库车坳陷迪北致密砂岩气藏油气分布特征及聚集机理

刘立炜，孙雄伟，赵英杰，金江宁（中国石油塔里木油田分公司勘探开发研究院，新疆库尔勒841000）

库车坳陷迪北致密砂岩气藏油气分布特征及聚集机理

刘立炜，孙雄伟，赵英杰，金江宁
（中国石油塔里木油田分公司勘探开发研究院，新疆库尔勒841000）

根据库车坳陷迪北气藏的试油、储层裂缝发育程度和天然气组分分析等资料，重新认识了迪北气藏的分布特征和聚集机理。结果表明：迪北气藏是介于圈闭型和连续型致密砂岩气藏之间的一种过渡型气藏，天然气主要分布于圈闭及其附近，且分布不是连续的；扩散不是迪北气藏的主导排气机理，烃源岩生成的气向储层选择性注入，注入点的选择可能与储层的裂缝发育程度有关，天然气以游离态沿注入点向邻近储层连续充注。基于特殊的成藏特征，把迪北气藏单独划分为复合型致密砂岩气藏，其勘探思路与圈闭型致密砂岩气藏相似。

库车坳陷；迪北气藏；侏罗系；阿合组；致密砂岩气藏；油气分布特征；聚集机理

迪北斜坡带位于库车坳陷东部，构造形态呈向西南倾斜的斜坡。迪北气藏位于迪北斜坡带中部（图1），主要产层为下侏罗统阿合组。迪北气藏成藏复杂，天然气分布规律及聚集模式不清。自迪北气藏发现以来，1998年和2011年先后按照断块型气藏和致密砂岩气藏的认识对其进行评价，效果均不理想。

图1　迪北气藏构造位置

致密砂岩气藏是指赋存于低孔、低渗砂岩储层中的气藏，通常以孔隙度小于12%、渗透率小于1 mD作为致密砂岩储层的评价标准。文献［1］把致密砂岩气藏分为连续型和圈闭型2类，其中前者为非常规气藏，后者为常规气藏。许多学者对迪北气藏成藏条件进行了对比研究，多数认为迪北气藏是深盆气藏或连续型致密砂岩气藏［2-8］。连续型致密砂岩气藏区别于常规气藏主要体现在储层致密、近源聚集的成藏地质条件、天然气连续分布、局部存在“甜点”的分布规律和连续聚集、扩散充注的聚集模式［9］。目前对于迪北气藏的研究主要集中于成藏地质条件，对于天然气分布规律和聚集模式的研究过于笼统，这是迪北气藏评价一直不理想的主要原因。本文在前人研究的基础上，结合最新钻井试油、储层裂缝发育程度及天然气分析等资料，重新探讨了迪北气藏分布特征及其聚集机理，认为迪北气藏是一个介于圈闭型和连续型致密砂岩气藏之间的过渡型气藏。

1　成藏地质条件

迪北气藏具有储层致密、近源聚集、先致密后成藏特征，为典型的致密砂岩气藏。主要产层为下侏罗统阿合组，为辫状河三角洲平原亚相，厚度260～280 m（图2），分布广泛，砂体连通性好，主要岩性为砂砾岩、中砂岩，间夹薄层泥岩，阿合组实测基质孔隙度为4.00%～8.00%，平均5.59%，实测基质渗透率为0.10～10.00 mD，中值0.75 mD，为致密砂岩储层。阿合组自上而下分为3段，第1段和第2段物性相当，第3段稍差，东西向储层非均质性不明显，由南到北储层物性逐渐变好。在空间配置方面迪北气藏具有源储紧贴、近源聚集的特征，烃源岩主要为上三叠统塔里奇克组和黄山街组暗色泥岩及煤层，其次为下侏罗统阳霞组煤层，与阿合组呈“三明治”式叠置关系。在时间匹配方面迪北气藏具有先致密后成藏特征，侏罗系砂岩储层致密化发生在距今约12×106a，而烃源岩排气高峰距今约5×106a，储层致密化时间早于烃源岩大量排气时间［10］。

图2　迪北气藏三叠系—侏罗系生储盖组合

2　流体分布特征

连续型致密砂岩气藏是一种非常规气藏，具有连续聚集、天然气连续分布、局部存在“甜点”的分布规律及聚集特征［11］。连续型致密砂岩气藏主要分布于构造平缓的盆地凹陷中心和斜坡部位，天然气分布不受常规圈闭控制。圈闭型致密砂岩气藏是一种常规类型的气藏，天然气分布于圈闭内，气水分异明显，此类气藏主要分布于盆地的构造圈闭和非构造圈闭内。相对于连续型和圈闭型致密砂岩气藏，迪北气藏的天然气分布更为复杂。迪北气藏天然气主要分布于构造圈闭及其附近，类似于圈闭型致密砂岩气藏；但是最大280 m的气柱高度明显大于100 m的圈闭幅度，天然气分布并不完全受构造控制，又类似于连续型致密砂岩气藏。

迪北气藏的构造形态及天然气分布特征与北美落基山前大绿河盆地致密砂岩气藏极为类似（图3）:①迪北气藏天然气主要分布于斜坡上的常规圈闭及其附近，但气柱高度明显高于圈闭幅度，不完全受构造控制，钻井测试几乎不出水或出水少。迪北气藏依南2井、迪西1井和迪北104井位于背斜内，测试均获工业气流，迪北102井和迪北103井位于背斜周缘，测试获低产气流，5口井都没有地层水产出。②迪北气藏远离构造圈闭的区域含气饱和度低，气水分异不明显，一般气水同出，大部分区域不具工业生产价值。迪北气藏迪北101井在下侏罗统阿合组第1段获67 320 m3/d低产气流；第2段测试气水同出，产气5 851 m3/d，产水50.4 m3/d；第3段测试获低产气流，产气2 576 m3/d.③迪北气藏位于构造圈闭的上倾方向，呈“气水倒置”特征，依南4井和依深4井位于迪北气藏北部，测试均出水，气微量（图4）。总体来说，迪北气藏不是连续型的天然气分布，区别于盆地凹陷中心和斜坡的含气系统，其天然气分布类似于常规圈闭气藏，但又不完全受构造圈闭控制，是介于圈闭型和连续型致密砂岩气藏之间的一种过渡型气藏。

图3　迪北气藏（a）和大绿河盆地气藏（b）剖面（据文献［9］）

图4　迪北气藏气水平面分布

3　聚集机理

关于非常规致密砂岩气藏的聚集机理，广为接受的为“动态圈闭”理论，主要形成于北美地区非常规气藏的勘探实践。“动态圈闭”理论认为，烃源岩生成的天然气以扩散方式向邻近的致密储层注入，储层中排出的水向上倾方向孔渗相对较好的储层中运移，当天然气补给不断增加，气体也随之向上倾方向运移，并不断渗漏，但散失的量小于天然气继续生成和持续补给上倾区域致密砂岩储层的量。此观点能够很好地解释位于盆地凹陷内的低丰度致密砂岩气藏的形成机理，如川中地区三叠系须家河组气藏、鄂尔多斯盆地石炭系—二叠系气藏。

对于迪北气藏来说，“动态圈闭”理论无法解释排气机理和天然气的分布规律。扩散的前提是存在浓度差，且扩散是从高浓度向低浓度进行，其结果是储层内大范围连续含气。迪北气藏天然气主要分布于圈闭及附近，天然气的分布不是连续的；另一方面，仅仅在圈闭及附近饱含气的特征说明烃源岩生成的气向储层的注入点是有选择性的，而扩散强调的是一种大范围“漫灌”式的注入，所以扩散应不是迪北气藏的主导排气机理。根据迪北气藏在圈闭范围内饱含气和裂缝相对较发育的现象（表1），推测注入点的选择可能与储层的裂缝发育程度有关。在断层总体不发育的斜坡区，同样厚度的砂体裂缝发育程度与地层曲率相关，即地层曲率越大，裂缝越发育。在斜坡区构造圈闭的曲率相对较大，有利于烃源岩生成的天然气注入聚集。从迪北101井储层呈3层流体分布结构推测，扩散可能在迪北气藏聚集过程中同样存在，但对气分布的影响相对小得多；同时根据第1段测试产气量远高于第3段产气量的分异现象，推测浮力在气的二次运移中存在某种程度的作用。

表1　迪北气藏下侏罗统阿合组储层裂缝密度统计

天然气在运移聚集过程中，由于色层分馏效应和重力分馏作用，其组分会发生相应变化，根据天然气运移示踪指标的变化可揭示天然气的运移方向［12-13］。迪北气藏下侏罗统阿合组76个天然气样品的分析结果表明（表2），迪北气藏天然气组分以甲烷为主，甲烷含量（物质的量分数）为82.33%～93.26%，乙烷含量为1.97%～8.15%，丙烷含量为0.44%～3.49%，非烃气体含量为2.15%～8.68%（主要为N2和CO2）.其中迪北102井阿合组第1段和第2段甲烷含量较其他井明显偏低，乙烷、丙烷含量偏高，非烃气体含量与多数井相当，推测由于油基泥浆钻井导致此井天然气样品组分出现“重烃化”现象。在不考虑迪北102井的情况下，自南向北阿合组第1段和第2段甲烷含量有上升趋势，天然气运移示踪指标C1/C2+增大，指示天然气从背斜向北部运移逸散。阿合组第3段C1/C2+较物性较好的第1段和第2段偏小，推测由于重力分馏作用，甲烷在浮力及烃源岩热增压等作用下在储层内向上运移所致；但是这种差异在背斜内相对较小，甲烷含量也与阿合组第1段和第2段接近，甚至略高，推测由天然气自烃源岩向背斜持续注入所致。

基于上述分析并结合迪北气藏特殊的天然气分布特征，得出如下认识:在烃源岩烃类持续生成和热增压形成的膨胀作用等驱动下，天然气以游离态沿注入点向邻近储层充注，注入点是裂缝相对发育区，如迪北气藏背斜；天然气先充满注入点及附近区域，然后在烃源岩持续生烃作用和浮力共同驱动下，天然气向上倾方向沿储层顶部或者高渗透储层二次运移聚集，并在北部储层物性较好的区域沿断裂逸散，天然气向储层的注入量和散失量之间达到某种动态平衡（图5）。

表2　迪北气藏下侏罗统阿合组天然气组分分析结果

图5　迪北地区下侏罗统阿合组致密砂岩气藏聚集机理示意

4　讨论

根据连续型致密砂岩气藏理论，认为天然气分布规律为:天然气连续分布、局部存在“甜点”；常规圈闭型与非常规连续型致密砂岩气藏的本质区别在于是否受圈闭控制、是否连续分布、单井是否有自然工业产量［11］。这种观点对迪北气藏的二次评价造成很大误导。在迪北气藏二次评价初期，研究人员根据与连续型致密砂岩气藏类似的成藏地质条件和气柱高度超出圈闭幅度的特征，推测库车坳陷东部下侏罗统阿合组广泛含气，并据此选择预探和评价目标。结果气藏评价效果远低于预期，外围预探戛然而止。迪北气藏的评价说明地下地质情况更为复杂，现有的连续型致密砂岩气藏地质理论适用于构造平缓的盆地凹陷内的致密砂岩气藏，在地层较陡且发育构造圈闭的山前区的应用存在一定局限。

迪北气藏在天然气分布规律方面是介于圈闭型和连续型致密砂岩气藏之间，与二者既存在相似之处，又存在明显差别；在聚集机理方面与二者明显不同。为了便于指导现场勘探，避免重蹈迪北气藏评价的覆辙，有必要把这类致密砂岩气藏单独划分为一种气藏类型。借鉴常规气藏分类方法，迪北气藏类型可称为复合型致密砂岩气藏，气藏主要分布于山前斜坡带，其成藏地质条件与连续型致密砂岩气藏类似，天然气主要分布于常规圈闭及其附近，其他区域无工业气流，上倾方向呈“气水倒置”特征。由于复合型致密砂岩气藏富气区与圈闭型一样围绕常规圈闭分布，所以其勘探思路与圈闭型致密砂岩气藏相似。复合型致密砂岩气藏聚集机理概括为连续聚集，选择注入点以游离气形态注入为主（表3）。

表3　致密砂岩气藏主要类型及特征

迪北气藏成藏地质条件与连续型致密砂岩气藏类似，但是为什么没有形成如川中须家河组气藏那样大规模的连续型致密砂岩气藏呢？笔者推测造成迪北气藏这种独特气藏的地质因素主要有2个:①要有一定规模和幅度的构造圈闭，如迪北气藏背斜面积为5.2 km2，圈闭幅度约为100 m，有利于气体在此注入和聚集成藏；②地层倾角较陡，迪北气藏位于山前斜坡区，地层倾角一般为10°～20°，只有背斜及附近地层倾角在10°以内，导致远离圈闭的大部分地区由于重力分异作用，不利于气体的聚集保存。在现场勘探中，可以根据这2个地质条件预判目标的气藏类型，从而拟定对应的勘探思路。

5　结论

（1）迪北气藏成藏地质条件具有储层致密、近源聚集、先致密后成藏特征，具备形成连续型致密砂岩气藏的基础，但是，其特殊的山前斜坡带构造背景，导致了其独特的天然气分布规律和聚集机理。

（2）迪北气藏天然气分布特征与圈闭型和连续型致密砂岩气藏存在一定差异，是介于二者之间的一种过渡型气藏，天然气主要分布于圈闭及附近，且分布不是连续的。

（3）扩散不是迪北气藏的主导排气机理，烃源岩生成的气向储层的注入点是有选择性的，注入点的选择可能与储层的裂缝发育程度有关，在烃源岩烃类持续生成和热增压形成的膨胀作用等驱动下，天然气以游离态沿注入点向邻近储层连续充注，浮力在天然气的二次运移中起到一定的作用。

（4）依据迪北气藏与连续型和圈闭型致密砂岩气藏在天然气分布规律和聚集机理方面存在差异，把迪北气藏单独划分为复合型致密砂岩气藏，其勘探思路与圈闭型致密砂岩气藏相似。

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（编辑曹元婷）

Hydrocarbon Distribution and Accumulation Mechanism of Dibei Tight Sandstone Gas Reservoir in Kuqa Depression，Tarim Basin

LIU Liwei，SUN Xiongwei，ZHAO Yingjie，JIN Jiangning
（Research Institute of Exploration and Development，Tarim Oilfield Company，PetroChina，Korla，Xinjiang 841000，China）

Based on the data from formation testing，fracture development degree and natural gas component analysis in Dibei gas reservoir in Kuqa depression of Tarim basin，the hydrocarbon distribution and accumulation mechanism are re-recognized.The results show that Dibei gas reservoir is a transitional one between trap-type and continuous tight sandstone gas reservoirs.Natural gas is mainly discontinuously distributed in and around the traps.Diffusion is not the dominant mechanism of gas transport.Gas generated from source rocks flows into reservoirs selectively and continuously fills the neighboring reservoirs in free state along charging points which may be related to fracture development degree in the reservoir.Dibei gas reservoir is classified as a kind of composite tight sandstone gas reservoir according to its special accumulation features.The similar method for exploration of trap-type tight sandstone gas reservoir can be adopted for Dibei gas reservoir.

Kuqa depression；Dibei gas reservoir；Jurassic；Ahe formation；tight sandstone gas reservoir；hydrocarbon distribution；accumulation mechanism

TE122.2

A

1001-3873（2016）03-0257-05

10.7657/XJPG20160302

2015-10-14

2016-02-29

国家科技重大专项（2011ZX05046-03）

刘立炜（1981-），男，湖北大冶人，工程师，石油地质，（Tel）15099227398（E-mail）liulw-tlm@petrochina.com.cn