天然气勘探与开发
NATURAL GAS EXPLORATION AND DEVELOPMENT
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2021年3月
第44卷 第1期
鄂尔多斯盆地庆阳气田深层致密砂岩气藏成藏条件
蒙晓灵1,2 艾庆琳1,2 王金成1,2 卞晓燕1,2 朱长荣1,2
安文宏1,2 谢 姗1,2 夏守春1,2 蒋培明3
1. 中国石油长庆油田公司勘探开发研究院
2. 低渗透油气田勘探开发国家工程实验室
3. 中国石油集团测井有限公司生产测井中心
摘 要 近年来，鄂尔多斯盆地西南部深层（4 200 m 以下）天然气勘探取得了重要进展。为进一步揭示研究区致密砂岩成藏条件，利用石油地质学理论和油气成藏原理，基于岩心观察、普通薄片、扫描电镜等资料分析，结合地球化学特征，对其烃源岩分布、生烃能力、
储集层特征进行系统剖析，并对成藏模式进行了探讨。研究认为：
①该区主力烃源岩上古生界石炭系上统本溪组缺失，减薄的二叠系下统太原组、山西组山2段煤系地层仍不失为良好的烃源岩，干酪根类型以偏腐殖型、腐殖型为主，为高成熟—过成熟热演化阶段；
②山西组 山1段储层砂体发育，是纵向上的优势储集层段，受西南物源控制，山西组有效储集岩岩性以中粗粒石英砂岩、岩屑石英砂岩为主，其物性总体呈现“特低孔隙、特低渗透”特征；③由于埋深大，压实作用对岩石孔隙影响显著，但由于石英等刚性组分的存在，在强烈压实作用下仍能保存少许原生孔隙，并在后期构造运动中更易产生微裂缝，这为油气的运移和聚集提供了重要通道；④二叠系中统石盒子组盒8层砂体不发育，其间发育的细—粉砂岩和泥岩共同构成区域盖层。结论认为，在致密砂岩储层背景下，较好的烃源岩、单一的优势储集层、优质的区域盖层构成了研究区天然气富集成藏的重要条件。
关键词 鄂尔多斯盆地 庆阳气田 上古生界 深埋藏 致密砂岩气藏 成藏条件 烃源岩 岩性圈闭DOI ：10.12055/gaskk.issn.1673-3177.2021.01.014
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Rervoir-forming conditions of deep tight sandstone gas rervoirs,
Qingyang gasfield, Ordos Basin
Meng Xiaoling 1,2, Ai Qinglin 1,2, Wang Jincheng 1,2, Bian Xiaoyan 1,2, Zhu Changrong 1,2,
An Wenhong 1,2, Xie Shan 1,2, Xia Shouchun 1,2, and Jiang Peiming 3
(1. Exploration and Development Rearch Institute, PetroChina Changqing Oilfield Company, Xi’an, Shaanxi 710018, China; 2. National Engineering Laboratory of Low-Permeability Oil & Gas Exploration and Development, Xi’an, Shaanxi 710018, China; 3. Production Well-logging Center, CNPC Logging Company Limited, Xi’an, Shaanxi 710077, China)
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Abstract: Recently, a great exploration progress has been made in some deep gas (burial depth more than 4 200 m), southwestern Or-dos Basin. So, in order to further reveal rervoir-forming conditions of tight sandstone gas rervoirs in this study area, bad on data from core obrvation, thin-ction identification, and scanning electron microscopy (SEM), combined with geochemical characteris-tics, the source-rock distribution, hydrocarbon-generating capacity, and rervoir characteristics were systematically analyzed accord-ing to certain petroleum geological theory and r
ervoir-forming principle. In addition, rervoir-forming modes were discusd. Re-sults show that (1) in this area, even through the main source rock of Upper Paleozoic Upper Carboniferous Benxi Formation is abnt, the coal strata of both thinned Lower Permian Taiyuan Formation and Shanxi 2 Member are quite good source rocks. Their kerogen is mainly dominated by type II 2 and type III, and they are in the thermal evolution stage of high maturity and over maturity; (2) devel-oped with sandbody, the Shanxi 1 Member belong to the dominant rervoir ction in the vertical direction. Affected by southwestern provenance, the effective rervoir rocks in the Shanxi Formation are lithologically dominated by medium- to coar-sized quartz sandstone and lithic quartz sandstone. And their physical properties are overall characterized by extra low porosity and permeability; (3) due to deeper burial depth, compaction has an obvious impact on rock pores, but for the sake of the coexistence of quartz and other rigid compositions, a few primary pores are still remained even under strong compaction, and microfractures can be induced easily during the later tectonic activities, which may provide some important pathway for hydrocarbon migration and accumulation; and (4) with undeveloped sandbody, the Shihezi 8 Member which is compod of fine sandstone, siltstone, and mudstone constitutes regional caprocks. In conclusion, better source rocks, single dominant rervoirs, and regional caprocks with high quality are the important conditions to form rervoir and accumulate natural gas in the study area.
Keywords: Ordos Basin; Qingyang gasfield; Upper Paleozoic; Deep burial depth; Tight sandstone gas rervoir; Rervoir-forming condition; Source rock; Lithologic trap
作者简介：蒙晓灵，1976年生，女，高级工程师，硕士；主要从事致密油气综合地质研究工作。E-mail ：mengxl1_
蒙晓灵等：鄂尔多斯盆地庆阳气田深层致密砂岩气藏成藏条件
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0 引言
鄂尔多斯盆地上古生界蕴藏着丰富的天然气资源，是最早进行致密砂岩气成藏理论研究的盆地之一。自20世纪90年代中期以来，在盆地北部上古生界天然气勘探取得突破性进展，相继发现了榆林、苏里格、子洲、神木等大型砂岩气田，从而进一步推动了致密砂岩气成藏地质条件综合研究和理论的发展。目前已形成以“广覆式持续生烃充注、近距离运聚、大面积砂体叠置分布、大面积含气”为核心的致密砂岩气藏聚集理论[1-10]。随着长庆油
田油气当量6 000×104 t 的目标顺利实现，为保证各气田稳产，亟需寻找新的接替潜力区。近年来，在盆地西南部上古生界的勘探工作已取得了重要进 展[11-12]。发现了以ZT 1井（测试产量为7.8×104 m 3/d ）为代表的上古生界含气富集区。随着勘探工作的进一步推进，以ZT 1井区下二叠统山西组山1段为主要目的层的开发先导试验区目前已完钻80余口，平均无阻流量15×104 m 3/d ，初步具备4×108 m 3/a 的产气能力。针对该区特点，分析其成藏条件，为今后致密砂岩储层的规模有效开发具有重要指导意义。
1 区域地质概况
研究区面积1 000 km 2，构造上其主体位于鄂尔多斯盆地伊陕斜坡西南部，总体为西倾单斜，倾角小于1°，断层不发育（图1）。该区晚古生代存在剥蚀古陆，上石炭统本溪组、下二叠统太原组、山西组依次向南超覆沉积。区块上古生界整体缺失
本溪组，太原组保存较全，但厚度较薄（6～16 m ）。与盆地其他气区的物源来自北部阴山山脉不同，通过对砂岩成分、岩屑组分、轻重矿物、阴极发光等资料分析认为，区块沉积物主要来自西南物源。主要目的层山1段为曲流河三角洲沉积，三角洲前缘亚相发育，为砂岩岩性圈闭。截至2020年底，该区山1段气藏ZT 1井区提交天然气预测地质储量600×108 m 3。
2 烃源岩发育特征
由于上古生界上石炭系统缺失，研究区主要发育了2套烃源岩，即太原组和山西组煤系地层，虽然无论其厚度还是生烃效率上均差于盆地中部各大气田，但其生烃强度介于12×108 ～24×
图1
研究区构造位置示意图
人口变动图2 盆地上古生界生烃强度图
108 m 3/km 2，也具备成为良好烃源岩的条件（图2）。
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弱视治疗方法2.1 烃源岩分布
前人研究认为在早石炭世沉积时，西缘地区与鄂尔多斯盆地内互不连通，盆地西部的古隆起阻隔了华北海与祁连海的连通。至本溪期，在盆地早古生代就已经存在的中央古隆起仍然分隔祁连海和华北海两大海域，晚石炭世本溪期主要表现为广覆式的填平补齐充填作用，围绕古隆起形成障壁岛—潮坪—潟湖沉积体系[13-15]。受中央古隆起影响，研究区本溪组缺失，太原组保存相对较全（占总井数的73%），但平均厚度仅有16 m。根据区内50口井实钻数据表明，该区烃源岩主要为太原组—山西组的煤层及暗色泥岩，其中煤层主要分布在太原组顶部（一般发育1～2套），累计厚度1～4 m，平均厚度2.5 m；暗色泥岩在山2段发育，厚度介于60～90 m，平均厚度72 m，在全区范围内分布稳定（图3）。
怎样锻炼图3 研究区地层综合柱状图
2.2 有机质丰度及热演化程度
猫能吃芒果吗研究区上古生界主要气源岩为山2段及太原组煤层，次要气源岩包括山西组和太原组的暗色泥岩。从
地球化学指标来看（表1），太原组和山西组煤层的有机碳含量（TOC）较高，平均值都超过60%；山西组的岩石热解生烃潜量（S1+S2）略高于太原组，平均值为12.3 mg/g；山西组氯仿沥青“A”含量明显高于太原组，介于0.03%～0.55%，均值为0.22%。表1数据显示：研究区主力烃源岩为山西组和太原组的煤层，其间发育的暗色泥岩是次要的烃源岩。干酪根类型以偏腐殖型—腐殖型为主，烃源岩镜质体反射率（R o）为1.6%～3.0%，普遍超过2.0%，处于高成熟—过成熟干气阶段，生烃强度平均在15.5×108 m3/km2 [11]，有较好的生烃能力，具备形成气田的烃源岩条件[10]。
3 储集岩致密特征
3.1 储层岩性特征
研究区上古生界主力产气层为山1段，其
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砂岩类型主要为灰白色、浅灰色中粗粒石英砂岩、岩屑石英砂岩。岩石矿物组分中石英含量为65%～85%，平均为76%；岩屑以千枚岩、石英岩、板岩为主。填隙物主要以硅质（SiO 2）、火山凝灰质为主，其次为黏土矿物、碳酸盐胶结。
含气砂岩颗粒粒径一般为0.5～2.4 mm ，主要为粗—巨粒砂岩、中—粗粒砂岩。颗粒接触主要以线接触、凹凸接触方式为主，颗粒多数分选好，呈次圆状、孔隙式、镶嵌式胶结，孔隙类型主要为岩屑溶孔，其次为晶间孔，少见粒间孔。砂岩储层总体呈现“特低孔隙、特低渗透”特征，孔隙度分布为0.84%～9.74%，主要分布在2.0%～8.0%，
平均为4.98%；渗透率主要分布分布范围为0.003～0.500 mD ，平均0.19 mD （图4）。研究区山1段砂岩储层排驱压力介于0.138～11.034 MPa ，平均为1.702 MPa ；最大连通孔喉半径为0.067～5.329 μm ，平均为1.611 μm ；饱和度中值压力为0.586～27.586 MPa ，平均为6.517 MPa ；饱和度中值半径为0.027～1.254 μm ，平均为0.448 μm ；均值系数为0.100 0～0.983 7，平均为0.513 1。最大进汞饱和度60.63%～95.65%，平均为89.66%，退汞效率分布在9.81%～39.68%，平均为27.33%。研究区山1段有效储层主要为Ⅰ、Ⅱ类（图5）。
表1
研究区烃源岩地球化学指标表
层位岩性有机碳含量
氯仿沥青“A ”含量
生烃潜量/（mg ·g -1）镜质体反射率干酪根类型太原组
煤
53.5%～91.3%/（70.7%）
0.003%～0.06%/（0.02%）
0.71～20.1/（7.16）1.88%～3.0%/（2.5%）
偏腐殖型
泥岩0.08%～16.9%/（3.88%）
0.02～0.56/（0.25）
图4 庆阳气田山1段储层物性分析频率直方图
注：括号内为平均值
图5 庆阳气田山1
段有效砂岩储层典型毛细管压力曲线图
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3.2 储层致密因素和孔隙度定量化研究
综合分析该区砂岩成岩阶段已基本进入晚成岩阶段“B”期。区内砂岩储层中石英主要呈Ⅲ级次生加大胶结；碳酸盐矿物以亮晶方解石为主，部分地区发育铁方解石和铁白云石；黏土矿物中伊利石—蒙皂石混层（I/S）小于10%；孔隙度低，基本小于7%，以次生溶孔为主，见裂缝发育；包裹体记录了随时间变化而发生的温压条件和成分的变化，盐水包裹体均一温度大致记录了自生矿物形成的温度。包裹体均一温度峰值介于130～160℃之
间，说明碎屑成岩演化程度较高，山西组基本已进入晚成岩阶段“B”期[16-18]。
造成该区砂岩致密的主要原因有：①在长期高强度压实下，变质岩屑中的软组分（千枚岩、板岩）变形强烈，对孔隙进行挤压，形成了以微孔隙为主的致密砂岩；②以硅质、碳酸盐岩为主的胶结作用也是导致砂岩致密的重要因素；在砂岩储层埋藏过程中，普遍存在于碎屑颗粒之间的硅质胶结物主要以次生加大形式出现，对储层孔隙度、渗透率影响极大，已基本无残余粒间孔，形成了“特低孔隙、特低渗透”的致密储层；③自生黏土矿物中伊利石、绿泥石大多以颗粒薄膜式（孔隙衬里）和球射状（孔隙充填）的形式存在，易于堵塞砂岩孔隙喉道，对砂岩渗透率有显著破坏作用。
通过薄片鉴定，结合孔隙演化模拟等手段对各成岩作用影响孔隙度变化做定量化分析。如果将三角洲前缘相原生孔隙取值为35.0%[1]，经压实阶段后，剩余孔隙度只有12.47%，经胶结作用后，再损失9.0%，孔隙度只保留了3.47%，储层十分致密。至晚成岩A期，煤系烃源岩地层中有机质在较高温压
松井石根条件下分解有机酸，导致孔隙介质呈酸性，长石、方解石胶结物在一定条件下生成自形高岭石集合体矿物，体积缩小，从而产生部分孔隙空间；同时，在较粗粒的石英砂岩中，常见高岭石结晶良好，其晶体堆积松散，保留了良好的晶间孔，使孔隙体积进一步加大。最终溶解作用可使砂岩储层孔隙度增加1.51%。各成岩作用对孔隙度的综合作用下，目前储层孔隙度仅为4.98%（图6）。
此外，常规薄片、扫描电镜观察表明，该区发育少许微裂缝，可分为粒间缝和构造缝。前者由成岩过程中岩石收缩引起，后者与构造挤压/拉张相关。构造缝为次生溶蚀孔隙的产生创造了条件，也是油气聚集成藏过程中不可或缺的运移通道。4 成藏模式探讨
大中型气田的形成要求有一定的生气强度。鄂尔多斯盆地中东部构造上隶属于伊陕斜坡，构造断裂不发育，属于致密岩性气藏，生烃强度大于20×108 m3/km2。苏里格气田生烃强度为24×108 m3/ km2，乌审旗气田生烃强度为28×108 m3/km2，榆林气田生烃强度为30×108 m3/km2，米脂气田生烃强度为32×108 m3/km2 [1]。研究区生烃强度为15×108
m3/km2 [11]，具有较好的生烃潜力。研究区上古生界山1段底部发育一套厚度介于5～12 m的灰白色中、粗粒石英砂岩有效储层，其上覆盒8层砂岩不发育，多为浅灰色细、粉砂岩，与泥岩互层，成为天然气纵向运移的区域盖层。对于致密砂岩天然气的成藏，源岩生烃增压是油气充注最重要的驱动力，研究区山1段砂岩储层紧邻优质烃源岩，以微裂缝为主要运移通道，形成了天然气富集区带[19-21]
。根据该区试气成果，其山13层不产水，说明天然气对该层段进行了彻底充注，而局部以盒8层有效储层为目的层的气井，试气后普遍产水，说明该层由于距离烃源岩较远，天然气未能充注充分。可见，在该区致密砂岩储层背景下，较好的烃源岩、单一的优势储集层、优质的区域盖层构成了天然气富集成藏的重要条件（图7）。
5 结论
1）研究区是典型的致密砂岩岩性圈闭气藏。其烃源岩有机碳含量（TOC）较高，平均值超过60%以上；山西组煤层的氯仿沥青“A”含量、岩石热解生烃潜量（S1+S2）均略高于太原组，平均值分别为0.22%、12.3 mg/g。干酪根类型以偏腐殖型、腐殖型为主，处于高成熟—
过成熟热演化阶段，显图6 研究区成岩作用对孔隙度演变示意图
