三肇凹陷葡萄花油层油气运聚成藏模式.pdf

第 2 7卷 第 2期 大庆石油地质与开发P ． G ． O ． D ． D ． 2 0 0 8年 4月 9 文章编号1 0 0 0 3 7 5 4 2 0 0 8 J 0 2 - 0 0 0 9 - 0 3 三肇凹陷葡萄花油层油气运聚成藏模式 高 兴 有 大庆油 田有限责任公司 海塔研 究中心 ，黑龙江 大庆1 6 3 7 1 2 摘要三肇凹陷葡萄花油层具有 “ 满凹”含油 的特征 ，断裂带和砂体共同控制油的分布。运移通道、 动力、原油物性 变化、压力 系统和周边地 区油田油岩对比认为，三肇凹陷葡萄花油层油侧向运移的可 能性较 小。油成藏模式主要为沿晚期活动的断裂垂向运移后短距离侧 向运移受断层和岩性边界遮挡 聚集欠充注成藏模 式，断裂控制 了复杂的油水关系。 关 键词三肇凹陷；葡萄花油层；运移和聚集；模式 中图分类号T El 2 2 1 文献标识码A Hy dr o c a r bo n m i g r a t i o n a n d a c c u m u l a t i o n mo de i n Pu t a o h ua o i l l a y e r o f S a nz ha o De pr e s s i o n GAO Xi ng y o u H a i l a e r T a m u t s a g R e s e a r c h C e n t e r o f D a q i n g O i lfi e l d C o m p a n y L t d ． ，D a q i n g 1 6 3 7 1 2 ，C h i n a Abs t r a c t I n P u t a o h ua o i l l a y e r o f Sa n z h a o De p r e s s i o n，p e t r o l i f e r o us c ha r a c t e r i s t i c s a r e f e a t u r e d b y o i l d i s t r i b ut i n g i n t h e wh o l e d e p r e s s i o n，a n d b o t h t h e f r a c t u r e a n d b e l t a n d s a n d b o d y c o n t r o l t he o i l d i s t rib u t i o n．Ac c o r di ng t o t he c o mp a r i s o n o f mi g r a t i o n p a t h wa y，d y na mi c f o r c e，o i l p h y s i c a l p r o p e r t y c h a n g e a n d pr e s s ur e s y s t e m t o t h e r o c k s i n t h e p e r i p h e r y o i l fie l d s，i t i s b e l i e v e d t ha t i n Pu t a o h u a o i l l a y e r o f S a n z ha o De p r e s s i o n t h e p o s s i b i l i t y f o r t h e p a r a l l e l mi g r a t i o n o f o i l i s n o t hi g h ．Th e ma i n o i l a c c u mu l a t i o n mo d e c a n b e d e s c r i b e d a s a f t e r t h e v e rti c a l mi g r a t i o n a l o n g t h e f r a c t u r e t h a t i s a c t i v e i n l a t e pe r i o d，t he s h o rt d i s t a n c e pa r a l l e l mi gr a t i o n o f t he o i l i s c o n t r o l l e d b y f a u l t s a nd l i t h o l o g i c b o un d a ry ba r r i e r t o for m u n d e r f i l l e d a c c u mu l a t i o n mo d e，a n d t h e f r a c t u r e d o mi n a t e s t h e c o mp l i c a t e d o i l w a t e r r e l a t i o n s h i p ． Ke y wo r d s S a n z h a o De p r e s s i o n；P u t a o h u a o i l l a y e r ；mi g r a t i o n a n d a c c u mu l a t i o n；mo d e 三肇 凹陷为松辽盆地坳 陷构造层二级构造单元 ， 是主力生油凹陷之 一 ，自下而上 发育 白垩系火石 岭 组 、沙河子组、营城组 、登娄库组 、泉头组 、青 山口 组 、姚家组 、嫩江组 、四方 台组 、明水组 、古近系依 安组 、新 近系大安组 、泰康 组和更新 统一全新统地 层。三肇 凹陷经历断陷期 火石岭组一营城组 、坳 陷期 登娄库组一嫩 江组 和构造反转期 四方 台 组一更新统一全新 统 三期 构造演 化， 自西而东 奠 基在断陷构造层古中央隆起带和徐家围子断陷的基础 上，东 、西具有不均衡发展的历史 ，东部是持续沉降 的，为长期发育的凹陷，是三肇凹陷的沉积中心。葡 萄花油层对应姚家组一段地层 ，为三肇 凹陷主要含油 层系之一 ，底 界为 T 地震 反射层 ， 目前发现 了 尚 家 、榆树林 、卫星 、升平 、宋芳屯 、徐家围子 、永乐 和肇州 8个油田。从油富集的构造部位看 ，油在凹陷 的中心、低缓的斜坡和鼻状构造上均有分布，显示了 “ 满 凹含油”的特征。向斜成藏机理 的提出，有利地 指导了凹陷内油气勘探 ，向斜成藏机理 的核心是储层 物性差异 造成 的滞 留效应，使 凹陷底部 找油成为可 能。但是 ，向斜成藏是否还有其它因素 的控制还有待 于进一步研究 ，因此从三肇凹陷葡萄花油层油水分布 规律人手 ，系统剖析控制油水分布的关键因素 ，探讨 凹陷油运聚成藏的机理 。 1 油分布规律及控制因素分析 三肇 凹陷葡萄花油层 共发现 尚家 、榆树林 、升 平 、宋芳屯 、徐家围子 、永乐和肇州油田，在邻 区还 发现了朝阳沟油 田，大庆长垣仅有一部分原油来 自三 肇凹陷⋯。尚家、宋芳屯和肇州油 田位于低缓的鼻 基金项目国家 “ 9 7 3 ”重点基础研究项目 2 0 0 1 C B 2 0 9 1 0 4 资助。 收稿 日期 2 0 0 7 - 0 5 -08 作者简介高兴有 1 9 6 6一 ，男 ，黑龙江 尚志人 ，高级工程师 ，从 事油田开发地震地质研究 。 维普资讯 l 0 大庆石油地质与开发P ． G ． 0 ． D ． D ． 第2 7卷 第2期 状构造 ，升平和榆树 林油 田位于北部和 西部斜坡 上 ，徐家围子和永乐油 田分别位于徐家围子和永乐次 凹 卜，鼻状构造和次凹均有原油分布 目前 ，宋芳屯 南部 、永 乐 和 肇 州 油 田 基 本 连 片 图 1 ， 显示 了 “ 满凹含油”的持征 从油水分布与原油成藏关键 时刻 明水绀 沉积末期 的占构造关系看 ，朝阳沟 油田位于背斜带 _ 卜，尚家、宋芳屯和肇州油田以及芳 3 0 5井区位于低缓的鼻状构造上 ，升平和榆树林油田 位于斜坡上 ，而徐家围子和永乐油田位于次凹上 ，古 低幅度鼻状构造控制油分布。烃源岩定量评价表 明， 青山口组排烃 门限深度 约为 l 7 5 0 I l l ，尚家油 田和朝 阳沟油田处于排烃门限之外，地质储量 、 储量丰度和 产能均比排烃 门限以内的油 田低 ， 油分布受有效烃灶 的控制。葡萄花油层具有典型的浅水河控三角洲沉积 持征 ， 物源来 自西北方向， 但不排除存在东部物源 ， 分 流河道砂从两北向西南全区连续展布， 全区沉积厚度 较小， 地层辱度为 1 l ～l 5 6 1 ] l 。砂体普遍较薄 ， 一般为 3～2 0 1 ] l ， 砂地比普遍低于 4 0 ％ ， 一般为 l 0 c A ～ 3 0 ％ ， 黄蔽等 2 0 0 3 研究认 为三肇凹陷砂岩厚度 l 0～1 4 I l l 对应砂地 比 1 8 ％ ～2 5 ％的区域 有利于油富集 。三 肇凹陷油主要分布在断裂密集带上， 断裂带对油具有 苇要的控制作用 通过分析不难看出， 断裂带 、 有效烃 灶 、 眇体及古构造背景控制着三肇凹陷油分布 ， 但从根 本上讲 ， 断裂带控制古构造背景和砂体的分布 ， 因此断 裂带和有效烃灶是控制油分布的关键因素。 图l三肇凹陷及邻区油平面分布 F i g ． 1 PI k rl e o i l d i s t r i b u t i o n m a p f o r S a n z h a o d e p r e s s i o n a n d t h e a d j a c e n t a r e a s 2 油运移方式探讨 油运 移 式 研究 是成藏 动力学 和含 油气系统研 究 的核心，只有正确认识油运移方式才能建立合理的成 藏模式及预测有利 目标 基于油主要富集在 占 ‘ 鼻状 构造带和古斜坡上，更 多的学者认为三肇凹陷油是侧 向运移富集成藏的 如果不考虑断裂的存在并且认为 砂体普遍连通 ，在古构造图恢复的基础上 ，模拟成藏 关键时刻明水组沉积末期油运移路径 ，也显示三 肇凹陷内部油有侧 向运移 的迹象 ，但路径相对较短 ， 而靠近几个反转构造带油大规模侧向运 移，流线较 长。通过油运移路径模拟似乎 可以解释三肇凹陷及周 边地区油的分布规律 ，即三肇凹陷内部短距离侧向运 移富集成藏，而周边反转构造上油长距离侧向运移富 集成藏但通过油水关 系解剖及断裂控藏机制研究认 为，更多的地质现象并不支持葡萄花油层大规模侧向 运移，主要表现在 5个方面 1 断裂多方位切割小面积连片的砂体不能形成 连续的侧向运移通道 葡萄花油层砂体并不发育 ，砂岩厚度变化范围为 0～ 3 5 i n ，小层砂岩厚度最大不超过 5 m，砂体并非 大面积连片。葡萄花油层砂地 比不超过 4 0 ％ ，为典 型 “ 泥包砂”地层 ，各小层砂体纵向不能错叠连片。 T。 一 。断层断距一般为 5～ 4 0 I l l ，绝大多数断层将小层 完全错开 ，部分断层将葡萄花油层部分错断 ，长期活 动的断层在成藏关键时刻再活动可以在纵向上沟通砂 体 ，形成连续 的侧向运移通道 ，但并非所有的断层都 活动，不活动的断层侧向封闭性好 ，有利于阻滞油侧 向运移 砂体不能大面积连片加之不活动断层的侧向 封闭作用 ，油不能大规模侧向运移 ，但油并非没有侧 向运移 ，高点油富集和同层油水分异现象说明油经历 了短距离侧向运移。因此 ，从运移通道看三肇凹陷运 移方式 ，开始以垂向运移为主，之后在连片砂体内部 做短距离侧向运移 2 平缓的构造背景不利于油大规模侧向运移 油侧向运移 的主要动力 为浮 力 ，浮 力的大小 取决于连续的油柱高度和地层倾角大， J 、 ，连续油柱高 度越 长 ，地 层 倾 角 越 大 ，油柱 高 度 的顶 、底浮 压 越 大 ，运移的动力越强，油侧向运移的距离越远。油侧 向运移 往往沿着优势路 径 ，在近 源大面积 聚集 ， 远源优势运移路 径越来越 明显 葡萄花油层砂岩 大部分是亲水 的，油在浮压驱动下侧向运移，必须克 服储层的毛细管压力 统计 9 5块压汞实验测试的砂 岩的排替压力 ，变化范 围为 0 ． 0 4 9～0 ． 8 M P a ，平均 值为 0 ． 1 MP a ，克服 0 ． 1 MP a排替压力 ，需要连续 的 油柱高度约为 6 6 ． 6 7 n 从成藏关键时刻三肇及周边 地区葡萄花油层地层倾角变化看 ，三肇凹陷葡萄花油 层地层倾角普遍小于 I 。 ，一般为 0 ． 5 。 左右，低缓的 构造 背景 需要 连 续 的油 柱 长度 达到 2 4 5 2～ 6 9 9 2 m， 油才能大规模侧向运移。葡萄花油层断层平均间距为 5 0 0 m，连续油柱高度需要跨 越 4 ． 8～l 3 ． 8条断层 ， 高密度侧向封闭性极好的断层难以使油柱高度连续到 维普资讯 2 0 0 8年 4月 高兴有 三肇凹陷葡萄花油层油气运聚成藏模式 1 1 可以侧向运 移的临界值。假设断层 不影响油侧 向运 移 ，三肇 凹陷地层倾角与西斜坡 大约为 1 。 相似， 在这种低缓构造背景油发生侧向运移，油侧向运移的 优势路径非常明显 ，受优势路径的控制 ，油呈串珠状 或线状分布， 但三肇凹陷油是大面积连片的 图1 。 基于动力和优势运移路径的特征看三肇凹陷油运移的 方式 ，大规模侧向运移是很难发生的。 3 原油物性平面变化规律反映油并非大规模侧 向运移 原油如果是侧向运移，其物性将沿着侧 向运移方 向呈现规律性变化 ，一般来说还原条件下 ，沿着运移 方向原油的密度 、黏度 、含蜡量 、凝固点和含胶量等 是逐渐减小的，即为地层 的层析效应 ，但在氧化背景 下 ，将出现相反的情况 。利用三肇凹陷 3 0 0口井原 油物性资料，对原油的密度 、黏度 、含蜡量 、凝 固点 和含胶量平面变化规律进行了分析 ，结果并不显示从 次凹向鼻状构造和斜坡逐渐降低的趋势，高值区主要 位于油田范围，这证实油不是从次凹方向侧 向运移来 得 ，而是原地断裂垂 向输导的结果 。 4 油 田普遍低压证实葡萄花油层是许多局部半 封闭系统 的组合 利用 3 3 8口井地层测试 R F T 和试油资料研究 三肇 凹陷葡萄花油层压力特征 ，三肇 凹陷 6个 油田均 为低压一常压油藏 ，压力系数大部分地 区小于 0 ． 9 6 ， 在平面上 自东而西逐渐减小 ，主力油 田范围基本为低 压 ，卫星北部 、升平北部 和永乐东部变为常压系统。 葡萄花油层夹持 于青 山 口组 和嫩江组高压泥岩层之 间，且具有泥包砂的储层结构 ，砂体小面积连片，受 高密度断层分割，极易形成局部的压力封存箱。低压 的形成主要 由两种变化引起 ’ 一是孔隙体积增加 ， 引起孔隙体积增加的原因主要有构造抬升与地层剥蚀 引起砂岩回弹，体积增大，同时温度降低 ，孔隙内流 体体积收缩 ，孔 隙体积 同样增大，孑 L 隙水 化学作用 ， 特别是次生孔隙的形成 ，在封闭条件下最易于增加孔 隙体积而导致异常低压；二是流体排出导致低压，引 起流体排出的原因主要有流体通过断裂、不整合面等 输导体排出、物性差异引起非均质流 、渗析作用和轻 烃扩散作用。此外 ，饱和天然气藏深埋和承压面低于 地表都会引起低压 ，但不是主因。对比油藏低压形成 条件，三肇凹陷异常低压主要起因于构造抬升与地层 剥蚀 ，该区剥蚀量大约为 2 0 0 m，无论是砂岩回弹引 起低压 ，还是温度降低引起低压 ，能够保存现今说 明 葡萄花油层是个封闭的体系，葡萄花油层应该为异常 低压封存箱。由于砂体 小面积连片 ，加 之断层 的分 割，可能形成的是低压 “ 封存箱群 ” ，箱 与箱之间互 不连通，因此油侧 向运移难以发生。 5 尚家油田是扶杨油垂向运移的结果而不是沿 葡萄花油层侧 向运移而来 尚家油 田位于尚家鼻状构造上 ，处于三肇凹陷有 效烃灶之外 ，目前在葡萄花油层发现 了 1 3口工业油 流井 ，工业油 流井 紧靠断裂分布。为了追寻油 的来 源 ，对 尚家油田及三肇 凹陷主力探区扶杨油层和葡萄 花油层开展油源对比工作 ①通过姥植烷 比、姥鲛烷 正十七烷 比、植烷正十八烷 比、原油的族组成和正构 烷烃 的分布对 比认为 ，尚家扶杨油层和葡萄花油层同 源 ，甚至与三肇凹陷扶杨油层和葡萄花油层原油都是 同源的；o E P 、姥植烷比、 姥鲛烷正十七烷比和植 烷正十八烷 比对 比认为 ，原油 主要来 自青一段烃源 岩 ；③正构烷烃分布显示尚家葡萄花油层原油低碳数 含量较其他油样低，如果油沿葡萄花油层侧 向运移而 来 ，由于地层的层析作用，低碳数 比例应该大，造成 低碳数偏低的根本原因可能是断裂活动将扶杨油层的 原油调整到葡萄花，同时造成部分轻烃散失所致 ，葡 萄花油层并不连片分布 ，基本受大规模长期活动断裂 控制 的事实 ，证实葡萄花油层的原油是下伏扶杨油层 二次调整的结果。 3 油运聚成藏模式 通过断裂控藏机理和油运移方式探讨 ，认为三肇 凹陷葡萄花油层成藏模式为 油沿晚期活动的断裂垂 向运移后短距离侧向运移受断层和岩性边界遮挡聚集 欠充注成藏模式 图 2 。该类模式控制 的油水关系 复杂 ，主要表现在 ①油受断层遮挡成藏 ； ②受岩性边界遮挡成藏t ③受封闭断裂控 制无油气运移通道砂体不能成藏； ④与上部砂体存在渗透率极差 的砂体不能成藏 ； ⑤无断裂沟通的孤立砂体不能成藏； ⑥油将水 排向较差的相带， 较差相带主要富集水 图2油沿晚期活动的断裂垂向运移后短距离侧向运移成藏模式 Fi 2 T h e o i l a c c u ml l a t i o n m o d e d e s c r i b e d a s a f t e r t h e v e r t i c a l mg r a t i o n a l 伽暖 t l 1 e f r a c t u r e t i v e i n l t e p e ri 廿l e曲0 n d i s t a n c e p a r a l l e lg r a t i o n o f廿le oi l 1 构造导致断裂活动诱 导超压释放和油垂 向 运移，油源供给不足，受晚期断裂多期活动和储层物 性极差影响，垂向下水 、上油。 2 断裂密集带控制油分 布，断裂密集带之间 为水区。 下转第 1 5页 维普资讯 2 0 0 8年 4月 杨殿军超压对泥岩盖层封闭各种相态天然气的作用研 究 1 5 地层压 力 一 含气浓度 一 a 超压分布 b含气浓度 分布 口致 密 层 口欠 压 实 层 圈5具生烃能力超压泥岩盖层超压与含气浓度分布圈 F i g 5 0 v e r p r e s s u r e a n d g a s c o n c e n t r a t i o n o n o v e r l e s s twe d m u d s t o n e c a l3 r k W i t l l t I y 出0 c a r b ∞ g e n e r a t i o n曲i l i t y 封闭游离相天然气能力越强 ；反之则越弱。 2 超压使泥岩盖层致密层压实成岩程度增强 ， 吸附阻力增大 ，封闭水溶相天然气能力增强 ，超压越 大，封闭水溶相天然气能力越强；反之越弱。 3 超压使 具有生烃能 力的泥岩盖层 中含气浓 度增大 ，对扩散相天然气形成更强的浓度封闭作用 ， 且超压越大 ，对扩散相天然气的浓度封 闭作用越强 ； 反之则越弱 。 参考文献 [ 1 ]郝石生 ，黄志龙 ，杨家琦 ．天然气 运聚 动平衡 及其应用[ M] 北京 石油工业 出版社 ，1 9 9 4 ． 上接第 1 1页 3 同一断块具有高点控油和大断层控油特征 ， 同一小层内具有明显油、水分异现象 。 4 不同断块无统一的油 、水界面。 5 无断层沟通的砂岩透镜体含油性较差。 6 封闭断块油更富集 。 油水关系复杂的根本原因是断层类型和活动规律 不 同，导致 油源断层 、遮挡 断层 和砂体配 置关 系不 同。除了成藏 的必要条件外 ，控制这种成藏模式形成 的关键因素为有效烃灶范围内高密度晚期继续活动 的断层 油源断层 和晚期停止活动 的断层 遮挡 断层切割砂体。 4 结论 1 三肇 凹陷葡萄花油层具有 “ 满 凹” 含油 的 特征，断裂带和砂体共 同控制油的分布。 2 从运 移通道 、动力 、原 油物性 变化 、压力 系统和周边地区油田油岩对比认为，三肇凹陷葡萄花 油层油侧向运移的可能性较小。 3 油成 藏模式 主要为沿晚期活动 的断裂垂 向 [ 2 ]付晓泰，王振平，卢双舫 ．气体在水中的溶解机理及溶解方程 [ J ]．中国科学 B辑 ，1 9 9 6 ，2 6 2 1 2 4 ． 1 3 0 ． [ 3 ]付广 ，康德江 ，段 海凤 ．泥质岩盖层对水溶相天然气封闭能力 的综合评 价方 法及 其应 用 [ J ] ．吉林 大学 学报 地球 科学 学 报 ，2 0 0 6 ，3 6 1 6 O _ 6 5 ． [ 4 ] 吕延防 ，付广 ，高大岭 ，等 ．油气 藏封盖 研究 [ M]．北京 石油工业出版社 ，1 9 9 6 ． [ 5 ]郝石生 ，黄 志龙 ．天 然 气盖 层 研 究 与评 价 [ J ] ．沉 积学 报 ， 1 9 9 1 ，9 4 2 0 -2 6 ． [ 6 ]郝石生 ，陈章 明，高耀斌 ，等 ．天然气 藏的形成 与保护 [ M]． 北京 石油工业 出版 社， 1 9 9 6 ． [ 7 ]付广 ，姜振学 ，庞 雄奇 ．盖层烃 浓度 封闭 能力评 价方 法探 讨 [ J ]．石油学报 ，1 9 9 7，1 8 1 3 9 4 3 ． [ 8 ]付广 ，吕延防 ，薛永超 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