川中地區(qū)須家河組天然氣成藏過程分析

1須家河組天然氣成藏機理與勘探方向四川盆地是揚子板塊的西部板內(nèi)盆地，位于四川省東部和重慶直轄市。它是一個大型含油氣的大型含油氣盆地，由海相碳酸鹽巖平臺沉積和陸相盆地碎屑沉積和重疊而成。結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，是中國含氣量最多（18.14km2）、天然氣儲量最多、氣田最多、產(chǎn)氣量最多的盆地。研究區(qū)范圍見圖1,含油氣層系屬于上三疊統(tǒng)須家河組。川中地區(qū)的油氣勘探始于1954年。50年代后期開展地震詳查。六七十年代先后在蓬萊鎮(zhèn)、龍女寺、通賢、廣安、白廟場、桂花等地區(qū)獲得一批含氣構(gòu)造,證實了上三疊統(tǒng)為大面積含氣層系。70年代中后期至80年代初期,發(fā)現(xiàn)了八角場氣田和遂南、金華等含氣構(gòu)造。80年代中后期至上世紀末期,發(fā)現(xiàn)了磨溪氣田和營山、秋林等含氣構(gòu)造。近年,先后在南充構(gòu)造充深1井發(fā)現(xiàn)了須四氣藏,潼南地區(qū)發(fā)現(xiàn)了須二、須四氣藏,廣安構(gòu)造發(fā)現(xiàn)了須四、須六氣藏,川中隆起北斜坡龍崗地區(qū)發(fā)現(xiàn)了須二含氣層段,展示了區(qū)內(nèi)須家河組的良好勘探前景。須家河組舍煉地層、由于經(jīng)歷了早期持續(xù)深埋壓實ue001￣弱膠結(jié)作用和后期抬升局部溶蝕作用,形成非均質(zhì)性強、含水飽和度高的低孔滲/特低孔滲砂巖儲層,廣泛發(fā)育成巖圈閉,油氣運聚和成藏機理復(fù)雜,勘探難度大。近年來,流體包裹體廣泛用于研究儲層和成藏[4,5,6,7,8,9,10,11,12,13],本文用流體包裹體分析技術(shù)探索了須家河組天然氣成藏機理,揭示了低滲ue001￣特低滲砂巖氣藏分布規(guī)律,為勘探部署提供一定的參考依據(jù)。須家河組天然氣烴類組成以CH4為主,C+2重烴含量較高,為干酪根熱降解氣,干燥系數(shù)絕大多數(shù)小于0.95,主要是濕氣。不含H2S,許多氣井H2S含量為0,不存在下部海相層系油氣的混入。天然氣甲烷碳同位素值與干燥系數(shù)間有很好的正相關(guān)關(guān)系。δ13C1為-45‰～-35‰,δ13C2為-32‰～-23‰,具煤型氣特征,表明其主要來源于上三疊統(tǒng)煤系烴源巖,不存在深部烴源巖的貢獻。氣藏埋深多數(shù)在2000～2500m,勘探開發(fā)成本較低。2流體包裹體顯微測溫和鹽度測試本次采集了28口井含氣層段中須家河組致密砂巖儲層中80余塊流體包裹體樣品,主要是巖屑長石砂巖和長石巖屑砂巖,成分成熟度較高,結(jié)構(gòu)成熟度低。沉積微相為三角洲平原ue001￣前緣分流河道、河口壩中粗粒砂巖。樣品磨制成兩面拋光的光薄片后用于包裹體分析。選擇22口井27塊樣品進行了流體包裹體顯微測溫和鹽度測試分析。測定流體包裹體時,選擇發(fā)育于次生裂隙和石英顆粒次生加大邊中的與烴類包裹體共生的同期鹽水溶液包裹體,每塊樣品測試點在10個以上。實驗測試標準為沉積巖包裹體均一溫度和鹽度測定方法SY/T6010ue001￣1994。儀器為多功能顯微鏡ZEISSAXIOSKOP、LINKAM液氮型冷熱臺TMS94等。測試結(jié)果見表1。3儲層砂巖微裂縫和使用稅儲層的信息須家河組(須二段、須四段和須六段)儲集巖主要有長石巖屑砂巖、巖屑長石砂巖和巖屑石英砂巖,其中長石巖屑砂巖較為常見,基質(zhì)含量變化較大。成巖自生礦物主要為方解石和石英次生加大;后者多發(fā)育于巖屑石英砂巖和長石石英砂巖之中。同時,砂巖儲層中穿過顆粒的微裂紋和愈合縫較發(fā)育。本次測定主要發(fā)育于石英微裂縫和次生加大邊中的包裹體,少數(shù)為膠結(jié)物中的包裹體。流體包裹體類型多樣,大小懸殊較大(2～40μm),氣液比為3%～10%(表1),大多為不發(fā)熒光的鹽水溶液包裹體和極弱熒光的氣態(tài)烴包裹體,部分為發(fā)藍白色或淺黃色熒光的凝析油包裹體(圖2),本區(qū)煤系烴源巖以天然氣充注為主,早期有一定量的凝析油充注。烴類包裹體個體較小,主要發(fā)育輕烴鹽水溶液包裹體、高含氣態(tài)烴包裹體和純氣態(tài)烴單相包裹體。4不同層段氣層成藏期本次包裹體測溫對象主要為與氣態(tài)烴包裹體伴生的鹽水溶液包裹體。從表1可見,流體包裹體均一溫度差異較大,分布范圍較寬(61.2～148℃),平均溫度84.8～133.0℃不等,表明油氣充注的廣泛性和不同步性。包裹體均一溫度與沉積埋藏史(圖3)研究表明,不同時期均有包裹體的充注,在埋藏和抬升階段均有氣態(tài)烴包裹體的形成。不同樣品包裹體信息所反映的油氣充注時間有一定的差異性;同一口井不同氣層具有成藏的非同步性(圖4)。廣安122井須家河組四段發(fā)現(xiàn)不同時期的成巖圈閉氣藏。成巖圈閉與油氣充注成藏交叉并行。同一口井不同階段氣藏并存,廣安122井須四段有被致密隔層分開的兩段氣層(圖4)。兩段不同時期形成的氣層在持續(xù)充注過程中捕氣快慢、成藏時間均有不同。須四段早期充注的上氣層(2412.28m)孔隙度為8.26%;據(jù)包裹體捕獲溫度推算,上氣層(早期)充注的時期為K2(120Ma)。須四段晚期充注的下氣層(2431.42m)孔隙度為6.90%;據(jù)包裹體捕獲溫度推算,天然氣的充注時期為K1(75Ma)。充注的差異性反映了孔隙度、滲透率對成藏速率和成藏早晚差異性的控制作用。通常高滲透率的砂體優(yōu)先捕獲氣體,成藏速率快,成藏時間早。由包裹體溫度ue001￣時間關(guān)系發(fā)現(xiàn),同一構(gòu)造、同一層段,橫向上不同圈閉有成藏的非同步性,如廣安地區(qū)須四段和須六段天然氣充注時期有明顯差異(圖5)。合川地區(qū)也有這種現(xiàn)象,合川1井須二段與氣態(tài)烴包裹體伴生的鹽水包裹體測溫推算,充注時間主要為白堊紀110Ma和75Ma,合川3井須二段的兩期包裹體分別形成于115Ma和82Ma。其他許多區(qū)塊也有同樣現(xiàn)象,不同井之間、不同圈閉之間、同一口不同層段之間天然氣充注都有不同步性和分散性。結(jié)合煤系地層的生排烴特征,總體上可以確定川中須家河組天然氣有持續(xù)充注的特點。根據(jù)包裹體充注時間的廣泛性和持續(xù)性,結(jié)合沉積埋藏史,可將連續(xù)的成藏過程劃分為早期成藏階段(持續(xù)埋藏階段)和晚期成藏階段(構(gòu)造抬升階段)。早期階段成藏,即深埋充注期,為成巖圈閉形成期和生烴高峰期,由于生烴增壓、砂泥巖差異壓實形成的源儲壓力差構(gòu)成強大的運聚動力,烴源巖生排烴呈“面狀蒸發(fā)ue001￣對流”式運移,形成“泛氣田”(圈閉內(nèi)氣飽和度較低,致密砂巖介質(zhì)中存在一定的分散滯留氣,整個連片砂體普遍含氣)。晚期階段成藏處于抬升調(diào)整期,也是圈閉定型期,持續(xù)進行生排烴。由于構(gòu)造抬升卸壓,散布在連片砂體中的氣呈“束狀分流ue001￣匯聚”式運聚,匯聚到物性好的部位(成巖圈閉),形成大面積分布的“孤立氣藏”(圈閉內(nèi)氣飽和度較高,致密砂巖介質(zhì)滯留分散氣較少,圖6)。5不同類型低孔滲砂巖氣藏成藏機理分析川中地區(qū)構(gòu)造穩(wěn)定,生儲蓋配置得當,成藏條件優(yōu)越。廣安地區(qū)總體上處于低幅隆起的局部高部位,構(gòu)造背景形成時間早,成巖圈閉形成時間長,分布面積大;加上煤系烴源巖發(fā)育,可就近接受烴源巖生成的油氣。同時生儲蓋緊密接觸,須四、六段砂體發(fā)育,儲層厚度大,是良好的疏導(dǎo)層,油氣運移通暢,成藏條件有利。具有非幕式、持續(xù)充注成藏的前提條件:1)煤系烴源巖持續(xù)生烴(煤系烴源巖為全天候氣源巖,以生氣為主,生油為輔);2)大面積連通砂體廣泛發(fā)育成巖圈閉;3)天然氣分子小易于運聚成藏;4)川中剛性基底整體升降運動促使大面積層狀蒸發(fā)式排烴、運聚。天然氣中烷烴氣碳同位素在橫向上沒有規(guī)律性的、明顯的變化(表2),反映主要為本地供源,以垂向運移或局部近距離橫向運移為主,不存在大規(guī)模橫向運移。二氧化碳δ13C為-5.6‰～-15.6‰,表明有機成因與無機成因并存,川中地區(qū)構(gòu)造穩(wěn)定,無機成因的二氧化碳來自地殼沉積巖層。須家河組主要為成巖圈閉氣藏,根據(jù)上述包裹體溫度-時深關(guān)系,成巖圈閉成藏機制可以概括為面狀蒸發(fā)或排烴、分流式差異匯聚機制,即深埋階段烴源巖生成的油氣先整體向上覆砂體排驅(qū),進入連片砂體后,分流匯聚于孔滲性較好的砂巖成巖圈閉中。后期抬升再通過構(gòu)造調(diào)整,進一步呈分流式差異匯聚到孔滲性好的砂體中(圖7)。低孔滲砂巖氣區(qū)的成因、成藏和分布機制眾說紛紜。本次通過氣藏實例解剖與模擬實驗,揭示了不同類型低孔滲砂巖氣藏的成藏機理,剖析了成巖圈閉氣藏的成藏機理:深埋階段大面積層狀蒸發(fā)式排烴,天然氣散布于連片砂體中;抬升階段持續(xù)排烴,同時分流匯聚于成巖圈閉中。對于連片砂體和煤系烴源巖,天然氣成藏是一個持續(xù)充注的過程,從晚侏羅世到古近紀末,一直有天然氣的生排烴和充注成藏。由于須家河組烴源層和儲集層大范圍層狀間互展布,產(chǎn)狀平緩,天然氣聚集程度低,故形成大面積低豐度的砂巖大氣區(qū)。成巖圈閉形成機制實質(zhì)上是物性遮擋,即致密砂巖封堵,圈閉邊界不完全固定,尤其是物性漸變時取決于源儲壓力差或充注動力。運移機制表現(xiàn)為氣進入砂中好砂,呈差異分流匯聚式運聚。成藏動力機制取決于欠壓實和生烴增壓,由于成巖圈閉內(nèi)外有滲透率級差而產(chǎn)生毛細管壓差,構(gòu)成油氣運聚動力的一部分。成藏阻力為物性隔層或阻流區(qū)(致密膠結(jié)或強壓實)影響天然氣的運移匯聚。滲流機理受孔滲和含水飽和度控制,存在達西流和非達西流雙重滲流機理,低滲低速情況下非達西滲流現(xiàn)象明顯。成藏后出現(xiàn)一定的后生變化,圈閉內(nèi)儲集體物性下限和空間范圍受制于氣藏壓力和后續(xù)氣源補給,圈閉界限隨充滿度和供氣壓力變化會發(fā)生一定程度的調(diào)整。天然氣分布和富集受非均質(zhì)性連片砂體中物性好的區(qū)域(即砂中好砂)控制,即擴容性成巖相(次生溶蝕相等)控制,氣水關(guān)系受物性控制,可有上氣下水、上水下氣、氣水同層等多種類型。6須家河組天然氣、煤系富集型(1)川中地區(qū)須家河組油氣充注和聚集成藏是一個持續(xù)的過程,主要從晚侏羅世開始持續(xù)到古近紀末。(2)本區(qū)須家河組的成藏過程劃分為早期深埋成藏階段和晚期抬升成藏階段。(3)川中地區(qū)深埋階段(晚侏羅世-晚白堊世),也是成巖圈閉形成階段和大量生烴階段,呈層狀蒸發(fā)式運移。構(gòu)造抬升階段(白堊紀末-古近紀末),產(chǎn)生斷裂和