蘇里格氣田天然氣勘探現(xiàn)狀與展望

蘇里格氣田天然氣勘探現(xiàn)狀與展望

鄂爾多斯盆地位于中國中部，橫跨陜、甘、寧、蒙、津五個(gè)省。這是中國大陸上第二個(gè)沉積物盆地，占25.14km/2。盆地南部的中生部分豐富了石油，中部和南部的老生動(dòng)區(qū)豐富了天然氣。對(duì)盆地的天然氣勘探始于20世紀(jì)50年代,當(dāng)時(shí)勘探的目標(biāo)主要是盆地周邊的構(gòu)造氣藏。進(jìn)入80年代,在油氣勘探新理論指導(dǎo)下,尤其是勘探新技術(shù)的推廣應(yīng)用,以盆地中部為主要戰(zhàn)場(chǎng)的巖性油氣藏勘探取得了重大突破,陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了米脂、靖邊、烏審旗、榆林和蘇里格氣田。蘇里格氣田從1999年發(fā)現(xiàn)到2001年短短的3年時(shí)間,探明為一大型的巖性氣藏。蘇里格氣田地處內(nèi)蒙古自治區(qū)伊克昭盟境內(nèi),勘探范圍約2×104km2,地質(zhì)構(gòu)造隸屬于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡西部,是發(fā)育于上古生界碎屑巖系中的大型砂巖巖性圈閉氣藏。上古生界自下而上可劃分為石炭系本溪組、二疊系太原組、山西組、下石盒子組、上石盒子組和石千峰組,其中,上、下石盒子組自上而下可劃分為盒1至8盒的8個(gè)含氣層段;山西組則可劃分為山1、山2這2個(gè)層段。蘇里格氣田主力含氣層段為二疊系下石盒子組盒8段和山西組山1段河流相?三角洲砂巖儲(chǔ)層。1里格氣田及古生界鄂爾多斯盆地為一大型多旋回克拉通盆地,在太古代?早元古代形成的基底之上,經(jīng)歷了中晚元古代坳拉谷、早古生代淺海臺(tái)地、晚古生代近海平原、中生代內(nèi)陸湖盆和新生代周邊斷陷五大沉積演化階段。根據(jù)今構(gòu)造發(fā)育特征,可將其劃分為伊盟隆起、西緣掩沖帶、天環(huán)坳陷、伊陜斜坡、晉西撓摺帶、渭北隆起6個(gè)構(gòu)造單元(圖1)。盆地總體構(gòu)造形態(tài)表現(xiàn)為邊部構(gòu)造發(fā)育,內(nèi)部為一地層傾角不足1°的西傾大單斜。蘇里格氣田處在伊陜斜坡的北部中段,為寬緩西傾的單斜,平均坡降為3～5m/km。在早古生代,鄂爾多斯盆地屬華北地臺(tái)的西域,主要沉積一套陸表海環(huán)境下的碳酸鹽巖;其后,受加里東構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響,早奧陶世末盆地抬升,從而經(jīng)歷了長(zhǎng)達(dá)1.4×108a的沉積間斷,形成了奧陶系風(fēng)化殼。目前發(fā)現(xiàn)的靖邊大氣田即發(fā)育于奧陶系風(fēng)化殼之中。自晚石炭世開始,盆地再度下沉,華北海和祁連海分別從東西兩側(cè)進(jìn)入,晚石炭世本溪期盆地不同的地區(qū)分別發(fā)育三角洲、潮坪、瀉湖、障壁島、陸棚沉積體系,早二疊世太原期則發(fā)育曲流河三角洲、陸表海沉積體系,早二疊世山西期為近海湖泊—網(wǎng)狀河三角洲沉積體系;本溪期、太原期海相沉積的碳酸鹽巖和濱海平原的煤系地層以及山西期的三角洲沼澤相煤系地層構(gòu)成了盆地上古生界的烴源巖;而同期發(fā)育的三角洲平原河道、三角洲前緣河口砂壩、海相濱岸砂壩、潮道砂體構(gòu)成良好儲(chǔ)集巖體。中二疊世—晚二疊世發(fā)育內(nèi)陸湖泊—三角洲沉積體系,大面積分布沖積扇、辮狀河、網(wǎng)狀河以及三角洲平原河道、三角洲前緣砂體,形成了盆地最重要的儲(chǔ)集巖系。晚二疊世早期廣泛沉積的上石盒子組河漫湖相泥巖形成了盆地上古生界氣藏的區(qū)域蓋層(圖2)。隨著盆地中生代和新生代地層的不斷沉積,上古生界烴源巖日趨成熟并生成大量烴類氣體,通過運(yùn)移,最終聚集在由上述儲(chǔ)集巖體所構(gòu)成的巖性圈閉中。2盆地內(nèi)水源巖分布上古生界氣源巖主要為二疊系太原組和山西組所沉積的海陸交互相的含煤層系,包括暗色泥巖和煤層。有機(jī)質(zhì)豐度較高,有機(jī)質(zhì)類型為腐植型(表1),以生氣為特征。晚古生代鄂爾多斯地區(qū)的環(huán)境發(fā)生了由海相到陸相、由潮濕到干旱的轉(zhuǎn)變。上古生界氣源巖縱向上主要發(fā)育于下部石炭系本溪組、二疊系下統(tǒng)太原組和山西組;晚古生代沉積時(shí)受盆地“工”字形構(gòu)造隆起的控制,氣源巖在平面上總體表現(xiàn)為西部最厚、中東部次之,而南部和北部相對(duì)較薄的特點(diǎn)。暗色泥巖有機(jī)質(zhì)豐度較高,有機(jī)碳平均為2.0%～3.0%。泥巖在盆地西部厚度一般為140～150m,東部厚70～140m,南部和北部為20～50m。蘇里格氣田處于東部和西部源巖厚值區(qū)的結(jié)合部,泥巖厚度為50～80m。煤層主要發(fā)育于太原組和山西組,有機(jī)碳含量為75%左右,煤層厚度一般為2～20m,在西緣西南部的銀洞子和西北部的烏達(dá)聚煤中心厚度大于25m,烏審旗—榆林以北煤層厚度也較大,普遍大于15m,在蘇里格氣田區(qū)煤層厚度為6～12m,盆地吳旗以南厚度較薄,一般為5m左右。3河流—儲(chǔ)集巖特征鄂爾多斯盆地上古生界碎屑巖主要有兩大沉積體系,即河流—三角洲沉積體系和淺海潮坪沉積體系,其中二疊系山西組和下石盒子組的河流—三角洲沉積體系形成了目前上古生界的主力儲(chǔ)集層,并在盆地分布有6大河流—三角洲砂巖主體發(fā)育區(qū)(圖3)。特別是盆地北部由東向西近南北向展布的4條河流—三角洲主砂區(qū)控制了大氣田的展布。蘇里格氣田發(fā)育于伊陜斜坡西部的杭錦旗三角洲砂體發(fā)育區(qū)。由于北部物源的充足供給,河道的頻繁擺動(dòng),砂體縱橫疊置,從而在該區(qū)堆積了巨厚、顆粒相對(duì)較粗的、多條河道砂體帶。3.1粉砂沉積和微相類型蘇里格氣田主要儲(chǔ)層為下石盒子組底部的盒8砂體和山西組上部的山1砂體。盒8在本區(qū)主要為三角洲平原辮狀分流河道沉積,剖面結(jié)構(gòu)中以粗砂巖、砂礫巖及中粗砂巖為主,細(xì)砂及粉砂沉積在連續(xù)的砂質(zhì)剖面中所占份額很少。砂體厚度大,一般為10～50m;砂層多期疊置,平面展布規(guī)模大,砂體寬度為10～20km,南北可延伸200km以上;砂體微相類型主要有河道充填砂體、河床蝕余砂體堆積、辮狀河砂壩以及廢棄河道等。山1砂體總體則表現(xiàn)為曲流河的沉積特征,砂體相對(duì)較窄,一般寬度為3～5km,砂巖厚度為5～15m;砂層在層序上具明顯的下粗上細(xì)的二元結(jié)構(gòu),頂部粉細(xì)砂質(zhì)在層序中占有較大比重;山1中的砂層結(jié)構(gòu)多以單砂層為主,反映多期疊置、沖刷—充填的多砂層結(jié)構(gòu)相對(duì)少見。3.2石英及巖屑巖盒8—山1段儲(chǔ)層主要為石英砂巖,石英含量較高,其次為巖屑,僅局部層段偶見少量長(zhǎng)石顆粒。盒8段石英含量最高,一般為80%～90%,巖屑含量為8%～12%,主要為變質(zhì)巖巖屑和少量火成巖巖屑。砂巖多以中粗粒、粗粒結(jié)構(gòu)為主;分選好到次棱狀,為再生式—孔隙式膠結(jié)。山1段石英含量為65%～90%,巖屑含量相對(duì)較高,局部可達(dá)30%以上。主要為火成巖巖屑和中淺變質(zhì)巖巖屑;以中—粗粒結(jié)構(gòu)為主,分選中等—次圓,為孔隙式膠結(jié)。3.3儲(chǔ)層結(jié)構(gòu)及儲(chǔ)集空間的控制因素分析蘇里格氣田主力儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間以孔隙為主,裂縫只占儲(chǔ)集空間的極少部分。對(duì)巖心樣品的孔隙度與滲透率相關(guān)性分析表明,蘇里格廟地區(qū)無論盒8還是山1段儲(chǔ)層,其滲透率均與孔隙度呈明顯的正相關(guān)關(guān)系,說明滲透率的變化主要受孔隙發(fā)育程度的控制,顯示出孔隙型儲(chǔ)層的特征,同時(shí)大量的現(xiàn)場(chǎng)巖心觀察及鑄體薄片分析均末發(fā)現(xiàn)以裂縫為主的儲(chǔ)集層段。在孔隙構(gòu)成中次生溶孔占主要地位。鑄體薄片分析表明,本區(qū)主要儲(chǔ)集層段(盒8、山1儲(chǔ)層)的儲(chǔ)集空間均以次生溶孔為主,原生孔隙在孔隙構(gòu)成中居于次要地位。原生孔隙主要指殘余粒間孔和雜基內(nèi)微孔;次生孔隙主要為次生溶孔、膠結(jié)物晶間孔。次生溶孔又可按被溶組構(gòu)類型進(jìn)一步分為巖屑溶孔、長(zhǎng)石(及角閃石等)單礦物顆粒溶孔、雜基溶孔及膠結(jié)物溶孔等,巖石中偶見少量成巖收縮縫和構(gòu)造微裂縫,從而進(jìn)一步溝通巖石孔隙。3.4儲(chǔ)層及儲(chǔ)層中石英含量的變化蘇里格地區(qū)主力儲(chǔ)層盒8具有較高的孔隙度和滲透率,并表現(xiàn)了較高的產(chǎn)能。其單層平均滲透率一般在(0.5～2)×10-3μm2,最高達(dá)到62.74×10-3μm2;單層平均孔隙度一般為12%～15%,最高達(dá)到21.2%,是盆地迄今為止發(fā)現(xiàn)的上古生界儲(chǔ)層最好的地區(qū)之一。山1段儲(chǔ)層物性在該區(qū)相對(duì)較差,單層平均滲透率一般在(0.3～0.6)×10-3μm2,平均孔隙度為7%～10%。盒8孔隙度、滲透率較高的形成原因,一是石英含量高;二是次生溶孔非常發(fā)育?，F(xiàn)有勘探資料表明,盆地上古生界砂巖儲(chǔ)層中普遍含氣,但以蘇里格氣田為代表的較高孔隙度、滲透率的儲(chǔ)集區(qū)主要發(fā)育了一套高石英含量的砂巖儲(chǔ)集體。這說明蘇里格地區(qū)的沉積砂巖曾經(jīng)歷了較強(qiáng)的成巖壓實(shí)作用,巖石組構(gòu)的差異決定了高滲層的發(fā)育程度。上古生界砂體大多都含有一定量泥板巖等軟巖屑組分及陸源雜基,降低了其抗壓實(shí)能力,從而造成孔隙度及滲透率較低的特征。蘇里格氣田區(qū)由于緊鄰以石英為主的西部物源區(qū),地理位置獨(dú)特,盒8儲(chǔ)層中石英含量較高,其粒度較粗,分選較好,抗壓實(shí)能力強(qiáng),因而保存了較高的原始粒間孔。對(duì)孔隙成因的微觀分析顯示,該區(qū)上古生界砂巖儲(chǔ)層中的各類次生溶孔與同期的火山供給物質(zhì)密切有關(guān)。這主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面:一是同期的火山作用為正常河流沉積的砂質(zhì)沉積物提供了化學(xué)性質(zhì)不太穩(wěn)定的骨架顆粒;二是同期火山作用形成的火山灰物質(zhì)在大氣中降落或?yàn)榱魉徇\(yùn)成為砂質(zhì)沉積物的雜基組構(gòu)。由于這種火山成因的碎屑物質(zhì)經(jīng)歷風(fēng)化作用時(shí)間較短(未經(jīng)歷緩慢的剝露風(fēng)化過程),其風(fēng)化程度較淺,化學(xué)性質(zhì)很不穩(wěn)定,因而很容易成為后期埋藏溶蝕的對(duì)象。因此,蘇里格地區(qū)高石英含量增強(qiáng)了顆粒抗壓實(shí)能力,使原生粒間孔得以保存;而原始孔隙的保存,又有利于后期火山物質(zhì)的溶蝕,因而在本區(qū)形成了孔隙度及滲透率均較高的儲(chǔ)集體。4晚侏羅世—天然氣的生成與運(yùn)移盆地分析和模擬研究結(jié)果表明,鄂爾多斯盆地上古生界的沉積構(gòu)造演化過程可被劃分為5個(gè)階段(圖4):第一階段為中石炭世至早三疊世的穩(wěn)定沉降階段;第二階段是中三疊世—三疊紀(jì)末期地臺(tái)構(gòu)造活動(dòng)開始增強(qiáng)和快速沉降階段;第三階段是早侏羅世末至中侏羅世末波動(dòng)沉降階段;第四階段為晚侏羅世—早白堊世地臺(tái)構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈的不穩(wěn)定沉降階段;第五階段為早白堊世末至第四紀(jì)的構(gòu)造抬升階段。熱史研究表明,從石炭紀(jì)開始沉積到三疊紀(jì)的快速埋藏,盆地表現(xiàn)為穩(wěn)定的地?zé)釥顟B(tài);在早—中侏羅世的波動(dòng)沉降階段,孕育著地臺(tái)開始活動(dòng),盆地處于向高溫場(chǎng)轉(zhuǎn)化的過渡地溫場(chǎng);在晚侏羅世—早白堊世的地臺(tái)構(gòu)造強(qiáng)烈活動(dòng)的不穩(wěn)定沉降階段,由于盆地周邊有強(qiáng)烈的構(gòu)造活動(dòng),造成盆地進(jìn)入構(gòu)造熱事件作用下的異常高地溫場(chǎng)狀態(tài)。早白堊世后,在構(gòu)造作用下,盆地整體抬升,逐漸冷卻并恢復(fù)到現(xiàn)今正常地溫場(chǎng)。盆地廣覆式分布的煤系烴源巖,在三疊紀(jì)快速埋藏的正常古地溫作用下,開始進(jìn)入生烴門限,并有少量烴類排出;在晚侏羅世到早白堊世,基于熱事件的影響,上古生界有機(jī)質(zhì)進(jìn)入成熟—高成熟階段,從而使盆地達(dá)到主要生排烴期。盆地模擬計(jì)算表明,盆地現(xiàn)今總生氣強(qiáng)度普遍高于12×108m3/km2,西部和東部地區(qū)最高可達(dá)28×108m3/km2(圖5)。蘇里格氣田區(qū)處于東西結(jié)合部,生氣強(qiáng)度達(dá)到(16～24)×108m3/km2。在大面積廣覆式的生排氣背景下,由于盆地內(nèi)部構(gòu)造寬緩,構(gòu)造圈閉不發(fā)育,上古生界以巖性圈閉為主,天然氣基本表現(xiàn)為就近運(yùn)移聚集的特征。烴源巖熱演化程度與氣藏油氣相態(tài)密切相關(guān)的特征支持了這一觀點(diǎn)。盆地西緣和北部伊盟地區(qū)鏡質(zhì)體反射率約為0.7%～1.3%,在所發(fā)現(xiàn)的氣藏中凝析油含量較高;盆地南部演化程度較高,而氣藏中凝析油含量非常低。蘇里格氣田區(qū)本身生氣強(qiáng)度較高(圖5),原地氣源充足。同時(shí)在天然氣生成和排出高峰期,蘇里格氣田區(qū)處于天然氣運(yùn)移的流體勢(shì)平緩低值區(qū),這也有利于周邊氣源的進(jìn)一步補(bǔ)給。5氣藏成巖作用及氣藏來源分析蘇里格氣田區(qū)處在盆地伊陜斜坡西部寬緩西傾的單斜構(gòu)造上,整體表現(xiàn)為東高西低、北高南低的特征;局部構(gòu)造不發(fā)育,對(duì)本區(qū)天然氣的聚集成藏不起決定性控制作用。主要烴源巖本溪組—山西組煤系位于上古生界底部;山西組和下石盒子組作為主要儲(chǔ)層段,位于上古生界的中部;上石盒子組的湖相泥質(zhì)巖廣泛發(fā)育,為良好的區(qū)域蓋層,處于上古生界的頂部,縱向上構(gòu)成了理想的生、儲(chǔ)、蓋組合(圖2)。區(qū)域上近南北展布的帶狀砂巖體和側(cè)向(上傾方向)的分流間灣、支間洼地、河漫相泥巖以及致密砂巖的遮擋,在盆地內(nèi)構(gòu)成了大型巖性圈閉體系(圖6)。鄂爾多斯盆地上古生界有機(jī)質(zhì)在晚侏羅世—早白堊世進(jìn)入生氣高峰,上古生界的儲(chǔ)層在石炭—二疊紀(jì)沉積。隨著成巖作用中的機(jī)械壓實(shí)、膠結(jié)等破壞作用和溶解、微裂縫等建設(shè)性作用的綜合作用,儲(chǔ)層基本定型于侏羅紀(jì)。對(duì)蓋層評(píng)價(jià)表明,上古生界泥質(zhì)巖類在埋藏深度超過1900m時(shí),其滲透率為0.01×10-3μm2,飽和水突破壓力達(dá)到10MPa,即形成很強(qiáng)的封蓋。從盆地分析中可知,盆地內(nèi)不同地區(qū)的上石盒子組埋深在早—中侏羅世已達(dá)到2000m,因此蓋層形成于侏羅紀(jì)。由此可見,對(duì)于上古生界巖性圈閉氣藏,各種成巖作用結(jié)果使儲(chǔ)層、蓋層在侏羅紀(jì)成型,同時(shí)形成巖性圈閉;配合晚侏羅世—早白堊世的生排烴高峰,盆地內(nèi)天然氣藏的各成藏要素配置良好。蘇里格氣藏分布主要受控于盆地中部大面積巖性圈閉,主力含氣層系在該區(qū)發(fā)育兩條大型的近南北向展布的三角洲辮狀河道復(fù)合砂體,在砂體東側(cè)上傾方向,由于分流間灣形成的泥質(zhì)巖作為側(cè)向遮擋,砂體向南延伸至湖區(qū)而變薄尖滅;砂體向北,由于靠近物源區(qū),沉積混雜,成巖作用強(qiáng)烈而形成致密巖性遮擋。利用高分辨率二維地震,通過鉆井標(biāo)定,并借助STRATA、JASON、ISIS等地震反演技術(shù),可識(shí)別目的層的砂巖厚度。尤其是盒8砂巖,其頂部和下部多發(fā)育了一套河漫相泥質(zhì)巖類,可與其形成相對(duì)較強(qiáng)的地震反射。通過地震反演預(yù)測(cè),結(jié)合近三年的探井資料和綜合研究,目前已基本明確了蘇里格大氣田的輪廓,主力氣層在平面上顯示為近南北向的條帶狀氣藏。氣藏內(nèi)部因受儲(chǔ)集體發(fā)育程度的影響,其氣層厚度在平面上有一定變化,但整個(gè)含氣層分布穩(wěn)定,而相對(duì)高滲透率、高含氣量的富集帶在平面上呈串珠狀分布。蘇里格氣田主力氣層盒8的含氣面積為3500km2,厚度5～20m;氣層孔隙度一般為7%～15%,最高達(dá)21.84%,含氣飽和度為65%。氣藏埋深3200～3400m,壓力系數(shù)較低,一般為0.83～0.86;氣藏溫度為379K。氣藏內(nèi)基本無可動(dòng)水,迄今為止,探區(qū)內(nèi)未見地層水產(chǎn)出,為一大型彈性驅(qū)動(dòng)的層狀巖性氣藏。氣體組分甲烷含量為89%,全烴(C5+)含量為98.1%,不含H2S。山西組山1含氣面積為2430km2,氣層厚度平均為5.2m,平均孔隙度6.3%,壓力