塔里木盆地臺盆區(qū)志留系油氣鉆探失利井原因分析

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歷年來在塔里木盆地西南地區(qū)施工的鉆井報廢率較高,為降低鉆孔報廢率,通過對新疆塔里木盆地西南坳陷云地1井鉆探施工工藝、孔內(nèi)復(fù)雜情況的處理過程、現(xiàn)場技術(shù)管理措施的介紹,總結(jié)了塔里木盆地西南坳陷托云盆地復(fù)雜地層鉆探的技術(shù)特點,形成了一整套可行的施工方法和技術(shù)管理方案,基本解決了在該地區(qū)的施工難題,可為今后類似工程的施工提供一些參考.

采用有機巖石學(xué)和有機地球化學(xué)相結(jié)合的方法，詳細(xì)研究了塔里木盆地志留系瀝青砂巖的特征及其成因。色質(zhì)分析表明，志留系瀝青砂巖含高的三環(huán)二萜烷且以ｃ２３為主峰，與石炭系源巖不同，γ蠟烷含量不高，代表藻類生源的β胡蘿卜烷含量較高，且具高孕甾烷、高重排甾烷的特征，反映瀝青砂巖油源來自下古生界。有機巖石學(xué)研究表明，由于瀝青砂巖含可溶性物質(zhì)甚高，其油浸反射率（ｒｂ為０２７％～０３６％）不能反映其真實成熟度，水浸反射率（ｒｗ為１３５％～１５３％）與上下地層成熟度相吻合，排除了瀝青砂巖“新生古儲”的可能性。碳同位素分析結(jié)果進一步證實瀝青砂巖源自下古生界的生油巖，是早古生代古油藏遭受后期構(gòu)造破壞的結(jié)果。

塔里木盆地牙哈油氣田瀝青墊特征及成因

干酪根產(chǎn)烴率是盆地模擬計算油氣資源的一項非常重要的參數(shù),以往采用巖石樣品熱模擬建立產(chǎn)烴率圖解的方法對于高過成熟烴源巖有一定的局限。根據(jù)元素守恒相關(guān)理論,建立了一種通過h/c原子比變化來估算烴源巖產(chǎn)烴率的方法,作為熱模擬實驗方法的補充。與模擬實驗相比,該方法簡單易行,結(jié)果較為可靠。將這一方法應(yīng)用到塔里木盆地臺盆區(qū)寒武系烴源巖,估算了這套烴源巖的晚期生氣潛力,取得了一定的成果。

塔里木盆地是一個典型的疊合盆地,存在多期油氣的調(diào)整與破壞,志留系廣泛分布的瀝青砂巖正是油藏遭受破壞后的產(chǎn)物.研究表明,志留系瀝青砂巖分布于盆地中西部且主要受加里東晚期的油源區(qū)和塔中、塔北及巴楚古隆起的控制,而局部構(gòu)造帶瀝青砂巖的分布受儲層沉積體系的控制.縱向上瀝青砂巖絕大多數(shù)位于紅色泥巖區(qū)域蓋層和上砂巖段致密巖性段之下.早期油氣破壞程度的差異和受后期油氣浸染的影響,塔中地區(qū)瀝青砂巖與油砂在縱向上既有上下分界,也有交互分布的關(guān)系.瀝青不僅存在于顆粒之間的孔隙,而且還賦存在顆粒內(nèi)部和裂隙之間,證實了早期油藏的抬升破壞.瀝青砂巖的大面積存在揭示了克拉通區(qū)大規(guī)模的油氣運移聚集以及隨后的油氣破壞,這次破壞使得古生界油氣資源量至少損失近133億噸.油氣破壞后形成的瀝青砂巖可以作為油氣封堵的有效隔層,形成瀝青封堵油氣藏,有利后期油氣的聚集.志留系早期油氣的破壞受地層埋深的影響,塔中北斜坡深部是尋找志留系早期原生油藏的有利地區(qū).

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東河砂巖是塔里木盆地晚泥盆世—早石炭世一套穿時的巖石地層單元,是盆地重要的含油層系。應(yīng)用層序地層學(xué)理論,以露頭、鉆井和地震資料為基礎(chǔ),分析了東河砂巖的地層展布模式、沉積前古地貌特征、砂巖發(fā)育期次、沉積環(huán)境演化和砂巖分布規(guī)律。結(jié)果表明,東河砂巖是海侵背景下從西南向東北,即依次由麥蓋提斜坡、巴楚凸起向塔中凸起、塔北隆起超覆的沉積砂體;東河砂巖沉積前古地貌有兩隆兩凹的特征;由早到晚可劃分為5期砂體。第1期砂體主要分布在麥蓋提斜坡和巴楚凸起,第2期砂體主要分布在巴楚凸起和塔中凸起,第3期砂體主要分布在塔中凸起和塔北隆起,第4期砂體主要分布在塔北隆起,第5期砂體主要分布在塔北隆起及塔東低凸起周緣。東河砂巖的巖相主要有砂礫巖、粗砂巖、中砂巖和細(xì)砂巖,沉積環(huán)境主要為河口灣和濱岸環(huán)境。由于不同地區(qū)、不同期次砂體的沉積特征、儲蓋組合及成藏條件不同,對不同地區(qū)和不同期次砂體需采用不同的油氣勘探對策。

塔里木盆地志留系具有分布廣泛的瀝青砂巖,瀝青砂巖段厚度在各個地區(qū)具有不均勻性,從幾米到一百多米不等。巖心觀察發(fā)現(xiàn)瀝青砂巖段內(nèi)并不全含有瀝青,巖心剖面上呈現(xiàn)“黑白砂相間”的現(xiàn)象,“黑砂”的部分為含瀝青層段,“白砂”的部分為不含瀝青層段。弄清“白砂”中曾經(jīng)是否有油氣進入,對志留系瀝青砂巖中瀝青含量、古油藏油氣儲量的計算及志留系剩余油氣資源量的評價具有重要的意義。本文通過對志留系瀝青砂巖段的“黑砂”與“白砂”分別取樣,采用物性測定、顯微鏡下巖性觀察、含油包裹體顆粒指數(shù)(goi)數(shù)據(jù)觀測及定量顆粒熒光(qgf)指數(shù)測定等多種方法和技術(shù)手段對瀝青砂巖段的“黑砂”與“白砂”進行對比研究。結(jié)果表明,瀝青砂巖段的“白砂”沒有油氣進入或進入的油氣量很少,在確定志留系瀝青砂巖有效厚度時應(yīng)剔除“白砂”層的厚度。

利用薄層色譜-氫火焰檢測技術(shù)和巖石熱解技術(shù),在塔里木盆地牙哈油氣田下第三系陸相油氣藏中,發(fā)現(xiàn)并準(zhǔn)確地鑒定出兩層瀝青墊。這些瀝青墊儲層巖石抽提物族組成中,瀝青質(zhì)的相對含量大于30%,而對應(yīng)的油層中,其值不足20%,在油藏地球化學(xué)描述剖面中,瀝青墊和油層之間存在著瀝青質(zhì)驟變之趨勢,這是瀝青墊判識的重要標(biāo)志。

塔里木盆地志留系瀝青砂巖在宏觀上以塊狀、順層狀、不均勻斑塊狀分布;在微觀上,不同性質(zhì)的瀝青以充填狀、侵染狀充填于孔隙及膠結(jié)物中。實驗表明,常規(guī)物性分析不能客觀地表征被不同性質(zhì)瀝青充填的砂巖的儲層物性及孔隙結(jié)構(gòu),因此在定量測算的基礎(chǔ)上,提出了用殘余孔隙度和殘余滲透率來客觀表征瀝青砂巖儲層物性及孔隙結(jié)構(gòu)的方法。進一步的實驗研究表明,低粘度原油可以再次充注殘余孔隙度大于4%的瀝青砂巖并溶解其中的有機質(zhì),使其殘余孔隙度和殘余滲透率大幅度提高,從而成為有效儲層。

在綜合研究阿克庫勒凸起西南緣托浦臺錄井、測井、巖芯、薄片資料和三維地震資料的基礎(chǔ)上,認(rèn)為研究區(qū)東河砂巖主要是無障壁海岸沉積體系。自下發(fā)育遠(yuǎn)濱和近濱沉積組合,向上為近濱和前濱沉積,為向上變深和再變淺的沉積旋回,刻畫了東河砂巖在研究區(qū)域的縱橫向變化特征。

co2地質(zhì)封存是有效的減少溫室氣體的措施之一,油氣富集的盆地不僅可提供適合co2地質(zhì)封存的儲、蓋層,還可將co2注入其中提高油氣產(chǎn)量。利用埋存指標(biāo)量化方法對塔里木盆地油氣藏做co2地質(zhì)封存適宜性評價,并計算其一級構(gòu)造圈閉的理論埋存量。結(jié)果表明,塔里木盆地比較適宜co2地質(zhì)封存,存儲量較大,具有巨大的封存潛力。

通過有機巖石學(xué)觀察、地球化學(xué)分析及黃金管熱模擬實驗對塔里木盆地志留系瀝青砂的二次生烴潛力進行了探討。對代表井瀝青砂巖樣品的有機巖石學(xué)觀察發(fā)現(xiàn),瀝青砂中的有機質(zhì)類型除了固體瀝青外,還存在一定量液態(tài)油。有機碳分析表明,志留系瀝青砂巖中有機碳含量比較高,其分布范圍為0.56%～3.46%,這些事實表明該地區(qū)志留系瀝青砂很可能具有一定的生烴能力。進一步熱模擬實驗的結(jié)果證實,該地區(qū)志留系瀝青砂在足夠的熱應(yīng)力作用下能生成一定量的烴類且產(chǎn)物以氣態(tài)烴為主,其中塔中117井與躍南1井原始瀝青砂樣品的最大生氣量分別可達46.80ml/g和41.11ml/g;同時,通過對比熱解實驗,可以發(fā)現(xiàn)瀝青砂中的液態(tài)油是產(chǎn)氣的主要貢獻者。最后,基于哈得11井原油裂解的動力學(xué)參數(shù)進行地質(zhì)推演表明,在目前埋藏條件下,塔里木盆地志留系瀝青砂在其分布的部分區(qū)域可發(fā)生二次裂解生氣,且該裂解氣可能成為該地區(qū)天然氣的一個重要氣源。

從志留紀(jì)起,塔里木盆地下古生界烴源巖經(jīng)歷了三期生、排烴。下古生界源巖的生烴期和志留系的圈閉形成期控制了志留系瀝青砂巖的形成期次及演化。志留系早期瀝青砂巖形成后,經(jīng)歷了后期多次的構(gòu)造沉積事件和三次烴類注入、混染,改變了志留系古油藏瀝青形成時的原始產(chǎn)狀。志留系瀝青砂巖的三次注入分別是:第一次是晚加里東注入期;第二次是晚海西—印支注入期;第三次是燕山—喜山注入期。志留系砂巖中瀝青、稠油或其它油氣顯示是這三期作用的綜合結(jié)果。

通過瀝青砂巖與重質(zhì)油熱模擬實驗方法,對塔里木盆地下古生界廣泛賦存的瀝青生烴特征與生烴潛力進行探討。熱模擬實驗結(jié)果顯示,瀝青與重質(zhì)油在熱作用下均能生成烴類,表現(xiàn)出烴類裂解特征,生烴過程中既有氣態(tài)烴也有液態(tài)烴生成;瀝青砂巖樣品、重質(zhì)油樣品與低成熟度一般品質(zhì)的海相烴源巖生烴潛力大體相當(dāng)。塔里木盆地下古生界存在瀝青生烴證據(jù),但實際成藏貢獻尚需進一步油氣地球化學(xué)證據(jù)支持。

塔河油田是中石化新星石油公司的重點開發(fā)區(qū)塊,隨著西部大開發(fā)的戰(zhàn)略需要及油氣東輸重點工程的全面啟動,加速了勘探開發(fā)步伐。作者在廣泛調(diào)研的基礎(chǔ)上,根據(jù)塔河油田的地質(zhì)特征及鉆井難點,結(jié)合tk112h、tk110h、tk111h、tk220h幾口水平井的鉆井實踐,總結(jié)了該區(qū)塊水平井的基本施工程序及各個階段的關(guān)鍵技術(shù),供以后施工時參考。

通過對塔里木盆地巴麥地區(qū)多口典型探井泥盆系東河塘組薄片的觀察與鑒定,東河塘組石英含量高,長石和巖屑含量都在1%～4%范圍,成分成熟度高;主要的成巖作用有壓實作用、膠結(jié)作用、溶蝕(溶解)作用等。綜合判斷認(rèn)為,泥盆系東河砂巖處在中—晚成巖階段,原生孔隙少,表生成巖溶解作用和埋藏溶蝕作用可以溶解多種可溶性雜基和碳酸鹽巖類基質(zhì),使儲層發(fā)育粒內(nèi)溶孔、鑄模孔、溶蝕擴大等孔隙類型。但是由于儲層成巖作用過程有疊置,所以儲層的改善作用也有限,物性相對較差。

塔里木盆地孔雀河區(qū)塊發(fā)育寒武系-奧陶系海相和侏羅系陸相兩套有效烴源巖構(gòu)成的復(fù)合含油氣系統(tǒng);中生界以斷裂背斜構(gòu)造圈閉為主,成排成帶展布;古生界以大型鼻隆背景之上的斷背斜、構(gòu)造巖性、地層不整合圈閉為主;控制油氣垂向運移的通源斷裂發(fā)育,圈源時空有效配置,燕山晚期-喜山期構(gòu)造變形微弱,有利于油氣藏保存。區(qū)塊內(nèi)存在三類不同成藏組合的勘探領(lǐng)域,具有良好的勘探前景

塔里木盆地西南邊緣發(fā)育甫沙—齊姆根和柯克亞—和田南2個壓扭構(gòu)造體系,前者主要是帕米爾弧形構(gòu)造東北側(cè)的側(cè)向滑移與西昆侖造山帶向塔里木盆地的不均勻沖斷活動的聯(lián)合作用結(jié)果,后者則主要與西昆侖造山帶向塔里木盆地的不均勻沖斷作用有關(guān)。這2個壓扭構(gòu)造體系主體形成于新近紀(jì)以來的喜馬拉雅運動,其構(gòu)造樣式在平面上主要為走滑—逆沖斷裂和雁列式分布的斷裂與背斜,在剖面上則呈現(xiàn)為雙重構(gòu)造與反沖構(gòu)造的疊加。壓扭構(gòu)造帶所遭受的壓扭作用從改善儲層的儲集性能、形成新的油氣圈閉、促進油氣運移與成藏等方面對塔里木盆地西南邊緣的油氣成藏發(fā)揮了積極作用,壓扭構(gòu)造帶是油氣勘探的有利構(gòu)造部位。

塔中地區(qū)志留系柯坪塔格組下瀝青砂巖段是塔里木盆地古生界碎屑巖層系油氣主要富集層段之一。以鉆井巖心觀察描述為基礎(chǔ),結(jié)合測井、地震和分析測試資料進行綜合分析,提出了塔中地區(qū)志留系下瀝青砂巖段發(fā)育海侵背景下的濱岸-潮坪-辮狀河三角洲沉積體系的觀點。其中濱岸相沉積中主要發(fā)育上臨濱和下臨濱沉積微相,巖性以細(xì)砂巖、粉砂巖、含礫不等粒砂巖為主;潮坪沉積相中障壁砂壩、潮砂灘、潮汐水道、砂坪沉積微相發(fā)育,潮道沉積的巖性以砂巖、粗砂巖和含礫砂巖為主,發(fā)育楔形、板狀和羽狀交錯層理,底部見侵蝕沖刷面和較多黃鐵礦團塊;辮狀河三角洲中發(fā)育辮狀河水下分流河道、分流間灣、前緣席狀砂等沉積微相。海侵時期,下瀝青砂巖段存在4期超覆砂體,從盆地中部向南部的塔中低隆逐期超覆,沉積微相在平面上也由此存在著復(fù)合超覆規(guī)律的演變,整體表現(xiàn)為濱岸相至潮坪相、辮狀河三角洲沉積相沉積的演變。4期超覆沉積微相的平面分布在控制因素、展布范圍和海侵方向上具有一定的繼承性、相似性和規(guī)律性。

在前人地質(zhì)、地球物理資料和部分研究成果的基礎(chǔ)上，通過對地質(zhì)、鉆孔、地震、地?zé)岷椭亓?、航磁與衛(wèi)星磁測等資料的綜合分析，特別是通過對重力、航磁資料的定量反演與嚴(yán)格對比，深入研究了塔里木盆地南部的隱伏地質(zhì)構(gòu)造。并且，根據(jù)金剛石找礦的基本理論和作者的地球物理研究成果，對和田出土的金剛石顆粒的礦源區(qū)位置進行了預(yù)測。