胡力海洼陷油气运移路径对成藏的作用研究

2013-02-10许晓宏

长江大学学报(自科版) 2013年2期

许晓宏，潘威

（长江大学地球科学学院，湖北武汉430100）

田超

（长城钻探钻井技术服务公司，辽宁盘锦124000）

油气二次运移是指油气进入储集层以后的一切运移，包括油气在储集层内部的运移，油气沿断层、裂隙、不整合面等通道的运移以及聚集起来的油气由于外界条件的变化而引起的再次运移。有关油气运移路径的研究方法很多，但大多是基于达西定律［1］来进行油气运移聚集的分析和数值模拟的，具有一定的局限性。

辽河油田胡力海洼陷主要为扇三角洲、滨浅湖相沉积，目前勘探程度较低，油气成藏过程和油气分布规律不清楚，根据该区石油地质特征，笔者从烃源岩－疏导体系、排烃特征、运移动力和阻力等因素出发，也考虑了各种地质因素与地质作用（如断裂、不整合面、输导层的不均一性等），定性分析了成熟烃源岩分布区油气运移路径，为研究区油气运聚规律研究和圈闭评价提供了地质依据。

1 区域地质概况

胡力海洼陷位于钱家店凹陷北部，呈北东－北北东向展布。目前该地区勘探程度较低，仅完钻14口探井。前人研究表明，胡力海洼陷为半地堑式单断箕状结构，可分为西部陡坡带、东部缓坡带和中央洼槽带等3个主要二级构造带，其中西部陡坡带由很多断块、断鼻组成。九佛堂组时期南部洼陷比较发育，沉积物多为陆源碎屑和凝灰岩。沙海组沉积时期2个洼槽水体相连，合二为一，沉积了大套稳定的暗色泥岩，其中九佛堂组是砂岩储层的主要发育地层。

2 油气运移通道的组成与疏导体系

砂体、断层和不整合面是连接烃源岩和圈闭的桥梁，它们直接决定着油气运移的方向与聚集，因此，疏导体系研究是油气运聚动力学的重要内容。有效渗透性岩层构成输导体系必须满足以下条件：储集层具有一定厚度，平面上连通性好且分布广，孔渗性好。沉积条件是决定输导体系发育规模和连通性的主要因素，在砂泥岩互层的生油岩系中输导层是最重要的输导体系。储集层输导层之间以及和其他类型输导层的空间配置关系将影响其有效性。工区的输导格架主要是由渗透性砂体和断层构成。由于砂体物性和展布形态的差异，只有那些与烃源岩接触良好、物性较好、连续分布的骨架砂体才能充当油气运移的输导体系。砂体的物性、形态、空间展布以及与烃源岩的接触关系等都会对油气运聚起着重要的影响。

断层对油气的运移起着重要作用，一方面，断层改变了油气运移的方向，减小了油气横向运移的距离和范围，调控了油气在空间分布，贯通源岩和储层的断层对油气运聚的充注作用；另一方面，断层阻碍了油气的运移，使油气进入圈闭形成断块油气藏。

从沉积相平面上来看（见图1），胡力海洼陷中部主要发育滨浅湖相、半深湖－深湖相，洼陷周围东部主要发育的是一系列扇三角洲，西部发育近岸水下扇，该区扇三角洲水下辫状河道比较发育，近物源，搬运距离短，砂砾岩百分含量相对较高，扇三角洲的前缘砂质粒度适中、物性较好。整个胡力海洼陷在平面上呈朵状，剖面上呈透镜体。在侧向上发生砂岩尖灭且被粉砂质泥岩和泥岩包围，储层与烃源岩配置良好。

洼陷内发育不同时期、规模不等的正、逆断层30余条，构成了良好的油气运移通道，其中一级主干断裂2条，呈北东走向，其延伸长，断距大，长期活动，控制着整个洼陷的构造沉积演化格局；二级断裂5条，均呈北东走向，它们一般延伸较长断距较大，并多期活动，主要分布于洼陷东部斜坡带，其中开启性的断层构成了油气运移的良好通道。

图1 胡力海洼陷九佛堂组上段沉积相图

3 油气运移路径的预测模型

油气在输导层中能否发生二次运移，在很大程度上取决于油气运移动力与其运移遇到阻力的相对大小。如果油气运移动力大于其运移时所遇到的阻力，油气便可在输导层中发生二次运移，通常应为输导层中毛细管阻力小于油气运移动力的部位。油气运移距离长短和运移路径密度大小还要受油源供给程度的制约，油气源供给充足，油气就会沿选定的优势路径进行长距离运移，优势运移路径越大；相反，如果油气源供给不足，油气沿选定的优势路径运移的距离就会越短，优势运移路径密度越小［2－4］。

基于对生油洼陷地质特征和油气运移特征的认识，生油洼陷内油气运移路径的预测可采用综合反映多因素控制作用的过程模型来实现，通过运移趋势分析、输导体系评价和运移路径分析等分析过程的有机组合，预测油气运移路径的空间分布。

1）运移趋势分析将地下单位质量流体具有的机械能的总和定义为流体势，流体势可以方便地表达油气运移的动力学关系，且油气的流体势可用水势和油气浮力来表达：

式中，Φw、Φo分别为水、油流体势，m2／s2；z为测点高程，m，通过地震资料解释可以获得；P为测点压力，Pa；ρw、ρo分别是水、油的密度，kg／m3；地层的压力和油、气、水密度等参数的取值可由实测资料获得［5］。

2）输导体系评价油气输导体系的主体主要由孔渗良好的砂岩构成（见图2），渗透性砂岩是油气运移的良好通道。另外，断层也是疏导体系中的重要组成部分。断层作为油气运移通道的时间是短暂的，在大部分时间里，断层都是关闭的，作为油气输导通道，主要表现为 “幕式充注”的特点。通常情况下，断层断到哪个层位，油气就能运移到那个层。

影响断层输导性的影响因素很多，综合考虑影响因素和可操作性，用无量纲断层启闭因数，来作为断层输导性能综合评价的基本参数：

式中，p为断层泥岩层中的流体压力，MPa；δ为断面正应力，MPa；SGR 为断层泥岩涂抹因子，无量纲。

通过概率统计分析建立的断层启闭因数与断层连通概率间的相关关系表明，当断层启闭因数小于1.0时，断层连通概率为0；断层启闭因数为1.0～3.5时，两者关系可表达为一个二次多项式；当断层启闭因数大于3.5时，断层连通概率为100%。

3）运移路径分析模型流体势决定了油气的运移趋向，渗透性砂岩与断层等构成了油气运移的有效通道，油气运移路径分布是两者共同作用的结果（见图3）。因此，可将运移趋向模拟所获得的运移汇聚网络与输导体系评价结果进行空间叠加分析处理，预测油气运移路径的分布［6－8］。

图2 胡力海洼陷九佛堂组储层孔隙度图

图3 油气运移路径模拟流程图

图4 九佛堂组油气运移示意图

4）模拟实现步骤 ①构造和输导性能相关参数的DT M的生成。它包括将原始数据统一整理、输入到GIS系统并存储在GIS中，通过空间插值、矢栅转换等方法将原始数据转换为分辨率一致、空间投影坐标系一致的DT M数据。②输导格架的定量表征。将表征孔、渗输导性能的DT M数据与表征断层输导性能的DT M数据进行合并，得到输导格架定量表征DT M。③油气运移矩阵生成。采用D8算法生成表征流体运移方向的方向矩阵，将输导格架定量表征DT M和输导层顶面构造DT M作为原始输入数据。④油气运移路径生成。通过累计矩阵计算、阀值设定等处理，提取流体运移路径，最后将每一条路径上的像元集转换为矢量线数据集。⑤油气运移路径预测分析。将油气运移路径线数据集与输导层顶面构造线数据集、输导格架DT M数据集、油层分布数据集叠加显示，为油气运移路径分析提供基础图件。

4 油气运移路径及其对成藏作用分析

胡力海洼陷九佛堂组发育近岸水下扇、浊积扇、扇三角洲等沉积相带的砂体，主沟道或主河道位置砂地比值高，储层物性好，是优势运移路径发育部位，而泥岩为主的沉积相带由于缺乏有效输导体，油气运移难以发生。

利用上述原理的油气优势运移预测模拟软件分析，结果表明，油气从胡力海中央洼陷烃源区开始向盆地边缘高部位运移，但并非均匀地向四周扩散，形成了指向西北、东部、东南的3个主要优势运移方向（见图4），并在这些地区形成3个圈闭，在洼陷的西南方向，因为物性太差，较少有油气汇聚；在东南，由于没有有效的封堵层，油气大多散逸。