巖性油藏成藏機(jī)理及運(yùn)聚模式——以牛莊洼陷為例

王勇

(中石化勝利油田分公司，山東 東營(yíng) 257015)

巖性油藏成藏機(jī)理及運(yùn)聚模式
——以牛莊洼陷為例

王勇

(中石化勝利油田分公司，山東 東營(yíng) 257015)

在東營(yíng)凹陷牛莊洼陷巖性體油藏油氣分布及油源特征分析的基礎(chǔ)上，從該區(qū)壓力演化角度出發(fā)，應(yīng)用隱蔽輸導(dǎo)體系理論，分析了該區(qū)巖性油藏的成藏過(guò)程。結(jié)果表明:巖性體油藏多數(shù)為它源性多期幕式置換成藏。在區(qū)域性地層超壓釋放過(guò)程中，高壓巖性體中地層水與早期充注的油氣首先通過(guò)隱蔽輸導(dǎo)體系向外部巖性體排出，在上部破裂巖性體中聚集成藏。高壓巖性體在釋放高壓流體的同時(shí)，巖性體本身泄壓;由于巖性體物性遠(yuǎn)好于周?chē)唷㈨?yè)巖，泄壓往往較泥、頁(yè)巖徹底，加之該區(qū)高壓主要形成于泥、頁(yè)巖烴源巖中，在下次超壓釋放前某一段時(shí)間，巖性體內(nèi)部壓力相對(duì)周?chē)唷㈨?yè)巖較低，此時(shí)高壓破裂產(chǎn)生的斷層和微裂縫還有部分尚未完全閉合，有利于油氣聚集成藏。

巖性體;壓力演化;隱蔽輸導(dǎo)體系;幕式置換成藏;油氣聚集

引言

隨著東營(yíng)凹陷牛莊洼陷勘探程度不斷提高，能夠發(fā)現(xiàn)的構(gòu)造圈閉越來(lái)越少，規(guī)模也越來(lái)越小。應(yīng)用現(xiàn)代綜合勘探技術(shù)，固然還會(huì)發(fā)現(xiàn)一批有一定面積的微幅度構(gòu)造和小斷塊，但是微幅度構(gòu)造的數(shù)量畢竟有限，識(shí)別的難度相當(dāng)大，同時(shí)因其閉合幅度低，在儲(chǔ)集層物性較差的情況下，存在含油飽和度低的問(wèn)題。因此，以地層、巖性圈閉為主的非構(gòu)造圈閉已成為濟(jì)陽(yáng)坳陷、乃至中國(guó)東部各主要含油氣盆地油氣勘探的必然選擇。

由于地層圈閉的有效性預(yù)測(cè)難，含油高度低，特別是上傾尖滅點(diǎn)的精細(xì)落實(shí)以及有利成藏的薄儲(chǔ)層預(yù)測(cè)難度較大，目前直接尋找這類(lèi)圈閉的理論和技術(shù)尚不成熟，勘探成功率低，濟(jì)陽(yáng)坳陷該類(lèi)油藏探井成功率僅為25%左右，因此，近年來(lái)勘探重點(diǎn)集中在巖性油藏。“八五”以來(lái)，通過(guò)攻關(guān)巖性圈閉地球物理描述及含油性預(yù)測(cè)技術(shù)，先后突破博興、利津、民豐洼陷及牛莊洼陷濁積巖油藏，上報(bào)探明儲(chǔ)量1.42×108t。雖然大量學(xué)者在巖性油藏成藏方面已取得了豐碩的成果［1－5］，但濁積巖成藏機(jī)理方面仍有一些問(wèn)題尚未徹底解決，如油水替換機(jī)理、排烴方式、排烴動(dòng)力以及排烴機(jī)制等。因此，不管從理論還是生產(chǎn)實(shí)踐方面，都有必要進(jìn)行該區(qū)濁積巖成藏機(jī)理分析。

1 區(qū)域概況

牛莊洼陷為渤海灣中、新生代裂谷盆地四級(jí)負(fù)向構(gòu)造單元，位于濟(jì)陽(yáng)坳陷南部的東營(yíng)凹陷內(nèi)，東部、北部及西部與一近弧形的東營(yíng)中央背斜帶相接，南部與凹陷南斜坡的王家崗—陳官莊斷裂帶相鄰，形成1個(gè)南北界受東西向斷裂控制的東西長(zhǎng)40 km、南北寬15 km的似菱形沉積盆地，是1個(gè)結(jié)構(gòu)較單一的向斜構(gòu)造，北陡南緩。牛莊洼陷在沙三早期已形成洼陷雛形，沙三中期是洼陷發(fā)育的主要時(shí)期，至沙三末期，洼陷逐漸消失，是一繼承性的沉積盆地。牛莊油田地處濟(jì)陽(yáng)坳陷東營(yíng)三角洲前緣斜坡地帶，三角洲沉積厚度大，面積廣，是濟(jì)陽(yáng)坳陷內(nèi)的1個(gè)地質(zhì)儲(chǔ)量近億噸的大型油田。

2 巖性油藏分布特征

牛莊洼陷巖性油藏主要為濁積巖油藏，是東營(yíng)三角洲在進(jìn)積過(guò)程中由于物源供給充足，在三角洲前緣斜坡地帶，液化的沉積物因外力作用，沿斜坡向下滑動(dòng)過(guò)程中形成的濁流，在坡腳和湖底低洼處再次沉積形成的，后期被油氣充注的結(jié)果。

2.1 巖性油藏平面分布特征

牛莊洼陷的探明儲(chǔ)量基本上圍繞洼陷中心呈環(huán)狀分布。其中沙四段的儲(chǔ)量分布在洼陷的東部;沙三中亞段含油砂體平面上具有沿邊界斷層分布的特點(diǎn)，以洼陷西部河3鼻狀構(gòu)造及南部牛1—王52斷層一線油氣最為富集，而洼陷東部牛110井區(qū)及洼陷西南部牛13井區(qū)幾乎沒(méi)有油氣聚集;沙二段儲(chǔ)量很少，分布在南部牛1—王52斷層北(圖1)。

圖1 牛莊油田儲(chǔ)量、地層壓力分布

2.2 油藏縱向分布特征

牛莊油田累計(jì)探明含油面積為126.4 km2，探明儲(chǔ)量為9 929×104t，油藏類(lèi)型有巖性和構(gòu)造2類(lèi)，以巖性類(lèi)為主，占96.27%，層位以Es32為主，是濟(jì)陽(yáng)坳陷最為典型的巖性油氣藏之一。

3 成藏機(jī)理

3.1 隱蔽輸導(dǎo)

圖2 牛莊油田油源關(guān)系

牛莊洼陷油源關(guān)系研究表明，主力層系沙三中油源并非來(lái)自沙三中本身烴源巖，而是來(lái)自其下部沙四和沙三下亞段烴源巖(圖2)，這就打破了長(zhǎng)期以來(lái)一直認(rèn)為沙三中巖性體包裹于大套泥巖當(dāng)中，為自生自?xún)?chǔ)式油氣成藏的觀點(diǎn)，前人有關(guān)毛管力、烴濃度擴(kuò)散力聯(lián)合作用成藏機(jī)理受到質(zhì)疑。這樣，該區(qū)油藏成藏機(jī)理研究重點(diǎn)就自然落到輸導(dǎo)體系以及油水置換問(wèn)題上。對(duì)于有斷層切割的巖性體，沙四上和沙三下油源可沿?cái)鄬舆\(yùn)移上來(lái);而無(wú)油源斷層的巖性體，由于沙四上和沙三下烴源巖垂向滲透率極低，油氣很難向上運(yùn)移到該類(lèi)巖性體中，微裂縫運(yùn)移觀點(diǎn)就自然而然被提出，并被大量事實(shí)所證實(shí):①巖心和薄片觀察中發(fā)現(xiàn)大量微裂縫，并且部分裂縫含油，說(shuō)明微裂縫排烴的重要性;②牛24井區(qū)所有井點(diǎn)的粉砂巖和裂縫充填物樣品熒光分析結(jié)果表明QGF－E強(qiáng)度值普遍較高，均在40～100 pc，個(gè)別樣品的熒光強(qiáng)度值達(dá)到909.6 pc，峰值出現(xiàn)在350～450 nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)，說(shuō)明位于主要烴源巖之上的沙三中薄層致密砂體和泥巖裂縫在主要成藏期是油氣運(yùn)移的通道;③巖心地球化學(xué)分析資料表明，在排烴方向上，飽和烴和芳烴含量分別保持在44%和10%左右，變化不大，表明生成的烴類(lèi)是沿著壓裂產(chǎn)生的微裂縫進(jìn)入到儲(chǔ)層中的。

上述研究說(shuō)明了該區(qū)確實(shí)存在大量的導(dǎo)油微裂縫，因此，這些微裂縫的成因機(jī)理及其與巖性體油藏關(guān)系值得進(jìn)一步研究。對(duì)全區(qū)80口探井104個(gè)測(cè)壓數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)牛莊洼陷在沙三中—沙四亞段普遍存在異常高壓，且越往下超壓越發(fā)育，超壓系統(tǒng)超壓強(qiáng)度圍繞著牛莊洼陷呈環(huán)帶狀分布，自洼陷中心至邊緣超壓強(qiáng)度逐漸降低，沙三中以牛39井和王77井附近為超壓中心，超壓系數(shù)可以達(dá)到1.75，在牛莊洼陷的南側(cè)和北側(cè)斷裂帶附近出現(xiàn)了超壓系數(shù)急劇降低帶(圖1)。根據(jù)牛莊洼陷實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，本次研究采用Eaton法計(jì)算牛莊洼陷泥巖的破裂壓力，牛莊洼陷地層水平均密度取1.092 g/cm3，上覆地層巖石平均密度取2.357 g/cm3，則地層孔隙流體壓力梯度和上覆地層壓力梯度分別為0.010 7、0.023 1 MPa/m，泊松比取自中科院伍向陽(yáng)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，其范圍為0.1～0.3［4］，取平均值為0.2。牛莊洼陷泥巖破裂下限的壓力系數(shù)約為1.38，結(jié)合洼陷沙三中壓力系數(shù)分布，認(rèn)為牛莊洼陷沙三中微裂縫主要為地層異常超壓所致。

3.2 幕式置換

砂巖透鏡體可以通過(guò)裂縫聚集油氣。同樣，當(dāng)其圍巖存在裂縫時(shí)，聚集的油氣也可以沿裂縫向上或向附近的斷裂帶再運(yùn)移，早期充注的油氣及儲(chǔ)層水大多被后期充注的油氣置換。斷陷盆地構(gòu)造活動(dòng)及油氣成藏具有多期性，這種油氣水的置換過(guò)程也具有幕次性［5］。

包裹體測(cè)溫表明，牛莊洼陷成巖過(guò)程中流體基本分為3個(gè)期次(圖3)，第1期鹽度約為0.53%～7.59%，均一溫度為86～95℃;第2期鹽度約為0.53%～7.86%，均一溫度為104～130℃;第3期鹽度約為9.08% ～14.46%，均一溫度為110～143℃，證實(shí)該區(qū)油氣存在多期充注。

圖3 牛莊洼陷的流體演化鹽度－均一溫度圖

牛莊洼陷殘余油飽和度與異常壓力兩者隨深度演化具有較好的相似性(圖4)，表明生烴作用是該區(qū)超壓形成的主要機(jī)制。該區(qū)油氣平面富集規(guī)律與壓力的分布具有良好的一致性，在河3鼻狀構(gòu)造和牛1—王52斷層一線油氣最富集地帶同樣是壓力系數(shù)相對(duì)較小的地帶(圖1)，考慮到沙三中巖性體與烴源巖間存在較厚的泥巖層，浮力、毛管壓力、烴濃度差等在該區(qū)巖性油藏形成中的作用可能較小，異常壓力可能是控制該區(qū)巖性油氣成藏的動(dòng)力。

圖4 牛莊洼陷地層壓力與主要烴源巖含油飽和度剖面

在牛莊洼陷沙三中—沙四上層系存在高壓流體封存箱［6］，當(dāng)其內(nèi)生烴導(dǎo)致的地層壓力超過(guò)巖石抗張強(qiáng)度時(shí)，烴源巖及上浮巖性體破裂，并產(chǎn)生大量微裂縫，烴類(lèi)就可以通過(guò)微裂縫排驅(qū)到巖性體中，常以混相涌流形式、間歇式排烴。

4 成藏模式

對(duì)于巖性油藏這類(lèi)特殊類(lèi)型的油藏，在成藏的過(guò)程中，砂體和烴源巖各自發(fā)生演化，但卻經(jīng)歷相同的壓力演化過(guò)程。

4.1 構(gòu)造穩(wěn)定期

4.1.1 成巖早期構(gòu)造穩(wěn)定期

該時(shí)期在埋藏壓實(shí)作用過(guò)程中，裂陷鼎盛期沉積的各種砂體和暗色泥巖隨埋深的增大，巖石顆粒之間的孔喉半徑減小。但在相同的埋深條件下，砂巖和泥巖的壓實(shí)程度存在差異，泥巖的壓實(shí)程度較砂巖的壓實(shí)程度大，砂巖中充滿(mǎn)泥巖中排出的自由水。該時(shí)期有效烴源巖內(nèi)的有機(jī)母質(zhì)開(kāi)始熱演化，干酪根脫氧以生成水及CO2為主，有微弱的生烴作用，但生成的烴類(lèi)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足自身吸附、孔隙水溶解等殘留的需要［7］，因此未進(jìn)入排烴門(mén)限，不能成藏(圖5a)。

4.1.2 成巖晚期構(gòu)造穩(wěn)定期

該階段有機(jī)質(zhì)已進(jìn)入了生油門(mén)限，有機(jī)質(zhì)演化干酪根降解生成大量烴類(lèi)，富集于烴源巖中，由于沙三—沙四泥巖厚，泥質(zhì)巖石的塑性較強(qiáng)，1個(gè)封閉的、獨(dú)立的高壓流體封存箱自然而然被形成。如果該高壓流體封存箱在前期未經(jīng)歷壓力突破釋放過(guò)程，其內(nèi)巖性體被地層水充填，油氣很難進(jìn)入成藏;如果該高壓流體封存箱經(jīng)歷過(guò)前期壓力突破釋放過(guò)程，由于在區(qū)域性地層超壓釋放過(guò)程中，高壓砂體透鏡體中地層水與早期充注的油氣首先通過(guò)隱蔽輸導(dǎo)體系向外排出，在釋放高壓流體的同時(shí)(受黏度的影響，地層水釋放效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于油氣釋放效率)，砂巖透鏡體進(jìn)行了泄壓，由于砂巖透鏡體滲透性遠(yuǎn)好于周?chē)唷㈨?yè)巖，卸壓往往較泥、頁(yè)巖徹底，在下次超壓釋放前某一段時(shí)間，砂巖透鏡體內(nèi)部壓力相對(duì)周?chē)唷㈨?yè)巖較低，加上此時(shí)高壓破裂產(chǎn)生的斷層和微裂縫還有部分尚未完全閉合，有利于油氣成藏(圖5b)。

4.2 構(gòu)造活動(dòng)期

在構(gòu)造活動(dòng)期，根據(jù)應(yīng)力判斷，無(wú)論擠壓還是拉張過(guò)程，均易于產(chǎn)生垂向或高角度斷層，并伴生大量垂向或高角度裂隙、微裂隙［8］。如果斷裂期壓力封存箱已經(jīng)形成，則構(gòu)造運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致封存箱蓋層破裂，實(shí)現(xiàn)壓力封存箱與外界儲(chǔ)層的溝通。這種溝通一旦實(shí)現(xiàn)，在異常高壓的驅(qū)動(dòng)下，壓力封存箱中聚集的烴類(lèi)和其他流體將會(huì)以混相涌流的方式，迅速完成烴源巖的排烴和聚集成藏過(guò)程(圖5c)。構(gòu)造活動(dòng)期后，隨著流體的排出和壓力的降低，裂隙將會(huì)逐漸膠結(jié)和封閉，而開(kāi)始新的能量積累、壓力釋放和排烴過(guò)程。值得注意的是，構(gòu)造活動(dòng)產(chǎn)生的高角度斷層除起到溝通有效烴源巖與上部巖性體外，還可能起到泵吸作用，斷層活動(dòng)時(shí)，其附近巖石極容易產(chǎn)生裂縫，滲透率也隨之增加，這使得中深部超壓帶內(nèi)流體迅速外泄，同時(shí)，在內(nèi)外壓力差的作用下，斷層象泵一樣把圍巖內(nèi)大量流體吸入，造成流體向斷層帶匯流，構(gòu)造活動(dòng)末期，匯聚的流體可能伴隨著相分離、礦物快速沉淀和熱液自封堵作用，斷層封閉，油氣富集于斷層附近巖性體，即所謂的“斷層閥”效應(yīng)。這種現(xiàn)象能夠很好的解釋牛莊洼陷沙三中亞段含油砂體平面上沿邊界斷層富集的特點(diǎn)。

圖5 巖性油藏成藏模式

從上述角度來(lái)看，無(wú)論構(gòu)造穩(wěn)定期，還是構(gòu)造活動(dòng)期，均會(huì)出現(xiàn)幕式成藏的特點(diǎn)，但顯然對(duì)于不同層系不同構(gòu)造位置的巖性體而言，其成藏具有一定的差別，對(duì)于源內(nèi)和斷裂帶附近的源上巖性體而言，主要在構(gòu)造成巖后期構(gòu)造穩(wěn)定期初期成藏，而源上距離斷裂較遠(yuǎn)的巖性體主要在構(gòu)造活動(dòng)期成藏。也就是說(shuō)，不論哪種巖性體，巖性體油藏主要成因于巖性體壓力的釋放，這點(diǎn)已被巖性成藏期流體壓力演化與油氣充注關(guān)系所證明，就牛莊洼陷而言，流體壓力的釋放期完全對(duì)應(yīng)于油氣的3期充注期(東營(yíng)末、館陶末和明化鎮(zhèn)末［9］)。

5 結(jié)論

(1)牛莊洼陷巖性油藏成藏過(guò)程主要受沙三—沙四烴源巖產(chǎn)生的異常高壓控制，異常高壓不但為油氣充注提供了動(dòng)力，同時(shí)生成大量裂縫，為油氣運(yùn)聚提供了運(yùn)移通道。

(2)受地層壓力非均質(zhì)影響，就不同層系不同構(gòu)造位置的巖性體而言，其成藏具有一定的差別，對(duì)于源內(nèi)和斷裂帶附近的源上巖性體而言，主要在異常高壓釋放區(qū)帶構(gòu)造成巖后期構(gòu)造穩(wěn)定期的初期成藏，而源上距離斷裂較遠(yuǎn)的巖性體主要在構(gòu)造活動(dòng)期成藏。

［1］陶國(guó)秀.“水包油”特殊巖性油藏機(jī)理研究［J］.特種油氣藏，2005，12(3):36－39.

［2］王寧，陳寶寧，翟劍飛.巖性油氣藏形成的成藏指數(shù)［J］.石油勘探與開(kāi)發(fā)，2000，27(6):4－8.

［3］呂明久，馬義忠，曾興，等.泌陽(yáng)凹陷深凹區(qū)巖性油藏發(fā)育規(guī)律［J］.特種油氣藏，2010，17(5):26－30.

［4］伍向陽(yáng)，陳祖安，魏建新.一種測(cè)量巖石聲波速度和衰減譜的技術(shù)［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2000，19(增刊):895－898.

［5］卓勤功.斷陷盆地洼陷帶巖性油氣藏成藏機(jī)理及運(yùn)聚模式［J］.石油學(xué)報(bào)，2006，27(6):19－23.

［6］陳中紅，查明.斷陷湖盆超壓封存箱形成機(jī)理與油氣成藏機(jī)制——以渤海灣盆地東營(yíng)凹陷為例［J］.地質(zhì)科學(xué)，2008，43(1):50－64.

［8］王金鐸，韓文功，于建國(guó)，等.東營(yíng)凹陷沙三段濁積巖體系及其油氣勘探意義［J］.石油學(xué)報(bào)，2003，24(6): 24－29.

［9］胡濟(jì)世.異常高壓、流體壓裂與油氣運(yùn)移(上)［J］.石油勘探與開(kāi)發(fā)，1989，16(2):16－23.

Formation mechanism and accumulation model of lithologic reservoirs:a case study with Niuzhuang sub－sag

WANG Yong
(Shengli Oilfield Company，SINOPEC，Dongying，Shandong257015，China)

The process of hydrocarbon accumulation in the lithologic reservoirs in Niuzhuang sub－sag of Dongying depression has been analyzed in respects of hydrocarbon distribution，source rock characteristics，pressure evolution and subtle transport system.The result shows that most of the turbidite reservoirs are multistage episodic reservoirs with allochthonous source rocks.In regional overpressure releasing process，formation water and early charged hydrocarbon in the high pressure turbidite would first discharge via subtle transport system to external rocks and accumulate into upper fractured turbidite.The high pressure turbidite had much better petrophysical property than its surrounding mudstone and shale，therefore pressure release would be more thoroughly.In addition，high pressure mainly formed in mudstone and shale source rocks，the pressure of turbidite would be lower than surrounding mudstone and shale before next releasing.Meanwhile，part of the faults and fractures generated due to high pressure break had not closed yet，therefore were favorable for hydrocarbon accumulation.

turbidite;pressure evolution;subtle transport system;episodic replacement;hydrocarbon accumulation

TE112

A

1006－6535(2012)03－0018－04

10.3969/j.issn.1006－6535.2012.03.004

20110812;改回日期:20120104

國(guó)家科技重大專(zhuān)項(xiàng)“渤海灣盆地精細(xì)勘探關(guān)鍵技術(shù)(二期)”(2011ZX05006)部分成果

王勇(1977－)，男，高級(jí)工程師，2002年畢業(yè)于湘潭工學(xué)院勘查技術(shù)與工程專(zhuān)業(yè)，2008年畢業(yè)于中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所構(gòu)造地質(zhì)學(xué)專(zhuān)業(yè)，獲博士學(xué)位，現(xiàn)從事油氣勘探工作。

編輯林樹(shù)龍