阿姆河右岸盐下断裂复杂化礁滩相气藏特征及勘探意义——以BP气藏为例
聂明龙1,2, 徐树宝3, 吴蕾3, 何金有2, 明海会4, 张瑞1
1.辽宁工程技术大学
2.中国地质大学(北京)能源学院
3.中国石油(土库曼斯坦)阿姆河天然气公司
4.中油国际曼格什套有限责任公司

作者简介:聂明龙,1976年生,讲师,博士;2014年毕业于中国石油勘探开发研究院,从事油气地质综合研究与教学工作。地址:(125105)辽宁省葫芦岛市龙湾南大街188号。E-mail:nieminglong@sohu.com

摘要

盐下礁滩体是阿姆河盆地东北部斜坡带阿姆河右岸地区油气勘探的主要对象。由于该区盐膏岩具有复杂的变形特征,加之构造运动形成的复杂断裂给气藏类型的识别带来了很大困扰。为正确认识这种断层与礁滩体叠置形成的复杂气藏,以BP气藏为例,通过对地震、试气、测井及天然气组分等资料和地层压力系统的综合分析,研究了该区气藏的类型及其形成模式。结果表明:①BP气藏的礁滩体被断裂切割,具有统一的气水界面和地层压力系统,是盐下礁滩相碳酸盐岩块状气藏;②盐下基底正断层在晚期构造运动中重新活动,由于断距小于背斜构造圈闭幅度,盐膏岩未能形成侧向遮挡,再加上断层多期活动形成的裂缝增强了储层的连通性,使得断层两侧对接的礁滩相碳酸盐岩储层互相连通,由此形成了被断裂所复杂化的整装背斜构造气藏;③在盐下断裂发育区,礁滩体很难单独成藏,油气藏的发育一般受构造控制,构造与礁滩体叠置区油气最为富集。所取得的成果和认识突破了过去“一礁一藏”的观点,明确了应以寻找构造气藏为主的天然气勘探思路。

关键词: 阿姆河盆地; 右岸; 礁滩体; 盐下; 断裂复杂化; 块状气藏; 构造特征; 地层压力系统; 地质成因
Features of gas reservoirs in subsalt faulted reef complex in the right bank of the Amu Darya River, Turkmenistan, and their significance in exploration: A case study of the BP gas reservoir
Nie Minglong1,2, Xu Shubao3, Wu Lei3, He Jinyou2, Ming Haihui4, Zhang Rui1
1.Liaoning Technical University, Huludao, Liaoning 125105, China
2.School of Energy Resources, China University of Geosciences, Beijing 100083, China
3.CNPC <Turkmenistan> Amu-Darya River Gas Company, Beijing 100101, China
4.CNPC International Kazakhstan, Beijing 100083, China
Abstract

Subsalt reefs are major exploration targets in the right bank of the Amu Darya River, Turkmenistan. Complicated features related to the deformation of salt gypsum rocks, together with complex faults generated by structural movements, bring about significant challenges for the determination of gas reservoir types within this area. Accordingly, it is necessary to gain a deeper understanding of those complicated gas reservoirs generated through the superimposition of faults and reefs. In a case study of the BP gas reservoir in this study area, seismic, trial gas production, logging, natural gas composition data and formation pressure system were reviewed comprehensively to determine classifications and formation patterns of natural gas reservoirs there. The following research results were obtained. (1) Cut by faults, reefs in the BP gas reservoir has a uniform GWC and formation pressure system. Accordingly, the BP gas reservoir can be classified as a massive carbonate gas reservoir in subsalt reefs. (2) Normal faults in the subsalt basement were reactivated in late-stage structural movements. With fault displacements lower than trap amplitudes of anticline structures, salt gypsum rocks failed to generate effective lateral sealing. In addition, fractures generated in the multi-stage movements of faults significantly enhanced the connectivity of reservoir formations to establish communication between reef carbonate reservoir formations on both sides of the fault. In this way, un-compartmentalized gas reservoirs in anticline structures with complicated structures induced by faults were generated. (3) In the areas with subsalt faults, gas reservoirs can hardly form in reefs. Generally speaking, the development of reservoirs is controlled by structures with maximum hydrocarbon accumulations in such areas with the superimposition of structures and reefs. Relevant research conclusions may clarify principles for natural gas exploration to focus on structural gas reservoirs instead of the "one reef, one reservoir" principle adopted in the past.

Keyword: Turkmenistan; Amu Darya River Basin; Right bank; Reef; Subsalt; Fault complication; Massive gas reservoir; Structural feature; Formation pressure system; Geologic origin

阿姆河盆地是中亚地区最重要的含油气盆地, 油气资源丰富[1], 阿姆河右岸位于阿姆河盆地东北部斜坡带, 行政上属于土库曼斯坦, 是中国石油天然气集团公司海外油气合作的重要区块, 也是西气东输管线的主要供气基地。其巨厚盐膏岩与下伏碳酸盐岩形成良好的储盖组合, 礁滩体是其主要勘探目标。但是, 由于阿姆河右岸的盐膏岩具有的复杂的变形特征, 断层性质多样[2, 3], 加之礁滩体分布具有非均质性, 给油气藏类型判识带来很大困扰。BP气田位于阿姆河右岸区块中部, 土库曼斯坦对该气田的区域性勘探始于1958年, 经历30多年较为艰难的勘探过程, 在1992— 1995年期间才发现该气田, 但一直认为该区是一个多断块、多压力系统的含气区带, 具有“ 一礁一藏” 的特征[4]。直到近期通过对气藏的重新研究, 才认识到该区为一个具有统一气水界面、压力系统和流体性质的块状气藏, 属于特大型整装构造气田, 正确认识这种断层与礁滩体叠置形成的复杂气藏, 对阿姆河右岸地区油气勘探开发的深入具有指导意义。

1 区域地质背景

阿姆河右岸地区在构造形态上, 呈北西向展布的狭条形, 横跨多个构造单元, 西部为查尔朱、坚基兹库尔、桑迪克雷等古隆起, 东部为别什肯特坳陷和基萨尔褶皱古隆起区(图1)。阿姆河右岸中生代、新生代的地层齐全, 在上侏罗统基末利阶发育一套盐膏岩, 结构复杂, 厚度变化大, 从中东部厚度超过1 000 m, 向西部逐渐减薄, 直至缺失[3]。同时在二叠— 三叠纪伸展构造运动和古近纪以来的挤压构造运动等两期构造作用下[5, 6, 7], 形成了多种性质的断层和复杂的断裂系统。

图1 阿姆河右岸构造区划及气藏位置简图

阿姆河右岸基末利阶盐膏岩与下伏上侏罗统卡洛夫阶— 牛津阶碳酸盐岩形成良好的储盖组合, 是主要目的层。上侏罗统卡洛夫阶— 牛津阶为台地— 台地边缘— 斜坡盆地相沉积, 发育多种类型礁滩体[8, 9], 为最有利的勘探目标。BP气藏位于桑迪克雷隆起区, 属于台缘上斜坡相沉积, 由生物碎屑灰岩、藻类灰岩、凝结团块灰岩、鲕状灰岩、微晶灰岩和泥晶灰岩等组成, 具有缓坡型礁滩复合体的沉积微相特征[10, 11, 12, 13], 由多个黏结丘、障积丘、粒屑滩和丘间泥等沉积微相相互叠置而形成平面上箱状或丘状的礁滩复合体, 每个黏结丘和障积丘单层厚度不大, 在地层剖面上具有不同类型碳酸盐岩层相互叠置和互层的特征。

2 局部构造特征与气藏类型
2.1 构造特征

桑迪克雷古隆起为一个潜伏古隆起, 具有古高今高特点, 但盐上、盐下层的局部构造形态、高点及幅度差异较大, 断裂系统不符。盐下构造层系中中下侏罗统沉积具有明显的地层超覆和顶薄翼厚的特征(图2-a), 形态具有箱状构造特点, 即构造顶部较宽且平缓, 而两翼狭且陡, 发育数条正断层。盐上构造层中发育盐丘拱升构造和平移断裂系统, 走滑断裂带未切穿下伏盐膏岩层(图2-b), 在构造剖面上, 盐下构造高部位与盐上构造层中地堑构造断裂系统相互对应。

图2 过BP气藏地震剖面图(剖面位置见图1)

BP气藏位于桑迪克雷古隆起高部位, 现今上侏罗统卡洛夫阶— 牛津阶碳酸盐岩直接披覆于前侏罗纪基底古隆起上, 盐下礁滩相碳酸盐岩顶面是一个断裂切割的大型背斜构造(图3), 是由东、西2个构造高点组成, 其间还发育数条盐下基底断裂, 走向为北西和北东向2组, 断层的落差小, 在40 m左右, 仍可以-2 950 m的闭合线圈定, 形成一个完整的构造圈闭。

图3 BP气藏构造示意图

2.2 气藏类型

根据试气、测井、流体成分等分析, 表明BP气藏断裂两侧和2个构造高点间具有统一的气水界面、统一的压力系统和流体性质, 断裂对气藏不起分割作用。其依据如下:

1)根据探井分层测试和测井解释成果资料, 气田2个构造高点(西高点3井和东高点9井)都有近似的气水界面(表1), 断层两侧的气水界面介于海拔-2 940~-2 955 m, 仅构造高点鞍部的4井和5井气水界面在海拔-3 000 m左右, 可能受鞍部礁滩体岩性因素的影响。

表1 BP气藏探井气水界面分析表m

2)该气田为具有统一温压系统的高压异常气田, 在构造不同部位早期的3口探井(1井、 4井和10井)实测原始地层力分别为58.3 MPa、58.4MPa、58.9 MPa, 地层压力十分接近, 气田具有统一原始的地层压力系统。

3)天然气组分的相似性。根据气田10多口探井和生产井天然气组分资料的分析结果, 天然气密度介于0.635 9~0.644 0 kg/m3, 甲烷含量介于89.35%~90.77%, 乙烷含量介于3.64%~4.15%, 丙烷含量介于0.75%~1.00%, 硫化氢含量低, 介于0.010%~0.022%, 二氧化碳含量介于2.45%~4.74%。气田2个构造高点不同气层组的天然气组分十分近似(表2), 自下而上不同埋深天然气的组分含量都接近一致, 不同年份分析的纯气层中天然气的组分含量也是一致的, 完全说明该气田具有统一的天然气性质。

表2 BP气田天然气组分统计表

总之, BP气藏是一个盐下断裂切割的完整的背斜构造型气田, 短轴背斜构造与黏结丘和障结丘的复合礁滩体相互叠置从而形成具有礁滩储集体的构造气藏, 盐下近东西向正断层落差小, 未切开碳酸盐岩块体厚度, 盐下断裂不具有封闭性能, 总体上天然气分布完全受其构造北倾的最低溢出点圈定(图4)。

图4 BP气藏地质剖面图

3 地质成因及勘探意义
3.1 地质成因

二叠纪— 三叠纪, 在伸展构造环境下, 同生正断层形成桑迪克雷基底断块隆起, 中下侏罗统含煤岩系超覆在基底断块隆起之上, 具有顶薄翼厚特征, 为礁滩体和背斜构造发育奠定基础(图5-a)。上侏罗统由于区域性海进, 阿姆河盆地沉积了卡洛夫阶— 牛津阶碳酸盐岩, 桑迪克雷隆起区为缓斜坡沉积, 发育多个纵向叠置横向连片的小型的礁滩体, 是良好的储集体。侏罗纪晚期基末利阶, 由于区域性海退, 礁滩体停止发育, 沉积了一套盐膏岩, 在阿姆河盆地内大面积分布, 沉积厚度与盐下碳酸盐岩礁滩体具有填平补齐特征(图5-b), 桑迪克雷隆起区厚度较大, 介于500~800 m, 构成了卡洛夫阶— 牛津阶碳酸盐岩气藏的良好盖层。上侏罗统沉积末— 白垩纪, 盆地进入稳定沉降阶段, 地层厚度变化不大, 盐膏岩与卡洛夫阶— 牛津阶碳酸盐岩被深埋, 在桑迪克雷隆起高部位形成完整的披覆背斜构造(图5-c)。进入古近纪以来, 发生区域性挤压构造运动, 由于盐膏岩的塑性滑脱作用, 盐上、盐下层构造不符, 形成了2套断裂系统, 盐下正断层重新活动, 延伸至盐膏岩层中, 使得背斜构造形态复杂化, 盐上断裂沿着盐膏岩层滑脱, 消失在盐膏岩层中。为此, 巨厚盐膏岩层在挤压构造运动中的滑脱作用, 使得盐上断层和盐下断层均消失在盐膏岩层中, 盐膏岩封盖性未破坏, 同时盐下断层断距小于背斜构造圈闭幅度, 形成了受最低构造圈闭线控制的断裂复杂化背斜构造圈闭(图5-d)。BP气藏卡洛夫阶— 牛津阶碳酸盐岩为台缘斜坡沉积, 礁滩体发育, 储集空间以孔隙、溶孔为主, 伴随盐下断裂活动, 形成大量裂缝, 酸性流体沿裂缝更易形成溶蚀孔洞, 礁滩体的孔隙、裂缝及溶蚀孔洞相互连通, 组合成纵向和平面上相互沟通的储集岩体, 断层两侧碳酸盐岩储层并未起分割作用, 因此气藏具有统一的压力系统和气水界面, 形成断裂复杂化块状气藏。

图5 BP气藏成因模式图

3.2 勘探意义

BP气藏类型的确定, 突破了“ 一礁一藏” 的认识, 明确了应以寻找构造气藏为主的勘探思路。在早期区域勘探过程中, 并未认识到BP气田是桑迪克雷基底隆起区的一个大型气田, 采用了找礁滩体构造圈闭、逐个钻探的方法, 先后优选其周缘礁滩体作为该地区发现新气田的突破口, 最后从隆起斜坡带小型构造再钻达隆起区高部位, 才发现BP气田, 但当时认为是一个多断块、多压力系统含气区带, 将该气田作为3个孤立小型礁滩体构造看待, 因此, 第一批预探井共14口, 探井成功率较低。当认识到该气田为一个具有统一气水界面、压力系统和流体性质的块状气田后, 大大提高了钻探成功率。这一认识突破了礁滩体为线索的勘探思路, 明确了寻找大气田应以构造气藏为主, 生物礁发育且与构造叠置的地区是油气富集区, 这对于阿姆河右岸地区的油气勘探勘探开发具有重要的启示作用。

4 结论

1)阿姆河右岸BP气藏为盐下礁滩相碳酸盐岩块状气藏, 具有统一的气水界面和压力系统, 为被断裂所复杂化的背斜气藏。

2)盐下基底正断层在晚期构造运动中重新活动, 断距小于背斜构造圈闭幅度, 盐膏岩未能形成侧向遮挡, 断层的多期活动形成的裂缝增强了储层的连通性, 断层两侧对接的碳酸盐岩储层互相连通, 因此形成了具有礁滩相储层的块状气藏。

3)在阿姆河右岸盐下断裂发育区, 礁滩体很难单独成藏, 油气藏的发育一般受构造控制, 构造与礁滩体叠置区油气最富集, 是有利勘探区。

致谢:参加研究的还有中国石油勘探开发研究院亚太研究所、中国石油川庆钻探工程公司地质勘探开发研究院、中国石油集团东方地球物理勘探有限责任公司研究院等单位的有关专家, 在此一并致谢。

The authors have declared that no competing interests exist.

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