我国油气运移的研究现状与展望.pdf

收稿日期2000201215 作者简介张厚福1932 - ,男汉族 , 湖北武汉人,教授,长期从事石油与天然气地质教学与科研工作。现任中国石油学会石油地质专业 委员会油气运移学组组长。 ① 石油大学京津地质综合研究队.京津地区廊固凹陷地质 物探综合解释研究总结报告. 1987. 文章编号10002587020000420001203 我国油气运移的研究现状与展望 张厚福, 金之钧 石油大学,北京100083 摘要我国油气运移研究现状具有下列特点 1 瞄准世界科技前缘,加强油气运移基础理论研究 ; 2 应用高科 技新技术研究油气运移 ;3 综合运用地温场、 地压场、 地应力场研究油气运移,探讨了油气成藏动力学机理 ;4 综合 地震、 测井、 地质等多学科信息研究流体势 ;5 油气运移地球化学研究有了显著进展 ; 6 油气田勘探开发过程中油 气二次运移研究有了可喜的开端 ;7 我国油气运移研究队伍日益壮大。鉴于油气运移是一个技术难度较大的研究 领域,问题复杂,在今后的研究工作中,要进一步加强基础理论研究,紧密联系实际,为油气勘探开发服务。 关键词油气运移;研究现状;发展方向 中图分类号TE 132. 1 1 文献标识码A 1 概 述 在含油气盆地形成演化、 油气藏形成破坏的 全过程中,油气运移始终起着重要的纽带作用,所以 它是石油地质学的基本理论课题之一,更是油气勘 探开发中必须探讨的实际问题。但它涉及多学科, 知识面广,至今仍是石油地质学领域研究的薄弱环 节。为了推动全国的油气运移研究,1987年中国石 油学会石油地质专业委员会正式设立了油气运移学 组,在地方部门石油学会的支持下,在全国石油地质 界的专家学者们的热情参与下,顺利召开了四次全 国油气运移学术研讨会,有力地促进了我国石油地 质界对油气运移的研究。近年来,广泛采用新理论、 新技术,并紧密结合生产实际,该项研究工作蓬勃开 展,取得了丰硕的成果。特别是第四届盛会由来自 全国石油、 石化、 海洋、 地矿、 新星、 国家地震局、 中科 院及高校等系统的145位专家学者参加,他们带来 了72篇高水平的学术论文,展示了我国油气运移研 究取得的重大成就。为了进一步推动此项工作的深 入开展,本文重点回顾我国油气运移研究工作的发 展历程,并对未来的研究方向进行初步探讨。 2 我国油气运移研究现状 我国油气运移研究起步较晚,早期只有少数学 者从不同角度做过零星研究。刘方槐1965从水文 地质学观点指导研究生探讨了川南泸州古隆起天然 气运聚与保存问题,他最早引入E. C. Dahlberg的流 体势概念,并用于研究四川盆地阳新统天然气运聚 问题。1983年起,陈荷立用声波测井资料讨论了东 营、 江汉、 陕甘宁等盆地压实作用与油气运移的关 系。19851986年,石油大学北京的张厚福、 贺 志勇等在我国首次采用大量井下资料和地震资料, 在京津廊固凹陷大规模开展流体势大剖面及平面图 的制图研究,探讨了下第三系油气运聚问题 ①。 1987年,李明诚首次出版了专著[1],从理论上阐明 了油气运移基本原理,推动了国内的油气运移研究 工作的开展。1987年,中国石油学会石油地质专业 委员会油气运移学组成立,第一次学术交流会展示 出在泥岩压实与初次运移、 水动力作用与二次运移、 排烃率与排烃量等方面取得了较大的进展。自 1987年至1991年油气运移研究工作在以下几方面 取得了初步进展[2]碎屑岩系、 碳酸盐岩中的油气 运移;地震、 萤光薄片、 碳同位素引入初次运移研究; 二次运移中单位质量油、 气、 水的受力分析及流体势 广泛应用;初步引用了专家系统、 数值模拟等新技术 分析油气运聚;地质、 测井等多技术评价盖层;松辽、 辽河、 东濮、 南阳、 四川等盆地油气运移剖析。近年 来,此项研究工作更加深入,概括起来有以下特点。 2000年 第24卷 石油大学学报自然科学版 Vol. 24 No. 4 第4期 Journal of the University of Petroleum , China Aug. 2000 1瞄准世界科技前缘,加强油气运移基础理论 研究。对国内外石油地质界未解决的难题,如油气 运移机理、 排烃系数、 聚集系数、 保存条件、 运聚模拟 实验等开展了深入分析,取得了可喜的进展。发展 了应力场强度概念,丰富了有效排烃、 运移门限值研 究内容,分析了天然气分子扩散、 渗流、 混相涌流3 种运移方式,运用地壳热流活动来讨论油气生成与 运移。 2综合运用地温场、 地压场、 地应力场研究油 气运移。 “三场” 研究是近几年世界石油地质界讨论 的热门话题,应运而生的流体封存箱seal - bounded fluid compartment与油气系统petroleum system 等新理论、 新技术正是应用 “三场” 研究油气藏形成 与保存的丰硕成果[3]。还有许多作者从不同角度 分析了开放热力学系统、 地压场、 构造应力、 异常地 层压力、 拉张断裂体系等与油气运移的关系,内容生 动、 证据翔实[4]。 3从地壳运动的幕式过程出发,对叠合型含油 气盆地多期运移、 多期成藏的机理和特点,特别是油 气聚散过程中的物质平衡原理及定量模拟评价方面 做了初步的探讨[5],进一步指出构造因素是影响叠 合盆地油气运聚成藏、 保存与破坏诸因素中最重要 的因素。 4提出了油气运移过程中存在 “高速公路” 的 新概念,并通过物理模拟实验进行了证实[6]。指出 油气在运移过程中总是沿着最小阻力路径运移,一 旦这一通道形成,在流速不变的情况下,所有油气将 通过该通道向前运移。这一概念的提出,可用来合 理地解释含油气盆地油气田平面分布的非均质性。 5初步建立了油气幕式成藏的概念模型[7]。 在油气成藏过程中,既存在流体势作用下的缓慢运 聚过程,又存在构造运动控制下的 “突发式” 成藏过 程。后者被在柴达木盆地下第三系发现的低温沸腾 包裹体所证实[8]。 6应用新技术、 新方法研究油气运移。引入了 人工智能、 专家系统、 人工模拟试验等当今世界高科 技前沿技术,提出多功能综合盆地模拟系统,从构 造、 温度、 压力、 生烃热演化、 多相渗流等方面模拟莺 琼盆地储层,探讨了崖13 - 1大气田的气源特征。 石油大学北京的研究者们提出了孔隙介质及裂缝 介质石油运移物理模拟方式[9];胜利石油管理局在 油气生成运移模拟系统中的排烃方面取得了一系列 重要成果[10]。此外,还进行了人工模拟埋深三四千 米高温、 高压下天然气水溶对流试验、 油气水混相涌 流试验等①,这些成果具有重要的地质意义。上述 高新技术为油气运移定量研究提供了有效的手段。 7综合利用地震、 测井、 地质等多学科信息研 究流体势。1987年至1994年间,石油大学等单位 对廊固凹陷的流体势进行了分析,并广泛应用流体 势研究了塔里木、 陕甘宁、 东营、 板桥、 歧口、 百色及 辽河东部浅海等地区的油气运聚趋势②,促进了油 气勘探工作的深入开展。 8油气运移地球化学研究有了显著进展。将 地球化学技术应用于油气运移研究尚处在探索阶 段,自1991年以来引入的各种地球化学技术[11]包 括萤光薄片、 轻烃、 碳同位素、 甾烷萜烷、 稀有气体同 位素、 流体包裹体及常规理化性质等。这些技术分 别应用于塔里木、 吐哈、 松辽、 莺琼、 泌阳、 济阳、 辽 河、 华北、 四川、 陕甘宁、 柴达木等盆地的油气运移研 究。在这个领域内,我国正在迈向世界前列。 9利用新方法研究流体历史。用含氮化合物 分离技术讨论油气运移的方向、 途径、 距离及油藏充 注方向 ③,在塔里木、 松辽、 威里斯顿及阿尔伯达等 盆地获得良好的应用效果。应用伊利石定年方法确 定油气充注的年龄等也取得了可喜的进展[12]。 10油气田勘探开发过程中油气二次运移研究 有了好的开端。1994年的学术交流会上出现了专 门讨论开发过程中二次运移的论文。在胜利孤东油 田进行了大油田小井距注水井开发试验及人工控制 油、 气、 水运动分析二次运移,均获得了珍贵启示, 即有机分子在运移中排序,运移通道随压力增加而 扩展,高渗透带是砂岩输导层的油气运移通道。 11我国油气运移研究队伍日益壮大。综观十 几年来我国油气运移研究的历史,在全国各油田、 科 研院所、 高等院校中涌现出一大批科研人才。老一 辈石油地质专家继续为油气运移研究及培养人才贡 献自己的余热;大量中、 青年专家脱颖而出,运用多 学科相结合的理论基础,深入进行油气运移研究,并 已取得一批可喜的成果。第四届学术交流大会上的 精彩报告和论文就是最佳的明证。 12石油大学 “211” 工程重点建设项目 “油气成 2石油大学学报自然科学版 2000年8月 ① 张义纲,等.高温高压下天然气水溶对流试验.第三届全国油气运移学术研讨会,1994 ② 石油大学.应用流体势研究塔里木等地区油气运移趋势.第三届全国油气运移学术研讨会,1994. ③ 黎茂稳.第四届全国油气运移学术研讨会,1999. 藏机理模拟实验” 、 中国石油天然气集团公司 “九五” 重大科技项目 “我国大中型油气田成藏模式定量研 究” 、 国家自然科学基金项目 “南海高压流体与成藏” 及其他有关项目的设立,都大大地推动了油气运移 方法的研究。 3 油气运移研究方向 油气运移毕竟是一个技术难度甚大的研究领 域,问题复杂、 涉及知识面广。为了将油气运移研究 引向深入,使基础理论研究提高到世界先进水平,同 时要紧密联系实际,更好地为油气勘探开发服务,今 后尚须在以下几个方面加强研究。 1进一步深化油气运移基础理论研究,完善第 四次学术交流会中提出的 “幕式成藏” 、“油气运移高 速公路” 等新概念。以油气系统为单元,以油气运移 为纽带,系统地开展含油气盆地的油气藏形成与破 坏过程的综合研究,探讨我国各类盆地的油气运聚 成藏及后期演化规律。 2将油气田勘探开发生产经验与实验室物理 模拟、 计算机模拟相结合,综合定量研究生烃系数、 排烃系数、 运移系数、 聚集系数、 保存系数等系列参 数,力求逼近地质实际,更好地为油气资源评价及油 气勘探开发服务。 3加强多旋回构造运动控制下的油气运聚规 律研究。此研究是由我国区域构造背景所决定的, 应该在全球大地构造背景下,多学科相结合,系统地 开展原型盆地与改造盆地、 一次运移与二次运移、 油 气藏形成破坏再形成 ⋯⋯ 等复杂地质条件下的 油气运聚规律研究。 4继续研究碳酸盐岩地区油气运聚成藏机理, 特别要加强对油气初次排烃、 二次运移与聚集成藏 的相态、 速率、 动力学特征等机理的研究,为我国在 21世纪前半叶在碳酸盐岩地区的勘探工作奠定新 的理论基础。 5加强非常规油气成藏机理的研究。水力封 闭油气藏、 深盆油气藏、 砂岩透镜体岩性油气藏、 无 机成因油气藏、 煤层甲烷气藏、 天然气水合物气藏等 对于丰富石油地质理论及指导油气勘探都有着重要 意义,因此要加强这方面的研究。 6继续加强物理模拟和计算机模拟,这是引入 高新科技开展油气运聚规律定量研究的重要途径。 要特别注意模拟与地质研究紧密结合,要充分论证 地质模型的建立和各项参数的选取,以期提高模拟 结果的可靠性与实用性。 7加强油气田开发及一、 二、 三次采油过程中 的油气运移研究。特别是要加强油气开发过程中发 生的水 岩物理化学及化学作用机理的研究以及剩 余油分布规律及主控因素分析,充分挖掘各个油气 田在开发、 开采过程中的有用信息,在对油气藏进行 精细描述的同时,分析油气运聚规律,以提高生产效 益。 8继续加强油气运聚过程中的地球化学研究 含无机与有机化学 , 发展油气藏地球化学Reser2 voir Geochemistry ,寻求高效、 快速、 廉价的运移、 聚 集、 保存的各种地球化学新指标。 4 结束语 陆相生油理论是我国老一辈石油地质工作者对 世界石油地质理论的巨大贡献,也就是在这一理论 指导下发现了世界上最大的陆相油田 大庆油 田,实现了我国石油工业的第一次创业,为祖国建设 做出了巨大贡献。当前,我国油气勘探正面临着世 界级的难题,既有技术上的难题,更有理论上的难 题。例如我国广泛分布的碳酸盐岩地区,同世界其 他盆地相比其时代偏老;已发现的烃源岩层有机质 含量偏低,成熟度较高;勘探程度较低的西部地区, 含油气盆地多属叠合盆地,具有演化历史长、 构造活 动强烈、 多套烃源岩发育、 多期成藏等特点,油气分 布规律十分复杂,现今的油气理论难以适应当前勘 探的需要。因此,必须建立新的理论体系。油气运 移过程恢复及动力学机制的研究,便是该理论体系 中的关键问题,广大的石油地质理论研究人员应积 极参与该方面的研究,并力求做出更大的贡献。 参考文献 [1] 李明诚.石油与天然气运移[M].北京石油工业出版 社,1987. 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The re2 search in future has some difficulties. A new theoretical system for the study must be developed. It is important to study the fundamental theories of petroleum migration and the dynamic mechanism. Key words petroleum migration ; present research situation ; development About the first author ZHAN G Hou2f u ,male ,professor , graduated f rom the graduate school of f ormer Beijing Petroleum Institute in1956.He has long been in the f ield of petroleum geology researching and teach2 ing in the University of Petroleum , China Beijing 100083 . WAN G Ting2bin/MAJOR CONTRIBUTION OF GAS MIGRATION THEORY TO DEVELOPMENT OF NATURAL GEOLOGY IN CHINA/ 2000 ,244 4～10 The theoretical study of gas migration made in the last twenty years has a great contribution to the development of natural gas geology in China. It can be summed up as follows①It provided the important basis for establish2 ing gas reservoiring theory characterized by multi2source , multistage and multi2phase migration ;②It gave a fur2 ther explanation of gas reservoiring process , namely , the key of natural gas to be accumulated or reservoired is exactly the integration and evolution of three major geological factors , i. e. , basin , geothermal action and hydro2 carbon generation ;③The theory of natural gas to be dynamically , multi2staged and lately reservoired was estab2 lished ;④It provided the significant basis for developing investigation and research system of natural gas in con2 ity with the geological characteristics in China ;⑤It defined the exploration direction of natural gas by sum2 marizing the reservoiring conditions of large and medium gas fields in China. Key words natural gas; gas migration ; gas accumulation ; reservoir preservation condition ; natural gas geology About the author WAN G Ting2bin , male , professor , works on natural gas geology in Program Research In2 stitute of Xinxing Petroleum Company , China Beijing 100083 . SON G Qian and JIN Zhi2jun/THE STATISTIC FEATURES OF LARGE FIELDS/ 2000 ,244 11～14 With the support of the basic geological features data base , probability analysis ,single variate regression and mul2 tivariate step2wise regression are applied to analyze the relationships between ultimate recoverable reservoir and different geological factors , including source rock , reservoir , seal rock and trap. According to the statistic fea2 tures , ing and distribute regularitiesof large fields are suggested , and their major controlling factors are fur2 ther discussed. Of those factors having important influences on large fields , effective sourcerock is the most cru2 cial , and trap volume and reservoir conditions are also important. In addition , basin styles and evolutionary stages have significant influence on large fields. In diffferent kinds of basins or in different evolutionary regulari2 ties , the major controlling factors are different. Ⅰ Journal of the University of Petroleum , China Edition of Natural Science Vol. 24 No. 4 Aug. 2000