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（T2-3k）、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（Ro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Ro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。
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