塔里木盆地依南2气藏侏罗系致密砂岩气藏特征及勘探潜力

张大智 杨峰平 印长海 肖利梅
（大庆油田有限责任公司 勘探开发研究院，黑龙江 大庆 163712）
作者简介：张大智，男，工程师，现主要从事沉积与层序研究工作，E-mail：zdz-007＠163.com。
摘 要：致密砂岩气属于非常规天然气，是常规天然气的后备资源之一。本文对徐家围子断陷沙河子组 天然气成藏条件的综合分析认为，沙河子组具有形成致密砂岩气藏的地质条件，其烃源岩厚度、砂砾岩厚度 大，分布广，有机质含量高，成熟到过成熟，资源量大，具有广阔的勘探前景。沙河子组致密砂岩气藏成藏 条件的初步认识为：(1)有利的构造和沉积背景；(2)充足的气源条件；(3)低孔、低渗的储集条件；(4) 良好的 封盖保存条件；(5)匹配的运移疏通条件；(6)有利的圈闭条件；(7)良好的生储盖组合。与国内外泥页岩气藏特 征对比发现，沙河子组具有形成泥岩气藏的条件，随着研究程度的深入以及勘探技术的突破，沙河子组非常 规气藏勘探有可能取得较大的进展。
关键词：徐家围子断陷；沙河子组；非常规油气；致密砂岩气；成藏条件；勘探潜力
Hydrocarbon Accumulation Conditions and Exploration Potential of Tight Sandstone Gas of Shahezi Formation in Xujiaweizi Rift Depression
Zhang Dazhi YangFengpingYin Changhai Xiao Limei
（Exploration and Development Research Institute，Daqing Oilfield Company Ltd，Daqing 163712，China）
Abstract：Tight sandstone gas belongs to nontraditional natural gas and is one of reserve resource of conventional natural gas.This paper analyses the hydrocarbon accumulation conditions of Shahezi formation in Xujiaweizi rift depression.Research shows Shahezi formation develops geological conditions which is help for forming tight sandstone gas.Shahezi formation is characterized by large thickness and extensive distribution of source rocks and sand-conglomerate rocks，abundant organic matter，mature to over mature source rocks.Therefore，Shahezi formation has a large resource volume and an expansive exploration prospect.The primary conclusion about hydrocarbon accumulation conditions of tight sandstone gas of Shahezi formation is：(1)advantaged tectonic and sedimentary background；(2)abundant gas origin； (3)reservoirs of low porosity and permeability；(4)favorable conservation；(5)suited migration；(6)favorable trap；(7) well source-reservoir-cap assemblages.Meanwhile，geological characteristics of Shahezi formation are similar to those of domestic and overseas shale gas .Shahezi formation maybe develops mud shale gas.With the deep exploration and technique breakthrough，nontraditional natural gas exploration of Shahezi formation maybe makes a great progress in the future.
Key words：Xujiaweizi rift depression；Shahezi formation；nontraditional natural oil and gas；tight sandstone gas； hydrocarbon accumulation conditions；exploration potential
非常规油气是未来石油天然气能源的重要接替资源，所谓非常规油气是指 “所有不符合常规油气 成藏原理，或在成因、成分、产状、性质、储集介质、封聚机理等方面具有特殊性的天然气聚集”［1］，包括油页岩、页岩气、煤层气、天然气水合物、致密砂岩气等，本文主要探讨徐家围子断陷沙河子组致 密砂岩气的有关特征。致密砂岩气是指孔隙度低（＜12％）、渗透率比较低（＜1 ×10-3μm2）、含气饱 和度低（＜60％）、含水饱和度高（＞40％）、天然气在其中流动速度较为缓慢的砂岩层中的非常规天 然气［2］，具有地层压力异常、毛细管压力高、气水关系复杂等特征［3］。目前国外所开发的大型致密砂 岩气藏主要以深盆气藏为主，集中在加拿大西部和美国西部［4］，在我国的准噶尔盆地、鄂尔多斯盆地 以及四川盆地西部均发现了储量巨大的致密砂岩气藏［5］，同时，在松辽、渤海湾、南襄、苏北、江汉、 塔里木、吐哈等盆地也发现了致密砂岩天然气储层的分布［6］，是未来大有希望且现实的天然气勘探领 域。本文以松辽盆地徐家围子断陷沙河子组为研究对象，分析其致密砂岩气藏的成藏条件和勘探潜力，对未来该区域非常规气藏的勘探开发具有一定的理论与指导意义。
1 地质概况
徐家围子断陷位于松辽盆地北部，总面积5300km2，整体近北北西向展布，西以断层与中央古隆起 带相隔，东侧与尚家-朝阳沟隆起带呈斜坡过渡，是由徐西断裂（南北两段）、徐中断裂及徐东断裂带 条等三条断裂控制的复式箕状断陷（图1a、b），总体表现为西断东超的构造格局。受控于区域性构造、 沉积作用，深部地层自下而上发育上侏罗统火石岭组、下白垩统沙河子组、营城组、登娄库组和泉头 组［7～12］。其中，沙河子组划分为沙一段和沙二段，岩性主要是一套黑色、灰黑色泥岩与灰色中砂岩、 细砂岩、砾岩，夹煤层（图1c），沉积环境主要是湖相、扇三角洲沉积，残余地层厚度400～2800m。由于徐家围子断陷沙河子组埋藏深度较大（超过3000m），砂砾岩储层致密（孔隙度小于6％，渗透率 小于0.1×10-3μm2），开展的研究工作较少。前人认为沙河子组是主要的源岩层，因此勘探程度较低，对其砂砾岩的发育特征认识尚不清楚，目前所钻探井多分布在断陷边缘，但基本都见气显示，个别井压 后最大日产量超过5×104m3，显示了沙河子组致密砂岩气勘探的良好前景。

图1 徐家围子断陷构造特征及岩性柱状图

2 沙河子组致密砂岩气成藏条件
2.1 有利的构造和沉积背景
沙河子组处于强烈断陷期，受徐西断裂、徐中断裂及徐东断裂带条等三条断裂的控制，形成徐西、 徐东两个凹陷，成为该时期的沉积沉降中心，发育巨厚的沙河子组地层，局部厚度达到2800m（图2），砂砾岩厚度0～700m（图3），暗色泥岩厚度0～1100m（图4），与凹陷内部发育的小型断裂和裂隙相 结合，形成有利的天然气运移聚集条件。在凹陷边缘主要发育扇三角洲、近岸水下扇、冲积扇等沉积相（图5），由于靠近物源区，沉积沉降速率快，碎屑物质成分复杂，分选较差，碎屑沉积物可以较快推进 到湖泊沉积中，形成烃源岩和储集岩相互叠置，因而构造和沉积背景均有利于致密砂岩气藏的形成。

图2 沙河子组残余地层厚度图图


图3 沙河子组残余砂砾岩厚度图

2.2 有利的气源条件
充足的气源是形成有利气藏的基础，沙河子组本身就是徐家围子断陷深层最主要的源岩层，烃源岩 分布面积广，厚度大，地震揭示其暗色泥岩厚度0～1100m，钻井揭示其煤层厚度0～150m。暗色泥岩 有机碳含量在0.22％ ～5.48％，平均1.57％，氯仿沥青 “A” 含量为0.0016％ ～0.4776％，平均 0.0491％，成熟度为1.02～4.16，平均为2.89。煤层有机碳含量为9.12～84.44％，平均43.66％，氯 仿沥青“A” 含量为0.0045％～0.48％，平均0.2307％。干酪根类型以Ⅲ型为主，占55.3％，其次为 Ⅱ型，占31.8％，Ⅰ型最少，为12.9％。前人研究认为［13，14］，松辽盆地含Ⅰ型干酪根的烃源岩生油门 限深度约为1100 m，含Ⅱ型干酪根的烃源岩生油门限深度为1200～1300 m，含Ⅲ型干酪根的烃源岩生 油门限深度为1850 m。沙河子组埋藏深度在3000m以下，从以上地化指标可以看出，烃源岩已达高成 熟-过成熟，是非常好的源岩层，生气潜力较高。对徐深1井沙河子组烃源岩生气强度研究发现［15］，暗色泥岩生气强度为38×108m3/km2，煤层生气强度为100×108m3/km2，该层总生气强度为138× 108m3/km2。而徐深1井位于升平-兴城背斜构造的中段，暗色泥岩沉积厚度还是相对较薄的。根据地 层厚度分布和沉积相研究结果预测，徐家围子断陷中部沙河子组暗色泥岩最大厚度约1100m，由此计 算，徐家围子断陷沙河子组暗色泥岩最大生气强度可达220×108m3/km2，足以达到形成大气田的气源 条件。

图4 沙河子组残余暗色泥岩厚度图


图5 沙河子组二段沉积图

2.3 储集条件
沙河子组致密气藏的主要储集层为扇三角洲砂砾岩储层和近岸水下扇砂砾岩储层，砂砾岩颗粒间以 线接触和点接触为主，压实作用强烈，胶结物主要为火山质和碳酸盐，胶结类型为孔隙式和基底式胶 结。单层厚度变化较大，一般为1～10m，最厚超过40m。由于距物源较近，储集层横向上夹于烃源岩 之间，易于油气聚集。目前研究表明，砂砾岩储层的总厚度变化在0 ～700 m，占沙河子组地层总厚度 的0～40％。物性分析显示，储层具有低孔、低渗、成岩作用强等特点，孔隙度多数小于10％（主要介 于2％～6％），渗透率小于0.1×10-3μm2。岩心观察及镜下微观特征研究表明，沙河子组砂砾岩中也 发育有一定规模的次生孔隙，因此具备形成气藏的储集条件。
2.4 封盖保存条件
沙河子组本身发育厚度较大的烃源岩，在作为生油层的同时，也可作为有效的区域盖层。封盖机理 主要有两种情况，其一是岩性封盖，烃源岩本身致密，可以作为良好的盖层，砂砾岩埋藏深度较大，储 层致密，由于岩性的致密造成了岩石本身突破压力高，阻止了天然气的运移；其二是压力封盖，目前沙 河子组产层段压力系数都大于1，属于超压层，因此存在较好的压力封盖条件，使天然气难以向上运 移。尽管断裂和裂缝的存在会造成气体的散失，但充足的气源可以为其持续补给，形成一个动态平衡。同时，在后期改造比较严重的地区，早期天然气藏在晚期重新分配、调整，在新的圈闭中聚集形成新的 气藏。
2.5 运移疏导条件
沙河子组储层致密，天然气的运移存在两种情况，第一种情况是天然气运移发生在砂砾岩致密化之 前，此时成岩作用尚不强烈，原生孔隙及次生孔隙大量发育，形成天然气富集。第二种情况是天然气运 移发生在砂砾岩致密化之后，此时，由于成岩作用的强烈改造，砂砾岩物性急剧降低，天然气沿着构造 活动形成的断裂或裂缝系统运移，形成天然气富集。从目前研究来看，天然气大规模运移应发生在砂砾 岩致密化之后。从构造特征上来说，沙河子组时期构造活动强烈，控制徐家围子断陷发育的徐西、徐中 断裂强烈活动，同时发育沟通烃源岩和储层的伴生断层，为天然气沿不整合面和大断裂向构造高部位运 移提供了通道。在断陷边部发育地层超覆、上倾尖灭等多种圈闭，有利于天然气聚集成藏。
徐家围子断陷沙河子组烃源岩从距今110Ma开始快速生气，在距今95Ma和75Ma出现两次显著的 生气高峰期，兴城地区深层火山天然气成藏期是距今60～103Ma，即在主力盖层登娄库组沉积之后，这 对深层天然气的保存较为有利［16］。因此，形成了较大规模的营一段火山岩岩性气藏（如昌德东气藏） 以及登娄库组的地层超覆气藏（如卫深5井气藏）和上倾尖灭气藏（如芳深801井和卫深501气 藏）［1］。既然沙河子组生成的天然气可以经过较长距离的运移在营城组、登娄库组形成气藏，也有可 能通过断层及裂缝的连接就近运移聚集于沙河子组的砂砾岩中形成气藏。
2.6 圈闭条件
对于沙河子组来说，气藏主要形成在储层致密化之后，同时，砂砾岩储层与烃源岩交互频繁，在后 期构造活动的改造下，主要形成以古构造为背景的符合圈闭，如构造-岩性、构造-成岩、断层-岩性 等圈闭。
2.7 生储盖组合
在沙河子组内部，烃源岩既是源岩，又是盖层，在暗色泥岩表面及裂缝中又可以有吸附气的聚集，因 此又可以作为储层，具有“自生自储” 的特征。同时，天然气可以就近聚集于与烃源岩交互的砂砾岩中，也可以经过较远距离的运移储集于断陷边部砂砾岩中，形成“近源它储”式、“远源它储”式气藏。
3 沙河子组致密砂岩气勘探潜力评价
3.1 资源量估算
关于泥页岩的排烃系数很多学者开展过深入的研究，李明诚［18］通过渤海湾盆地各坳陷古近系烃源 岩的模拟和计算得出其排气率（排烃系数）为70％～80％；宋国奇［19］经计算得出了胜利油区上古生界 煤岩成熟度与排烃系数关系（表1），反映出不同演化阶段煤岩的排烃率不同，演化程度越高，排烃系 数越大。沙河子组成熟度为1.02～4.16，平均为2.89，其排烃系数应在80％以上，泥岩、煤层生排气 量见表2。聚集系数按2％～3％计算，沙河子组天然气资源量为（4072～6108）×108m3，因此，天然 气就近运移到沙河子组砂砾岩中形成气藏是可能的。同时，参考表1数据可以看出，沙河子组泥岩、煤 层吸附气量也比较大，超过20m3/d，因此，沙河子组泥岩中也可能蕴藏着丰富的天然气资源。
表1 煤岩成熟度与排烃系数关系计算表 ［19］


表2 徐家围子断陷沙河子组生排气量及资源量


表3 徐家围子断陷沙河子组与国内致密砂岩气特征对比


3.2 勘探潜力评价
国内外在致密砂岩气藏勘探开发方面都取得了一些进展，美国具有致密砂岩气藏的盆地有23个，通过三维地震技术的提高、井网加密、直井分层压裂等技术使其勘探开发取得了较大成功［20]。国内致 密砂岩气的勘探开发主要集中在四川盆地、鄂尔多斯盆地及吐哈盆地，通过对比它们的特征可以发现（表3），徐家围子断陷沙河子组致密砂岩与其有相似之处，一些条件甚至更为优越，比如含气性、烃源 岩厚度等，因此，沙河子组致密砂砾岩具有形成规模储量的潜力。
同时，沙河子组厚层泥岩、煤层中存在吸附气聚集成藏的可能。泥岩气的聚集是天然气在烃源岩中 大量滞留的结果，天然气成藏的生、储、盖、运、聚、保等作用都在同一套泥岩地层中完成，因此成藏 控制因素相对简单，能够形成巨大的资源［21］。与美国已经成功开采泥页岩气的盆地对比（表4），沙河 子组TOC、Ro更高，烃源岩厚度更大。因此，沙河子组具有发育泥岩气的地质条件。
表4 徐家围子断陷沙河子组与国内外泥页岩气藏特征对比


续表


（国外及川西数据引自参考文献［21］）
目前，沙河子组已经开展了老井复查、压裂设计等相关工作，进一步的研究工作正在逐步开展，因 此，随着研究程度的深入以及勘探技术的不断进步，沙河子组的非常规气勘探有可能取得较大的进展。
4 初步认识
通过上述分析得到以下初步认识：一是徐家围子断陷沙河子组具备形成致密砂岩气的地质条件，资 源量大，勘探前景广阔。二是沙河子组致密砂岩气的成藏条件为：(1)有利的构造和沉积背景；(2)充足 的气源条件；(3)低孔、低渗的储集条件；(4)良好的封盖保存条件；(5)匹配的运移疏通条件；(6)有利 的圈闭条件；(7)良好的生储盖组合。三是沙河子组暗色泥岩厚度大，煤层发育，TOC、Ro较高，与国 内外泥页岩气藏特征相比，具有形成泥岩气藏的可能性，随着研究程度的深入以及勘探技术的进步，有 可能在泥岩气藏勘探方面取得进展。
参考文献
［1］张金川，薛会，卞昌蓉，等.中国非常规天然气勘探雏议［J］.天然气工业，2006，26（12）：53～56.
［2］关德师，牛嘉玉.中国非常规油气地质［M］.北京：石油工业出版社，1995，60～85.
［3］宫秀梅，曾溅辉，邱楠生.潍北凹陷深层致密砂岩气成藏特征［J］.天然气工业，2005，25（6）：7～10.
［4］董晓霞，梅廉夫，全永旺.致密砂岩气藏的类型和勘探前景［J］.天然气地球科学，2007，18（3）：351～355.
［5］唐海发，彭仕宓，赵彦超.大牛地气田盒2-3段致密砂岩储层微观孔隙结构特征及其分类评价［J］.矿物岩石，2006，26（3）：107～113.
［6］胡宗全.致密裂缝性碎屑岩储层描述、评价与预测［M］.北京：石油工业出版社，2005：1～7.
［7］刘学锋，钟广法，王正允，等.松辽盆地北部徐家围子断陷构造格局及其成因［J］.西安石油大学学报（自然科学 版），2006，21（4）：6～10.
［8］王传成，侯贵廷，李江海，等.大庆徐家围子断陷火山岩储集性控制因素分析［J］.北京大学学报（自然科学版），2008，11（6）：909～910.
［9］蒙启安，杨永斌，金明玉.断裂对松辽盆地庆深大气田的控制作用［J］.石油学报，2006，27（增刊）：14～17.
［10］陈均亮，蔡希源，林春华，等.松辽盆地北部断陷盆地构造特征与幕式演化［J］.石油学报，1999，20（4）：14～ 18.
［11］迟元林，云金表，蒙启安，等.松辽盆地深部结构及成盆动力学与油气聚集［M］.北京：石油工业出版社，2002： 113～221.
［12］蔡周荣，夏斌，郭峰，等.松辽盆地北部徐家围子断陷营城组火山岩受控机制分析［J］.石油学报，2010，31（6）：941～945.
［13］杨万里，高瑞琪，李永康，等.松辽湖盆的生油特征及烃类的演化［J］.石油学报，1980，1（增刊）：1～9.
［14］杨万里，李永康，高瑞琪，等.松辽盆地陆相生油母质的类型与演化模式［J］.中国科学，1981，11（8）：1000～1008.
［15］李景坤，刘伟，宋兰斌，等.徐家围子断陷深层烃源岩生烃条件研究［J］.天然气工业，2006，26（6）：21～24.
［16］李景坤，冯子辉，刘伟，等.松辽盆地徐家围子断陷深层天然气成藏期研究［J］.石油学报，2006，27（增刊）： 42～46.
［17］任延广，朱德丰，万传彪，等.松辽盆地北部深层地质特征及天然气勘探方向［J］.中国石油勘探，2004，9（4）：12～17.
［18］李明诚.石油与天然气运移［M］.北京：石油工业出版社，2004：102.
［19］宋国奇，徐春华.胜利油区古生界地质特征及油气潜力［M］.武汉：中国地质大学出版社，2000.
［20］雷群，万玉金，李熙喆，等.美国致密砂岩气藏开发与启示［J］.开发工程，2010，30（1）：45 ～48.
［21］叶军，曾华盛.川西须家河组泥页岩气成藏条件与勘探潜力［J］.天然气工业，2008，28（12）：18～25.

一、致密砂岩油气勘探开发历程
1927年，在美国圣胡安盆地布兰科气田梅萨沃德(Mesaverde)群砂岩中，发现了第一个致密砂岩气藏。1955年首次在美国Cauthage气田棉花谷致密砂岩层进行酸化压裂，日产气340×104m3，1976年成为美国最大的气田之一。1976年，在加拿大阿尔伯达盆地西部发现了大型的埃尔姆沃斯(Elmworth)致密砂岩气田，标志着北美致密砂岩气勘探开发进入了一个快速发展阶段。美国为解决当时国内天然气供需失衡、缓解石油供需矛盾等问题，出台了一系列政策法案，鼓励加强非常规气体能源和低渗透气藏的开发，进一步促进了美国致密砂岩气开发的快速发展，至1990年美国致密气产量就已突破600×108m3，1998年突破1000×108m3;到2009年，美国已在23个盆地中大约发现了900个致密砂岩气田，剩余探明可采储量超过5×1012m3，生产井超过10×104口，2009年致密砂岩气产量达到1890×108m3，约占美国天然气总产量的三分之一。与此同时，世界其他地区致密砂岩气也得到快速发展，2009年全球致密砂岩气产量已达4320×108m3左右，占全球天然气年产量的14%左右，已成为全球天然气勘探开发的重要领域之一。
纵观致密砂岩气的发展历程，关键技术突破是致密砂岩气得以快速发展的关键。例如，美国皮申斯盆地的鲁里森(Rulison)致密气田，气藏面积21～52km2，气藏埋深1780m，孔隙度为5%～10%，渗透率＜0.01×10-3μm2，气层厚700m，可采储量324×108m3，1952年就已发现，但一直未能有效开发，直到1993年在长期分析试验的基础上，通过采取优化钻井间距、压裂等技术措施，大幅提高了单井产量，实现了气田产量快速增长，2008年产量达32.5×108m3。鲁里森气田得以开发的关键技术主要有三维地震、裂缝预测、井网加密、压裂。又如，加拿大阿尔伯达盆地埃尔姆沃斯(Elmworth-Wapiti)致密气田，气藏面积5000km2，气藏埋深1500m，气层厚1000m，可采储量4760×108m3，1976年发现，但初期产量比较低，后经酸化压裂产量得以大幅提高，有些储层敞喷就已高达l7×104m3/d，2008年该气田产量已达88×108m3。埃尔姆沃斯气田开发的关键技术为酸化压裂。
二、致密砂岩油气资源潜力
致密油气田是世界上重要的油气田类型之一。世界上致密油气资源十分丰富，分布范围非常广泛，其在北美、中亚、东亚和东南亚、北非、北欧等地区都有广泛的分布。同时，随着油气勘探开发的不断深入，小而复杂的致密油气田所占的比例越来越大。如俄罗斯，近几年来在西西伯利亚地区新发现的致密油气储量，已占其当年油气探明储量的50%以上，成为俄罗斯老油气开发区最主要的后备资源。
但是，致密油气在许多国家和地区往往作为一种低渗-特低渗的常规油气藏进行勘探开发，相关统计数据与资源评价数据严重缺乏，尽管有关研究机构和学者对全球致密砂岩油气的资源储量进行过一些估算，但结果存在比较大的差异。例如，美国联邦地质调查局研究认为，全球已发现或推测发育致密砂岩气的盆地有70个左右，资源量约为210×1012m3(Rogner，2006);Total公司(2006)预计，全球致密砂岩气储量为(310～510)×1012m3;世界石油委员会报告，全球致密砂岩气藏资源量大约为114×1012m3(Raymond等，2007);Aguilera(2008)报告，全球致密砂岩气技术可采储量为428×1012m3，与常规天然气资源量相当;IEA(2009)报告，全球致密砂岩气技术可采资源量为110×1012m3。从上述各个估算结果可以看出，尽管数据差异比较大，但都表明全球致密砂岩气资源潜力非常大，具有良好的发展前景。
此外，近年来，美国在威利斯顿盆地巴肯(Bakken)、得克萨斯州南部鹰滩(EagleFord)的致密油勘探开发也取得了重大突破，但相关研究与勘探开发工作均刚刚起步，认识尚不成熟，资源潜力与未来发展前景有待进一步研究。
我国致密砂岩气资源潜力也比较大，分布非常广泛。中国早在1971年发现川西中坝致密砂岩气田后，相继发现了许多致密砂岩气田(或油气显示)，如鄂尔多斯盆地上古生界，四川盆地志留系小河坝砂岩、上三叠统须家河组、侏罗系沙溪庙组，吐哈盆地侏罗系，松辽盆地白垩系，塔里木盆地塔东志留系，上扬子地区龙潭组，展现出良好的发展前景。初步研究表明，在鄂尔多斯、四川、吐哈、松辽、准噶尔、塔里木、渤海湾7个盆地，致密砂岩气有利勘探面积超过27×104km，资源量为(9～12)×1012m3。目前，致密砂岩气已成为我国天然气增储上产的最重要领域之一。
我国致密砂岩、灰岩油分布范围也比较广，目前勘探已初步展现出较好的发展势头，需要重新认识和评价资源潜力，如鄂尔多斯长7段致密砂岩、四川盆地川中侏罗系致密砂岩和致密灰岩、渤海湾盆地沙河街组致密灰岩、酒泉盆地白垩系泥灰岩、准噶尔盆地二叠系白云岩、江汉盆地古近系泥灰岩等。如渤海湾盆地烃源岩为沙一段泥岩、泥页岩，储层为沙一段致密碳酸盐岩，为自生自储成藏组合，歧口凹陷孔隙度多小于15%，平均6.8%;渗透率多小于1×10-3μm2(图3-10)，较纯的白云岩储集物性最好，灰质白云岩次之，白云质灰岩较差。已在济阳、歧口、辽河等坳陷探明石油地质储量约2.5×108t。

图3-10 渤海湾盆地歧口凹陷湖相碳酸盐岩储层物性分布频率

唐雁刚 雷刚林 马玉杰 杨宪彰 陈元勇 李 伟

（塔里木油田公司勘探开发研究院，新疆库尔勒 841000）

作者简介：唐雁刚，男，工程师，石油地质勘探专业。E-mail：tangyg-tlm＠petrochina.com.cn。

摘 要：致密砂岩气藏主要指发现于盆地中心或者是连续分布的大面积天然气藏，该类气藏的发现预示 着巨大的资源量，在目前储量增长和能源供应方面正在发挥越来越重要的作用。塔里木盆地库车坳陷的依南 2气藏发现于20世纪90年代末期，之后按照常规砂岩气藏的认识经过了多年的勘探评价，但部署在该气藏范 围内的钻井均未获得成功。本文通过对塔里木盆地库车坳陷依南2气藏的研究表明，该气藏具备形成致密砂 岩气藏的有利地质条件：构造位置位于库车前陆盆地依奇克里克冲断带，具有典型的前陆逆冲变形特征，为 致密砂岩气藏的形成提供了良好的构造背景；同时侏罗系阿合组储层岩性致密，至上倾方向物性变好趋势明 显，为气藏的形成提供了储集空间；中生界侏罗系-三叠系的煤系地层为致密砂岩气藏的形成提供了丰富的 气源；同时储层顶部为侏罗系阳霞组中下部的一套厚层夹煤层泥岩，底部为三叠系厚层泥岩及煤层，为致密 砂岩气藏的保存提供了重要保障。测试资料表明构造内表现出深层含气、浅层含水的气水关系，气藏所在地 层压力异常，深浅层压力系统不一致，获工业产能油气井在未采取储层改造前测试产能低等特点，都表现出 致密砂岩气藏的大部分特征。通过对依南2气藏类型研究、正确认识成藏地质特征及机理总结认识，并提出 针对致密砂岩气藏的测试措施及建议，为整体评价致密砂岩气藏的资源潜力并合理开发该类型气藏有着一定 的指导意义。

关键词：塔里木盆地；库车坳陷；依南2气藏；致密砂岩气藏

Features of Tight-gas-sandstone Reservoir and Prospects of Exploration in Yi'nan 2 Reservoir of Tarim Basin

Tang Yangang，Lei Ganglin，Ma Yujie，Yang Xianzhang，Chen Yuanyong，Li Wei

（Research Institute of Petroleum Exploration ＆Development，Tarim Oilfield Company，Kurlo，Xinjiang 841000）

Abstract：Tight-gas-sandstone reservoir means which is found in the center of basin or the consecutive a huge area distribution gas，and also indicated the tremendous resource.It brings the most important effect in the reserves increase and energy accommodation.Yi'nan 2 gas reservoir in Kuqa depression of tarim basin discovered in 1990s，and by years of exploration in term of the conventional sandstone gas reservoir but failed.By the investigation，Yi'nan 2 structure may have the profitably geologic conditions of forming tight-gas-sandstone gas reservoir：Yi'nan 2 structure locates at the incline of Kuqa foreland basin，be provided with typical thrust-nappe transmutation of foreland，provides with the good structure backdrop；the resources in Ahe formation of Jurassic have the compact reservoir，physical property becomes well to the upside，provide the good reservoir space for the gas reservoir；the lacustrine environment coal stratum of Jurassic -Triassic provides the prolific gas resource；simultaneity great thickness coal and shale in the top and bottom of Ahe formation provides the imporant guarantee；the test information indicate that：the gas-water inversion of structure，whichmeans water in shallow area，and oil＆gas in deep area of structure；abnormity of pressure in stratum of gas reservoir，disaccord pressure systemin deep and shallowstratum；low production of gas in trial-produce before stimulationtreatment of industrial production oil＆gas wells，and ect.Al l the phenomenon put up the mostly characters of tight-gas-sandstone.By the investigation of Yi'nan 2 gas reservoir，legitimacy confirms the reservoir accumulation model and geologic features，and aims at the cognition of tight-gas-sandstone，provides the steps and advises for the tests.For overall rte and logical develop Yi'nan 2 gas reservoir，it has the important academic guidance and significance.

Key words：Tarim basin；kuqa basin；Yi'nan 2 gas reseroir；tight-gas-sandstone reservoir

1 致密砂岩气藏特征

致密砂岩气藏是指位于深处或盆地深部的含有天然气，具有较低孔隙度（一般小于10％），高含水 饱和度（大于40％），而渗透率勉强能使天然气渗流的气藏。据估算目前世界上非常规天然气资源有（800～1000）×10¹²m³处于尚未全面开发阶段，其中致密砂岩气的资源量为（75～100）×10¹²m³，而 现今技术上可开采的致密砂岩气储量为（10.5～24）×10¹²m³，居非常规天然气之首。目前致密砂岩 气藏在美国、加拿大等国均有发现并利用。从目前发现的致密砂岩气藏来看，其地质特征与常规储气层 有很大不同：(1)孔隙度和渗透率低，孔隙度通常为3％～12％，渗透率都在0.01×10^-3μm²以下。(2)次生孔隙发育，致密砂岩气藏内次生孔隙常见，也有少量粒间孔隙，孔隙度和渗透率无明显线性关 系，孔隙中粘土含量较高。(3)地层压力变化不一。(4)致密砂岩层的气多聚集在地层圈闭中。较为常见 的是散布在较厚层段中的多层透镜状含气层（如美国落基山盆地陆相地层），为河流沉积。(5)伴有裂 缝，特别是微裂缝。在碎屑岩中随其埋藏压力、温度的升高，压实、胶结、颗粒次生加大等成岩作用的 加强使得渗透率降低，脆性增大，导致伴有裂缝。(6)生气源岩成熟度不高。从国外勘探实例来看，致 密层生气时有机质成熟度一般不高，Ro一般为1％～2％。(7)气水关系分布复杂。储集致密气的岩系，上倾部位为水，下倾部位形成气藏，中间有一个气-水过渡带等。

塔里木盆地库车坳陷的依南2气藏发现于20世纪90年代末期（图1），之后按照常规砂岩气藏的 认识经过了多年的勘探评价，但部署在该气藏范围内的钻井均未获得成功。本文通过对库车坳陷依南2 气藏的剖析认为：依南2气藏属于带有致密砂岩气藏特征的非常规气藏，其位于构造斜坡的平缓部位，发育厚度大的煤系地层，储层岩性致密，构造内表现出气水关系倒置、地层压力异常等特点，对依南2 气藏的剖析为评价依南2气藏的资源规模及勘探潜力提出了理论依据。

2 依南2致密气藏地质条件特征

依南2构造位于库车坳陷依奇克里克冲断带，该冲断带受燕山、喜马拉雅期构造运动影响，具有典 型的前陆逆冲变形特征，其中依奇克里克大断裂逆冲至地表，该断裂上盘发育一系列东西走向的线性背 斜构造，如依奇克里克、吐格尔明背斜构造，断裂下盘则形成了一系列断鼻、断背斜构造，如依南2断 鼻构造。

依南2气藏主要分布在侏罗系阿合组，次为阳霞组。据中测所得天然气分析成果可知：侏罗系 阿合组天然气具相对密度低（0.6283～0.6335g/cm³），甲烷含量高（88.6104％～89.4456％），具 干气特点。地层温度116～152℃，地层压力68.59～81.47MPa，压力系数1.73～1.84，为常温高压 干气气藏。

2.1 依南2构造位于构造斜坡部位，为致密气的形成提供了良好的构造背景

依南2气藏位于依奇克里克冲断带中段，受南北向强挤压应力影响，该区断裂发育。依南2构造主 要受两条逆冲推覆断层控制，南边界为迪那北断裂，北边界为依南断裂。依南断裂是控制依南2断鼻 的主控断层，为区域性的北倾逆冲断裂，走向为近NE向，延伸长度约100km，断距300～400m，断 面呈上陡下缓的犁状，断面倾角30°～40°，向下消失于基底，向上消失于新近系吉迪克组盐岩、膏 泥岩之中。依南断裂与依奇克里克断裂之间发育一系列逆冲断层，走向与依南断裂基本一致，造成 地层重复。

图1 依南2气藏位置图

依南地区主要构造活动开始于燕山晚期，喜马拉雅期受天山隆升影响开始大规模构造活动，逐渐形 成依南地区现今的构造格局，库车组沉积阶段是喜山运动的造山作用达到高峰时期，这一时期也是库车 前陆盆地构造运动的主要活动期，在该区北部形成一条断穿至地表的依奇克里克断裂，依南断裂也持续 活动，断层上盘受强烈挤压，形成一系列逆冲断层，并且多条断层相互叠置，造成地层重复，依南断裂 下盘的断鼻构造也持续发育，最终形成依南2断鼻构造。

依南2气藏位于依南断裂下盘，构造为一向南倾伏的断鼻，构造演化过程稳定，在排气集中的 康村-库车期一直处于稳定，这与致密砂岩气藏多分布于盆地向斜轴部或构造下倾部位特征一致。在凹陷区沉积活跃，沉降快速，并且由于处于陆相-湖相交互环境，煤系地层发育，成岩作用又加 快了致密储层的形成，后期随着快速的埋深而开始进入了大量生排烃的阶段，并在圈闭位置聚集成 藏。根据多轮次构造研究，依南2井钻揭阿合组264m，测井测试解释均为气层，气藏明显不受低幅 度背斜控制。

依南2气藏位于依奇克里克背斜南部，处在库车地区最大的生烃凹陷——拜城凹陷的边缘，优越的 地理位置使得在生烃过程时更容易捕获油气。

2.2 依南地区侏罗系阿合组致密砂岩为气藏的形成提供了储集空间

依南2气藏主要位于侏罗系阿合组砂岩内，主要为辫状三角洲的辫状分流河道和水下分流河道 砂体，由多个从灰白色粗、中砂岩或含砾粗、中砂岩到灰白色、浅灰色中、细砂岩或粉、细砂岩的 正韵律组成，岩性主要是岩屑砂岩、长石岩屑砂岩和岩屑长石砂岩，成分成熟度比结构成熟度高，磨圆度中等，以次棱—次圆或次圆—次棱为主，分选中等为主（部分中—差、中—好），自生胶结矿 物和杂基含量较低（平均0.8％ ～3.9％）。该组砂体厚度大，泥质夹层较少，纵向叠置，横向分布 稳定，储层主要以低孔低渗型为主，中孔-中渗型少量（图2）。其中依南2井在侏罗系阿合组钻遇 了厚264m砂岩，测井解释气层45m/9层，差气层43.5m/11层，干层46.5m/18层，完井测试证实均 为气层，不含水。

侏罗系阿合组储层较致密、裂缝发育，以依南2井为例，侏罗系阿合组孔隙度分布区间主要为 0.3％～12.3％，平均5.2％，渗透率主要为（0.01～41.2）×10^-3μm²，平均1.42×10^-3μm²，为一 套致密储层；储集空间多为次生孔隙，成岩作用使砂体或砂体内部的储集物性形成严重的非均质性，同 时次生孔隙的形成使得阿合组的砂体成为低渗透层，这样的储层不仅可以储存油气，也可作为油气散失 的遮挡层，在下倾方向含煤层系地层产生的油气则由于致密层的存在在使得向上流动减缓而被捕获；并 且由于依南地区中、下侏罗统储层成岩压实普遍较强，粒间常呈嵌合状，残存孔隙度往往是孤立状分布 而缺乏连通性，所以储层物性尤其是渗透率很差（常小于1×10^-3μm²），成为致密特低渗储层，裂缝 的发育能极大地改善这些致密储层的性质。虽然裂缝（隙）增加的孔隙度很有限（绝对量一般小于 1％），但使孤立状分布的孔隙相互连通，因而储层渗透性大为提高，渗透率值呈数量级递增。同时研 究表明，自依南2构造向北，至上倾方向的依南4、依深4构造侏罗系阿合组物性变好趋势非常明显，为形成“上倾方向含水，下倾方向含气” 这一气水倒置特征的致密砂岩气藏提供了有利储集条件。

区域盖层分布。侏罗系阿合组储层顶部为阳霞组中下部的一套夹煤层泥岩，厚110～120m，底部为 三叠系厚层泥岩及煤层，为致密砂岩气藏的保存提供了重要保障。

图2 依南地区侏罗系阿合组对比图

2.3 中生界侏罗系-三叠系煤系地层为致密砂岩气藏的形成提供了丰富的气源

依南2气藏的储层底部为一套三叠系湖相煤系地层，分布面积大，可作为充足气源。依南2井阳霞 组油砂与阿合组原油甾、萜分布特征与三叠系烃源岩特征更加相似。

库车坳陷东部的有效烃源岩包括克拉玛依组（T_2-3k）、塔里奇克组（T₃t）及恰克马克组（J₂q） 暗色泥岩及煤系地层，最大累计厚度600m左右，有机质丰度较高，普遍达到中等到好烃源岩标准。依 南2井三叠系暗色泥岩TOC为0.45％ ～24.43％，均值2.95％；侏罗系暗色泥岩TOC为0.28％ ～ 16.35％，均值4.31％。主要由陆生高等植物组成的有机质类型以Ⅲ型为主，其次为Ⅱ2型。新近纪以 来，上三叠统和下—中侏罗统烃源岩陆续成熟生烃（R_o值为0.6％～1.88％），有机质演化程度较高，依南2井三叠系Ro为1.32％～1.43％，侏罗系R_o为0.78％～1.26％。根据库车东部烃源岩演化史研 究表明，三叠系烃源岩排油高峰约在23～12Ma，侏罗系烃源岩排油高峰大约在12～5Ma，三叠系和侏 罗系烃源岩排气高峰均是在康村-库车期，因此早期圈闭主要捕获三叠系的原油，晚期充注天然气，依 南2气藏的油气主要是来源于三叠系。

2.4 依南地区深层普遍含气、浅层含水的特征，构造整体反映出气水倒置的现象

通过对依南地区老井复查，特别是对测试出水原因分析及测井重新解释，明确了依南地区同一储层 及侏罗系阿合组在构造下倾部位饱含气层（依南2井），而在向构造上倾方向（依南4、依深4井）逐 渐变为气水过渡带，气水呈明显的倒置状态。从低部位向上倾方向，含气层逐渐变为气水过渡带直到水 层（图3）。

图3 依南2气藏模式图

在测试过程中，依南2、依南2C、依南5、依南4、依深4井在侏罗系阿合作或阳霞组取得大量水 样分析资料，测井重新解释成果及水样资料分析研究认为：

依南2井在侏罗系阿合组的水分析层产量低，其中在4776～4785m测试井段（21.4m³/d）及 4905～4913m测试井段（22.14m³/d）所出水均为三叠系的串水，测试结论均为气层，pH值约为 5.48～8（地层水中pH值小于7）；颜色为黑、黄、棕色（地层水无色或受钻井液污染颜色浅），氯 根值偏低，为2158.91～18062.84mg/L，总矿化度为6067.11～33501.77mg/L，水型为MgCl₂或 NaHCO₃。

依南4井在侏罗系阿合组水分析层为含气水层和干层，氯根为9227.21～32742.04mg/L，总矿化度 为16860.89～61579.26mg/L，水型分析均为NaHCO3；依深4井在分别在侏罗系阿合组4072～4093m、 4147～4169m井段测试见水，产量均不高，侏罗系阳霞组-阿合组水分析氯根为6393.83～ 12673.52mg/L，总矿化度14015.13～25410.83mg/L，水型均为NaHCO₃，因此在构造上倾部位含水明 显（依深4、依南4井），而在构造下倾方向无明显水层特征，说明受断裂影响地表水和地下水相通，在构造上倾部位形成了一个开启的地层水系统。

2.5 依南地区侏罗系阿合组地层压力异常也显示了致密砂岩气藏的特性

致密砂岩气藏的气层压力总是低于或者高于区域静水压力，表现出异常的压力状态，其出现的位置 和范围与侏罗系阿合组天然气聚集的位置和范围一致，这也反映出依南2气藏油气晚期运移聚集，并且 还处在动态调整过程中的特征。

根据对依南2气藏侏罗系测试井段压力数据研究分析认为，受埋深影响依南2、2C、5井属于同一 压力系统，反映出异常高压的环境，依深4、依南4井为高压环境，井下侏罗系阳霞组-阿合组压力系 数自北向南逐渐增大，整体表现出北边压力系数低，南边压力系数高的规律特征（图4、图5），也说 明气藏处在压力泄漏的环境下，为一个开启的压力系统。

图4 依南地区侏罗系压力分布关系图

图5 依南地区侏罗系压力系数分布关系图

3 结论及建议

通过对依南地深层致密砂岩气藏的综合分析研究取得以下认识：

（1）库车坳陷依南2构造位于构造斜坡区，该区生烃强度大、侏罗系储层致密，同时伴有气水倒 置、气层压力异常等特征，反映出明显的致密砂岩气藏特征。

（2）若按照致密砂岩气藏边界不受构造等因素控制，构造下倾部位均含气考虑，气藏范围南边能 达到迪那北断裂附近，保守估算资源量可达4200×10⁸m³，具有巨大的勘探潜力。

（3）根据致密砂岩气藏认识建议对该气藏带有评价意义的探井迪西1井在侏罗系阿合组增产措施 以压裂为主，采用水基压裂液，增加泥土稳定剂和非离子表面活性剂，并结合采取超大性水力压裂；同 时结合国外致密砂岩气藏开发特点，建议对该井区部署采集三维地震，准确认识依南2构造及其储层的 非均质性和裂缝展布，为有效提高开发井成功率打好基础。

参考文献

［1］Masters J A.Deep basin gas trap，western Canada［J］.AAPG，1979，63（2）：152-181.

［2］Reeves J J.Advancing 3D seismic interpretation methods to find the sweet spots in tight gas reservoirs［J］.Journal of Society of Exploration Geophysicists，2006，25.

［3］Michael E.Mccracken，Dale Fitz，Tom Ryan.Tight gas surveillance and characterization：impact ofproductionlogging.SPEUnconventionalReservoirsConference，2008（2），Keystone，Colorado，USA.

［4］M M Abu-Shanab，G M Hamada，et al.Improved porosity estimation in tight gas reservoirs from NMR and density logs.SCA International Symposium，TE53/30/ 2005.

［5］李健，吴志勇，曾大乾，陈恭洋，等.深层致密砂岩气藏勘探开发技术.北京：石油工业出版社，12～37.

［6］何治亮.中国陆相非构造圈闭油气勘探领域［J］.石油实验地质.2004，26（2）：194～199.

［7］姜振学，庞雄奇，张金川，王德华.深盆气研究现状综述.地球科学进展，2000，15（3）：289～292.

［8］牛宝荣，陈慧，李润梅，余青松.致密砂岩气藏特征及关键技术展望.吐哈油气，2010，15（2）：300～307.

［9］张运东，薛红兵，朱如凯，等.国内外隐蔽油气藏勘探现状［J］.中国石油勘探，2005，10（3）：64 ～67.

［10］张哨楠.致密天然气砂岩储层：成因与讨论［J］.石油与天然气地质，2008，29（1）：1～10.

［11］朱彤.成岩作用对致密砂岩储层储集性的控制作用研究-以川西新场气田上沙溪庙组气藏为例［J］.成都理工学院 学报，1999，26（2）：157～160.

［12］唐海发，彭仁，赵彦超，等.致密砂岩储层物性的主控因素分析［J］.西安石油大学学报，2007，22（10）： 59～63.

［13］寿建锋，斯春松，朱国华，王少依，皮学军，等.塔里木盆地库车坳陷下侏罗统砂岩储层性质的控制因素.地质 评论，2001，47（3）：272～277.

［14］陈子炓，寿建锋，张惠良，沈安江，等.库车坳陷下侏罗统储集层微观非均质特征.新疆石油地质，2001，22（5）：405～407.

［15］姜振学，林世国，庞雄奇，王杰.两种类型致密砂岩气藏对比.石油实验地质，2006，28（3）：219～221.

［16］龚正荣译.致密储气层地质学［M］.哈尔滨：黑龙江科学技术出版社，1991，57～93.

［17］马力.特低渗砂岩气藏气井真实产能特征研究.科技咨询.2010，26：119

［18］王滢，唐洪明，谢晓永，叶玉男，刘岩.致密砂岩气藏水基欠平衡钻井损害评价.钻井工程.2008，28（12）：71～ 73.

［19］付永强，李鹭光，何顺利.储层改造技术在包界地区须家河致密气藏的应用.天然气技术.2007，1（6）：17～20.

［20］杨建，康毅力，李前贵，张浩.致密砂岩气藏微观结构及渗流特征.力学进展.2008，38（2）：229～236.