2024, Vol. 33
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2. 辽宁省地矿集团能源地质有限责任公司, 辽宁 沈阳 110013
2. Liaoning Geology and Mineral Resources Group Energy Geology Co., Ltd., Shenyang 110013, China
中国油气勘探经历了构造油气藏、岩性-地层油气藏勘探阶段, 现今进入了常规与非常规油气并举的"立体综合勘探"阶段[1-2]. 针对国内外不同地区的地质条件和油气资源分布情况, 学者们采用了不同的勘探方法及分析手段, 对不同地区的地质情况及油气资源分布进行了研究. 张光亚等[3]分析了13个地质时期的原型盆地类型及其位置分布, 提出了全球原型盆地的形成与板块构造演化密切相关, 并预测了盆地油气资源的生-储-盖组合分布与油气富集有利区. 何登发等[4-5]对中国盆地油气勘探及资源分布特征进行了总结分析, 提出了新的勘探理念和方法以及用于预测资源丰度的统计预测模型. 管晋红等[6-7]对含油气盆地构造及成藏规律进行了分析, 总结了现有的盆地构造演化分析、油源对比分析、碳同位素分析等方法在油气成藏过程研究中的应用, 阐明了油气成藏机制和分布规律. 陈建宏等[8]研究了安达曼海区域构造-沉积演化和盆地油气地质特征, 建立了油气成藏模式, 分析了其勘探潜力. 李国欣等[9]总结了柴达木地区盆地油气资源的成盆、成储、成藏规律, 指出了未来勘探转型的领域和方向. 刘池洋等[10]对鄂尔多斯地区盆地资源的成因及赋存-成藏特点进行了研究, 提出了常规与非常规油气存在明显的时空过渡性和共存兼容性, 低渗-特低渗致密储层广布, 具有丰富的勘探潜力. 董清水等[11-12]对松辽盆地油气资源进行了野外地质调研和测试分析, 发现了良好的自生自储、下生上储和上生下储型生储盖组合, 提出了隐蔽的岩性油气藏和刺穿构造油气藏是有利的油气勘探方向. 周亚龙等[13-15]依据塔里木盆地油气的化学特征, 提出了大型盆地可以采用甚低密度油气地球化学填图技术, 发挥了油气化探"迅速掌握全局、快速缩小靶区"的战略性作用.
阜新盆地煤炭资源丰富, 是我国重要的煤炭基地之一. 阜新盆地还具有丰富的常规油气、煤层气、页岩气资源, 根据辽宁省中生代沉积盆地油气资源预测, 阜新盆地油气资源量约为1 734×104~2 117×104 t[16]. 阜新盆地历经多次构造演化, 地层分布、断裂系统较为复杂. 根据国内外已有研究, 油气资源分布及显示与地层断层具有相关性, 早期油气资源沿断层位置向上聚集, 后期根据地质构造变动形成油气资源储藏. 根据以往油气勘探工作, 阜新盆地油气资源主要富集在东梁区, 虽然该区不具备形成大规模油气田的潜力条件, 但存在局部富集成藏的可能性.
本文在已有研究的基础上, 对辽宁省阜新盆地油气资源产能进行试验及分析. 通过对辽阜地2井的产能进行测试试验, 分析该区域的油气资源条件和地质条件, 确定该地区的稳定产能, 对该地区资源条件、赋存条件进行现场调研及理论分析, 为之后的辽西北地区盆地油气资源勘探工作提供经验和依据.
1 研究区慨况阜新盆地位于辽宁省西部, 属阜新、锦州两市所辖, 南北长约85 km, 东西宽8~20 km, 面积约1 500 km2. 阜新盆地属于勘探老区, 勘探程度高. 多年来国内外学者对阜新盆地的改造类型、油气评价及勘探方向进行了研究, 发现阜新盆地改造类型属于整体抬升剥蚀型, 早白垩世断陷期地层保存完整, 缺失晚白垩世拗陷期及以上地层, 主要的生储盖层九佛堂组、沙海组保存完好[16-19].
自1995年以来, 阜新盆地进行了大量煤层气科研、勘探工作, 并在刘家区取得成功, 已经开发利用. 本次研究区位于阜新煤田中部偏南, 距阜新市中心5 km左右, 赋存有阜新组煤层. 区域煤类以长焰煤为主, 具有面积小、煤层厚度大、煤层气含量高、丰度值高的特点, 被列为阜新煤田煤层气勘探靶区. 随着老井步入衰减期, 阜新盆地目前日供气量为3×104 m3, 平均单井日产气量1 200~1 300 m3, 累计供气1.71×108 m3, 采出程度10.06%.
2 地质条件 2.1 构造位置阜新盆地大地构造位于中朝准地台燕山台隙带东北部, 西以松岭断裂与羊山盆地相邻, 东以闾山断隆与黑山-彰武盆地相邻, 南邻山海关台隆, 北与内蒙地轴接壤[20](图 1).
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图 1 阜新盆地构造简图 Fig.1 Tectonic sketch map of Fuxin Basin 1—断层(fault); 2—褶皱轴迹(axial trace of fold); 3—城镇(town); 4—井位(well) |
阜新盆地为北北东向断陷盆地, 以新太古界(Ar2)或中元古界(Pt2)地层为基底, 其上发育中生界白垩系下统义县组(K1y)、九佛堂组(K1 j)、沙海组(K1sh)、阜新组(K1f), 白垩系上统孙家湾组(K2s)及新生界第四系(Q). 岩层情况如表 1所示.
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表 1 阜新盆地区域地层表 Table 1 Regional stratigraphy of Fuxin Basin |
阜新盆地为典型的陆相断陷盆地, 东西两侧盆缘断裂为盆地一级构造. 盆地次一级构造以褶皱为主, 从北向南依次为新邱-哈拉哈背斜、刘家-王营子向斜、东梁-清河门背斜、李金-九道岭向斜, 呈北东向雁行式排列(图 1). 盆地内主要发育北北东、北东东、北西、北北西向4组断裂, 其中北北东向占34%, 北东东向占15%左右, 北西向占20%左右, 北北西向占31%左右, 断层规模较大.
2.4 生-储-盖组合分析阜新盆地发育发展过程中, 存在两套较稳定的湖湘沉积暗色泥岩, 为有机质保存和转化提供了有利条件, 形成了九佛堂组上段和沙海组四段两套生油气岩系. 其中九佛堂组油气可自生自储, 也可下生上储至沙海组下部地层中; 沙海组四段油气可自生自储, 也可上生下储至沙三段中, 沙四段本身可作为良好的区域盖层.
1) 气(油)源岩
九佛堂组、沙海组地层中赋存丰富的暗色泥、页岩, 富含大量生物化石, 具备良好的油气生成条件.
九佛堂组暗色泥岩沉积时期沉降幅度大, 范围广, 厚度300~700 m, 含丰富的介形类、叶肢介等生物化石, 属半深水-深水湖泊相沉积. 沙海组四段地层以暗色泥、页岩为主, 厚度400~600 m. 该段具有岩性细、厚度大、层位稳定的特点, 富含腹足、双壳等软体动物化石, 属滨浅湖-半深水湖泊相沉积. 根据热演化成熟度, 沙海组属低成熟—成熟阶段, 九佛堂组属成熟—高成熟阶段, 暗色泥岩有机质已经转化为烃, 已生成油气资源[21].
2) 储集层
研究区主要为砂岩储集层, 具有连通空隙和储集空间的砂体均可作为储油、气层. 九佛堂组地层含有砂岩、砂砾岩等粗碎屑岩, 形成了自生自储的组合条件. 沙海组三段地层以砂岩为主, 孔隙度为15%~27%, 可作为油气储存层位.
3) 盖层
盖层为位于储集层上方能够阻止油气体向上逸散的岩层. 九佛堂组泥、页岩层具备盖层条件; 沙海组四段泥岩、粉砂岩致密均一, 发育稳定, 可作为区域盖层.
3 煤层气资源 3.1 煤层气赋存特征研究区为富煤带中心部位, 煤层埋深为500~1 000 m. 自上而下赋存水泉、孙本、中间、太平、高德五大可采煤层群, 其中孙本、中间、太平煤层群全区发育, 为煤层气勘探开发主要目的层.
该区域煤类以长焰煤为主, 深部有少量气煤. 镜煤最大反射率为0.60%, 变质程度较低. 该区煤层质轻、性脆、受力后易裂碎而不成粉, 具有易改造、压裂效果良好的特点. 主要煤层煤质化验结果如表 2所示.
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表 2 煤层煤质化验结果表 Table 2 Assay results of coal seam quality |
1) 煤层割理发育特征
研究区煤层割理形态以矩形和平行网状类型为主, 可见的面割理规模长度2 m以上. 与面割理垂直的端割理, 密度较小, 规模较小. 面割理的剖面形态与煤层面直交或以大于80°角度与层面近直交. 割理在煤层中分布均匀, 在剖面有时呈束状或成组产出.
2) 煤储层孔隙性
应用96组煤样的真密度与视密度计算煤层孔隙率[22], 可以得出, 研究区煤层孔隙度为4.7%, 天然焦孔隙度为7.4%. 我国长焰煤、气煤的孔隙度一般为4.3%~5.9%之间, 研究区煤层平均孔隙度属正常稍偏低. 在靠近火成岩和变质天然焦区, 因天然焦有特殊的气孔发育特征, 孔隙度显著升高. 随深度增加, 孔隙度明显降低. 随着煤层变质程度增高, 其孔隙度降低.
3) 煤储层渗透性
煤层气勘探阶段采用裸眼注入/压降法试井测得3个主要储层段的渗透率数据, 主要煤层渗透率如下: 孙本煤层段渗透率0.428 mD, 测试段厚27 m; 中间煤层段渗透率0.469 mD, 测试段厚度17.98 m; 太平煤层段渗透率0.323 mD, 测试段厚度59.59 m.
可以看出, 该区储层渗透性在平面上和垂向上有较大差异, 验证了该区储层的面割理发育程度大于端割理发育程度2倍.
4) 煤储层吸附-解吸特征
煤层气勘探阶段在LJ-1、LJ-2井中采集煤心样品20个, 并进行了平衡水高压等温吸附测试, 结果见表 3.
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表 3 煤储层等温吸附测试值 Table 3 Isothermal adsorption test values of coal reservoirs |
由等温吸附试验(图 2)可以看出, 3个储层的等温吸附曲线变化形态基本一致, 即在同等压力条件下储层对甲烷的吸附量一致, 曲线平滑, 渐变幅度稳定, 在储层压力范围内无明显突变点.
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图 2 煤层等温吸附曲线 Fig.2 Isothermal adsorption curves of coal reservoirs a—孙本层(Sunben coal reservoir); b—中间层(intermediate coal reservoir); c—太平层(Taiping coal reservoir); 1—空气干燥基(air dried basis 2—干燥无灰基(dry ash-free basis) |
根据实测数据, 分别计算出各储层实测临界解吸压力: 孙本层5.0 MPa, 饱和度85%;中间层6.0 MPa, 近饱和; 太平层6.6 MPa, 饱和度96%. 由煤储层煤层气解吸值得出, 该区煤储层平均解吸率为90.68%, 平均残余气率9.32%, 吸附时间6~10 d.
5) 煤储层压力特征
根据LJ-1参数井裸眼试井, 测得煤储层原始压力及应力参数见表 4.
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表 4 主要煤层段储层压力特征值 Table 4 Eigenvalues of reservoir pressure in major coal seams |
分析得出, 孙本煤层和中间煤层为欠压储层, 孙本煤层欠压幅度为10%, 中间煤层欠压幅度为18%. 太平煤层为平衡压力储层. 孙本煤层实测临界解吸压力与储层压力比为0.74, 中间煤层临储压力比为0.89, 太平煤层临储压力比为0.80. 由此得出, 该区地应力梯度约为0.013 kPa/m, 储层破裂压力为10.6~11.5 MPa.
3.2 煤层气含气性1) 煤层气组分
根据煤心煤层气成分分析, 研究区煤层气组分平均值为甲烷(CH4) 87.58%, 氮气(N2) 9.20%, 二氧化碳(CO2) 3.18%, 一氧化碳和重烃微量.
根据煤心解吸测试结果, 甲烷含量变化较大, 可能是由于钻孔采样方法和钻井液影响造成氮气升高, 导致甲烷组分降低. 在排采井口气流中, 采得气体组分甲烷含量均在97%~99%.
2) 煤层气含量
在LJ-1、LJ-2井中采集煤心样品20个, 根据兰米尔方程得到孙本、中间、太平煤层理论含气量的算数平均值(见表 5).
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表 5 各煤层含气量 Table 5 Gas content of each coal seam |
根据实测及计算结果分析, 研究区煤层气地质储量17.03×108 m3, 为小型储量规模. 含气面积4.63 km2, 储量丰度为3.68×108 m3/km2, 为高丰度. 根据煤层气参数及实验井排采情况, 预计煤层气井平均日产能3 000 m3, 为中等产能.
4 石油资源 4.1 单井产能辽阜地2井深度1 200 m[23], 油气产能测试148 d, 分3个阶段, 共连续排采115 d, 累产液12 539.79 t, 产油910.00 t, 产气137 420 m3. 最高日产油16.86 t, 最高日产气2 584 m3. 第三阶段稳定连续排采50 d, 平均日产液93.79 t、日产油7.19 t、日产气1 798 m3, 含水92.3%, 油气比250 m3/t, 油气当量8.69 t/d.
根据产量统计结果, 辽阜地2井日产油量呈指数递减规律, 由此预测未来12个月的平均日产油量(图 3). 在现有开采方式条件下, 第二年平均产油4.2 t/d. 按300 d计算, 年产能1 260 t, 单井产能预计可以达到7.0 t/d.
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图 3 辽阜地2井产量预测曲线图 Fig.3 Oil production prediction curve of LFD-2 well |
根据岩性、电性、沉积旋回和油水分布规律, 辽阜地2井沙海组下段分为3个砂岩组, 即砂岩组Ⅰ、砂岩组Ⅱ、砂岩组Ⅲ. 其中砂岩组Ⅰ分布范围广, 厚度大, 岩性以砂砾岩为主, 是未来勘探开发的主力层段. 砂岩组Ⅱ以砂砾岩、粗砂岩为主, 距离油源近, 含油性好, 是未来勘探开发的兼顾层, 测井曲线图如图 4所示.
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图 4 辽阜地2井测井曲线图 Fig.4 Logging curves of LFD-2 wel |
辽阜地2井原油同位素检测在东北石油大学完成, 采用福立GC9790II气相色谱仪和Delta V plus同位素比值质谱仪, 得到全油碳同位素值(δ13C)为-29.64%~ -27.81‰, 为II型有机质类型, 即腐泥-腐植混合型. 进一步证实了赵洪伟等[24]对阜新地区烃源岩的评价结果.
辽阜地2井原油族组分检测采用YRE-2000型旋转蒸发仪和ML204型电子天平, 饱和烃含量为50%~81.25%, 平均值为65.93%;芳烃含量为10.62%~16.96%, 平均含量为13.79%;非烃+沥青质含量为8.13%~35.44%, 平均为20.29%. 原油族组分三角图(图 5)显示, 辽阜地2井原油以饱和烃为主, 其他两种组分次之.
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图 5 辽阜地2井原油族组分三角图 Fig.5 Triangular diagram of crude oil group components of LFD-2 well |
1) 辽阜地2井所在地区煤层气各储层临界解吸压力为: 孙本层5.0 MPa, 饱和度85%;中间层6.0 MPa, 近饱和; 太平层6.6 MPa, 饱和度96%. 该区地应力梯度约为0.013 kPa/m, 煤层气储量评价为小型中产能气田.
2) 辽阜地2井148 d累计产液12 539.79 t、产油910.00 t, 产气137 420 m3, 最高日产油16.86 t, 最高日产气2 584 m3, 井区单井产能预计为7.0 t/d.
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