构造因素对岩性油气藏形成的影响.pdf

2 0 1 1年 6月 第 3 0卷第 3期 大 庆石油 地质 与开发 P e t r o l e u m Ge o l o g y a n d Oi l fie l d De v e l o p me n t i n Da q i n g J u n e，2 01 1 V0 I ． 3 O No ． 3 DoI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ J ． I S S N． 1 0 0 0 - 3 7 5 4 ． 2 0 1 1 ． 0 3 ． 0 0 3 构造 因素对岩性油气藏形成 的影响 陈 萍 大庆油 田有限责任公司勘探开发研究 院，黑龙江 大庆1 6 3 7 1 2 摘要 总结油气藏发现的历史及油气 藏分类方法 发现 ，经典油气 藏概念是定 义构造油藏 的充分必要条件 ，缺 少 定义复杂油藏和岩性油气藏 的充分条件。因此 ，采用油气 藏 的聚 集原理对岩性 油气藏研究 中的理论 问题进行 了 探讨 ，认为油气成藏的构造因素是浮力因素 ，岩性 因素是储层孑 L 隙结构 因素 ；油 气藏的形成过 程是圈闭储集层 中含油饱和度不断增加的过程 ；任何 岩性油气藏的形成 都不 同程 度地受到构造 因素的影 响 ，油气 藏基本是随着 构造的定型而定型 。 关键词 松辽 盆地 ；扶杨油层 ；构造油气藏 ； 岩性油气藏 ；浮力与毛管力 中图分类号T E 1 2 1 文献标识码A 文章编号1 0 0 0 3 7 5 4 2 0 1 1 J 0 3 - 0 0 1 4 -05 I NFLUENCE oF S TRUCTURAL FACToRS oN ATI oN OF LI THoLoGI C RES ERVoI RS CHEN Pi n g E x p l o r a t i o n a n d D e v e l o p me n t R e s e a r c h I n s t i t u t e o f D a q i n g O i 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 Ab s t r a c t Th r o u g h t h e s u mma r y o f d i s c o v e r hi s t o r y a n d c l a s s i fic a t i o n me t h o d s o f h y d r o c a r b o n r e s e r v o i r s，i t i s f o u n d t h a t t h e c l a s s i c c o n c e p t o f hy d r o c a r bo n r e s e r v o i r s i s t h e n e c e s s a r y a n d s u f f i c i e n t c o n d i t i o n t o d e fin e t h e s t r u c t u r a l r e s e rvo i r s ，bu t i t l a c k s t h e s u ffi c i e n t c o n d i t i o n t o d e fin e t h e c o mp l e x a n d l i t h o l o g i c r e s e r v o i r s ．Th e r e f o r e，t h i s p a p e r di s c u s s e s t he t h e o r e t i c a l p r o b l e ms a b o u t t h e s t u d y o f l i t h o l o g i c r e s e rvo i r s t h r o u g h t h e a p pl i c a t i o n o f h y d r o c a r b o n r e s e r v o i r a c c umu l a t i o n pr i n c i p l e ． I t i s c o n s i d e r e d t h a t t h e s t r u c t u r a l f a c t o r o f r e s e r v o i r - f o r mi n g i s t h e b u o y a n c y f a c t o r ． Th e l i t ho l o g y f a c t o r i s t h e o n e t h a t i n flu e n c e s r e s e rvo i r po r e s t ru c t u r e s ．Th e f o r mi n g p r o c e s s o f h y d r o c a r b o n r e s e r - v o i r s i s a c o n t i n uo u s p r o c e s s o f o i l s a t u r a t i o n i n c r e a s e i n t h e v o l u me t r i c r e s e rvo i r s ．Th e f o r ma t i o n o f a n y l i t h o l o g i c r e s e rvo i r s i s i n flue n c e d b y t h e s t r uc t u r a l f a c t o r s t o d i f f e r e n t e x t e n t ．Hy d r o c a r b o n r e s e rvo i r s a r e b a s i c a l l y d e c i d e d b y t he fin a l f o r ma t i o n o f s t r u c t u r e s ． Ke y wo r d s S o n g l i a o Ba s i n； Fu y a n g o i l l a y e r； s t r u c t u r a l r e s e rvo i r ； l i t h o l o g i c r e s e r v o i r ； b u o y a n c y a n d c a pi l l a r y f o r e e 地层岩性油气藏在中国陆上油气储量评价中占 有重要地位。截至 2 0 0 0年底 ，中国中低 丰度岩性 地层油气藏中蕴藏的石油量 占剩余资源量的 5 8 ％， 是今后相当长一个时期内最有潜力、最现实的油气 收稿 日期 2 0 1 1 - 0 3 1 4 改回 日期 2 0 1 1 - 0 4 一 D 2 基金项 目国家 “ 9 7 3 ”重大基础研究项 目 2 0 0 1 C B 2 0 9 1 0 4 资助 。 作者简介 陈萍 ，女 ，1 9 6 2年生 ，工程师 ，从事油气勘探研究工作。 E ma i l c he n p i n g l 2 p e t r o c h i n a ． t o m．e f t 第 3 0卷第 3期 陈萍构造因素对岩性油气藏形成的影响 1 5 勘探 领 域 ⋯ 。虽 然 长 期 的勘 探 开 发 已经 形 成 了具 有针对性的新技术 ，但 因岩性地层油气藏形成条件 的特殊性使其隐蔽性增强 ，而且复杂的油藏类型和 油水分布关系在某种程度上制约着油气勘探和油田 开发 ，甚至有的现象与传统石油地质理论相悖 。因 此 ，地层岩性油气藏勘探与开发有许多亟待解决的 理 论 问题 ’ 。 1历史 回顾 早在 1 8 4 2年 ，美 国地质 学家 劳根 W E L o g e n 观察到背斜中出现油气现象 ；1 8 6 1年 ，美 国 地质学家相继提出了背斜是油气聚集的主要场所 ， 于是产 生 了油 气 藏 的背 斜 学 说 。1 8 8 0年 ，卡 尔 在寻找背斜油气藏 的过程 中发现 了不受背斜控制 、 形态各异 、成因不 明且难 以预测的非背斜油气藏 ， 提出隐蔽油气藏 的概念 ；1 9 1 0年 ，美 国石 油地 质家克拉 普首 先提 出 了油 气 藏 的构造 分类 方法 ； 1 9 3 4年，麦考和凯特深入研 究构造与油气 藏的关 系后用“ 构造学说”来代替 “ 背斜学说 ” ，使其既 能包括在背斜侧翼上砂岩透镜体及 向斜 中的油藏 ， 又能包括 背斜 、穹窿 及构 造鼻 的油藏。1 9 5 6年 ， 美国石油地质家莱复生 A I L e v o r s e n 提出储 油 圈闭的油气藏分类方法 ，之后 的半个世纪出现了以 圈闭形态和圈闭形成机制分类为主的近百种分类 。 2从构造油藏到岩性油藏 2 ． 1经 典油 气藏 概念 是 定义 构 造 油藏 的 充 分必 要 条 件 从构造油藏到复杂油藏 、再到岩性油藏 ，构造 因素减少 ，岩性 凶素增强。单一圈闭中的聚集具有 统一的压力 系统 和油水界 面- o 。这 一经典 油藏概 念是定义构造油藏的充分必要条件 ，对于地层岩性 及 复杂 油 藏 而 言 只 是 必 要 条 件 。 在 今 天 的 勘 探 中，许多油气藏都见不到油 、水界面，而且油藏压 力都在静水柱压力附近。当某一背斜构造上 同一储 层的砂体被断层断开时 ，仅靠上述条件难 以确定究 竟是构造油藏还是断层一 构造油藏 。例如大庆油 田 喇嘛甸油藏 ，上百米 的断层都淹没在 巨大的油柱高 度之 内，断层对油藏不起遮挡作用 ，可称为构造油 藏 ；葡西油藏是被断层切割成 4个独立断块的鼻状 构造 ，由于该油藏 的葡萄花油层地层厚度较薄，断 层在成藏过程 中起到遮挡作用 ，同时岩性因素起到 一 定作用 ，应为岩性一 断层一 构造复合油藏。 2 ． 2构 造 因素 和岩 性 因素概 念辨 析 通 常认 为 ，构造 油气 藏 指 由于地 壳运 动使 地层 变形 如褶 皱 或 变 位 如 断 裂 而 形 成 的 圈 闭 中聚集的油气 ；岩性油气藏指储集岩性质改变或岩 性中断所形成 的圈闭中聚集 的油气藏 J 。在实际 地层 中 ，有 些构 造油 气藏 与 岩性 油气 藏是 不易 区分 的。最经典的构造油藏是 由地壳运动使地层变形产 生 的背斜 构造 ，不是 由地 壳运 动使 地层 变形 产 生 的 披覆背斜也可以是构造油藏 ，例如松辽盆地南部哈 尔金气藏是营城组火山岩喷发地表经登娄库组覆盖 形成的披覆背斜的构造气藏 图 1 。那 么，背斜 侧翼的透镜体是岩性油气藏还是构造油藏呢“ 构 造学说” 指 出构 造油藏不仅包 括背斜 、穹窿及 鼻状构造 的油藏 ，也包括在背斜侧翼上透镜体及 向 斜 中的油藏 ，背斜侧 翼 的透镜体也 可能是构 造油 藏 J 。不难理解 ，油气 成藏 的构造 因素就是 浮力 因素 ，从 “ 构造学说” 到 “ 重力学说 ”也说 明 了 这个道理 。影响成藏的岩性因素实质是孑 L 喉大小分 布孔隙结构的问题。在找油气的实践中，普遍 把夹在泥岩中的条带状含油气砂体统称为岩性油气 藏。传统 的油气藏分类基本沿用了构造地质学的概 念 。 长深 1 井 圈登 娄 库 组 圆营城组火山 岩 ■ 沙河子组 [ ] 营城组碎屑岩 圈 火 石 岭 组 圆基 岩 图l长深1 井营城组构造气藏剖面 Fi g．1 P ro fil e o f s t ru ct ur al g as r ese r voi r i n Yi n gc he ng F or ma ti on i n Wel l C ha ngs h en 一1 3油藏的形成及油水分布 3 ． 1油气 藏 的形成 与 含油 饱和 度 变化 油气聚集发生在二次运移过程中并 以游离相为 主。在运移过程中，油气优先在高孔 、高渗储层的 大孔隙及输导层顶部运移 ，当遇到圈闭遮挡时 ，油 气停 留在圈闭储层的较大孔隙中。随着油气的不断 充注 ，其顶部产生的浮力越来越大 ，使油气进入更 1 6 大庆石油地质与开发 2 0 1 1 正 小的孔隙中，当储层 中的含油饱和度增加到一定程 度时就形成 了油气 藏l 9 ] 。因此 ，油气藏 的形成 过 程就是其 圈闭储集层 中含油饱和度 不断增加 的过 程 。 3 ． 2油藏的油水分布是浮力与毛管力搏弈的结果 假设一个倾斜的含油砂岩透镜体长度为 ￡ ，倾 角为 ，两端 高度差为 日 图 2 。在 A点 ，若油 能进入 的最小孔喉半径为 r ，则 在 A点油柱高度 产生的浮力等于 A点油能进人 的最小孑 L 喉半径所 产生的毛管力 ，即有 ￡． i n p 一 p 。 g 鱼 _c 1 ，H 式中 含油砂体长度 ； 含油砂体倾角 ； 含油砂体的油柱高度 ； r 含油砂体最小含油孔隙半径 ； 油藏条件下的接触角； 。 油藏条件下油水界面张力 ； p 水 的密度 ； p 。 油藏条件下原油密度 ； g 重力加速度。 图2倾斜 的含油砂体 Fi g． 2 Til t ed 0il be a ri ng s an d bo dy 在 A点 ，随着地层倾角 的增 大，油柱高度增 大，浮力也增大 ，石油 逐渐进入更小 的孔隙。此 时 ，含油饱和度随之增大，油相对渗透率增大 ，水 相对渗透率减小。当含水饱和度小于临界水饱和度 S w o 时 ， 点产纯 油而不产水。有些油 、水同产的 储层不是因为油 、水没有进行重力分异 ，而是因为 油藏形成时油柱高度小 ，产生的浮力不足以使油注 入到更小的储层孔隙而形成较高的含油饱和度。因 此 ，油藏的油 、水饱和度变化取决于浮力与毛管力 搏弈的结果。总之 ，无论油气以任何流动方式进入 油藏 ，在 漫长 的地质 时期 都将进 行重力 分异 ，因为 浮力就是重力 ，永恒存在且方向向上。在油气勘探 及油 田开发 中，由于有了地层水才能使油、气在圈 闭中聚集 ，否则油和气将散落在多孔储层孔隙里而 不会形成油气藏 。 3 ． 3油的二次运移所需的最小油柱高度 在砂岩储集层中，油的二次运移与含油饱和度 无关 ，只与连续油柱的垂直高度有关 。松辽盆地中 浅层砂岩储集层 中油的二次运移都是游离相 ，侧向 运移的动力是浮力 。浮力 的大小与油柱高度及 油 、水密度差成正比，每米油柱高度产生的浮力称 为浮力梯度。实际数据计算表 明，大庆长垣萨尔 图、葡萄花油层的浮力梯度为 2 ． 0 k P a ／ m，长垣外 围葡萄花油层浮力梯度为 2 ． 4 k P a ／ m，扶杨油层浮 力梯度为 2 。 6 k P a ／ m 1 2 ] 。油 以浮力为动力在砂岩 储层中二次运移的优势运移通道 占5 ％ 一 2 0 ％的大 孔隙 。根据松辽盆地 中浅层油层 的压汞资料 计算出的砂岩孔隙中油流动的最小油柱高度与储层 物性 关系见 表 1 、图 3 。 表 1 砂岩常规物性与油流动 的最小油柱高度关 系 Ta bl e 1 Re l a tio n be t we e n c o nve nt i ona l phy s i c al pr o pe r t i e s o f s a n d s t o n e a n d mi n i m u m o i l c o l u m n h e i g h t o f fl o wi n g o i l 样品号 孔 隙度／ ％ 渗透率／ 1 0～ m 油流动最小油柱高度／ m 图3油层含油饱和度与油流动的最小油柱高度关系 Fi g． 3 Re l ati o n be t we e n re s er voi r ph ysi cal pr o pe rti e s a nd mi ni mu m oi 1 col u mn hei g ht o f fl o wi ng oi1 第 3 O卷第 3期 陈萍 构造 因素对岩性 油气 藏形成的影响 1 7 从表 1 可以看 出，随着储层孔 隙度 和渗透率 的 增大 ，油流动所需要的最小油柱高度减小。1号样 品孔 、渗已接近有效厚度物性下 限，油流动的最小 油柱高度为 4 0 m；6号样品物性较好 ，油流动的最 小油柱高度仅为 0 ． 8 m。因此 ，连续油相在砂岩孔 隙 中的运移 比较 容 易 。 3 ． 4影 响油 藏油 、水 分 布 的因素 分析 通过式 1 可 以看出 ，影响油藏油 、水分布 的因素 主要 有 5个 1 砂体 的 长度 、倾 斜 度。连通 砂 体 越长 ， 倾 角越 大 ，越有 利于 油 、水 的分 异 。 2 油水 密度 差。油水 密度差越 大，越有利 于油水分异。 3 润 湿 性 。 随 着 0的减 小 ，油 的 润 湿 性 增 强 ，有利于含油饱和度的增大 。 4 界面张力。随着溶解 气含量 的增 大而 降 低 是由大孔隙决定的 ， 当最小含油孔喉半径一定时， 油 层的原始含油饱和度随含油大孔隙的增多而变大。 J J A r p s 于 1 9 6 6年提 出分析油藏产能的油层物 理概念 ，对于发现一些小 的隐蔽油藏特别有用。储 集层最初是被水所饱和，石油在运移 、聚集过程 中 进入 储集 层 ，由于重力 和 毛管 力 的作用 ，油 藏在 纵 向上含水饱和度呈规律性变化。当储集层中含水饱 和度下降到一定程度时水停止流动 ，相应 的饱和度 称 之 为 临界 水 饱和 度 。一个 油藏 要 生产 纯油 ，在 油 柱高度一定的条件下 ，与储层孔隙度 、渗透率大小 密切相关。在图 4中，右图标出了高、中 、低 3种 不 同孔 、渗所需的闭合高度 ；左图标 出了具有 中等 孑 L 、渗油藏生产纯油所需的最小闭合高度和实际构 造的闭合高度。从图 4可见 ，只有当实际构造闭合 度大于生产纯油所需的闭合高度时 ，该储层才能生 产纯油 。综上所述 ，当不 同孑 L 、渗储层产纯油 时 ，对于油柱高度 的要求不 同 ，在 油柱高度一定 5 孔 隙结构。多孑 L 储层 的原始含油饱 和度 时 ，高孑 L 、高渗储层产纯油流的可能性大 。 渗 透率和孔隙度 的影响 毛管压力 曲线 管 压 力 r’ I I _纯 油 [ ] 产 纯 水 [ 1 油 水 同 产 0 4 5 1 0 0 含水饱和度 、高孔 渗 储 层 压 汞 曲 线 、 ～ 中等孔渗储层压汞曲线 ～～低 孔 渗 储 层 压 汞 曲线 图4储层物性和闭合高度与产油量的关 系 据 J J Ar p s ， 1 9 6 4 ， 略有改动 Fi g． 4 Rel at i on o f r es er voi r p hys i cal pr ope rti e s a nd cl os u re an d Oil pr od uc ti on f r o m J J A r p s ， 1 9 6 4 ， wi t h s l i g h t m o d i f i c a t i o n s 3 ． 5构 造运 动与 油气 藏 形成 时 间 在油藏形成 以后 ，油和水 的密度 、润湿性 、界 面张力通常不会发生 明显变化 ，砂体产状对油藏的 形成起主要作用。假设地层倾角为 O ／ ，含油砂体 的 长度为 ，该砂体具 有的油柱 高度为 ，则 由式 1 得 H s i n a f 2 闭 A 高 度 中国陆上 的大型坳 陷盆地腹地 的地层倾角一般 为 3 。～5 。 。 。由式 2 可知 ，如果砂体 的长度 为 l k m，其顶端的砂体能具有 5 2～8 7 m 的油柱高 度 ，这对于一般物性 的砂体都有可能形成油藏 。因 此 ，即使不考虑 因埋深 的增加 引起 的孔 隙结构变 化 ，后期发生的构造运动导致砂体产状 倾斜度 的变化也会 使油藏 中 的油 、水 分布发生 变化。因 1 8 大庆石油地质与开发 2 0 1 1 笠 此 ，现今找到的油气藏并不是最初油气聚集成藏后 保存至今 的油气 藏，除水动力及盖层破 坏的影响 外 ，基本是 随着构造运动趋 于稳定后定型的n 圳 。 4结 论 1 人们最初从背斜构 造 中发现了油藏 ，后 来产生 了油气成藏 的构造学说。 2 圈闭和构造形态 的分类方法是油气藏分 类 的主流方法，能够指导油气勘探和油 田开发 。 2 以构造学说为指导 的油气分类方法基本 沿用 了构造地质学的概念 。成藏的构造因素就是浮 力因素 ，岩性因素就是储层的孔隙结构因素。 3 油气藏 的形成过程是其圈闭储集层 中含 油饱和度不断增加的过程 ，油藏 中油 、水分异取决 于浮力与毛管力搏弈的结果 ，任何岩性油气藏的形 成都不 同程度地受到构造因素的影 响。 4 影响油藏油 、水 分布的 因素 主要有砂体 产状 、油水密度差 、岩石润湿性 、油水界面张力和 孑 L 隙结构 5个方面 ，孔 、渗越大的储层产纯油所需 的闭合高度越小 。 5 油藏原始含油饱和度随着储层产状 的变 化而变化。若把现今发现的油气藏基本定型期定义 为成藏时期 ，则绝大多数油藏都是晚期成藏。 参 考 文献 [ 1 ]贾承造 ，赵文智 ，邹才 能，等 ．岩 性地层 油气藏地质 理论与 勘探技术 [ J ]．石油勘探与开发 ，2 0 0 7 ，3 4 3 2 5 7 2 7 2 ． [ 2 ]贾承造 ，赵文智 ，邹才 能，等 ．岩性 地层油气 藏勘探 研究 的 两项核心技术 [ J ]．石油勘探 与开发 ，2 0 0 4，3 1 3 3 - 9 ． [ 3 ]萧德铭 ，迟元林 ，蒙启安 ，等 ．松辽 盆地北部 向斜 区岩性油 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