崖城13-1氣田天然氣富集條件及成藏模式

摘 要

摘要：位于瓊東南盆地西部的崖城13-1氣田是中海石油(中國(guó))有限公司的一個(gè)對(duì)外合作海上大氣田，自1996年投產(chǎn)以來，一直肩負(fù)著向香港特別行政區(qū)和海南省供氣的任務(wù)。為提高該氣田的
摘要：位于瓊東南盆地西部的崖城13-1氣田是中海石油(中國(guó))有限公司的一個(gè)對(duì)外合作海上大氣田，自1996年投產(chǎn)以來，一直肩負(fù)著向香港特別行政區(qū)和海南省供氣的任務(wù)。為提高該氣田的天然氣采收率、滿足下游用戶不斷增長(zhǎng)的用氣需求量，基于前人的研究成果，結(jié)合大量實(shí)鉆資料，對(duì)該氣田的天然氣富集條件以及成藏模式進(jìn)行了深入研究。結(jié)論認(rèn)為，崖城13-1氣田為基底隆起背景上發(fā)育起來的披覆背斜，因頂部遭受削蝕作用而形成的構(gòu)造-巖性地層復(fù)合氣藏，氣層厚度大、分布穩(wěn)定、產(chǎn)能高，屬高豐度大型氣田。該氣田同時(shí)具有：①有多套烴源巖；②圈閉形成早；③儲(chǔ)層厚度大、物性好、產(chǎn)能高；④超壓蓋層等優(yōu)越的天然氣富集條件。但該氣田圈閉范圍內(nèi)，不同斷塊氣、水界面深度不一致，并且構(gòu)造高部位——南部S3-2含氣充滿度低，致使該氣田的成藏規(guī)律復(fù)雜化，通過斷塊間的壓力干擾研究，結(jié)果證明斷層對(duì)天然氣具有明顯的封堵作用。研究成果為該氣田后期管理提供了決策依據(jù)。
關(guān)鍵詞：瓊東南盆地；崖城13-1氣田；天然氣富集條件；氣藏形成；含氣充滿度；氣水界面；斷層封堵；后期；管理
    位于瓊東南盆地西部的崖城13-1氣田是中海石油(中國(guó))有限公司的一個(gè)對(duì)外合作海上大氣田，自1996年投產(chǎn)以來，一直肩負(fù)著向香港特別行政區(qū)和海南省供氣的任務(wù)。為提高該氣田的天然氣采收率、滿足下游用戶不斷增長(zhǎng)的用氣需求量，基于前人的研究成果，結(jié)合大量實(shí)鉆資料，對(duì)該氣田的天然氣富集條件以及成藏模式進(jìn)行了深入研究，獲得了一些新認(rèn)識(shí)。研究成果對(duì)于該氣田的后期管理具有借鑒作用。
1 氣田地質(zhì)特征
    崖城13-1氣田位于瓊東南盆地崖南凹陷西緣的崖城13-1構(gòu)造帶上，隔①號(hào)斷層與鶯歌海盆地相鄰(圖1)，是一個(gè)豐度高、成藏條件優(yōu)越、聚集方式特殊的海上大氣田[1～4]。該氣田地理位置位于海南省三亞市西南方約91km的南海北部海域，地層從上至下可劃分為第四系、上新統(tǒng)-上中新統(tǒng)鶯黃組、中中新統(tǒng)梅山組、下中新統(tǒng)三亞組、漸新統(tǒng)陵水組、漸新統(tǒng)崖城組。
 

1.1 構(gòu)造條件有利
    崖城13-1氣田位于瓊東南盆地西北緣崖城凸起高部位，為北西一南東向的半背斜，長(zhǎng)軸長(zhǎng)度為13.5km，短軸長(zhǎng)度為5.5km，閉合高度為420m。漸新統(tǒng)崖城組超覆在基巖隆起上，其頂面為完整的背斜構(gòu)造，主要儲(chǔ)層——陵三段在構(gòu)造高點(diǎn)偏西南翼一側(cè)被嚴(yán)重剝蝕，出現(xiàn)沿軸向的狹長(zhǎng)地層缺失區(qū)，使之成為一個(gè)不完整的背斜而成為巖性地層-構(gòu)造復(fù)合型的圈閉。圈閉面積上小下大，地層傾角下陡上緩，向兩翼地層加厚，具明顯的基巖生長(zhǎng)背斜特征。
    氣田內(nèi)部發(fā)育著兩組斷裂(圖2)：一組為北西向和近南北向的斷裂，另一組NEE向的斷裂將崖城13-1氣田分成南、北兩塊，其中南塊又可分為S1、S2及S3塊；氣田內(nèi)部斷層的斷距較小，一般都小于70m(圖3)，未完全錯(cuò)斷陵三段近200m厚的儲(chǔ)集層，似乎對(duì)油氣不起封堵作用。
 

1.2 氣源豐富
    崖南凹陷的漸新統(tǒng)崖城～陵水組為濱海相及海岸平原沼澤沉積環(huán)境，富含煤，厚度293～852m，有機(jī)碳含量相對(duì)較高，TOC介于0.47%～1.16%，含豐富的混合型-腐殖型干酪根。經(jīng)計(jì)算，生氣強(qiáng)度達(dá)40×108～60×108m3/km2。下伏的始新統(tǒng)中深湖相泥巖也是重要的氣源巖。①號(hào)斷層西側(cè)鶯歌海盆地除始新統(tǒng)、漸新統(tǒng)烴源巖外，中新統(tǒng)三亞組和梅山組也是主要的烴源巖，可通過鶯歌海盆地東部斜坡向崖城凸起運(yùn)移[2]，鶯歌海盆地的東方、樂東氣田群的勘探開發(fā)成果已證明該盆地中新統(tǒng)梅山組-三亞組是主要烴源巖且所生成的天然氣資源量豐富。
    在構(gòu)造區(qū)，由于基底長(zhǎng)期暴露，漸新統(tǒng)依次超覆于基巖之上，上覆巨厚的中新世坳陷期地層。崖城組為厚度介于0～482.6m的一套煤系地層，縱向上呈粗-細(xì)-粗的完整旋回。崖二段含煤地層是重要的氣源巖，崖一段在構(gòu)造上已被剝蝕殆盡，為崖二段生成的氣向陵三段儲(chǔ)層運(yùn)移創(chuàng)造了有利條件。
1.3 儲(chǔ)層物性優(yōu)良
    崖城13-1氣田有3套儲(chǔ)產(chǎn)層，分別為三亞組砂巖、陵二段砂巖和陵三段砂巖。
    1) 共有4口井鉆遇三亞組砂巖，其中2口井鉆遇氣層，氣層中部深度為3820m，高部位三亞組以泥巖為主，頂部、中部和底部存在3套細(xì)砂巖，向低部位砂巖增厚、粒度變粗、物性變好。高部位氣層厚度為19.7m，平均孔隙度為13.3%；低部位氣層厚度為70.8m，平均孔隙度為14.5%。平均滲透率為2446mD，屬于優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層。
    2) 陵二段砂巖超覆在陵三段之上，陵二段僅殘存于構(gòu)造冀部低部位，頂薄翼厚，毛厚介于12.31～61.87m，凈厚介于4.1～26.21m，為細(xì)到中砂巖，砂巖中夾薄層泥巖，平均孔隙度為12%，滲透率介于0.21～20.53mD，中孔低滲。
    3) 陵三段儲(chǔ)層在構(gòu)造頂部受到剝蝕，僅分布在構(gòu)造翼部且向下傾方向逐漸加厚，以粗粒、分選差-好的長(zhǎng)石碎屑砂巖為主，其次為中粒砂巖、含礫砂巖-礫巖。從下至上，地層的沉積環(huán)境由早期的河控三角洲相為主向晚期以潮汐相控制為主演變，放下部氣層以河道與舌形砂壩沉積為主，上部以指狀砂壩沉積為主，砂壩自下而上有逐漸減少的趨勢(shì)，砂壩的形態(tài)由舌形逐漸向指狀過渡，反映了潮汐作用逐漸增強(qiáng)的規(guī)律。并可分A、B、C、D共4個(gè)流動(dòng)單元[5]。儲(chǔ)層厚度大，介于139.6～350m，氣層厚度也相應(yīng)較大，純氣區(qū)氣層厚度介于116.0～195.4m。陵三段是主力產(chǎn)氣層，平均孔隙度為14%，最高達(dá)22%，平均滲透率為100mD，最高超過1000mD。單層測(cè)試無(wú)阻流量均超過100×104m3/a。
1.4 構(gòu)造形成早。處于低勢(shì)區(qū)，有利于捕集大量油氣
    崖城13-1構(gòu)造在崖城組沉積之前為基巖隆起剝蝕區(qū)，始新統(tǒng)在構(gòu)造上部缺失，構(gòu)造形成早。圈閉形成于梅山組沉積之后的中中新世，距今約13.8Ma。
    生排烴時(shí)間較晚，約在距今10.5Ma以后才進(jìn)入大量生排烴期，現(xiàn)今仍處于大量聚集期(陳紅漢，1997)。距今40～10.5Ma，為早期緩慢淺埋階段，崖城組-梅山組的埋深小于2000m，未進(jìn)入生氣門限；距今10.5Ma至現(xiàn)今，為晚期快速深埋階段，凹陷區(qū)的基底埋深均大于4000m，最深者達(dá)10000m，進(jìn)入大量生排烴期。
   根據(jù)陵水組天然氣儲(chǔ)集層中流體包裹體化學(xué)成分和形成溫度的研究，進(jìn)入儲(chǔ)集層的烴類有3期，第一期均一化溫度為145～155℃；第二期均一化溫度為160～180℃；第三期均一化溫度為180～190℃。第一期成藏時(shí)間在距今5.8～2.0Ma，即上新世，當(dāng)時(shí)儲(chǔ)集層埋深僅3000m左右；第二、三期是天然氣大量進(jìn)入儲(chǔ)集層的時(shí)期，成藏時(shí)間為距今2.0Ma至現(xiàn)今，儲(chǔ)集層深埋介于3700～3800m(李緒深，2005)。張啟明等(1997)也認(rèn)為崖城組源巖從距今1.5Ma開始進(jìn)入成熟門限，距今0.23Ma進(jìn)入高成熟階段，至今還在繼續(xù)進(jìn)行著天然氣的充注成藏。故構(gòu)造形成早于生排烴期，有利于天然氣的聚集成藏。
    另外，崖城13-1構(gòu)造位于鶯瓊盆地交界處的古構(gòu)造脊上，兼處于西側(cè)鶯歌海盆地和東南側(cè)崖南凹陷這兩個(gè)高溫超壓體的邊緣，即壓力封存箱的邊緣，有利于捕集來自這兩個(gè)高勢(shì)烴源區(qū)的油氣。
1.5 超壓含鈣泥巖作為主要蓋層
    天然氣成藏對(duì)蓋層的要求遠(yuǎn)高于原油。陵三段及陵二段氣藏為同一壓力系統(tǒng)，氣藏的壓力系數(shù)為1.05，崖城13-1氣田的梅山組鈣質(zhì)泥巖具備物性封閉、烴濃度封閉及欠壓實(shí)流體封閉3種可能。其與側(cè)翼的三亞組、陵二段局部泥巖的毛細(xì)管壓力封閉一起構(gòu)成了良好的天然氣保存條件。梅山組受西側(cè)的鶯歌海盆地的高壓傳遞，地層壓力系數(shù)達(dá)到從東往西遞增(1.38升至1.68)，到①號(hào)斷層下降盤的崖城19-2-1井處達(dá)到最高(1.85)，與儲(chǔ)層相比剩余壓力介于23.2～26.92MPa[2]，上覆的黃流組-鶯歌海組也存在欠壓實(shí)高壓，進(jìn)一步增強(qiáng)了封閉能力(圖4)。故該氣藏氣柱高度達(dá)426.7m，圈閉充滿度接近100%，超壓蓋層的作用非常明顯。
 

2 斷層的封堵性與天然氣成藏模式
    由于陵三段儲(chǔ)層厚，氣柱高度大，一直被認(rèn)為是具統(tǒng)一氣水邊界的均一氣藏。但氣田范圍內(nèi)發(fā)育許多斷層，因斷距較小，斷層的封堵性常未引起重視。隨著十幾年的持續(xù)開發(fā)，氣田的動(dòng)靜儲(chǔ)量差別較大。在構(gòu)造南塊S3-1高部位的A12井，竟然在主力氣層出現(xiàn)水層，其氣水界面高出“統(tǒng)一”氣水界面276m，令所有研究者十分困惑。通過對(duì)該井壓力資料進(jìn)行分析，A12井區(qū)北側(cè)斷層Y3隨著生產(chǎn)壓力下降而開啟，開井時(shí)地層壓力系數(shù)只有0.7。為進(jìn)一步挖掘與S3-1相鄰的S3-2的儲(chǔ)量，又鉆了Y9井，結(jié)果更令人費(fèi)解，只鉆遇薄氣層及厚水層，與S3-2東側(cè)低部位的Y6井矛盾，因?yàn)閅6井無(wú)水層。經(jīng)小層對(duì)比，儲(chǔ)層橫向變化不大且斷層并不能斷開儲(chǔ)層段。
    統(tǒng)一氣藏具有統(tǒng)一的壓力系統(tǒng)，有無(wú)井間干擾是判斷氣藏連通性常用的手段。Y9井開井時(shí)地層壓力系數(shù)為1.09，保持原始?jí)毫Γc其他井開鉆時(shí)一致，說明Y9井區(qū)是一個(gè)獨(dú)立區(qū)塊。而A12、A13井MDT壓力下降，說明F3斷層開啟，A14-MDT保持原始地層壓力，說明F5、F4斷層封閉(圖5)，A12井與Y9井的壓力系數(shù)不一致，表明F15封閉。
 

   根據(jù)天然氣甲烷、乙烷均相對(duì)富集重碳同位素(乙烷δ13C2平均值為-25.8‰)，天然氣中汞含量較高(430～4500μmg/m3，據(jù)陳踐發(fā)等，2001)，以及天然氣伴生的凝析油Pr/Ph值達(dá)4～8，C6、C7輕烴組分中芳香烴、環(huán)烷烴十分豐富，指示高等植物的生物標(biāo)記化物奧利烷和r-羽扇烷非常豐富等諸方面的特征，判斷崖城13-1氣田的油氣主要為來自腐殖型有機(jī)質(zhì)[1,6]，說明油氣主要為來自崖南凹陷的崖城組。
    有機(jī)包裹體內(nèi)含的組成預(yù)示，烴源很大程度上來自西側(cè)的鶯歌海盆地。氣相包裹體中C02含量普遍很高，介于75.7%～86.12%。與位于西側(cè)鶯歌海盆地的樂東30-1-1井的包裹體成分一致，也與鶯歌海盆地中新統(tǒng)一上新統(tǒng)海相烴源巖的熱模擬結(jié)果相吻合，表明崖城13-1氣田陵三段儲(chǔ)層中的天然氣很大程度上來自鶯歌海盆地中新統(tǒng)上新統(tǒng)超壓地層。
    另外崖城13-1氣田包裹體中烴類生物標(biāo)志化合物的分布特征與該氣田凝析油的生物標(biāo)志化合物有很大差別。凝析油的組成特征反映出了以煤系陸源高等植物輸入為主的母源特征。而包裹體有機(jī)成分則顯示具有陸源有機(jī)質(zhì)輸入的貧氧環(huán)境。包裹體中檢測(cè)出的有機(jī)質(zhì)以鏈烷烴為主，還有少量環(huán)烷烴、輕芳烴、有機(jī)酸、酯、酮及酚，鏈烷烴的分布為前峰型，主峰碳為C17和(或)C18，碳數(shù)分布范圍為C13～C32。無(wú)環(huán)類異五二烯烷烴的分布具有明顯的植烷優(yōu)勢(shì)，姥/植比僅約為0.3，反映強(qiáng)貧氧環(huán)境。還見有反映陸源高等植物輸入的卡達(dá)烯系列化合物。根據(jù)甲基菲指數(shù)(MPI)為1.143～1.383，推算出烴類的成熟度Rc為1.7%～1.8%，顯示包裹體中烴類為高成熟到過成熟階段的產(chǎn)物。
    因崖城13-1氣田處于鶯歌海盆地和瓊東南盆地的交界處，走滑斷層——紅河斷裂在崖城13-1構(gòu)造西南處發(fā)生轉(zhuǎn)折，斷裂兩側(cè)陵三段分別屬于高溫超壓和常溫常壓系統(tǒng)，表明13-2塊處于相對(duì)封閉的狀態(tài)，故Y9井并不與氣田主力區(qū)相通(圖6)。預(yù)示在氣田的南側(cè)，崖19-3構(gòu)造也有可能具備成藏的可能，值得進(jìn)一步研究。

3 結(jié)論與認(rèn)識(shí)
    崖城13-1氣田具備氣源豐富，圈閉形成早，儲(chǔ)蓋組合好，儲(chǔ)層厚度大、物性好等成藏條件，尤其是儲(chǔ)層常壓，蓋層高壓這一特定因素，為大氣田形成提供了良好保存條件。因緊鄰烴源豐富的崖南凹陷和鶯歌海盆地，兩側(cè)均有烴源貢獻(xiàn)，混源特征明顯。
   崖城13-1氣田南塊內(nèi)部一些斷層雖然小，但也起封堵作用，由此解釋了該區(qū)高部位因相對(duì)封閉而未充滿的原因。對(duì)氣田南側(cè)下降盤的崖城19-3構(gòu)造值得進(jìn)一步研究。
   致謝：成文中，得到了成濤、周家雄等同事的大力支持，在此表示衷心的感謝。
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(本文作者：謝玉洪1 童傳新1，21.中海石油(中國(guó))有限公司湛江分公司；2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)武漢)