濟陽坳陷車鎮(zhèn)凹陷套爾河洼陷異常高壓演化與油氣運移聚集

濟陽坳陷車鎮(zhèn)凹陷套爾河洼陷異常高壓演化與油氣運移聚集

現(xiàn)代成烴理論表明，異常高壓是對有機物成烴發(fā)育的重要影響因素，尤其是強超壓的影響。環(huán)境異常高壓對儲層的影響也逐漸受到地質研究者的關注。超壓背景地質單元內(nèi),地層流體(包括油、氣、水)的驅動力、流動樣式也與異常高壓的發(fā)育具有密切的聯(lián)系。因此研究地層壓力的演化與有機質成烴演化、烴類運移、聚集密切相關。但是,傳統(tǒng)研究手段是通過將今論古的思想對地史時期地層壓力演化等各種“場”進行簡單模型的定性描述,缺乏定量或半定量的概念,因此其研究結果往往與實際地質演化過程相距甚遠。利用古地層壓力恢復方法可以準確確定不同地史時期古地層壓力值,通過在時間軸的變化曲線來確定古地層壓力的演化規(guī)律,結合有機質熱演化的階段性,確定地層壓力演化不同階段地層流體的流動樣式以及聚集模式。1地質概況1.1油氣藏分布及井壓預測車鎮(zhèn)凹陷為渤海灣盆地濟陽坳陷北部的一個次級凹陷,是一北斷南超、近東西向延伸“S”型狹長分布的箕狀陸相斷陷盆地(圖1)。整個車鎮(zhèn)凹陷是在中-古生界地層之上發(fā)育的一套新生界沉積單元,洼陷中心古近系沙河街組地層埋深厚達3000m,是個有利的生油中心。套爾河洼陷位于車鎮(zhèn)凹陷的中段,勘探面積約450km2,自2005年底發(fā)現(xiàn)沙(河街組)三段下亞段含油層系以來,已鉆井7口,分別位于洼陷北部陡坡帶、洼陷中心帶以及南部的斜坡帶,試油結果顯示沙河街組下段具有油氣顯示,其中6口井發(fā)現(xiàn)不同規(guī)模工業(yè)性油氣藏,其中以洼陷沉積中心車66井為代表,初產(chǎn)196t/d,具有很好的勘探前景,但相同層位的北部陡坡帶車661井卻顯示為干井,表明油氣藏分布的強非均質性。另外,顯示良好的6口探井在沙三段中、下亞段至沙四段上亞段均出現(xiàn)異常高壓,且與含油砂體一致。因此從古壓力場演化角度來研究車鎮(zhèn)凹陷的成藏動力學就顯得尤為重要。1.2地層壓力特征通常異常高壓層段內(nèi)含油層系具有不同規(guī)模油氣藏,但受超壓結構的影響,不同壓力結構,如超壓頂界面特征、超壓幅度、超壓系統(tǒng)的劃分等不同,含油幅度或含油高度也存在巨大的差異。套爾河洼陷車66塊地層壓力特征如圖2所示。鉆井泥漿密度顯示沙三段下亞段3800m左右出現(xiàn)明顯增幅,壓力系數(shù)最高可達1.86,聲波時差計算曲線表明地層壓力在3800m附近出現(xiàn)異常(圖2),4300m左右達最大,地層壓力達68.0MPa,測井試油結果顯示4231.1～4253.8m層段測得地層壓力高達71.83MPa,壓力系數(shù)達1.7,為強超壓層段。另外從圖2可以看出,異常高壓與沙三段下亞段沉積厚層油頁巖有關,主要壓力積累出現(xiàn)在沙三段下亞段油頁巖內(nèi)部。1.3壓力結構的劃分套爾河洼陷及其周緣的地區(qū)地層壓力在垂向上具有明顯的規(guī)律性特征,在深度剖面上,依據(jù)壓力系數(shù)分類可以劃分為上部靜水壓力系統(tǒng)、中部超壓系統(tǒng)(中部強超壓系統(tǒng))以及底部的常壓系統(tǒng)。且不同構造部位其超壓分布特征存在差異。根據(jù)單井試油實測地層壓力資料以及聲波時差曲線計算的地層壓力分布,以車鎮(zhèn)凹陷車66塊為例,對車鎮(zhèn)凹陷二維剖面論述地層壓力結構特征(圖3)。圖3A為近車鎮(zhèn)凹陷軸向的二維壓力結構剖面。從圖上可以看出,車66塊地區(qū)地層壓力在垂向分布特征類似一維單井壓力結構,但是對于箱式結構的超壓體系內(nèi),地層壓力還可以劃分3個環(huán)狀壓力體系,即外環(huán)的常壓系統(tǒng)(PC<1.10)、中環(huán)的異常高壓系統(tǒng)(1.10<PC<1.73)與內(nèi)環(huán)的強超壓系統(tǒng)(PC>1.73)。1)外環(huán)常壓系統(tǒng)(PC<1.10)。由剖面上看,正常壓力系統(tǒng)分布在沙三中段下段的洪泛面之上,包括沙三段中、上亞段到第四系地層。套爾河洼陷常壓系統(tǒng)內(nèi)地層沒發(fā)現(xiàn)含油氣層系,在凹陷邊緣構造突起部位,由于存在溝通深部超壓層系的斷裂疏導系統(tǒng),局部地區(qū)在沙二段發(fā)現(xiàn)含油氣層系。2)中環(huán)異常高壓系統(tǒng)(1.10<PC<1.73)。按照超壓幅度的不同,不同區(qū)域存在不同程度的異常高壓,洼陷內(nèi)普遍存在較高幅度的異常高壓,如車660井在沙三段中、下亞段存在壓力系數(shù)1.68的異常高壓,而在車西以及車古20塊地區(qū),中環(huán)異常高壓幅度則明顯較低,壓力系數(shù)在1.1～1.5之間。3)內(nèi)環(huán)強超壓系統(tǒng)(PC>1.73)。主要發(fā)育沙三段底以及沙四頂段。試油資料顯示,在車660井的沙三段底附近測得壓力系數(shù)1.72的強超壓。圖3B為套爾河洼陷過沉積中心南北向二維剖面地層壓力結構。從圖上可以看出,地層壓力結構也存在垂向上的壓力結構劃分,且縱向上也可以根據(jù)地層壓力值的大小劃分環(huán)狀壓力結構特征。胡濟世、解習農(nóng)以及陳中紅等曾對濟陽坳陷的東營凹陷地層壓力封存箱進行過論述。結合前人對封存箱研究成果與認識,認為車鎮(zhèn)凹陷地層壓力存在類似超壓封存箱型的特征,但是從一維以及二維剖面上來看,又區(qū)別于東營凹陷,車鎮(zhèn)凹陷各個洼陷形成于生烴層段的超壓封存箱在整體上未能形成統(tǒng)一的壓力結構系統(tǒng),而是各個次級洼陷獨立形成小型的封存箱,各個封存箱之間的壓力結構特征相差甚遠。而明確這一點,對于超壓環(huán)境油氣的生成、油氣成藏的規(guī)律以及成藏模式研究對車鎮(zhèn)凹陷不同次級洼陷的油氣勘探具有十分重要的意義。2早期構造模擬古地層壓力恢復技術是今年來發(fā)展的一項定量研究技術,對于成藏動力學的階段性定量研究提供了量化依據(jù)。目前這一方法技術主要依據(jù)同期烴類包裹體與鹽水包裹體均一溫度測試手段,在PVTsims軟件平臺實現(xiàn)恢復不同歷史時期古地層壓力,通過時間尺度來反映地史時期地層壓力的演化特征及其規(guī)律。研究其演化規(guī)律,可以更好的研究地史時期地層流體活動的差異性、階段性,從而用于指導實際的油氣勘探和預測。根據(jù)同期油包裹體與鹽水包裹體組成的“數(shù)據(jù)對”,測試出不同地史時期古地層壓力數(shù)據(jù),套爾河洼陷古地層壓力在時間軸上呈現(xiàn)非線性變化(圖4)。從整體演化特征來看,地史時期古地層壓力出現(xiàn)2個峰值,即呈現(xiàn)為雙峰型或駝峰型特征,根據(jù)演化特征可劃分為2個循環(huán)4期演化(圖4)。Ⅰ期:即早期非均衡壓實超壓系統(tǒng)形成期。在沙三早期沉積時期之前,地層壓力基本正常,隨著沙三早期快速沉積作用,地層壓力出現(xiàn)較大幅度增壓,在32.5Ma左右,達到第一個峰值,此時地層壓力系數(shù)可高達2.16。對應時期的沉積層段為區(qū)域沉積的沙一段厚層泥巖,說明早期由于快速沉積作用積累的地層壓力在區(qū)域蓋層作用逐漸增大的趨勢,值得說明的是,在這一時期內(nèi),沙三下亞段2套暗色泥巖還未進入生烴演化成熟期;Ⅱ期:早期壓力釋放和生烴作用為輔共同作用期。32.5Ma之后,由于各種地質作用或構造活動作用下的自然泄漏,例如東營期區(qū)域地殼抬升造成的地層剝蝕,致使地層壓力迅速減小,在22Ma左右地層壓力達最低,此時地層壓力系數(shù)在1.2～1.4之間,甚至更低,屬于常壓-弱超壓系統(tǒng);同時,沙三段下亞段2套暗色泥巖在這一時期開始逐漸成熟,生烴作用開始對地層壓力產(chǎn)生貢獻。Ⅲ期:晚期成烴作用超壓積累期。進入館陶期特別是館陶末期,由于沙三段下亞段烴源巖進入成烴演化階段,這一時間,由于生烴作用,地層壓力又逐漸增大,在11.0～10.5Ma左右,古地層壓力達到第二個峰值,此時地層壓力系數(shù)可高達2.08。這一時期,由于地層壓力大于破裂壓力,微裂縫又開始形成,同時由于進入中-高成熟階段,大量成烴演化過程生成的有機酸是對沙三段下亞段砂礫巖層次生孔隙產(chǎn)生另一重要因素。Ⅳ期:晚期超壓系統(tǒng)調整期。在缺乏理想封閉層密閉作用下,在多種因素作用下的生壓過程與自然條件下的卸壓過程相互作用下,地層壓力逐漸減小,并最終形成目前車鎮(zhèn)凹陷壓力場特征(圖4)。3異常高壓環(huán)境超壓與油氣成藏過程油氣聚集成藏是指有機質成烴演化形成的烴類在各種動力作用下通過初次運移、二次運移乃至多次運移過程在合適儲集空間保存形成的油氣規(guī)模。而異常高壓作為地層流體流動的一種動力,其形成時間、作用期限以及幅度決定了異常高壓環(huán)境超壓與油氣成藏過程的階段性特征。依據(jù)古地層壓力恢復測試成果,套爾河洼陷沙三段下亞段欠壓實增壓為早期超壓,后期生烴演化階段成烴增壓屬于晚期超壓。晚期形成的烴類在早期形成的超壓環(huán)境下,油氣由于異常高壓動力在早期形成的裂縫體系發(fā)生初次運氣,而后向鄰近砂體發(fā)生二次運移形成油氣藏。這一過程對應古地層壓力演化的Ⅲ期,即在晚期烴類生成過程中,壓力逐漸增大,早期存在的裂縫由于壓力再次增大達到甚至超過破裂壓力,裂縫開啟,形成油氣運移通道。晚期生成的油氣絕大部分保存在異常高壓砂體內(nèi)部,說明在封閉式的地質體內(nèi)油氣主要沿著早期超壓裂縫形成幕式油氣藏。3.1儲層孔滲條件保存圖沙三段下亞段(E2s3(下))沉積時期,由于快速沉積作用造成地層流體未能及時排出,形成地層欠壓實狀態(tài),沙三段下亞段儲層孔滲條件保存較好(圖5)。在強超壓中心,孔隙度可達18%,而在超壓封存箱頂?shù)赘浇?由于異常高壓幅度逐漸減弱,孔隙度逐漸減小趨于正常壓實狀態(tài)(圖5)。3.2超壓層段地層微裂縫發(fā)育沙三段中、下亞段沉積地層在沙一段區(qū)域沉積蓋層封閉作用下,及沙四段上亞段最大洪泛面?zhèn)认蚺c底層封閉作用下,形成沙段三中、下亞段的超壓封存箱型超壓系統(tǒng),隨著地層壓力的逐漸增加,沙三段中、下段地層壓力大于地層破裂壓力,形成超壓封存箱體系地層微裂縫,地層微裂縫的產(chǎn)狀與超壓封存箱分布一致,沿著沉積中心呈環(huán)形分布,超壓幅度最大分布層段的沙三段中、下亞段地層形成微裂縫帶。如車662井在沙三段下亞段3605.13～3734.93m發(fā)育72.77MPa的強超壓系統(tǒng),頂部發(fā)育一裂縫發(fā)育帶;車660井在沙三段下亞段的中部也發(fā)育一裂縫帶。裂縫帶的發(fā)育為地層流體的運移提供了良好的通道,也為晚期油氣的初次運移提供良好的通道。3.3裂縫型油氣藏古地層壓力測試表明,地史時期地層壓力的演化表現(xiàn)為2期幕式循環(huán)的特征(圖4)。沙三早期快速沉積作用造成的地層欠壓實異常高壓在后期區(qū)域沉積的蓋層和物理隔擋作用呈現(xiàn)箱式異常高壓體,地層壓力積累過程使得地層壓力大于地層破裂壓力,從而形成一系列的微裂縫帶,在能量釋放后地層壓力迅速減小裂縫重新封閉;晚期成烴作用下的增壓作用再次使得地層壓力大于地層破裂壓力,早期封閉的裂縫在后期超壓的積累下再次得以開啟,油氣進行初次、二次運移,并在超壓封存箱內(nèi)的砂體形成裂縫型油氣藏。現(xiàn)今油氣勘探結果也顯示,以車66井為沉積中心的套爾河洼陷沙河街組油氣藏主要表現(xiàn)為沙三段下亞段—沙四段上亞段的致密砂礫巖體裂縫型巖性油氣藏,如車66井在3755.6～3759.6m段初期日產(chǎn)0.28t,經(jīng)過壓