元坝地区须家河组致密砂岩气藏类型及特征

元坝地区须家河组致密砂岩气藏类型及特征

0加大了对开拓精神的研究所谓正常油气藏，是指在当前的经济技术条件下，无法使用传统方法和技术手段进行勘探和开发的正常油气藏，主要包括致密砂岩、岩油气和分层油气。其中,致密砂岩油气藏的勘探实例早在1927年就有发现———美国的圣胡安盆地,当时被称为隐蔽气藏。后来,于1979年在加拿大西部阿尔伯达盆地发现Elmworth气田,Master由此提出深盆气的概念。接着,于1979年在美国西部某些盆地发现致密气和于1984年在美国Raton盆地发现盆地中心气。而国内对致密砂岩油气藏的研究较晚,1982年戴金星提出煤成气的概念,1991年许化政提出致密砂岩气的概念。2000年以后,国内陆续出现了根缘气、页岩气、深盆油和向斜油等与非常规油气藏相关的术语。然而,2005年美国地质调查局等把深盆气、页岩气、煤层气、致密砂岩气、浅层生物气和天然气水合物等多种非常规圈闭天然气统称为非常规气。近几年,邹才能等对连续型油气藏的地质特征与成藏机理做了深入的研究,明确了连续型油气藏的内涵,阐述了连续型油气藏的相关地质特征,并把致密砂岩油气藏归类为连续型油气藏。而致密砂岩油气藏又属于非常规油气藏,其类型繁多、领域较广。对非常规油气藏,目前国内外只有少数专家提出了其分类方案。元坝地区须家河组气藏属于致密砂岩气藏类型,关于该区的油气地质、成藏特征和富集规律近年来已有较系统的研究,但关于致密砂岩气地球化学研究相对较少,因此本文将从以下几个方面研究该区致密砂岩气的主要地球化学特征。1采样测试井分布致密砂岩气样主要采自元坝气田须家河组测试达工业气流的气井处,取样测试井大多沿元坝中部断褶带和元坝九龙山背斜构造带分布。根据元坝气田14口井须家河组20个天然气样的主要组分、干燥系数等地球化学数据(表1),可知须家河组天然气具有3个方面的特征。1.1致密砂岩气藏类型元坝地区须家河组致密砂岩气以CH4为主,含量最高达98.39%(YL3井),含量最低为80.71%(YB27井),平均含量为95.56%。重烃气含量一般小于3%,丙烷微量,常缺丁烷,含量最高为8.11%(YB2井)。总的烷烃气含量最高为99.56%(YB11井),最低为81.95%(YB27井),总的烷烃气平均值为97.50%。其中,部分井(YB2井、YB27井须二段)气样组分与其他样品有明显的差异,根据高压物性等分析资料推测其属于不同的致密砂岩气藏(图1),即“同层不同藏”。致密砂岩气干燥系数(C1/∑C1-5)较高,基本上在0.97以上,为高热演化程度的干气(图2)。由于该区须家河组致密砂岩气中烷烃气含量很高,而又基本上不含H2S等有毒有害组分,因此须家河组致密砂岩气属于低碳优质气源。1.2致密砂岩气中he含量分布该区须家河组致密砂岩气非烃气体主要为CO2、N2、He和H2S,含量变化不一。其中N2的含量最高,分布范围为0~16.45%,均值为1.63%。CO2的含量次之,分布范围为0~3.63%,均值为0.74%。He的含量较少,分布范围为0~0.04%,均值为0.02%。由于该致密砂岩气中非烃含量不高,分布范围为0.13%~17.89%,均值为2.39%,多数样品非烃含量小于3%,少数在4%~6%之间,个别大于10%。同时N2成分表明其为高演化阶段的产物,与其干燥系数的指示意义类似。元坝地区须家河组致密砂岩气中H2S含量相对较低,目前仅在个别井中检测到有极微量H2S成分(YB22井,4403~4418m,含量为0.0053%),并且其来源需要进一步探讨,这与深部海相飞仙关组和长兴组高含H2S地层差别明显。2致密砂岩气的有机来源一般以δ13C1=-30‰作为天然气有机成因和无机成因的界限值,而该区δ13C1值均小于-30‰,多数样品又具有正碳同位素系列特征(表2),故须家河组致密砂岩气是有机成因的。同时由于煤成气的δ13C2值大于-29‰,油型气的δ13C2值小于-29‰,因此须家河组致密砂岩气主要由自源型的煤成气和它源型的油型气组成(图3)。2.1碳同位素特征须家河组致密砂岩煤成烷烃气δ13C2值最高为-21.5‰(YB3井须四段),最低为-28.00‰(YB4井须四段),均值为-25.25‰,具有典型的煤成气特征。而在6个须家河组煤成气样品中,δ13C1值均小于-30‰,其中最低的为-33.90‰(YB3井须一段),均值为-31.70‰,显示出较轻碳同位素组成特征。须家河组致密砂岩气部分是煤系本身源岩生成的煤成气,在该组14个气样中,煤成气占6个,占总数的42.9%。经统计,6个气样中有5个气样的烷烃碳同位素具有正碳同位素特征,有1个气样的烷烃碳同位素发生倒转。同时,须家河组致密砂岩煤成气发生δ13C2>δ13C3倒转,并且倒转幅度很小,小于3‰。须家河组致密砂岩煤成烷烃气以正碳同位素系列为主,有且仅有少数气样发生幅度小的倒转,这说明须家河组致密砂岩煤成气受到次生改造作用的影响比较小,为原生型。2.2致密砂岩气组须家河组致密砂岩油型烷烃气δ13C2值最高为-29.7‰(YB4井须二段),最低为-35.35‰(YB22井须二段),均值为-31.49‰,具有一般的油型气特征。而在8个须家河组油型气样品中,δ13C1值均小于-30‰,其中最低的为-34.53‰(YB22井须二段),均值为-32.02‰,显示出较轻碳同位素组成特征。须家河组致密砂岩气部分可能是下伏地层烃源岩生成的油型气,在该组14个气样中,油型气占8个,占总数的57.1%。经统计,8个气样中有4个气样的烷烃碳同位素具有正碳同位素特征,有3个气样的烷烃碳同位素具有负碳同位素特征,有1个气样的烷烃碳同位素发生倒转。由于无机成因气δ13C1值一般大于-30.0‰,故推测负碳同位素特征是由于正碳同位素烷烃气受次生改造形成的。同时,须家河组致密砂岩油型气发生δ13C1>δ13C2倒转,并且倒转幅度很小,小于2‰。须家河组致密砂岩油型烷烃气以正碳同位素特征为主,有少数气样发生幅度较小的倒转,并且部分气样具有负碳同位素特征,这说明须家河组致密砂岩油型气受到次生改造作用的影响比较大,为改造型。2.3天然气中的瞳气同位素天然气中的氦主要有壳源型和幔源型2种成因,空气中的氦(3He/4He为1.4×10-6)一般被看成是上述2种氦的混合。将天然气中的氦同位素值与空气中的氦同位素值相比较(R/Ra),当R/Ra>1时表明其以幔源型氦为主,当R/Ra<1时表明其以壳源型氦为主。研究区须家河组7个气样的R/Ra值均小于1,由此推论须家河组致密砂岩气的氦同位素是壳源型。同时该区样品R/Ra值一般介于0.01~0.02之间(表3),表明该区致密砂岩气田主要分布在构造稳定区。3储层物性特征元坝地区须家河组气藏属于致密砂岩气类型,埋深一般为3700.0~4900.0m,孔隙度最小值为3.1%,最大值为13.2%,平均值为8.35%;渗透率为(0.0021~0.3406)×10-3μm2,平均值为0.069×10-3μm2,大于0.05×10-3μm2的占48%,其储层物性差、孔喉连通性差、储层非均质性强。而元坝地区须家河组烃源岩的RO值一般在1.43%~2.86%之间,平均值为1.91%,整体上处于高成熟晚期甚至过成熟早期干气阶段。3.1烃源岩质量特征元坝地区须家河组广泛发育暗色泥质岩类,厚度为160~220m,并且广泛发育煤系地层,厚度为1~15m,TOC值多在0.17%~13.38%之间,平均值为2.43%(图4)。该区须家河组烃源岩主要分为4类,并且达到了优质烃源岩有机质丰度标准(图5)。其深埋成岩以后达到生烃门限,生烃增压、砂泥岩差异压实形成的源储压力差,成为生烃、排烃的主要动力。同时由于扩散作用生成的油气呈层状蒸发式运移,须家河组具备良好储集性能的圈闭可以捕获运移至其中的油气,形成须家河组致密砂岩煤成烷烃气藏。由于持续生烃,连续充注,因此致密砂岩煤成烷烃气藏圈闭边界动态变化,并且由渗透率级差决定着致密砂岩煤成烷烃气圈闭边界的分布。3.2下伏地层上二叠统龙门山组烃源岩类由于元坝地区须家河组存在着中、小断层,可沟通其上覆、下伏地层。上二叠统龙潭组泥质灰岩、黑色泥质岩等有机质含量较高,TOC值一般在3.0%左右,属于较好烃源岩类。而须家河组致密砂岩气部分为油型烷烃气,故推测油型烷烃气可能来自下伏地层上二叠统龙潭组。总之,元坝地区须家河组致密砂岩气来源较为复杂,有自源型和它源型,以及两者的混合型,其油气富集规律受致密性砂体的渗透率级差、孔隙连通性等条件的严格控制,也受断裂、裂缝等构造作用的局部影响。4元坝地区须家河组致密砂岩气地球化学特征(1)四川盆地元坝地区须家河组致密砂岩气主要为自源型的煤成气和它源型的油型气,煤成气以正碳同位素系列(δ13C1<δ13C2<δ13C3<δ13C4)为主,有且仅有少数气样发生幅度小的倒转;油型气以正碳同位素特征为主,并且部分气样具有负碳同位素特征(δ13C1>δ13C2>δ13C3>δ13C4)。(2)元坝地区须家河组致密砂岩气组分以烷烃气(C1—C4)为主,甲烷含量较高(达98.39%),非烃气(主要是CO2、N2和He)含量变化不一;H2S含量很低;氦同位素为壳源型