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  地质通报  2017, Vol. 36 Issue (4): 547-554  
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王坤, 任新成, 鲁卫华, 马奎. 准噶尔盆地车排子凸起新近系沙湾组油藏特征及成藏主控因素[J]. 地质通报, 2017, 36(4): 547-554.
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WANG Kun, REN Xincheng, LU Weihua, MA Kui. Characteristics and hydrocarbon accumulation controlling factors of Neogene Shawan Formation reservoir in Chepaizi uplift, Junggar Basin[J]. Geological Bulletin of China, 2017, 36(4): 547-554.
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基金项目

国家科技重大专项《准噶尔盆地碎屑岩层系大中型油气田形成规律与勘探方向》(编号:2011ZX05002-002)和中国石油天然气股份有限公司重大科技专项《深层大油气田形成与分析》(编号:2014E-32-01)

作者简介

王坤 (1985-) 男, 博士, 工程师, 从事油气地质综合研究工作。E-mail:wangkuntoby@163.com

文章历史

收稿日期: 2016-10-18
修订日期: 2017-02-24
准噶尔盆地车排子凸起新近系沙湾组油藏特征及成藏主控因素
王坤1, 任新成2, 鲁卫华1, 马奎1    
1. 中国石油勘探开发研究院, 北京 100083;
2. 中国石化胜利油田分公司勘探开发研究院西部分院, 山东 东营 257000
摘要: 对准噶尔盆地车排子凸起新近系沙湾组已发现油藏从层位、规模、油性、物性、物源、类型等方面进行了梳理和总结。沙湾组共发育岩性、断层-岩性、断鼻三类圈闭,储层特征与油藏规模存在差异,油性分布较复杂。在明确沙湾组复杂油藏特征的基础上,结合典型油藏解剖,认为长期继承性的古隆起、高效的毯状砂体输导层、断层纵横向的封闭性、储集层物性的差异、多源多期成藏过程及不同的保存条件是沙湾组油气藏类型多样、油性复杂的主要控制因素。根据上述认识,预测毯状砂体侧向尖灭带为有利的油气聚集区,从实钻效果看,该区带内油气显示丰富,展现出较好的勘探前景。
关键词: 车排子凸起    油藏特征    油气成藏    主控因素    沙湾组    
Characteristics and hydrocarbon accumulation controlling factors of Neogene Shawan Formation reservoir in Chepaizi uplift, Junggar Basin
WANG Kun1, REN Xincheng2, LU Weihua1, MA Kui1     
1. Research Institute of Petroleum Exploration and Development, PetroChina, Beijing 100083, China;
2. Western Branch, Research Institute of Petroleum Exploration and Development, Shengli Oilfield, SINOPEC, Dongying 257000, Shandong, China
Abstract: The characteristics of the Neogene Shawan Formation reservoirs in Chepaizi uplift are summarized and analyzed according to their layers, sizes, oil qualities, physical property, origins, and types. Lithological, fault-lithological and fault nose traps are the major traps where Shawan Formation was developed. Reservoir characteristics and sizes vary in different reservoirs. The distribution of oil character is very complex. Based on an analysis of the typical reservoirs, the authors hold that long-term inherited paleouplift, effi-cient blanket-like sand body, fault sealing properties, difference of litholoies and physical properties, and multi-source and multistage accumulation together with storage condition constitute the main controlling factors for the hydrocarbon accumulation. On such a basis, it is pointed out that the blanket sand's lateral pinch zone is the favorable oil accumulation zone. Drilling reveals that the area possesses rich oil resources and shows good prospect for exploration.
Key words: Chepaizi uplift    reservoir character    oil accumulation    controlling elements    Shawan Formation    

准噶尔盆地西缘车排子凸起新近系沙湾组自2005年油气勘探获重大突破以来,已探明近1×108t油气地质储量。前期的勘探实践多以油气运聚大背景下的圈闭描述为重点展开[1]。由于车排子凸起构造简单,油气层埋藏浅,以高精度地震资料为基础的油气勘探进展相对顺利。近年来,随着勘探程度的不断提高,对油气成藏规律和主控因素的研究相对薄弱,该层系的油气勘探遇到了瓶颈,油气规模难以进一步扩大。前人研究表明,沙湾组油藏主要存在稀油和稠油2种油气类型,分布复杂[2];构造运动具有继承性,多期成藏[3];砂体、断层与不整合面类型多样,输导层多样[4]。如何在一系列地质要素中甄别出制约沙湾组油气成藏的主控因素,是突破油气勘探瓶颈、寻找新的油气富集区带的关键问题。本文在细致梳理和总结车排子凸起沙湾组已发现油藏特征的基础上,从构造背景、输导体系、储层条件、后期保存等方面对沙湾组成藏主控因素进行了分析,并以此为约束优选有利的油气富集区。勘探实践验证了成藏主控因素分析的有效性,对于更好地开展该区下步勘探有重要的现实意义。

1 区域地质概况

车排子凸起位于准噶尔盆地西北缘,是盆地西部的次一级构造单元,凸起面积大,为西部隆起的主体(图 1)。该凸起北邻近扎伊尔山,南靠四棵树凹陷,东以红车断裂与昌吉凹陷相接,在北部扎伊尔山前隆起最高,向东南至奎屯—安集海一带隐伏消失[3]。凸起先后经历了晚石炭世—侏罗纪强烈隆升、白垩纪—古近纪缓慢沉降、新近纪—第四纪快速沉降3个演化阶段[3]。凸起主体位于石炭系基底上,在二叠纪—三叠纪期间长期处于隆升剥蚀状态,此期间地层基本全部缺失,向上发育侏罗系(仅在局部地区有残留)、白垩系下统吐谷鲁群,古近系、新近系沙湾组、塔西河组、独山子组及第四系。各时代地层沉积厚度较薄,向北西尖灭。新近系自下而上发育沙湾组、塔西河组和独山子组。沙湾组可分为3段,一段主要为灰色砂砾岩、含砾砂岩、中细砂岩夹灰色泥质岩,二段主要为红色泥质岩夹红色泥质粉砂岩、灰色细砂岩及含砾细砂岩,三段主要为红色泥质岩夹红色、褐灰色泥质粉砂岩、细砂岩及砂砾岩。前人研究认为,沙湾组具有双物源供给的沉积特征[4-6],沙一段、沙二段沉积期,大部分物源来自凸起的南西方向,少量物源来自凸起西部;沙三段沉积期,主物源南北转换,砂体主要发育在凸起北部地区,分布范围较局限,南西方向物源以沉积泥质为主,沉积物供给明显变弱。南部物源距车排子凸起较远,整体以扇三角洲沉积为主,北部近源砂体主要发育冲积扇沉积[7-10]。研究区为车排子凸起东部中石化探区。

图 1 准噶尔盆地西缘车排子凸起构造区划及地层 Fig.1 Tectonic division and stratigraphy of the Chepaizi uplift, western Junggar Basin
2 沙湾组油藏特征

目前沙湾组已发现的油藏主要分布在沙一段及沙二段。该区构造单一,油藏类型以岩性油藏为主。油藏类型多样,油性复杂,油藏规模差别较大。本次研究对沙湾组油藏特征进行了详细总结(图 2表 1)。

图 2 沙湾组油藏特征模式 Fig.2 Model of the reservoir characteristics in Shawan Formation
表 1 沙湾组油藏特征统计 Table 1 Statistics of the reservoir characteristics in Shawan Formation

车排子凸起沙湾组一段发育规模较大的扇三角洲前缘沉积[7-10],砂体厚度大,向北、北西超覆或相变尖灭,配合断层的有效遮挡,形成多个岩性、断层-岩性油气藏。该类油藏埋藏浅,埋藏深度多小于700m,如排609油藏埋深仅为225m;规模大,如排601油藏含油高度达295m;油质稠,如排601油藏排601-平1井原油粘度达6075mPa· s(50℃)。储层岩性以含砾中细砂岩为主,不同油藏间物性差别较大,储层孔隙度为18.88%~34.78%。北部近源冲积扇体具有多期叠置的沉积特征,储层岩性以杂基支撑的砂砾岩为主,具有冲积扇水道的沉积特征,储层物性明显变差。测井多解释为差油层,油藏规模也较扇三角洲前缘岩性油藏小。如排2-400油藏油层测井孔隙度仅为17.89%,含油高度仅为35m

沙湾组二段沉积期,由于车排子凸起南部持续下沉,每期扇三角洲前缘砂体的主水道逐渐南移,造成沙湾组二段砂体尖灭线随之向南迁移,形成上倾尖灭圈闭。同一期砂体尖灭带可形成多个油藏,如排2、排2-15、排2-30、排2-40油藏同为排2砂体侧翼的岩性上倾尖灭油藏。该类油藏埋深多大于800m;油性稀、油质好,如排2油藏排2井原油粘度仅为1.72mPa·s(50℃);储层岩性以细砂岩为主,属特高孔特高渗储层。油藏规模受控于砂体溢出点,含油高度多在60m以下。断鼻油藏在研究区内也较多见,断层与地层构造形态匹配,形成断鼻构造,油气在构造内聚集成藏。油藏规模受断鼻构造规模控制明显,但一般具有较高的充满度。

3 成藏主控因素 3.1 继承性隆起

海西中晚期—中燕山期,盆地南缘的挤压使车排子地区强烈隆升。燕山晚期—喜马拉雅期,车排子地区进入缓慢沉降时期[3]。另外,该地区长期以来受右旋压扭应力场的作用,地层倾向呈右旋规律性变化,即从中生代的东倾逐渐变为古近纪的南东倾,再演化为新近纪的南倾。前人对车排子油源进行了较多研究,认为车排子地区稠油主要来源于昌吉凹陷二叠系烃源岩,稀油主要来源于侏罗系烃源岩[2, 11]。车排子凸起以东的红车断裂及昌吉凹陷,是重要的油气纵向运移通道和油气源[12-14]。南倾和东南倾的新生代地层有利于油气向车排子凸起运移,是车排子凸起沙湾组形成亿吨级储量规模的重要条件。

3.2 毯状砂体输导层

车排子凸起之上的地层不具生烃能力,且凸起距供烃中心昌吉凹陷较远,属典型的源外成藏。沙湾组埋藏较浅,压力系数一般为0.98~1.09,属正常压力系统。一些小型砂体及断鼻构造圈闭充满度较高,而大型砂体的充满度普遍不高,在油层物性下限(孔隙度20%)要求很低的条件下,仍具有较低的含油高度和充满度特征,表明该区的油气成藏动力不足[15-17]。因此,除东南倾的有利构造背景外,高效的输导体系也是油气经长距离运移成藏的主要原因。

沙一段砂体全区分布稳定,厚度由南向北逐渐减薄,呈毯状分布。钻井揭示,该段砂体连通性好,有利于油气的长距离运移。砂体岩性以砂砾岩、含砾砂岩为主,地层埋藏浅,压实胶结作用较弱,砂体孔渗性好,砂体孔隙度普遍大于18%,具有东高西低的分布特征,油气显示丰富。排2、排20、排26、排6井等孔隙度较高。西北部砂体因靠近物源区物性较差(图 3)。

图 3 沙湾组一段砂岩孔隙度等值线图 Fig.3 Contour map of the sand porosity in 1st member of Shawan Formation

颗粒荧光定量分析技术QGF是一种定量荧光分析技术,能快速探测储层颗粒中油包裹体和颗粒表面吸附烃,反映了储层中油气包裹体的丰度,定量表征了油气运移的程度[18]。QGF指数是波长375~475nm(原油荧光波长分布的主要范围)之间的荧光强度的平均值在波长300nm处的归一化处理结果,反映的包裹烃数据更加客观。对车排子地区沙一段10口井42个样品(岩心或岩屑)进行了分析。其中,排612井沙湾组录井油气显示达到油迹级别,且已探明石油地质储量,确定发生了较明显的油气运移。但其含油饱和度在沙湾组已发现油藏中偏低(表 1),据此可将该井样品的QGF值作为油气成藏的下限。该井样品测试的QGF指数为3.76pc (photometer counts)。因此,对于沙一段毯状砂体,可将QGF≥3.76pc作为衡量地质历史时期地层发生明显油气运移的标准。从QGF指数平均值等值线图(图 4)可以看出,研究区内大部分地区QGF指数平均值大于3.76pc,且该值由东向西降低,北部地区尤为明显,目前已发现沙湾组油藏除排2-400油藏外,均位于QGF指数平均值大于3.76pc的区域内。北部排613井和排60井的QGF指数平均值达5pc以上,中部排606井、排604井和排602井一带为高值区,南部排8井一带指数平均值也达到5pc。以上特征表明,车排子凸起大部分地区的沙一段毯状砂体都发生过油气运移,东部排613井、排606井和南部的排9井地区沙湾组一段砂体输导能力更强,更有利于油气的运移及规模聚集。

图 4 沙湾组一段QGF指数平均值等值线图 Fig.4 Contour map of the QGF average values in 1st member of Shawan Formation
3.3 断层封闭性

由于受多期构造运动影响,车排子凸起断层发育。经统计,该区共有断层200多条,几乎全为正断层,多数切穿中生界—新生界。断层倾角大,但规模较小,延伸较短,形成时间较晚,以喜山期为主[19]。砂泥对接系数、泥岩涂抹因子(SGR)、断裂带充填物泥质含量(Rm)等是评价断层封闭性的主要参数。其中,砂泥对接系数是指目标层上倾方向地层所含的泥岩与目标层所含砂岩的比值。SGR与Rm计算公式如下:

$ {\rm{SGR = }}\frac{{\sum {\left( {Hi{\rm{ \times }}Pi} \right)} }}{H}{\rm{ \times }}100\% $ (1)

其中,Hi为断移地层i的厚度;Pi为断移地层i的粘土百分含量;H为总断距。

$ R{\rm{m = }}\frac{{\Sigma {h_i}{\rm{ \times }}\Sigma {h_j}}}{{2H}} $ (2)

其中,H为断层两盘相当断点之间的滑距;hihj分别为断层两盘第i,j层泥岩的厚度。

当砂泥对接系数大于1时,表明断层侧向不具封闭性。研究区SGR值的评价标准为,小于30%不具封闭性,大于60%封闭性好。一般认为,Rm大于75%表示断层封闭性好,50%~75%为较好,25%~50%为一般,小于25%表示封闭性差[20-21]

研究区南部沙湾组一段以大套砂岩、砂砾岩为主,厚度普遍在50m以上,断层断距多在15m左右,难以将大套砂质岩层断开。砂泥对接系数大于1.0,泥岩涂抹因子(SGR)多小于25%,表明南部沙一段毯状砂体不具有侧向封堵性,油气得以向北继续运移。北部沙一段减薄,泥岩厚度增加,砂地比降低,断层侧向封堵性增强,同时沙二段储层不发育,以大套泥岩沉积为主,封闭性评价参数显示,断层在纵横向上呈封闭状态(表 2)。两者同为有利的油气遮挡条件,配合砂体的侧向尖灭,形成多个大型断层-岩性油藏。正是由于排6东断层及北部多条南北倾向次级断层的侧向封堵,才形成排601油藏5000×104t级的规模储量。

表 2 车排子地区部分断层各层系封闭性统计 Table 2 Statistics of the sealing properties of some faults in Chepaizi area

研究区南部断层在沙一段断裂带充填物泥质含量(Rm)普遍小于50%,呈垂向开启状态,沟通了沙一段毯状砂体与沙二段砂岩的油气联系,有利于油气向毯状砂体运移,在沙二段形成多个沿砂体上倾尖灭带分布的岩性油藏。

3.4 储集层岩性与物性

研究区内多口井测井解释结果统计分析表明,测井孔隙度、测井渗透率与含油饱和度存在良好的相关关系,随着物性变差,含油饱和度降低(图 5)。造成储层物性差异的因素主要为岩性及杂基含量的不同。

图 5 沙湾组油藏含油饱和度与储层物性关系 Fig.5 Relationship between the oil saturation and physical properties in Shawan reservoir

研究区北部沙一段油藏钻井揭示,砂岩储集物性整体较好,但仍表现出较强的非均值性。储层岩性以含砾中细砂岩为主,泥质、灰质含量的差异影响储层物性而使含油饱和度和油藏规模不同。排601油藏储层整体表现出较高的孔渗特征,平均孔隙度为36.9%,平均渗透率为5000mD,平均含油饱和度为73%,含油高度达到295m;排602油藏因有近源砂体混入,杂基含量明显增加,孔渗性有所降低,平均孔隙度为33.4%,平均渗透率为1000mD,平均含油饱和度为65%,含油高度为150m;排612油藏储层钙质胶结明显,含有较多的灰质夹层,降低了储层物性,平均孔隙度为19%,平均渗透率为196mD,平均含油饱和度为60%,含油高度为120m

研究区南部沙二段油藏的油层岩性以细砂岩为主,水层以含砾砂岩为主,干层多以粉砂岩为主,水层及干层层孔隙度及渗透率较油层明显变差。由于含砾砂岩主要沉积于扇三角洲沉积体系的中部,而细砂岩多位于三角洲前缘,在以岩性上倾尖灭为遮挡条件的油气聚集背景下,边部砂体(细砂岩)更有利于捕获油气,而距尖灭线较远的含砾砂岩,受限于含油高度,常以水层的形式出现。粉砂岩虽然也位于扇体边部(多为前三角洲沉积),但孔渗性差,在较高的驱替压力和较低的成藏动力条件下,油气难以充注,多表现为干层。

3.5 油藏保存条件

车排子地区具有较复杂的油性分布特征。平面上由南向北,层位上由上到下,原油粘度依次增加,油品变差。油源对比表明,沙湾组稠油油藏与侏罗系及白垩系油藏均来自于昌吉凹陷二叠系烃源岩[2, 11]。该套烃源岩进入生烃期后,油气首先在侏罗系及白垩系中成藏,由于车排子地区地层沉积厚度较薄,盖层条件差,油气遭受降解而变稠。新近纪的喜马拉雅运动使研究区内断层十分发育,中生代油藏发生破坏调整,油气在新近系沙湾组中二次成藏[22]。由于研究区北部沙湾组埋藏较浅,上覆盖层较薄,原油持续稠化,形成现今沙湾组一段稠油油藏(图 6-ab)。

图 6 沙湾组油藏保存条件模式 Fig.6 Model of the storage condition in Shawan reservoir

侏罗系烃源岩具有快速沉降、快速生烃的特点,生烃强度较二叠系烃源岩小。对车排子地区各层系油藏均有充注,使其表现出一定的混源特征。油源对比表明,凸起南部沙二段油藏前期并无二叠系原油的充注,只经历了侏罗系原油一期充注过程[11]。由于凸起南部地层埋藏较深,泥岩含量高,保存条件良好,侏罗系烃源岩的油气充注时间相对较晚,原油得到较好的保存(图 6-c)。钻井显示稀油油藏的埋深普遍大于700m。

4 有利区预测与勘探效果

研究区内砂体尖灭线主要呈北东向、北北东向展布。通过对油气成藏主控因素的分析,认为沙一段远源砂体西部侧向尖灭带位于优势油气运移指向区,具有较好的储层物性。同时区内发育多条北西向的断层,可形成有效的侧向封堵,与砂体展布形成良好的匹配关系,发育多个断层-岩性圈闭,是有利的油气富集区带。埋藏深度大于700m时,有望寻找到稀油油藏。目前针对该区带圈闭已钻井多口,其中排614井沙湾组一段3套沙层共解释油层4.4m、油水同层2.8m、含油水层9.9m。春17井沙湾组测井解释油层5.4m,油水同层5.7m,862~866m试油结论为油层。春2—春10井区上报探明储量675×104t。整体展现出良好的勘探前景。

图 7 车排子凸起沙湾组油气富集区预测 Fig.7 Prediction of the hydrocarbon enrichment area in Chepaizi uplift
5 结论

沙湾组油藏具有类型多样、油性复杂、规模不等的特点。根据圈闭类型,可分为岩性油藏、断层-岩性油藏、断鼻油藏。沙一段油藏以稠油为主,油藏类型多样,油藏规模较大,扇三角洲前缘砂体含油性明显优于冲积扇砂体。沙二段油藏油性稀、油藏规模小,以岩性油藏为主。长期继承性的古隆起是油气向车排子凸起运移的构造背景;沙一段毯状砂体整体具有较好的输导性能,大部分地区发生过较明显的油气运移;断层在纵、横向上的封闭有利于油气的毯内运移及成藏;不同的岩性物性条件、复杂的成藏过程及保存条件是车排子地区沙湾组油藏规模和油性复杂多样的主要原因。以此为指导,明确了沙一段远源砂体西部侧向尖灭带为有利的油气富集区。从实钻看,利用成藏主控因素对有利勘探区带的预测取得了较好的效果。

致谢: 油气藏数据的收集和整理阶段得到中石化胜利油田李晓晴教授级高级工程师、商丰凯、程长岭高级工程师的大力帮助,论文编写过程中得到中国石油勘探开发研究院刘伟、王铜山高级工程师的悉心指导,在此深表感谢。

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