威利斯顿盆地大型油气田石油地质研究

高等石油地质学期末考核作业——文献翻译威利斯顿盆地ElmCoulee大型油田石油地质研究授课教授：蒋有录班级：资源研09-8班专业：地质工程姓名：隋永婷学号：Z090100252威利斯顿盆地ElmCoulee大型油田石油地质研究摘要威利斯顿盆地ElmCoulee油田是巴肯组中段(泥盆系一密西西比系)的一个大型油田，发现于2000年，在2000年开始在这个油田钻水平井，目前为止，油井总数已有600多口，其石油可采储量在两亿桶以上。油田区域内巴肯组可划分为三段：(1)上页岩段；(2)中粉砂质白云岩段；(3)下粉砂岩段，总厚度介于3．1到15．3m之间。上部页岩呈黑灰色，坚硬，以硅质为主，呈页状。页岩由暗色干酪根、少量粘土、一些方解石和白云石组成。干酪根以无定型为主，整个页岩段内有机质均匀分布。上页岩段的厚度为1．8～3．1m。中段为粉砂质白云岩，厚度为3．1～12．2m。下段为泥质粉砂岩，有掘穴动物和腕足动物化石碎片。相当于油田以北地区巴肯组下段的黑色页岩相，为深水黑色页岩相在向陆上倾方向上的同位地层。下段的厚度为0．61～1．8m。根据化石的丰富程度和掘穴的数量来判断，巴肯组各段的沉积环境为含氧环境、低氧环境和缺氧环境。ElmCoulee油田的储层主要分布在巴肯组中段，孔隙度和渗透率都较低，埋藏深度为2593~3203m。目前发现的油田面积大约为1165km2。巴肯组中段的孔隙度介于3％到9％之间，渗透率平均为0．04md。巴肯组中段的储层物性随着粘土基质含量减少而变好。基质渗透率在区内石油开采中发挥着主要作用。水平井的井距为640～1280英亩。初产量为200～1900桶／日。该油田的巴肯组上段可能对石油产量也有一定的贡献，估计在总产量的20％以下。ElmCoulee油田的情况说明，威利斯顿盆地巴肯组油气系统的石油开发潜力十分巨大。引言密西西比系——泥盆系巴肯油气系统特点为：储层低孔低渗、烃源岩富含有机质和区域油气聚集。目前非常规成藏带是很多油气公司勘探开发的重点。研究认为巴肯组烃源岩的潜力巨大，生油量估计在100~4000亿桶(Dow，1974；Williams，1974；Meissner，1978；Schmoker和Hester，1983；Price等，1984；Webster，1984；Meissner和Banks，2000；Pitman等，2001；Flannery和Kraus，2006；LeFever和Helms，2006)。美国地质调查局认为，巴肯组的油气资源量为石油36．5亿桶(5．8亿方)、伴生气和溶解气1．85万亿立方英尺(518亿立方米)、天然气1．48亿桶(0．235亿方)。图l表示了威利斯顿盆地密西西比系的底面构造图。3这个盆地Nesson、Billings和CedarCreek背斜的特征比较明显。1950年第一次发现石油就是在Nesson背斜。1951年，Nesson背斜的志留系Interlake组油藏首先投入开发。有证据表明，这些构造很多都具有古老的成因，且对古生界的沉积有影响(Gerhard，1990)。图1威利斯顿盆地的位置图及密西西比系底面等高线图(海底)等高线间隔305m。ElmCoulee油田位于蒙大拿州东北部。虚线显示了巴肯组的分布范围。P=帕歇尔油区的位置；A=安蒂洛普油田的位置。巴肯油气系统由巴肯组、Lodgepole组下段和ThreeForks组上段组成(图2)。在威利斯顿盆地大部分地区，巴肯组由三段组成：(1)上页岩段；(2)中段粉砂质自云岩或白云质粉砂岩和砂岩；和(3)下页岩段。巴肯油气系统的烃源岩为富含有机质的巴肯组上段和下段。4图2巴肯组及相邻地层的柱状剖面图。巴肯油气系统的组成包括巴肯组的烃源岩以及巴肯组、Lodgepole下段和ThreeForks上段的储层(据Webster，1984)。巴肯油气系统在威利斯顿盆地的深部位形成了连续油气积累。连续油气积累具有以下全部特征：大面积油气聚集；没有明确的油水或气水界面；扩散边界超压；原始储量很大但采收率很低；不产水；储层距离成熟烃源岩非常近；储层基质渗透率非常低；油藏上倾方向存在含水层。巴肯油气系统具备所有这些特征。巴肯油气系统中很多储层的渗透率都很低。是由于天然裂缝或基质渗透率发育，产油区储层渗透率比较高。ElmCoulee油田发现于2000年，位于蒙大拿州东北部威利斯顿盆地的西部(图1)。在2000年钻水平探井之前，有几口垂直生产井从巴肯组采油(油井的主要目的层是较深部储层，巴肯组是次要目的层)。2000年开始在这个油田钻水平井，到目前为止水平井数达到600多口。油田最终可采储量估计在2亿桶以上。文中总结了威利斯顿盆地巴肯组的石油地质概况，并介绍了ElmCoulee油田和蒙大拿州东北部地区的最新研究成果。ElmCoulee油田的最新研究包括巴肯组烃源岩成熟度、储层描述及性质以及圈闭机理。5巴肯组石油地质概况威利斯顿盆地是一个大型沉积盆地，占地包括北达科他州、蒙大拿州、南达科他州、萨斯喀彻温省和曼尼托巴省(图1)。盆地起源于克拉通边缘，被造山作用演化成为一个克拉通内盆地(Gerhard等，1990)(图3)。在显生宙的大部分时间都有沉积作用，沉积地层的厚度大约为4880m。但显生宙的沉积地层可以划分为几种沉积类型。古生界地层主要由旋回性碳酸盐岩组成；而中生界和新生界地层以硅质碎屑岩为主。在晚泥盆世和密西西比纪初，这个盆地位于北美大陆西部的沉降区。威利斯顿盆地的原型盆地是加拿大泥盆纪埃尔克波因特(ElkPoint)拉张盆地，位于赤道附近的热带区域(图3)。图3晚泥盆世(360Ma)北美古地貌和黑色页岩沉积地理分布(Blakey，2005)。构造特征：CS=加拿大地盾；AOB=安特勒(Antler)造山带；AH=阿卡迪恩(Acadian)高地；TA=横大陆穹隆。黑色页岩沉积：B=巴肯；E=萨平顿(Sappingtong)；(212=卡顿伍德峡谷(CottonwoodCanyon)；L=莱瑟姆(Leatham)；P一派勒特(Pil0t)；PR=珀查(Pemha)；w=伍德福德；C=查塔努加(Chattanooga)；NA=新奥尔巴尼(NewAlbany)；SB=森伯里(Sonbm-y)；A=安特里姆(Antrim)。虚线显示了赤道的位置(EQ)。点线指示了从浅水区到深水区。6威利斯顿盆地巴肯组可以划分为三段：上段和下段为含有机质的页岩，中段为粉沙质白云岩或石灰岩和砂岩(图2、4、5)。向威利斯顿盆地的边缘方向，巴肯组的三个地层段逐渐减薄，上超到下伏的斯里福克斯组之上(图5)。在斯里福克斯组沉积之后，威利斯顿盆地边缘一带发生了重大的隆升和剥蚀作用(Webster，1984)。图4威利斯顿盆地美国部分巴肯组的等厚度图图5威利斯顿盆地横剖面示意图巴肯组的上段和下页岩段都是潜在的烃源岩，盆地的大部分地区两者的岩性都接近(Dow，1974；Webster，1984)。这些页岩是向巴肯组、斯里福克斯组、洛奇波尔组和米申峡谷组供烃的潜在烃源岩(Meissner，1984)。这些页岩呈黑灰色到黑色，坚硬，以硅质为主，含黄铁矿，块状到页状，常沿水平裂缝裂开或含贝壳状裂缝。上页岩段和下页岩段的岩性也有一定的差别，下页岩段局部有灰岩层和绿灰色页岩层，而上段没有这种现象(Pitman等，2001)。页岩含有黑色有机质、粘土、粉砂级石英以及部分方解石和白云石。在盆地的较深部位，页7岩富含干酪根，而且有机质分布均匀。解释认为，上页岩段和下页岩段都是在海平面上升期间在缺氧的海洋环境中沉积的。缺氧条件可能是由层状水文动态造成的(Webster，1984；Smith和Bustin，1996，2000)。层状水柱存在一个上含水层，这个水层含氧量充足而且营养物质丰富，有机质产量很高(浮游藻类)。这些生物死亡后向下沉降，生物分解这些有机物质时要消耗氧气并释放出硫化氢气体，形成了缺氧环境。巴肯组可能是晚Famennian期到Kinderhookian期缺氧的产物(Meissner等，1984)。在整个威利斯顿盆地内，巴肯组烃源岩都还没有成熟。该盆地东部的页岩未成熟，在测井图上表现为低阻，而在盆地的西部，这些页岩表现出高阻特征(Meissner，1978)。最近Nordeng(2008)以及Nordeng和I．eFever(2008)采用时间一温度指数(TTI)法模拟了有机质的成熟度。结果显示，有机物质大约在100Ma进入成熟期。Car—lisle(1991)认为生烃开始于早白垩世。web—ster(1984)采用TTI图研究认为，生油始于75Ma左右(晚白垩世)。巴肯组黑色页岩所生成的石油大都排人了巴肯组中段(Pitman等。2001)。Price和LeFever(1994)也用证据说明，巴肯组烃源岩所生石油大都保留在巴肯组内。早期的研究认为，巴肯油气系统内巴肯页岩向整个麦迪逊组供烃(Dow，1974；williams，1974；Meissner，1978)。裂缝改善了巴肯储层的储集性能(Murray，1089；Meissner，1978；Pitman等，2001)。研究认为巴肯组存在3种类型的裂缝：(1)与构造有关的构造裂缝；(2)与应力有关的区域裂缝；(3)与生烃引起的超压有关的排驱裂缝(expulsionfracture)(Druyff，1991)。Murray(1968)认为，安蒂洛普油田(图5)的裂缝性油藏是安蒂洛普构造褶皱作用的结果。巴肯组因生烃作用而出现超压，超压作用形成了水力裂缝。巴肯页岩中富含粘土和有机质的层段发育水平排驱裂缝。烃源岩的成熟过程和生油作用也引起巴肯页岩的体积发生巨大的变化和声波速度的大幅下降，这种声波速度的变化可以通过声波测井识别(Meissner，1978；Carlisle，1991)。引起巴肯组厚度变化的因素有多种，包括沉积速率的变化、基底断层作用或泥盆纪Prairie蒸发岩溶蚀作用产生的古构造以及盆地边缘的上超等。内森背斜的构造影响了巴肯组的沉积样式，还影响了油气的运移。威利斯顿盆地巴肯组的最大厚度出现在内森背斜以东的邻近区域(图4)。巴肯组三个地层段在这个区域的厚度都比较大。泥盆系Prairie蒸发岩出现在巴肯组以下大约244—335m的地方，经历了区域或局部溶蚀作用(Parker，1967；Rogers和Mattox，1985；Gerhard等，1990；Martiniuk，1991；LeFever，2005)。在古生代和中生代，泥盆系Prairie蒸发岩曾发生过多期溶解作用(Parker，1967；Rogers8和Mattox，1985)。盐溶蚀模式包括：(1)沉积相控制作用；(2)周围沉积物的压实和脱水作用；(3)地表水从露头充注进入地层；(4)与前寒武纪构造运动的直接或间接产物。Prairie的溶蚀作用发生在巴肯期，并影响了巴肯组的沉积(Rogers和Mattox，1985；Martin—iuk，1991；Sperr，1991)。威利斯顿盆地巴肯组勘探史自1950年代以来，威利斯顿盆地巴肯组已开展了多轮勘探和开发(表1)。1953年在北达科他州获得了第一个油气发现，即安蒂洛普油田，这个油田的开发一直持续到1960年代。以巴肯组及斯里福克斯组上段(被称作Sanish段)为钻探目标。巴肯组及斯里福克斯组上段是安蒂洛普油田的低渗裂缝性储层，这些裂缝的形成与紧密褶皱作用有关(Murray，1968)。油井为直井，在采用油基压裂液进行加砂压裂增产处理后，产能平均达到了209桶／日。安蒂洛普油田已累积产油1940万桶，产气327亿立方英尺(9亿立方米)。在获得安蒂洛普油气发现之后，勘探工作仍在继续但进展缓慢。安蒂洛普油田巴肯组的三个地层段和上覆的斯里福克斯组都进行过打孔作业，获得的油气产量证实这些地层都是油气储层。1961年，壳牌集团获得了巴肯油气系统的第二个重大油气发现，即ElkhornRanch油田。9在比较深的主要目的层钻探失拜之后，在次要目的层巴肯组上页岩段中进行了作业。由于当时的油气价格比较低，再加上这个地