流體超壓對西部凹陷天然氣分布的控制作用

張 宇

(中國石油遼河油田分公司，遼寧 盤錦 124010)

0 引 言

西部凹陷位于遼河坳陷西部，是遼河坳陷天然氣最富集的凹陷之一，但不同地區天然氣分布的差異性較大[1-6]。通過多年研究認為，該區發育多套厚度較大、分布比較穩定的泥巖，并以古近系沙三上段和沙一中段為主，這些厚層泥巖在成巖時脫水，頂底面附近向儲層快速排水，快速壓實，而且靠近儲層處更易產生成巖礦物堵塞孔隙，導致中間部位的泥巖排水不暢，形成欠壓實帶。同時，上覆巖層的部分負荷加到欠壓實帶中的孔隙中，導致泥巖孔隙流體中產生大于靜水柱壓力的超壓異常[7-9]，這種流體超壓異常對油氣，尤其對天然氣具有很好的封蓋能力，有效地控制了西部凹陷天然氣的分布和富集。

1 泥巖超壓封蓋層的分布特點

西部凹陷古近系發育多套泥巖蓋層，尤其是斷陷期廣泛發育的沙三上段和沙一中段厚度較大，為該區最有利的區域蓋層(圖1)。其中，沙三上段為深湖相泥巖，巖性主要為深灰色泥巖、褐灰色油頁巖等，純度高、含砂量很少，連續厚度為50～350 m，一般大于100 m，具有向西斜坡和東側斷裂帶減薄、砂巖含量增加的特點；沙一中段為淺湖相泥巖，巖性主要為深灰色泥巖，純度高、含砂量少，連續厚度為50～450 m，一般大于100 m，同樣具有向西斜坡和東側斷裂帶減薄、砂巖含量增加的特點。

圖1 西部凹陷沙一、沙三段綜合柱狀圖

1.1 聲波時差計算方法

在鉆井、試井測試和開發過程中發現該區廣泛發育的泥巖普遍存在流體超壓，壓力系數一般為1.20～1.25，最高為1.29。分析認為，該區泥巖中的流體超壓層對天然氣分布和富集的控制作用更強。因此，采用聲波時差方法計算西部凹陷泥巖地層的流體壓力，并用試井資料進行校正：

(1)

為了檢驗聲波時差計算地層壓力的可靠性，選取有實測壓力值和厚層泥巖聲波時差資料的井進行計算(表1)。

表1 西部凹陷地層流體壓力計算值與實測值對比

通過多井多點計算出的壓力值與實測值進行比較，該方法可以達到研究的精度要求。根據西部凹陷地層水礦化度低的特點和試井資料測試的精度，定義泥巖地層正常壓力系數為0.90 ～ 1.10，超過1.10為超壓異常。計算結果表明，西部凹陷在埋深1 000 ～4 000 m范圍內泥巖層的壓力系數一般為1.10～1.40，最高為1.90。因此，該范圍內普遍存在泥巖流體超壓異常。

1.2 泥巖流體超壓封蓋層的縱向分布特點

西部凹陷泥巖流體超壓封蓋層縱向上一般發育于1 000～4 000 m，可以分為上、下2層。上層泥巖流體超壓封蓋層具有3層結構，頂部為超壓過渡帶，以東營組上段為主；中部是超壓和常壓混合帶，以東營組中段為主，但超壓帶分布不穩定；下部是穩定超壓帶，以東營組下段和沙一段為主，但以沙一中段最為穩定。其中，興隆臺地區埋深為1 600～2 100 m，雙臺子、鴛鴦溝地區埋深為1 300～2 500 m。下層泥巖流體超壓封蓋層主要發育在沙三段，并以沙三上段為主，分布比較簡單，為單層結構，底界起伏很大，且和上層的下部穩定超壓帶一致，同構造起伏形態基本一致。

1.3 泥巖流體超壓封蓋層的平面分布特點

西部凹陷沙三上段泥巖流體超壓封蓋層從北至南主要分布在高升、興隆臺-雙臺子、清水的廣大地區。高升以北地區由于沙三上段泥巖不發育，不存在流體超壓；西部斜坡帶由于沙三上段砂巖含量增加；東部斷階帶由于沙三上段砂巖含量增加，同時，臺安-大洼斷裂的長期活動使壓力釋放，不存在流體超壓封蓋層。沙一中段泥巖流體超壓封蓋層主要分布在興隆臺、雙臺子至清水地區，興隆臺以北地區不存在流體超壓封蓋層，西部斜坡帶和東部斷階帶由于和沙三上段具有相同的特點，同樣不存在泥巖流體超壓封蓋層。

2 超壓封蓋層對天然氣分布的控制作用

泥巖流體超壓封蓋層具有很強的封蓋能力，表2為西部凹陷泥巖流體超壓封蓋層與毛細管封蓋層對比。由表2可以看出，泥巖流體超壓封蓋是毛細管封蓋能力的3.4～4.9倍。因此，西部凹陷最好的區域蓋層是泥巖流體超壓封蓋層。西部凹陷泥巖流體超壓封蓋層是控制該區天然氣分布和富集的關鍵因素[10-15]。

表2 西部凹陷泥巖流體超壓封蓋與毛細管封蓋能力對比

泥巖流體超壓封蓋層控制了西部凹陷縱向上發育古近系沙三上段和沙一中段2套區域泥巖流體超壓封蓋層。由于這2套封蓋能力較強的區域蓋層的存在，致使西部凹陷天然氣在縱向上基本上分布在沙三中、下段及沙一下段和沙二段。如沙三中、下段的高升氣田和雙臺子氣田，沙一下段和沙二段的興隆臺氣田和齊家氣田。平面上，4個主要氣田分別在泥巖超壓流體封蓋層壓力系數大于1.10的范圍內。

然而，在其西部斜坡帶由于對應層位砂巖含量增加，封蓋能力變差，東部臺安-大洼斷裂帶不但砂巖含量增加，而且斷裂長期活動致使壓力釋放，同樣造成封蓋能力變差。因此，在這2個區域基本沒有形成氣藏或氣田。

泥巖流體超壓封蓋層和正向構造的有利配置控制了西部凹陷天然氣富集。西部凹陷發育多個正向構造，但含氣狀況差異較大。如位于西斜坡部位的歡喜嶺構造、曙光構造，位于東部臺安-大洼斷裂帶的大洼、小洼、冷家和牛心坨構造由于對應地層砂巖含量增加和長期斷裂活動，缺少泥巖流體超壓封蓋層的有利配置，雖構造形態較好，但只含油不含氣，并且以稠油為主。而高升、興隆臺、雙臺子、齊家等構造由于泥巖流體超壓封蓋層和構造配置有利，天然氣十分富集，形成了西部凹陷儲量較大的4個氣田[16-20]。

由泥巖流體超壓封蓋層的縱橫變化可以看出，在興隆臺、高升、雙臺子、齊家等背斜帶之上，泥巖流體超壓封蓋層的主封蓋面亦構成了大型的背斜狀起伏形態，雖多數背斜被多組斷裂切割和改造，油氣仍然還是聚集在這個背斜內而沒有大量散失，關鍵是泥巖流體超壓封蓋層起到了很好的保護作用。因此，泥巖流體超壓封蓋層和正向構造的有利配置是控制西部凹陷天然氣富集的關鍵因素。

3 結 論

(1) 泥巖流體超壓封蓋層的縱向發育位置控制了西部凹陷天然氣的分布層位。

(2) 泥巖流體超壓封蓋層的平面分布控制了西部凹陷天然氣的分布位置。

(3) 泥巖流體超壓封蓋層和正向構造的有利配置控制了西部凹陷天然氣富集。

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