断陷盆地致密砂砾岩气成藏条件和资源潜力——以松辽盆地徐家围子断陷下白垩统沙河子组为例

断陷盆地深层致密气作为非常规资源类型之一研究相对较少。以松辽盆地徐家围子断陷沙河子组致密砂砾岩气为例,依据地震、地球化学和储层测试等资料,从构造、沉积、烃源岩、储层、成藏组合角度剖析致密气的成藏条件,结合生烃动力学理论预测致密砂砾岩气的资源潜力。研究认为,大部分斜坡区构造平缓,断穿沙河子组并在晚期持续活动的断层较少,具备成藏构造环境;煤系烃源岩分布广,生气强度大,气源条件十分优越,具备成藏物质基础;扇三角洲、辫状河三角洲相砂砾岩大面积发育,储层整体致密但局部发育次生的高孔、高渗带,具备成藏储集条件;烃源岩与致密储层叠置发育、紧密接触、近源聚集,具备成藏匹配优势。该区钻井揭示整体含气,水平井、直井均获突破,依据生烃动力学方法保守估算致密气资源量为2395×10~8m~3。     

松辽盆地北部深层天然气地质条件、资源潜力及勘探方向

通过对深层天然气形成的地质条件的研究认为,松辽盆地北部深层由多个断陷组成,发育东部、中部、西部3个断陷带,东部断陷带徐家围子断陷地层厚度大、埋藏适中,是勘探重点;断陷期沙河子组湖相泥岩厚度大,分布范围广,生烃条件优越,是主要烃源岩;以基岩、火山岩和碎屑岩为储集层,在登娄库组二段与泉头组一段—二段区域盖层控制下发育上部、中部、下部3套生储盖组合,以中部组合为主;发育基岩风化壳、源储一体致密气、源内火山岩、古隆起带盖层4种成藏模式,营城组火山岩和沙河子组致密砂砾岩是主要含气层系。在地质条件分析基础上,采用成因法、类比法重新计算主要断陷、重点勘探层系资源量累计15 885.67×10⁸m³。依据地质条件及剩余资源规模等因素,进一步明确了下步勘探层次及方向：在徐家围子断陷可通过“精细火山岩,加快致密气”扩大储量规模;在莺山—双城断馅、古中央隆起带加大甩开力度,扩大勘探成果;在林甸—古龙等断陷加强风险勘探,力争实现突破。     

徐家围子断陷沙河子组致密气地质甜点综合评价

致密砂岩气是非常规天然气勘探的重点领域,徐家围子断陷沙河子组具备形成大面积致密砂岩气藏的地质条件。 针对沙河子组发育于断陷盆地,具有物源近、相变快及非均质性强的特点,初步形成了层序研究定前景、源岩研究定潜力、储层研究定品质、综合研究定区带、甜点研究定井位的致密气地质甜点综合评价思路。研究认为：安达地区为首选有利区,埋藏相对较浅的 Sq3 和 Sq4 的扇三角洲前缘水下分流河道、席状砂以及辫状河三角洲前缘水下分流河道、河口砂坝等相带是好储层发育区。结合精细地震解释及叠前反演,在安达地区预测甜点体 12 个,有效指导了勘探部署,实现了沙河子组致密气的勘探突破。     

松辽盆地徐家围子断陷沙河子组储层特征及控制因素

徐家围子断陷沙河子组是松辽盆地北部近期天然气勘探的主要目标，这类致密砂砾岩气层的储层特征及控制因素研究是首要的。通过分析其白垩系早期拉张构造背景条件下形成的一套断陷沉积，纵向上可划分为4个三级层序，各层序在断陷湖盆陡坡带和缓坡带发育扇三角洲和辫状河三角洲沉积。研究表明其储层主要为砂砾岩和含砾粗砂岩等粗碎屑岩。沙河子组储层孔隙包括原生粒间孔和次生孔隙，孔隙度主要分布在2%~8%，渗透率多小于0.1×10^-3 μm²，为致密储层。沙河子组储层发育的控制因素包括埋深、沉积相带、岩石类型和次生成岩作用，埋藏浅的扇三角洲（辫状河三角洲）前缘、平原相砂砾岩储层物性好，含火山碎屑物质的砂岩、砂砾岩易于形成溶蚀孔隙，改善储集性能。徐家围子断陷沙河子组有利储层主要位于埋深小于4 000 m的安达东、西两侧的扇三角洲前缘、平原区和徐东、徐西的构造高部位扇体发育区，埋藏较浅的安达中部滨浅湖相和埋藏较深的徐东、徐西斜坡扇体发育区也是较有利的储层发育区。     

徐家围子断陷沙河子组致密气成藏条件及勘探前景

致密砂岩气属于非常规天然气,是常规天然气的后备资源之一。对徐家围子断陷沙河子组天然气成藏条件的综合分析认为,沙河子组具有形成致密砂岩气藏的地质条件,其烃源岩厚度和砂砾岩厚度大,分布广,有机质含量高,成熟到过成熟,资源量大。对沙河子组致密砂岩气藏成藏条件的初步认识为:有利的构造和沉积背景;充足的气源条件;低孔、低渗的储集条件;良好的封盖保存条件;匹配的运移疏通条件;有利的圈闭条件;良好的生储盖组合。与国内外非常规气藏对比表明,沙河子组具有形成致密气藏的条件,随着研究程度的深入以及勘探技术的突破,沙河子组致密气勘探前景广阔。     

“两宽一高”地震勘探技术在松辽盆地北部深层致密气储层预测中的应用

致密砂岩气是非常规天然气勘探的重点领域,松辽盆地徐家围子断陷沙河子组具备形成大面积致密砂岩气藏的地质条件。针对徐家围子断陷以往常规地震资料覆盖次数低、方位窄、网格粗,深层致密砂砾岩储层刻画较难的问题,在徐家围子断陷DS20井区开展了宽频带、宽方位及高密度的地震采集、处理及解释研究攻关试验。采用宽方位观测、小面元及高覆盖次数的采集方法,以宽频处理理念为指导,采用海量数据分偏移距组初至波拾取技术、真三维噪音压制技术、加权最小二乘拉冬变换压制多次波技术等宽频保幅保真的处理技术,初步形成了松辽盆地北部深层“两宽一高”地震勘探技术,得到了相比常规地震资料具有宽频保幅高分辨率的地震资料。地震资料频宽达到5~80 Hz,目的层层序界面成像清晰,东西物源边界清楚,结合精细地震解释及反演,较好地预测了致密砂砾岩储层,单层厚度8 m以上储层预测钻井符合率达78%,相比老资料提高了近10%,满足了井位部署的目标精细刻画需求。     

松辽盆地徐家围子地区沙河子组气源岩与致密砂砾岩气资源潜力评价

松辽盆地徐家围子断陷在常规天然气资源勘探方面取得了巨大成功,目前正积极探索深层致密砂砾岩气的资源潜力。针对致密砂砾岩气藏的气源岩层开展研究,系统分析烃源岩的分布、有机非均质性、埋藏史、热史、生烃史,利用化学动力学理论与蒙特卡罗概率法计算烃源岩的生气量,采用类比法和成因法预测致密砂砾岩气的资源量。地震—测井—沉积相综合研究揭示暗色泥岩全区发育,厚度为200~1 200m,煤层仅局部富集,厚度为10~120m。实验测试与测井评价结果得到烃源岩残余TOC平均值为2.21%,Ⅲ型有机质占绝对优势,有机质达到高—过成熟演化阶段。沙河子组沉积以来经历4次沉降,一次明显抬升,明水组以后地层埋深趋于稳定。热流值古高今低,断陷期平均地温梯度为5.2℃/100m,坳陷期平均地温梯度为4.5℃/100m。暗色泥岩与煤岩分别在距今105Ma和90Ma大量生气,生气高峰持续50Ma以上。暗色泥岩与煤层累计生气强度普遍超过50.0×10~8m~3/km~2,按期望值计算,累计生气量为36.3×10~(12)m~3。类比法估算沙河子组致密砂砾岩气的资源量为0.21×10~(12)m~3,成因法估算致密砂砾岩气的资源量为0.15×10~(12)m~3(运聚系数取0.4%,生气量取期望值)。     

松辽盆地深层地质结构及致密砂砾岩气勘探

基于全盆地野外露头、钻井、地震资料及地球化学分析数据,研究了松辽盆地深层地质结构特征、断陷基本地质规律、沙河子组致密气成藏地质条件及下步勘探方向。通过系统对比分析,明确盆地深层地质结构表现为下断上坳的双层结构,断陷期以断裂或地层超覆与隆(凸)起为界、由隆(凸)起相互间隔的断陷独立发育。与断陷形成演化相关的断裂可分为区域深大断裂、基底控陷断裂和洼内次级断裂3类,阐明了3类断裂在断陷群形成演化中的作用。结合区域构造和盆地演化特征分析,明确致密砂砾岩气、火山岩和基岩潜山等3大勘探领域,沙河子组致密砂砾岩气是目前最具勘探前景的战略新领域。在沙河子组基本石油地质特征分析基础上,提出砂砾岩是沙河子组碎屑岩储集层优势岩类,母岩成分、沉积结构、沉积相带及成岩作用是砂砾岩有利储集层主控因素。沙河子组气藏属典型自生自储型,发育岩性和构造两种气藏类型,陡缓两带有利沉积相带控制储集层展布、岩性圈闭形成及气藏规模,断陷内部次级断裂控制构造圈闭的形成及天然气的富集。通过综合评价优选出7个沙河子组致密砂砾岩气勘探最为现实的断陷。     

徐家围子断陷沙河子组致密储层分级评价

针对徐家围子断陷沙河子组致密储层孔隙结构、物性下限与油层分级标准亟待研究的需要,应用扫描电镜、低温N₂吸附、核磁共振等多项技术,开展致密储层微观孔隙结构和流体可动性研究,明确了致密储层孔隙类型、孔喉特征及组合关系,建立了储层孔隙结构与可动流体饱和度的关系。在此基础上,采用束缚水膜厚度法、可动性拐点法和试气产能法,建立了沙河子组致密气储层物性下限和储层分级评价标准。为下步致密储层致密化成因、成岩演化序列和优质储层甜点预测奠定了坚实的基础。     

汪深1井天然气成因类型及气源分析

汪深1井在营城组获得高产气流,利用天然气碳同位素和气组成判别出天然气甲、乙烷为煤型气,丙烷为油型裂解气,煤型气所占的比例为96％,油型气所占的比例为4％。通过汪深1井天然气直接和间接对比认为,天然气甲烷碳同位素与宋站、徐家围子地区沙河子组源岩吸附气的碳同位素接近,综合研究认为天然气中甲烷气主要来自汪家屯地区及宋站地区沙河子组煤系地层,是主力源岩。徐家围子断陷沙河子组煤系地层为次要源岩。天然气中丙烷可能来源于宋站、安达断陷登娄库组泥岩。依据源岩排气强度估算出天然气大约90％来自该井区和宋站、徐家围子地区。     

徐家围子断陷安达凹陷沙河子组层序四沉积相研究及勘探意义

徐家围子断陷安达凹陷沙河子组致密砂砾岩是大庆油田致密气勘探的重点层系之一。其从下至上发育4个三级层序,SQ1分布局限,SQ2、SQ3以暗色泥岩和煤层为主,最上部SQ4砂砾岩最为发育,成藏条件优越。通过砂岩成分成熟度和成像测井分析,揭示了沙河子组SQ4沉积时期受东西两大物源控制。根据古地貌形态、水体能量的控制因素分析,结合研究区9口取心井资料和28口钻测井资料,阐明了安达凹陷SQ4时期主要发育辫状河三角洲、扇三角洲和湖泊相三种类型。其中水下分流河道形成的砂砾岩体是最有利储集类型,湖退环境下形成的河口砂坝和前缘席状砂有可能成为后期湖区勘探的潜在目标。     

徐家围子断陷沙河子组致密砂砾岩气藏的成藏期次及类型划分

下白垩统沙河子组是松辽盆地徐家围子断陷最为重要的气源岩之一,但过去对其致密砂砾岩气藏的油气充注时期及成藏期次等研究较少,制约了对该区致密储层成因机制等的认识。为此,基于19块岩石样品273个流体包裹体的均一温度、盐度等测试数据,结合沉积埋藏史和热演化史分析结果,厘定了该区致密砂砾岩气藏的成藏期次;进而通过分析沙河子组储层致密期与成藏期之间的关系,确定了致密气藏的类型。结果表明:(1)该区流体包裹体的均一温度和盐度分布范围较宽,气藏具有长期充注的特点;(2)徐西—徐东地区第1期天然气充注时期在距今94~100 Ma,第2期在距今80~90 Ma,而安达—宋站地区第1期天然气充注时期在距今82~94 Ma,第2期在距今68~82 Ma;(3)安达—宋站地区沙河子组主要发育"先成型"致密气藏,在东斜坡发育"复合型"致密气藏,而徐西—徐东地区沙河子组则以"复合型"致密气藏为主。     

徐家围子断陷沙河子组现今地应力方向及展布

徐家围子断陷沙河子组是松辽盆地致密气勘探的重点层位之一,气藏发现、水平井钻探越来越依赖于地应力的认识。通过井壁崩落法和诱导裂缝法,确定徐家围子断陷沙河子组最大主应力方向为近WE向。根据全区单井纵横波速度计算动态弹性参数,基于Newberry模型,计算徐家围子断陷沙河子组现今主应力,沙河子组最大水平主应力为85~93 MPa,最小水平主应力为69~77 MPa。结果表明,研究区水平井部署轨迹应设计为SN向,储层压裂改造压力应大于85 MPa。     

徐家围子断陷下白垩统营四段层序地层与致密气成藏的关系

松辽盆地徐家围子断陷下白垩统营城组四段致密砂砾岩储层是该区深层天然气勘探的储量接替层系之一,为预测其有利勘探区带,应用高精度层序地层学方法,研究了营四段层序地层与致密气藏形成的关系。①根据地层发育特征、地层旋回性和岩相发育特征,将营四段划分为2个三级层序,每一层序界面都有明显的地震响应、测井响应和沉积学标志特征。②建立了营四段层序地层格架,营四段下层序（Sq1）分布仅局限在断陷中心部位,发育半深湖-扇三角洲前缘亚相,以暗色泥岩为主,其为优质的烃源岩,可为上覆营四段提供气源;营四段上层序（Sq2）的辫状河三角洲前缘亚相物性好,是主要储层发育的有利部位。③构建了营四段致密砂砾岩气藏的2种成藏模式：一种是沙河子组为烃源岩,断裂为运移通道,砂砾岩与火山岩为储层的下生上储式成藏模式,有利勘探区位于兴城、徐东和徐南地区,预测天然气资源潜力达450×10⁸ m³;另一种是营四段下层序暗色泥岩为烃源岩,上层序砂砾岩为储层,自生自储或下生上储式成藏模式,有利区位于断陷中心的XS22井区,预测天然气资源潜力约为100×10⁸ m³。     

营城组砂砾岩储层岩性及孔隙度求取技术

徐家围子断陷营城组致密砂砾岩储层多口井获高产气流,展示了良好的勘探前景。致密砂砾岩储层岩性复杂,孔隙度一般为2%~6%,渗透率为(0.1~0.5)×10~(-3)μm~2,属特低孔渗储层,流体为气和水,测井曲线响应受岩性影响大,流体响应弱,造成气、水层识别困难。针对营城组致密砂砾岩储层测井解释评价难点,应用岩心刻度成像测井资料,建立了应用成像测井资料定量识别砂质砾岩和砂岩岩性的方法,在此基础上分岩性建立了精确求取孔隙度的方法,并在生产应用中见到了很好的效果。计算孔隙度与岩心分析孔隙度平均绝对误差在±1.0%以内,计算精度较高,能够满足生产需要。     

断陷湖盆致密砂砾岩储层成岩作用及其对孔隙演化的影响

为了明确松辽盆地北部徐家围子地区沙河子组致密砂砾岩储层成岩作用对孔隙演化的影响,通过普通薄片鉴定、铸体薄片观察、扫描电镜和X-衍射测试方法,在砂砾岩储层岩石学与成岩作用分析的基础上,建立了砂砾岩成岩作用与孔隙演化的定量关系模式。结果表明,沙河子组砂砾岩储层的岩石成分复杂、成熟度低、物性差;砂砾岩储层的成岩作用类型丰富,压实作用、胶结作用和溶蚀作用较为常见,对孔隙度影响较大;破裂作用、交代作用和重结晶作用对储层孔隙度影响较小。通过成岩作用与储层孔隙度关系的定量研究,认为压实作用对孔隙度破坏最大,平均减孔24.7%,是砂砾岩储层致密的主要原因;溶蚀作用改善储集性能,平均增孔4.2%,延缓了砂砾岩储层的致密化过程;胶结作用充填残余粒间孔隙,平均减孔5.3%,是砂砾岩储层致密的关键。砂砾岩储层的现今孔隙度是早期压实、中期溶蚀和晚期胶结综合作用的结果。      

松辽盆地深层天然气成藏条件与勘探方向

松辽盆地深层天然气勘探除徐家围子、长岭和英台断陷外,其他断陷的勘探效果尚不明显。依据大量的地震、野外露头、岩心观察、分析化验等资料,对松辽盆地深层断陷结构、烃源岩、火山岩储层等天然气成藏条件进行系统研究后认为：该区深层天然气分布受断陷、火山岩、断裂与不整合面控制;深层主要断陷期为沙河子期,由34个大小不一、相互独立的断陷组成断陷群,天然气在各断陷中自成含气系统,主要分布于早盛继承型断陷中;烃源岩严格分布于各断陷中,烃源岩最好的区域位于断陷中部,地震反射特征为席状平行结构,成层性、连续性好;火山岩储层形成受岩相、岩性、顶面构造、喷发旋回等控制;以次级洼陷为评价单元对断陷进行了评价,提出成藏条件好的中小型断陷具有较大勘探潜力的新认识,指出双城（莺山）、林甸等为有利的接替断陷。     

断陷湖盆致密砂砾岩储层特征及主控因素

为了明确徐家围子断陷沙河子组致密砂砾岩储层发育特征和控制因素,通过岩心观察、薄片分析、电镜扫描、压汞分析和岩石物性测试等手段,对储层的岩石学、储集空间、沉积作用、成岩作用等与物性关系进行了分析。结果表明:砂砾岩储层富含长石、火山岩屑、填隙物等低成熟组分,分选差,岩石颗粒多常见线—凹凸接触;储集空间类型主要为长石溶孔、岩屑溶孔,其次为残余粒间孔、晶间孔、微裂缝;致密砂砾岩孔隙度多数小于6%,渗透率一般小于0.1×10~(-3)μm~2,平均孔喉半径0.01～0.14μm,排驱压力高,孔喉连通性差;储层特征受沉积和成岩作用共同控制,砂砾岩孔隙度与刚性、塑性组分含量密切相关,扇三角洲和辫状河三角洲河道砂体物性较好,强烈压实作用平均减少孔隙度15%～20%,有机酸溶蚀作用平均增加孔隙度4.7%,晚期胶结通过充填残余粒间孔和溶蚀孔平均减少孔隙度4.2%。     

基于双相介质烃检测技术在致密砂岩气的应用

上侏罗统沙河子组是哈什坨地区钻井揭示的主要产气层段,具有埋藏深、厚度大、砂岩致密的特点,是典型的致密砂岩气藏。尽管勘探获得了突破,但有利含气平面分布预测仍然是难点。基于双相介质的烃检测技术为储层含气性预测提供了有效手段。针对储层特征,通过低频共振、高频衰减属性与地质录井全烃检测资料对比,储层正演模拟和井-震含气性过井剖面检验,分析了该技术预测储层含气性的可行性。预测结果表明,沙河子组含气分布在平面上呈南北条带分布,位于不整合面附近,并且由钻井得到证实。     

鸡西盆地致密砂岩气存在的可能性

鸡西盆地的油气勘探程度较低,尤其是对致密砂岩气的研究尚处于起步阶段。在总结国内外成功地区致密砂岩气成藏条件的基础上,从构造、烃源岩以及储层条件等方面探讨了鸡西盆地致密砂岩气的成藏条件。依据鸡D8井暗色泥岩样品的地球化学资料,使用化学动力学法计算了研究区致密砂岩气的资源量。研究表明,鸡西盆地属于小型断陷盆地,多期构造演化与储层快速沉积等特点,决定了研究区不具备类似北美阿尔伯达等成功地区的大型致密砂岩气成藏的地质条件。但鸡西盆地城子河组大规模发育的煤系地层长期生气,为致密砂岩气藏的形成提供了充足的气源,烃源岩与储集层紧密叠置接触也有利于致密气的运移和保存。在鸡西盆地的中央凹陷构造稳定区域,寻找致密储层的甜点区,将有机会获得致密砂岩气藏的勘探突破。