定北地區上古生界天然氣成藏類型及模式

趙榮華

中國石化華北油氣分公司勘探開發研究院，河南 鄭州 450006

0 引言

定北地區石炭—二疊系區域構造穩定、局部構造幅度小，砂體是天然氣二次運移的主要輸導體系。下石盒子組的砂巖厚度大、分布廣[1-3]，但是本身的烴源條件差，與太2段頂部—山1段互層狀煤層構成下生上儲的儲蓋組合。太2段頂部—山1段烴源巖的油氣可以直接排烴到山2段儲層，然后通過山2段與盒1段儲層之間的疏導體系向上部砂體運移。源儲距離和砂體疊置區在很大程度上決定了天然氣的主要充注區。另外，在斷層和裂縫的發育區，天然氣通常以裂縫和斷層優先運移到優質儲集體中。

1 儲集體內天然氣充注路徑及動力

考慮天然氣注入的動力學機制，確定天然氣在不同結構儲集體內的注入路徑，并總結出主要的充注路徑模式為：砂體連通性+砂體成巖相。研究區地質構造相對穩定，盒1、山2、山1、太2、太1段呈整合接觸，砂體的疊置關系和優質成巖相分布是天然氣二次運移的主要控制因素，砂體頂面微構造在一定程度上影響了天然氣的充注路徑。根據成巖作用及儲集空間類型研究表明，研究區優質的成巖相以酸性環境—中基性基質砂巖—溶蝕相和酸性環境—混合型基質砂巖—溶蝕壓實相儲層品質最優，油氣在優質成巖相的運移過程中，充注動力保持良好，油氣可以運移到相對較遠的儲集體中[4-5]。

2 成藏類型與未成藏類型

通過氣藏解剖，對研究區的成藏類型進行了劃分。共分為4種類型，分別為源內充注型氣藏、近源充注型氣藏、遠源充注型氣藏和斷砂組合型氣藏。

2.1 源內充注型氣藏

對于太原組，由于層內就發育多套煤層，砂巖和煤層直接接觸，可形成源內充注成藏。分為三類（1）源內強動力充注氣藏；（2）源內低阻力充注氣藏；（3）源內裂縫高效充注氣藏。

源內強動力充注氣藏：在源內要形成高產氣區，首要條件是充注動力最強。煤層厚度最大，充注動力最強。同時，定北10井太2層內垂向上也發育3套較厚的煤層（圖1）使源內充注更充分。定北10井的成巖相類型為溶蝕相和溶蝕壓實相，物性均較好，充注阻力較小。因而，定北10井形成了高產富氣型。

圖1 定北10井儲層綜合柱狀圖Fig.1 comprehensive reservoir histogram of well Dingbei 10

源內低阻力充注氣藏：天然氣直接充注進入成巖相類型好的砂巖中，因為充注阻力較小。以定北8井為例，該井太2-3層和太2-2層均以溶蝕相為主（圖2），為含氣區。

圖2 過定北8井成巖相連井對比圖Fig.2 Comparison of diagenetic connecting wells of guodingbei 8 well

源內裂縫高效充注氣藏：在烴源巖厚度較小的地區，充注動力不夠強，同時成巖相類型又比較差，總體對天然氣充注不利。然而，在裂縫發育區可減少充注動力的損耗，使動力保持得較好，因而有利于氣的充注。按照裂縫發育的控制因素，粗砂巖中裂縫更為發育，而構造核部由于構造應力集中也易于產生裂縫，可稱為裂縫高效充注的含氣區。

2.2 近源充注型氣藏

從充注方式上看，研究區還存在通過下伏烴源巖生烴時的壓力強充注進入砂體成藏的類型。強充注區通過疊合源儲距離等值線和烴源巖厚度等值線可得。

近源強充注氣藏：對于盒1-1層，疊合后的強充注點主要分布在定北17井附近，臨近砂體富氣這類氣藏充注動力非常強，具有顯著潛力，這類氣藏為高產區的主要類型。

近源不連通未成藏區：由于辮狀河道砂體擺動性強，發育多期河道。局部多期河道砂體發育區因與強充注不連通，導致不能成藏。即使近源，但砂體不連通，又距離下伏烴源較遠，對成藏不利。

2.3 遠源充注型氣藏

距離煤層較遠的盒1上部層位，由于缺乏較強的生烴動力，主要依靠浮力來補充動力向上充注。垂向運移距離大的浮力作用明顯，水平運移距離大以消耗動力為主。因此，遠源充注的有效性明顯受到排烴動力影響。在浮力作用下，盒1-1以上的層位，在上下砂體均發育的區域，可經砂體疊置區向上運移，形成含氣區，不能形成高產區，動力上和近源與源內充注相比明顯更加困難。遠源充注可形成遠源低阻力充注含氣區和遠源裂縫高效充注含氣區。距離充注點較遠的地區，如果垂向分異不夠，充注動力不足，同時，充注路徑上經過差成巖相區，阻力高，會導致未成藏。

遠源低阻力充注含氣區：在距離下伏強充注點相對較近，垂向分異較明顯的地區，同時滿足從充注點到成藏區成巖相類型比較好，充注阻力小的條件，則可經過與下伏砂體疊置區向上運移充注，在優質儲層中低阻力運移，形成遠源的低阻力充注含氣區。例如盒1-3層，垂向上距離盒1-1層充注點較遠，但依靠較好的成巖相，順疊置區向上運移，形成含氣區，如定北15井（圖3）和LP10H。定北15井區的成藏條件處于下伏充注點和與下伏砂體疊置區附近，成巖相類型好，獲得的產能較好。

圖3 盒1-3層遠源充注的成藏條件Fig.3 hydrocarbon accumulation conditions of far source charging in he1-3 layers

遠源裂縫高效充注含氣區：在遠離充注點的地區，垂向分異又不夠的條件下，如果成巖相類型好，又有裂縫高效溝通，也可以形成含氣區。例如盒1-3層定北22井，遠離主要的下伏充注點，橫向運移距離太大又跨過較差的成巖相區會導致動力嚴重損耗，本不應該形成含氣區，但測試產能較高。通過測井解釋，發現裂縫發育，天然氣經裂縫充注進入盒1-1層后可沿砂體疊置區向上運移，而形成含氣層。

遠源高阻力弱動力未成藏區：當通過砂體疊置運移充注和裂縫充注的有利條件都不存在時，充注動力弱阻力高，會導致無法成藏。

2.4 斷砂組合型氣藏

勘探實踐證實工區內北西—南東走向的主斷層對成藏存在貢獻，通過井震結合對比，主斷層斷開層位包括太2段和盒1段。

由于斷層樣式不同，斷層和砂體存在不同組合類型。按照油氣充注的規律，傾向于向勢能較低的地方運移，因此，斷層與上傾砂體組合對于充注有利，而下傾砂體組合則不利。在主斷層北段，南北兩側的斷層上盤對于天然氣充注均有利。

通過對主斷層不同段的地震剖面分析，斷層各段的樣式不同，從而形成不同的斷砂組合（圖4）。對充注最有利的是1段南北兩側，3段東北側，5段東西兩側，較有利的是2段南北兩側，不利型分布在4段兩側。2段的斷層上盤對接砂體略微上傾隨即近水平狀，因此，對充注較有利，但程度有限。1段南北兩側，3段東北側，5段東西兩側斷層上盤對接砂體均明顯上傾，因此有利于天然氣的充注。

圖4 斷層不同位置的斷砂配置關系Fig.4 Relationship of sand distribution in different positions of fault

3 典型氣水關系與模式

按照以上對天然氣聚集和逸散破壞的過程分析，定北地區的總體氣水關系情況分為4種情況。

由于充注動力強，源內充注和近源充注均可使孔隙內的水排驅得較徹底，氣豐度較高。例如定北17井盒1-1層處于近源強充注點，氣豐度高，但如果強充注區靠近斷層，則由于斷層溝通下部流體而導致氣豐度高，而產水量也較高。定北10的太2～3層為源內強充注點。由于充注動力較弱，天然氣需要經過遠距離運移充注，在遠源充注區的氣水排驅得不夠徹底，導致氣豐度較低，同時產水稍多，產水約1～10方。另外，未成藏區儲層成巖相較好的情況下也產水較多。

無論是源內、近源還是遠源，如果是依靠裂縫充注的類型，也可使水排驅得相對較徹底，如定北14井太2～3層裂縫發育段為氣層，另外，由于斷層溝通下部流體，導致斷層附近產水最為嚴重，日產水量基本大于10方。

研究區的氣水分布表明天然氣的充注主要以源內充注，近源充注，遠源充注以及斷砂組合式充注[6]。氣水分布模式及成藏模式見圖5。

圖5 定北地區成藏模式圖Fig.5 hydrocarbon accumulation model of Dingbei area

4 結論

（1）考慮天然氣注入的動力學機制，確定天然氣在不同結構儲集體內的注入路徑，并總結出主要的充注路徑模式為：砂體連通性+砂體成巖相。

（2）通過氣藏解剖，對定北地區的成藏類型進行了劃分。共分為四種類型，分別為源內充注型氣藏、近源充注型氣藏、遠源充注型氣藏和斷砂組合型氣藏。

（3）通過對天然氣聚集和逸散破壞的過程分析，定北地區的總體氣水關系分為4種情況，并總結出氣水分布模式及成藏模式。