松辽盆地南部低阻油气层成因机理及控制因素

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学兔兔www.xuetutu.comD01：10．3969／j．issn．1672-7703．2009．04．007松辽盆地南部低阻油气层成因机理及控制因素T悦宽1,2景成杰1,2杨振庭贾可心白玉玲李刚2,4(1中国地质大学(武汉)，湖北省武汉市430074；2中国石油吉林油田公司勘探开发研究院，吉林省松原市138001；3中国石油吉林油田公司勘探部，吉林省松原市138000；4吉林大学，吉林省长春市130026)摘要：据29个油气田统计，具有低阻油层特征的探明石油地质储量近1．7X10st，约占目前吉林油田总储量的20％。应用多种分析化验资料，结合沉积、构造背景等石油地质特征综合分析认为，储层束缚水饱和度高形成的导电网络，吸附性黏土矿物含量高形成的阳离子附加导电性，地层水矿化度高形成的离子导电性以及非均质储层复杂的孔隙系统等原因造成电阻率降低是吉林油田低阻油气层的主要形成机理。并明确指出了各油田形成低阻油气层的主要控制因素，为吉林油田低阻油气层的勘探开发提供科学依据。关键词：松辽盆地南部；低阻油气层；形成机理；控制因素中图分类号：P631．8文献标识码：A油田已发现的大型、整装的低阻油气藏，此外，在大安1概况北、红岗等地区也见到低阻储层出油的情况。为搞清低低阻油气层是指含水饱和度接近或超过5O％，油阻油气层的成因，利用薄片、粒度、物性、压汞、x一气层电阻率值接近或小于本地区相同地质条件下的水衍射、扫描电镜、试油等分析化验资料，分地区分层段层电阻率，在高矿化度地层水地区甚至低于围岩电阻进行了岩石学特征、泥质含量、粒度中值、物性特征、率，或电阻增大率(油层电阻率与水层电阻率之比)小孔隙结构参数、黏土矿物含量、地层水矿化度等项目的于2的油气层[1]。松辽盆地南部正常油气层电阻率一般统计，并利用粒度中值、有效孔隙度计算了束缚水饱和都大干20Q·m，水层电阻率在8～l5Q·ffl之间，围度，结合录井、测井、试油资料以及沉积、构造背景等岩电阻率在2～10Q·m之间(表1)。所以将电阻率值石油地质特征，综合分析认为，松辽盆地南部低阻油气小于l6Q·m或电阻增大率小于2的油气层划定为本区层的成因机理主要有以下7个方面。的低阻油气层。据29个油气田统计，其中23个油气2．1束缚水饱和度变高导致油气层电阻率降低田不同程度地发育低阻油气层，低阻油气层储量规模较大的油气田有9个，探明石油地质储量近1．7X10t，2．1．1岩石颗粒细，泥质含量高，造成束缚水含量高，约占吉林油田总储量的20％t。从而引起低阻通过沉积相研究发现，中央坳陷区出现低阻油气2低阻油气层的成因机理层大多处于三角洲前缘和前三角洲沉积相带，受沉积中央坳陷区大老爷府油田高台子油层是目前吉林环境的控制，一方面，以粉砂质泥岩、泥质粉砂岩、粉第一作者简介：丁悦宽，男，高级工程师，中国地质大学(武汉)在读博士，主要从事石油地质综合研究工作。收稿日期：2009-05—2729№42009ChinaPetroleumEx口Joratlon、 学兔兔www.xuetutu.com表1松辽盆地南部中央坳陷区低阻油层围岩电性特征表Table1ElectricalcharacteristicofadjacentrocksoflowresistivityoilandgasreservoirsinthecentralfaultdepressionareainsouthernSongliaoBasin地层真电阻率(Q·m)围岩电阻率(Q·m)地区统计井(层数)最小值最大值平均值最小值最大值平均值——大老爷府l0．0l8l4．44．5l16．823——大安7．514l1．02．563．18大安北6．520l3．72．0l04．62l—西方坨子8．O2012．41．053．123双坨子6．017l0．22．594．520乾安5．O20l2．72．O84．6l9让字井8．520l5．51．585．515——英台l1．O20l4．41．583．621———海坨予9．02O16．04．O75．5d新立4．020l2．82．0336．821新民8．020l5．12．585．229新庙l2．02018．O4．O106．2l3————前大7．520l4．44．O74．8l0————孤店9．020l5．54．O104．92l砂岩组成的砂泥岩薄互层普遍发育，砂岩中泥质含量偏高，一般在l0％～30％之间，例如：大老爷府青一段平均泥质含量为23％，红岗嫩三段为23％等等。泥质中黏土矿物多以伊／蒙混层、伊利石为主，如红岗青二R+青三段伊／蒙混层、伊利石相对含量分别为24％和67％，大老爷府青一段分别为l2％和59％。这两种矿拳物具有较强的吸水性，它们以片状、纤维状贴附在颗粒表面或以蜂窝状、花瓣状或搭桥状集合体充填在孔隙中，形成十分发育的微小孔隙，使储层具有较高的束缚平均孔喉半径(um)水饱和度。另一方面，三角洲前缘相带和前三角洲相带图1大情字井～大老爷府青一段低阻油气层排驱压力的砂体，岩石颗粒普遍偏小，粒度中值一般都小于100与孔喉半径关系m，岩石比表面积增大，微小毛细管孔隙增多，岩石F．1Correlationofdisplacementpressureandpore的润湿性和毛细管力的作用使储层束缚水饱和度增大。throatradiusoflowresistivityreservoirsofthefirst高束缚水饱和度的储层形成十分发达的导电网络，导memberofQingshankouFormation(Qn)in致储层电阻率降低。Daqingzijing-Dalaoyefuarea2．1．2孔隙结构复杂化引起的束缚水饱和度高，从而引起低阻动水饱和度高。岩性颗粒越细，平均孔喉半径越小，不由于孔喉半径小，弯曲度大，因此毛细管排驱压力动水饱和度越高【。大，储层的排驱压力与孔喉半径关系密切，平均孔喉半压汞分析资料表明，储层砂岩平均孔喉半径主要径越小，储层的排驱压力越大(图1)。排驱压力大，说在0．02～5．6m之间，孔喉半径均值主要在0．05～明成藏过程中岩石滞留地层水的能力强，毛细管中的5IIl之间，且小于最小流动孔喉半径0．63m的微地层水被驱替不充分而遗留在微小的孔喉中，导致不小孔隙占50％左右，部分样品甚至达到100％；孔喉分，／／中国石油勘探2009年第4期30一—— 学兔兔www.xuetutu.com选系数主要在2～4．5之间，为分选差一极差；排驱压2．3高矿化度地层水增强7储层的离子导电性使油力主要在2～10MPa之间。可见，储层中微孔隙十分发层电阻率降低育，孔隙结构较差，为高束缚水导电网络的形成提供了有利条件。储层流体中的导电性主要取决于孔隙中的束缚水饱和度和地层水矿化度。在束缚水饱和度相同的情况2．2黏±的附加导电性弓l起的低阻下，地层水矿化度增加，离子浓度增大，其导电性则黏土矿物的基本结构单元是硅氧四面体和铝(镁)增强。高矿化度地层水形成高导电网络，使储层电阻率八面体，硅氧四面体是由一个Si等距离地配上4个比变低。随着地层水矿化度的增大，电阻率逐渐降低，呈它大得多的0一构成的。八面体是由两层OH一或O紧明显的负相关关系(图2)，可见高矿化度地层水是导密堆叠而成，Al或Mgz等阳离子位于其中，呈八面体致油层电阻率降低的重要原因之一。配位。按照四面体和八面体的配合比例，可以把黏土矿物的基本结构层分为1：1层型(如高岭石)和2：1层型(如蒙脱石、伊利石)两个基本类型。硅氧四面体中的Si被Al替代，或铝氧八面体中的Al被Fe或Mg目●等替代，均可产生过剩负电荷。黏土矿物的附加导电性a主要就是由于品格中这种离子替代产生的构造电荷引丹蛊起的。蒙脱石的构造负电荷来源于铝氧八面体片中的Al被Fe或Mg等离子替代；伊利石的构造负电荷来源于硅氧四面体中的Si被Al替代l41；而高岭石没有构造电荷。由于蒙脱石、伊／蒙混层、伊利石等黏土矿物通常总矿化度(mg／L)带有这种不饱和的构造负电荷，根据电中性原理，必然图2红岗地区青二+青三段地层水总矿化度与会有等量的阳离子吸附在黏土矿物表面上以达到电性储层电阻率关系图Fig．2Correlationofthetotalsalinityofformation平衡。吸附在黏土矿物表面的阳离子可以和层间游离waterandthereservoirresistivityofthesecondand态的阳离子发生交换作用，即阳离子交换吸附作用[5】。thirdmembersofQingshankouFormation(On)in不同种类的黏土矿物的阳离子交换吸附容量CEC有很Honggangarea大差异(表2)I1，层间游离态的阳离子在黏土矿物表面相继交换吸附形成电流，从而组成了一个很好的离子2。4非均质储层复杂的孔隙系统造成电阻率降低导电网络，导致整个砂岩层电阻率降低。对于非均质储层，例如粒间孔隙一裂缝双重孔隙表2主要黏土矿物的阳离子吸附交换容量系统、微孔隙一大孔隙分布不均的双组孔隙系统，以及Table2Thecation-adsorptionexchangecapacityofmain砂泥岩互层泥岩裂缝储层等。这些复杂的孔隙系统由clayminerals于钻井液侵入裂缝、大孔隙，形成钻井液滤液导电网黏土类型蒙脱石伊利石高岭石绿泥石络，或由于微孔隙造成的高束缚水等因素引起测井在CEC(mmol／100g)80～15010～403～15l0～40探测范围内平均测井电阻率降低。而裂缝与大孔隙部分则可能有高含油饱和度，从而形成高产油流。从砂岩黏土矿物相对含量统计结果来看，低电阻海23井位于海坨子油田南部，目的层顶面构造形油气层发育的地区黏土矿物以伊／蒙混层、伊利石为态为被北北西向断层切割并复杂化的鼻状构造及东倾主，占50％～90％，如红岗青二+青三段为91％，大斜坡。储层砂体为三角洲前缘相带的河Iq坝砂体，砂岩安泉四段为72％，大老爷府青一段为71％。可见以伊／发育，物性条件好，且处于大安逆断层南部终止点附蒙混层、伊利石为主要成分的黏土矿物的阳离子附加近。据区域应力场研究和裂缝预测，该区是一应力释放导电性是油气层电阻率降低的另一主要原因。带，裂缝发育，分析认为发育的裂缝对三角洲前缘砂31N042009ChinaPetroleumExplorat1。n’’I!1，、 学兔兔www.xuetutu.com体进行改造，形成砂岩一裂缝复合型油藏。海23井姚加大了油气层的识别难度。二+姚三段1440．20～1443．20m段测井解释电阻率为2．7测井原因造成的低电阻油层10Q·m，而试油日产油37．6t，日产气3．49m，经分析可知，低阻储层形成高产油气流的原因与储层的孔在工作中，发现四方坨子地区老测井资料储层电隙类型为粒间孔隙一裂缝双重孔隙系统有关。阻率偏低，而新井如方44井、方54井等的储层电阻率红岗、四方坨子等地区，由于是近源沉积，砂岩成普遍偏高，即使是同一油层相比，新老资料都存在很大分成熟度低，分选性差，加之沉积后期的成岩作用，使差别，原因可能有两点：①测井仪器不同，老资料用的孔隙结构变得更为复杂，大孔隙和微孔隙分布不均，是JD581多线型测井系列，新资料用的是3700测井系使储层电阻率变化较大。如红147井青二+青三段列；②测井曲线处理程序及参数选取不同。1277．62～1277．72m井段，孔隙度为25．1％，渗透率3低阻油气层控制因素分析为262mD，孔径大于6．35m的较大孔隙占30％，排驱压力为0．076MPa，小于最小流动孔喉半径0．63m表3列出了松辽盆地南部各地区低阻储层的各种影的微孔隙占l0％，测井解释电阻率为5．5Q·m，综合响因素。不难看出，不同地区、不同层段形成低阻储层分析认为，造成低阻的原因与微孔一大孔隙分布不均的控制因素是不完全一样的，它们分别受一种或多种的双组孔隙系统有关。因素综合控制。新北油田姚二+姚三段、姚一段、青二+青三段红岗油田：青一段、青二+青三段地层水矿化度分储层以砂泥岩互层为主，泥岩质纯、性脆，泥岩裂缝别为24191．9mg／L、26027．9mg／L，吸水性和阳离子发育，且多见裂缝含油，油层电阻率极低，一般小于吸附能力较强的伊利石、伊／蒙混层等膨胀性黏土矿物6Q·m，认为是泥岩裂缝型油气藏。例如新19-11井的相对含量分别为77％和91％。可见，高矿化度地层姚二+姚三段814．4～831．0m井段电阻率为6Q·m，水，伊利石、伊／蒙混层相对含量较高，是红岗油田青试油日产油15．35t；新197井青二+青三段1l30．6～一段、青二+青三段形成低阻油层的主要控制因素。膨1136．0m井段电阻率为5Q·m，试油日产油7．6t，因胀性黏土矿物相对含量较高(67％)是红岗油田姚二+此认为泥岩裂缝发育是该区油气层电阻率降低的主要姚三段形成低阻油层的主要控制因素。而泥质含量较原因。高(22．86％)、岩石颗粒较细是造成红岗油田嫩三段低阻储层的主要控制因素。另外，大孔隙一微孔隙分布2．g油藏高度小．油层含水饱和度高，使油层电阻率不均使储层孔隙结构复杂化是该油田普遍存在低阻油降低气层的另一个主要因素。油藏高度主要受圈闭幅度和油源两个因素的控制，英台油田：高泥质含量引起的高束缚水饱和度和四方坨子等地区具有低幅度圈闭的特征，因此必然导高地层水矿化度是该油田姚二+姚三段形成低阻油层致低含油高度的结果，加上岩性细、泥质含量高的储层的主要控制因素。特征，油藏会形成较宽的油水过渡带，甚至没有纯油四方坨子油田：测井原因、膨胀性黏土矿物含量段。试油证明这类油藏在构造高部位仍有较高的含水高、高束缚水饱和度以及油藏高度小是该油田青一段、量，油层电阻率绝对值较低，与邻近水层电阻率非常接姚二+姚三段形成低阻油层的主控因素。近。大安北油田：高泥质含量、岩石颗粒偏细引起了高束缚水饱和度，以及高地层水矿化度、高含膨胀性黏土2．6N层水矿化度低，水层电阻率抬高．导致油层电矿物是该油田姚一段形成低阻油层的主控因素。而高阻增大率相应降低地层水矿化度是该油田嫩三段形成低阻的主控因素。地层水矿化度的高低，是储层电阻率高低的主要大安油田：高束缚水饱和度以及高含膨胀性黏土影响因素，新民、新庙地区泉四段地层水矿化度低，一矿物是该油田泉三段、嫩三段及嫩五段形成低阻油层般为4000～8000mg／L，在岩性、物性基本一致的前提主要控制因素。下，水层电阻率变高(自然电位异常幅度大对应高电海坨子油田：岩石颗粒较细(粒度中值平均为阻)，与油层间互出现，电阻增大率较低(甚至小于1)，0．028mm)，泥质含量较高(21．83％)，且泥质膨胀性，r中国石油勘探20。9年第4期32 学兔兔www.xuetutu.com表3松辽盆地南部中央坳陷各地区低阻储层影响因素综合表Table3ThefactorsaffectingthelowresistivityreservoirsofcentralfaultdepressionsinsouthernSongliaoBasin总矿化度粒度中值束缚水饱和度(％)黏土矿物相对含量(％)泥质含量地区层位(mg／L)(rrlm)平均值范围蒙脱石伊／蒙混层伊利石(％)青一段24191．900．04O．280．1l71～0．727l1．066．014．57青二+青三段26027．900．050．28O．1l5～0．627924．067．014．45红岗嫩三段9372．9O0．040．170．0792～0．38l322．86姚二+姚三段0．1O0．150．0824～0．2436l2．055．0l1．19英台姚二+姚三段l5688．400．090．330．139～0．73527．043．020．86大老爷府青一段14641．800．020．530．2286～O．82ll2．059．023．11青一段0．O3O．550．2345～0．768l3．059．0四方坨子青二+青三段l0142．800．O3O．390．2742～0．5638l6．068．016．9l姚二+姚三段8859．0O0．07O．210．0583～0．46l722．O30．013．54海坨子姚二+姚三段14906．000．03O．61O．6100l5．059．021．82嫩三段l0884．20O．070．220．0768～0．590426．019．0大安北姚一段16279．800．020．520．1996～0．857425．049．0l9．97嫩五段5337．3O0．020．410．3991～0．4144169．012．0大安泉三段55ll馏O0．050．540．3565～0．795221．O58．0l7．57新北姚一段0．560．094～0．763527．017．0新民泉四段6l01．600．060．5Ol5．035．0l1．49黏土矿物相对含量较高(74％)，导致束缚水饱和度偏一般为4000～8000mg／L，导致水层电阻率增大，使油高(61％)，且具有高地层水矿化度(14906mg／L)，这层电阻增大率相应降低。些是该地区姚二+姚三段形成低阻油层的主要控制因总之，受不同沉积背景条件、不同沉积水介质环境素。另外，该区裂缝发育，构成粒间孔一裂缝双重孔隙和不同成岩后生作用等诸多因素的影响，同一个地区系统是形成低阻油层的另一主要因素。不同层段以及同一层段不同地区形成低阻油层的控制新北油田：该区中部含油组合多以砂、泥岩互层为因素是不一定相同的。主，泥质含量较高，泥岩质纯、性脆、裂缝发育，岩心参考文献观察泥岩裂缝含油。可见，泥质含量高导致高束缚水饱【1】白玉玲，陈满朝，等．低阻油气层测井解释方法研究及应和度以及泥岩裂缝发育是该区形成低阻储层的主控因用【J]．承德石油高等专科学校学报，2001，3(3)：4～5．素。【2】修立军，李国欣，欧阳健，等．松辽盆地南部低阻油层分大老爷府油田：岩石颗粒较细(粒度中值平均为布规律及勘探潜力【J]．中国石油勘探，2006，l1(5)：7～9．0．021ram)、泥质含量较高(23．1％)，且泥质中膨胀【3】中国石油勘探与生产公司．低阻油气藏测井识别评价方法性黏土矿物含量较高(71％)，导致束缚水饱和度偏高与技术【M】．北京：石油工业出版社，2006．(53．19％)，且具有较高的地层水矿化度(14641．8mg／【4]赵杏媛，张有瑜，等．粘土矿物与粘土矿物分布[M]．北京：海洋出版社，1990．L)，这些是该区青一段形成低阻油层的主要控制因【5】欧阳健，修立军，石玉江，等．测井低对比度油层饱和度素。评价与分布研究及其应用．中国石油勘探，2009，14(1)：新民、新庙油田：泉四段、泉三段地层水矿化度低，3R～52．33No．42(309ChinaPetroleumE×plorat1on’’‘