泥巖壓實動態(tài)分析定量評價石油初次運移①

1、泥巖壓實動態(tài)分析定量評價石油初次運移 羅 群 (石油大學，北京：) 摘 要：在分析影響油氣初次運移主要因素基礎(chǔ)上，剖析泥巖壓實靜態(tài)分析油氣初次運移的局限性，提出了泥巖壓實動態(tài)分析定量評價油氣初次運移的觀點并建立了相應(yīng)的地質(zhì)模型、數(shù)學模型和模擬流程，最后以松遼盆地乾長凹陷為例對主要烴源層青山口組進行壓實動態(tài)分析并估算了其油氣初次運移量。其結(jié)果與多種方法計算結(jié)果以及前人計算結(jié)果十分接近。 關(guān)鍵詞：泥巖壓實、動態(tài)、分析、初次運移、定量計算。 地質(zhì)模型眾所周知，壓實作用是影響石油初次運移的主要因素，而壓實作用產(chǎn)生的壓力差是石油初次運移主要動力1，基于這一點，筆者引用石油初次運移的新觀點泥巖壓實曲線動態(tài)

2、分析方法4，提出了油氣初次運移定量估算的新模式泥巖壓實動態(tài)分析定量估算石油初次運移量。泥巖壓實曲線可以近似地反映沉積物壓實歷史，壓實過程是沉積物排液(烴)的主要過程。因此，筆者利用壓實曲線來定量研究石油初次運移。為了說明泥巖壓實曲線的動態(tài)分析法，先將目前較為流行的泥巖壓實曲線靜態(tài)分析油氣初次運移觀點3簡述如下：靜態(tài)分析法認為： 現(xiàn)今壓實曲線上進入生排油門限的異常高壓層是有效的生油層； 泥巖壓實曲線上的欠壓實段可反映泥巖壓實歷史，并可在此基礎(chǔ)上進行排油深度和排油方向的分析； 成熟門限以下具異常高壓的生油巖叫有效生油巖、在排油范圍內(nèi)壓實曲線的起伏是生油巖間歇排油的表現(xiàn)； 上、下兩異常高壓層之間形成

3、排液(油)區(qū)，限定了排油的方向和范圍； 有效生油巖范圍內(nèi)(成熟區(qū)內(nèi))最底層的生油巖具有最長的排油歷史，而最上層生油巖排油效益最差。靜態(tài)分析法所面臨的主要問題是：現(xiàn)今的異常高壓層并不是有效的生油層，因為它的異常壓力并沒有釋放，在地史上不曾大量排油：欠壓實階段不能反映泥巖壓實歷史，因為它表明該層段壓實作用沒有最終完成，孔隙度的減少和流體的排出還沒有與埋深達到相應(yīng)的平衡。只有正常壓實階段的壓實曲線才能近似地代表泥巖壓實歷史。泥巖壓實動態(tài)分析法根據(jù)泥巖壓實的不可逆性和泥巖上下層序的巖性組合對欠壓實的影響，對欠壓實曲線段進行歷史的分析，并在此基礎(chǔ)上研究排油深度和排油方向，它認為： 不同類型的欠壓實泥巖有

4、各自的壓實歷史和排油歷史，不能用現(xiàn)今曲線上的欠壓實段來確定各生油巖的壓實、排油歷史，也不能用欠壓實曲線上的孔隙度的變化來計算它們的排液量。 盡管動態(tài)分析方法也認為異常高壓是油氣初次運移的主要動力，但異常高壓必須得到釋放才有大量的排油作用，因此找出欠壓實和異常高壓后期壓實消失的趨勢極為重要。 欠壓實曲線段上峰值的起伏不能代表欠壓實和異常高壓后期壓實和消失的趨勢，更不是生油層間歇排油的表現(xiàn)。 生油門限之下限處形成的欠壓實高峰值和異常高壓的泥巖組合對油氣運移聚集最有利，因為它既是最有效的生油巖又可做該區(qū)良好的蓋層。下面以動態(tài)分析法為依據(jù)，泥巖壓實曲線為線索，分正常壓實階段和欠壓實后期排油階段研究成熟

5、門限范圍內(nèi)石油運移量。如圖1所示為油氣初次運移動態(tài)分析地質(zhì)模型，在正常壓實帶，各生油層具有相同的壓實歷史，而在欠壓實帶，不同的生油巖表現(xiàn)出不同的壓實過程。 圖 泥巖壓實動態(tài)分析石油初次運移地質(zhì)模型A層生油巖的泥巖壓實歷史為：Na生油巖處于正常壓實階段，為A生油巖上排油帶。進入生油門限以前，壓實作用排出的孔隙自由水可攜帶少量不成熟的油；進入門限以后，成熟的油呈水溶相的形式在壓力差作用下發(fā)生初次運移，排油方向可上可下，由壓力差確定；aA生油層進入欠壓實狀態(tài)，盡管壓力隨埋深不斷增大但泥巖孔隙度并無變化，孔隙中生成的石油和液體承擔部分壓力，異常高壓集聚，但沒有發(fā)生排油作用；A以后，異常壓力釋放，成熟的

6、油以油相的形式被排出，粘土礦物脫的水為載體，由于其上B層生油巖的蓋層作用，排油方向向下，此段為A生油巖的下排油帶。同理，B層生油巖的泥巖壓實歷史：Nb生油巖正常壓實階段，進入門限后生成的石油以水溶相形式排出，為B生油層的上排油帶；bB生油層進入欠壓實狀態(tài)，不排油；B以后異常壓力釋放，成熟的油以油相發(fā)生初次運移，由于A層生油巖的阻擋，排油向上，為B生油巖下排油帶。數(shù)學模型研究已知生油層(A，B)的性質(zhì)及其巖性組合特征，然后將研究對象S生油層與它們進行比較，通過數(shù)理統(tǒng)計方法找出與S生油層最相似的模型層(模型層應(yīng)具備最佳排油歷史)比如A生油層，則A生油層的泥巖壓實排油歷史可近似地代表研究對象S生油層

7、的壓實排油歷史，以此作為估算S生油巖初次運移量的依據(jù)。那么S生油巖的壓實排油歷史為NsASo分兩步進行討論：2.1研究對象S生油層在正常壓實帶(生油門限之下)的排油量 S生油層在生油門限之下的正常壓實帶為上排油帶，排油方式以水溶相為主，據(jù)price的水溶相運移模式，得 （1）式中：Q1正常壓實帶排油量(噸)；V有效生油巖體積(米3)；m生油巖在生油門限的孔隙度(小數(shù))；n模型層開始進入欠壓實狀態(tài)時的孔隙度學（小數(shù))；Dra石油在生油巖最大埋深時溫度為Ta下的溶解度(ppm)；Drc石油在聚集處最小埋深時溫度為Tc時的溶解度(ppm)；0石油的地下密度(噸米3)。2.2研究對象S生油層在欠壓實后

8、期的排油量 由于欠壓實后期異常高壓的釋放，成熟的油以油相形式大量排出。這時有 （2）式中：Q2下排油帶排油量(噸)；k生油巖現(xiàn)在的孔隙度（小數(shù))；S0含油飽和度，且有；A單位重量生油巖中殘余油含量(ppm)；C殘余有機碳含量()；w地層水密度(噸米3)；r生油巖密度(噸米3)； 恢復(fù)古厚度后壓實曲線與古地表交點的孔隙度值（小數(shù)）綜上所述，S生油層總初次運移量 （3）式中K1為生油層與模型層類比的相似系數(shù)。(3)式經(jīng)進一步轉(zhuǎn)換得 （4）K1：S生油層與模型層類比的相似系數(shù)K2：體積系數(shù)K3：密度系數(shù)如果有m層生油層，則總運移量 （5） 將K1、K2、K3、看作常數(shù)，A、C看作遵循某一分布的隨機變

9、量，那么可用蒙脫卡羅法(Monte-Carlo)對油氣初次運移進行模擬。 泥巖壓實動態(tài)分析估算石油初次運移量步驟 1. 作研究區(qū)各生油層段泥巖壓實曲線圖。 2. 確定生油門限深度，正常壓實段及其深度范圍，異常壓實段及其深度范圍，確定各生油異常壓力釋放趨勢。 3. 確定研究區(qū)生油巖類比的模型層，研究其壓實、排油歷史（模型層為研究程度比較高的已知生油層）。 4. 將研究對象與模型層進行相似性比較，找出與研究對象最相似的模型層，那么該模型層的壓實歷史可代表研究對象的壓實、排油歷史。 5. 從生油巖泥巖壓實曲線上取有關(guān)參數(shù)代入計算公式(3)，即可計算石油初次運移量。 松遼盆地乾安長嶺凹陷青山口組生油巖

10、石油初次運移量估算 青山口組生油巖泥巖壓實排油歷史分析依據(jù)大101井、弧102井、乾102井、紅134井等5口井資料及松遼盆地南部成巖階段劃分圖編制了松遼盆地乾安長嶺凹陷(簡稱乾長凹陷)青山口組生油巖泥巖壓實曲線圖(如圖)，由此可見：乾長凹陷青山口組生油巖在1250米以前為正常壓實階段，幾乎沒有進入生油門限，但孔隙度沒發(fā)生異常變化，沒有發(fā)生排油作用：1600米以后異常壓力釋放，成熟的油以油相的形式隨粘土脫的水大量排出，發(fā)生大規(guī)模的石油初次運移，其中在16001800米階段孔隙度迅速減小排油量劇增，為青山口組生油巖主要運移期(相當于明水組晚期)，2000米后又回到正常壓實階段。（呈油相運移） 圖

11、 青山口組泥巖壓實曲線及排油歷史分析由于青山口組上覆為姚家組泥巖層，因此青二、三段生油巖的石油主要在本層內(nèi)運移，形成高臺子油層；而青一段下伏層段為儲集性能較好的泉頭組四段，所以青一段生油巖中的石油主要向下運移至泉頭組四段中，形成扶余油層。橫向上石油主要沿斜坡向上運移，聚集于地位較高的圈閉中。參數(shù)選擇K1：相似系數(shù)。由前人研究成果表明，乾長凹陷中青山口組在各主要生油層中具有最佳的壓實和排油歷史，且又作為研究對象，因此K1=1。m：生油巖門限時的孔隙度，從泥巖壓實曲線圖上取得m=.116n：生油巖開始進入欠壓實狀態(tài)時的孔隙度。n=.114k：生油巖現(xiàn)在的孔隙度k=0.02由圖可知，研究區(qū)乾長凹陷青

12、山口組生油巖在1米以前為正常壓實階段，還未進入生油門限，沒有發(fā)生排油作用，。A、C：生油巖在異常壓力釋放階段石油排出時的有機質(zhì)豐度，從A、C圖中進行網(wǎng)格分塊統(tǒng)計取值。正常壓實階段因未進入生烴門限，r：生油巖密度，青山口組生油巖最大埋深時取r=26億噸立方公里w：地層水密度取1.06(噸米3)0：石油地下密度取0.8944(噸米3)V：生油巖體積，引用生油量計算時的數(shù)據(jù)V=1762.78立方公里K2：體積系數(shù)立方公里K3：密度系數(shù)（億噸/立方公里）.3 計算結(jié)果 利用三種方法進行計算(1)將氯仿瀝青A和有機碳含量C的平均值代入計算Q運1=K1×K2×K3×A

13、5;C=1×8454.2(立方公里)×22.08(億噸立方公里)×0.00021815×0.02232=0.911（億噸）(2)將氯仿瀝青A與有機碳含量分別代入公式Q=K1×K2×K3×A×C再累加求和后求其平均值Qi=（K1×K2×K3×Ai×Ci）Q運=Qi/n.（億噸）(3)將A與C看成符合正態(tài)分布的隨機變量，用蒙脫卡羅法進行模擬得各概率下的石油初次運移量運（表1）。 表1 利用蒙脫扎羅法模擬計算結(jié)果累積頻率大于90%50%10%運移量（運億噸）004980928698

14、取50%對應(yīng)的數(shù)值，得石油運移量為0.928億噸。該結(jié)果與前兩種方法結(jié)果（0.911億噸和0.896億噸）十分接近。說明本模型有一定的實用性。 最后將三種方法的計算結(jié)果的平均值作為乾長凹陷青山口組生油巖的石油初次運移量結(jié)束語泥巖壓實動態(tài)分析定量評價油氣初次運移是筆者進行的一個新嘗試，僅管還不成熟，有待于進一步的改進和完善，但它卻以油氣初次運移的機理為基礎(chǔ)，以泥巖壓實曲線為依據(jù)，比較直觀，形象，而且，用蒙脫卡羅法進行模擬計算，使模擬結(jié)果更客觀。顯然，研究區(qū)井的泥巖壓實曲線越多，模擬結(jié)果越可靠。參 考 文 獻1. 李明誠. 石油與天然氣運移，石油工業(yè)出版社，1987.42. 真柄欽次. 壓實與流體

15、運移，石油工業(yè)出版社，1981.93. 潘鐘祥. 石油地質(zhì)學，地質(zhì)出版社，1986.64. 郝石生 .天然氣運聚動平衡及其應(yīng)用 石油工業(yè)出版社 1994國家“九五”重點科技攻關(guān)項目“中國大中型油氣田形成條件研究”成果作者簡介：羅群 ，男，年月出生于四川省樂山市，年畢業(yè)于中國地質(zhì)大學，獲碩士學位，任教于大慶石油學院勘探系，從事油氣藏形成機理與資源評價的教學和科研工作，副教授。年在中國石油勘探開發(fā)研究院攻讀博士學位。Mudstone Compression dynamic analysis and quantity Appraise hydrocarbon primary migrationLuo

16、qun ( Petroleum University, Beijing , 102200) abstractBase on analysis the main factors influencing hydrocarbon primary migration ,the paper points out the flaws of mudstone compression quiet analysis hydrocarbon primary migration, and provides the new viewpoint of mudstone compression dynamic analy

17、sis and quantity appraising hydrocarbon primary migrating ,sets up its geological model.、 mathematics model and modeling flow sequence. At last, with Qing Shankou main hydrocarbon resource rock in Qia Chang depression of Song liao basin as a typical example, The paper use the new viewpoint and method to dynamic analysis the h