四川盆地东北部马路背地区上三叠统须家河组二段气藏高产机制
王威1, 林良彪2
1.中国石油化工股份有限公司勘探分公司
2.“油气藏地质及开发工程”国家重点实验室·成都理工大学;

作者简介:王威,1980年生,高级工程师,博士;主要从事储层评价与油气成藏方面的研究工作。地址:(610041)四川省成都市高新区吉泰路688号。ORCID: 0000-0003-2384-7282。E-mail: wangw.ktnf@sinopec.com

摘要

四川盆地东北部马路背地区上三叠统须家河组二段致密砂岩气藏具有“高产、稳产、不含水、可动用程度高”的开发特点。为推进其所属通南巴构造带须家河组气藏的勘探工作,基于大量的分析化验资料,从烃源岩、储集体、断裂输导体系等方面深入探讨了马路背地区须二段气藏的高产稳产机制。结果表明:①海、陆相优质烃源岩双重供烃,提供了天然气的资源保障,是该气藏形成的基础;②规模网状裂缝与大面积致密储层叠加形成网状有效储渗体,为天然气的赋存提供了场所,是该气藏形成的重要条件;③断裂输导体系有效沟通深层海相烃源与陆相网状有效储渗体,是该气藏形成的关键。结论认为:考虑到通南巴构造带总体表现为一个被断层切割复杂化的大型特殊构造,类似于马路背的构造成排成带分布,因而寻找在烃源岩、储集体、断裂输导体系等方面与马路背须二段气藏类似的气藏,是该构造带下一步天然气勘探的重要方向。

关键词: 四川盆地; 马路背地区; 晚三叠世; 须家河组二段气藏; 高产稳产机制; 双重供烃; 网状有效储渗体; 断裂输导体系
High-yield mechanism of the second Member of Upper Triassic Xujiahe reservoir in the Malubei area, NE Sichuan Basin
Wang Wei1, Lin Liangbiao2
1. Sinopec Exploration Company, Chengdu, Sichuan 610041, China
2. State Key Laboratory of Oil & Gas Reservoir Geology and Exploitation//Chengdu University of Technology, Chengdu, Sichuan 610059, China;
Abstract

The tight sandstone gas reservoir of the second Member in the Upper Triassic Xujiahe Fm (Xu 2 Member for short) in the Malubei area of the northeastern (NE) Sichuan Basin is a part of the Tongnanba structural belt, presenting the development characteristics of high yields, stable production rates and high producible degrees without water. To promote the exploration of the Xujiahe Fm gas reservoir in the Tongnanba structural belt, it is necessary to discuss the high and stable yield mechanism of Xu 2 Member gas reservoir in the Malubei area from the aspects of source rock, reservoir and fault conduit system based on abundant assay data. And the following research results were obtained. First, double hydrocarbon supply of marine and continental quality source rocks is the foundation for the formation of this reservoir, and it provides the guarantee of natural gas resources. Second, the reticular effective reservoir permeability system which is the superimposition product of large-scale reticular fractures and extensive tight reservoirs is important for the formation of this gas reservoir, and it provides the space for natural gas storage. And third, the fault conduit system is the key to the formation of this gas reservoir and it efficiently communicates the deep marine hydrocarbon source with the continental reticular effective reservoir permeability system. To sum up, the Tongnanba structural belt is generally a large-scale special structure which is complicated by the cutting of faults, and it is distributed in rows and zones like the Malubei structure, so the important direction of future natural gas exploration in the Tongnanba structural belt is to search for the gas reservoirs similar to the Xu 2 Member gas reservoir in the Malubei structure in terms of source rock, reservoir and fault conduit system.

Keyword: Sichuan Basin; Malubei area; Late Triassic; Second Member of Xujiahe reservoir; High and stable yield mechanism; Double hydrocarbon supply; Reticular effective reservoir permeability system; Fault conduit system

持续多年的天然气勘探实践和研究结果表明, 四川盆地东北部(川东北)地区上三叠统须家河组为“ 大面积、低丰度” 致密砂岩气藏[1, 2], 其天然气资源规模大, 落实天然气高产富集区, 提高单井产能是实现该区须家河组天然气高效勘探的关键。

2009年5月24日, 四川盆地北部马路背地区马101井须家河组二段测试获日产天然气60.11× 104m3, 标志着继发现普光、元坝深层海相礁滩天然气田后, 中国石油化工集团公司在四川盆地北部又发现了马路背地区陆相须家河组气田(探明储量191× 108m3)。马101井于2009年8月投入试采, 截至2017年10月, 累产天然气近3× 108m3, 随后在同一构造上实施的马103井须二段累产天然气也已接近2× 108m3, 投入开发之后, 马路背须二段气藏表现出“ 高产、稳产、不含水, 可动用程度高” 的致密砂岩高效气藏的开发特点[3, 4], 研究表明, 高效气藏的形成必须具备高效气源条件[5]、高效输导条件[6]以及优质成藏地质要素组合[4]

笔者基于大量分析化验资料并结合多年勘探实践, 深入探讨马路背地区须二段天然气的高产稳产机制, 以期为提高须家河组致密砂岩气藏勘探效益提供科学依据。

1 高效气藏基本特征

马路背地区构造上位于四川盆地北部米仓山冲断构造带和大巴山冲断构造带的叠合作用区— — 通南巴构造带的中部(图1), 总体表现为一个大型的、被断层切割复杂化的由NEE转NE向的断鼻, 北翼相对较缓, 南翼相对较陡, 既受四川盆地基底构造变形的控制, 又受米仓山、大巴山逆冲断裂构造变形的影响。

图1 四川盆地北部马路背气田构造位置简图

马路背地区须二段高效气藏具有以下特征:①气藏类型属于构造— 岩性复合型气藏, 储量丰度高(3.06× 108m3/km2); ②致密砂岩储层大面积展布, 发育须二上亚段和须二下亚段2套裂缝— 孔隙型储层; ③产能好, 马101井须二段下亚段测试日产气60.11× 104m3, 截至2017年10月, 日产气5× 104m3, 累产气近3× 108m3, 而马103井须二段上亚段测试日产气13.28× 104m3, 截至2017年10月, 日产气8× 104m3, 累产气近2× 108m3; ④气藏压力系数介于1.52~1.58, 地温梯度介于1.92~2.08 ℃/100 m, 属于低地温梯度高压气藏; ⑤甲烷含量为98.9%, 不含硫化氢, 为优质干气气藏。

2 高效气藏形成机制
2.1 海、陆相优质烃源岩双重供烃, 提供天然气资源保障, 是高效气藏形成的基础

马路背地区须家河组天然气各组分中甲烷占比超过98%, 重烃含量介于0.5%~2.0%(图2), 干燥系数大于0.98, 为干气, 其非烃气很少, 几乎不含H2S, CO2含量低于0.5%。单从天然气组分特点来看, 与四川盆地其他地区须家河组天然气组分特点基本一致。

图2 马路背地区天然气烷烃气相对含量对比图

但是, 马路背地区须家河组天然气的碳同位素分析数据与四川盆地其他地区相比就非常特殊[7, 8, 9], 四川盆地须家河组典型自生自储陆相煤型气的C1~C4烷烃气碳同位素值均呈正常分布, 即δ 13C1< δ 13C2< δ 13C3< δ 13C4, 且δ 13C4值趋近(稍重)于烃源岩干酪根碳同位素值[7]。以马101井为代表的马路背须家河组天然气的碳同位素值分析结果表明, 其δ 13C1δ 13C2值分别处于– 29.3‰ ~– 32.0‰ 、– 31.3‰ ~– 33.9‰ 范围, 且呈δ 13C1> δ 13C2的倒转分布特点, 其δ 13C2δ 13C1差值小于0, 为– 0.7‰ ~– 2.5‰ 。

对比分析表明, 马路背须家河组天然气的甲、乙烷碳同位素组成不具有四川盆地其他地区须家河组陆相煤型气差值高于8‰ 的普遍特征, 却具有该区海相嘉陵江组、飞仙关组油型气的类似的碳同位素[7, 8, 9]组成特点, 且混于其中(图3), 并多呈迥异于须家河组自生自储典型陆相煤型气的δ 13C1> δ 13C2> δ 13C3变化的反序型倒转分布, 表明马路背地区须家河组天然气来源与嘉陵江组、飞仙关组天然气来源基本类似。此外, 马201井须家河组泥岩干酪根δ 13C平均值为– 24.1‰ , 远重于马2井须家河组天然气的δ 13C4值(– 33.8‰ ), 也与须家河组自生自储典型陆相煤型气不一致。前人研究表明, 通南巴地区嘉陵江组、飞仙关组天然气主要来自上二叠统龙潭组烃源岩[8, 9]。据此, 笔者认为马路背须家河组天然气除了有本层须家河组烃源岩生成的天然气贡献之外, 可能还与上二叠统龙潭组烃源岩生成的海相天然气具有密切的关系。前人研究表明, 马路背地区龙潭组烃源岩生气强度介于10× 108~30× 108m3/km2, 须家河组烃源岩生气强度介于5× 108~10× 108m3/km2 [7], 表明马路背地区具备形成大中型气田的有利烃源条件。

图3 通南巴地区天然气甲乙烷碳同位素值交汇图

马路背地区具有陆相须家河组, 尤其是海相上二叠统龙潭组2套优质烃源岩“ 双重供烃” 的优势, 这种先天优势为须二段天然气富集高产提供了坚实的资源保障, 也是马路背地区高效气藏形成的基础。

2.2 规模网状裂缝与大面积致密储层叠加形成规模网状有效储渗体, 提供天然气赋存场所, 是高效气藏形成的重要条件

勘探实践表明, 四川盆地须家河组沉积时期, 发育多期大型辫状河三角洲沉积, 分流河道砂岩储层大面积分布, 但是储层整体致密[10, 11], 单井产能差异大, 规模有效裂缝发育程度是控制四川盆地须家河组单井产能以及天然气富集高产的关键因素[12, 13, 14]

须二段沉积过程中, 四川盆地发生了一次大规模的湖泛, 在川东北地区沉积一套10~40 m的“ 腰带子泥页岩” , 将须二段分为上、下2套砂体, 马路背地区相应发育须二段下亚段和须二段上亚段裂缝— 孔隙型砂岩储层, 其中, 须二段下亚段储层测井解释孔隙度平均为4.68%, 渗透率主要集中在0.01~0.10 mD, 须二段上亚段储层实测孔隙度分布在2%~5%, 平均为3%, 渗透率主要集中在0.01~0.10 mD, 致密砂岩储层大面积分布, 整体厚度差异不大(均为20 m左右)。利用岩心、薄片、成像测井等资料, 对马101井、马103井2口高产稳产井须二段储层发育情况进行解剖, 结果显示, 2口井储层段规模网状有效裂缝非常发育(图4), 其中以NW向中高角度构造裂缝为主, 镜下也可见大量颗粒内部微裂缝发育, 构造裂缝与微裂缝配合形成规模网状有效裂缝。马101井、马103井须二段储层致密, 储层厚度仅为20 m, 但目前气藏开发仍然保持高产稳产, 规模网状有效裂缝起到了重要的作用。反之, 勘探实践也表明, 即便致密储层发育, 构造裂缝或者微裂缝也发育, 但若缺少构造裂缝与微裂缝叠加形成的规模网状有效裂缝, 钻井往往难以获得好的产量和产能。据此, 笔者认为, 对比川东北其他地区[7, 9], 马路背地区构造变形程度更为强劲, 断裂、褶皱、裂缝更为发育, 马路背地区特殊的构造背景造就了现今分布范围较大的规模网状有效裂缝发育带的存在, 在此基础上叠合大面积分布的致密砂岩储层形成良好的规模网状有效储渗体[15], 为须二段高效气藏形成提供了广阔的赋存空间。

图4 马路背地区典型井须二段高产层段裂缝发育情况图

2.3 断裂输导体系有效沟通深层海相烃源岩和陆相规模网状有效储渗体, 是高效气藏形成的关键

前已述及, 马路背地区须家河组天然气主要来自本组煤系烃源岩和深层二叠系龙潭组烃源岩的贡献。“ 双重供烃” 为须二段天然气富集高产提供了坚实的资源保障。本文气源对比部分已揭示, 马路背须二段天然气碳同位素特征与嘉陵江组、飞仙关组气藏类似, 主要来自二叠系龙潭组烃源岩[7], 由此可见, 二叠系龙潭组优质烃源岩对马路背高效气藏的形成意义重大。

龙潭组优质烃源岩层与须家河组砂岩储层之间被长兴组、飞仙关组、嘉陵江组(嘉陵江组四段— 五段主要为膏盐岩)、雷口坡组等众多层系远距离隔挡, 垂向运移实现难度非常大, 因此, 如何实现优质海相烃源岩生成的天然气与陆相须家河组储层的有效沟通是高效气藏形成的关键。研究表明, 川东北地区上二叠统龙潭组烃源岩主生气期在早侏罗世— 早白垩世阶段[16], 须家河组烃源岩主生气期在中晚侏罗世— 早白垩世阶段[13, 14], 马路背地区所在的通南巴背斜在晚燕山— 喜马拉雅期隆起并最终定型, 同时大巴山构造带在该期发生强烈逆冲推覆挤压, 在马路背地区形成了大量切穿二叠系(甚至志留系)— 三叠系的北西向大规模断裂(烃源断裂)[11], 同时, 该阶段的构造强烈变形作用, 也使得马路背须家河组储层中规模网状裂缝能够大量形成。从烃源岩生烃高峰和大型烃源断裂的形成时间对比分析来看, 晚侏罗世— 早白垩世阶段是沟通马路背地区海相龙潭组优质烃源岩与陆相须家河组储层的最佳匹配期。因此, 得益于晚燕山期形成的切穿二叠系— 三叠系的逆冲断裂输导体系的存在, 使得深层龙潭组优质烃源岩生成的天然气得以顺利运移至须家河组规模网状有效储渗体中, 并与须家河组自生的天然气一起运移聚集形成马路背须二段高效气藏(图5), 勘探实践也证实, 只要切穿二叠系— 三叠系逆冲断裂输导体系不发育, 即便其余成藏条件均十分优越, 钻井也往往无法取得理想的效果, 更多只能形成一些低产、低效气藏[17, 18]。因此, 笔者认为, 沟通深部海相烃源岩和须家河组储层的断裂输导体系的存在, 对于形成规模网状有效储渗体, 沟通深部海相烃源具有积极意义, 是马路背地区须家河组二段高效气藏形成的关键。

图5 马路背地区须家河组高效气藏断裂输导体系示意图

3 成藏过程

综上所述, 马路背地区在燕山期古隆起构造背景下, 长期位于油气运移的指向区[7]。须二段高效气藏天然气的来源十分复杂, 既有自生自储来自于上三叠统须家河组烃源岩的陆相煤型气, 亦有下伏海相上二叠统龙潭组烃源岩的海相油型气的大量贡献, 其输导通道为切穿二叠系(甚至志留系)— 三叠系的深大断裂。综合考虑构造演化史、烃源岩生排烃史、储层孔隙演化史、输导体系演化史, 可将马路背须二段高效气藏形成分为以下3个阶段(图6)。

图6 马路背地区须二段气藏成藏演化模式示意图(据本文参考文献[5]修改)

3.1 岩性气藏形成阶段(晚三叠世— 中侏罗世)

通南巴地区龙潭组烃源岩在晚三叠世须家河组沉积末期已经开始生气, 但此时研究区构造相对稳定, 地层平缓, 沟通龙潭组烃源岩与须家河组储层的断裂亦没有形成, 龙潭组烃源岩生成的油气无法直接运移进入须家河组储层。因此, 此阶段主要发生的是须家河组内部烃源岩在中侏罗世生成的少量油气运移聚集形成岩性气藏的过程。

3.2 岩性气藏富集阶段(晚侏罗世— 早白垩世)

晚燕山期, 大巴山构造带发生强烈逆冲推覆挤压, 马路背地区开始发育大量的切穿二叠系— 三叠系的北西向断裂, 二叠系龙潭组烃源岩与三叠系须家河组储层之间的天然气运移通道得以形成。此时, 须家河组砂体内部与断裂伴生的规模网状有效储渗体亦同时发育, 深层二叠系天然气沿着断裂与须家河组生成的天然气向须家河组网状有效储渗体内运移并富集。此阶段即马路背须家河组二段高效气藏形成的重要阶段。

3.3 高效气藏定型阶段(晚白垩世— 现今)

晚白垩世以来, 由于川东北地区整体大幅度抬升, 龙潭组、须家河组烃源岩皆停止生烃。通南巴背斜进一步隆升定型, 断裂、裂缝更加发育, 已聚集气藏在断裂、裂缝输导下进一步调整改造, 在整体保存条件较好的马路背地区, 须家河组高效气藏得以定型并保存至今。

4 结论

1)四川盆地北部马路背地区须家河组气藏成藏条件优越, 具备形成高效气藏的地质条件, 海、陆相优质烃源岩双重供烃, 提供天然气资源保障, 是高效气藏形成的基础; 规模网状裂缝与大面积致密储层叠加形成网状有效储渗体, 提供天然气赋存场所, 是高效气藏形成的重要条件; 断裂输导体系有效沟通深层海相烃源和陆相网状有效储渗体, 是高效气藏形成的关键。

2)考虑到通南巴构造带总体表现为一个被断层切割复杂化的大型特殊构造, 类似于马路背的构造成排成带分布, 寻找类似于马路背须二段高效气藏是通南巴构造带下一步天然气勘探的重要方向。

The authors have declared that no competing interests exist.

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