鄂尔多斯盆地柴窑区延长组油气二次运移动力.pdf

2 0 1 0年 9月 第 2 5卷第 5期 西安石 油大学学报 自然科学版 J o u r n a l o f X i a n S h i y o u U n i v e r s i t y N a t u r a l S c i e n c e E d i t i o n S e p．2 01 0 Vo L2 5 No ． 5 文章编号 1 6 7 3 -06 4 X 2 0 1 0 0 5 - 0 0 0 6 -0 4 鄂尔 多斯盆地柴窑 区延长组油气 二次运移动力 王乃军 ’ ， 赵 靖舟 ， 罗静 兰 ’ 1 ． 西安石油大学 油气资源学院， 陕西 西安 7 1 0 0 6 5 ； 2 ． 西北大学 地质学系， 陕西 西安 7 1 0 0 6 9 ； 3 ． 西北大学 大陆动力学教育部重点实验室， 陕西 西安 7 1 0 0 6 9 摘要 计算了浮力要克服毛细管压力所需的连续油柱的高度和长度， 发现计算的克服毛细管压力所 需油相连续长度远大于目前延长组 已发现油藏含 油带宽度． 因此， 浮力无法克服毛细管压力， 不能 成为研究区长 3 一 长 6油层组油气进行二次运移的主要动力． 根据平衡深度法， 计算 了各个层位的 孔 隙剩余压力． 发现 自长 3油层组之下， 各套地层均存在孔隙剩余压 力， 且在长 7油层组达到最大 值． 源储压力远大于毛细管压力， 可以克服毛细管压力而使油气运移． 因此孔 隙剩余压力是研究 区 长 3 一 长 6油层 组 油 气进 行二 次运 移的主要 动 力． 关键词 延长组 ； 油气二次运移 ； 平衡深度法； 孔隙剩余压 力； 鄂尔多斯盆地 中图分类号 T E l 2 2 ． 2 4 文献标识码 A 油气运移贯穿于油气 的聚集和成藏 的全过程 ， 对油气 的分布具有非常重要 的控制作用． H u b b e r t M K早在 2 0世纪 4 0 _5 0年代就确定了浮力 、 水 动力 是成 藏 过 程 中油 气 运 移 和 聚 集 的 主 要 控 制 因 素 ． 随着石油工业 的发展 以及对油气运移研究 的深入 ， 目前 ， 国内外石油地质家的一个共识是 石 油的二次运移动力主要包括浮力 、 水动力、 异常压力 和构造应力 ， 对于构造稳定的地区， 运移的动力主要 是浮力和异常压力 ． 鄂尔多斯盆地是我 国非常重要的一个含油气盆 地， 中生代地层含油气丰富． 诸多学者都对其油气运 移的动力进行了研究 ， 认 为延长组油气 二次运移的 主要动力是异常压力 或过剩压力 j ． 异 常压力 主 要与泥岩的欠压实有关 ， 在不同地 区， 甚至同一地区 的不同层位 ， 泥岩的欠压实程度各不相 同， 异常压力 的大小也不尽相同． 本文在前人研究的基础上 ， 以柴 窑区延长组地层为例 ， 分别研究浮力 、 毛细管压力 、 孔隙异常压力和源储压力 ， 探讨对油气 二次运移的 主要动力． 1区域地质概况 柴窑区位于鄂尔多斯盆地伊陕斜坡东南部 图 1 ， 面积约 3 8 0 k m ， 构造背景为一个倾角不到 1 。 的 西倾单斜．区内长 3 、 长 4 5 、 长 6各油层组均发现 图 1 研 究区构 造位置 收稿 日期 2 0 0 9 - 0 9 - 0 9 基金项 目 陕西省 自然科学基础研究计划项 目 编号 2 0 0 9 J M5 0 0 2 资助 作者简介 王乃军 1 9 8 0 一 ， 男 ， 讲师， 博士研究生， 主要从事油气成藏地质学研究． E ma i l 3 0 7 6 5 8 7 6 q q ． c o m 王乃军等 鄂尔多斯盆地柴窑区延长组油气二次运移动力 一7 一 工业油流 ， 为一个多层位含油的地区， 主力产油层位 为长 6油层组． 这反映了柴窑区油气资源丰富， 勘探 潜力巨大． 2 浮 力 根据阿基米德原理 ， 油 气 在水 中所受到的浮 力等于油 气 排开同体积水 的重力． 即油在水 中受 到的上浮力可表示为 F V p 一P 。 g ． 1 式中 F为浮力 ， N； V为连续油的体积 ， m ； P 为地 层水的密度 ， k g ／ m 。 ； p 。 为地下石油的密度 ， k g ／ m ； g 为重力加速度 ， 9 ． 8 m ／ s ． 如果把式 1 中体积 变换成单位面积乘高z， 则上式变为 FZ p 一 P 。 g ， 此时 F是指单位面积 上高为 z的油柱所受的浮力 ， 其单位为 N ／ m ． 可见 油柱 z越高 ， 则浮力 F越大． 如果地层 中的油 气 想在浮力的作用下运动 ， 则浮力就必须大于油气运移 的阻力 ， 地层 中油气运 移的阻力主要是毛细管压力． 毛细管压力的大小取决于油 气 与水之间 的 界面张力 、 毛细管半径和介质润湿性 1 1 1 、 A p 。 2 O r o w C 0 s 0 I 一 ． 2 、 r t rD ， 式中 A P 。 为毛细管压力 ， MP a ； c r 。 为油水界面张力 ， N ／ m； r 为岩石喉道半径 ， 1 T l ； r 。 为岩石孔隙半径 ， 1 T 1 ． 油气要在浮力作用下运移， 浮力必须大于毛细 管压力 ， 即有 P 一P 。 g 3 式 中 z为克服毛细管压力 所需 的油柱高度 ， m； p 为地层水密度 ，k m 。 ； p 。 为地层原油密度 ， k m 。 ． 柴窑区块所处的陕北斜坡为一个倾 角不 到 1 。 的西倾大单斜 ， 要形成高度为 z的油柱 ， 所需的连续 油相的长度 ， J 要远远大于 z， 即有 r Z L一． Sl n 4 用式 3 一 4 计算毛细管压力及克服 毛细管 压力所需的油柱高度时， 选取参数 油水界面张力平 均值 0 ． 0 2 N ／ m， 地层原油的密度平均值 0 ． 8 4 1 0 k m ， 地层水的密度平均值 1 ． 0 31 0 k Jm 。 ， 研究 区砂岩大多为水润湿性 ， 故润湿角 0采用水在石英 颗粒表面的稳定润湿角 3 0 。 ． 计算结果如表 1 所示． 从表 1可以看出 ， 长 3储层浮力要克服毛细管 压力所需 的油柱高度为 6 5 ． 7 8 m， 远大于单砂层 的 厚度 5～3 0 m ， 而长 3油层含油面积高程差最大 只有 3 5 m， 远小于所需 的油柱高度． 克服毛细管压 力所需 的连续油相的长度为 7 5 0 0 m， 而含油面积的 最大展布范围直径为 5 5 0 0 1T I ， 小于所需的连续油相 的长度． 且长 3油层组油藏的含油饱和度较低 ， 大多 为油水同层 ， 无明显的油水界面， 这也说 明， 浮力在 此无法克服毛细管阻力． 表 1 各层位 毛细管压 力及克服毛细管压力 所 需油柱 的高度、 长度 同样 ， 长 6油层组储层浮力要克服毛细管压力 所需的油柱高度为 1 2 2 ． 4 8 m， 远大于单砂层 的厚度 5～1 5 m ， 而长 6油层含油面积最大高程差只有 3 0 m， 远小于所需的油柱高度． 克服毛细管压力所需 的连续油相 的长度为 1 4 ． 0 3 5 k m， 而长 6油层 含油 面积展布范 围的最大直径为 7 ． 2 0 0 k m， 远小于所需 的连续油相的长度． 由此得 出结论 ， 浮力 不是研究 区长 3 一长 6油 层组油气进行二次运移的主要动力． 3 孔 隙异常压力 3 ． 1 平衡深度法的基本原理 一 般而言 ， 沉积 盆地 中的异常高压形成于封闭 或半封闭的地质环境 ， 厚层泥岩是形成异常高压的 主要场所． 泥岩异常高压的表现形式都是异常高压 泥岩的孔隙度高于相 同深度正 常压 实泥岩 的孔 隙 度 ． 剩余孑 L 隙度 的存 在使得异 常高压泥岩 中的 孔隙流体承受了一部分本应 由岩石骨架承担的上覆 地静压力 ， 这一部分地静压力在数值上等于异常高 压泥岩中的超 压值 ． 基 于这一原理 ， 可利用平 衡深度法计算泥岩层中异常压力的大小 图 2 ． Z 图 2平衡深度法原理示意图 一 8 一 西安石 油大学学报 自然科 学版 大量研究表明， 泥质沉积压实的沉积初期 ， 孔隙 度随深度的变化符合公式 e一 ． 5 式中， 和 。 分别为地表和埋深 z处 泥岩 的孔 隙 度； c为压实系数． 声波在泥岩中的传播 速度 以声波时差表示 与其孔隙度的关系， 在一定深度范 围内可看作线性 关系 ， 因此可以通过声波时差来研究泥岩的压实规 律． 利用平衡深度法 ， 计算 出每 口井的异常压力 大 小 ， 从而得出整个区块的异常压力特点． 3 ． 2 利用平衡深度法计算异常压力 所谓平衡深度即在正常压实曲线上与欠压实地 层孔隙度相等的深度 图 2 ． 根据有效应力定律， 孔 隙度相同处的有效应力相等． 因此 ， 欠压实泥岩的剩 余孔隙流体压力表示为 p P b 一P g ‘ 一 P b 一P g‘ l 一I n A t 0 ／ △ ／ c j ． 6 式中 p 为欠压实地层的剩余孔隙压力 ， P a ； p 为上 覆沉积岩的平均密度， k g ／ m ； p 为上覆地层水的密 度 ， k g ／ m ； 为欠压实泥岩的地层埋深 ， 1T I ； 为欠压 实泥岩对应的平衡深度 ， m； A t 。 为外推的地表声波时 差值 ， p s ／ m； 为地层埋深 z 处的声波时差值 ， p s ／ m； c 为正常压实泥岩的压实系数， m； g为重力加速度， 9． 8 I n ／s _ l 3 _ ． 利用平衡深度法根据声波时差资料计算欠压实 泥岩孔隙异常压力的具体步骤为 1 在测井曲线上读取不 同埋深泥岩层的声波 时差值 ， 作 出声波时差与埋深的关系 曲线 ； 2 在声波时差与埋深的关系曲线上作出正常 压实趋势线 ， 并求 出正常压实条件下的c 值和 △ 值 ； 3 重要参数P 和P 的确定． 上覆地层沉积岩 的密度取平均值 2 ． 3 11 0 k g ／ m ， 地层水的密度取 平均值 1 ． 0 31 0 k g ／ m ． 4 按公式 6 计算欠压实地层剩余孔隙压力p 利用求取的参数 △ 和 c 值 ， 根据公式 6 计算 柴 2 1 井的剩余孔隙压力 、 地层压力 以及压力系数． 如图 3所示 ， 泥岩 的声波时差值在纵向上有 明显的 两段． 以长 3油层组顶部为界， 上部为正常压实泥岩 声波时差 ／ s ． 埘 孔隙剩余压力 ／ MP a 地层压力 ／ MV a 压力系数 一 l 0 0 2 o0 j l ● --． 长 1 3 0 0 ． 号 i J 长 2 4o 0 i F j． I 1 1 U ， 爱 长 察 0o ● 长 4 5 0 0 I Fr ■ 长 6 8 0 0 长 7 9 0 0 1 000 、正常压实曲线 I 长 8 1 1 0 0 ●⋯ 图 3 柴 2 1井声波 时差与流体压 力关 系 段 ， 不具有或具很小的异常压力 ， 下部为欠压实泥岩 段 ， 具有较大的孔隙异常压力 ， 且孔隙异常压力随深 度增加而增加 ， 直到长 7油层组达到最大异常压力． 从表 2中可以看出， 长 3以上层段为常压 ， 孔隙 异常压力很小， 长 3段开始孔隙异常压力逐渐增大， 压力系数也增大 ， 直到长 7段达到最大值． 长 3段为 高压异常， 长45 、 长 6 、 长 7段为异常高压． 表 2 柴2 1井流体压力 王乃军等 鄂尔多斯盆地柴窑区延长组油气二次运移动力 4源储压力 源储压力即烃源岩与储集层之问的孔隙异常压 力之差 J ． 柴窑区的源储压力即为长 7油层组 的孔 隙异常压力与储层的孔隙异常压力之差． 如表 3所 示 ， 长 7与 长 3油 层 组 间 的 源储 压 力 为 5 ． 6 0～ 1 1 ． 2 5 MP a ， 平均为 8 ． 3 8 MP a ． 长 7与长 6油层组问 的源储压力为 3 ． 4 2～ 9 ． 5 6 M P a ， 平均为 6 ． 2 3 M P a ． 表 3 柴窑 区块孔隙异 常压力 MP a 表 1所示 ， 长 3油层组 的毛细管压 力为 0 ． 1 2 MP a ， 长 6油层组的毛细管压力位 0 ． 2 3 MP a ． 可见源 储压力远远大于油气二次运移的主要阻力毛细 管压力 ， 所以油气可以在源储压力 的驱动下 ， 克服毛 细管压力进行二次运移 ， 源储压力 即为油气二次运 移的主要动力 1 6 - 1 7 ] ． 5 结 论 1 柴窑区长 3 一长 7油层组 浮力无 法克服 毛 细管压力 ， 浮力不是油气进行二次运移的主要动力． 2 柴窑区 自长 3油层组 开始存 在异常压力 ， 越 向下部地层 ， 异常压力值越大 ， 且在长 7油层组异 常压力达到峰值． 3 源储压力远大于毛细管压力 ， 油气可在源 储压力作用下进行二次运移 ， 源储压力是柴窑 区长 3 一长 7油层组油气进行二 次运移的主要动力． 参 考 文 献 [ 1 ] H u b b e n M K． T h e t h e o r y o f g r o u n d w a t e r m o t i o n[ J ] ． J o u r n a l of G e o l o g y ， 1 9 4 0 ， 4 8 8 7 8 5 - 9 4 4 ． [ 2 ] H u b b e M K ． E e n t r a p m e n t o f p e t r o l e u m u n d e r h y d r o d y n a mi c c o n d i t i o n s { J I ． A A P G B u l l ， 3 7 8 1 9 5 4 - 2 0 2 6 ． [ 3 ] 李明诚． 石油与天然气运移[ M] ． 北京 石油工业出版 社 ， 1 9 8 7 5 8 9 9 ． [ 4 ] 张厚福， 方朝亮 ， 高先志， 等． 石油地质学[ M] ． 北京 石油工业 出版社 ， 1 9 8 9 1 5 8 2 0 3 ． [ 5 ] 刘新社， 席胜利， 黄道军， 等． 鄂尔多斯盆地中生界石 油二次运移动力条件 [ J ] ． 石油勘探与开发， 2 0 0 8 ， 3 5 2 1 4 3 1 4 7 ． [ 6 ] 席胜利， 刘新社， 王涛． 鄂尔多斯盆地中生界石油运移 特征分析[ J ] ． 石油实验地质， 2 0 0 4 ， 2 6 3 2 2 9 - 2 3 5 ． [ 7 ] 杨飚， 郭正权， 黄锦绣 ， 等． 鄂尔多斯盆地西南部延长 组过剩压力与油藏的关系[ J ] ． 地球科学与环境学报， 2 0 0 6 ， 2 8 2 4 9 - 5 2 ． [ 8 ] 陈荷立， 罗晓容． 泥岩压实曲线研究与油气运移条件 分析[ J ] ． 石油与天然气地质， 1 9 8 7 ， 8 3 2 3 3 - 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