天然气成藏过程中地层水相态变化——以鄂尔多斯盆地上古生界为例

根据千米桥潜山异常高温气藏的生产特点、气井凝析水的采出机理以及采出水的矿化度特征,认为鄂尔多斯盆地上古生界气藏形成于异常高温阶段。异常高温不仅导致了甲烷的生成,还导致了部分地层水的汽化和异常高压的形成。气(汽)相流体在异常高压推动下向上部地层扩散,运移使下部地层中的压力降低,加速地层水汽化,并积聚新的压力和新一轮的运移,如此反复,逐渐将甲烷、蒸汽水及伴生的温度、压力扩散至封存箱内的每个部位,达到封存箱内的区域势平衡,从而形成盆地级的高温高压气藏。抬升剥蚀导致上古生界温度、压力下降,水蒸气的液化使气藏中的蒸汽水密度降低,甲烷气浓度降低,气柱压力降低,从而形成负压气藏。     

深盆气形成机理与成藏阶段划分——以鄂尔多斯盆地为例

上古生界煤系是鄂尔多斯盆地深盆气形成的基础,煤层在埋藏初期排出大量有机酸,有机酸溶解铝硅酸盐矿物,使岩石变松软、易于压实,以及地层水中Al3+和Si2+的有机络合物随温度升高分解形成SiO2沉淀,造成煤系砂岩的区域致密化.晚侏罗世-早白垩世,随埋深加大和构造热事件的发生,鄂尔多斯盆地上古生界煤层在由贫煤向无烟煤的演化过...     

深盆气形成机理与成藏阶段划分——以鄂尔多斯盆地为例

上古生界煤系是鄂尔多斯盆地深盆气形成的基础,煤层在埋藏初期排出大量有机酸,有机酸溶解铝硅酸盐矿物,使岩石变松软、易于压实,以及地层水中Al3+和Si2+的有机络合物随温度升高分解形成SiO2沉淀,造成煤系砂岩的区域致密化.晚侏罗世-早白垩世,随埋深加大和构造热事件的发生,鄂尔多斯盆地上古生界煤层在由贫煤向无烟煤的演化过程中,大量生成天然气并逐渐稀释、扩散和溶解汽化的地层水,形成只见气而不见水的深盆气.晚白垩世-古新世,鄂尔多斯地区的不均衡抬升剥蚀和东北高西南低大型单斜构造的形成,使二叠系煤层埋藏变浅,地温梯度降低,大量天然气散失,深盆气边界萎缩,"气舱"内水蒸气凝析成水和凝析水在重力作用下重新聚集成"酸点",并出现气水倒置、负压异常等一系列变化.     

鄂尔多斯盆地上古生界深盆气特点与成藏机理探讨

研究区盒8、山2两大成藏组合具备深盆气的形成条件及特征,其储层具有致密化程度高、含气范围内零星产水、气藏压力分割性强等特点,主要归因于陆相沉积层序和气藏的后期改造。地质分析和物理模拟实验表明,砂岩体走向上区域连通,在成藏环境下可以发生气驱水的运聚过程。以早白垩世末为界可划分出形成发育期和深盆气改造期两个阶段。在成藏过程中气藏压力经历了由超压到负压的演变过程。引起不同地区压力降低的主控因素是不同的:苏里格庙地区主要由储层溶孔体积增大引起,温度降低也有一定影响;而东部榆林、神木-米脂地区,主要由后期抬升温度降低引起。在综合分析成藏特征和过程的基础上,提出了"广覆叠置式源顶改造型深盆气"成藏模式。     

鄂尔多斯盆地上古生界深盆气成藏模式

文章通过对鄂尔多斯盆地上古生界致密砂岩储层的分布特征、物性特征以及天然气成藏条件等进行分析，提出了鄂尔多斯盆地上古生界深盆气成藏的新模式，认为其成藏过程是天然气在垂向上向上排驱地层水并就近聚集，而不是长距离侧向运移的结果；鄂尔多斯盆地上古生界的气水分布从严格的意义上讲并不属于气水倒置的范畴，而是大量各自独立的致密砂岩天然气藏在平面上投影叠合的表象。根据这些结论，不仅对鄂尔多斯盆地，而且对阿尔伯达盆地的经典深盆气藏的气水倒置分布的观点也应该重新认识。     

鄂尔多斯盆地深盆气勘探实践与问题

深盆气,就圈闭类型而言,在其主体含气范围内也属隐蔽性地层-岩性圈闭,但二者的成藏机制不同,尤其在油气水分布规律上有重大差别。深盆气显著的标志是,上倾高部位含水、低部位含气,呈现“气水倒置”的展布态势;而通常的非背斜隐蔽性油气藏,则遵循上气下水的常规分布格局。深盆气理论的积极意义在于,它突破了“避开低部位出水、在高位找气”的常规勘探思路,着力于在盆地(坳陷)深处或斜坡下倾深部位找气,从而拓宽了天然气勘探的思路和领域。最近,Ben E.Law在盆地中心气(Basin-centered gas systems)一文中对全球性深盆气作了系统论述。他列出了遍布北美、南美、欧洲、亚太、南亚、中东和非洲的72个存在和可能发育深盆气的盆地或地区。其中包括中国的鄂尔多斯、四川和准噶尔等3个盆地,而且均被列为确定性高的一类。因此,总结该盆气深盆气勘探实践与问题,对进一步开展国内深盆气的研究和勘探会有积极作用。     

鄂尔多斯盆地上古生界地层水分布与矿化度特征

鄂尔多斯盆地上古生界的地层水主要分布在盆地边缘地区,地层水具有高矿化度特征（＞40000 mg/L）。盆地下倾方向的上古生界大面积含气,少量钻井钻遇的地层水具有很低的矿化度。地层水的矿化度与有机质的成熟度关系密切,在R_o大于2.0%的区域内,“酸点”水的矿化度降低至20000 mg/L 以下;向盆地北部边缘,随热演化程度的降低,“酸点”水的矿化度逐渐升高,至深盆气的北部边界,R_o为1.25%～1.4%时,地层水的矿化度上升至40000 mg/L 左右。地层水矿化度的这种分布趋势与常规盆地完全相反。地层水矿化度的降低源自于其相态的变化：深盆气形成过程中,逐渐升高的古地温不但使地层水溶解度降低,而且在汽化后完全失去盐离子。与此同时煤层大量生气,以及天然气稀释、溶解和扩散“汽化”的水分子,使深盆气只见气而不见水。晚白垩世-古新世,自东而西的构造挤压与抬升破坏了华北盆地深盆气原型,使深盆气仅在陕北斜坡构造部位保留,榆林-子洲气田东部出现气水过渡带。     

鄂尔多斯盆地上古生界深盆气藏研究

鄂尔多斯盆地存在前缘坳陷和大型斜坡组成的深盆地结构。上古生界发育海陆交互相和陆相砂泥岩生储组合,大型三角洲体系形成了广泛发育的致密砂岩储集层。煤系地层形成了深盆气藏的主要气源岩,范围广、丰度高的煤系有机质除东北部处于低成熟外,盆地中普遍进入成熟─高成熟演化阶段。深盆气的生成─运移─聚集从三叠纪持续到晚白垩世,其后进入保存期。上古生界形成了一个几乎覆盖全区的特大型深盆气藏,地层压力以异常低压为主,气水分布明显呈现南气北水下气上水的特征,气层分布不受构造控制,预测地质储量为１． ４７ × １０１２～ １０． ５ × １０１２ｍ３。     

鄂尔多斯盆地富县探区上古生界深盆气成藏条件

富县探区位于鄂尔多斯盆地的东南部，上古生界该区处于盆地南部生烃中心，气源条件较好；区内砂岩储集层较为发育，具致密、低孔低渗的特点。初步的勘探结果表明富县地区上古生界普遍含气，且具有深盆气的基本成藏特点，是天然气勘探的有利地区。     

鄂尔多斯盆地上古生界气藏特征与成藏史研究

鄂尔多斯盆地煤系在埋藏早期因释放有机酸而使地层水呈弱酸性,含氧羧酸溶蚀铝硅酸盐生成大量孔隙而使砂岩易于压实,其后的地层升温促进Al³⁺和Si²⁺的络合物分解生成SiO₂、自生粘土和铁方解石,导致砂岩区域致密化。晚侏罗—早白垩世的构造热事件导致煤系大量生烃和地层水汽化,促使高压流体（甲烷+水蒸气）充斥整个封存箱,形成盆地级高温高压气藏。晚白垩—古新世盆地区域性抬升剥蚀导致煤系埋藏变浅,地温梯度降低,使地层中甲烷被保留而水蒸气凝析成水,高温高压气藏逐渐转化为低温负压气藏。     

水平井地质导向录井关键技术

水平井钻进过程中,录井的核心任务是利用随钻过程中获得的岩性、电性、物性及含油气性资料进行地质导向。水平井地质导向录井包括两项关键技术:一是进入目的层前的地层对比和预测技术;二是进入目的层后的地质解释与导向技术。通过对这两项技术难点的系统分析,结合应用实例,深入分析了在目的层设计深度不准确的情况下,通过录井精细对比及时修正模型、保证准确进入水平段开采目的层的技术;水平段钻遇非目的层岩性情况下(井眼偏离正确轨迹、目的层沉积相变化、钻遇断层、钻遇泥岩夹层等),可利用随钻测井资料、井区资料、地震剖面等进行精确解释,提出钻头前进方向,保证油气层钻遇率和井身质量。     

鄂尔多斯盆地上古生界气藏与深盆气藏特征对比

通过对鄂尔多斯盆地上古生界砂泥岩压实资料、孔隙演化、压力成因、气水分布、天然气运移和成藏特征等分析研究,结合前人的成果资料,对上古生界气藏与典型深盆气藏特征进行了详细对比。研究认为,如果仅从成藏基本条件和气藏某些表现形式看,上古生界气藏与深盆气藏有相似之处。但开发动态资料显示,气层连通性差,气层分属多个压力系统,并没有出现大范围的气水关系倒置现象,局部存在边底水,气水分布主要受构造部位和有利储层相带等因素控制。由成藏作用过程、成藏关键条件和成藏机理考察,上古生界气藏具就近运移、聚集、成藏特点,主要属岩性气藏或构造-岩性气藏。综合分析认为,储层连通性差、圈闭受岩性和构造控制是造成上古生界气藏有别于深盆气藏的根本原因。     

随钻测、录井结合指导水平井钻井方法及应用

为了解决水平井地层的岩性识别、及时准确着陆以及判断油层顶底等问题,根据垂直井中常规测井与水平井随钻测井所反映地层信息的差异性,分析了随钻测井曲线在不同厚度、不同岩性地层的响应特征,并通过与岩屑录井、荧光录井及气测录井等技术进行综合对比,分析归纳了指导水平井钻井的岩性及油层边界的识别方法。通过对大庆外围宋芳屯油田葡萄花油层的水平钻井应用,证实该方法起到了综合指导作用,并且能够及时准确掌握并调整井眼轨迹,提高了钻达目的层的精准度。     

鄂尔多斯盆地上古生界天然气储集层长石的溶蚀与次生孔隙的形成

鄂尔多斯盆地上古生界天然气储集层主要为二叠系山西组山2段和下石盒子组盒8段，主要孔隙类型为次生孔隙。镜下观察，次生孔隙的形成除了与沉积物源、沉积环境和搬运介质有关外，还与后期成岩阶段长石的溶蚀作用有关。根据长石溶蚀的岩石学证据，建立反应方程式对长石溶蚀进行计算，综合考虑溶蚀的温度、反应的热力学趋势、体积的减小等因素，认为钾长石溶蚀可提供较大的次生孔隙．钙长石和钠长石溶蚀效果较差。在有机酸参与下碱性长石的溶蚀作用是该区天然气储集层次生孔隙形成的主要原因。图3表2参20     

鄂尔多斯盆地东部上古生界不同含气组合天然气地球化学特征

通过对鄂尔多斯盆地东部上古生界110个天然气样品组分及碳同位素的分析,认为下部含气组合本溪组、太原组及山西组气藏以干气为主,具有甲烷含量高、重烃低、干燥系数大、非烃略高的特点;中部含气组合盒8气藏以湿气为主,干气为辅,干燥系数具有2个主峰(0.93～0.94,0.98～0.99),重烃含量较高,非烃含量低;上部含气组合千5气藏天然气甲烷含量最高,重烃含量略低,干燥系数为0.96～0.99,非烃含量最低。不同含气组合中甲烷碳同位素值比较重,乙烷、丙烷碳同位素具有典型的煤成气的特点。烃源岩干酪根碳同位素、烃源岩及盖层中脱附烃组分均表明,气源岩具有典型的煤系烃源岩的特征,不同含气组合中的天然气来自下伏煤系气源岩。      

鄂尔多斯盆地彭阳地区长3储集层气测录井解释评价方法研究与应用

鄂尔多斯盆地彭阳地区三叠系长3储集层是长庆油田高产层之一,具有储集层埋深较浅、连续性差、非均质性强、油藏类型复杂、流体性质识别困难等特点.在收集整理录井、试油等大量资料的基础上,研究各项气测录井参数与测试结论的相关性,深入分析参数响应特征,优选敏感参数,重新建立了适用于彭阳地区长3储集层的全烃Tg值法、气测组分特征法、...     

基底断裂“隐性活动”对鄂尔多斯盆地上古生界天然气成藏的作用

鄂尔多斯盆地北东向基底断裂中、新生代“隐性”活动对上古生界天然气富集高产和成藏有明显控制作用。采用渗透率异常频率分析方法，预测了盆地中东部地区上古生界裂缝的分布，并建立了裂缝发育与基底断裂之间的成因关系，指出基底断裂后期活动不仅对盆地上古生界致密储集层的裂缝发育有控制作用，而且对天然气成藏有促进作用。应该重视盆地北东向基底断裂发育区次生天然气藏的勘探。图7参23