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油气成藏过程研究文献综述

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油气成藏过程研究文献综述油气成藏过程研究文献综述 0 前言 油气藏的形成过程研究及油气分布规律,是石油地质学理论的重点内容之一。为了预测有利勘探区,提高选择勘探目标的精确性和效率,必须弄清油气分布规律,弄清油气分布规律必须分析油气成藏的全部过程和根本机理。因此,自石油工业诞生以来,油气成藏机理研究一直是广大石油地质工作者极为关注的问题,也是长期以来困扰石油地质学界的一大难题。油气成藏过程包括油气的生成、运移、聚集以及保存和破坏各个环节。因此,分析油气成藏过程,总结油气成藏机理,建立油气成藏定量模式,对于推动石油地质理论的发展,有效解决...

油气成藏过程研究文献综述
油气成藏过程研究文献综述 0 前言 油气藏的形成过程研究及油气分布规律,是石油地质学理论的重点内容之一。为了预测有利勘探区,提高选择勘探目标的精确性和效率,必须弄清油气分布规律,弄清油气分布规律必须分析油气成藏的全部过程和根本机理。因此,自石油工业诞生以来,油气成藏机理研究一直是广大石油地质工作者极为关注的问 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 ,也是长期以来困扰石油地质学界的一大难题。油气成藏过程包括油气的生成、运移、聚集以及保存和破坏各个环节。因此,分析油气成藏过程,总结油气成藏机理,建立油气成藏定量模式,对于推动石油地质理论的发展,有效解决当前油气勘探中的一些难题,提高油气藏定量评价和预测及石油工业的增储上产具有非常重要的意义。 1 油气成藏过程研究的历史发展阶段 自石油工业产生以来,油气成藏机理一直是石油地质学家极为关注的问题,其研究大致经历了三个发展阶段。 1.1 第一阶段(19世纪末-20世纪50年代初) 以沿背斜褶皱带分布油气藏的背斜说或重力说为代表,为油气成藏机理研究的初始阶段,主要研究成果有: (1)在1861年怀特提出的早期背斜学说基础上,通过大量的石油勘探实践和理论研究,建立了比较完善的油气藏形成的背斜学说。在“背斜圈闭理论”基础上,人们又提出了“非背斜圈闭理论”,进行了早期的石油圈闭分类,分析了油气藏形成的具体地质条件(怀特,1861)。 (2)通过烃类运移和聚集的流体动力学研究,建立了浮力、水动力和毛细管力为成藏过程中油气运移和聚集的主要控制因素,提出了流体势的概念,并根据流体势分布 断地下油、气和水的运动方向,解决油气运移和油气成藏问题(Hubbert,1953),将油气成藏过程作为动力学过程,从而使油气成藏研究建立在科学的基础上。 (3)随着国内外石油勘探的广泛开展,证实了陆相成油理论,促使地质学家从更广泛的角度考虑石油的生成和聚集,研究油气成藏机理。 1.2 第二阶段(50年代中期-70年代末) 本阶段是在油气藏形成的基本条件和形成过程的分析的基础上,全面地研究了油气成藏机理,主要表现在: (1)有机地球化学在烃类生成、成熟和初次运移研究中发挥着重要的作用,确定了有机质类型、丰度、演化,对成烃和排烃进行了系统的评价(Tissot等,1978;Durand,1980)。 (2)研究了成藏过程中油气的二次运移和聚集机理,在油气二次运移的相态、动力、阻力、运移通道、方向、距离以及运移时间和运聚效率等到方面进行了大量的研究,取得了很多成果。Schowalter(1979)系统地研究了油气二次运移和聚集机理,讨论了岩石的孔隙结构、烃—水界面张力、岩石的润湿性和毛细管力等对油气运移和圈闭的作用原理(Schowalter,1979)。Cordell(1976)和Roberts(1980)提出了油气在圈闭中聚集的渗滤作用机理(Cordell,1976;Roberts,1980),而Chapman(1982)提出了油气在圈闭中聚集的排替作用机理(Chapman,1982)。进一步认识到水动力对油气成藏形成、保存和破坏构成重要影响,并进行了一系列的研究。Toth等(1980)建立了区域地下水流动系统基础上的重力穿层流动的石油运移和聚集理论(Toth等,1980),将沉积盆地区域水动力场分布和演化与石油的运移和聚集有机结合起来。 (3)系统地研究了油气成藏的宏观条件,指出在一个能形成油气藏的圈闭中,充足的油来源和有效的圈闭是油气成藏的两个最重要的方面。其中影响圈闭有效性的主要因素有圈闭形成时间与油气运移时间的相应关系,圈闭所在位置与油源区的相应关系,以及水压梯度和流体性质。 (4)松辽盆地、渤海湾盆地以及世界其它陆相盆地大、中型或特大型油气田的发现,证明了陆相地层具有较大规模的有机质堆积、转化、运移,并形成较大型油气的事实。在此基础上,我国石油地质工作者建立了陆相石油地质理论,研究了陆相油气成藏机理,在陆相油气生成,陆相储集层发育、油气运移和聚集、油气藏类型与分布,以及油气藏形成特点等方面取得了大量研究结果。 1.3 第三阶段(80年代初-现在) 近十几年来,国内外很多学者运用先进的油气勘探技术和 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 ,以及计算机技术、物理模拟技术进行系统的油气成藏的各项条件、机制和它们之间的有机配合,主要表现在: (1)以热力(地温场)为成烃主控因素,通过物理模拟和数值模拟研究有机质的丰度、类型、成熟度、成熟门限、石油窗以及油气生成化学动力学机制。 (2)油气初次运移研究取得了长足的进展,在对排烃机理的实验分析以及实验模拟研究基础上,通过计算机耦合压实史、超压形成史、热史和烃类生成史,重建排烃过程(Ungerer,1990;Welte,1987;王新洲等,1996)。 (3)将流体势分析引入到含油气盆地分析,通过盆地模拟,进行含油气盆地范围内的地下流体运动的物理模拟和数学模拟,并结合油气生成和保存条件以及沉积盆地的发展演化条件,进行成藏过程中油气二次运移和聚集的定量研究,对盆地油气资源及油气二次运移的区域方向和聚集的主要区带、层位作出定量模拟分析(Ungerer,1990;Welte,1987;Dahlberg,1982;England等,1987;王新洲等,1996;石广仁等,1994;郝石生等,1994)。 (4)将油气生成、运移、聚集统一研究,提出了“流体封存箱理论”(Hunt,1990)。 (5)80年代以来,模拟实验已成为油气成藏过程研究的重要手段和方法,许多学者通过模拟实验,大大深化了成藏过程中油气二次运移和聚集的认识。Catlan等(1992)通过模拟实验研究了油相运移问题,指出油相运移存在临界值,运移通道有方向性,运移前锋的速度衡定同时受油的性质、多孔介质性质影响,在浮力作用下也可以出现油相快速运移现象(Catlan等,1992)。Thomaas和Clouse(1995)利用长100cm,高52cm,厚2.5cm的可视模型研究油气二次运移机理(Thomaas and Clouse,1995)。实验结果表明,当油在水湿的均质运载层运移时,油对圈闭的充满速度并不取决于二次运移本身,而更大程度上取决于油气从源岩中排烃的速率。由于大量的弥散作用,在油的垂向运移期间(当运载层位于源岩层之上时),出现很高的散失量。但在横向运移期间,散失量很小,这是因为油气主要集中在底部封闭的下方运移。与此同时,许多学者利用微观渗流模型研究油相运移以及孔隙介质中非混溶驱替过程。 (6)伴随油藏描述表征及预测技术的发展,油藏形成和开发过程中流场和流体特征研究得到广泛重视,油藏模型的建立应运而生。目前,国外主要模型为定量流动模型、储层结构模型、储层非均质模型及岩石物性物理模型等。国内张一伟、熊琦华等(1994)先后建立了油田规模、油藏规模、层规模、砂体规模、孔隙规模的储层地质模型以及反映沉积、成岩、结构和人类活动改造所引起的综合效应的储层岩石物理相模式(张一伟、熊琦华等,1994)。 (7)80年代以来,流体——储层相互作用研究即储层地球化学研究已成为地球化学和石油地质学中令人瞩目的研究领域之一(梅博文,1992)。主要表现在:?研究了有机质(特别是有机酸)和CO2对储层孔隙度和渗透性的影响,提出了次生孔隙形成模型和预测模型;?研究了流体在固态矿物表面上的吸附作用及其对油气运移和润湿性的影响;?应用水—岩石相互作用的地球化学模拟理论和方法,定量模拟了盆地成岩化学作用的演变,定量研究和预测了储集层孔隙度和渗透性的变化,使流体—储层相互作用以及储层孔隙度和渗透性的研究由定性、半定量向定量发展。 (8)油气藏的保存与破坏研究得到重视。在盖层封闭性研究方面,目前基本明确了盖层的封闭机理,即物性封闭、压力封闭和烃浓度封闭,认识了盖层厚度及其连续展布面积大小对油气藏形成的控 制作用,建立了测井时差与盖层排替压力的相关关系,提出了盖层封闭有效性的概念及其研究方法。在分子扩散作用方面,建立了源岩和气藏的天然气扩散地质模型和数学模型。 (9)Magoon(1994,1995)在前人工作基础上提出了“含油气系统”概念,认为含油气系统包含成熟烃源岩及所有已经形成的油气藏,并包含油气藏形成时所必不可少的一些地质要素和作用(Magoon,1994,1995)。近年来,国内外许多学者运用含油气系统理论和方法,研究油气藏的形成和分布,指导油气勘探。 (10)随着含油气系统理论在油气勘探实践中的应用,其缺陷和不足也日渐暴露,在许多高难度问题面前显得无能为力,于是对成藏动力学系统研究呼声日益高涨。自Anderson等(1992)提出含油气盆地实质上既可以是一个“低温热化学反应器”,又可以是一个复杂的天然的流体(油气水)渗流的动力学系统(Anderson等,1992)以来,国内田世澄等(1995,1996)在前人研究的基础上分析了划分成藏动力学系统的必要性和可能性,并提出如何划分成藏动力学系统以及成藏动力学系统的研究方法。从而丰富和发展了含油气系统理论,开拓了盆地流体运动与成矿地质学研究领域(田世澄等,1995,1996)。 2 油气运聚成藏的主要进展 (1)油气来源及其方向 ?对于多源、多期次复合叠加盆地,混源气来源及其定量计算方面。主要应用生物标志物参数、支链烷烃、碳同位素或生物标志物绝对定量等方法。 ?利用原油中吡咯类化合物的丰度、异构体参数的绝对大小,确定油气来源与运移方向。 (2)运移期次方面 在三个方面取得进展: ?气包裹体均一温度,结合构造发育史、沉积埋藏史、热史和生烃史,确定成藏期。 ?固体地球化学中常用的Pb—Pb和Rb—Sr同位素测定油气生成与运移年龄。 ?储层伊利石K-Ar测定油气成藏期绝对年龄。 (3)油气运移通道方面: 断层、不整合、连通砂体各自控制油气运聚的特点及其多种组合的不同控油方式都已经得到了很大的发展。 (4)对油气成藏条件(生、储、盖层等)的研究,无论从方法、手段和理论发展上,已基本上成熟和完善。 (5)成藏过程,成藏期次的研究,从动态过程的角度对油气藏的形成进行历史分析,结合构造演化史、沉降史、热史及成岩史等地质历史分析,开展了包裹体分析、同位素分析、油藏地化分析等大量研究,对油气成藏有了相当的认识。 (6)成藏动力学,即油气运移与聚集研究,结合地压场、地温场和地应力场开发了大量实验模拟和数值模拟的定量化研究,取得了较良好的效果。 (7)油气系统分析,这是一项新兴的石油地质综合研究方法,把油气藏的各种地质要素(生、储、盖和上伏岩层)和地质作用(油气生成运聚作用和圈闭形成作用)纳入统一的时空内综合考虑,强调彼此间的配置关系,从而弄清油气分布规律。 3 油气运聚成藏的研究内容及现状 3.1 油气来源与运移方向: 3.1.1 地球化学 沿石油运移的主方向上,石油的化学成分和物理性质有规律性变化。非烃化合物(钒、铁、镍、氧、氮、硫等非烃化合物)相对减少;高分子烃类化合物(包括高分子正烷烃)含量及芳烃含量相对减少,沿运移方向主峰碳数降低、轻重正烷烃比值增加、轻重芳烃比值增加(紫外光吸收带E230/E260和荧光 1312光谱I385/I440的比值增加);石油中碳同位素δC/δC的比值沿运移方向降低;生物标志化合物发生变化,甾烷化合物5α14β17β异构体比5α14α17α运移快,重排甾烷13α17β比规则甾烷5α14α17α运移得快。黄第藩(1986)认为克拉玛依原油中异胆甾烷和三环二萜烷的富集是长距离侧向运移和地质色层效应的结果。石油运移过程中化学成分有规律的变化,必然导致物理性质相应地发生变化。在封闭环境中,原油密度、粘度、含蜡量及凝固点随运移距离增大而降低,在氧化环境中却相反。 Brothers L 通过个包括烃类及不同环状化合物的17个组分的混合物在一改进了的液相色谱装置中流过已知矿相。对沿运移通道的烃类及其它化合物的重新分布进行了测定。表明,液/ 固色谱效应富集早期分馏的饱和烃化合物和低分子量化合物,相反,馏分中极性较强的化合物更多地残留在固定相中。结果表明某些特殊参数可以指示地下运移现象,如:原油中喹啉丰度变化趋势以及原油中正十六烷分别与二苯并噻吩和2-甲基菲比值的变化趋势。 利用有机地球化学方法,从油——油、油——源对比两个方面确定石油之间及其与生油岩的关系。主要对比指标有:生物标志化合物、碳同位素等。油气沿石油运移的主方向上,石油的化学成分和物理性质有规律性变化。非烃化合物(钒、铁、镍、氧、氮、硫等非烃化合物)相对减少;高分子烃类化合物(包括高分子正烷烃)含量及芳烃含量相对减少,沿运移方向主峰碳数降低、轻重正烷烃比值增加、轻重芳烃比值增加(紫外光吸收带E230/E260和荧光光谱I385/I440的比值增加);石油中碳同位素1312δC/δC的比值沿运移方向降低;生物标志化合物发生变化,甾烷化合物5α14β17β异构体比5α14α17α运移快,重排甾烷13α17β比规则甾烷5α14α17α运移得快。黄第藩(1986)认为克拉玛依原油中异胆甾烷和三环二萜烷的富集是长距离侧向运移和地质色层效应的结果。石油运移过程中化学成分有规律的变化,必然导致物理性质相应地发生变化。在封闭环境中,原油密度、粘度、含蜡量及凝固点随运移距离增大而降低,在氧化环境中却相反。 Brothers L 通过个包括烃类及不同环状化合物的17个组分的混合物在一改进了的液相色谱装置中流过已知矿相。对沿运移通道的烃类及其它化合物的重新分布进行了测定。表明,液/ 固色谱效应富集早期分馏的饱和烃化合物和低分子量化合物,相反,馏分中极性较强的化合物更多地残留在固定相中。结果表明某些特殊参数可以指示地下运移现象,如:原油中喹啉丰度变化趋势以及原油中正十六烷分别与二苯并噻吩和2-甲基菲比值的变化趋势。 3.1.2 地层原油物性 3.1.2.1 地层原油物性菱形图法 原油在地下运移的过程中,随着运移距离的增加,沿运移方向,地层原油物性发生变化。 饱和压力和油气比逐渐降低,密度和粘度逐渐增加。特别在地层开启性比较强的地区这种规律更加明显。如果以饱和压力和油气比为横轴的两端,粘度和密度为纵轴的两端,就可以把这四个指标连成一个扁平菱形。随着运移距离的增加,由于饱和压力和油气比降低横轴逐渐变短,而粘度和密度增加纵轴逐渐变长,于是扁平菱形向方菱形、尖菱形变化。根据图形的相对变化,确定油气运移的方向。 3.1.2.2 运移系数法 运移系数法是P.C.卡西莫夫(1978)提出的一种定量评价油气运移距离的方法。该方法的原理是基于地层原油物性的变化上,即在运移过程中气油比随运移距离的增加沿运移方向降低,而残留在石油中 的甲烷含量则因运移的方向不同而不同。侧向运移时,虽然气油比随运移距离的增加而不断降低,但由于甲烷与围岩间吸附力最小,而甲烷含量却不断增加。当遇到垂向裂隙或断层则发生垂向运移,由于甲烷分子最小滤渗性最强,它可以摆脱石油而串入上覆地层,因此,垂向运移时,随着气油比的下降,石油中的甲烷含量也不断下降。根据石油中甲烷含量相对增加或减少,人们就可以判断侧向或垂向运移的强弱,并由此追踪和确定运移方向。卡西莫夫根据前苏联伏尔加——乌拉尔油区中各油田的气油比和甲烷含量资料绘制成一个诺模图。该方法参数比较单一,受到的干扰相对较少,但只有在勘探程度比较高的老油区才能实现。 3.2 油气运移通道研究方法 3.2.1 实验室模拟 目前有关模拟实验前提条件是:油气的运移在水中进行,油的比重小于水,主要作用力是浮力和毛细管力。Schowalter(1979)曾用理论计算、实验室实验和地质观察结果估计过油在盖层之下储层顶部1米的范围内,在侧向运移通道上饱和度为10—20%,。在均质层中,由于浮力使油气饱和度倾向于在运载层顶部发育,运移通道位于运载层顶部。在平面上,可以认为油气生成后沿运载层垂直于地层走向朝上倾方向运移,油气集中在有限的运移通道上(图3)。 图3 均质层运移通道剖面示意图 在非均质层,由于粘性指数、毛细管力作用,使油气饱和度倾向于在的的孔隙中发育形成连续运移 通道。非均质条件下油气运移通道剖面形态。 Thomas 和Clouse根据相似原理设计了一个石油二次运移物理模拟装置,模拟了石油在一个亲水的均质层中的二次运移,通过实验,认为在连续油运移通道形成以前,油前缘以间歇方式向前推进,这是由于油相中压力聚集到能克服前缘局部毛细管力后释放这一间歇过程引起的。 图4 运移通道平面示意图 直接位于成熟源岩之上的运载层部分,油从源岩排出后首先要垂直运移至运载层顶部后再做 侧向运移,侧向运移集中在顶部1米范围内。 毛细管力对油气运移的阻碍作用主要发生在油气运移通道前缘,在业已形成 的运移通道上含油饱和度在临界饱和度之上,毛细管力不再发生作用。随着“活性”油珠沿运移通道聚集和“活性”油串的加长,致使其运移趋动力足以克服在油气运移通道前缘“活性”油串所受到的毛细管阻力,油串前缘向前跃进,运移驱动力降低,并开始下一轮的驱动力增长——前缘跃进,如此不断进行下去,油气运移得以实现,这一过程实际上表现为油气运移通道前缘含油饱和度不断上升至临界饱和度和油气运移通道的不断生长延伸的间歇过程。 Hindle A. D.盆地中油气运移通道由通常平行于层理的不连续封盖面的三维分布来确定。石油运移于封盖面之下,取构造上的优势路线。利用油田和油气地表出露与源岩关系逆向模拟运移通道。通道形成了覆盖于盆地中部生油区之上的稠密网络。向盆地边缘由于封盖面地形影响这些运移线路逐渐汇聚成不连续的通道,最后,这些通道可达地面而渗漏。封盖面之下运移通道的偏移是由侧向封闭遮挡引起的,封闭遮挡是由盖层之下储油岩的相变、断层并置或交错层封闭如盐侵入作用等引起的。通道偏移也发生于水动力条件存在的地区。 曾溅辉(1999)在二维模型模拟实验中,构造了非均质模型,并且构造了高渗透率的不整合面和垂直高渗透率砂体,研究发现,地层中的水平高渗透带(如不整合面)和垂直方向的高渗透带(如高渗透率砂体)是石油运移的主要通道,对油的运移和聚集构成重要影响,尤其是垂直方向的高渗透带对油的运移更为重要。由于垂直方向的高渗透带的存在,可使油沿断层穿越岩层界,进入孔渗相对小的砂层;在孔渗性较差的地层,由于垂直方向的高渗透带的孔隙度和渗透率也较小,从而限制了油相进入孔隙度和渗透性小的砂层;油的运移效率主要取决于油的运移通道大小和上覆地层渗透性的大小,当上覆地层渗透率较大时,下部地层中的油可向上覆地层运移,并在运移过程中发生弥散和扩散作用,导致油的散失量增大。 图5 运载层中含油饱和度非均匀分布示意图 (水平线表示油分布地区,其它区为水占据) 3.2.2 构造、水动力学 Pratsch (1982)提出了静水条件下油气运移通道的模式,认为二次运移始于沉积中心(成熟源岩所在地),然后沿着运移通道向盆地边缘运移。该模式中通道的确定主要考虑盆地中个构造部位的几何形态,但却忽略了源岩与运载层之间可能存在的不连通因素,也未考虑某些特殊的构造因素(如断层等),因此具有局限性。Durham (1994)通过对墨西哥湾垂直断层带的研究,发现断层对于油气运移聚集起着十分重要作用。一些学者(Bally,1975;Stonely,1981; Green,1983; Kingston等,1983; Perrodon,1992;Mann 等;1997)对沉积盆地不同构造运动与油气的运移的关系进行了研究。 3.2.3 利用荧光显微分析技术 主要通过储集层荧光特征,荧光显微分析要结合研究区的石油地质条件和背景进行解释,另外,要避免一切外来能产生荧光物质的污染。Rasmussen B.利用放射沥青结核中的荧光生长条带来识别烃类运移通道、不连续的烃类脉冲次数和石油运移相对时限 3.2.4 矿物包裹体 利用有机包裹体在地层中出现的部位,来判断油气运移通道。例如,在碳酸盐岩的裂缝及溶孔中可 以看到相当数量的有机包裹体,说明这些裂缝和溶孔是运移的主要通道。如果碳酸盐岩发育有三组裂缝,而只有其中一组里发现有机包裹体,说明该组裂缝是油气运移的通道。若在两组裂缝中均发现有机包裹体,则说明有先后两期油气运移。 根据包裹体在储层中的分布可以确定在油气运移通道,韦昌山等人介绍了定向流体包裹体群的面状要素与微裂隙成生关系测量法(FIP法)在油气运移通道研究中的作用。M. catheliean等人所作的扫描电镜的图象表明,成岩期在应力作用下产生的微裂隙,早期多被成性排列的含油气包裹体充填,由荧光图象得以显示。另据Knipe(1993)的实验模拟,在成岩化沉积物的微裂隙带,伴随变化的波状递变迁移,流体在流动过程中可留下相应的显微组构,如微裂隙、包裹体群,据此可反演流体的运移路径。因此,如果定向采集钻井岩芯,则运用FIP法可重建一定地段内油气流体迁移的三维时空结构。 3.2.5 原油孢粉 Chepikov等(1971)模拟实验证明,岩石中的植物化石不仅能和石油一起运移,而且还能和天然气一起运移。陆生植物的孢子花粉可以作为油气运移路线的可靠指示者。据江德贻等(1990)的研究,孢粉化石的直径一般是30—50μm,最小15μm,最大75μm,呈微薄片状,能屈能伸,遇到狭窄喉道孢粉受挤可以卷曲起来通过,一旦通道开阔起来又可以伸展开来,所以孢粉在运移中具有很强的 通过能力。随着原油的运移,原油孢粉主要来自源岩、运移过程中的运载以及最终聚集的储集层。 4 油气运移通道研究的类型、内容 油气运移通道是连接圈闭与油气源的“桥梁和纽带”,只有在运移通道上的圈闭,才能对油气聚集有利。最佳的远景圈闭总是位于最佳的油气运移通道内,油气运移通道内的任何潜在圈闭勘探风险都较低。不同类型盆地以及盆地不同区域油气运移通道类型不同,运移通道类型及其组合形式是决定油气在地下运移、在何处成藏以及成藏类型的重要因素。运移通道的类型以及其形态(几何特征、大小),对于油气聚集有明显差异。因此油气运移通道研究对于预测油气藏的分布及资源量评价具有非常重要的意义。 油气在地下岩石的运移,无论其以何种相态,它们均是通过岩石孔隙或裂缝空间来实现的。按照岩石中孔隙发育的类型不同,可将运移通道分为连通孔隙、裂隙、孔隙——裂隙组合等三种基本类型。油气运移通道由三类介质构成:有一定孔渗条件的岩体;具有渗透力的断裂或断裂体系;作为流体运移通道的不整合面。连通砂体以连通孔隙为油气运移通道空间,是油气在地下进行侧向运移的最常见通道。它的好坏取决于其孔渗性。孔渗性主要受砂体的粒度、分选、胶结以及泥质充填等因素的影响。对于连通砂体,前人作了大量工作,这里不再介绍。 4.1 不整合 不整合面是由于地壳抬升、基岩遭受风化剥蚀作用形成的,油气运移的通道为裂缝与孔隙形成的网络系统,运移方式与不整合面空间分布有关,如果不整合面为水平状态,可进行侧向运移,如果不整合面为倾斜状态,可进行斜向运移。运移质量好坏,主要取决于不整合面风化壳的孔渗性。风化壳孔渗性好坏受到风化剥蚀的强烈程度以及地表水淋滤洗刷程度的制约。 潘钟祥在80年代提出不整合在油气成藏中的重要作用,认为不整合是油气运移主要通道。Шаронов Л.В.在彼尔姆前卡姆油气区地层缺失的层段附近,发现油、气、沥青的显示,以及一些非工业性的油气聚集。认为地层缺失段是油气运移的一种条件,例如石炭纪巴什基尔组生物灰岩中油气藏的形成,是二叠纪以后地层缺失,形成了油气运移通道。 4.1.1 不整合类型 根据沉积间断时间长短,可分为大型不整合、中型不整合、小型不整合(表1)从表中可以看出, 沉积间断不利于原生(同生的产油气层系)油气藏的形成,而有利于次生油气藏,尤其是大型不整合带中的地层油气藏的形成。 表1 不整合类型(classification of unconformities) 类型 大型不整合 中型不整合 小型不整合 间断时间 >40Ma 5—40Ma <5Ma 地层圈闭概率 44% 24% 32% 吴亚军(1998)根据不整合成因机制和地震反射终止方式、不整合发育的构造部位以及剖面形态,把不整合分为下列类型:褶皱不整合、断褶不整合、超覆不整合、平行不整合(表2) 表2 不整合类型 成因机制 基本类型 褶皱不整合 构造不整合 断褶不整合 底辟不整合 超覆不整合 沉积不整合 平行不整合 复合不整合 渐进不整合 褶皱不整合是褶皱隆起遭受剥蚀后,再接受沉积而形成的一类不整合,它的特征:不整合界面反射能量强,反射波连续性较好;地震剖面上显现出完整的背斜形态或褶皱一翼;不整合之下伏地层具明显地消截,而上覆地层明显的上超或披覆。断褶不整合是因地层直移或旋转而造成地层弯曲隆升或掀斜,致使地层剥蚀再接受沉积而形成的,特征:不整合面起伏不平,界面反射波呈眉毛状,能量较强,但不连续,有时界面之下往往发育众多绕射波,界面之下的地层具明显消截,而上覆地层具明显的上超或披覆。超覆不整合沿古斜坡上超沉积而形成的,特征:界面反射波与下伏地层反射近于平行,界面之上的反射逐层向斜坡上端超覆尖灭。平行不整合(假整合):因地壳垂直上升引起的海退使下伏地层遭受剥蚀,再因地壳下降引起的海进沉积而形成的。特征:界面反射能量较弱,界面上下反射波与界面反射波平行,不整合上下地层产状相同。 4.1.2 不整合类型的发育特征: 不整合类型分布的差异性:在不同地区,每个不整合面的类型、强度及剖面结构特征是不一样的,其平面上分布具有差异性,断褶不整合、褶皱不整合、平行不整合 不整合类型的继承性:不整合类型的继承性是由于早期构造运动作用时间较长,构造作用一直延续到后期构造运动开始,后来的构造运动对早期的构造面貌进行了不同程度的改造而形成的。剖面上表现为两期乃至多期不整合面的重置,平面上,表现为同一地区,几个不整合面的不整合类型相同,平面展布形态大致吻合。不整合类型的继承性仅在构造运动强且不整合强度较大的地区才可见到。 不整合类型发育的迁移性:是指不同时期相同的不整合类型在地理位置上有成因联系的变化。它是多期构造运动多次活动的 结果。 4.1.3 不整合面的控油作用: 断褶不整合控油特征:侧向的坳陷区和斜坡区,烃源条件好;不整合面下,次生储层发育,储集空间大,连通性好,储集条件优越;不整合面上的泥岩封盖性好;断褶不整合是油气长期运移的指向区,油气侧向运移和垂向运移通道发育,具备优越的油气运移条件;与断褶不整合有关的圈闭,类型多,规模大,具备良好的聚集条件。它是控油意义最大的不整合 褶皱不整合控油特征:发育于古隆起翼部或斜坡区,区域不整合或多个不整合面的叠置面发育。侧向紧邻生油坳陷;储层经后期改造,裂缝、溶蚀孔、洞、缝发育,孔渗性好,具好——较好的储集条件; 不整合上泥岩发育 超覆不整合控油特征:紧邻生油坳陷;不整合面上形成一套水进砂体,其原生、次生孔隙发育,孔、渗性高,具良好的储集条件;因区域不整合或不整合叠置面及其上下可渗层发育,油气运移通道畅通,地层、岩性圈闭发育,具良好的油气运移、聚集条件。 平行不整合控油特征:平行不整合往往发育于坳陷区,不整合面上下发育的生油岩厚度大、分布广,烃源条件优越。储集条件差,运移通道不畅。 4.1.4 不整合面可构成良好的油气运移通道 A:不整合面上下的渗透层和输导层构成了油气运移通道: 坳陷区不整合面上下的薄层砂体及斜坡区的水进砂体,具较好的渗透层;隆起区不整合面上下的风化残积层及渗流层是良好的渗透层和输导层。构造变动和不整合面产生从隆起向坳陷方向的倾斜,促进了油气向隆起方向的运移效应的加强。 B:油气沿不整合面运移受不整合类型控制 C:不整合面的倾角及交汇叠置程度控制着油气的运移速度、距离、规模和富集程度。不整合面倾角越大,运移的速度越大,距离也越远,规模更大。不整合面交汇叠置程度越高,聚油强度越大。不整合类型又制约着不整合面倾角及交汇程度的变化,进而控制了油气运移的模式、速度、距离及规模。不整合面附近的油气藏的油气分异效应是油气沿不整合面运移的佐证。沿运移路径油气物化性质差异是油气运移分异的结果。 D:不整合面沟通储集层导致多层系油气聚集 不整合面可跨越不同时代的岩层,从而使得不同层位、不同岩性、不同储集层、不同类型的圈闭同生油岩更广泛地联系起来,导致多层系的油气聚集成藏。 4.1.5 不整合面形成时对古油气藏的改造作用 A:水洗、氧化作用:大气水和游离氧将烃类水洗、氧化成醇、酮、酚、酸,轻质组分大量逸散和被水带走,重质组分不断增多,产物多为沥青、稠油。 B:生物降解作用:不整合面形成时使古油气藏直接或间接暴露于地表,喜氧细菌进入古油气藏,低碳正构烷烃降低,原油发生次生变化,比重增大,饱和烃降低,出现25-降藿烷系列。 C:逸散作用:油气大量散失,残留固态沥青、软沥青、稠油,若储层全部剥蚀,无油气藏遗迹。 不整合类型的控油作用:不整合类型的差异性控制了油气分布;不整合类型的继承性控制着油气的演化:不整合面的改造、演化和叠置过程就是油气的演化过程;不整合类型的迁移性控制了油气再分配。 4.1.6 不整合结构层 4.1.6.1 碳酸盐岩不整合结构层模型: 张克银等(1996)对塔里木盆地碳酸盐岩不整合进行了研究,提出了三层结构模式:残积层、渗流层、潜流层。残积层,发育在不整合面之上,厚度为0—7米,以砂岩、砂砾岩及凝灰岩为主;渗流层发育在不整合面之下,厚2—80米,一般具有上层结构,其上部为0—40米的硅质层或硅化碳酸盐岩,下部为发育溶孔、近垂直针状溶孔的溶蚀孔洞层;渗流层之下为0—50米的潜流层,上部发育水平溶蚀孔洞的碳酸盐岩层,下部为岩溶塌积角砾岩和洞穴充填沉积。 研究表明,残积层是油气区域性运移的良好通道,渗流层有利于溶蚀性大油气田的形成;潜流层有利于内幕油气藏的发育。 图6 碳酸盐岩不整合面结构层模式 4.1.6.2 火山岩不整合结构层模型: 曹耀华(1996)对准噶尔盆地火山岩风化壳进行了研究,提出风化壳模型:A带为风化壳之上的沉积盖层,B带为风化壳上层,在该带往往发育一层薄的风化粘土层,厚0—17米。B带的孔隙度分布特征是,随深度增加,孔隙度逐渐增大至最大值。C带为风化壳下层,该带孔隙度随深度增加而逐渐减小至最小值。D带为致密火山岩带,孔隙度约为2—3%,向下孔隙度变化不大。前人研究表明,致密玄武岩最小孔隙度为0.3—1.4%,安山岩为2%,凝灰岩为6%,辉绿岩为0.47%。 碎屑岩不整合结构层壳垂向分带示意图 05101520孔隙度(%) A 沉积盖层 B 上风化壳 C 下风化壳 D 致密火山岩 图7 火山岩风化壳结构层模型 4.2 断层 断层以断裂带的裂缝系统为主,作为油气运移通道的质量好坏主要取决于断裂开启的程度。断裂开启程度高,断裂中的裂缝发育,滤渗空间大,有利于油气运移。断层的开启程度受断裂活动强度、断层性质、断裂充填物性质和后期成岩改造作用的影响。断层在石油运移和聚集中的作用是石油地质学的重要研究课题之一。近年来国内外学者用不同研究方法,从各个方面作了详细研究,在下列方面取得了一系列进展。 4.2.1 断层发育史研究----断层活动期确定 断层的演化过程常表现为静止和活动的交替,这种周期性变化是断层面动摩擦与静摩擦的差异引起的。当应力差积累到断面剪切应力超过静摩擦时,断层将再次活动。活动过程中,两盘的相对运动将 使部分构造应力发生应力释放,直到断面剪应力小于动摩擦为止,然后断层停止活动,重新开始构造应力的积累过程。天然地震就是活动能量较大的一次构造应力释放过程。构造应力的积累是渐变的、长期的,而断层的活动,能量的释放和构造应力的下降则是突变的、短暂的。而在这个应力释放的过程中,原先被封堵的油气就可沿着断层进行运移,在这个过程中断层起着运移通道的作用。断层活动期可由下面几方面来确定。 图8 断层活动期与静止期的周期性关系图 (1)断层上下盘厚度分析 生长断层上、下盘厚度分析可以定量反映盆地内不同地区、不同发育阶段的沉降情况,还可以反映生长断层上、下盘相对升降程度。 (2)古落差分析 生长断层古落差分析能定量描述生长断层的活动强度,即定量描述盆地内不同时期、不同部位的差异沉降大小。通过古落差分析,不仅能增进对沉积过程的认识,而且有助于分析构造对油气的圈闭作用。 ,生长断层的古落差( H)指的是生长 断层上盘地层厚度(H)与下盘地层厚度(H)之差,即上下 , H =H-H上下 (3)落差增量分析 断层各期古落差增量除以断层总落差,无量纲,揭示不同地质时期断层的活动强度。 (4)生长指数分析 生长指数是衡量生长断层活动程度的定量指标,侧重于衡量生长断层上、下盘的相对活动程度,生长断层生长指数定义为断层两边同一层上盘与下盘地层厚度的比值,即: ,,G = H/H式中: G为生长指数;H为上盘厚度;H为下盘厚度。 hf hf ,后来有人将此公式变为下式G=(H-H)/H hff ,,,,式中: G为生长指数,其中, G>0时,断层为正生长断层, G=0时,断层为生长断层, G<0时,断层为逆生长断层;H 为上盘地层厚度;H 为下盘地层厚度。 hf (5) 活动速率 活动速率也是衡量生长断层活动强度的一个定量指标,该指标比较客观地反映了生长断层不同地质时期地平均活动速度。生长断层的活动速率定义为某一地质时期内生长断层的上盘与下盘地层厚度之差,除以该地质时期的地质时间,即:V=(H-H)/t fhf 式中:V为生长断层活动速率; H、H含义同上;t为某一地质时期的地质时间。 fhf 4.2.2 封闭机理研究----断层封闭性确定,定性与定量。 断层封闭性是指断层与地层物性的各向异性相配合所形成的能够阻止油、气继续运移,使其聚集起来的新的物性和压力系统。它在空间上表现为两个方面,一是在侧向上,断层对穿过其断层面侧向运移的油、气封闭作用(断层侧向封闭性);二是在垂向上,断层对沿断层面垂向运移的油、气封闭作用(断层垂向封闭性)。对于断层垂向封闭性和侧向封闭性问题,许多学者,如Smith(1996)、陈发景(1989)、 陈立宫(1983)、Lindsay(1993)、吕延防(1995)、付广(1996)等都曾对此进行过大量的研究,取得了较深入的进展。然而,对断层垂向封闭与其侧向封闭之间的相互关系及其相互影响的研究,仍然是目前断层封闭性研究的薄弱环节。解决这一问题,不仅有助于断层封闭性的综合评价,而且可加深理解断层在油、气聚集中所起的重要作用。断层封闭性的好坏取决于很多因素,如断层几何形态及配置关系。近年来,考虑泥岩沾污因子、断层活动强度等定量参数。侯加根(1998)等采用模糊综合评价技术、灰色聚类技术等综合考虑影响断层封闭性的各种因素,包括与断层垂向封闭性和侧向封闭性有关的因素,对断层封闭性进行综合评价,从而确定断层封闭性的好坏。同时采用封堵面分析方法,分析断层面上不同部位、不同层位的封堵性,定量绘制出封堵面图。 付晓飞,付广(1999)通过研究断层面是否紧闭及对断裂带物质上下排替压力的分析,提出断层垂向封闭性形成的机理可分为两种,即断面压力引起的断层面紧闭封闭机制和由断裂带上下物质的排替压力差形成的封闭机制。影响断层垂向封闭性的主要影响因素是断面正压力、断面产状及断裂填充物的性质。通过对断层两盘接触岩层之间以及两盘与断裂填充物之间排替压力的相对大小和是否有泥岩涂抹层形成的分析,提出了断层侧向封闭性形成的3种机制:A:由砂泥对接形成的侧向封闭机制;B:由断裂带高排替压力形成的侧向封闭机制;C:由泥岩涂抹层形成的侧向封闭机制。而影响其侧向封闭性的主要因素有断移地层的砂泥比值、泥岩涂抹的程度和断裂充填物的性质。李亚辉(1999)通过对江苏油田金湖凹陷西斜坡典型复杂断块油田的解剖,认为断层封堵性的好坏直接受到断层的力学性质、岩性配关系和泥岩沾污带等三种因素的控制。相应的提出断层封堵的三种模式,即:主应力封堵、岩性配置封堵以及泥岩沾污带封堵。 岩性配置封堵形成的侧向封闭和砂泥对接形成的侧向封闭其实是一样的机理,是Smith(1966)的断层侧向封闭的经典模型。封闭的实质是由于砂岩与泥岩的直接接触,砂岩孔隙喉道半径小于与之对置的泥岩的孔隙喉道半径,所以按照排替压力定义(岩石中润湿相流体被非润湿相流体排替所需要的最小压力,它在数值大小上等于最大连通孔隙所对应的毛细管压力),泥岩应较砂岩有较大的排替压力从而阻止了油气通过断层面的侧向运移。 由此看出,只要砂泥对接使断层能形成侧向封闭,断层在垂向上也应是封闭的。否则,油气将沿断层面向上运移而散失,其侧向封闭性也就不存在了。此种情况下,断层由于无充填物,其垂向封闭性主要是由上覆的静岩压力和区域主压应力在断层面上产生的正压力作用于断层面产生紧闭作用而形成的。由上述分析可以看出,砂泥对接断层侧向封闭模型即直观,其封闭机理又可合理解释。这是广大石油地质工作者所能普遍接受的根本原因。然而,这一模型的适用条件是十分苛刻的,只能适用于无断裂充填物(即断层两盘以“面”接触)情况,而实际上断层无充填物以“面”接触的情况是难以找到的,无论是正断层还是逆断层,断层两盘由于断层错动所产生的构造应力对两盘岩石的破坏作用,使之或多或少存在充填物,即存在断裂带。这种情况下断层能否形成侧向封闭,已不再取决于断层两盘的砂泥是否对接,而在于断裂带的封闭好坏。其封闭机理主要是由于断裂填充物较两侧储集层有更大的排替压力,从而阻止了油、气穿过断裂带进行运移。根据目前研究,这种侧向封闭模型主要形成于以下地质条件。(1)当断裂填充物以泥质为主时,由于泥质颗粒细小,性软,在上覆地层重力的作用下,易压实成岩,使其致密程度增高,孔渗条件变差,排替压力增高。另外,泥岩在上覆重力的作用下,易发生塑性流动,堵塞其渗漏空间,也可使其封闭性增强而成为油、气侧向运移的遮挡物。(2)如果断裂填充物以砂质为主,虽然其致密程度差,孔渗条件好,难以直接成为油、气侧向运移的遮挡物,但是,只要其能在后期构造应力 的作用下发生颗粒的压碎作用使其颗粒变小,或者由于后期地下水所携带的矿物质将其胶结起来,或者由于后期油、气在其渗漏过程中发生氧化,形成了沥青塞等这些作用,都可以使其孔隙空间减少,渗漏空间被堵塞,排替压力增高,而成为油、气侧向运移的遮挡物。由上述侧向封闭机理及成因可以看出,只要断裂填充物能使断层形成侧向封闭,该断层在此处垂向上也是封闭的。因为这种情况下,断裂填充物 无论是以泥质为主,还是以砂质为主,它在此处已变成了致密带,尤其在上部盖层处,其孔渗条件不仅在侧向上变差,而且在垂向上更差。因为它要受到上覆地层重力和区域主压应力的作用,致密程度更高,排替压力更大,从而有断裂带排替压力大于断层两盘储层的排替压力,使其成为油、气垂向 运移的遮挡物。 由泥岩涂抹层形成的侧向封闭机制和泥岩沾污带封堵形成的侧向封闭其实是同一种机制的不同叫法。为了定量描述断层泥的分布,Lindsay等人(1993)把泥岩涂抹层的连续性与泥岩涂抹系数联系起来,泥岩涂抹系数(SSF)是指断层位移(L)与沿一个倾向横剖面内的断层面所发生明显位移的泥岩厚度(H)之比,即SSF=L/H。通过对特立尼达滨外哥伦比亚盆地蒂克油田和普伊油田的研究表明,在泥岩涂抹带内,只要SSF不超过4(被断移地层泥岩百分比不小于25%)就维持空间连续性,就起着封堵油气的作用。但是,国内一些研究者通过对大量油田的分析解剖指出,有效封闭泥岩厚度(指被断地层中泥岩累积厚度最好不小于25%)有固定的界限值,而泥岩沾污因子则无统一界限值,各油田内泥岩沾污因子封闭界限值不同的主要原因,是受断层落差和被断地层中泥岩累积厚度的控制。 主应力封堵是研究的较少的一种断层封堵模式。断层的形成、演化与地壳中的主应力状态息息相关。它不仅决定了断层的活动方式和展布特点,同时也决定了断层封堵性的好坏。根据主应力的性质、方向和大小进一步将主应力封堵模式划分为三个亚类:主应力性质封堵模式、主应力方向封堵模式和主应力大小封堵模式。由于主应力性质的不同,会导致断层具有不同的活动方式:正断层、逆断层和走滑断层。事实上我国东部油田较少发育逆断层。正断层和走滑断层与封闭性的关系也很明显。勘探开发的实践证明,走滑断层的封堵性优于正断层。这是由于正断层是张应力的产物,断层滑动距离较短(一般几十至几百米),而走滑断层为扭应力的产物,滑距较大(多大于1.5km),在滑动的过程中,断层两盘的岩体长距离地相对错动和研磨,往往在断面上形成大量的断层泥,并在纵横两个方向封闭油气。主应力封堵模式是指由于断层走向与最大主应力方向之间的关系不同,会导致断层具有不同的封堵能力。研究表明,断层走向与现今最大水平主应力方向近垂直,断层封闭性好;与现今最大水平主应力平行,断层封闭性差;与现今最大水平主应力斜交,封闭性介于两者之间。主应力大小封堵模式是指地壳中三维主应力的大小决定了断面所承受正应力的大小,进一步决定了断层的封闭性。断面所承受的正应力是指断面的两盘相互之间的作用力(王平,1994)。它不仅考虑了重力的作用,同时也考虑了水平应力的作用。断面所承受的正应力越大,两盘挤压越强烈,封堵性也就越好;反之,封堵性较差。断面的紧闭程度是影响断层垂向封闭性好坏的一个关键因素,若断面紧闭,断层垂向封闭性好,油气不能沿断层面作垂向运移,否则,断层开启,断层作为油气运移的通道。断层的紧闭程度可用断面所受正压力来衡量,吕延防(1996)提出一个计算公式: P,H(,,,),0.009876cos, rw 3,式中P为断面所受的正压力,(Mpa); H 为断面埋深,(m);为上覆地层的平均密度,(g/cm);r 。3,为地层水密度(g/cm);为断面倾角()。 ,w 当断面所受正压力大于泥岩的变形强度时,因泥岩变形而导致断层裂缝愈合,由此造成断层垂向封闭,否则断层垂向开启。 付广在1998年提出了另外一个计算公式: N,Z(,,,)cos,,,sin,sin, w1 52,,式中N 为 断面所受的正压力10Pa;Z 为断面埋深m; 为上覆地层的平均密度kg/(cm?m); w 。。2,,,为地层水密度kg/(cm?m);,为断面倾角(); 为区域主压应力; 为 与断层走向夹角()。 11 此外,还有产状配置封堵模式、时间配置封堵模式和剪切带封堵模式。产状封堵模式是指控油断层产状与储层产状相反的情况下形成对油气的封堵。也可以说是控油断层的封堵性和封堵能力主要受储层产状与断层产状相反的控制,即通常所说的油气富集主要受反向屋脊断块的控制。这种封闭模式,是 断块圈闭发育较多,分布较广,人们认识也较早的一种断块圈闭类型。时间配置封堵模式是指控油断层的封堵性和封堵油气的能力,主要受控油断层发育时期与油气运聚时期的匹配关系。若两者匹配得当,油气极为富集,若两者匹配不得当,则无油气聚集。研究表明,在油气大量运聚期之前已停止活动的断层,在多数情况下都具有较强的封闭性,能使油气在这些断层附近聚集起来,形成高产油气藏;相反,在油气大规模运聚期间或之后仍强烈活动的断层,一般说来,封闭性都较差,特别在纵向上常具有开启性,不能使大量的油气在这些断层附近聚集起来形成油气藏。若断层切割了早期已形成的油气藏,储层中的油气可沿断层向上运移,在浅层聚集起来形成次生油气藏。剪切带封堵模式是指控油断层的封堵性和封堵能力,主要受同生断层发育过程中泥岩塑性流动所形成的泥质剪切带的控制。剪切带是在同生正断层两盘沉积物尚未固结成岩的特定的地质条件下,形成的一种特殊类型的断层岩。这种断层岩不仅碎屑结构致密,颗粒较细,其中的细颗粒常均一化,定向排列,断层岩中常含大量泥质,孔喉半径很小,孔渗能力很差,对油气水的封堵能力很强,是油气水的良好遮挡面。剪切带封堵模式,在我国东部伸展构造发育的地区,是一种重要的断块封闭类型,而在走滑断裂发育的地区这种封闭模式则相对较少。 4.2.3 断层运移通道模式 由于断裂活动开启形成油气运移通道,以断裂带中的裂缝系统为主,是油气进行二维垂向运移最常见的一种通道。这种运移通道主要形成于断裂活动期间,其作为油气运移通道的好坏,关键在于断裂开启的程度。断裂开启程度越高,断裂中的裂缝越发育,渗滤空间越大,越有利于油气运移;反之,裂缝不发育,则不利于油气运移。而断层开启程度除受断裂活动程度、断层性质制约外,还要受到断裂填充物性质及后期成岩改造作用的影响。断层可独立作为油气运移的通道,但更多的情况是与其他运移通道组合形成运移通道。如与砂体组合成砂体—断层运移通道模式;与不整合面组合形成不整合面—断层运移通道模式;与砂体、不整合面组合形成砂体—断层—不整合面运移通道模式。 16Moretti I.利用TEMISPACK 软件进行了数值模拟计算,确定断层及附近高渗透率破碎带烃类运移的数量。影响流体流动诸因素: (1)断层带的宽度或厚度; (2)断层和运载层的连通性; (3)渗透率间歇性增加时断层开启的时间。即使当断层非常窄(仅2 m ),开启时间短和中等渗透率(,10 mD ,断层也大大影响了烃类的运移。在狭窄的短暂开启断层中,流体流动性较强,但循环的流体数量仍基本相同。运移通道的交点是断层和运载层的连接点,与断层的本身渗透性相比,这种交连对烃类运移的数量具更大的影响力。对于孔隙岩石中烃类运移来说,狭窄断层带比厚层的输导层更为有效地使烃类运移到储层之中。 断层研究对于油气勘探与开发以及油气富集区的预测有重要的理论和实际意义。但是对于地质历史时期封闭性问题,特别是油气成藏时期如何判别和确定控油断层是否封闭的问题,尚是难点。 4.3 通道的组合形式 输导层在地质空间的存在往往是以相互组合的形式存在。按照空间组合形式,分为下列四种: 砂体——不整合面组合:是凹陷中生成的油气向古隆起侧向或斜向运移的主要通道。这种组合形式输导层的油气运移不仅受到 砂体形态 的控制,而且还要受到不整合面的分布形态的控制,是油气在地下进行长距离变方向侧向运移的良好通道. 砂体——断层组合:这种组合形式是油气在地质空间中即进行侧向运移又进行垂向运移的立体网络通道,是凹陷中生成的油气向侧向古隆起之上的各种圈闭进行运移的主要通道。这种组合形式的输导层 仅仅在断裂活动过程中对油气运移起作用,当断裂停止活动之后,断层逐渐封闭,开始起遮挡作用,此时只有砂体能起侧向通道作用. 图10 受单一通道控制形成的油气藏成藏模式 不整合面——断层组合:是生油凹陷向古隆起侧向运移的主要通道,受断层封闭性的影响. 砂体——断层——不整合面组合:油气运移通道对油气成藏的控制: 单一输导层控制形成的油气成藏模式:连通砂体输导层控制形成的油气成藏模式,主要形成地层超覆、岩性尖灭断层遮挡圈闭等油气藏。它们主要分布在盆地或凹陷中的古隆起斜坡上或盆地(凹陷)的斜坡上。 图11 受组合通道控制组成的油气成藏模式 不整合输导层控制形成的油气藏成藏模式:主要形成基岩风化壳圈闭油气藏。主要分布在盆地或凹陷中的古隆起上,凹陷中生成的油气沿不整合面斜向向古隆起顶部的基岩风化壳圈闭中运移聚集。 4 油气运移方式 1、油气二次运移主要呈游离相,油气在运移时选择最小阻力方向运移,也就是沿最大孔隙喉道所组成的通道运移。油气在储层中进行二次运移,其油气必须达到一定的数量后,油气柱高度所产生的浮力,才能克服毛细管力而运移。 2、油气运移可分为两种形式:?、构造活动平静时期,烃类以分子扩散穿越盖层或沿断层面以渗流方式缓慢运移;?、构造活动活跃期,油气在地震泵排驱机制作用下的混相涌流方式沿断层面运移。在构造活动平静期,烃类在构造过程中经过地质色层效应、分馏效应而发生组分的变化,分子直径较小的CH随运移距离的增大明显增加,在中浅部形成含有大量天然气的油气藏。构造活动活跃阶段,地4 震泵作用机制将地下深处的烃类输送进入断层,以较高的油气比运移进入中浅部的圈闭,由于浅部压力、 温度低,含烃流体发生分离,大量气体析离出来与原来的天然气溶在一起,形成了含有过量天然油气藏。后来,由于沉积作用地层压力增大,呈游离状态气顶气,溶于液态石油中使油藏出现高饱和压力。 5 散失量计算 5.1 二次运移散失量模型 二次运移散失量模型是指油气在二次运移过程中残留在运移通道上的油气量,以及由于扩散,吸附等作用造成的油气损失量。散失量与运移效率相反,散失量越大,运移效率就越低;反过来,运移效率就越高。 实验分析与野外勘察表明,散失量与二次运移距离、残留油饱和度、运载层孔隙度等诸多因素有关。Mackenzie 和Quigley(1988)提出如下计算散失量的公式: V =V? ?S (1) ,lostpathr 33V:残留在运移通道上的油的体积,m; V:运载层通道(运载层)的体积, m; :运载层的平,lostpath 均孔隙度,小数;S:运载层中残余油饱和度,小数。 r 上式中运载层的体积与运移距离L有关,因此上式可改写成 V=L?A? ?S (2) ,lostr 2L:运移距离,m;A:运载层平均横截面面积,m;其他符号同上式。 Schowalter(1979)认为,烃类在运载层中运移,仅通过运载层上部几ft(1ft约相当于 0.3m)的厚度,在运移油串的后方,小的分散油滴将留在运载层中成为残余油,使油串长度逐渐减少,以致于水动力和浮力也不能克服毛细管力,这时油串就停止运移。要使油串继续运移,必须有烃类从下倾方向不断地补给。他认为在均质的条件下,运移通道位于运载层顶部,残余油也集中分布在运载层的顶部而并不是分布在整个运载层中。如果从盆地规模上看,油气沿运载层垂直于地层走向朝上倾方向运移时,也主要集中在有限的运移通道上。England等(1987,1993)认为,油气运移主要集中在少数的“高速公路”上,这些“高速公路”占运载层空间的比例约10%左右。综合Schowalter和England 等人的观点,可以得出油气只在运载层的少数空间上运移,因而式(2) 应修改为: V=L?A?P?, ?S(3) lostpathr P:主通道系数,小数;其余符号同式(2)。 path 式(3)中的主通道系数是指运移通道总体积占运载层总体积的百分比。如果仅从剖面上看,可取10%--20%,但若再进一步考虑平面上的分布,则这个系数应不大于10%。 5.1.1 运移距离 运移距离越长,散失量就越大。在不同的盆地或不同的含油气区,运移距离是不同的。Leverson(1967)研究认为宾夕法尼亚砂岩中油气运移距离长达120公里; Halbouty(1970)通过对加拿大的巨大的Athabasca 沥青砂研究,认为该地油气运移距离为100公里;Sluijk 和Nederlof(1984) 给出了一个小到几米大到几百公里的区间值;Demaison 和 Huizinga(1991)得出了一个约小于30km的运移距离。谢泰俊等(1997)认为中国珠江口盆地惠陆、东沙地区油气运移距离可达60km 以上。长距离运移残留了大量的石油。研究运移距离的关键是找准运移路径。 5.1.2 残余油饱和度(残留油饱和度) 残余油饱和度越大,散失量也就越大。关于残余油饱和度的大小,存在的分歧较大。Schowalter(1979)认为在10%--30%之间;McAcliffe(1979)认为需要30%才行;Botset (1940)在砂岩中双向流动的实验证明,20%是油在砂岩中运移的临界饱和度值;England(1987,1993)认为在运移通道中油的饱和度约为50%;Thomas和Clouse(1995)通过实验得出,油垂向运移的饱和度为5%--10%。侧向运移的饱和度约为12%--15%。目前,一般倾向于认为20%是比较合理的数值。Mackenzie 和 Quigley (1988)建议在计算油气散失量时要使用类比法,即应用地质条件相似地区的勘探成果。根据他们的研究成果,认为典型的残留油饱和度系数为0.02 (相当于20%的饱和度和10%的主通道系数之乘积),允许误差为0.01。以上系数不仅适用于油,也适合于气的计算。 5.1.3 运载层平均孔隙度 运载层平均孔隙度也是影响散失量大小的重要参数。因为油气运移通道往往是运载层中孔隙度较大、渗透性较好的那些连通孔隙,因此,不能用整个运载层的平均孔隙度计算散失量,而应使用运移通道上的平均孔隙度。如果运载层是均质的,则可取运载层的平均孔隙度;如果是非均质的,建议取运载层平均孔隙度的1—3倍,因为通道上的孔隙度一般较大。 5.2 残余油饱和度的影响因素 运载层中孔隙网络、沉积结构,以及运移过程中的油气性质(成分),都是影响残余油饱和度的重要因素。 5.2.1 孔隙网络 孔隙网络是指孔隙与连通孔隙的喉道之间构成的孔隙空间网。孔喉(孔隙与喉道)之间的三维几何关系,不仅控制着地层中流体的流动,同时也控制着运载层中残余油饱和度。 (1)孔隙度:孔隙度越小,残余油饱和度越大(见表3)。从表中可见,通过喉道的最低饱和度随孔隙度的减少(从20%到3.9%)而增大(从24.5%到91%)。 (2)孔喉半径比:在总孔隙度不变的前提下,孔喉半径比越大,油越不易通过喉道,残留下的油就越多;反之,孔喉半径比越小,喉道半径相对越大,油就越易通过喉道,残留油就越少。 (3)非均质性:在非均质性的孔隙网络中,油只集中在少数的主通道上运移,残留的油就少得多,因而主通道系数就小。反之,如果运载层是均质的,主通道就不突出,油可能在运载层中较大的范围内运移,残留下的油就多,主通道系数就大。Mann等(1997)在储集层的排替压力实验分析及计算后得出,单形态模型(均质性)的最小饱和度为53.8%;双形态和多形态模型(非均质性)的最小饱和度分别为15.2,和17.8,。说明非均质性可大大降低残余油饱和度。 表 3 突破孔喉的最小含油饱和度(据England等,1987) 样品 孔隙度,% 饱和度,% Yorkshire Deltaic SS1 9.2 59.6 Yorkshire Deltaic SS2 6.5 91.0 Yorkshire Deltaic SS3 3.9 56.0 Millstone Grit 6.7 65.3 Costwold Oolites 15.1 47.8 Berea Sandstone 20.0 29.0 St.Bees Sandstone 18.0 24.5 5.2.2 沉积结构和运移油气的组分 在典型的亲水储集层的油水系统中,残留油量的大小与沉积结构有关。Ringrose和Corbett(1994)通过模拟与比较非均质结构岩层中影响互不相溶油水的活动状态,认为由于地下流体的流速和沉积结构的不均质性,导致毛细管力能够阻止相当数量的油通过。从图中分析可知,残留油饱和度在40,--65,之间。运移过程中的油气组成(成分)与残留油量的大小有关。众所周知,油气成分与油(气)水表面张力和润湿角有关,即与毛细管阻力有关,轻质油气的毛细管阻力较小,易于流动,因而残留量就少;反之,重质组分残留下的量就多。但是,运移过程中油气的组分是很难定量的,所以它们对残留油饱和度的影响还有待于进一步研究。 6 油气藏类型研究现状 油气藏类型研究是油气成藏研究的一个基础内容,是分析油气成藏机,建立油气成藏模式,从而弄清油气分布规律的前提条件。油气藏类型的研究通常包括:油气藏类型的划、分布及成因。为此,国内外石油地质学家做了大量的工作,从不同角度,提出了上百种油气藏分类 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ,并对各种类型的油气藏类型做了大量细致的分析和描述。北京石油勘探开发研究院胡见义教授等人将国内外所有的油气藏分类方案总结为以下五种分类方法: 1)圈闭成因法:以美国Levorsen为代表,分为构造、地层和混合三大类型油气藏; 2)按储集层形态分类法,以前苏联BPO Ц.и.О为代表,分为层状、块状和透镜状等油气藏; 3)以圈闭形态为主,成因为辅的分类法,由苏联Cemehobич等人提出,分为油贮顶油弯曲,侧向遮挡和岩性封闭等三大类型; 4)烃类相态分类法,分为油藏、气 油藏、带环油气藏、气藏和凝析气藏等十大类; 5)油气产量和储量规模大小分类法,分为工业性、非工业性以及小、中大和巨型油气藏等。 此外,还有根据储层空间类型划分油气藏:碎屑型的常规油气藏、裂缝型、溶蚀孔隙型、裂缝—溶洞型等非常规油气藏;根据油藏原油比重划分油气藏:轻质油藏、重质稠油油藏、沥青油藏等。所有这些分类方案都是片面性地从某一方面考虑,而没有较全面地从各种地质条件出发,考虑油气藏的圈闭成因、形态、规模大小甚至控制因素。 在研究陆相盆地的油气藏类型划分时,首先要搞清陆相盆地的成因地质条件和特点,并从勘探实际出发。油气藏分类的基本原则应以圈闭成因、形态和遮挡条件为依据,以圈闭成因为分类 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 ,而以圈闭形态、遮挡条件和储集岩类型作为划分亚类和细亚类的依据。既要考虑分类的原则和标准以保证其科学性,又要结合勘探实际以保证其实用性。 鉴于这些分类的原则和依据,我国石油地质学家把中国陆相盆地油气藏分为四大类二十一个亚类三十二个细分类,并分别阐述各类油气的主要特点。四个大类分别是构造型、非构造型、混合型和水动力圈闭。构造型圈闭油气藏主要由构造运动(包括褶皱、断裂和底辟作用)和沉积作用而形成,相应地可分为背斜油气藏(挤压背斜、逆牵引背斜、披覆背斜、底辟拱升背斜)和断块油气藏(断鼻型、断块型和断层型);非构造型油气藏主要是由沉积、地层不整合、削蚀作用和地层超覆作用等因素形成的,其形成的基本要素可归纳为三条线和三个面,三条线就是岩性尖灭线、地层超覆线和构造等高线,储集岩体的三个面是地层不整合面, 底板面和断层面,这六种要素分别有机配合,使形成相应的岩性型油气藏(储集层上倾尖灭型、古河道砂岩型、透镜状型、裂隙层间缝型、生物礁块型、储层物性封闭型)和地层型圈闭(地层超覆型、不整合型、地层不整合“基岩”型)。混合型油气藏是由褶皱、断裂、沉积、地层超覆和不整合等因素相配合而形成的,成因复杂,分布较为广泛。混合型油气藏是褶皱、断裂、沉积、地层超覆和不整合等诸多因素相配合而形成的,成因复杂,分布较为广泛,是陆相含油气盆地中较为常见的油气藏类型(背斜—岩性型、断层—岩性型、地层—断层型、地层—岩性型)。非动力油气藏是一种特殊类型油气藏,主要是由于油气运移过程中所受动力水压力与浮力达到一种平衡而形成的。这种类型的油气藏形成于地层产状微度弯曲的构造鼻和扭曲带,单斜储集岩性不均一和厚度变化带以及地 层不整合附近均可形成。水动力油气藏的油水边界在平面上与构造等高线相交,在水压等值线上相应为低水压和低位能区,而在破面上油水界面倾斜,呈“悬挂状“,又称为”悬挂式“油气藏。单一的水动力因素油气藏很少,多数请况下水动力遮挡与岩性、地层、断层等其他因素配合而成为复合型油气藏。 上述油气藏类型的划分和分析体现了目前油气藏类型研究的最高水平。目前,根据油气藏原油比重来研究油气藏类型越来越受到国内外学者们的关注。按原油比重来划分油气藏类型可分为轻质油藏、重质稠油油藏及沥青油藏等。其中重质油藏的研究发展迅速,已经初步形成了一些关于重油油藏的成因、分类和分布特点的理论,粗略的分为边缘氧化型、次生运移型、底水氧化型和风化抬升型等重质稠油成因类型。 7 地温场与地压场的研究现状 在油气成藏机理的各种因素研究中,地温和地层压力及构造应力的研究越来越受到学者们的关注。通过研究古地温、热史、地层压力、地应力与油气形成的关系,揭示地温场、地压场与地应力场与油气分布的关系。其中研究最多的要数地层压力与油气成藏的关系。一批地层压力研究的专著,近几年来,特别是流体压力封存箱理论的提出,把地层压力的研究推向一个高潮,使地层压力的研究渐趋成熟。在AAPG杂志(1990)的第一期地层压力与地层流体之间的关系以系统化的理论形式确定下来。Hunt在统计研究全球180个沉积盆地的地层压力后,发现绝大多数的沉积盆地存在异常地层压力,当存在异常地层压力的区域被各种致密层封闭后便形成流体压力封存箱,而流体封存箱与油气的分布密切相关。流体封存箱可分为超压封存箱与减压封存箱。超压箱内的有机质大量向油气转化,生成的流体既可通过封闭层的间隙式破裂而以垂向运移方式聚集于紧邻封闭层之上的储基层中,也可以在箱内的低压区聚集,因此,Hunt认为紧邻封存箱的储层及箱内低压区是油气聚集的良好场所。北海的格罗林根大气田深部油气藏的分布就是一例证。目前 ,这一理论也被应用到沉积盆地的地压研究中,其中不少取得良好的效果。对于地层压力的研究方法不断发展,利用声波资料进行的泥岩压实曲线法、地震波速度预测地层压力等是近十年来发展起来的新方法。 地压场是指一定地质空间范围内地层压力及其分布特征,一般由正常压实带、异常高压带、异常低压带组成。地压场不是孤立存在的,通常情况下和温度场(地温场)配合共同影响并控制油气藏的形成与分布。地温研究包括古地温研究和今地温研究,而油气形成过程绝大多数发生在漫长的地质历史时期,因此地温对油气的控制主要是指古地温,即地质历史时期的地温分布和演化特征。今地温的研究是分析现今地温的分布和形成机制,一方面服务于地热能源的开发和利用,另一方面也可用于反推古地温的演化特征。地温场对油气分布的控制作用主要体现在地温场与烃源岩的空间匹配关系,热史与烃源岩的演化之间的关系。这是因为高地温场有利于有机质向油气转化,促进粘地土矿物脱水,引起水热增压和可塑性岩石发生流动,刺穿以及岩浆活动从而增大地层压力,所有这些因素都严重影响着油气的生成、运移和聚集成藏。目前,对古地温的研究方法不少,主要有镜质体反射率法、包裹体测温法和磷灰石裂变径迹法等实验的方法,还有结合烃源岩的生排烃史的数值模拟法。 由于地温与地压的密切关系,有人把地温、地压系统在垂向上看成是叠合式温压系统,这种叠合式温压系统以可分为高压型和低压型两种。但是这种地温、地压的综合研究并末讨论地温—压系统与油气的关系。在一定方向的强大地应力作用下,形成大量的各种构造圈闭,除此之外,还会影响有机机质向油气的转化,而且促进地下流体的运动,或者形成油气藏,或者改造、破坏油气藏。岩石在塑性变形阶段,由于剪切应力作用,在泥岩中产生解压作用而形成大量微裂缝。在塑性变形过程中,生油岩的矿物万分及有机质都会产生力学化学变化。地温场、地压场与地应力场及相关性,并非彼此孤立,对油气藏形成分布有重要不得控制作用。目前,石油地质学家们都趋向于对“三场”进行综合分析。尽管“三场”相互关联,对油气藏形成和分布有着重要的控制作用。但是其中具体的作用机制仍末弄清。 8 成藏史的研究现状 随着油气藏成藏机理研究的不断发展,油气藏的动态研究越为越受到众多石油地质学家的重视。油所藏的动态研究就是运用动态的观点,以速率为主线,结合油气藏的形成 的各种地质要素和地质作用的动态过程及其时空配置关系来研究油气藏的动力学过程和成藏演化史(即成藏史)。而油气藏的成藏历史分析就是在油气生成、运移、聚集成藏和保存过程中,分析油气生成、运移及聚集成藏的地质时期和发生的次数,并确定关键的油气生成期,关键运移期,从而确定其关键成藏期。进行油气成藏史研究,是油气成藏机理的核心内容之一。在理论上可以促进油气成藏研究的发展,进一步弄清成藏的根本机制,从而丰富和完善油气成藏理论,在实践中进行油气区预测,选择勘探目标,指导油气田勘探。 成藏史研究近年来兴起了一个成藏机理研究的新领域,由于研究技术和手段的不断提高,尤其必史的研究发展非常迅速,逐渐成为当今成藏研究的热点之一,相继诞生为大量的研究新方法和新手段。除了传统的构造演化史、圈闭形成史及烃源岩的生排烃史和饱和压力推测法等方法外,还提出了储层有机岩石学(流体包裹体法和团体烃类法)。成岩矿物的同位素分析法(成岩矿物和包裹体的K/Ar同位素分析法) 和油藏地球化学法等三大类革新研究方法,形成了一整套以构造演化史、埋藏史、热演化史、沉积成岩作用序列分析为基础,以包裹体分析法、K/Ar同位素法和油藏地化分析为支柱的成藏史研究方法。研究的准确性,从传统的定性和推测性研究,逐渐向定量的、半定量的研究发展,从而大大提高研究精度。下面重点谈一谈储层有机岩学法、成岩矿物同位素分析法和油藏地化地化法三大类方法。 8.2 储层有机岩石学 主要是运用流体包裹体(特别是有机包裹体)和固体烃类(沥青)的研究。流体包裹体中 记录 混凝土 养护记录下载土方回填监理旁站记录免费下载集备记录下载集备记录下载集备记录下载 着烃类流体和孔隙水的性质和组分、物化条件和地球动力学条件。因此,在一定地区水平和垂直方向上进行有规律取样,对储集层成岩矿物中的流体包裹体进行类型特征、丰度和组分等对比研究,可以大致确定烃类流体运移的时间、深度和运移相态、方向和通道。许多储集岩中含有固体烃类(固体沥青),对固体烃类进行有机岩石学和有质地球化学的分析可以提供油气藏被改造、破坏的信息。 我国目前主要从生、储、盖、运、聚、保等各项参数的有效配置关系,并根据构造演化史、圈闭形成史和烃源岩生排史来大致确定油气藏形成时间和成藏演化特征。但根据这一思路来推断油气藏的形成时期和过程,对于多油源、多成烃期、多构造运动期及多次成藏的复杂油气探区是远远不够的。储层流体历史分析法可以将宏观和微观、静态和动态、定性和定量、流体和固体研究密切结合,为含油气盆地的石油地质评价和深一层次的成藏机理认识提供更科学的地质基础。自80年代初,随着储层研究的发展,我国将流体包裹体研究广泛应用于石油地质研究领域。在冷热台上通过显微观测,可以测定流体包裹体的均一温度,结合地层的时—温埋藏曲线,就可以估计自生矿物包裹体的形成时间,通过对包裹体烃类的直接的地球化学测试,可令人满意地研究储层包裹体中烃类的母质特征及其成熟程度,以及有效地研究油藏注入历史及油源问题。利用包裹体资料进行油气运移路径、注入时间和方向的推测、计算和判断,其主要方法通常是在流体包裹体均一温度确定的基础上,根据今地温或古地温梯度来推测其形成的古埋深,或是通过成岩序列的研究来大致推算包裹体形成的时间。 油气注入油气藏的历史研究是油气机理研究的重要课题,流体包裹体技术已成为解决这一问题的有效方法之一,得到广大石油地质家的重视,但其中的许多方法及有待进一步探索和完善,尤其是如何使注入史分析真正地进入定量化,是大家共同努力的方向。流体包裹体均一温度在石油地质领域右用于研究成岩作用和成藏作用的时间、排烃、油气运移、沉降历史和古热流特征等。在研究过程中,应在均一温度测定的同时进行流体万分、盐度、压力以及有机地球化学测试,全面地应用烃类包裹体测试技术了解原始流体的整体特征。尤其是结合精细的埋藏史恢复是将盆地模拟技术应用于成藏研究的有效途径之一。通过对自生包裹体内烃类的Gc和Gc/Ms分析,可提供原油母质、油气运移、聚集期次的硬多信息,这对于多油源、多成烃期、多构造运动期及多次成藏的复杂油气探区具有重要意义。 8.2 成岩矿物的同位素分析 成岩矿物稳定同位素地球化学分析为判断古流体的成分、性质、来源提供了证据。成岩矿物和流体包裹体同位素年代分析提供了矿物和流体包裹体的形成时间。当烃类充填到储集层,储集层中自生矿物形成作用使受到了抑制或中止。砂岩储层中自生伊利石是烃类充填储层前最晚形成的,储层中自生伊利石仅在富钾的水介质环境下形成,油气进入后伊利石形成过程便会停止。因此,可利用砂岩储层中自生伊利石的同位素年龄来判断油气藏的形成 时间,即烃类充填介质层的时间应晚于自生伊利石的同位素年龄。根据平面上和剖面上自生伊利石的同位素的年龄分布可以判断成藏的速度以及烃类运移的方向。其中K/Ar同位素法是目前应用最多的成藏史研究方法之一。K/Ar同位素测率法的具体计算公式如下: 40,1Ar*t,ln((),1) 40,,ek -10404040-1040上式中: =5.543×10/ 年,为 k 衰变为Ca和k的总衰变常数ie=0.581×10年,是k,, 404040衰变为Ar的衰变常数。k和Ar分别为高效时性元素的含量。上式成立的条件: 40?体系在形成时没有继承性的Ar 存在; 4040?形成以来,始终是一个封闭体系,即没有k和Ar的损失和加入,K/Ar测年法不仅可以揭示沉积成岩作用的时间,还可以指示油气生成与运移的主要时期。 8.3 油气藏地球化学 根据油气藏地球化学描述认识油气藏非均质性,从油藏非均质性推断储层中烃类流体充注史,判断烃类注入方向和时间。分析油气水界面的位置及其变迁史,阐明油气藏演化史。另一方面,通过油气藏地球化学来定量评价二次运移和认识油气藏分布规律利用原油中生物标志化合物的组合分析来反映油气成藏史,是油藏地化研究成藏史的一个有效方法,这在济阳坳陷中的孤南洼陷和利津洼陷研究中已获成功。 在油气成藏史研究中,伊万尼科夫(俄罗斯)最近提出一种研究油气成藏持续时间和强度的定量化方法值得注意。在方法中,他认为如果某一圈闭里至今还继续有石油和天然气聚集,那么这一油藏时间段,包括油气聚集多次聚集的多次暂停期。对于油气藏的形成强度可由下列公式确定: Qj, S, 上式中:Q—油气藏中烃的储量,m3 S—圈闭中油气的聚集面积,即含油气面积,m2; —油气藏的持续时间,Ma; , j—油气藏形成强度,(m3/m3)/Ma 研究结果表明: 1) 初次油气藏形成于持续了若干时间段的地质时期里(从几百万年到几个方面); 2) 油气藏形成的开始阶段与初始分散份额从下伏源岩层进入油气藏在时间上是一致的: 3) 在相应深度、甚至更大深度上,烃的聚集与生烃和烃运移是平行进行的,也与烃藏在业已存 在的圈闭的形成是平行进行的。 4) 在主要油气生成带形成之后,含油气盆地的生烃过程减弱或结束,但圈闭中的烃聚集仍要持 续一段时间; 5) 二次烃藏形成的持续时间由构造新圈闭的更年轻的地层来确定。 以上关于油气成藏史研究的新方法和新进展,较以往有很大进步。但是究其研究精度和准确性而 言,还末达到人们对成藏史研究的要求,许多具体问题并末深入探讨研究,如成藏史的具体过程,具体环节,每一阶段的特征如何及关键阶段的分析等都是研究中非常薄弱,这也是今后成藏史研究的发展趋势所在。 9 油气系统的研究现状 含油气系统分析是近几年来兴起的一种油气评价和预测新方法。自1972年,W.D.Dow在丹佛召开的AAPG年会上首次提出“Oil System”这一概念后,Perrodon于1980年首次提出“含油气系统(”Petroleum System)。此后,含油气系统作为一种新方法用于石油地质综合研究。所谓含油气系统是指作用于一定地质时间和空间范围内的油气生成和运聚集成藏的物理和化学动态系统(Demaision,1991)。一个含油气系统是一个层序的概念,是指某一含油气盆地(凹陷)内,与一个特定源岩层系相关的产油气层序单元,其顶受区域盖层所限,底受底层烃岩所覆盖的储层所限。系统内烃类的生成、运移、聚集等过程决定其油气的分布,不受系统外任何过程的干扰(Klemme,1991)。含油气系统有特定的区域、地层及时间展布范围(Magoon,1992)。综上所述,地一定的地质时空范围内,一个含油气系统包括所有与油气藏形成有关的地质要素和地质作用,系统强调的是这些要素和作用的相互依存性,各要素之间,各地质作用之间以及地质要素和地质作用之间都必须呈某种适当的时空配置关系,才能使烃源岩中的有机质转化为油气,并经过运移、聚集而成藏。在含油气系统分析中,通过埋藏史曲线图揭示成藏关键时刻和各种地质要素,而根据关键时刻绘制的平面图和剖面图展示地质要素的空间关系,通过含油气系统成藏事件图展示地质要素和地质作用的时间关系,并展示系统的持续时间和保存时间。含油气系统的区域展布范围是由成熟源岩及在二次运移发生时来该源岩的各种常规和非常规的油气藏界限所圈定。关键时刻是源岩处于最大 埋深的时刻,持续时间是形成一个含油气系统所需的时间,保存时间指烃类在该系统内被保存、改造或被坏的时间段。保存时间在油气生成、运移和聚集作用完成后开始,若在保存时间内构造活动轻微,则油气藏仍保留在原来位置,否则在强烈的构造活动下,油气藏遭到破坏,也就没有相应的油气系统存在。在我国,六十年代,由胡朝元同志曾在《松辽盆地若干石油地质理论问题》报告提出“成油系统”的概念,与西方含油气系统十分相似,也是强调油气的生成、运移、聚集成藏的石油地质条件和成藏过程,指现某种成藏条件和成藏作用必须在时间和空间上密切配合才能形成油气藏。到了八、九十年代,特别是近几年,随着油气系统分析的广泛应用并在实践中不断取得成功,油气系统方法研究在国内外进展很快,从而产生大量油气系统研究的新技术、新方法,例如地球物理资料在油气系统预测中的应用等。 利用地球物理资料研究油气系统,主要是通过声波时差资料和地震速度资料来分析并确定异常地层压力及其分布。从而进一步分析异常压力与油气生成、运移、聚集成藏的各种成藏因素和成藏作用的关系,以达到对油气系统进行定量化研究预测油气系统分布特征的目的。目前这一研究方法仍在探索之中,一种新兴的研究方法是利用耗散理论和自组织理论等现代系统思想来进行系统研究,其中地球化学自组织方法就是较为成功的一例。这种方法把油气系统作为一个开放体系来考虑,认为其中油气的生成、运移、聚集和保存等油气运动遵循组织规律,若掌握了油气运动的自组织规律,完全可以预测系统内油气分布。 对于油气系统的划分和分类,目前国内外学者普遍认为,在组成上纵向上可分为生成子系统和运移捕集子系统,而在区域上划分,一般可分为陆相油气系统和海相油气系统,前者由于陆相含油气盆地的地震条件和构造背景有差异,又可划分成各种陆相盆地类型的油气系统,而海相油气系统的生油层巨厚且分布广,储集岩体均质性强,连通性好,极易形成巨型、超巨型油气系统。除了上述分类方案,还存在目前较流行的现种分类方法:构造分类和成因分类。前者可分为大陆裂谷型、地台型 和造山带型,而后者则根据油气系统成因的三大地质因素:?油气充注因素(过充注、正常充注、欠充注型);?运移方式(侧向和垂向);?圈闭方式(高遮挡型与低遮挡型)进行分类,根据这些因素的彼此配合又可细分为十二种类型油气系统。油气充注程度大小可根据成熟烃源岩的生油能力指数SPI来确定: ()hs,s,12SPI= 1000 h—生油岩厚度(米) 3 ρ—岩石密度(t/m) s+s—平均生烃潜力(kg/t) 12 在已经勘探的大量盆地中,SPI值和盆地的油气储量存在正相关关系。 总之,含油气系统在勘探实践中应用主要有三个方面的贡献: 1)用系统论的观点,将从源岩到圈闭的油气藏总是当作一人整体,一个系统工程进行研究,油气藏的形成和分布,是地质历史长期发展的综合结果,既恶性循环 、储、盖圈闭条件有关,又与油气生成、运移、聚集、成藏、保存作用及其演化密不可分,把油气藏形成的各要素及作用有机地结合起来研究,体现了系统论著思想在油气地质勘探中的应用。 2)把盆地演化历史和油气藏形成历史结合起来,使从静态的研究生、储、盖、运、圈、保等油气藏形成条件发展到动态分析油气藏的形成过程。它是在分析盆地演化历史的基础上,动态地研究源岩的演化历史,圈闭的形成期,油气排烃通道及油气聚集的过程。 3)把传统的以定性研究为主的地质学研究发展到以严谨的化学反应过程为依据,以计算机数值模拟为手段的高技术基础上的定量—半定量的研究,这种定量研究为油气资源预测和勘探指出了明确的目标和方向。 然而,该理论在运用于找油实践中,也存在其不足和缺陷: 1)该理论虽然正确地把油气从源岩到圈闭作为一个系统加以研究,但对于这一“系统”是个什么样的,有什么特征没有进一步阐述,对系统内客观存在的流体(油气水)渗滤运动的动力学机制尚未进一步研究。 2)该理论强调对油气藏形成所必需的地质作用,但如何研究却鲜有论述,而这一作用正是油气藏形成和寻找新的油气田的关键所在。 3)含油气系统理论对流体的动力学机制问题并末涉及,也没有从油气运移、聚集的动力学系统支追踪油气藏的形成和分布。 4)该理论对多旋回、多油气源层、多层位、多类型的储层和圈闭的含油气盆地的复式油气聚集带如何划分含油气系统,如何运用这一理论进一步找油显得无能为力。 10 成藏动力学及其系统的研究现状 90年代含油气系统理论风靡全球,近几年油气成藏动力学又成为国际石油界研究的热点。长期以来,石油地质学家一直把研究重点放在生、储、盖、圈、运、保等单因素条件上;成藏条件的综合评价也主要是单因素的叠合,各项条件的时空配置只能是笼统的概念;油气运移研究基本上只限于初次运移和二次运移的微观机制,末能揭示油气运移的宏观规律。含油气系统理论企图将各项石油地质条件构成统一系统,以追索油气生、排、运、聚过程,但由于动力学和运动学方面研究的薄弱不可能实现烃类运移过程的历史再现。近几年来油气成藏动力学对温度、压力、应力等各种动力场的研究,取得了长足进展,并向多种动力场耦合方向发展,由于末与含气系统联为一体,只限于纯动力场 研究,也末能揭示烃类运移的运动学规律。层序地层学和地震储层预测技术的了展为构筑盆地烃源体和油气输导体系提供了可能,计算机技术的发展又为三维流体输导体系构造发育历史的再现创造了条件,使把生排烃模拟和动力场模拟套合在三维烃源岩体和流体输导体系上,实现四维时空上的历史模拟成为可能,从而再现油气生、排、运、聚的历史过程。将含油气系统理论与油气成藏动力学理论相结合,揭示烃类运移的运动学规律,是油气成藏动力学今后发展的必然方向,也是全面实现油气勘探定量评价的必由之路。 油气成藏动力学是指在某一特定的地质单元内,在相应的烃源体和流体输导体系格架下,通过对温度、压力、应力等各种物理、化学场的综合定量研究,在古构造发育的背景上历史地再现油气生、排、运、聚直至成藏全过程多学科综合研究体系。油气成藏动力学的正演研究方法需要给定各项边界条件, 按照动力学和运动学的规律求取油气生、排、运、聚的最终结果。实际上油气成藏机理的研究是油气成藏动力学的反演研究方法,也是科学发展的基础。 油气成藏动力学的研究对象可以是单一的含油气系统,也可以是多个含油气系统的组合,甚至可以是与某一个油气藏形成有关的某些地质单元。三维烃源体与流体输导体系 的建立是油气成藏动力学研究的基础,应该说有什么样的烃源体和流体输导体系就有什么样的流体动力学和运动学结果。温度、压力、应力等物理、化学场的模拟是油气成藏动力学研究的关键。严格地讲,流体势就是油气运移的动力,它的形成取决于烃源体和流体输导体系的一系列物理化学条件。宏观流体运动学研究是当前油气成藏动力学研究的重点突破点。油气成藏动力学研究的最终目的是要勾绘出各历史时期烃类在输导体系中的运移路径和运移量,并结合运移路径上的圈闭发育情况预测烃类的聚集成藏。 成藏动力学系统的提出是基于含油气系统理论和成藏动力学各自的缺陷和不足。中国地质大学田世澄等(1995,1996)认为,含油气系统实质上既可看作是一个“低温热化学反应器”(Anderson,1992),又可看成是一个复杂的天然的流体(油气水)渗流的动力学系统。这个系统包含着两个最基本的部分,一部分是与沉积层方向一致的若干个成藏动力学的子系统,这些子系统彼此相邻又分隔开,各个子系统中不仅基本上包括成藏的最基本条件,而且还包括成藏作用。另一部分是连络这些子系统的连通体系,它包括切割各个子系统的断层、不整合面以及各子系统在盆地边缘的岩性、岩相变化带。 成藏动力学系统中的子系统和连通体构成了一个成藏动力系统,其间的京戏体运动受一个统一的流体势场所控制,或受一个统一的压力系统控制。油气藏的形成和富集是在盆地各种动力学条件(地球动力学背景条件、地质历史中的沉积动力学、热动力学、流体动力学)所形成 的温度场、压力场、应力场和有效加热时间所控制的化学动力学过程的结果,也是盆地中的流体在复杂的流体渗流的动力学系统中三相渗流过程的产物。他们从各个方面论证了成藏动力学系统是客观存在的,是可以划分和识别的,并提出其划分依据。认为构造沉积旋回是划分的基础,区域分布的致密岩性层和异常高孔隙流体压力界面是区分不同成藏动力学系统的界面,断层、不整合盆地边缘岩性、岩相变化带构成了成藏动力学系统的连络体系。成藏动力学系统的动力源泉来自深部动力学过程所产生的热传导、热对流,放射性物质的衰变所产生的热动力,还有包括沉积动力学、压实作用产生的压实流,水热增压,粘土矿物质的转化等自源动力以及地表水淋滤渗入的水动力作用。 按照成藏动力学系统中的压力、油源及外界连通等状况,可以将成藏动力学区分为不同的类型。根据孔隙流体压力状态与静水压力的比较,可分为超压、常压与低压成藏动力学系统。根据油气来源不同,又可分为它源、自源与混源成藏动力学系统。根据系统流体与外界的物质交换与混合程度,以可分为开放、封闭与半封闭成藏动力学系统。为了较全面地反映成藏动力学系统的特征,必须综合考虑系统的压力、油源和封闭条件,依次按系统的压力条件、油气源条件和封闭条件命名。 成藏动力学系统的研究要运用整体、系统、动态、宏观微观相结合,定量研究的思路,进行以下必几个方面的研究:?研究盆地演化的深部的动力学背景;?把盆地构造、沉积的演化特征与盆地的生、运、聚成藏动力学作用的时空演化研究结合起来;?地层孔隙流体压力特征;?用宏观微观相结合的方法,运用生物标志流体包裹体进行油—对比追踪,从而确定各种油藏与各源层的关系,进行恢复流体历史分析?分析各个成藏动力学系统的成藏条件和成藏过程,编制成藏事件图;?与地震地层学、层序地层学分析紧密结合预测和评价隐蔽油气藏;?进行盆地模拟,恢复盆地演化史、构造发育史、沉积史、热史、生烃史、流体压力演化史、排烃史、运聚史、分层、分期动态,定量地研究成藏动力学系统的形成演化和油气藏的形成分布规律。 11 盆地模拟技术发展现状及趋势 盆地模拟问世于70年代末,近20年的发展,经过国内外众多学者的不懈努力,该项技术取得了长足的发展,并且在盆地分析和早期油气资源评价中发挥了重要的作用。目前国际上商品化的盆地模拟技术软件主要有三家:德国尤利希核能研究有限公司与有机球化学研究所(IES)1978年以来研制的PetroMod盆地模拟系统,法国石油研究院(IFP)1984年以来研制的TEMISPACK盆地模拟系统,美国 Platte River Associate(PRA)公司1988年以来研制的BasinMod盆地模拟系统。我国盆地模拟研究起步较晚,但就方法而言目前已接近国际水平。国内研制的盆地模拟技术软件中,目前应用较广泛的主要是石油勘探开发科学研究院在“八五”期间研究的BASIMS盆地模拟系统和中国海洋石油勘探开发研究中心在“八五”期间研制的Probases盆地模拟系统。 纵观近20年的国内外盆地模拟技术的发展,就模拟对象而言,主要是区域性的盆地模拟,而区带特别是勘探目标的模拟评价技术整体上还停留在方法探索阶段,还没有形成一套成熟的商业性技术;就维数而言,技术比较成熟,运用比较广泛的是一维盆地模拟技术,二维盆地模拟技术某些方面还有待完善,三维盆地模拟正处于方法探索阶段;就方法而言,主要是单一的数值模拟,缺乏整体系统性;就内容而言,岩体模拟、构造模拟和运聚模拟是相对比较薄弱的环节;就参数而言,大部分还使用封闭式的全过程模拟,对复杂的模拟过程缺乏透明度,缺乏专家对参数设置的可视化人工干预。 随着油气勘探理论(含油气系统理论、成藏动力学系统理论、幕式排烃理论等)的不断发展和勘探程度的不断提高,边缘学科的不断渗透,以及计算机软硬件环境的改善,未来盆地模拟技术的发展方向是以藏动力学系统模拟为核心的地质家综合应用平台。成藏动力学系统模拟的突破点是在三维岩体模拟、三维构造模拟基础上的三维运聚过程模拟和以系统论为指导的系统动力学模拟。地质家综合评价应用平台,就其规律而言,应适合各种地质单元体的多维综合模拟评价;就其适用性而言,应具有人机联作的参数设置界面、人机联作的图形编辑及三维可视化界面、开放式信息管理系统。 油气成藏过程研究思路 由于油气生成、运移、聚集和保存过程非常复杂,并且始终处于动态平衡之中,影响因素很多,因此油气成藏机理研究需要从典型盆地油气藏类型、分布规律和主控因素,以及典型区带实际油气藏解剖分析出发,以油气成藏动力学研究为核心,综合考虑油气的生、运移、聚集和保存的全过程,采用系统的、动态的和定量的研究方法,将油气成藏典型实例分析与物理模拟和数值模拟相结合,进行油气成藏过程的综合研究,建立油气成藏定量模式。其主要研究思路为: 1(以典型含油气盆地为主要研究对象,充分利用已有的地层、沉积、构造、水文地质、地球化学、地震勘探、钻井、测井以及开发等方面的基础资料,进行盆地综合分析,重点进行:?油气田分布规律研究;?生排烃研究;?流场与流体研究;?油气藏形成主控因素研究;?含油气圈闭充满度研究;?盆地演化与油气藏保存和破坏研究;?最后确定含油气盆地油气藏形成分布地质模型。 2(在盆地综合分析基础上,选择典型区带,进行油气藏解剖。解剖主要以油气成藏动力学为主线,从以下四个方面进行:?油气成藏条件静态特征分析;?油气藏成藏要素及其配套史;?油气藏机理;?油气成藏动力学,进行油气成藏综合研究,确定油气成藏地质模型。 3。利用先进的模拟实验装置,进行油气成藏物理模拟综合研究。主要的模拟实验研究有:?碎屑岩系统烃源岩生排烃模拟实验;?碳酸盐岩生烃加水热压模拟实验;?烃源岩催化成烃机理温压模拟实验;?孔隙介质油气运移动态模拟实验;?圈闭系统油气运移聚集动态模拟实验;?油气成藏过程中流体—岩石相互作用模拟实验;分子扩散与化学作用对油气藏保存与破坏模拟实验;?渗透作用对油气藏保存与破坏影响模拟实验。 4(在上述研究的基础上,完成盆地分析和油气成藏定量建模,进行盆地分析与油气藏数值模拟,包括:?盆地分析与数值模拟:沉降史与数值模拟 ,古地温演化史分析及数值模拟,生排烃史分析及数值模拟,流体势演化中分析与数值模拟,地应力演化史分析与数值模拟,油气成藏史分析与数值模拟;?成藏动力学数值模拟:油气生排、孔隙介质油气运移数值模拟,圈闭系统油气运聚数值模拟,流体—岩石相互作用数值模拟,油气保存与破坏数值模拟,最后建立油气藏定量模式。 油气成藏过程研究存在的问题 目前油气藏过程和机理的研究还存在的一些问题有待进一步解决,主要是: 1、油气成因问题存在很大争论,油气生成和排烃定量以及成藏机理研究失去了基础和依托。 2、油气成藏动力学机制,油气聚集机理、油趋水动力学过程、油气二次运移饱和度增长和散失量 及影响因素处于理论分析和推测阶段 3、模拟实验局限在研究常温、常压条件下油气二次运移和聚集,对于地下温压、储层非均质条件 下,油气二次运移和聚集的动态模拟实验研究目前还没有得到很好解决。 4、二次运移效率定量研究 5、断层封闭性演化史定量研究尚未取得更大进展 6(在油气生排烃史的研究中,催化剂在油气生成过程中的作用还没有引起足够的重视,排烃的定 量模型研究尚不完善,地需要在了解排烃机理的基础上探讨确定排烃效率数量的可靠方法。 7(油气成藏动力学机制,例如油气运移通道占据整个孔隙和裂隙空间的体积;各种圈闭中油气 聚集的机理、油驱水的动力学过程、油气二次运移过程中油气饱合度增长和散失量及影响因素还处于理 论分析和推测阶段,还很不完善。目前油气成藏动力学的研究大多局限于盆地范围内油气成藏动力学的 宏观研究,即定性或定量地研究盆地范围内油气二次运移和聚集规律及其控制因素,很少涉及到各种圈 闭条件下油气二次运移和聚集的动力学研究。 8(油气二次运移效率的定量研究,即油气的散失量和聚集量的定量关系仍大多数停留在定性阶 段,尤其是在盆地模拟研究中。因此,需要在油气二次运移和聚集的动力学机制研究基础上,通过各种 物理模拟和数值模拟加以确定。 9(大多数模拟实验局限在研究常温常压、静水条件下,均质、各向同性的单一储层中油气二次 运移和聚集过程,还没有展开地下温度压力和动力条件一,不同储层和盖层组合 ,非均质性各向异的 岩石组合的单一和圈闭系统。油气二次运移和聚集的动态模拟研究。 10(断裂作用对油气藏的形成、保存和破坏,断层开启程度对油气运移的散失量问题仍是一个难 点。 11(地下温度、压力条件下,石油相态行为的确定,三相流体在不同介质中的运移机理,多相多 反应组分系统储层—流体相互作用的反应动力学机制,及其与储层孔隙演化之间的关系目前大多数停留 在定性或半定量研究阶段,需要进一步研究。 参考文献 Audemard F. 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