第28卷第3期 石 油 实 验 地 质 2006年6月PETROLEUMGEOLOGY&EXPERIMENT
Vol.28,No.3
Jun.,2006
文章编号:1001-6112(2006)03-0210-05
两种类型致密砂岩气藏对比
姜振学,林世国,庞雄奇,王 杰
1,2
1,3
1,2
4
(1.中国石油大学盆地与油藏研究中心,北京 102249;2.中国石油大学石油天然气成藏机理教育部重点实验室,北京 102249;3.中国石油勘探开发研究院
廊坊分院天然气地质研究所,河北廊坊 065007;4.中国石化胜利油田研究院,山东东营 257001)
摘要:致密砂岩气是非常规天然气的一种,是常规天然气资源最重要的后备资源之一。在总结前人研究的基础上,结合构造演化历史背景,动态的研究致密砂岩气藏烃源岩生排烃高峰期与储层致密演化史二者之间的关系,将致密砂岩气藏划分为两种类型:储层先期致密深盆气藏型( 先成型 深盆气藏)与储层后期致密气藏型( 后成型 致密气藏)。对2类致密气藏成藏特征、成藏条件及成藏机理进行了详细的对比分析,总结出两种气藏的成藏模式和分布规律。 先成型 深盆气藏的成藏模式主要为凹陷中心对称分布、前陆侧缘斜坡分布及构造斜坡分布3种; 后成型 致密气藏为 早常规聚集-晚期改造 的成藏模式并划分为3个阶段,不同的阶段具有不同的成藏特点和成藏特征。准确判识两种类型致密砂岩气藏对于指导天然气勘探和合理制定开发方案均具有重要意义。
关键词:天然气;致密砂岩气藏;深盆气(藏);成藏条件;成藏机理;成藏模式中图分类号:TE122 文献标识码:A
致密砂岩气是指孔隙度低(40%)、天然气在其中流动速度较为缓慢的砂岩层中的非常规天然气。早在20世纪70年代,我国专家根据北美的经验,结合我国含气盆地的地质条件,开展了致密砂岩气藏的研究和勘探工作。致密砂岩气藏几乎在世界范围内各个产气盆地的低渗透含气层中都存在。全国第二轮天然气资源评价结果表明,我国陆上天然气资源为30.23 1012m3,其中致密砂岩气资源量占我国天然气资源量的40%左右(约12 10m)。因此,对致密砂岩气藏类型、成藏条件、成藏机理、成藏模式和分布规律的研究具有重要的理论指导意义。
12
3
[1,13]
[2~12]
[1]
称为储层先期致密深盆气藏型(简称 先成型 深盆气藏);如果储层致密化过程发生在源岩生排烃高峰期天然气充注之后,即储层后致密(图1b),称为储层后期致密气藏型(简称 后成型 致密气藏)。
2 两种气藏成藏特征异同点
先成型 深盆气藏要求源藏伴生、源储一体,
距离越近越好,直接接触或互层为最佳,天然气为 有根 状态[17];而 后成型 致密气藏聚集位置与气源岩既可以是近源也可以是远源。
储层致密是2类气藏的共同表征,孔隙度小于12%,渗透率一般低于1 10-3 m2。不同的是 先成型 深盆气藏成藏时储层物性已经变得致密,而 后成型 致密气藏在气藏成藏时储层并非致密,而是由于受后期成岩演化或构造挤压而变得致密。
2类气藏最大的差异就是二者由于成藏机理的不同而导致的气水关系表征, 先成型 深盆气藏中的流体在剖面上表现为不服从重力分异原理的气、水倒置关系,而且同一储层中从下倾部位的饱含气层向构造上倾方向气水过渡带再向上渐变为饱含水带,气藏无明显的底水和边水,与常规天然气和 后成型 致密气藏的气上水下分布、服从重力分异原理形成了鲜明的对比。
在压力方面, 先成型 深盆气藏的压力可为异
[17]
1 两种类型致密砂岩气藏的概念
前人
[1]
主要按孔渗性的大小把致密砂岩气藏
分为好(致密)、中(很致密)、差(超致密)3类,这种分类没有把握致密砂岩气的成藏机理,忽略了源岩生排烃高峰期天然气充注史与岩石致密演化之间的动态关系。
如果储层致密化过程发生在源岩生排烃高峰期天然气充注之前,即储层先致密[14~16](要求孔隙度小于12%,渗透率小于1 10-3 m2)(图1a),则
收稿日期:2006-01-25;修订日期:2006-05-26。
作者简介:姜振学(1963 ),男(汉族),博士、副教授,主要从事油气形成与分布规律、盆地分析与油气资源评价研究。基金项目:国家自然科学基金项目(40472078)和国家 十五 天然气攻关项目(二期)(2004BA616A-04)。
第3期 姜振学等.两种类型致密砂岩气藏对比
211
图1 两种致密砂岩气藏概念模式
Fig.1 Schematicshowingreservoirformingpatternsof"pre exitingdeepgas"and"subsequenttightsandgas"
常高压,也可为异常低压,是随着深盆气演化阶段的变化而变化的[18]。而 后成型 致密气藏的压力在理论上没有出现低异常的可能[19]。同时两种气藏异常高压形成机制是不同的, 先成型 深盆气藏异常高压主要是大量天然气生成导致的孔隙流体体积膨胀增压,而 后成型 致密气藏除成烃增压外,还存在着岩石致密化导致的孔隙体积缩小、构造强烈挤压的应力传递等机制。
先成型 深盆气藏的形态、大小和边界不受构造等高线的控制
[20]
定,而 后成型 致密气藏则依据圈闭规模及充满度而定。
3 两种气藏成藏条件异同点
3.1 气源条件
充足的气源是形成天然气藏的基础,因此二者都需要有良好的气源条件。 先成型 深盆气藏对源岩条件要求相对苛刻一些,要求源岩有机质含量高、干酪根类型以Ⅲ型为主、演化程度高、分布面积大、厚度大等,而且更关键的是生、排气高峰出现的
地质时代较晚且持续时间较长,乃至现今仍有较强的生气能力,这是深盆气藏动态圈闭具有一定规模并能保存至今的最重要的物质保证。而 后成型 致密气藏要求的源岩相对于 先成型 深盆气藏就要宽泛得多,气体来源多样,可以一次性供应,也可以是多期供应,成藏后与源岩的关系不密切。3.2 储集条件
2类气藏最大差异在储层条件上,成岩演化程度高、比较致密是二者共同的特征,所不同的是致密化与烃源岩大量生、排烃高峰期之间的先后关系不同。 先成型 深盆气藏要求致密储层在大区域
;而 后成型 致密气藏圈闭类
型主要为背斜型气藏,气藏的形态和大小通常与构造等高线密切相关,储层致密化以后,气藏由于后
期构造运动改造的影响,其形态也可变得复杂多样。
两种致密砂岩气藏地质储量都很大, 先成型 深盆气藏由于致密储层大面积分布,含气厚度大、范围广,可形成所谓的 满盆气藏 ,但天然气的储量丰度较低;而 后成型 致密气藏由于受常规构造、地层、岩性圈闭的控制,分布范围相对较小,连通性相对较差,含气面积最大不超过圈闭范围。 先成型 深盆气藏储量计算通常视储层的体积而
212
石 油 实 验 地 质 第28卷
的不断供给,在压实作用、生烃膨胀力等驱动下排替自由孔隙水,气水界面沿储层向上倾方向整体推移,压实作用和气体生烃膨胀力则成为其运移的主要动力;而气水之间的毛细管压力和天然气藏上覆的地层水柱压力构成了天然气运移的主要阻力。深盆气运移的相态主要以游离气相为主[22];深盆气藏不存在优势运移通道,主要在侧向输导层中整体排驱水进行运移。 后成型 致密砂岩气藏初次运移主要以生烃膨胀力为主;二次运移以浮力驱动、构造运动直接作用和水动力为主要动力源。天然气在输导层中的运移随不同时期、不同地域、不同层位和地质条件变化引起的温度、压力、介质成分不同而呈现多种复杂的运移相态,包括水溶相、游离气相、油溶相。天然气运移方向既有垂向,也有侧向,其中垂向运移距离可达3000~4000m。 后成型 气藏存在气体优势运移通道,在完全致密化之前的输导层为断层、不整合和连通性较好的高孔渗砂体,致密化以后主要为后期改造作用形成的裂缝系统。
3.6 保存条件
气藏的构造简单且断裂、裂缝及微裂缝不发育、水动力条件比较微弱、源岩生排烃高峰期比较晚,现今仍在生气、地层倾角平缓、大面积的致密储层发育等因素对深盆气藏的保存都非常有利。储层易于产生裂缝的脆性地层或位于地应力集中部位的构造裂缝带不易形成深盆气藏,位于构造应力屏蔽部位的砂泥岩碎屑岩地层最有利形成深盆气藏。强烈的构造运动和水动力条件对 后成型 致密砂岩气藏的保存也是不利的。3.7 生储盖组合
在 先成型 深盆气藏内部,源岩同时可以是储层或封隔层,深盆气藏具有更多的 自生自储 特征
[23]
内的广泛展布,储层倾角都较小,目前在国内外发现的深盆气藏中,一般不超过15 。相对于 后成型 致密砂岩气藏它不仅可以储气,还可以作为气散失的遮挡层。 后成型 在储层致密化之前为常规气聚集原理,物性条件越好,天然气越容易在其中运移和聚集,对成藏越有利。储层致密以后,由于后期构造运动的影响,在储层内部形成裂缝发育带对改善储层的物性条件也是比较有利的。3.3 盖层条件
盖层对天然气形成和保存均具有重要作用,二者在盖层封盖机理上存在很大差别。 先成型 深盆气藏盖层条件对顶、底封盖的要求都重要[21]。深盆气藏顶部封盖条件可以是常规意义上的大范围分布的致密页岩或泥岩,也可以是不需要常规意义的盖层,而是储层中气水界面处的力平衡界面(气体热膨胀力+气体浮力=毛细管力+静水压力)或者是发生 水阻效应 ,形成水封型气藏。深盆气藏底部封隔层可由储气层底部发育的非渗透性封隔层实现,或者由储层自身成岩压实作用实现,也可由储层下伏源岩层来实现。 后成型 致密气藏成藏的时候属于常规气藏,因此,它必须要有良好的顶封盖层。3.4 圈闭条件
先成型 深盆气藏不需要传统意义上圈闭条件,力平衡界面是该类圈闭的最大边界。深盆气藏圈闭类型主要为生烃补给与散失平衡的动态圈闭,动态性特征较强,在深盆气藏圈闭的内部通常发育一些相对高孔渗的砂体(甜点)形成一些圈闭类型,一般以岩性圈闭、成岩圈闭、裂缝圈闭为主[21]。 后成型 致密气藏圈闭以静态为主,可有短暂的动态。气藏在储层致密化以前,圈闭类型主要以构造型和岩性地层型圈闭为主。储层致密化以后,气体已经不可能大规模运移,在晚期构造运动以及叠加裂缝系统作用的改造下,形成了以古构造、古圈闭为背景的多种类型复合圈闭,如构造 岩性、构造 成岩、断层 岩性、断层 背斜等圈闭,含气面积最大不超过圈闭范围。
3.5 运移条件
致密储集层紧邻烃源岩上下发育是形成深盆气的关键地质条件。由于致密储集层的物性与烃源岩相差无几,因此天然气的二次运移与初次运移的条件基本相同。而且二者在时空上合为一体,因此深盆气运移的过程也就是深盆气聚集的过程。天然气的(初次)运移距离短。深盆气藏由于不存在底水和边水,浮力作用无法产生,随着气体
[15]
[20]
。而 后成型 则有多种生储盖组合形式,如
自生自储式、远源它储式等。
4 两种气藏成藏过程和成藏机理异
同点
对 先成型 深盆气藏的成藏机理很多学者已作过研究。最早有人认为,这种特殊的、非常规的气藏是属于水动力造成的 悬挂式 气藏;Masters[30]认为,气水相对渗透率的变化可以为这种气藏提供遮挡条件,水饱和度高可以形成水堵,水饱和度为60%时,岩石对气几乎完全不渗透,从而在含气部位上方形成水堵封闭;Gies
[31]
[3,14,19~21,24~29]
,
Masters[32]认为深盆气藏是一种动态圈闭,它实际上不存在封堵条件,只是气体不断散失和持续补给的动平衡结果;Brown认为,这种气藏是由毛细管力造成的,即进入低渗透岩石中的天然气,在克服孔隙中充满水的毛细管压力之前,它们是不会发生运移的,只有随着天然气的不断补给,下倾部位的孔隙压力增大,气体才会克服毛细管限制力向上倾方向运移。庞雄奇等将深盆气藏成藏机理总结为力学平衡(供气热膨胀力+气体浮力=毛细管力+静水压力)和物质平衡(深盆气藏赋集气量=源岩供给气量-盖层散失气量-气水边界散失气量)两种机理;通过力学平衡可以确定深盆气藏最小埋藏深度,通过物质平衡可以确定深盆气藏的圈闭范围。
后成型 致密气藏,储层致密化过程发生在气源岩大量生、排烃之后,天然气大规模运移聚集发生在储层致密化之前,致密化前后都有天然气运移和聚集的条件。成岩早期储层物性相对较好,孔隙度和渗透率相对较高,既能储集气又能提供良好运移条件,气体在储层中二次运移的阻力相对较小,运移过程中遇到构造高点或其他合适的圈闭时,可按常规气藏的成藏模式聚集分异,具备正常的生、储、盖组合和气水分布特征,因此气藏聚集早期符合常规气成藏机理[24]。从生烃高峰到某储层进入致密化前的那一段时间,是该储层的聚集关键时期,源岩大量生排气后,储层在成岩作用或构造挤压作用下逐渐致密化,储层中的天然气由于孔隙格架逐渐被压缩,孔隙逐渐减小,气体逐渐被排出孔隙中,圈闭中气体的容积逐渐变小,地层压力不断升高。当储层致密化超过致密化边界,气体已经不可能大规模运移和聚集,但是在晚期构造运动相对强烈的地区,天然气后期改造比较严重,早期天然气聚集分布的格局进入了晚期重新分配、调整、富集的复式成藏的过程。
[34][33]
将 后成型 致密气藏成藏模式概括为 早常规 晚改造 复式成藏模式,并划分为3个不
同的成藏阶段:1)原生常规储层天然气聚集阶段。此阶段源岩的生排烃作用达到高峰,储层未致密化,天然气还能够进行常规运移和正常的重力分异,因此,该阶段天然气按常规天然气藏差异聚集原理富集,形成以常规背斜圈闭为主(可能有部分非背斜圈闭)的气藏;2)储层致密化改造阶段。生排烃高峰期结束,储层在成岩作用或构造挤压作用下,储层逐渐致密化,气体已经不可能大规模运移,先前形成并被大体上保留下来的天然气,在没有断裂系统的直接参与下一般变动不会太大。但是在晚期构造运动相对强烈的地区,天然气后期改造比较严重,甚至被破坏。此阶段气藏形态可变得不规则,天然气圈闭由早期的常规圈闭经历了强烈的改造后变得较为隐蔽,预测识别难度大幅提高;3)复式成藏阶段。现今天然气分布和圈闭特征是由复式成藏特征决定的,早期常规富集,晚期强烈改造,形成了早期与晚期、构造与非构造、成岩圈闭与次生溶蚀、断裂裂缝破坏与天然气疏导及储层改造等因素交错叠加、复合形式成藏的局面。
后成型 致密砂岩气藏通常在构造高点,主要围绕古隆起、古圈闭分布。晚期由于构造运动的影响,天然气在纵向上分布比较广泛,古圈闭、古气藏受后期构造运动的破坏,在浅层合适的圈闭中可形成浅层次生气藏。
[35,36]
6 结论
1)将致密砂岩气藏划分为两种类型: 先成型 深盆气藏和 后成型 致密气藏,两种类型的划分有利于从宏观整体的角度对已发现的天然气藏进行重新审视,以揭示其相互联系和分布规律,有利于从新的角度来研究和预测致密砂岩气藏,指导天然气勘探工作。
2)两种致密砂岩气藏在成藏特征、成藏条件、成藏机理和成藏模式方面存在很大差别,判别其类型的直接标准是其成藏机理,即看它是属于 先成型 还是 后成型 。
3)成藏类型不同,则天然气的勘探开发策略也不同。 先成型 深盆气藏应首先圈定最大边界,寻找致密储层中的相对高孔渗砂体(甜点);而 后成型 致密气藏,在某种程度上找到有利的古构造、古圈闭就有可能找到良好的储集层分布区。
4) 先成型 深盆气藏的成藏模式总结为凹陷中心对称分布成藏模式、前陆侧缘斜坡分布成藏模
5 两种气藏成藏模式及分布规律异
同点
通过对2类致密砂岩气藏成藏特征、成藏条件、成藏机理的详细总结,对他们的成藏模式进行了分类。
根据 先成型 深盆气藏发育的构造背景及形态,可将其分为3种成藏模式构造斜坡分布成藏模式。
[20]
:1)凹陷中心对称
分布成藏模式;2)前陆侧缘斜坡分布成藏模式;3)
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RELATIONSHIPBETWEENTHEMESOZOICANDCENOZOICTECTONICSTRESSFIELDSANDTHEHYDROCARBONACCUMULATIONINTHEORDOSBASIN
ZhangYikai1,ZhouLifa1,DangBen2,SunWei3
(1.DepartmentofGeology,NorthwestUniversity,Xi an,Shaanxi710069,China;2.SchoolofResources,Chang anUniversity,Xi an,Shaanxi710054,China;3.SchoolofEnergyResources,ChinaUniversityofGeosciences,Beijing100083,China)
Abstract:Onthebasisofpreviousachievements,throughtheobservationofagreatdealofjoints,faultsandfoldsinfieldandunderwellandtheclassificationofformationsequencesofstructures,itisstudiedinthispapertheMesozoicandCenozoictectonicstressfieldsandtherelationshipbetweentectonicstressfieldsandhydrocarbonaccumulationintheOrdosBasin.ThedirectionsofthemaintectonicstressfieldsinthebasinwereNW SE,NNE SSWandSNwhichcontrolledthefirsthydrocarbonmigrationandaccu mulationduringtheIndosinianmovement.DuringtheYanshanianmovement,itwasNW SEwhichcon trolledthesecondhydrocarbonmigrationandaccumulation.DuringtheHimalayanmovement,itwasNNE SSWwhichcontrolledthefinalmigration,adjustmentandaccumulation.
Keywords:X conjugatejoint;hydrocarbonaccumulation;tectonicstressfield;MesozoicandCenozoic;theOrdosBasin
(continuedfrompage214)
THECOMPARISONOFTWOTYPESOFTIGHTSANDGASRESERVOIR
JiangZhenxue1,2,LinShiguo1,3,PangXiongqi1,2,WangJie4
(1.BasinandReservoirResearchCenter,ChinaUniversityofPetroleum,Beijing102249,China;2.KeyLaboratoryforHydrocarbonAccumulation,ChinaUniversityofPetroleum,Beijing102249,China;3.LangfangBranch,ResearchInstituteofPetroleumExplorationandDevelopment,CNPC,Langfang,Hebei065007,China;4.ResearchInstitute,ShengliOilfieldCompany,SINOPEC,Dongying,Shandong257001,China)
Abstract:Thetightsandgasisoneofunconventionalgas,itisalsoanimportantcandidateresourcesofconventionalgas.Theopinionbasedontheresearchofpredecessors.Afterfullythinkingoftheback groundofstructuralevolution,anddynamicalanalysistherelationshipsbetweenthehydrocarbongenera tionandexpulsionfastigiumofsourcerockandtightevolutionhistoryofreservoir,dividethetightsandgasreservoirintotwotypes:"pre exitingdeepgas"and"subsequenttightsandgas".Accordingtothecomparativeanalysisonreservoirformingconditions,reservoirformingcharactersandreservoirformingprincipleofthistwotypes,generalizethereservoirformingpatternsanddistributionregulation.Thereservoirformingpatternsof"pre exiting"deepbasingasreservoirisdividedintothreekinds:depres sioncentralsymmetrydistribution,forelandlateralmarginslopedistributionandstructureslopedistri bution."firstistheconventionalaccumulation,butlateisreconstruction"isthereservoirformingpat ternof"subsequent"tightsandgas,andthepatternisdividedintothreephaseswithdifferentreservoirformingcharactersandconditions.Correctivelydistinguishthetwokindsoftightsandgasfromeachotherisveryimportanttoguidenaturalgasexplorationandmaketherightexploitationplan.
Keywords:naturalgas;tightsandgas;deepbasingas(accumulation);reservoirformingconditions;reservoirformingprinciple;reservoirformingpatterns
第28卷第3期 石 油 实 验 地 质 2006年6月PETROLEUMGEOLOGY&EXPERIMENT
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(1.中国石油大学盆地与油藏研究中心,北京 102249;2.中国石油大学石油天然气成藏机理教育部重点实验室,北京 102249;3.中国石油勘探开发研究院
廊坊分院天然气地质研究所,河北廊坊 065007;4.中国石化胜利油田研究院,山东东营 257001)
摘要:致密砂岩气是非常规天然气的一种,是常规天然气资源最重要的后备资源之一。在总结前人研究的基础上,结合构造演化历史背景,动态的研究致密砂岩气藏烃源岩生排烃高峰期与储层致密演化史二者之间的关系,将致密砂岩气藏划分为两种类型:储层先期致密深盆气藏型( 先成型 深盆气藏)与储层后期致密气藏型( 后成型 致密气藏)。对2类致密气藏成藏特征、成藏条件及成藏机理进行了详细的对比分析,总结出两种气藏的成藏模式和分布规律。 先成型 深盆气藏的成藏模式主要为凹陷中心对称分布、前陆侧缘斜坡分布及构造斜坡分布3种; 后成型 致密气藏为 早常规聚集-晚期改造 的成藏模式并划分为3个阶段,不同的阶段具有不同的成藏特点和成藏特征。准确判识两种类型致密砂岩气藏对于指导天然气勘探和合理制定开发方案均具有重要意义。
关键词:天然气;致密砂岩气藏;深盆气(藏);成藏条件;成藏机理;成藏模式中图分类号:TE122 文献标识码:A
致密砂岩气是指孔隙度低(40%)、天然气在其中流动速度较为缓慢的砂岩层中的非常规天然气。早在20世纪70年代,我国专家根据北美的经验,结合我国含气盆地的地质条件,开展了致密砂岩气藏的研究和勘探工作。致密砂岩气藏几乎在世界范围内各个产气盆地的低渗透含气层中都存在。全国第二轮天然气资源评价结果表明,我国陆上天然气资源为30.23 1012m3,其中致密砂岩气资源量占我国天然气资源量的40%左右(约12 10m)。因此,对致密砂岩气藏类型、成藏条件、成藏机理、成藏模式和分布规律的研究具有重要的理论指导意义。
12
3
[1,13]
[2~12]
[1]
称为储层先期致密深盆气藏型(简称 先成型 深盆气藏);如果储层致密化过程发生在源岩生排烃高峰期天然气充注之后,即储层后致密(图1b),称为储层后期致密气藏型(简称 后成型 致密气藏)。
2 两种气藏成藏特征异同点
先成型 深盆气藏要求源藏伴生、源储一体,
距离越近越好,直接接触或互层为最佳,天然气为 有根 状态[17];而 后成型 致密气藏聚集位置与气源岩既可以是近源也可以是远源。
储层致密是2类气藏的共同表征,孔隙度小于12%,渗透率一般低于1 10-3 m2。不同的是 先成型 深盆气藏成藏时储层物性已经变得致密,而 后成型 致密气藏在气藏成藏时储层并非致密,而是由于受后期成岩演化或构造挤压而变得致密。
2类气藏最大的差异就是二者由于成藏机理的不同而导致的气水关系表征, 先成型 深盆气藏中的流体在剖面上表现为不服从重力分异原理的气、水倒置关系,而且同一储层中从下倾部位的饱含气层向构造上倾方向气水过渡带再向上渐变为饱含水带,气藏无明显的底水和边水,与常规天然气和 后成型 致密气藏的气上水下分布、服从重力分异原理形成了鲜明的对比。
在压力方面, 先成型 深盆气藏的压力可为异
[17]
1 两种类型致密砂岩气藏的概念
前人
[1]
主要按孔渗性的大小把致密砂岩气藏
分为好(致密)、中(很致密)、差(超致密)3类,这种分类没有把握致密砂岩气的成藏机理,忽略了源岩生排烃高峰期天然气充注史与岩石致密演化之间的动态关系。
如果储层致密化过程发生在源岩生排烃高峰期天然气充注之前,即储层先致密[14~16](要求孔隙度小于12%,渗透率小于1 10-3 m2)(图1a),则
收稿日期:2006-01-25;修订日期:2006-05-26。
作者简介:姜振学(1963 ),男(汉族),博士、副教授,主要从事油气形成与分布规律、盆地分析与油气资源评价研究。基金项目:国家自然科学基金项目(40472078)和国家 十五 天然气攻关项目(二期)(2004BA616A-04)。
第3期 姜振学等.两种类型致密砂岩气藏对比
211
图1 两种致密砂岩气藏概念模式
Fig.1 Schematicshowingreservoirformingpatternsof"pre exitingdeepgas"and"subsequenttightsandgas"
常高压,也可为异常低压,是随着深盆气演化阶段的变化而变化的[18]。而 后成型 致密气藏的压力在理论上没有出现低异常的可能[19]。同时两种气藏异常高压形成机制是不同的, 先成型 深盆气藏异常高压主要是大量天然气生成导致的孔隙流体体积膨胀增压,而 后成型 致密气藏除成烃增压外,还存在着岩石致密化导致的孔隙体积缩小、构造强烈挤压的应力传递等机制。
先成型 深盆气藏的形态、大小和边界不受构造等高线的控制
[20]
定,而 后成型 致密气藏则依据圈闭规模及充满度而定。
3 两种气藏成藏条件异同点
3.1 气源条件
充足的气源是形成天然气藏的基础,因此二者都需要有良好的气源条件。 先成型 深盆气藏对源岩条件要求相对苛刻一些,要求源岩有机质含量高、干酪根类型以Ⅲ型为主、演化程度高、分布面积大、厚度大等,而且更关键的是生、排气高峰出现的
地质时代较晚且持续时间较长,乃至现今仍有较强的生气能力,这是深盆气藏动态圈闭具有一定规模并能保存至今的最重要的物质保证。而 后成型 致密气藏要求的源岩相对于 先成型 深盆气藏就要宽泛得多,气体来源多样,可以一次性供应,也可以是多期供应,成藏后与源岩的关系不密切。3.2 储集条件
2类气藏最大差异在储层条件上,成岩演化程度高、比较致密是二者共同的特征,所不同的是致密化与烃源岩大量生、排烃高峰期之间的先后关系不同。 先成型 深盆气藏要求致密储层在大区域
;而 后成型 致密气藏圈闭类
型主要为背斜型气藏,气藏的形态和大小通常与构造等高线密切相关,储层致密化以后,气藏由于后
期构造运动改造的影响,其形态也可变得复杂多样。
两种致密砂岩气藏地质储量都很大, 先成型 深盆气藏由于致密储层大面积分布,含气厚度大、范围广,可形成所谓的 满盆气藏 ,但天然气的储量丰度较低;而 后成型 致密气藏由于受常规构造、地层、岩性圈闭的控制,分布范围相对较小,连通性相对较差,含气面积最大不超过圈闭范围。 先成型 深盆气藏储量计算通常视储层的体积而
212
石 油 实 验 地 质 第28卷
的不断供给,在压实作用、生烃膨胀力等驱动下排替自由孔隙水,气水界面沿储层向上倾方向整体推移,压实作用和气体生烃膨胀力则成为其运移的主要动力;而气水之间的毛细管压力和天然气藏上覆的地层水柱压力构成了天然气运移的主要阻力。深盆气运移的相态主要以游离气相为主[22];深盆气藏不存在优势运移通道,主要在侧向输导层中整体排驱水进行运移。 后成型 致密砂岩气藏初次运移主要以生烃膨胀力为主;二次运移以浮力驱动、构造运动直接作用和水动力为主要动力源。天然气在输导层中的运移随不同时期、不同地域、不同层位和地质条件变化引起的温度、压力、介质成分不同而呈现多种复杂的运移相态,包括水溶相、游离气相、油溶相。天然气运移方向既有垂向,也有侧向,其中垂向运移距离可达3000~4000m。 后成型 气藏存在气体优势运移通道,在完全致密化之前的输导层为断层、不整合和连通性较好的高孔渗砂体,致密化以后主要为后期改造作用形成的裂缝系统。
3.6 保存条件
气藏的构造简单且断裂、裂缝及微裂缝不发育、水动力条件比较微弱、源岩生排烃高峰期比较晚,现今仍在生气、地层倾角平缓、大面积的致密储层发育等因素对深盆气藏的保存都非常有利。储层易于产生裂缝的脆性地层或位于地应力集中部位的构造裂缝带不易形成深盆气藏,位于构造应力屏蔽部位的砂泥岩碎屑岩地层最有利形成深盆气藏。强烈的构造运动和水动力条件对 后成型 致密砂岩气藏的保存也是不利的。3.7 生储盖组合
在 先成型 深盆气藏内部,源岩同时可以是储层或封隔层,深盆气藏具有更多的 自生自储 特征
[23]
内的广泛展布,储层倾角都较小,目前在国内外发现的深盆气藏中,一般不超过15 。相对于 后成型 致密砂岩气藏它不仅可以储气,还可以作为气散失的遮挡层。 后成型 在储层致密化之前为常规气聚集原理,物性条件越好,天然气越容易在其中运移和聚集,对成藏越有利。储层致密以后,由于后期构造运动的影响,在储层内部形成裂缝发育带对改善储层的物性条件也是比较有利的。3.3 盖层条件
盖层对天然气形成和保存均具有重要作用,二者在盖层封盖机理上存在很大差别。 先成型 深盆气藏盖层条件对顶、底封盖的要求都重要[21]。深盆气藏顶部封盖条件可以是常规意义上的大范围分布的致密页岩或泥岩,也可以是不需要常规意义的盖层,而是储层中气水界面处的力平衡界面(气体热膨胀力+气体浮力=毛细管力+静水压力)或者是发生 水阻效应 ,形成水封型气藏。深盆气藏底部封隔层可由储气层底部发育的非渗透性封隔层实现,或者由储层自身成岩压实作用实现,也可由储层下伏源岩层来实现。 后成型 致密气藏成藏的时候属于常规气藏,因此,它必须要有良好的顶封盖层。3.4 圈闭条件
先成型 深盆气藏不需要传统意义上圈闭条件,力平衡界面是该类圈闭的最大边界。深盆气藏圈闭类型主要为生烃补给与散失平衡的动态圈闭,动态性特征较强,在深盆气藏圈闭的内部通常发育一些相对高孔渗的砂体(甜点)形成一些圈闭类型,一般以岩性圈闭、成岩圈闭、裂缝圈闭为主[21]。 后成型 致密气藏圈闭以静态为主,可有短暂的动态。气藏在储层致密化以前,圈闭类型主要以构造型和岩性地层型圈闭为主。储层致密化以后,气体已经不可能大规模运移,在晚期构造运动以及叠加裂缝系统作用的改造下,形成了以古构造、古圈闭为背景的多种类型复合圈闭,如构造 岩性、构造 成岩、断层 岩性、断层 背斜等圈闭,含气面积最大不超过圈闭范围。
3.5 运移条件
致密储集层紧邻烃源岩上下发育是形成深盆气的关键地质条件。由于致密储集层的物性与烃源岩相差无几,因此天然气的二次运移与初次运移的条件基本相同。而且二者在时空上合为一体,因此深盆气运移的过程也就是深盆气聚集的过程。天然气的(初次)运移距离短。深盆气藏由于不存在底水和边水,浮力作用无法产生,随着气体
[15]
[20]
。而 后成型 则有多种生储盖组合形式,如
自生自储式、远源它储式等。
4 两种气藏成藏过程和成藏机理异
同点
对 先成型 深盆气藏的成藏机理很多学者已作过研究。最早有人认为,这种特殊的、非常规的气藏是属于水动力造成的 悬挂式 气藏;Masters[30]认为,气水相对渗透率的变化可以为这种气藏提供遮挡条件,水饱和度高可以形成水堵,水饱和度为60%时,岩石对气几乎完全不渗透,从而在含气部位上方形成水堵封闭;Gies
[31]
[3,14,19~21,24~29]
,
Masters[32]认为深盆气藏是一种动态圈闭,它实际上不存在封堵条件,只是气体不断散失和持续补给的动平衡结果;Brown认为,这种气藏是由毛细管力造成的,即进入低渗透岩石中的天然气,在克服孔隙中充满水的毛细管压力之前,它们是不会发生运移的,只有随着天然气的不断补给,下倾部位的孔隙压力增大,气体才会克服毛细管限制力向上倾方向运移。庞雄奇等将深盆气藏成藏机理总结为力学平衡(供气热膨胀力+气体浮力=毛细管力+静水压力)和物质平衡(深盆气藏赋集气量=源岩供给气量-盖层散失气量-气水边界散失气量)两种机理;通过力学平衡可以确定深盆气藏最小埋藏深度,通过物质平衡可以确定深盆气藏的圈闭范围。
后成型 致密气藏,储层致密化过程发生在气源岩大量生、排烃之后,天然气大规模运移聚集发生在储层致密化之前,致密化前后都有天然气运移和聚集的条件。成岩早期储层物性相对较好,孔隙度和渗透率相对较高,既能储集气又能提供良好运移条件,气体在储层中二次运移的阻力相对较小,运移过程中遇到构造高点或其他合适的圈闭时,可按常规气藏的成藏模式聚集分异,具备正常的生、储、盖组合和气水分布特征,因此气藏聚集早期符合常规气成藏机理[24]。从生烃高峰到某储层进入致密化前的那一段时间,是该储层的聚集关键时期,源岩大量生排气后,储层在成岩作用或构造挤压作用下逐渐致密化,储层中的天然气由于孔隙格架逐渐被压缩,孔隙逐渐减小,气体逐渐被排出孔隙中,圈闭中气体的容积逐渐变小,地层压力不断升高。当储层致密化超过致密化边界,气体已经不可能大规模运移和聚集,但是在晚期构造运动相对强烈的地区,天然气后期改造比较严重,早期天然气聚集分布的格局进入了晚期重新分配、调整、富集的复式成藏的过程。
[34][33]
将 后成型 致密气藏成藏模式概括为 早常规 晚改造 复式成藏模式,并划分为3个不
同的成藏阶段:1)原生常规储层天然气聚集阶段。此阶段源岩的生排烃作用达到高峰,储层未致密化,天然气还能够进行常规运移和正常的重力分异,因此,该阶段天然气按常规天然气藏差异聚集原理富集,形成以常规背斜圈闭为主(可能有部分非背斜圈闭)的气藏;2)储层致密化改造阶段。生排烃高峰期结束,储层在成岩作用或构造挤压作用下,储层逐渐致密化,气体已经不可能大规模运移,先前形成并被大体上保留下来的天然气,在没有断裂系统的直接参与下一般变动不会太大。但是在晚期构造运动相对强烈的地区,天然气后期改造比较严重,甚至被破坏。此阶段气藏形态可变得不规则,天然气圈闭由早期的常规圈闭经历了强烈的改造后变得较为隐蔽,预测识别难度大幅提高;3)复式成藏阶段。现今天然气分布和圈闭特征是由复式成藏特征决定的,早期常规富集,晚期强烈改造,形成了早期与晚期、构造与非构造、成岩圈闭与次生溶蚀、断裂裂缝破坏与天然气疏导及储层改造等因素交错叠加、复合形式成藏的局面。
后成型 致密砂岩气藏通常在构造高点,主要围绕古隆起、古圈闭分布。晚期由于构造运动的影响,天然气在纵向上分布比较广泛,古圈闭、古气藏受后期构造运动的破坏,在浅层合适的圈闭中可形成浅层次生气藏。
[35,36]
6 结论
1)将致密砂岩气藏划分为两种类型: 先成型 深盆气藏和 后成型 致密气藏,两种类型的划分有利于从宏观整体的角度对已发现的天然气藏进行重新审视,以揭示其相互联系和分布规律,有利于从新的角度来研究和预测致密砂岩气藏,指导天然气勘探工作。
2)两种致密砂岩气藏在成藏特征、成藏条件、成藏机理和成藏模式方面存在很大差别,判别其类型的直接标准是其成藏机理,即看它是属于 先成型 还是 后成型 。
3)成藏类型不同,则天然气的勘探开发策略也不同。 先成型 深盆气藏应首先圈定最大边界,寻找致密储层中的相对高孔渗砂体(甜点);而 后成型 致密气藏,在某种程度上找到有利的古构造、古圈闭就有可能找到良好的储集层分布区。
4) 先成型 深盆气藏的成藏模式总结为凹陷中心对称分布成藏模式、前陆侧缘斜坡分布成藏模
5 两种气藏成藏模式及分布规律异
同点
通过对2类致密砂岩气藏成藏特征、成藏条件、成藏机理的详细总结,对他们的成藏模式进行了分类。
根据 先成型 深盆气藏发育的构造背景及形态,可将其分为3种成藏模式构造斜坡分布成藏模式。
[20]
:1)凹陷中心对称
分布成藏模式;2)前陆侧缘斜坡分布成藏模式;3)
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RELATIONSHIPBETWEENTHEMESOZOICANDCENOZOICTECTONICSTRESSFIELDSANDTHEHYDROCARBONACCUMULATIONINTHEORDOSBASIN
ZhangYikai1,ZhouLifa1,DangBen2,SunWei3
(1.DepartmentofGeology,NorthwestUniversity,Xi an,Shaanxi710069,China;2.SchoolofResources,Chang anUniversity,Xi an,Shaanxi710054,China;3.SchoolofEnergyResources,ChinaUniversityofGeosciences,Beijing100083,China)
Abstract:Onthebasisofpreviousachievements,throughtheobservationofagreatdealofjoints,faultsandfoldsinfieldandunderwellandtheclassificationofformationsequencesofstructures,itisstudiedinthispapertheMesozoicandCenozoictectonicstressfieldsandtherelationshipbetweentectonicstressfieldsandhydrocarbonaccumulationintheOrdosBasin.ThedirectionsofthemaintectonicstressfieldsinthebasinwereNW SE,NNE SSWandSNwhichcontrolledthefirsthydrocarbonmigrationandaccu mulationduringtheIndosinianmovement.DuringtheYanshanianmovement,itwasNW SEwhichcon trolledthesecondhydrocarbonmigrationandaccumulation.DuringtheHimalayanmovement,itwasNNE SSWwhichcontrolledthefinalmigration,adjustmentandaccumulation.
Keywords:X conjugatejoint;hydrocarbonaccumulation;tectonicstressfield;MesozoicandCenozoic;theOrdosBasin
(continuedfrompage214)
THECOMPARISONOFTWOTYPESOFTIGHTSANDGASRESERVOIR
JiangZhenxue1,2,LinShiguo1,3,PangXiongqi1,2,WangJie4
(1.BasinandReservoirResearchCenter,ChinaUniversityofPetroleum,Beijing102249,China;2.KeyLaboratoryforHydrocarbonAccumulation,ChinaUniversityofPetroleum,Beijing102249,China;3.LangfangBranch,ResearchInstituteofPetroleumExplorationandDevelopment,CNPC,Langfang,Hebei065007,China;4.ResearchInstitute,ShengliOilfieldCompany,SINOPEC,Dongying,Shandong257001,China)
Abstract:Thetightsandgasisoneofunconventionalgas,itisalsoanimportantcandidateresourcesofconventionalgas.Theopinionbasedontheresearchofpredecessors.Afterfullythinkingoftheback groundofstructuralevolution,anddynamicalanalysistherelationshipsbetweenthehydrocarbongenera tionandexpulsionfastigiumofsourcerockandtightevolutionhistoryofreservoir,dividethetightsandgasreservoirintotwotypes:"pre exitingdeepgas"and"subsequenttightsandgas".Accordingtothecomparativeanalysisonreservoirformingconditions,reservoirformingcharactersandreservoirformingprincipleofthistwotypes,generalizethereservoirformingpatternsanddistributionregulation.Thereservoirformingpatternsof"pre exiting"deepbasingasreservoirisdividedintothreekinds:depres sioncentralsymmetrydistribution,forelandlateralmarginslopedistributionandstructureslopedistri bution."firstistheconventionalaccumulation,butlateisreconstruction"isthereservoirformingpat ternof"subsequent"tightsandgas,andthepatternisdividedintothreephaseswithdifferentreservoirformingcharactersandconditions.Correctivelydistinguishthetwokindsoftightsandgasfromeachotherisveryimportanttoguidenaturalgasexplorationandmaketherightexploitationplan.
Keywords:naturalgas;tightsandgas;deepbasingas(accumulation);reservoirformingconditions;reservoirformingprinciple;reservoirformingpatterns