致密砂巖油運移體系特征研究

閆 明

（東北石油大學 地球科學學院，黑龍江 大慶 163318）

致密砂巖油運移體系特征研究

閆 明

（東北石油大學 地球科學學院，黑龍江 大慶 163318）

石油的運移是石油地質學當中的關鍵內容，是連接生儲聚的關鍵性紐帶。什么樣的運移方式決定油藏的聚集規模。通過對不同類型運聚特征的總結，發現致密油運移主要受排驅壓力，運移體系和源儲空間分布，運移路徑上成巖影響因素的控制。對于不同的運移方式，最高效的是有關斷層的運移組合方式。

油氣運移；致密砂巖；運聚特征；源儲分布

石油的運移是石油地質學當中的關鍵內容，是連接生儲聚的關鍵性紐帶。什么樣的運移方式嚴重影響油藏的聚集規模。在全球對石油的需求量越來越大，常規石油開采量越來越不能滿足人們的要求的趨勢下，人們的目光已經轉移到非常規石油上來，而致密砂巖油是現階段人們的主要目標。致密砂巖油是覆壓滲透率小于0.1毫達西的砂巖儲層中貯存的石油，致密砂巖油藏因其特殊的成藏過程及特殊的巖石物性規律，在石油運移方面與常規油氣藏又有著明顯的區別和相似之處。而正是這樣的相同與不同才能使得致密砂巖貯存了能達到人們需求的油藏。

1 砂體運移體系

致密油在低滲透砂體中的運移與常規運移有很大的不同。由于運移砂體及儲層的滲透率較低，致密油在其中的運移要難得多，不過在致密油高壓情況下，油在致密砂巖孔隙中還是可以運移的，運移方式以非達西流為主，浮力和毛細管力作用為輔，并需要一定的啟動壓力，烴源巖在成熟階段生烴體積變大產生異常高壓，或砂體的溶蝕作用等都可以產生一定的壓力梯度，即可為啟動壓力，達到了啟動壓力，致密油在砂體中的運移就有了首要的條件［1-3］。

1.1 夾層互層為高效運移聚集模式

即使能夠運移，油在致密砂巖中的運移也是極難的，其只能夠進行短距離的，而不能不通過其他運移方式進行長距離運移。致密油在低滲透砂巖中的最好的運聚方式是互層或夾層，這兩種都是源儲一體共生的，成藏效率較高，損失量較少。只要源巖處產生的油與其旁邊的砂體儲層間存在足夠的啟動壓力，油就可以緩慢的將源儲的壓力系統統一，這樣的統一過程雖然極為緩慢，但是進入到致密儲層中的油就會很難外溢。這樣緩慢的一體化之后，致密油在其中穩定存儲，并且不在外力作用下貯存在儲層中的石油，由于被源巖層包夾住，兩側超壓控制，不易流動。

致密油近距離運聚形成鄰源型致密油也是極好的。但是油在致密砂體中運移必須要有足夠的流體勢差驅動，以克服吸附力、毛管力等，油氣超壓運移須有足夠的持續壓力勢差驅動，即使有了這些條件，大都也不能夠形成足夠持續的勢差來對致密油實施長距離運移。因此，在砂巖致密化之后經歷的時間越長，鄰源致密油的存儲量就應該是越大的。并且只要不經過大的構造變化，貯存的鄰源致密油也同樣可以較好的保存下來。

1.2 壓力疏導區是控制油運移的關鍵因素

在一個相對較封閉的體系中，很少的油氣移動都會導致原來低勢區的壓力快速上升，使壓力勢差得到顯著降低，所以在一個相對較封閉的體系中流體不會出現較大規模的持續運移。因此，只有低勢區以外的壓力疏導區的存在，低勢區的低壓狀態才可以保存，致密油的流動才可持續，這是實現地層中致密油進行大規模流動的必要條件。含油盆地中好的壓力疏導區應該是和外部開放體系相連，并且具有相對較好的滲透性地層，流體流入泄壓層之后，其地層壓力不會有明顯的變化。通常在致密型地層中浮力遠小于巖石毛細管力，油運移方向應主要取決于壓力勢降低的方向。油流既可能向烴源巖層上方運移，也可以向下運移。當一個方向沒有好的壓力疏導區，而另一個方向有，油會更多的向有好區一方流動。一個沉積盆地中沒有絕對的封閉體系，一個烴源巖層上下地層中有沒有壓力疏導區都是相對的（圖1）。烴源巖層周圍疏導區的疏導能力的相對好壞和距離烴源巖層的相對遠近，應該是控制油運移方向和運移量的關鍵因素。

圖1 壓力疏導區控油模式圖Fig.1 Containment model of pressure channel

1.3 早期未致密時期油運移通道更為通暢

致密油的運移還可以利用在早中期油充注時儲層尚未致密時，浮力作用下發生油運移的有利通道，這樣的通道由于長期與油接觸，與附近的巖石孔喉相比更為親油。晚期油充注時儲層已經致密，此時致密油就會利用先前與油長期接觸而具親油性的殘留路徑作為優勢輸導通道運移，而不會選擇其他的親水通道（圖2）。這樣的優勢運移通道較其他路徑更容易運移，運移效率高，但若此運移通道或與目的儲層同時和壓力疏導通道相連，也可導致致密油的快速流失。總體來講，這樣油先期運移通道對后期致密油的運移起正面作用。

圖2 浮力作用下運移模式Fig.2 Migration patterns under the action of buoyancy

2 微裂縫運移體系

微裂縫在致密油運移過程中起到極為重要的作用，微裂縫在油運移當中無論是常規油藏還是非常規油藏都會產生比周圍孔喉更大的滲流空間，不論是構造縫還是成巖縫都能夠產生這樣的滲流空間（圖3）。致密油在致密砂巖微裂縫中的運移較致密顆粒間孔喉的運移路徑要輕松許多，但還是會受到很多因素的制約［4-6］。

圖3 微裂縫控油模式Fig.3 Containment model of microfracture

2.1 巖石性質對微裂縫發育決定性作用

巖石的強度、力學性質不同，在相同構造應力作用下，微裂縫的發育程度也會有所不同。顆粒細、砂層薄的儲層巖石，微裂縫規模小、密度大，而顆粒粗、厚度大的砂巖儲層，微裂縫發育的規模大，密度小。巖性是影響儲層發育微裂縫的內在因素，若巖石中脆性成分高、顆粒細、孔隙度低，在相同的構造應力作用下，微裂縫會更容易發育。儲層泥巖夾層具有較高的脆性礦物成分，極大地提高了儲層中微裂縫的發育程度。泥巖中不同組系的構造縫和成巖縫相互連通，形成裂縫網，使泥巖層的滲透性增大。這樣的低滲透砂巖儲層的泥巖夾層具有一定的儲集性。研究表明，在巖石參數和負荷條件相同的情況下，薄層巖石比厚層巖石更容易產生密集的裂縫。也就是說，按一定比例施加相同的應力，隨著巖層厚度增加，裂縫間距增大。

2.2 應力性質可影響裂縫滲流效率

受古今地應力等因素的影響，不同方向裂縫的滲流作用有明顯不同。其中，與現今地應力方向近平行的裂縫連通性好、張開度大、滲透率高、啟動壓力小，為主滲流方向，是開發井網部署時需要重點考慮的裂縫方向，而其他方向的裂縫在滲流方面就相對差了些。但隨著油藏開發，地層壓力下降，不同方向裂縫的滲流規律就會發生改變，因此后期的開發工作可能會更加復雜化。不同方向裂縫滲流變化規律會是致密砂巖油藏開發中后期井網調整的重要依據。

2.3 成巖作用可影響微裂縫發育

微裂縫的形成除了與構造作用相關外，還與成巖作用有關。成巖作用過程中，由于壓實作用、礦物膠結交代、重結晶等，使巖層發生收縮、 膨脹以及礦物間的重組、轉化等，都可以產生一系列微裂縫。有些微裂縫進一步溶蝕形成溶蝕縫，這些微裂縫使儲層孔隙相互連通，滲透性增強，改善了儲集層性質。

孔隙水進入巖石原有裂縫，部分碳酸鹽礦物溶蝕使得裂縫擴大。但在孔隙水進入裂縫過程中，溶蝕和膠結充填往往是相互同時的。當溶解作用主控時，微裂縫擴大；當膠結作用主控時，原有裂縫被充填而喪失滲流能力。在鏡下觀察到普遍存在膠結充填現象，充填礦物大多為方解石和白云石，其次為硬石膏等，從而使得許多微裂縫變成無效縫，儲集層物性變差。

3 斷層運移體系

致密油在斷層中的疏導作用較其他運移方式都更為高效，不只是因為斷層的滲流通道較其他運移方式都更為寬闊，且斷層核附近裂縫發育很好，還由于斷層兩側的沙泥關系使得斷層運移的油在運移后可能會有良好的儲存空間及遮擋方式，使得致密油在斷層疏導的方式下能夠擁有良好的聚集效率［7-9］。

3.1 斷層連通源巖是致密油運移的先決條件

無論斷層處于封閉還是開啟狀態，亦或是斷裂附近構造情況如何，斷層想要運移油氣必須先要將源巖連在斷層的一端或斷穿源巖，否則還是不能通過斷層運移模式進行石油運移（圖4）。或者在初始階段，斷層處于封閉狀態，后期源巖中產生的流體超壓開啟斷層，或后期的構造運動開啟斷層，這樣的斷層才能將油運出來。致密油在運移路徑上遇到斷層也是很好的選擇，但無論什么樣的過程，運移距離越遠，中間過程可能會損失的就越多。

圖4 斷層運移模式Fig.4 Migration patterns under the control of fault

3.2 斷層兩側地層發育控制運移路徑

區域性蓋層斷接厚度越大，油氣越不易穿過區域性蓋層向上運移，只能在區域性蓋層之下發育側向分流運移聚集。相反，油氣則易穿過區域性蓋層向上運移。除了可以在區域性蓋層之下側向分流聚集外，還可以在其上進行側向分流聚集。

沿著油源斷裂向上運移的油氣由于受到區域性蓋層阻擋后，不是在其下進行側向分流，就是在其上下進行側向分流，油氣到底向哪些地層中側向分流，主要受到地層砂地比值大小的控制，地層砂地比值越小，表明地層中泥巖越發育，斷裂錯斷過程中，形成的斷裂帶中泥質含量越高，斷層側向封閉性越好，越不利于油氣向該地層中側向運移；相反，地層砂地比值越高，表明地層中泥巖越不發育，斷裂錯斷過程中，形成的斷裂帶中泥質含量越低，斷層側向封閉性越差，越有利于油氣向該地層中側向運移。

3.3 斷裂組合方式可有效控制油氣運移聚集

單一斷層一般只具備油的運移作用，而多邊斷層即斷層組合則有可能形成油的富集點，在致密油當中，這樣的富集點極為重要，多邊斷層作為一種非構造成因的斷層，其發育層位都經歷了被動沉降。不同的地質背景下，多邊斷層的成因有多種，比較被認可的機制主要有密度反轉、脫水收縮和重力載荷機制，但目前還沒有一種統一的機制，但它們都與壓實和流體排出有關。但是比較被認可的觀點就是，這樣的斷層組合可以在其周邊某幾點由于多條斷層邊部復雜控油機制進行油富集點的控制，也就是斷裂交叉點控油，也可以說是含高密度斷層的地層為油的優勢通道。

4 結 論

綜合以上各主控因素，致密油運移主要受排驅壓力，運移體系和源儲空間分布，運移路徑上成巖影響因素的控制。

對于這幾種運移方式，最高效的是有關斷層的運移組合方式。不過斷層的致密油運移還是同樣受古沉積相的控制，成巖作用的影響，但只要構造作用能夠使其貫穿到源巖，并且沿斷層兩側存在高沙泥比地層，無論存在什么樣的區域性蓋層斷接厚度，在源巖高壓的驅動下都能夠運移到儲層中，形成相應的油藏。

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Research on Characteristics of Tight Sandstone Oil Migration System

YAN Ming
（College of Earth Sciences, Northeast Petroleum University, Heilongjiang Daqing 163318, China）

Petroleum migration is a key content of petroleum geology, which is the key link of source rocks and reservoirs. The kind of migration way determines reservoir accumulation scale. Through the summary of the characteristics of different types of migration, it’s found that the dense oil migration is mainly controlled by expulsion pressure, migration system, source reservoir space distribution and diagenetic factors of migration path. For different types of migration, the migration of fault combination is the most efficient way.

Oil and gas migration; Tight sandstone; Characteristics of the migration and gathering; Distribution of source and storage

TE 122

A

1671-0460（2015）08-1868-03

國家高技術研究發展計劃項目（863計劃）（2013AA064903）；國家重點基礎研究計劃（973計劃）前期研究專項（2012CB723102）；東北石油大學研究生創新科研項目資助（YJSCX2015-006NEPU）。

2015-07-14

閆明（1991-），男，黑龍江大慶人，在讀碩士研究生，研究方向: 儲層地質學。E-mail：ym06879@sina.com。