飞仙关组鲕滩天然气成藏条件与勘探新领域分析
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发布时间：2022-05-16 20:52
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时间：2024-03-02 01:07
一、烃源岩条件
川东北地区发育泥质岩、碳酸盐岩和煤岩等三大类烃源岩。层系上主要有5套烃源岩：中、下寒武统黑色页岩、灰色碳酸盐岩；下二叠统深色碳酸盐岩黑色泥质岩；上二叠统黑色泥质岩、深灰色石灰岩以及上三叠统黑色泥质岩、煤岩（表8-2）。
表8-2 川北地区生油层统计表
续表
上述5套烃源岩的生油指标统计数据见表8-3。以二叠系和上三叠统烃源岩有机碳丰度为最高，为0.511%～6.75%；其次为中寒武统石灰岩和中侏罗统黑色页岩，有机碳丰度分别为0.77%和0.88%。总体看来，Ⅰ级生油岩主要分布在中、下寒武统、二叠系、上三叠统，而灯影组、中下志留统和嘉陵江组雷口坡组生油岩为Ⅱ级生油岩。下三叠统飞仙关组石灰岩有机碳丰度仅0.05%～0.11%，氯仿沥青“A”丰度仅0.0041%～0.006%，为非生油岩，基本无生油能力，但其储集层可捕集下伏烃源层向上纵向运移的大量油气。从成烃演化看，下二叠统烃源岩有机质在印支晚期开始成熟，燕山早期进入成熟早期，至燕山中期进入高成熟期，为油气大量生成期；在燕山晚期进入过成熟期（图84）。现今Ro为2.5%～3.3%，已进入过成熟中、晚期；早期生成的液态烃已全部热裂解为天然气。上二叠统烃源岩有机质在印支晚期Ro小于0.6%，尚未成熟，在燕山早期进入成熟早期，在燕山中期进入高成熟期，为油气大量生成期；在燕山晚期进入过成熟期；现今Ro为2.2%～3.3%，早期生成的液态烃已全部热裂解为天然气。上三叠统烃源岩有机质在燕山中期进入成熟期，在燕山晚期进入成熟中晚期；现今Ro为1.30%～1.80%，尚有气体生成。由此可见，燕山中、晚期（即晚侏罗世至白垩纪）是川北地区主要烃源层的油气大量生成期，即油气初次运移和二次运移期，该时期晚于局部构造形成期（印支期）、早于局部构造定形期（喜马拉雅期）。
二、飞仙关鲕滩气藏特征与成藏模式探讨
近几年来在川东北部开江地区已陆续发现铁山、渡口河、铁山坡、罗家寨等飞仙关组鲕滩气藏。根据现有资料的分析，飞仙关组鲕滩气藏的基本特征概括为：
（1）鲕滩气藏以构造－岩性圈闭气藏为主，也有岩性圈闭气藏。
（2）天然气成熟度高，H2S和CO2含量高。
（3）储层为孔隙性的鲕粒白云岩，物性好；裂缝发育时仍可成为裂缝－孔隙型储层。
表8-3 川北地区烃源岩生油指标平均值统计表
图8-4 川东罐12井上二叠统—三叠系埋藏史图（据刘划一，1998）
（4）气藏压力变化范围较礁气藏小，压力系数变化范围在1.03～1.37之间，为常压气藏和高压气藏。
（5）气藏充满度变化大。在构造圈闭中气藏充满度在50%～大于100%，而在构造－岩性复合圈闭中，由于复合圈闭范围较构造圈闭大，则充满度仅25%～91%。
（6）气藏一般都有边水，地层水为Na2SO4型，矿化度低。区内无统一气水界面。
1.鲕滩气藏圈闭特征
根据地震和钻井对鲕滩的预测，川东北部地区飞仙关组储集体呈极不规则的席状、透镜状展布，单个储集体面积大的近100km2，明显较长兴组生物礁储集体大。鲕滩储集体与区内构造相配合，往往能形成圈闭面积较大的构造－岩性或岩性－构造复合圈闭，成为形成鲕滩大中型气田的基础。当大型储集体与构造叠合形成复合圈闭时，其闭合高度和闭合面积将明显大于构造圈闭本身。如渡口河飞仙关组顶界构造形态为温21号断层切割的断上盘穹隆背斜，长轴北东向，长12km，短轴4.8km，闭合面积49.11km2，闭合高度330m。地震解释渡口河鲕滩储集体面积88.2km2，它覆盖了渡口河构造北西翼南半部和南东翼并延展到向斜中，向北一直延续到与渡口河构造正鞍相接的五宝场背斜。储层虽然未能完全覆盖渡口河背斜的北西翼和南端，但形成的构造－岩性圈闭面积达到69.53km2，从储层顶到溢出点的闭合高度达到530m，较构造圈闭扩大了30%。
2.鲕滩气藏压力特征
区内与背斜构造伴生的大断层都是在挤压应力场中形成的逆断层。从已钻获的气藏如铁山气藏、铁山坡气藏和罗家寨气藏看，与这些气藏有关的逆断层都是封闭的，其中有的气藏的压力梯度达到1.24～1.40，表明有较好的封闭能力。
川东北地区飞仙关组气藏压力情况汇总于表8-4。这些气藏中以渡口河气藏压力系数最低，仅在1.07～1.08，属常压气藏。渡5井为产水井，气藏压力近于静水柱压力。罗家2井，坡1井和铁山8井压力系数大于1.20，属高压气藏。影响气藏压力的具体原因因缺乏有关资料而未做进一步工作。但现有资料显示除坡1井偏离较大外，气藏埋深与压力系数间存在较明显的负相关关系。这种关系在川东地区长兴组礁气藏中不存在。它表明飞仙关组气藏形成时的地质条件大致相同，而后期的构造运动的抬升和剥蚀作用并未明显改变气藏的封存条件，气藏压力状况保持较好，造成压力梯度与现今气藏埋深间的这种负相关关系。
表8-4 川东飞仙关鲕滩气藏压力系数统计表
渡口河气藏4口气井的压力系数很一致。将各井压力折算至平均产层中部海拔－3918m处，地层折算压力范围在45.46～46.22MPa，表明它们属同一气藏。铁山飞仙关组鲕滩气藏在试采过程中压力的变化也表明各产气井之间有较好的连通性。
3.气水界面
研究区内飞仙关组气藏无统一气水界面。龙门场气藏由两个独立的鲕滩储层构成，南部高部位的气藏有边水（天东5井日产纯气42.07×104m3，天东55井日产气2×104m3，水624m3），北部低部位的气藏产纯气（天东56井日产气4.05×104m3），为岩性圈闭气藏。钻井较多的铁山和渡口河飞仙关组鲕滩气藏都存在边水。渡口河鲕滩气藏现有探井5口，在高点的4口井获气，测试产纯气（16.90～54.18）×104m3/d。在鞍部的渡5井测试产水见微气（高含H2S）。渡5井产层中部海拔与气井中部海拔最大相差522m。测井解释渡5井产层4784.5～4795.5m段含水饱和度65%～90%，为气水层，4781～4832m段含水饱和度27%～58%，为水层。岩心观察4796m以下储层翻盐霜。测井解释气水界面海拔为－4407.82m（井深4796m）。
铁山气藏测试结果低部位的铁山8井产水，高部位的铁山5井、铁山11井、铁山13井产气。从勘探阶段划到试采阶段数次进行过气水界面的估算，先后计算认为气藏气水界面海拔为－2419m（1993）、－2580m（1995）和－2560m（1997）。高点位置的铁山5井储层顶面海拔－2129.61m，由此起算至－2450m得气柱高度320.4m，而构造闭合高度（自储层顶算）为518.5m，充满度为61.8%。这表明铁山飞仙关组气藏是以构造圈闭为主的气藏。
4.地层水特征
飞仙关鲕滩气藏的边水或水层的地层水为低矿化度的Na2SO4型水。从铁山气田石炭系气藏、三叠系飞仙关组气藏和嘉陵江组气藏的关系和地层水分析资料比较来看，飞仙关组气藏边水或水层的特征并不代表气藏的封闭状况。铁山气田的石炭系气藏，飞仙关组气藏和嘉陵江组气藏的构造圈闭条件相同，为同一背斜轴部被两条大的逆断层夹持的断垒。这3个气藏地层水性质差异十分明显（表8-5）：石炭系为低矿化度CaCl2型水，嘉陵江组为高矿化度CaCl2型水，而夹于其间的飞仙关组为低矿化度Na2SO4型水。这种情况反映各地层水封存条件良好。飞仙关组地层水的特征可能与其封存的沉积水受大气水影响较大有关。
表8-5 铁山气田地层水特征对比
5.成藏模式探讨
飞仙关组鲕滩气藏类型多样，但在研究区内的大型鲕滩气藏如渡口河气藏、铁山气藏都是岩性－构造复合型气藏。
（1）储层孔隙演化与油气圈闭的发展过程
岩性圈闭的形成过程主要是与储层孔隙演化相关。飞仙关组鲕滩气藏储层孔隙发育过程相对应可以划分为4个阶段，即原生粒间孔阶段、白云石晶间孔阶段、前期埋藏溶解孔阶段和后期埋藏溶解孔阶段。
鲕粒岩中原生粒间孔全为方解石胶结物充填，表明原生粒间孔发育时期尚未发生烃类运聚。薄片研究特别是显微发光研究表明白云岩储层中大量多面体晶间孔都因白云石晶粒的逐渐生长而缩小至消失，只有少量残存的四面体孔内见到沥青充填。这说明储层晶间孔发育时期仍未发生液烃聚集。前期埋藏溶解孔主要是晶粒溶孔、粒间溶孔、溶缝，孔径—般较小，但也有一些较大的超大溶孔和鲕内模孔。这些孔隙中常见到全充填、半充填及微充填的沥青，表明这些孔隙发育时期发生过液烃聚集，而成为古油藏。在开江地区的渡口河鲕滩气藏、铁山坡鲕滩气藏和铁山鲕滩气藏的储层前期埋藏溶解孔中都不同程度地见到焦沥青，它们可能是古油藏的残留物。
古油藏深埋热解破坏后，在储层内被沥青充填后剩余的孔隙系统的基础上发育了后期埋藏溶解孔洞。后期埋藏溶解孔有时明显较前期的大，它们可能扩大前期的孔隙、裂缝并切割前期的孔渗系统，其内没有充填沥青或包含有原前期溶孔内的沥青，有时甚至有在储层孔隙系统内经过短距离移动或搬运过的沥青。后期埋藏溶解孔是现今鲕滩气藏储层中的主要储集孔隙，说明它们形成时期与区内气态烃成藏期一致，与之相关的圈闭是形成气藏的有效圈闭，从时间上看，以前期埋藏溶解孔为主的圈闭存在于早侏罗世晚期至中侏罗世。以后期埋藏溶解孔为主的圈闭始于晚侏罗世并一直保存下来，燕山运动和喜马拉雅运动对它们进行改造以至发生破坏，那些非含气层的储层中的孔隙会因此被晚期的方解石或其他矿物充填。
（2）油气圈闭的构造发展过程分析
从飞仙关组鲕滩气藏的储层孔隙发展过程及其与层内烃类运聚演化关系来看，在鲕滩油、气藏发展过程中，印支运动、燕山运动及喜马拉雅运动都应该对圈闭的形成及油气藏的形成过程有影响，特别是那些与构造有密切关系的圈闭中的油气藏。
经钻探证实渡口河鲕滩气藏位于构造西南部构造高点的渡1、渡2、渡3、渡4四口井均为高产气井，而位于构造北东部构造低位置轴线附近的渡5井产水。储层岩石薄片研究发现渡5井储层中沥青全充填储层前期埋藏溶解孔现象常见（量可达到10%），而构造高部位的四口井的储层中储层沥青含量相对要少，且少有出现沥青全充填前期埋藏溶解孔的现象。对这种情况可以提出若干种可能的解释。后期构造运动的改造便是一种，即在前期，北东—南西向的渡口河背斜是北东高、南西低，渡5井位于靠近油藏主体部位（图8.5）。后期的改造使南西抬高造成了现今的情况。
图8-5 渡河飞仙关组鲕滩气藏平面图（引自西南油气田分公司）
三、飞仙关鲕滩气藏勘探新领域预测
根据上述飞仙关鲕滩形成的地质背景、天然气地质条件以及成藏条件的分析，作者认为以鲕粒白云岩为主要储集层的鲕滩勘探应围绕开江－广旺海槽两侧开展，目前的勘探活动主要集中在北侧的开江地区，并已取得良好成效。在该区块以西仍有约2×104km2的可供勘探面积，是今后一段时间勘探的重点。同时，在海槽的南侧推测鲕滩分布面积超过4×104km2，是潜在的勘探领域（图8.6）。
图8-6 川北地区飞仙关鲕滩有利勘探领域预测图
从整个川北地区来看，发育两种走向的构造圈闭。一类是川东高陡构造带NE向构造圈闭；另一类是NW向构造圈闭，主要分布在华蓥山以西广大地区及大巴山山前地带。由于所处构造位置不同，构造圈闭形态有所差异。
川东北部渡口河—黄金口一带，地震勘探与成图已证实构造复杂，断层发育，在马头寨—老鹰岩一带因靠近大巴山前，以NEE向为主，构造圈闭呈紧闭状排列，向南的盆地方向逐渐宽缓；在罗家寨一带发育NE正向断层和紧闭褶皱为特征，两者之间的“三角”带的五宝场构造，由于受两个方向的挤压作用，构造形态呈椭圆形，构造圈闭形态宽缓。从地震预测的鲕滩分布看，鲕滩分布面积往往超过构造圈闭范围，两者构成岩性－构造复合型圈闭。钻探已证实，川东北部的鲕滩气藏除受构造控制外，还受岩性控制，表现出复合型气藏特征。如渡口河飞仙关鲕滩气藏；其构造最低圈闭线海拔为－3950m，而已钻的渡2、3井其含气有效储层的最低界面分别为海拔－3966m、－3978m，低于最低构造圈闭线。
华蓥山以西的川北—川西北地区（包括广元－开江海槽两侧），勘探程度很低，地震仅普查，局部为详查，为此鲕滩分布预测只能根据地质认识推测，构造圈闭也难以落实。但从地面地质看，该地区发育成排的地表构造，表现为NW走向，靠近山前构造紧闭狭长状，往盆地内部构造变缓、变小。从构造变形机制分析，该区已处于川北前陆盆地褶皱－冲断带的前缘，以断滑褶皱作用为主，滑脱层可能是志留系泥页岩，由此推测该地区地表构造和地腹构造在纵向上有很好的一致性，地表构造基本上代表了地腹构造。因此，作为主要目的层的飞仙关组在该地区发育良好的圈闭条件。
