鄂尔多斯盆地山西组煤系气岩性组合类型与特征研究.pdf
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1、鄂尔多斯盆地山西组是煤系气发育的主要层位,近年来的油气钻探不断获得工业气流,但整体来看,勘探程度仍较低。尤其是对于山西组煤系气的岩性组合类型与空间展布及储集特征和含气性研究不够深入,制约着煤系气勘探方向的选择和有利区带评价。为此,本文在剖析鄂尔多斯盆地东部山西组煤系气烃源岩特征、储层特征及其空间展布特征的基础上,通过对比不同岩性组合的特征差异,建立了煤系气岩性组合类型划分标准,并探讨了煤系气富集成藏的控制因素。研究结果表明:山西组煤系气烃源岩有机碳含量高,介于 51.12%75.09%,平均 63.11%,生烃潜量介于 17.262.54mg/g,平均 39.87mg/g,总体来看,有机质丰度
2、高;根据干酪根元素组成判断山西组煤系气烃源岩有机质类型以2、III 型为主,成熟度整体较高,Ro介于 1.2%2.6%之间,处于高过成熟阶段,以大量生气为主;山西组煤系储层分布范围广且厚度大,成分成熟度高,发育有原生孔隙、次生孔隙、微裂缝等多种储集空间类型,孔隙度介于 2%10%,平均 6.2%。根据煤系储层性质将岩性组合分为四种类型,根据煤系储层性质将岩性组合分为四种类型,I 型岩性组合发育厚层砂体,砂岩厚度一般大于 8m,砂地比占比大于 60%;II 型岩性组合以薄层砂岩为主,砂岩厚度一般在 48m,砂地比在 30%60%之间;III 型岩性组合以砂泥煤互层为主,砂岩厚度较薄,一般在 24
3、m,砂地比小于 30%和以泥煤互层为主的 IV 类;岩性组合类型的主控因素中,宏观上主要受控于沉积相的发育,从储层角度来看,受控于砂体厚度、砂地比及储层物性。根据煤系气岩性组合共生的地质差异性分析,沉积环境和沉积相控制了煤系气的生储盖组合;构造及埋藏演化过程控制了煤系气聚集区带的形成和分布;成岩作用控制了煤系储层的孔隙发育特征。关键词关键词:鄂尔多斯盆地;山西组;煤系气;地质评价;岩性组合 ABSTRACT-III-Study on lithologic association types and characteristics of coal bearing gas in Shanxi fo
4、rmation of Ordos Basin ABSTRACT Shanxi Formation in Ordos Basin is the main layer of coal measure gas development.In recent years,oil and gas drilling has continuously obtained industrial gas flow,but on the whole,the degree of exploration is still low.Especially,the research on the lithologic assoc
5、iation type,spatial distribution,reservoir characteristics and gas bearing property of Shanxi Formation coal measure gas is not deep enough,which restricts the selection of exploration direction and evaluation of favorable zones.Therefore,based on the analysis of the source rock characteristics,rese
6、rvoir characteristics and spatial distribution characteristics of Shanxi Formation coal measure gas in Eastern Ordos Basin,this paper establishes the classification standard of coal measure gas lithologic association types by comparing the characteristics of different lithologic associations,and dis
7、cusses the control factors of coal measure gas accumulation.The results show that:the content of organic carbon in coal measure gas source rocks of Shanxi formation is high,ranging from 51.12%to 75.09%,with an average of 63.11%,and the hydrocarbon generation potential is 17.2 62.54mg/g,with an avera
8、ge of 39.87mg/g;According to the composition of kerogen elements,the organic matter types of coal measure gas source rocks in Shanxi formation are mainly type 2 and type III,with relatively high maturity,Ro between 1.2%and 2.6%,in the high over mature stage,with a large amount of gas generation;The
9、coal measures reservoirs of Shanxi formation are widely distributed and thick with high compositional maturity.There are many kinds of reservoir space types,such as primary pores,secondary pores and microfractures.The porosity ranges from 2%to 10%,with an average of 6.2%.According to the characteris
10、tics of coal measures reservoir,the lithologic association can be divided into four types.According to the characteristics of coal measures ABSTRACT-IV-reservoir,the lithologic association can be divided into four types.Type I lithologic association develops thick sand body,the thickness of sandston
11、e is generally more than 8m,and the proportion of sand land is more than 60%;Type II lithologic association is mainly composed of thin sandstone,the thickness of sandstone is generally 4-8M,and the sand land ratio is 30%-60%;The type III lithologic association is mainly composed of sand mud coal int
12、erbedding,the thickness of sandstone is relatively thin,generally in the range of 2-4m,the sand land ratio is less than 30%,and the type IV is mainly composed of mud coal interbedding;Among the main controlling factors of lithologic association type,macroscopically,it is mainly controlled by the dev
13、elopment of sedimentary facies.From the perspective of reservoir,it is controlled by the thickness of sand body,sand ground ratio and reservoir physical property.According to the analysis of geological difference of lithologic association of coal measure gas,sedimentary environment and sedimentary f
14、acies control the source reservoir cap combination of coal measure gas;The formation and distribution of coal measure gas accumulation zones are controlled by tectonic and burial evolution;Diagenesis controls the pore development characteristics of coal measures reservoir.Key Words:Ordos Basin;Shanx
15、i Formation;Coal Gas;Geological Evaluation;Lithological Assemblage.目 录-V-目 录 声明.I 硕士学位论文版权使用授权书.I 摘 要.II ABSTRACT.III 第 1 章 绪论.1 1.1 题目来源.1 1.2 研究目的及意义.1 1.3 研究现状.1 1.3.1 鄂尔多斯盆地勘探现状.1 1.3.2 煤系气勘探现状.2 1.4 存在问题.4 1.5 研究方案.4 1.5.1 研究内容.4 1.5.2 研究思路.4 1.5.3 技术路线.5 1.6 完成工作量.5 第 2 章 区域地质概况.7 2.1 区域地理位置.7
16、 2.2 区域构造特征.7 2.3 地层发育特征.7 第 3 章 山西组煤系气烃源岩特征.12 3.1 烃源岩类型.12 3.2 烃源岩空间展布.12 3.2.1 烃源岩纵向分布.12 3.2.2 烃源岩平面分布.13 3.3 烃源岩有机地化特征.13 3.3.1 有机质丰度.14 3.3.2 有机质类型.18 3.3.3 有机质成熟度.19 目 录-VI-第 4 章 鄂尔多斯盆地东部山西组储层特征.21 4.1 砂岩储层特征.21 4.1.1 岩石学特征.21 4.1.2 孔隙结构特征.24 4.1.3 物性特征.26 4.2 泥岩储层特征.27 4.2.1 矿物组成特征.27 4.2.2
17、孔隙结构特征.30 4.3 煤的储层特征.34 4.3.1 矿物组成特征.34 4.3.2 孔隙结构特征.34 4.3.3 煤层工业性特征.36 第 5 章 鄂尔多斯盆地东部山西组岩性组合特征与空间展布.37 5.1 岩性组合类型划分依据及标准.37 5.2 岩性组合类型在单井上的分布特征.38 5.3 岩性组合类型在连井上的分布特征.42 5.4 岩性组合类型平面展布特征.46 第 6 章 煤系气岩性组合发育的控制因素.51 6.1 沉积环境对生储盖组合的控制作用.51 6.2 构造演化对煤系气成藏的控制作用.54 6.3 成岩作用对储层物性的控制.58 第 7 章 结 论.61 参 考 文
18、 献.62 致 谢.66 中国石油大学(北京)硕士学位论文-1-第 1 章 绪论 1.1 题目来源 本论文题目来源于中国石油大学(北京)与中国石油天然气股份有限公司勘探开发研究院廊坊分院合作的科研项目鄂尔多斯盆地东部上古生界煤系气成藏地质条件与勘探潜力评价课题中的一部分。1.2 研究目的及意义 煤系气是非常规油气资源的重要组成部分1。以鄂尔多斯盆地上古生界煤系气藏勘探开发为代表的中国煤系气发展速度十分迅速。鄂尔多斯盆地是我国中西部重要的油气生成盆地2。2020 年,鄂尔多斯盆地已经开采天然气 5000 108m3,为我国天然气工业发展做出了突出贡献。2020 年度,鄂尔多斯盆地天然气产量突破
19、500 108m3,油气当量突破六千万吨,连续十年以上为全国第一大产气区3。鄂尔多斯盆地上古生界山西组是我国煤系气产业发展的主体地层,煤系中的油气含量很高,资源极其丰富4,但是鄂尔多斯盆地山西组煤系气的勘探开发水平程度较低,没有形成系统的认识。鄂尔多斯盆地山西组有多口探井在煤系地层中获得产能,表明煤系气含气性好,具有良好的自然资源潜力和勘探前景。近年来鄂尔多斯盆地的勘探开发地区主要集中在盆地的西北部,如苏里格气田、榆林气田、大牛地气田、神木气田等,对鄂尔多斯盆地东部研究较少5。且对于鄂尔多斯盆地山西组煤系气储层的岩性组合类型与空间展布及储层特征与含气性的研究并不深入。因此,本论文重点围绕鄂尔多
20、斯盆地东部山西组煤系气发育的地质储层特征以及煤系气的岩性组合类型及模式进行分析,对预测煤系气有利储集区段,指导勘探开发工作的开展具有重要的意义。1.3 研究现状 1.3.1 鄂尔多斯盆地勘探现状 鄂尔多斯盆地目前是我国重要的一个含油气盆地,盆地占地面积约37 104km26,盆地内部蕴藏着丰富的石油和天然气等矿产资源,目前作为我国一个极为重要的开采石油和天然气工业生产技术基地7。至 2016 年底,我国的 60%第1 章 绪 论-2-以上的大气田为煤系气田。其中鄂尔多斯盆地已发现多个煤系致密砂岩大气田,比如苏里格、榆林、子洲等气田,探明地质储量都已经超过 1000 108m3,为我国天然气工业
21、发展做出了突出贡献8。1.3.2 煤系气勘探现状 对于煤系气的研究,中国开始于上个世纪 70 年代左右,戴金星等9系统的阐明了成煤作用的原理及成煤作用中生成的油、气的演化特征,拉开了中国煤成气理论体系建立的序幕,是中国煤系气理论研究的开端,为后续煤系气发展提供理论指导。此后,中国煤系气勘探取得长足的进步和发展,中国目前共发现煤系大气田40 余个,煤系气田主要分布在我国东部东海,南海等海域,以及陆上西部四川盆地,鄂尔多斯盆地等地10。2019 年度,中国天然气的可采储量是 8.4 1012m3,占世界可采储量的 4.2%。2019 年度,中国天然气产量为 1776 108m3,占世界总量的 4.
22、5%,其中煤层气产量为 55 108m3,页岩气产量为 154 108m3,煤系非常规气占比已经达到 12%。截止2020 年 10 月,2020 年度全国天然气产量 1534.1 108m3,同比增长 9%11。煤系天然气,是指煤系中煤、碳质泥页岩和暗色泥页岩生成的天然气,包括在煤、碳质泥页岩和暗色泥页岩等煤系源岩中滞留的煤层气、页岩气,和从煤系源岩中运移出来在煤系中或其外聚集形成的煤系气藏。煤系天然气可细分为非常规“煤层气”、“页岩气”、“致密气”、常规“圈闭气”等资源类型,在聚集形态、聚集机理、分布特征、勘探开发方式等方面均有明显的不同(图 1.1)12。根据研究区山西组岩性组合发育类型
23、,可将煤系气分为四种类型(图 1.2),其中类岩性组合主体为厚层块状砂体,包含少量泥岩等,属于常规天然气类型,我国已经有丰富的勘探开发经验,已经形成规模效益开发。类岩性组合发育致密细砂岩,常与泥岩和煤层互层,属于非常规致密砂岩气,目前勘探技术比较成熟。类岩性组合基本不发育砂岩,为煤泥互层型。而类岩性组合主要特征为砂泥煤薄互层,主要发育煤系页岩气,对其资源评价和勘查尚处于起步阶段,在其储层条件、含气性评价条件等方面仍需进行大量研究工作,为本论文的重点研究对象。中国石油大学(北京)硕士学位论文-3-图 1.1 煤系天然气资源类型、形成分布与勘探开发方式(邹才能,2019)Fig.1.1 Types
24、,formation,distribution and exploration and development modes of natural gas resources in coal measures(Zou Caineng,2019)图 1.2 煤系天然气岩性组合特征 Fig.1.2 Lithologic combination characteristics of natural gas in coal measures 第1 章 绪 论-4-1.4 存在问题 通过大量资料的调研发现,目前鄂尔多斯盆地山西组煤系气的勘探主要存在以下问题:(1)鄂尔多斯盆地山西组煤系气烃源岩特征、储层特
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