层等温吸附曲线Fig. 2 Isothermal adsorption curves of coal reservoirs

根据实测数据，分别计算出各储层实测临界解吸压力：孙本层5.0 MPa，饱和度85%；中间层6.0 MPa，近饱和；太平层6.6 MPa，饱和度96%. 由煤储层煤层气解吸值得出，该区煤储层平均解吸率为90.68%，平均残余气率9.32%，吸附时间6～10 d.

W1#=0.6(0.6415,0.1279,0.7428,0.1056,0.0961)+0.4(0,0.5089,0.4449,0.5179，0)T=(0.3849,0.2803,0.6236,0.2705,0.0577)T

5）煤储层压力特征

根据LJ-1 参数井裸眼试井，测得煤储层原始压力及应力参数见表4.

表4 主要煤层段储层压力特征值Table 4 Eigenvalues of reservoir pressure in major coal seams

分析得出，孙本煤层和中间煤层为欠压储层，孙本煤层欠压幅度为10%，中间煤层欠压幅度为18%. 太平煤层为平衡压力储层. 孙本煤层实测临界解吸压力与储层压力比为0.74，中间煤层临储压力比为0.89，太平煤层临储压力比为0.80. 由此得出，该区地应力梯度约为0.013 kPa/m，储层破裂压力为10.6～11.5 MPa.

3.2 煤层气含气性

1）煤层气组分

根据煤心煤层气成分分析，研究区煤层气组分平均值为甲烷（CH4）87.58%，氮气（N2）9.20%，二氧化碳（CO2）3.18%，一氧化碳和重烃微量.

根据煤心解吸测试结果，甲烷含量变化较大，可能是由于钻孔采样方法和钻井液影响造成氮气升高，导致甲烷组分降低. 在排采井口气流中，采得气体组分甲烷含量均在97%～99%.

2）煤层气含量

在LJ-1、LJ-2 井中采集煤心样品20 个，根据兰米尔方程得到孙本、中间、太平煤层理论含气量的算数平均值（见表5）.

表5 各煤层含气量Table 5 Gas content of each coal seam

根据实测及计算结果分析，研究区煤层气地质储量17.03×108m3，为小型储量规模. 含气面积4.63 km2，储量丰度为3.68×108m3/km2，为高丰度. 根据煤层气参数及实验井排采情况，预计煤层气井平均日产能3 000 m3，为中等产能.

4 石油资源

4.1 单井产能

辽阜地2 井深度1200m［23］，油气产能测试148 d，分3 个阶段，共连续排采115 d，累产液12 539.79 t，产油910.00 t，产气137 420 m3. 最高日产油16.86 t，最高日产气2 584 m3. 第三阶段稳定连续排采50 d，平均日产液93.79 t、日产油7.19 t、日产气1 798 m3，含水92.3%，油气比250 m3/t，油气当量8.69 t/d.

根据产量统计结果，辽阜地2 井日产油量呈指数递减规律，由此预测未来12 个月的平均日产油量（图3）. 在现有开采方式条件下，第二年平均产油4.2 t/d.按300 d 计算，年产能1 260 t，单井产能预计可以达到7.0 t/d.

图3 辽阜地2 井产量预测曲线图Fig. 3 Oil production prediction curve of LFD-2 well

根据岩性、电性、沉积旋回和油水分布规律，辽阜地2 井沙海组下段分为3 个砂岩组，即砂岩组Ⅰ、砂岩组Ⅱ、砂岩组Ⅲ. 其中砂岩组Ⅰ分布范围广，厚度大，岩性以砂砾岩为主，是未来勘探开发的主力层段. 砂岩组Ⅱ以砂砾岩、粗砂岩为主，距离油源近，含油性好，是未来勘探开发的兼顾层，测井曲线图如图4 所示.

图4 辽阜地2 井测井曲线图Fig. 4 Logging curves of LFD-2 well

4.2 原油分析测试

辽阜地2 井原油同位素检测在东北石油大学完成，采用福立GC9790II 气相色谱仪和Delta V plus同位素比值质谱仪，得到全油碳同位素值（δ13C）为-29.64%～-27.81‰，为II 型有机质类型，即腐泥-腐植混合型. 进一步证实了赵洪伟等［24］对阜新地区烃源岩的评价结果.

辽阜地2 井原油族组分检测采用YRE-2000 型旋转蒸发仪和ML204 型电子天平，饱和烃含量为50%～81.25%，平均值为65.93%；芳烃含量为10.62%～16.96%，平均含量为13.79%；非烃+沥青质含量为8.13%～35.44%，平均为20.29%. 原油族组分三角图（图5）显示，辽阜地2 井原油以饱和烃为主，其他两种组分次之.