潍北凹陷孔店组地层压力发育特征及演化历史

2016-06-18徐昊清

中国石油大学胜利学院学报 2016年1期

关键词：关井洼陷盆地

徐昊清

(中国石化胜利油田分公司勘探开发研究院,山东东营 257015)

潍北凹陷孔店组地层压力发育特征及演化历史

徐昊清

(中国石化胜利油田分公司勘探开发研究院,山东东营 257015)

[摘要]综合运用试油、实测压力资料和流体包裹体数据及盆地模拟方法,在潍北凹陷古近系孔店组现今地层压力分析的基础上,恢复古地层压力的演化过程。分析结果表明,潍北凹陷现今地层压力以常压为主,成藏期储层古压力多表现为弱超压,其演化过程经历了“超压积累—超压释放—压力分异”3个演化阶段。由于潍北凹陷成藏期地层压力表现为弱超压状态,油气以近源成藏为主,处于生烃中心的北部洼陷带致密砂岩油气藏是下步勘探的主要方向。

[关键词]地层压力;演化历史;孔店组;潍北凹陷

近年来的勘探实践表明,沉积盆地流体压力研究在油气勘探中起着越来越重要的作用[1-3],特别是成藏期的压力恢复对油气成藏研究至关重要。本文以潍北凹陷孔店组的现今压力分布为基础,以包裹体温压测试获得的古压力数据为约束,利用盆地数值模拟技术恢复古压力的演化历史。据此,对潍北凹陷地层压力的发育特征及演化历史进行分析,探讨压力演化过程对油气藏形成的影响,以期为该区勘探部署提供科学依据。

1研究区概况

潍北凹陷位于山东省潍坊市北部,跨越昌邑、潍县两县,面积约880 km2。在区域构造上,潍北凹陷位于郯庐断裂带中段沂沭断裂带内,为典型的走滑断陷盆地,呈“北断南超、东西双断”的结构特点。依据地层沉积和构造特征,将凹陷分为北部洼陷带、西部瓦城断阶带、东部灶户断鼻带、南部斜坡带共四个次级构造单元。潍北凹陷钻井揭露的最老地层为白垩系王氏族,新生界古近系主要沉积了孔店组和沙河街组。该区以孔二段暗色泥岩、油页岩、灰质泥岩为烃源层系,主要含油层系为孔店组。

2地层压力演化特征

2.1现今实测地层压力特征

潍北凹陷已钻井实测地层压力数据统计表明,其压力分布特征在纵向上可分为两个带。当埋深小于2 300 m时,地层压力随深度增加而增大,压力系数主要分布在0.9～1.1,基本与静水压力一致,属常压系统;当埋深大于2 300 m时,异常低压开始发育,压力系数主体为0.6～0.8,并且出现超低压,有的压力系数甚至低于0.5(图1)。平面上,瓦城断阶带、灶户鼻状构造带和南部斜坡带(统称为南部地区)主要为接近于静水压力的常压系统;北部洼陷带主要为异常低压系统。

前人曾对潍北凹陷北部洼陷带的低压成因进行过详细分析[4],但多直接用实测压力系数等参数进行直观表述,容易引起认识上的偏差。需要说明,鉴于北部洼陷带孔店组砂岩埋深大于3 000 m,物性极为致密,孔隙度平均6.2%,渗透率平均2.16×10-3μm2,测压需要相当长的时间,工程难度较大。在同一口井同一层位相似深度段获得的多个数据,往往相差很大,数据应用时应引起重视,切勿单纯统计,应深化成因解释。

笔者以北部洼陷带实测压力资料较多的典型井为例,对压力“负异常”的情况加以说明。对压力测试报告进行分析发现，北部洼陷带的井测压恢复时间都较短,在深部储层致密的情况下很难恢复其真实的地层压力。如央6井,3 455.72 m关井压力恢复时间为24.08 h,压力未稳的情况下测得压力系数为0.38;而同一层位的3 279.06 m,关井压力恢复时间为52.38 h,压力稳定后测得压力系数为1.07,两者得出的结论大相径庭。详细分析发现,低压的井基本都是关井未稳定最大压力,两个常压的数据则是压力稳定后测算的(表1)。由此判断,潍北凹陷现今的压力系统以常压体系为主。

2.2古压力恢复及其演化特征

目前古压力恢复的方法很多,主要有流体包裹体法[5]、盆地模拟法[6],黏土矿物法[7]、声波时差法[8]等。本次主要采用流体包裹体和盆地模拟相结合的方法恢复古压力。

图1　潍北凹陷孔店组现今地层压力分布特征

井号测点深度H/m地层压力p/MPa静压p'/MPa压力系数测量深度H'/m恢复时间t/h选值方法昌13506.3923.4134.360.683506.3951.62关井未稳定最大压力昌13887.0023.3338.090.613887.0051.45关井未稳定最大压力昌14413.9333.4843.260.774413.9350.10关井未稳定最大压力昌673391.6727.0733.240.813391.6719.18关井未稳定最大压力昌673455.0632.8233.860.973455.0636.80双对数拟合法央53148.5025.4030.860.823148.5036.05关井未稳定最大压力央63455.7212.9133.870.383455.7124.08关井未稳定最大压力央63279.0634.3932.141.073279.0652.38压力史拟合

2.2.1流体包裹体恢复古压力

该方法基于流体包裹体 PVT 热动力模拟,基本原理是:运用同期盐水包裹体和含烃或烃类包裹体化学体系在 P-T空间投影的等容线单值变化和不同组成流体包裹体等容线在此 P-T 空间只相交一次的物理特性,即可确定烃类流体包裹体最小捕获压力[9]。

依据研究区地质背景,选择不同构造带上的孔店组储层流体包裹体样品,进行荧光观察、流体包裹体显微测温、测盐等系统分析。整体来看,研究区的次生流体包裹体较发育,存在气态烃、气液态烃、液态烃及盐水包裹体;包裹体多以串珠状、带状分布于石英颗粒次生加大边中。在流体包裹体均一温度、盐度等测试数据分析基础上,利用PVTsim模拟软件计算了成藏期所对应的古压力。

表2是对潍北凹陷流体包裹体捕获压力的计算结果,其中古埋深由单井埋藏史和热史恢复基础上结合包裹体捕获温度得到。分析表明,油气充注(包裹体被捕获)时压力总体高于正常静水压力,但超压幅度不大,古压力系数基本都在1.15左右,表现为弱超压状态,油气成藏的动力条件较好。但现今潍北凹陷大部分地区的地层压力表现为常压状态,表明在超压形成后经历了压力释放。

表2　潍北凹陷流体包裹体恢复古压力数据

2.2.2盆地模拟恢复古压力

应用盆地模拟方法对地层古压力进行恢复主要基于含油气盆地动态数值模拟技术,通过地层回剥把某一地层现今的厚度和地层压力恢复到埋藏中途某一时刻的厚度和压力。笔者应用美国PRA公司研制的BasinMod模拟软件,以现今实测压力及流体包裹体恢复的古压力作为约束,对研究区的典型井古压力演化史进行了模拟(图2)。该软件压力模拟是建立在瞬态方程的基础上,将其作为时间与深度的函数,由达西定律、质量守恒方程及状态方程等结合而得。模拟时采用机械压实法,并使用回剥模型进行压力计算。

潍北凹陷典型井孔二段底界地层压力演化史图分析得出(图2),沙河街构造运动前(36 Ma前),地层压力不断积累,沙河街组沉积初期地层压力开始大于静水压力,并在遭受剥蚀前达到压力最高峰。如昌58井,孔二段底界在沙河街构造运动前地层压力达到39.1 MPa,静水压力为32.9 MPa,压力系数达1.19。这一时期正是潍北凹陷的主成藏期,整个潍北凹陷压力系统为弱超压体系,北部洼陷带压力系数超过1.25,为油气运移提供了原始动力。沙河街末期遍及整个地区的构造抬升运动使原来异常高压状态下的地层被抬升至浅处,压力迅速释放。24 Ma至今,潍北凹陷又接受了馆陶组—平原组的沉积,压力逐渐恢复到现今常压的状态。

3压力演化模式及成因分析

根据潍北凹陷现今压力特征,结合流体包裹体恢复古压力及盆地模拟技术,建立了潍北凹陷孔店组的压力场演化模式:超压积累—超压释放—压力分异(图3)。

图3　潍北凹陷古地层压力随时间演化关系

从整体演化特征来看,地史时期古地层压力出现1个峰值,呈单峰特征,根据演化特征可划分为3期演化。其中，Ⅰ期为超压积累,即超压系统形成期。在孔店组沉积时,地层压力基本正常,随着沙河街组地层的快速沉积,由于欠压实作用,孔隙流体排出受阻,流体将承受一部分负荷压力,使流体压力高于静水压力形成超压。同时，孔店组烃源岩进入生烃高峰,引起孔隙流体体积的大量增加,促使超压形成,在沙河街构造运动开始前达到最高峰。Ⅱ期为超压释放阶段。由于沙河街构造运动,区域抬升造成地层剥蚀,最大剥蚀厚度超过1 000 m以上,致使地层压力迅速减小。这一时期除构造抬升引起孔隙反弹造成压力降低外,地温梯度降低也是引起超压释放的主要原因。利用Basinmod模拟软件对潍北凹陷地温梯度进行模拟表明,沙四段沉积时潍北凹陷地温梯度为4.5 ℃/100 m左右,抬升剥蚀后地温梯度降至3.9 ℃/100 m左右,古地温梯度随时间而明显降低。Ⅲ期为压力恢复分异阶段。新近纪之后,潍北凹陷整体沉降,受沉积厚度的补偿关系,不同地区压力差异。大部分地区为欠补偿沉积区,后期沉

积厚度小于剥蚀厚度,常压一直维持至今。洼陷带西北部,沙河街构造运动后再次沉积厚度大于剥蚀厚度,为过补偿沉积区,烃源岩达到二次生烃能力,地层发育弱超压,如昌58井(图 2)。受二次生烃范围的影响,该超压区范围较小。

4结论

(1)潍北凹陷现今压力场以常压为主;北部洼陷带孔店组储层埋藏深、物性致密,测压时关井恢复时间短,压力未稳,造成实测压力出现“低压”的假象。

(2)潍北凹陷地层压力在油气成藏时达到最高峰,总体高于正常静水压力,表现为弱超压状态,为油气运移提供了原始动力。

(3)潍北凹陷孔店组的压力场演化经历了“超压积累—超压释放—压力分异”3个阶段。受二次生烃能力及范围的影响,现今超压区只在洼陷带西北部发育。

[参考文献]

[1]郝芳.超压盆地生烃作用动力学与油气成藏机理[M].北京:科学出版社,2005:332-386.

[2]刘士林,郑和荣,林舸,等.渤海湾盆地东营凹陷异常压力分布和演化特征及与油气成藏关系[J].石油实验地质,2010,32(3):233-237.

[3]郝芳,董伟良.沉积盆地超压系统演化、流体流动与成藏机理[J].地球科学进展,2001,16(1):79- 85.

[4]李建军,朱天高,李政,等.潍北凹陷压力体系分布特征及成因分析[J].沉积与特提斯地质,2007,27(1):92- 95.

[5]米敬奎,肖贤明,刘德汉,等.利用储层流体包裹体的PVT特征模拟计算天然气藏形成的古压力:以鄂尔多斯盆地上古生界深盆气藏为例[J].中国科学(D辑),2003,33(7):679- 685.

[6]曹强,叶加仁,郭飞飞,等.伊通盆地莫里青断陷地层压力演化与油气运聚[J].吉林大学学报(地球科学版),2009,39(4):642- 649.