天環凹陷北部上古生界氣水分布主控因素分析

王懷廠，任德生，候云東，張 輝

(1.中國石油長慶油田分公司，陜西 西安 710018；2.北京油谷科技發展有限公司，北京 100084)

0 引 言

鄂爾多斯盆地是一個大型陸相含油氣盆地，位于中國中部地區，橫跨陜、甘、寧、蒙、晉5省區，是中國第二大沉積盆地，含油氣面積達25×104km2。近年來，部分學者對盆地天環凹陷的區域構造、儲層條件、生油條件等方面做了較為深入的研究，但對氣水分布規律及其控制因素的研究相對較薄弱，對致密砂巖中天然氣的運聚特征、氣水分布模式及主控因素、輸導體系等方面的研究更為薄弱[1-9]。通過對構造裂縫、輸導體系、氣水分布規律及主控因素的研究，建立研究區天然氣成藏模式，明確了天環凹陷北部上古生界氣水分布主控因素。

1 地質背景

天環凹陷位于鄂爾多斯盆地西側，緊鄰西緣逆沖帶和陜北斜坡(圖1)。天環凹陷上古生界為一套海陸過渡相的沉積體系，自下而上依次發育本溪組、太原組、山西組、下石盒子組、上石盒子組及石千峰組，山西組和下石盒子組是此次研究的主要含氣層段[10-11]。烴源巖主要為太原組和山西組的山2段的暗色泥巖。暗色泥巖厚度為20～100 m，具有從西向東變薄的趨勢。生烴強度為16×108～20×108m3/km2，為中等生烴強度區。

圖1 研究區位置及構造

2 氣水分布規律

上古生界氣藏氣水分布規律總體較為復雜：平面上具有大面積含氣、局部含水、水體多呈零星分布或局部連片的特點；剖面上在不同層位、不同的構造部位均有水體的發育，氣水多層疊置，砂體呈孤立“透鏡體”狀，重力分異作用不明顯，沒有形成統一的氣水界面，但在局部物性相對較好的單一砂體中，氣水具有正重力分異現象。

研究表明，山1段—盒8下段—盒8上段，由下至上含水有逐漸增大的趨勢。山西組氣藏屬于“源內成藏”，天然氣的充注強度大，驅替效果好，其河道優質砂體往往富氣，而在河道邊部或河道底部往往存在毛細管水、吸附水或滯留水體；盒8段氣藏屬于“近源成藏”，天然氣充注強度較源內變弱，水體賦存類型增多，如孤立砂巖“透鏡體”水及致密砂巖封隔的“透鏡體”水等水體類型[12-13]。

3 氣水分布主控因素分析

研究認為，控制研究區氣水分布的主要因素為有利沉積相帶、構造裂縫、地應力場的分布規律及微幅構造等。

3.1 有利沉積相帶對氣水分布起至關重要的作用

有利的沉積相帶影響孔隙度和滲透率，進而影響儲層的氣水分布，氣層孔隙度為4%～12%，滲透率為0.1×10-3～2.0×10-3μm2。研究區高產氣井多數位于分流河道微相上，河道邊部或河道間以產水及低產氣為主。試氣結果表明，分流河道砂體物性好，多為氣層；河道邊部砂體物性稍差，多為含氣水層或水層，位于分流河道主砂體部位的B4井試氣獲得了日產20.24×104t/d的較好效果。

3.2 裂縫類型及發育規律影響天然氣富集程度及成藏層位

天環地區盡管缺乏規模較大的斷裂構造，但巖心觀察結果證實，宏觀與微觀構造裂縫比較發育。裂縫以高角度為主，力學性質多數表現為張性或張扭性，充填性表現為無充填或半充填，此類高角度裂縫導流能力強，是天然氣發生垂向運移的主要通道，與儲層的有效結合影響和控制了天然氣的運移與富集。研究區經歷了印支、燕山、喜山等多期構造運動[14]。其中，燕山、喜山運動是該區成藏與成藏期后裂縫形成的重要時期，由此所形成的構造裂縫系統廣泛發育，由于構造應力場作用的強度在空間分布上具有不均勻性，導致構造裂縫的發育與分布的區域空間也同樣具有明顯的差異性和非均勻性，這對天環凹陷上古生界氣藏的形成以及后期調整起了重要作用，開啟的構造裂縫系統使特低滲透儲層具有相對的高滲特征，成為天然氣運移良好的輸導體系。特別是高角度構造裂縫系統，其控制了天然氣成藏層位和富集程度。裂縫溝通烴源巖與儲層，突出地表現在垂向上大大增加了天然氣輸導效率[15-16]；同時，在砂泥巖交互層間也存在構造縫與砂體組合裂縫網絡的作用，其加強了流體垂向輸導，砂巖與裂縫的復合輸導模式使儲層與烴源巖更好地連通，有利于天然氣的運移與富集[17]。

天環地區高產氣井日產氣量與裂縫線密度呈指數正相關關系，相關系數達到0.836 5，中低產氣井日產氣量與裂縫線密度呈近似線性相關，相關系數為0.423 1。裂縫線密度高值區試氣相對產量高，低值區產量低(圖2)。天環地區儲層裂縫相對較為發育，在改善滲流作用方面起著重要作用。在氣藏內部，裂縫溝通了鄰近的氣層、水層，對氣水分布起到了調整作用。

圖2 裂縫線密度與日產氣交會圖(36組數據點)

3.3 地應力場作用下的流體勢場決定天然氣的運移與富集

地應力場是天然氣聚集的主要動力類型之一，尤其是成藏期的構造應力場直接控制或影響天然氣運移聚集和分布。在地應力場的作用下，天然氣從生烴凹陷高值應力區(流體勢高值區)向地應力值低值區(流體勢低值區)運移與富集[18-19]。

流體運移勢場與地應力場基本是一致的，高地應力區一般為高的運移勢區，低勢區(低應力區)及運移勢場變化比較陡的過渡區有利于天然氣的聚集，處于這些區域的氣井大多高產(圖3)。天環地區盒8下段流體勢為36～39 MPa，低勢區呈近似南北向條帶狀展布。

3.4 局部微幅構造對氣水的分布具有一定的控制作用

微幅構造對氣水分布也有較大影響。在物性較好、構造起伏相對較大的單砂體內部存在氣水分異，呈上氣下水的分布狀態，形成構造-巖性型氣水分布模式。沿構造脊方向的孤立砂體氣水分布具有上氣下水的特征(圖4)；橫切構造脊方向的水體分布在孤立砂體的兩側微幅構造低部位，高部位富氣[20]。

圖3 天環地區盒8下段流體勢平面分布

4 氣水分布模式

天環地區盒8段及山1段儲集體主要為三角洲平原及前緣分流河道砂體，主要為近源成藏組合。在早白堊世沉積后，隨著燕山運動構造抬升的影響，地層西降東升，地層變化為西傾。在這種構造背景下，先期氣藏的天然氣運移調整，向上及盆地東北部運移形成遠源成藏組合。下部烴源巖產生的天然氣自下向上充注，含氣飽和度自下往上呈逐漸降低的趨勢，天環地區山西組、石盒子組從三疊紀末期到白堊紀末期一直處于天然氣持續充注，為廣覆式含氣，生烴強度控制了氣藏區域上的宏觀分布格局。研究區生烴強度總體較弱，天然氣充注程度低，試氣井出水較多(圖5)。

圖4 沿構造脊氣水分布模式

上古生界的儲蓋組合與運聚體系組合可劃分為3類：一是自生自儲式的源內成藏，輸導效率高，天然氣富集；二是近源成藏，輸導效率較高；三是遠源成藏，高角度裂縫對氣藏富集起到主要作用，輸導效率相對較低(圖5)。

天環凹陷北部地區，水層主要分布在向斜部位，為相對富水區，向斜西翼部位以氣水同產井居多，東部以純氣井為主，從山1段至盒8上段主要含氣層系含水量從下至上有逐漸增大的趨勢。全區沒有統一的氣水界面，但在單一連通砂體單元中，構造對氣水分異有明顯的控制作用，富氣區主要在微幅構造高部位及構造上傾部位。范圍相對較小的“局部水體”在全區均有分布，不存在通常意義下的“邊水氣藏”和“底水氣藏”及因區域構造原因造成的連片水體?？v向上氣水層多層疊置，單砂體控制的獨立氣水系統呈上氣下水型(圖5)。

天環地區發育2種類型水體：一種為局部邊底水，發育于河道砂體及上傾砂體構造的較低部位，天環向斜構造底部位的兩側均為氣水同產區；另一

圖5 天環地區氣水分布模式

種為致密砂巖封隔的“透鏡體”和孤立砂體的“透鏡體”水，包括河道底部低凹處滯留“透鏡體”水體，發育于向斜和微幅構造的較低部位，為相對富水區。盒8段天然氣多賦存于分流河道砂體內，單砂體中相對低洼部位常賦存水，水體呈零星分布；厚層砂巖中天然氣聚集在頂部，底部基本含水；致密層對氣水分布起到隔擋作用，形成多個獨立的氣水系統。山西組氣藏由于緊鄰烴源巖，天然氣充注強度大，充氣飽滿，地層水被天然氣完全驅替，形成主要含氣層段。垂向上，從山1段至盒8上段含水有逐漸增大的趨勢。

當有高角度構造裂縫發育時，2套或多套疊置的砂體通過裂縫進行連通，使氣水的分布突破隔夾層的控制得以溝通，并在微幅構造高部位及構造上傾部位的優質儲層內聚集，逐漸形成現今的構造-巖性型氣水分布格局。

5 結 論

(1) 天環向斜西部以氣水同產井居多，為氣水同產區；東部以純氣井為主。該區氣水產狀主要有上氣下水、氣水互層、氣水同層型，氣水分布沒有統一的氣水界面，縱向上氣水層多層疊置。

(2) 研究區復雜的氣水分布規律主要由天環凹陷的沉積微相、構造裂縫系統、地應力場、微幅構造等因素共同控制，其中，構造裂縫、地應力場及沉積微相是氣水分布的主要控制因素。

(3) 天環凹陷北部地區存在3種氣水分布模式：一種為源內純氣型，山西組下部屬于自生自儲式的源內成藏，儲層臨近烴源巖，天然氣充注程度高，儲層含水量很??；另一種為近源氣水分布型，盒8下段和山1段儲層緊鄰烴源巖，屬于近源成藏，天然氣充注程度中等，對水的驅替效率相對較低，儲層多為氣層或含水氣層；最后一種為遠源氣水分布型，盒8上段儲層遠離烴源巖，屬于遠源成藏，天然氣充注程度相對較低，對水的驅替效率低，儲層多為含水氣層或純水層。構造裂縫對氣水分布的調整起到至關重要的作用。