塔里木盆地臺盆區志留系油氣鉆探失利井原因分析

焦 姣， 龐雄奇， 龐 宏， 姜福杰， 李建華

( 1. 中國石油大學(北京)教育部石油與天然氣成藏機理重點實驗室，北京 102249； 2. 中國石油大學(北京)盆地與油藏研究中心，北京 102249 )

0 引言

塔里木盆地志留系油氣資源具有豐富的開采價值[1-2].自1995年塔中11井首次獲得工業油氣流以來，至今已經在志留系地層成功鉆得塔中11、塔中12、塔中117、塔中169、塔中122等油氣井.目前，志留系勘探成功的工業油流井主要集中于塔中I號坡折帶和塔中10井區附近，英南地區和塔北地區也有分布.近年來，在輪臺凸起的西側即英買34-35井區發現一系列高產工業油氣井.這些成功井中以英買34井為首，在深度5 384～5 389 m處，獲產油量220 m3/d、產氣量12 804 m3/d，突破了探明志留系油氣藏僅局限于塔中地區的范圍束縛.同時，表明塔北地區也是勘探志留系油氣藏的有利區域.

志留系成藏條件及后期構造變動極其復雜，志留系地層鉆探井成功率僅有10%[3].共研究探井33口，其中工業油流井8口，低產井7口，失利井18口，反映對該區油氣地質條件認識仍不清楚.因此，亟需開展鉆探失利井原因分析，明確該層油氣分布的主控因素，為下一步有利勘探部署提供指導.筆者運用油氣功能要素組合-構造過程疊合-相勢耦合控油氣成藏模式，對臺盆區鉆探失利井原因進行分析.自2007年以來，諸多學者開始闡述“相勢”控藏模式及多元復合-過程疊加成藏模式的理論意義，并應用這些模式預測有利目標區[4-10].雖然理論模式已經提出，但應用僅局限于預測有利勘探區帶和目標，把3個成藏模式組合應用，分析鉆探失利井原因，筆者尚屬首次.

1 志留系地質概況

塔里木盆地位于中國西北部(見圖1), 面積達56×104km2，是中國面積最大的內陸盆地.它經歷多期生排烴,多期成藏與油氣的調整、改造與破壞[11-13]，是一個典型的疊合盆地[14-16].志留系作為塔里木盆地油氣勘探的重要目的層系之一，面積廣泛，達24.9×104km2，主要分布在北部拗陷、塔中低凸起、滿加爾凹陷、阿瓦提凹陷[11].塔里木板塊在志留紀為克拉通內拗陷，具有“兩隆夾一拗”的地貌格局.志留系逐層向隆起區超覆，早海西運動使隆起進一步發展，致使志留系普遍遭受剝蝕，由北向南剝蝕量逐漸減小[17].層序地層及沉積相研究表明，穩定的構造格局、寬緩的地形特征、不同的物源條件，導致志留系形成一套以濱岸-潮坪為主的沉積體系，局部發育辮狀三角洲、潮控三角洲[18-19].砂體厚度一般在幾十米至幾百米,橫向延伸較為穩定.志留系沉積后雖遭受風化剝蝕,但隨后泥盆系、石炭系厚層泥巖及膏鹽層的廣泛超覆,構成良好的區域蓋層條件(見圖2).

圖2 疊合盆地功能要素組合控油氣作用及其成藏模式

2 分析方法與原理

鉆探失利井是針對志留系地層而言的，指鉆遇該地層但未見油氣流的探井.通過功能要素組合-構造過程疊合-相勢耦合控油氣成藏模式3種新方法分析鉆探失利井的原因.

2.1 功能要素組合控油氣分布模式

前人已對功能要素組合控油氣成藏模式進行描述[4，9，20].功能要素是指控制油氣的形成和分布，且能客觀描述并定量表征油氣資源的必不可缺的地質要素，包括烴源灶(S)、古隆起 (M)、沉積相 (D)和區域蓋層 (C) 4個要素.烴源灶為形成油氣藏提供物質基礎；高孔滲的沉積相發育區有利于油氣聚集；正向構造單元的形成和分布控制油氣的運移方向和聚集區帶；蓋層為油氣保存提供遮擋.C、D、M、S功能要素自上而下縱向有序組合控制油氣聚集成藏的層位;平面疊加復合控制油氣聚集成藏的范圍;地史時期(T)聯合作用控制油氣富集成藏的時期,這種綜合控藏作用稱為功能要素組合控油氣分布模式,用T-CDMS表示(見圖2).統計分析表明，塔里木盆地臺盆區發現的603個油氣藏中，大于86%的油氣藏符合縱向有序組合，大于92%的油氣藏分布在平面疊加范圍內，98%的油氣藏形成于T-CDMS聯合控藏期內.

塔里木盆地志留系目的層成藏分為3期：晚加里東-早海西期、晚海西-印支期和燕山-喜山期[17,21].在每一個成藏期內C、D、M、S功能要素相互疊合，控制單期有利成藏區的范圍(見圖3)，即可得到有利的單期油氣成藏區；將3個單期成藏區域預測圖疊加復合即可得到塔里木盆地志留系多期成藏的最有利領域(見圖4).

圖3 志留系單期成藏要素控藏概率及有利成藏范圍

2.2 構造過程疊合控油氣改造模式

疊合盆地發生多期構造變動,它們對早期形成的油氣藏發生調整、改造和破壞[4].構造過程疊加對油氣藏的影響具有“強-強疊加破壞、強-弱疊加改造、弱-弱疊加保護”的基本特征(見圖5),研究構造變動強度(k) 、構造變動次數(n) 、構造變動順序(i) 和區域蓋層封油性(kc)等要素的影響，建立構造變動破壞烴量定量評價模型[9-10].即在功能要素組合控油氣模式預測成藏區的基礎上，疊加后期改造的油氣成藏保存概率，可以預測含油氣盆地最有利的勘探區帶[9].如志留系地層，經歷三期成藏兩期改造，在預測的第一期有利成藏區基礎上疊加兩期改造后的保存概率，即得到第一期過程疊加預測有利勘探區帶(見圖6)；將得到的第一、二、三期的有利勘探區帶疊加，得到最終的志留系有利勘探領域圖(見圖7).

2.3 晚期相勢耦合控油氣分布模式

勘探實踐表明,晚期成藏是至關重要的[22-23].塔里木盆地的實例剖析表明,目前已發現儲量的70%和油氣藏個數的38%來自第三期或最后一期形成的油氣藏.這說明晚期或最后一期的成藏作用和成藏條件對于預測當前圈閉的含油氣性具有重要的意義.在考慮多期成藏作用和多期構造過程疊加改造作用后,圈閉的含油氣性幾乎取決于當前的地質條件，志留系油氣藏的形成和分布受“相”和“流體勢”雙重要素的聯合控制，宏觀上控制油氣藏的時空分布，微觀上控制油氣藏的含油氣性變化，簡稱相勢耦合控藏[5]，且相勢指數越高越有利于油氣成藏(見圖8).

圖4 志留系目的層有利成藏領域預測及其與井位關系

圖5 多期構造變動對油氣藏的改造模式

由于相控油氣作用表現出相對高孔滲控藏的特點，勢控油氣作用表現出相對低勢區控藏的特點，文中采用均一化指數的方法，建立相對優相指數(FI)和低勢指數(PI).FI是儲層孔隙度相對值的函數，FI值越高，儲層的質量越好，越有利于油氣聚集，其成藏概率越大.

FI=(φ/φmax+K/Kmax)/2,

(1)

式中：FI為相對優相指數，0

利用相對位能指數(PFI)表征位能對油氣成藏的控制作用，該指數具有相對性的概念，數值位于0～1內，數值越接近0，表明越靠近地表或位于局部構造高點，越有利于形成與背斜有關的構造油氣藏；數值越接近1，表明越臨近烴源灶，如果沒有局部構造高點的存在，形成背斜油氣藏的可能性非常小.

圖6 志留系第一期疊加預測有利勘探區

圖7 志留系成功井和失利井與構造過程疊加預測有利勘探區關系

,

(2)

式中：PFI為相對位能指數；P為儲層自身的位能；Pmin為源灶頂或底具有的位能；Pmax為地表具有的位能.

相勢耦合指數表達式為

FPI=((FI2+(1-PI)2)/2)0.5,

(3)

式中：FPI為相勢耦合指數，0

圖8 相勢耦合控藏圖

3 分析過程及結果

3.1 功能要素組合控油氣分布模式

依據功能要素組合模式的方法和步驟，文中檢驗的15口成功井在預測的有利成藏區內，在選取的18口失利井中，其中有9口井在預測的有利成藏區外(見圖4).9口井分別是滿南1、方1、和4、古董2、古董3、羊屋2、哈德21、滿西2及塔中79.分析9口井的油氣成藏條件，研究各要素之間的組合情況,結果見表1.以滿南1井為例，該井是9口井中缺少必備的成藏要素最多的井，失利原因主要是在晚加里東-早海西期成藏時塔中地區構造運動強烈，正向構造單元——古隆起(M)被破壞，缺少有利儲層發育的沉積相(D)和保存油氣的蓋層(C)；在晚海西-印支期成藏時該井缺少生成油氣的烴源巖(S)、有利的油氣儲集體沉積相(D)和油氣保存油氣的蓋層(C)；喜山期成藏時與前一期狀況相似，同時缺少S、D、C成藏必備條件.即滿南1井因在每一個成藏過程中都缺少一個或多個功能要素而不能成藏，所以導致該井失利.其余8口井的失利原因見表1.

表1 失利井與各匹配要素關系

注：“√”為具備某一成藏要素；“×”為不具備該成藏要素.

3.2 構造過程疊合控油氣改造模式

通過功能要素組合模式分析后，還有9口失利井待分析.它們可能在早期形成了油氣藏，但受到后期構造變動的調整、改造和破壞而失利.

志留系目的層多期成藏與多期構造過程疊合后預測的有利區相對剩余資源潛力分布見圖7.剩余烴潛力是指油氣資源在某一區域內被保存下來的概率的大小，因此剩余烴潛力越大油氣被保存的概率越高.所有鉆探成功井分布在有利區域之內.失利井為利用功能要素組合控油氣分布模式不能分析失利原因的，需要用構造過程疊合控油氣改造模式分析的.由圖7可以看出：(1)喬2井在受到構造過程疊合后被排除在有利勘探區之外.喬2井在晚加里東-早海西期成藏，隨后遭受兩期構造破壞，使油氣消失殆盡.(2)哈德14、塔中13、塔中14、塔中33、塔中71、塔中825、塔中77和勝利1井，雖然在構造過程疊合后仍處于預測的有利區范圍內，但是其所處的相對剩余烴潛力較低，普遍低于0.57(見表2).

表2 失利井經歷構造變動概況

由表2可以看出，塔中13、塔中14、塔中33、塔中825井僅在晚加里東-早海西期成藏，隨后受早海西構造變動調整破壞.早海西期的構造運動對志留系影響很大.它導致塔里木盆地臺盆區最廣泛的地層抬升和剝蝕，剝蝕泥盆系地層和志留系地層，使志留系油氣藏埋深變淺而接近地表，原始的古油藏遭受破壞，致使這些井剩余烴潛力較小(≤0.40).實際上，由于構造抬升，志留系油層被破壞嚴重，大多鉆遇瀝青.哈德14井在喜山期成藏，幾乎未受到構造調整破壞，所以具有一定的剩余資源潛力.塔中77、塔中71和勝利1井在晚加里東-早海西期成藏，雖然受早海西運動的影響，但是在喜山期又經歷成藏作用；因此剩余烴潛力相對較大.

志留系失利井在構造過程疊加預測后，雖然僅排除喬2井,但油氣資源受到不同程度構造作用的影響和破壞.

3.3 晚期相勢耦合控油氣分布模式

研究功能要素組合控油氣分布模式和構造過程疊合控油氣改造模式分析后的8口失利井失利原因，包括塔中13、塔中14、塔中33、塔中71、塔中77、塔中825、哈德14和勝利1井.塔里木地區志留系已發現的油氣藏和工業產油氣井統計結果表明(見表3)，成功油氣井均分布在相勢耦合指數FPI>0.5的范圍內；失利井的FPI≤0.5,說明失利井分布在優相低勢有利區域范圍之外，所以不能形成工業油氣流.

表3 志留系失利井相勢耦合指數計算結果

4 結論

(1) 分析塔里木盆地臺盆區志留系目的層33口井發現：所有的成功井在預測的有利范圍內，證明油氣富集成藏理論的科學性、相關方法的可行性和有效性；所有的失利井能夠根據油氣功能要素組合-構造過程疊合-相勢耦合理論分析原因.

(2) 在3個失利井主要原因中,因功能要素不全或不能有效組合，導致失利井數有9口, 占失利井總數的50%；因相勢條件不匹配，導致失利井數有8口,占失利井總數的44%；因構造過程疊合改造和破壞油氣藏，導致失利井數有1口，占失利井總數的6%.