岩性油气藏  2019, Vol. 31 Issue (4): 1-12       PDF    
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“非常规油气缝-孔耦合富烃假说”概述
罗群, 王井伶, 罗家国, 吴安彬    
中国石油大学(北京)非常规油气科学技术研究院, 北京 102249
摘要: 针对非常规油气富集的关键控制因素不清,富集机制与富集效率不明等科学问题,采用广泛调研、野外观察、岩心描述、镜下鉴定、模拟实验、统计分析等手段和途径,结合科研实践,提出了缝-孔耦合是制约非常规油气滞留、运移、聚集、富集关键控制因素,即"缝-孔耦合富烃假说"。主要结论包括:①缝-孔耦合不仅控制了非常规油气运聚、富集与成藏的动力与阻力、还控制了运移的通道和聚集的空间,而且也制约着非常规油气运聚、富集与成藏的相态、方式、流体流动规律和运聚富集的效率。②总结出16种缝-孔耦合类型,划分优势耦合、良好耦合、一般耦合和不利耦合等4个评价级别的缝-孔耦合,其中优势耦合的缝-孔系统最有利于非常规油气的运聚、富集与成藏,其次是良好耦合。③概述了"缝-孔耦合富烃假说"提出的背景、基本原理、主要依据、主要观点以及基于"缝-孔耦合富烃假说"的勘探思路。"缝-孔耦合富烃假说"的系统梳理对非常油气勘探具有指导意义,但还有待于进一步修正、完善和发展,以丰富和发展非常规油气成藏理论。
关键词: 非常规油气      缝-孔耦合      优势耦合      富烃假说     
Hypothesis outline of fracture-pore coupling enriching hydrocarbon on unconventional oil and gas
LUO Qun, WANG Jingling, LUO Jiaguo, WU Anbin     
The Unconventional Oil and Gas Institute, Chinese University of Petroleum (Beijing), Beijing 102249, China
Abstract: There are some problems in unconventional hydrocarbon enrichment research, such as unclear key controlling factors, unclear enrichment mechanism and efficiency. By means of investigation, field observation, core description, microscopic identification, simulation experiment and statistical analysis, combined with its own research outcome, this paper proposed the hypothesis of "fracture-pore coupling enriching hydrocarbon" based on the knowledge of fracture-pore coupling is the key controlling factor restricting unconventional oil and gas retention, migration, accumulation and enrichment. The main conclusions are as follows: (1) Fracture-pore coupling not only controls the dynamic and resistance of unconventional hydrocarbon migration, accumulation and enrichment, but also controls their migration channels and accumulation space, as well as their phase, mode, fluid flow rule and efficiency of migration and accumulation. (2) There are 16 kinds of fracture-pore coupling and four evaluation levels of fracture-pore coupling of advantage coupling, good coupling, general coupling and unfavorable coupling, and fracture-pore system with advantage coupling is most conducive to the migration, accumulation and enrichment of unconventional oil and gas, followed by that with good coupling. (3) This paper summarized the background, basic principle, main basis, main viewpoints of the "fracture-pore coupling enriching hydrocarbon hypothesis", and exploration strategy based on this hypothesis. This hypothesis has important guiding significance for unconventional oil and gas exploration, but it still needs further revision, improvement and development to develop the unconventional oil and gas accumulation theory.
Key words: unconventional oil and gas      fracture-pore coupling      advantage coupling      hypothesis of enriching hydrocarbon     
0 引言

非常规油气是指用传统技术无法获得自然工业产量、需用新技术改善储集层渗透率或流体黏度等才能经济开采的连续或准连续型聚集的油气资源[1]。童晓光等[2]根据成因将非常规油气分为三大类:第1类为重油和油砂;第2类为致密油气、页岩油气和煤层气;第3类为油页岩[2]。本文重点阐述的非常规油气指第2类,可称之为狭义的非常规油气,这类非常规油气储层的基质孔隙系统、裂缝(包括微裂缝)系统及其组合构成了烃类流体滞留、运移、聚集、散失的通道和空间。

关于非常规油气成藏和富集规律的研究,已有较多的文献报道[1-7],总的特点是从宏观的角度,论述了常规油气与非常规油气的差异性,从强调生储盖运圈保、生油气高峰、幕式运移到含油气系统全过程,取得了丰硕的理论研究成果,并建立了非常规油气地质学的理论框架[1-5]。尽管目前关于非常规油气的成藏富集取得了许多重要的理论研究成果,但大多数是针对页岩油气、致密油气和煤层气的宏观认识,对于整个非常规油气富集的关键环节、主控因素及其对富集的控制机理与规律,还没有清晰的认识。非常规油气的成藏问题研究较为深入,但富集问题依然存在,目前尚存在以下亟待解决的研究课题:控制非常规油气富集的主要因素是什么?它是如何控制非常规油气富集的?控制的效率怎样?解决了这些问题,非常规油气的勘探“甜点”就可以得到有效预测,从而解决制约非常规油气勘探和开发的瓶颈问题。

针对上述问题,开展了国内外最新相关研究成果的大量调研和总结工作[8-17],结合笔者在各个盆地的科研实践[16-28],发现非常规油气的富集实质上是烃源岩裂缝-孔隙系统的“汇烃”、源储对接带裂缝-孔隙系统的“注烃”和致密储层内部物性“甜点”区裂缝-孔隙系统的“聚烃”过程。以致密油的富集为例,主要通过烃源岩裂缝-孔隙系统的“汇油”、源储结合带裂缝-孔隙系统的“注油”和致密储层内部裂缝-孔隙系统的“聚油”等3个机理和效率不同的过程来完成。“汇油”过程可归纳为烃源岩生成的石油通过烃源岩内部的流体异常高压等动力,从分散于烃源岩各个部位的石油汇聚到烃源岩内的裂缝-孔隙系统中的过程[11-14];注油即充注石油,可归纳为在源储结合带,烃源岩裂缝-孔隙系统中的石油在源储压差等作用下通过源储结合带的裂缝-孔隙系统向致密储层的裂缝-孔隙系统充注、运移(相当于初次运移)的过程[14-18];“聚油”过程可归纳为在致密油储层内部,从烃源岩充注运移来的石油在剩余压差作用下通过致密储层内部发育的裂缝-孔隙系统,进一步运移聚集在致密储层的“甜点”孔隙系统的过程[19-26]。我国目前发现和开发的致密油藏,如鄂尔多斯盆地的新安边油田、准噶尔盆地的昌吉油田、四川盆地的大安寨油田、松辽盆地北部齐家致密油田和南部的扶余致密油田等,无一不富集在裂缝-孔隙-孔喉网络体系所控制的“甜点”区,其均是通过汇油、注油和聚油等3个环节,在致密储层的物性相对较好地区(“甜点”区)形成富集[2, 5, 9-15]。页岩油气、煤层气、致密气与致密油均具有类似的运聚、富集与成藏过程,裂缝-孔隙系统控制了其汇聚、充注、聚集和富集,只不过对于页岩油气、煤层气来说,汇烃、注烃和聚烃均发生在烃源岩内部,以微运移为特征[8-13, 17-21],而致密油和致密气的成藏富集发生了从烃源岩到致密储层的短距离运移。

基于以上认识,笔者在借鉴和吸收学者们大量研究成果的基础上,结合近年来在非常规油气成藏富集领域的研究成果,进行全面总结和提升,初步形成非常规油气“缝-孔耦合富烃假说”的理论性认识,以期对非常规油气勘探具有指导作用。

1 “缝-孔耦合富烃假说”的基本内容

“科学假说”是一种有结构的知识形态,它由3个基本的知识元素组成:①基本概念;②联系这些概念的判断即基本原理或定律;③由这些概念与原理推演出来的逻辑结论。本文将从以下几个方面简述“缝-孔耦合富烃假说”:基本概念、基本原理、科学依据和基本论点。

1.1 基本概念

作为一个假说的知识体系,首先需要有其相关的基本概念来支撑。“缝-孔耦合富烃假说”拟有以下基本概念:①缝-孔系统:指非常规油气成藏体系中裂缝系统(包括微裂缝)与孔隙系统构成的微米-纳米尺度的缝-孔-喉空间网络系统。②“汇烃”、“注烃”与“聚烃”:“汇烃”指非常规油气成藏体系的烃源岩中,各处生成的烃类物质,在生烃膨胀力等动力作用下,向烃源岩中的缝-孔系统汇集的过程;“注烃”指非常规油气成藏体系的源储结合带,烃源岩缝-孔系统中烃类物质在源储压差作用下向致密储层缝-孔系统充注、运移的过程;“聚烃”指在非常规油气成藏体系的致密储层缝-孔系统中的烃类物质在剩余压差作用下向致密储层中的孔隙系统运移并聚集成藏和富集的过程。③微运聚:指非常规油气在烃源岩内部的运移、聚集过程,如页岩油、页岩气、煤层气在烃源岩内部的运移与聚集过程。④缝-孔耦合:裂缝系统与基质孔隙系统在空间上的匹配组合关系型式,缝-孔耦合具有多种耦合类型,不同类型有不同的成藏和富烃作用。缝-孔耦合具体表现为两者不同组合型式的微米-纳米尺度缝-孔-喉空间网络系统。⑤优势缝-孔耦合:对非常规油气的运聚、富集与成藏最有利的缝-孔耦合类型,如多尺度缝-大孔大喉耦合、大尺度缝-大孔大喉耦合等。⑥缝-孔耦合富烃作用:指缝-孔耦合对非常规油气运、聚成藏富集的控制作用,具体包括对非常规油气运聚成藏富集的动力与阻力、通道、烃类相态、运聚富集方式、运聚富集效率等方面的控制作用。⑦“缝-孔耦合富烃假说”是针对非常规油气运聚、富集与成藏规律性的总结知识体系。强调裂缝系统与孔隙系统的耦合(缝-孔耦合)对非常规油气运聚、富集与成藏的控制作用,认为缝-孔耦合是制约非常规油气运聚、富集与成藏的关键主控地质因素。⑧关键控制地质因素:多个主控地质因素中对非常规油气富集起最关键作用的那一个主控地质因素。

1.2 基本原理

富含有机质的细粒沉积体系在埋藏演化过程中,由于温度、压力和催化作用等地质营力的作用,有机质中的干酪根发生降解和裂解,生排出烃类物质;或干酪根生排出的烃类物质(油或沥青)进一步裂解成气,通过滞留、运移、聚集、富集于细粒沉积体系的裂缝和基质的孔-缝系统中,富含有机质的细粒沉积体系演化为非常规油气成藏体系,非常规油气富集于物性相对好的孔-缝系统中。非常规油气成藏体系的成烃、成藏和富集演化过程与机理可简述为以下3个方面:

(1)从“汇烃”到“注烃”,再到“聚烃”,这3个成藏富集的关键环节,在不同区域的裂缝-孔隙系统中均是烃驱水的过程,即烃排驱、置换其要进入的缝-孔系统空间的水,然后进入缝-孔系统的微米-纳米空间中聚集或富集。

(2)烃源岩、源储结合带、致密储层中具有优势耦合特征的缝-孔系统是非常规油气运移的优势运移通道,压差为主要动力,毛管压力和分子作用力为阻力。烃类运移和聚集相态与运移通道或储集空间(缝-孔系统)的尺度有关,微米-毫米级以游离态的页岩气、煤层气和致密气或可动的致密油为主,烃类流动规律基本满足达西渗流定律和浮力定律;纳米级以吸附态的页岩气、煤层气和致密气或束缚态致密油为主,烃类流动规律不符合达西渗流定律,表现为扩散-滑脱流和低速非达西流为主,满足纳达西渗流规律或浓度扩散定律。烃类最终富集在非常规油气成藏系统中与优势耦合缝-孔系统相连的“甜点”区域。

(3)上述环节与过程中,页岩油气和煤层气属于源内滞留成藏富集,以微运聚为特征,致密油气属于近源成藏富集,以短距离初次运移为特征。页岩油气和致密油主要富集于以Ⅰ、Ⅱ型干酪根类型为烃源岩的非常规油气成藏体系中,生油窗阶段以形成页岩油和致密油为主,生气窗阶段以形成页岩气为特征。致密气和煤层气主要富集于以Ⅲ型干酪根类型为烃源岩的非常规油气成藏体系中,生气窗几乎覆盖整个有机质演化阶段,煤层气以吸附态为主,致密气以游离态为主。

1.3 科学依据 1.3.1 缝-孔耦合类型及其对非常规油气运聚、富集与成藏的贡献

依据裂缝尺度与孔隙孔喉大小及其匹配关系,可总结和划分出非常规油气成藏体系的缝-孔耦合类型。划分方案为:①本文所陈述的裂缝是指未断穿目的层的裂缝。以肉眼能否辨别为标准,依据裂缝规模参数(开度),将裂缝划分为大尺度裂缝(开度大于50 μm,肉眼可辨别)和微尺度裂缝(开度小于50 μm,肉眼不可辨别)等2类。多尺度裂缝指同时包含大尺度和微尺度裂缝类型。②按照普遍认可的划分标准[1, 18],依据孔隙大小和孔喉参数可将孔隙系统划分为大孔大喉(孔半径大于1 000 nm,喉半径大于50 nm)、大孔微喉(孔半径大于1 000 nm,喉半径小于50 nm)、微孔大喉(孔半径小于1 000 nm,喉半径大于50 nm)和微孔微喉(孔半径小于1 000 nm,喉半径小于50 nm)等4类。③依据裂缝与孔隙系统的尺度及其与流体流动规律的关系,可建立其对烃类流体运聚的贡献相对大小(表 1),并进一步依据裂缝与孔隙系统的耦合关系,得到裂缝与孔隙耦合类型对烃类流体运聚、富集与成藏有利程度的评价,由好到差共4个评价级别:优势耦合、良好耦合、一般耦合和不利耦合,其中优势耦合最有利于烃类流体的运移与聚集,其次是良好耦合,不利耦合的缝-孔耦合类型不利于烃类流体的运移与聚集。各种缝-孔耦合类型的评价级别见表 2。④将裂缝类型与孔隙系统类型进行匹配,非常规油气成藏体系中裂缝与孔隙耦合关系(空间匹配关系)可划分为16种类型(表 2)。

下载CSV 表 1 不同尺度的裂缝、孔隙系统对烃类流体运聚的相对贡献大小 Table 1 Evaluation of relative contribution of fracture and pore system at different scales to fluid migration and accumulation
下载CSV 表 2 裂缝系统与孔隙系统耦合类型及其评价结果 Table 2 Types and evaluation of the coupling between fracture system and pore system
1.3.2 “缝-孔耦合富烃假说”的主要依据

(1)统计依据

以致密油为例,通过统计我国延长、昌吉、大庆等油田的典型致密油气藏与缝-孔耦合类型,可以发现多尺度缝与大孔大喉孔隙系统最为常见,部分为大尺度缝与大孔微喉孔隙系统这两大类缝-孔耦合类型(表 3)。

下载CSV 表 3 中国主要盆地典型致密油藏(区)缝-孔耦合类型 Table 3 Types of fracture-pore coupling for typical tight reservoirs in main basins of China

除致密油藏外,目前勘探发现的页岩油气藏、致密气藏和煤层气藏均发育层间缝、页理缝、构造缝及有机质缝与有机孔,也多具有多尺度缝-大孔大喉、多尺度缝-大孔微喉和微裂缝-大孔大喉等缝-孔耦合类型的特征[7-18],多属于优势耦合或良好耦合类型。

(2)野外露头、岩心照片与微观依据

致密油区的野外露头、岩心与岩石薄片几乎都反映裂缝与孔隙系统的耦合关系明显制约致密储层的含油性。陕西省延长县安沟乡的延长组长6致密砂岩中可见天然油迹和油苗等现象(图 1)。长6储层的非均质性较强,油苗从长6致密粉细砂岩的裂缝中渗出,沿裂缝广泛分布,油气显示最明显的地方为纵横裂缝交错且粒度相对较粗的区域,反映了裂缝是该区油气运移的优势通道。油迹或油砂总体上呈局部分布特征,含油饱和度受储层物性和裂缝发育程度控制,油气优先聚集于孔隙度和渗透率相对较好、裂缝相对发育的储层中,即缝-孔耦合匹配越好的区域,含油饱和度越高。

下载eps/tif图 图 1 鄂尔多斯盆地延长县安沟乡延长组长6致密砂岩露头照片 Fig. 1 Outcrops of Chang 6 tight sandstone in Angou township, Yanchang county, Ordos Basin

准噶尔盆地昌吉致密油田的吉174井3 307.76 m处岩心照片显示,裂缝发育处可见油浸现象(图 2),岩性为致密云质粉砂岩,发育层理缝(绿色线)和构造缝(红色线),石油显示级别和裂缝与基质耦合的程度有关:裂缝不发育的区域,石油显示级别低,以“油迹”为主;裂缝与基质耦合较好的区域,石油显示级别较高,以“油浸”为主;仅发育层理缝的区域,石油显示级别为“油斑”,表明裂缝与基质孔隙系统的匹配耦合关系控制了致密油的富集程度。

下载eps/tif图 图 2 准噶尔盆地昌吉致密油田的吉174井3 307.76 m处岩心的裂缝发育与含油级别 Fig. 2 Fracture development and oil-bearing level of cores at 3 307.76 m in well Ji 174 in Changji tight oil field, Junggar Basin

鄂尔多斯盆地吴起地区的吴47井长6油层组2 146.82~2 146.94 m岩石薄片在偏光显微镜下可见微裂缝中含油[图 3(a)],尤其是沿微裂缝网络充填的石油和沥青脉明显可见,反映了显微尺度下裂缝与孔隙耦合区域控制了致密油的富集。该岩石薄片在荧光显微镜下可见沿着微裂缝及与其连通的基质孔隙发育区的荧光特征明显[图 3(b)],尤其是微裂缝处,荧光级别更高,反映了显微尺度下裂缝与孔隙耦合区域控制了致密油的富集,微裂缝越发育的基质区,含油性越好。

下载eps/tif图 图 3 鄂尔多斯盆地吴47井长6油层组2 146.82~2 146.94 m处微裂隙与基质孔隙含油特征 Fig. 3 Oil-bearing characteristics of microfractures and matrix pores of Chang 6 oil reservoir at 2 146.82-2 146.94 m in well Wu 47, Ordos Basin

(3)实验依据

通过开展裂缝与基质耦合背景下的石油充注与运移聚集的物理模拟实验(图 4表 4),可以得出裂缝网络是石油纵、横向运移的优势通道和有效聚集空间。源储压差是源动力,其驱使石油从烃源岩向层理或页理缝注入、沿纵向构造缝向储层运移、沿层理或页理缝与构造缝组合而成的网络系统运移,在基质孔隙结构较好的区域充注并聚集于孔隙系统内。层理缝与构造缝的交会区及其与基质孔隙相对发育的耦合区是油气汇聚富集的“甜点”区。

下载eps/tif图 图 4 石油充注与运移聚集模拟实验的现象与地质意义 Fig. 4 Phenomenon and geological significance of simulation experiment of oil filling, migration and accumulation
下载CSV 表 4 石油充注与运移聚集模拟实验的介质材料与相关参数 Table 4 Dielectric materials and related parameters in simulation experiment of oil filling, migration and accumulation
1.4 基本论点

作为一个假说认识体系,“缝-孔耦合富烃假说”具有以下几点论点:①缝-孔耦合是控制非常规油气运聚与富集关键环节的主控地质因素。在富有机质的非常规油气系统中,非常规油气生成、滞留、运聚和富集的过程实质上是烃源岩缝-孔系统的“汇烃”、源储结合带缝-孔系统的“注烃”和致密储层缝-孔系统“聚烃”等3个关键环节的成烃成藏过程,缝-孔耦合形成的缝-孔-喉网络空间在这3个关键环节分别起到汇烃、注烃和聚烃的控制作用。②缝-孔耦合控制非常规油气运聚、富集与成藏效率。缝-孔耦合是控制非常规油气成藏富集的密码。非常规油气成藏体系中,不同类型的缝-孔耦合具有不同的缝-孔-喉尺度空间,因而制约不同的非常规油气的相态和赋存状态,烃类在其中的运移聚集遵循不同的流体流动力学原理,具有不同的流体流动规律,因而具有不同的运聚机制与运聚效率,即缝-孔耦合类型控制非常规油气运聚与富集效率,如多尺度缝-大孔大喉型缝-孔耦合,其油气运聚与富集基本符合达西渗流规律,油气运聚与富集效率最高,而无裂缝-微孔微喉型缝-孔耦合,其油气运移主要以扩散为主,油气运聚与富集效率最低。由此可形成一个与缝-孔耦合评价类型对应的大小有序的富集序列。③缝-孔耦合是控制非常规油气运聚、富集与成藏的根本原因。缝-孔耦合不仅制约非常规油气运聚、富集与成藏的充注排驱机理(包括动力与阻力、运聚相态、赋存状态和运聚方式)、运移通道及其畅通性,而且控制了非常规油气的聚集空间、富集效率、富集区域、富集规模和富集范围。因此,缝-孔耦合控制非常规油气运聚、富集与成藏的理论认识为“缝-孔耦合富烃假说”的理论基础,但页岩油气、致密油气和煤层气等非常规油气的富集模式又存在一定的差异性(图 5)。④“顺藤摸瓜”是“缝-孔耦合富烃假说”的勘探思路。无论是页岩油气、致密油气还是煤层气,非常规油气勘探目标都是“甜点”,而“甜点”与非常规油气的优势运移通道是紧密相连的,即沿着非常规油气成藏体系的优势运移通道可追溯到“甜点”。因此,基于“缝-孔耦合富烃假说”的勘探思路寻找“甜点”区就是“顺藤摸瓜”,“藤”指具有优势缝-孔耦合特征的缝-孔-喉网络通道系统,“瓜”指非常规油气的富集区带,即“甜点”区,也就是缝-孔有利耦合区,包括优势耦合区和良好耦合区。综上所述,非常规油气勘探的科学思路是:沿着具有优势缝-孔耦合特征的缝-孔-喉网络系统寻找非常规油气的富集区,即缝-孔优势耦合区和良好耦合区。

下载eps/tif图 图 5 非常规油气系统的缝-孔耦合富烃模式图 Fig. 5 Fracture-pore coupling enriching hydrocarbon model of unconventional oil and gas system
2 验证、应用效果与问题讨论 2.1 验证与应用效果

柴达木盆地英西凹陷E32油藏是典型的致密油藏,近年来获得重大突破。2015年10月21日,S38井钻至3 804.62 m,获得日产油超过800 m3,成为该盆地近30年以来单井日产量最高的钻井;2016年4月6日S1-2井钻至2 450.00~3 004.00 m井段时获得日产油超过600 m3;2016年6月7日S205井钻探至3 380.00~3 598.66 m井段时获得日产油超过700 m3,不久其日产原油已增至千吨以上。至此,英西地区成为柴西地区产量最高、潜力最大、油气最为富集的区带。2016年以来,黄成刚等[29-33]通过岩心、薄片、扫描电镜、压汞实验、核磁共振等手段系统开展了E32岩石学和矿物学特征研究、物性分析、孔隙结构分析、裂缝网络和毛管压力曲线分析、超微观形貌和微区地球化学成分分析以及其他配套综合地质研究,揭示了英西凹陷E32油藏的成藏主控因素,主要结论包括:①泥晶白云岩在形成过程中产生的大量弥散性晶间孔,抗压实能力强,在毛管压力曲线上表现为“高宽”平台,为研究区最好的油气储集空间;②裂缝系统包含构造裂缝、异常高压形成的裂缝和因溶蚀或结晶作用而形成的半充填缝,为致密油运聚、富集与成藏的“高速公路”;③异常高压是驱动致密油运聚、富集与成藏的主要动力;④缝-孔耦合形成的储集空间大于孔隙或裂缝单独形成的储集空间,优势缝-孔耦合有利于致密油的运聚与富集(图 6);⑤ E32油藏可分为盐间(Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ油层组)和盐下(Ⅳ,Ⅴ,Ⅵ油层组)2套地层,上下2套地层的油气富集模式存在差异性:前者发育以白云石晶间孔为主的基质孔隙,多为三角状、锯齿状或者其他不规则形状,地层中含有具有很高的毛管突破压力的盐层,封盖性好,但裂缝不发育,缝-孔耦合相对差,致密油富集程度相对差;后者的泥晶白云岩中不仅发育大量弥散性晶间孔,而且裂缝广泛发育于盐下地层中,既可作为油气的快速运移通道,又可作为致密油的储集空间,缝-孔耦合类型普遍较好,且自生自储的盐下油层组存在“自源-超压系统”,更利于油气快速和高效地疏导。因此,盐下油层组比盐间油层组的致密油富集程度要高得多(图 7)。综上所述,缝-孔耦合在很大程度上制约着致密油的富集结果。

下载eps/tif图 图 6 柴达木盆地英西地区渐新统E32岩性与缝-孔耦合综合柱状图(据文献[29-33]修改) Fig. 6 Comprehensive column of lithology and fracture-pore coupling of Oligocene E32 in Yingxi area of Qaidam Basin
下载eps/tif图 图 7 柴达木盆地英西地区S205井区E32致密油的成藏模式与地震预测缝-孔耦合(据文献[29-33]修改) Fig. 7 Reservoir accumulation model and fracture-pore coupling by seismic prediction of tight oil of E32 in S205 well area, Yingxi area, Qaidam Basin

近年来,利用“缝-孔耦合富烃假说”在酒泉盆地青西凹陷和花海凹陷白垩系下沟组、鄂尔多斯盆地延长油田三叠系延长组长9-长7油层组和大庆油田齐平2井区青山口组等预测有利致密油“甜点”目标27个,其中在酒泉盆地青西凹陷和花海凹陷部署的墩1 H井和柳平1井揭示了白垩系下沟组的致密油富集“甜点”区的分布特征,获得工业油流。墩1 H井位于酒泉盆地花海凹陷花海镇东南26.8 km,距花探7井约1.1 km,处于酒泉盆地酒西坳陷花海凹陷中央断裂带三墩构造带,为一口水平井,其完钻井深为3 560 m(垂深为2 950 m),目的层是下沟组K1g2段,其水平段约675 m,储层钻遇率为91.1%。完井后分3段进行了水力喷砂射孔,分别为3 207~3 210 m,3 128~3 129 m和2 997~ 2 999 m,产油量为0.5 t/ d,不含水,原油密度为0.830 7 g/cm3,实现了花海凹陷致密油勘探的重要突破。其储集空间类型主要为裂缝和粒间孔,储层厚度为375.8 m,占该组地层的50.5%,单层厚度最大可达158.0 m,最小为1.0 m,多数为1.0~3.0 m。岩性包括泥质粉砂岩、粉砂岩、泥质砂岩、细砂岩、含砾细砂岩和细砾岩,深侧向电阻率多数为13.1~ 16.4 Ω·m,最高为132.3 Ω·m。阵列声波纵、横波和斯通利波能量衰减较明显,成像测井图显示高角度缝较为发育,与粒间孔隙系统耦合形成有利的缝孔网络系统,表明该层段存在较好的储渗能力,综合评价为裂缝-孔隙性储层,储集性能较好,是致密油富集的有利区域。

2.2 问题讨论 2.2.1 裂缝-孔隙系统对非常规油气成藏富集的控制作用

众所周知,裂缝与孔隙是控制非常规油气运聚成藏和富集的重要因素,但裂缝系统与孔隙系统各自的尺度多、成因类型多,二者的组合类型更多,究竟如何控制非常规油气的运、聚、富集机制和规律是研究的难点。“缝-孔耦合富烃假说”巧妙地将裂缝和孔隙的空间匹配及其与油气运聚关系有机地联系在一起,即所谓的“耦合”在一起,不同的耦合关系会造成不同的非常规油气运聚、富集与成藏结果,正是缝-孔耦合结果制约了非常规油气的成藏富集动力、通道、相态、方式以及烃类流体的流动规律和聚集富集结果。因此,“缝-孔耦合”已成为非常规油气运聚、富集与成藏最关键的控制因素。

2.2.2 非常规油气成藏富集的其他控制因素

“缝-孔耦合富烃假说”的核心观点为:缝-孔耦合是制约非常规油气运移、聚集、成藏和富集的关键因素,不同的缝-孔耦合具有不同的输导和储集非常规油气的能力。因此,只要弄清从优质烃源岩到致密储层“甜点”的缝-孔优势耦合,就能顺藤摸瓜地找到非常规油气的富集区,即“甜点”。也许有学者会认为,制约非常规油气成藏富集的因素不只是缝-孔耦合,还应该包括源岩品质、源储压差、源储组合、源岩的储集性、非常规油气相态和储层脆性等[34-36]。但“缝-孔耦合富烃假说”理论却显示,非常规油气成藏体系本身就具有强大的源储压力差,良好的源储组合、优质的源岩和一定的储集性[34-36],既然非常规油气成藏体系不缺这些条件,则其不能成为重要的控制因素。非常规油气的成藏与富集需要裂缝与孔隙的有利空间耦合,只有裂缝与孔隙形成优势耦合,才能构成非常规油气的优势运移通道和有利的聚集空间。因此,缝-孔耦合是制约非常规油气运聚、富集与成藏的最重要的因素。

3 理论与现实意义

“缝-孔耦合富烃假说”是在连续型油气聚集理论和非常规油气地质学基础上将非常规油气运聚、富集和成藏主控因素、形成过程和作用机制具体化。在深化非常规油气成藏规律认识的基础上,揭示非常规油气运聚、富集与成藏机制,建立非常规油气特殊的成藏模式,有利于创新和发展非常规油气成藏理论。

建立和完善非常规油气理论的终极目标是提高勘探非常规油气的效率。截至目前,非常规油气理论还未能具体明确和有效地指导非常规油气藏的勘探,而“缝-孔耦合富烃假说”提出的优势缝-孔耦合系统与非常规油气富集区的关系较为密切,犹如“藤”与“瓜”的关系,科学的勘探思路是“顺藤摸瓜”,即沿优势耦合的缝-孔-喉网络去寻找非常规油气的富集区。“缝-孔耦合富烃假说”观点的提出,对于有效发现非常规油气的“甜点”富集区和提高非常规油气的勘探成功率有重要的理论意义与应用价值。

4 结论

(1)非常规油气成藏体系中广泛发育的裂缝系统与孔隙系统耦合形成的缝-孔耦合网络系统,是非常规油气运聚成藏的通道与聚集场所。裂缝与孔隙耦合形成的缝-孔耦合类型控制了非常规油气运聚、富集与成藏,不同的缝-孔耦合类型构成了各种尺度的缝-孔-喉网络,因其尺度与组合的差异,造成了非常规油气运聚、富集与成藏机制的差异,包括动力与阻力、运聚通道、烃类运聚相态、运聚方式、烃源流体流动规律、烃类赋存状态等方面,最终也造成了成藏效率的差异,形成一个有序排列的非常规油气富集序列。

(2)优势缝-孔耦合网络空间系统是非常规油气运聚成藏的优势通道与富集的最终场所。沿优势缝-孔耦合网络空间寻找非常规油气富集区是发现非常规油气“甜点”的有效方法。

(3)缝-孔耦合的观点对非常规油气运聚、富集与成藏规律的系统认识是至关重要的,构成了“缝-孔耦合富烃假说”的基本知识体系,是对非常规油气理论的发展与完善。

致谢: 论文编写过程中得到中国石油大学(北京)的李耀华博士和刘庆新博士的帮助,在此表示感谢!

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