渤海湾盆地东营凹陷盐家地区深层砂砾岩油气藏相态演化及成藏过程.pdf
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1、第 44 卷 第 5 期2023 年 10 月OIL&GAS GEOLOGY渤海湾盆地东营凹陷盐家地区深层砂砾岩油气藏相态演化及成藏过程王永诗1,巩建强2,陈冬霞3,邱贻博2,茆书巍2,雷文智3,杨怀宇2,王翘楚31.中国石化 胜利油田分公司,山东 东营 257000;2.中国石化 胜利油田分公司 勘探开发研究院,山东 东营 257015;3.中国石油大学(北京)地球科学学院,北京 102249摘要:渤海湾盆地东营凹陷北部陡坡带盐家地区深层油气藏经历了复杂的热演化过程,使得深层油气相态类型多变,影响着深层油气勘探开发。通过盆地模拟、pVT相态模拟和烃类流体包裹体等综合分析,揭示了盐家地区深层油
2、气相态演化过程,建立了不同类型油气成藏模式。研究表明,东营北带盐家地区古近系沙河街组四段深层油气多种相态垂向有序分布,从浅至深依次发育轻质油、凝析气和干气等多类型油气藏。深层砂砾岩体中油气相态主要受到热演化的控制,而干酪根生烃、原油裂解和外部天然气充注主导了凝析气藏的相态演化过程。基于盐家地区深层砂砾岩体不同类型油气藏的油气相态、储层特征和温压演化史,建立了盐家深层“多期生油气,扇中叠置输导-扇根封堵,多相态有序分布”的砂砾岩油气成藏模式,为陆相断陷盆地深层油气的高效勘探提供理论指导。关键词:pVT相态模拟;盆地模拟;油气相态演化;油气成藏模式;深层砂砾岩体;古近系;东营凹陷;渤海湾盆地中图分
3、类号:TE122.3 文献标识码:APhase evolution and accumulation mode of hydrocarbons in deep coarse-grained clastic reservoirs in the Yanjia area,Dongying Sag,Bohai Bay BasinWANG Yongshi1,GONG Jianqiang2,CHEN Dongxia3,QIU Yibo2,MAO Shuwei2,LEI Wenzhi3,YANG Huaiyu2,WANG Qiaochu31.Shengli Oilfield Branch Company,S
4、INOPEC,Dongying,Shandong 257000,China;2.Exploration and Development Research Institute,Shengli Oilfield Branch Company,SINOPEC,Dongying,Shandong 257015,China,3.College of Geosciences,China University of Petroleum(Beijing),Beijing 102249,ChinaAbstract:Deep hydrocarbon reservoirs in the Yanjia area in
5、 the northern steep slope zone of the Dongying Sag experienced complex thermal evolution.The resultant multiple hydrocarbon phases pose challenges for the exploration and exploitation of deep hydrocarbons.Using basin modeling,pressure-volume-temperature(pVT)phase simulation,and the analysis of hydro
6、carbon fluid inclusions,we reveal the evolutionary process of deep hydrocarbon phases in the Yanjia area and establish the hydrocarbon accumulation modes of different types of reservoirs.Findings indicate that deep hydrocarbons in the 4th member of the Shahejie Formation in the Yanjia area exhibit a
7、n orderly phase distribution in the vertical direction,with reservoirs of light oil,condensate gas,and dry gas found from shallow to deep.While thermal evolution predominantly governed the formation of hydrocarbon phases in deep coarse-grained clastic rocks,the phase evolution in condensate gas rese
8、rvoirs stemmed from hydrocarbon generation from kerogen,crude oil cracking,and external natural gas charging.By integrating insights into the hydrocarbon phases,characteristics,and temperature and pressure evolutionary histories of different hydrocarbon reservoirs,we propose a hydrocarbon accumulati
9、on mode for deep coarse-grained clastic rocks in the Yanjia area.This mode encompasses multi-stage hydrocarbon generation,migration via superimposed sand beds within middle fans while sealed by mudstone within root fans,and the orderly phase distribution of hydrocarbons.This study seeks to provide t
10、heoretical guidance for the efficient exploration of deep hydrocarbons in continental downfaulted basins.Key words:pVT phase simulation,basin simulation,hydrocarbon phase evolution,hydrocarbon accumulation mode,deep coarse-grained clastic rock,Paleogene,Dongying Sag,Bohai Bay Basin文章编号:0253-9985(202
11、3)05-1159-14doi:10.11743/ogg20230507收稿日期:2023-04-03;修回日期:2023-07-28。第一作者简介:王永诗(1964),男,博士、教授级高级工程师,石油地质研究与油气勘探管理。E-mail:。基金项目:中国石化科技攻关项目(P21034-1)。第 44 卷石 油 与 天 然 气 地 质引用格式:王永诗,巩建强,陈冬霞,等.渤海湾盆地东营凹陷盐家地区深层砂砾岩油气藏相态演化及成藏过程 J.石油与天然气地质,2023,44(5):1159-1172.DOI:10.11743/ogg20230507.WANG Yongshi,GONG Jianqia
12、ng,CHEN Dongxia,et al.Phase evolution and accumulation mode of hydrocarbons in deep coarse-grained clastic reservoirs in the Yanjia area,Dongying Sag,Bohai Bay Basin J.Oil&Gas Geology,2023,44(5):1159-1172.DOI:10.11743/ogg20230507.随着油气资源勘探程度的不断提高,勘探开发理论的创新和探测技术的进步,深层油气资源越来越多地得到广泛关注,已经成为全球油气勘探的重点领域和目标
13、1-2。但深层油气具有埋藏深、温度高、压力大、构造演化复杂及产能不稳定等特征,使得深层高效勘探和开发面临诸多挑战和难题3-4。深部油气藏与中-浅层油气藏相比较,往往经历了更为复杂的成藏与热演化过程,并且伴随着多期和多相态类型的油气充注,进而影响油气成藏过程、储量计算以及油气藏开发5-6。前人在深层油气相态研究领域进行了一定的探索,朱光有等发现塔里木盆地下台盆区塔中和塔北隆起的海相碳酸岩地层中存在多种相态的油气藏,并基于油气地球化学方法,揭示了油气相态多样性的成因机制7。陈承声等通过盆地模拟和油气相态模拟相结合,定量分析了塔里木盆地下寒武统玉尔吐斯组深层油气相态物性演化特征8。深层油气相态的形成
14、机制和演化过程研究已成为成藏机制研究的热点和关键点。近年来,济阳坳陷东营凹陷深部砂砾岩地层已有大量凝析气藏发现,引起了石油工作者的极大关注,展现了深层巨大的勘探潜力。研究区渤海湾盆地东营凹陷北部陡坡带盐家地区古近系沙河街组四段(沙四段)深层发育多相态类型的油气藏,从深至浅表现为干气藏、凝析气藏和轻质油藏的垂向有序分布特征9。东营凹陷沙四段烃源岩经历了复杂的热演化过程,存在多期生烃和多期油气充注的成藏特征。目前,在此地质背景下,深层油气相态垂向分异的形成机制及平面分布认识不足,严重制约了深层油气成藏过程及富集机制的研究。研究区发育的近岸水下扇与半深湖相泥岩横向对接,具有源-储对接和近源充注的优越
15、条件,这样能减小油气运移过程中烃类组分变化的影响,有利于油气相态成因及成藏过程的分析。本次研究着重开展盆地模拟、pVT相态模拟和烃类流体包裹体分析等,探讨东营凹陷北带盐家地区深层油气相态演化史,揭示不同相态油气成藏过程和机制,建立盐家地区基于生烃-储层-压力演化耦合下的深层砂砾岩油气成藏模式。研究成果将有助于深层砂砾岩油气相态的分布预测,为陆相断陷湖盆深层油气勘探提供指导。1区域地质概况东营凹陷位于渤海湾盆地东南部,是中国东部重要的含油气凹陷之一,具有“北断南超”的构造样式(图1a)。东营凹陷北临陈家庄凸起,西靠滨县凸起和青城凸起,东临青坨子凸起,南接鲁西隆起和广饶凸起,为典型的断陷湖盆(图1
16、b)10-12。东营凹陷北部陡坡带位于青坨子凸起、陈家庄凸起和滨县凸起南侧盆地内缘的狭长型断裂带,呈东西向展布,是砂砾岩主要发育区域。其中,盐家地区位于东营凹陷北部陡坡带东段,北以陈家庄凸起为界,南邻民丰生油洼陷,西靠胜北断层,东接永安镇构造断裂带,勘探面积约300 km2。其作为东营凹陷北部陡坡带的一部分,基底断层产状上陡下缓,沿边界断裂发育多条与边界断裂走向一致的伴生断裂,平面延伸37 km,断距在20100 m,继承性较好(图1b)。盐家地区沙四段为典型的盐湖沉积,发育灰黑色泥岩、砂岩和砾岩,并且灰白色膏盐岩和灰色泥岩条带互层13。北部陡坡带沙四段泥岩形成于还原沉积水体中,有机质类型以型
17、和1型为主,泥页岩总有机碳含量(TOC)大于2%,为该地区的优质烃源岩。勘探实践表明,北部陡坡带沙四段沉积期广泛发育砂砾岩储层,源-储匹配关系极好,是油气增储上产的重要阵地14。近年来,随着丰深1斜1、丰深斜101和丰深斜11等井深层油气藏的发现,盐家地区沙四下亚段展现出良好的勘探潜力(图1c)。2深层油气分布及相态特征2.1油气藏类型分布特征东营凹陷北部陡坡带砂砾岩扇体从凸起到洼陷呈现出有规律的组合、叠置和展布,由于盖层条件、断裂作用和岩性变化等对圈闭的形成均有一定影响,加之不同成因类型的扇体与周围生油岩及扇体间的接触方式各异,从而形成不同类型的油气藏15。东营北带盐家地区深层沙四段油藏具有
18、沿北部陡坡带东西向平行分布的特征,从民丰洼陷中心到北部陡坡带依次发育了干气藏、凝析气藏和轻质油藏(图2)。从油气藏平1160第 5 期王永诗,等.渤海湾盆地东营凹陷盐家地区深层砂砾岩油气藏相态演化及成藏过程陈家庄凸起滨县凸起凸起青坨子利津洼陷洼陷民丰凸起青城洼陷洼陷博兴牛庄起起凸隆鲁西饶广渤中坳陷济阳坳陷冀中坳陷辽河坳陷鲁西隆起丰深1永斜941A00a东营凹陷80 km渤海湾盆地bc2 km盐斜238盐斜223盐斜236盐斜237盐23盐斜229盐斜232盐斜228丰深斜11丰深4丰深2A丰深3丰深斜12丰8丰深斜101盐227盐222盐22-22盐斜167盐16永920丰深10永936丰深斜
19、9永938丰深斜601丰深6-1 800-2 600-2 000-2 200-2 200-2 400-2 000-2 200-1 360-1 340-2 800-3 200-3 400-2 400-2 000-2 200-1 800-2 200-2 000-1 400-1 600-2 200-2 000-2 000-2 200-2 400-2 800-2 600-3 600-3 400-3 200-3 400-3 600-3 200-3 000-2 600A断层构造分界线构造等高线(m)-3 000东营凹陷研究区含油水井井位盐斜223盐斜232盐22-22丰深斜11丰深2油、水同出井井位油井井
20、位油、气同出井井位 气井井位地层超覆边界坳陷凸起剖面线A太行山隆起山海关隆起0 8 km图1 东营凹陷区域位置及构造单元划分Fig.1 Regional location and tectonic units of the Dongying Saga.渤海湾盆地构造单元划分;b.东营凹陷构造单元划分;c.盐家地区位置及构造特征0N丰深1井丰深2井陈南层断A沙四下沙 四 上沙 三 下沙 三 上轻质油藏气藏凝析气藏常规油藏凝析气相气相凝析气相气相油相001020304050油相气相深度/m2 0002 4002 8003 2003 6004 0004 4004 8005 2005 600A丰深斜1
21、01井 盐222井盐22-22井盐16井120 70 140 180 205 p/MPap/MPap/MPa-100100 200 300 400 500001020304050-100100 200 300 400 500001020304050T/-100100 200 300 400 500凝析气相干气凝析油轻质油油相1 000 m油气藏类型垂向分布扇根亚相扇中亚相砂质泥岩膏质泥岩膏盐层干气藏凝析气藏油藏水层T/T/图2 东营凹陷盐家地区深层油气藏油气相态分布特征及分类(剖面位置见图1c)Fig.2 Distribution and classification of hydrocarb
22、on phases in deep hydrocarbon reservoirs in the Yanjia area,Dongying Sag(see Fig.1c for the profile location)(p-T相图中红色五角星指示左侧对应深度油气藏的温度和压力值。)1161第 44 卷石 油 与 天 然 气 地 质面的展布规律来看,民丰洼陷中泥页岩的埋藏深度与砂砾岩体油气藏存在明显的对应关系,泥页岩埋藏深,临近的砂砾岩储层中多为高成熟演化阶段的烃类产物,反之为成熟阶段生成的油气。具体来看,由于盐家地区西侧的盐斜229井区远离洼陷中心,供烃泥页岩处于成熟阶段,使该地区深层主要发育
23、油藏。同样地,盐家地区东侧永920和永938井区的特征与盐斜229井区相似,以油藏为主;处于洼陷边缘的丰深斜12和丰深斜11井,则以挥发性油藏(轻质油)为主,表现为气态与液态共存的特征;丰深斜101井区更靠近洼陷中心,深层砂砾岩体紧邻深部高成熟的泥页岩,因而以凝析气藏为主;深洼区丰深3井和丰深2井等深层沙四段储层则发育凝析气藏和干气(图1,图2)。2.2油气物性特征及相态分析前人研究表明,供烃的烃源岩成熟度不同,会使得不同类型油气藏中原油和天然气性质存在差异16-17。盐家地区西侧的盐斜 229井区原油密度(20)介于0.82 0.87 t/m3,平均密度为 0.85 t/m3,黏度介于3.3
24、2 30.30 mPa s,均值为12.46 mPa s,总体表现为低黏度的常规油藏。另外,其天然气平均相对密度为0.83,平均干燥系数为0.73,为典型的湿气,具有油藏伴生气的特征。而中部和东侧的丰深斜11和丰深斜12等油气藏中的原油密度(20)为0.81 0.84 t/m3,原油黏度介于1.09 4.79 mPa s。该地区原油密度和黏度略低于盐斜229井区,为典型的轻质油,原油品质略优于盐斜229井区深层原油,其原油物性之间的细微区别可能是由于该区域相对更靠近生烃中心,所处的热演化阶段或油气二次运移距离存在差异导致的。深层的丰深1和丰深斜 101 等凝析气藏中原油密度低,平均值为0.78
25、 t/m3,天然气平均相对密度0.69,天然气干燥系数低,位于0.75 0.85,该类型油气藏最主要的特征是具有较高的气/油比,最低气/油比大于1 000 m3/m3。临近生烃中心发育的气藏具有干燥系数高,相对密度低的特征,其干燥系数多大于0.95,为典型的干气藏。盐家地区北部陡坡带深层油气呈现出多种相态垂向有序分布的特征,包括轻质油、凝析气和干气等多类型油气藏 9。同时,结合勘探实际,对丰深1井、丰深斜101井和丰深斜12井等开展气体轻组分分析,结合烃组分油气藏类型分析三角图,初步明确盐家地区不同井的油气藏类型(图3)。总体上,从深层不同类型油气藏的垂向分布规律来看,地层埋深在4 200 m
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