塔里木盆地志留系沥青砂岩储集性非常规评价

塔里木盆地是一个典型的叠合盆地,存在多期油气的调整与破坏,志留系广泛分布的沥青砂岩正是油藏遭受破坏后的产物.研究表明,志留系沥青砂岩分布于盆地中西部且主要受加里东晚期的油源区和塔中、塔北及巴楚古隆起的控制,而局部构造带沥青砂岩的分布受储层沉积体系的控制.纵向上沥青砂岩绝大多数位于红色泥岩区域盖层和上砂岩段致密岩性段之下.早期油气破坏程度的差异和受后期油气浸染的影响,塔中地区沥青砂岩与油砂在纵向上既有上下分界,也有交互分布的关系.沥青不仅存在于颗粒之间的孔隙,而且还赋存在颗粒内部和裂隙之间,证实了早期油藏的抬升破坏.沥青砂岩的大面积存在揭示了克拉通区大规模的油气运移聚集以及随后的油气破坏,这次破坏使得古生界油气资源量至少损失近133亿吨.油气破坏后形成的沥青砂岩可以作为油气封堵的有效隔层,形成沥青封堵油气藏,有利后期油气的聚集.志留系早期油气的破坏受地层埋深的影响,塔中北斜坡深部是寻找志留系早期原生油藏的有利地区.

从志留纪起,塔里木盆地下古生界烃源岩经历了三期生、排烃。下古生界源岩的生烃期和志留系的圈闭形成期控制了志留系沥青砂岩的形成期次及演化。志留系早期沥青砂岩形成后,经历了后期多次的构造沉积事件和三次烃类注入、混染,改变了志留系古油藏沥青形成时的原始产状。志留系沥青砂岩的三次注入分别是:第一次是晚加里东注入期;第二次是晚海西—印支注入期;第三次是燕山—喜山注入期。志留系砂岩中沥青、稠油或其它油气显示是这三期作用的综合结果。

通过有机岩石学观察、地球化学分析及黄金管热模拟实验对塔里木盆地志留系沥青砂的二次生烃潜力进行了探讨。对代表井沥青砂岩样品的有机岩石学观察发现,沥青砂中的有机质类型除了固体沥青外,还存在一定量液态油。有机碳分析表明,志留系沥青砂岩中有机碳含量比较高,其分布范围为0.56%～3.46%,这些事实表明该地区志留系沥青砂很可能具有一定的生烃能力。进一步热模拟实验的结果证实,该地区志留系沥青砂在足够的热应力作用下能生成一定量的烃类且产物以气态烃为主,其中塔中117井与跃南1井原始沥青砂样品的最大生气量分别可达46.80ml/g和41.11ml/g;同时,通过对比热解实验,可以发现沥青砂中的液态油是产气的主要贡献者。最后,基于哈得11井原油裂解的动力学参数进行地质推演表明,在目前埋藏条件下,塔里木盆地志留系沥青砂在其分布的部分区域可发生二次裂解生气,且该裂解气可能成为该地区天然气的一个重要气源。

塔里木盆地西部四十厂剖面志留系柯坪塔格组上部发育典型的沥青砂岩,分别位于若干个正韵律沉积旋回的中下部。通过典型露头剖面写实、沉积物粒度分析、矿物镜下鉴定、铸体薄片鉴定和x衍射等手段,对该剖面沥青砂岩进行了精细研究,发现沥青砂岩形成于潮坪沉积体系中潮间带下部的砂坪或混合坪内,岩性以细砂岩和粉砂岩为主,发育典型的双向交错层理和浅水动物遗迹等;其沉积物以跳跃搬运为主,受潮汐改造作用明显;碎屑矿物以石英或生物碎屑为主,含少量长石和粘土矿物。结合储层物性测试对沥青砂岩储集性进行了分析,结果表明,优质沥青砂岩储层往往是中等成分成熟度的长石石英砂岩,其内部长石含量在5%~10%之间,石英含量在75%~83%之间,其次是较高成分成熟度的石英砂岩,其内部长石含量一般在2%左右,石英含量在90%以上,较差的是含大量生物碎屑的砂岩,其内部生屑含量在60%左右,石英含量在35%左右。这对该区志留系沥青砂岩储层评价具有一定的借鉴意义。

塔中地区志留系柯坪塔格组下沥青砂岩段是塔里木盆地古生界碎屑岩层系油气主要富集层段之一。以钻井岩心观察描述为基础,结合测井、地震和分析测试资料进行综合分析,提出了塔中地区志留系下沥青砂岩段发育海侵背景下的滨岸-潮坪-辫状河三角洲沉积体系的观点。其中滨岸相沉积中主要发育上临滨和下临滨沉积微相,岩性以细砂岩、粉砂岩、含砾不等粒砂岩为主;潮坪沉积相中障壁砂坝、潮砂滩、潮汐水道、砂坪沉积微相发育,潮道沉积的岩性以砂岩、粗砂岩和含砾砂岩为主,发育楔形、板状和羽状交错层理,底部见侵蚀冲刷面和较多黄铁矿团块;辫状河三角洲中发育辫状河水下分流河道、分流间湾、前缘席状砂等沉积微相。海侵时期,下沥青砂岩段存在4期超覆砂体,从盆地中部向南部的塔中低隆逐期超覆,沉积微相在平面上也由此存在着复合超覆规律的演变,整体表现为滨岸相至潮坪相、辫状河三角洲沉积相沉积的演变。4期超覆沉积微相的平面分布在控制因素、展布范围和海侵方向上具有一定的继承性、相似性和规律性。

塔中志留系下沥青砂岩段沉积砂体的类型有滨岸砂体、近滨沙脊砂体和远滨砂体三种类型,正常条件下沉积的滨岸砂体具低角度交错层理和少量波痕,呈现出由粉砂岩—细砂岩—中细砂岩的反韵律变化特征。风暴作用下,滨岸砂体沉积呈正韵律,多由泥砾向上变化为粉、细砂,生物建造较少,具多方向的低角度板状交错层理、丘状层理。正常条件下沉积的远滨砂体、近滨沙脊砂体岩性较均一,见交错层理,粒级变化不甚明显,多为粉、细砂岩,以反韵律为主。风暴作用下,砂体底部多具撕裂状泥砾,向上呈正韵律粒序演化,并具侵蚀面、槽状交错层理与丘状层理等特征。风暴作用下的滨岸沉积单砂体相对较厚,一般厚6～13m,宽约数十米,近滨沙脊砂体和远滨砂体的单层砂体相对较薄,厚约3～8m,砂体规模较正常条件下沉积的砂体规模增大。此3类砂体在空间展布上极具规律性,垂向上由下而上为滨岸砂体—近滨沙脊砂体—远滨砂体的交替演化序列;平面上由海洋向陆地方向砂体类型依次为远滨砂体—近滨沙脊砂体—滨岸砂体。

塔里木盆地塔中地区广泛分布着志留系沥青砂岩,主要分布在古隆起和早古生代生油盆地的上倾方向,表明本区规模巨大的志留系沥青砂岩可能为古油藏露头带。沥青砂岩的分布主要受油源区、古隆起、沉积体系以及储集层物性的综合控制,沥青的微观特征也反映了志留系油气多期注入和破坏的历史。油质沥青与胶质-沥青质的含量呈彼此消长关系,沥青含量高的部位可动油相对较少。由于存在不同期次的沥青,沥青反射率的数据比较离散。总体而言,沥青反射率均较低,为0.15%～0.50%.通过烃源岩及构造演化史研究认为,塔中志留系沥青砂岩的油源主要为中-下寒武统。

运用沉积学原理对塔中地区志留系经历复杂成岩演化的沥青砂岩进行研究分析,了解到该岩石主要经过压实作用、胶结作用和溶蚀作用等成岩作用。其胶结物的主要类型有绿泥石、伊利石、高岭石、伊-蒙混层等粘土矿物以及碳酸盐矿物、石英、长石、黄铁矿等。孔隙类型以粒间孔隙、粒内孔、铸模孔、特大孔、裂缝孔隙等为主,其中以粒间孔隙最为发育,低地温梯度有利于在深层形成次生孔隙。志留系沥青砂岩储层物性受沉积和成岩双重因素的影响,成岩演化阶段处于晚成岩a期。根据影响储层物性的储层成岩作用,可将成岩相类型划分为不稳定碎屑溶蚀成岩相、压实-弱溶蚀成岩相、压实充填成岩相、压实压溶成岩相、碳酸盐胶结成岩相等几种主要类型,成岩相类型决定了储层性质,不稳定碎屑溶蚀成岩相和压实-弱溶蚀成岩相是本区较好的油气储层。

在综合研究阿克库勒凸起西南缘托浦台录井、测井、岩芯、薄片资料和三维地震资料的基础上,认为研究区东河砂岩主要是无障壁海岸沉积体系。自下发育远滨和近滨沉积组合,向上为近滨和前滨沉积,为向上变深和再变浅的沉积旋回,刻画了东河砂岩在研究区域的纵横向变化特征。

通过对塔里木盆地巴麦地区多口典型探井泥盆系东河塘组薄片的观察与鉴定,东河塘组石英含量高,长石和岩屑含量都在1%～4%范围,成分成熟度高;主要的成岩作用有压实作用、胶结作用、溶蚀(溶解)作用等。综合判断认为,泥盆系东河砂岩处在中—晚成岩阶段,原生孔隙少,表生成岩溶解作用和埋藏溶蚀作用可以溶解多种可溶性杂基和碳酸盐岩类基质,使储层发育粒内溶孔、铸模孔、溶蚀扩大等孔隙类型。但是由于储层成岩作用过程有叠置,所以储层的改善作用也有限,物性相对较差。

志留系储层原油演化成沥青过程中,沥青充填于粒间孔及填隙物中,占据了孔隙空间,残余孔隙率、渗透率很低。通过模拟实验的方法分析了油气充注对沥青砂岩储集性的影响,早期充填沥青少而残余孔隙率、渗透率很低的砂岩,晚期油气仍不能充注,是非储层;早期沥青均匀充填、充填程度高,残余孔隙率、渗透率低的砂岩,晚期低粘度稀油仍能充注,孔隙率、渗透率有大幅度提高,是有效储层;早期沥青充填较均匀,残余孔隙率相对较高,不同粘度的原油充注后,孔渗条件发生明显的改善。常温的实验表明,原油的物理性质是决定沥青砂岩能否再次充注的关键因素之一,稀油充注是志留系沥青砂岩成藏的必要条件。

东河砂岩是塔里木盆地晚泥盆世—早石炭世一套穿时的岩石地层单元,是盆地重要的含油层系。应用层序地层学理论,以露头、钻井和地震资料为基础,分析了东河砂岩的地层展布模式、沉积前古地貌特征、砂岩发育期次、沉积环境演化和砂岩分布规律。结果表明,东河砂岩是海侵背景下从西南向东北,即依次由麦盖提斜坡、巴楚凸起向塔中凸起、塔北隆起超覆的沉积砂体;东河砂岩沉积前古地貌有两隆两凹的特征;由早到晚可划分为5期砂体。第1期砂体主要分布在麦盖提斜坡和巴楚凸起,第2期砂体主要分布在巴楚凸起和塔中凸起,第3期砂体主要分布在塔中凸起和塔北隆起,第4期砂体主要分布在塔北隆起,第5期砂体主要分布在塔北隆起及塔东低凸起周缘。东河砂岩的岩相主要有砂砾岩、粗砂岩、中砂岩和细砂岩,沉积环境主要为河口湾和滨岸环境。由于不同地区、不同期次砂体的沉积特征、储盖组合及成藏条件不同,对不同地区和不同期次砂体需采用不同的油气勘探对策。

利用流体包裹体均一温度结合精细时温埋藏史曲线研究油气充注时间.结果表明:塔中志留系成藏期为3期,第1期为志留纪末期-泥盆纪,油气遭到破坏,形成大面积分布的沥青砂岩;第2期为三叠纪,充注的油气中主要是高碳数的烷烃;第3期为喜山期,充注的油气以低相对分子质量的烷烃较多,表现为轻质油气,高熟油裂解气顺断裂进入红色泥岩段之下的砂岩中聚集.

通过沥青砂岩与重质油热模拟实验方法,对塔里木盆地下古生界广泛赋存的沥青生烃特征与生烃潜力进行探讨。热模拟实验结果显示,沥青与重质油在热作用下均能生成烃类,表现出烃类裂解特征,生烃过程中既有气态烃也有液态烃生成;沥青砂岩样品、重质油样品与低成熟度一般品质的海相烃源岩生烃潜力大体相当。塔里木盆地下古生界存在沥青生烃证据,但实际成藏贡献尚需进一步油气地球化学证据支持。

塔里木盆地牙哈油气田沥青垫特征及成因

采用人工样品与地质样品2套模拟实验方案,开展了塔北志留系沥青砂岩作为再生烃源的生烃潜力的模拟实验。综合人工样品与地质模拟实验中不同温度的产率、产物组成变化,志留系沥青砂岩作为再生烃源的演化可分为蒸发分馏排油气阶段(模拟温度100～300℃,相当于ro2.0%)3个不同的演化阶段。就塔北志留系沥青砂岩实际埋深及成熟度而言,能进入裂解油气生、排阶段的志留系沥青砂岩,现今埋深应在6000m以上的,主要分布于沙西—哈拉哈塘地区。资源量估算认为,塔北志留系沥青砂岩虽不足以形成大规模的油气聚集,但也是塔北地区重要的辅助性再生烃源。

为了认识塔里木盆地台盆区志留系储层特征及其油气藏成藏主控因素,利用叠合盆地油气功能要素组合-构造过程叠合-相势耦合控油气成藏的新方法,分析该层系18口钻探失利井原因.结果表明:50%的探井因油气成藏功能要素不全或不能有效组合而失利,6%的探井因油气藏遭受后期构造运动被调整、破坏而失利,44%的探井因晚期相势不能有效复合而失利.该研究能够加深认识塔里木盆地油气分布预测的复杂性,检验新方法分析钻探井失利原因的有效性,及其在油气勘探过程中的指导性、对油气勘探区预测的可行性.

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恢复勘探区油气成藏史对于加快勘探步伐有着至关重要的意义,现有研究方法种类多样并各有其优势与不足,而基于岩芯洗提手段研究油气成藏史的仪器较少。本文阐述了一种新的思路,基于此思路组装的实验仪器能够以与原油充注相反的顺序逐次洗提出岩芯中充注的原油;然后开展后期的地球化学分析,能够更加真实准确地模拟油气成藏史,从而对油气的勘探与开发提供重要信息和依据。

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为认识塔里木台盆区油气成藏条件和勘探领域,从盆地分析角度出发,借助地震资料和沉积地层的分析结果,阐述塔里木盆地海西期一系列地质事件及其与油气成藏的关系.认为海西期内的断褶隆升-岩溶作用和早、晚古生代盆地的叠合,对于碳酸盐岩岩溶-裂缝型储集体的发育与优质储盖组合的形成至关重要,为中下奥陶统烃源岩在海西期末大量生成油气提供了运聚条件和富集场所.要加强台盆区的油气勘探,寻找早、晚古生代盆地叠置界面上下的优质碳酸盐岩溶-裂缝型储集层和向隆起上超的志留系-东河砂岩海相碎屑岩储集层仍将是重要勘探方向.