濟(jì)陽坳陷盆緣次生氣藏輸導(dǎo)模式

張偉忠，張?jiān)沏y，王興謀，查 明，董 立，劉海寧，曲志鵬，于景強(qiáng)

(1.中國石油化工股份有限公司 勝利油田分公司 物探研究院，山東 東營 257022；2.中國石油大學(xué)(華東) 地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東 青島 266580；3.中國石油化工股份有限公司 石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083)

斷陷盆地內(nèi)圍繞生烴中心，油藏有序分布特征明顯，由盆地內(nèi)向盆地外，依次發(fā)育稀油油藏、稠油油藏及淺層氣藏[1-2]。從源巖—稀油油藏—稠油油藏的輸導(dǎo)體系相關(guān)研究已經(jīng)非常成熟[3-4]，相繼總結(jié)了多種油氣輸導(dǎo)模式：盆內(nèi)淺層河流相巖性油藏的油氣勘探實(shí)踐，總結(jié)出了適用于盆內(nèi)淺層的網(wǎng)毯式油氣輸導(dǎo)模式[5]；盆緣中淺層構(gòu)造巖性及地層油藏的油氣運(yùn)聚成藏研究，形成了盆緣“T”型輸導(dǎo)模式[6]；盆內(nèi)深層巖性油藏的充注的認(rèn)識(shí)，形成了盆內(nèi)深層的壓吸充注輸導(dǎo)模式[7-8]。這些輸導(dǎo)模式的建立，使得斷陷盆地內(nèi)的多類型油藏的輸導(dǎo)成藏模式達(dá)到了一種相對(duì)統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)，在這些輸導(dǎo)模式的指導(dǎo)下取得了許多重要勘探成果。近期在精細(xì)化、效益化勘探的推動(dòng)下，盆緣淺層的稠油及淺層氣的勘探又成為新的熱點(diǎn)[9-10]。目前的研究已經(jīng)證實(shí)淺層氣藏中50%～70%的甲烷氣來源于原油的降解過程，稠油和淺層氣在成因上的相關(guān)性使得其在空間分布上具有一定的伴生特征[11-13]。原油降解過程中產(chǎn)生的生物降解氣等通過一定的運(yùn)載體運(yùn)移到淺層圈閉中成藏，在運(yùn)聚成藏過程中淺層氣的輸導(dǎo)方式及運(yùn)移路徑等均不明確，而目前已有的輸導(dǎo)模式并不能解決這些問題。本文在稠油—淺層氣成因分析的基礎(chǔ)上，開展稠油—淺層氣輸導(dǎo)體系研究，建立不同類型稠油—淺層氣輸導(dǎo)模式，以期為稠油—淺層氣聯(lián)合勘探提供一定支撐作用。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

濟(jì)陽坳陷位于渤海灣盆地東南部，東鄰郯廬斷裂，西北以大型基巖斷裂與埕寧隆起相接，南鄰魯西隆起區(qū)，由西向東撒開，西窄東寬，面積25 510 km2。濟(jì)陽坳陷是在前古近系基礎(chǔ)上發(fā)育起來的新生代斷陷—坳陷復(fù)合型盆地[14-15]。古近紀(jì)為盆地?cái)嘞萜冢璧鼐哂邪纪瓜嚅g的地質(zhì)結(jié)構(gòu)。坳陷內(nèi)自南而北發(fā)育了東營、惠民、沾化、車鎮(zhèn)等4個(gè)凹陷，其間為青城、濱縣、陳家莊、無棣、義和莊等凸起分隔(圖1)。濟(jì)陽坳陷經(jīng)過50多年的勘探開發(fā)，整體上已發(fā)現(xiàn)70多個(gè)油氣田，在其內(nèi)部次級(jí)凹陷周緣及凸起帶上發(fā)現(xiàn)了豐富的淺層氣藏和稠油油藏，且淺層氣藏常分布于稠油油藏的上方或上傾方向。稠油與淺層氣開發(fā)成本相對(duì)較低，在低油價(jià)的新常態(tài)下具有較高的經(jīng)濟(jì)效益。由于稠油—淺層氣的相互依存關(guān)系，兩者存在聯(lián)合勘探的潛力，因此本文從稠油—淺層氣輸導(dǎo)體系類型劃分入手，開展輸導(dǎo)要素量化表征，建立了稠油—淺層氣輸導(dǎo)模式，以期為稠油—淺層氣聯(lián)合勘探提供指導(dǎo)。

2 稠油—淺層氣輸導(dǎo)體系類型劃分

經(jīng)過二次運(yùn)移之后形成的油藏，受到多種破壞作用稠化而形成稠油油藏的過程中形成的淺層氣，經(jīng)過再次運(yùn)移形成淺層氣藏。在淺層氣的運(yùn)移過程中受骨架砂體連通性、斷裂在新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)期的輸導(dǎo)能力及相互的配置關(guān)系控制。原始油藏分布的構(gòu)造位置及能夠形成淺層氣藏的圈閉分布位置共同控制了現(xiàn)今稠油油藏與淺層氣藏的空間位置關(guān)系，也決定了稠油—淺層氣輸導(dǎo)體系的類型。

2.1 輸導(dǎo)體系類型劃分參數(shù)

基于對(duì)東營凹陷、沾化凹陷及車鎮(zhèn)凹陷等6個(gè)構(gòu)造帶中已發(fā)現(xiàn)的稠油油藏與淺層氣藏空間位置的分析，開展了稠油—淺層氣輸導(dǎo)體系類型劃分研究，建立了稠油—淺層氣輸導(dǎo)體系類型劃分方案(圖2)。該方案中，利用開始稠化的油藏與最遠(yuǎn)天然氣藏之間的垂向運(yùn)移距離(H1)與橫向運(yùn)移距離(H2)的比值(T)大小來表征同一體系內(nèi)稠油油藏到淺層氣藏之間輸導(dǎo)體系類型的差異，其意義在于通過該參數(shù)的量化表征，可從根本上確定不同輸導(dǎo)體系類型的主控輸導(dǎo)要素。

圖1 濟(jì)陽坳陷稠油—淺層氣分布

圖2 稠油—淺層氣輸導(dǎo)體系劃分參數(shù)模式

基于稠油—淺層氣輸導(dǎo)體系劃分參數(shù)T，開展了濟(jì)陽坳陷6個(gè)重點(diǎn)地區(qū)稠油—淺層氣輸導(dǎo)體系劃分。從劃分結(jié)果來看，稠油—淺層氣輸導(dǎo)體系類型可分為2類：當(dāng)T>30時(shí)，淺層氣以側(cè)向運(yùn)移為主，骨架砂體為主要的輸導(dǎo)要素，淺層氣藏位于稠油油藏的側(cè)上方；當(dāng)T<30時(shí)，淺層氣以垂向運(yùn)移為主，斷裂為主要的輸導(dǎo)要素，淺層氣藏位于稠油油藏的正上方(表1)。

2.2 輸導(dǎo)體系分布規(guī)律

受構(gòu)造演化、儲(chǔ)蓋條件的影響，側(cè)向型輸導(dǎo)體系與垂向型輸導(dǎo)體系的分布特征具有較大的差異性。平面上，側(cè)向型輸導(dǎo)體系主要分布在斷陷盆地的陡坡高凸起帶，如東營凹陷的高青、林樊家、單家寺等地區(qū)。垂向型輸導(dǎo)體系主要分布在斷陷盆地的洼陷帶內(nèi)的低凸起帶，如飛雁灘、三合村及孤島等地區(qū)(圖3)。縱向上，側(cè)向型輸導(dǎo)體系中稠油油藏埋藏較淺，運(yùn)移過程受新近系河流相砂體控制作用明顯；垂向型輸導(dǎo)體系中稠油埋藏相對(duì)較深，淺層氣運(yùn)移過程受斷裂的垂相輸導(dǎo)控制作用明顯。

3 稠油—淺層氣輸導(dǎo)要素

輸導(dǎo)體系中輸導(dǎo)要素的量化表征是輸導(dǎo)體系研究的關(guān)鍵一環(huán)。在斷陷盆地內(nèi)，骨架砂體和斷裂又成為輸導(dǎo)三要素里面最為重要的兩個(gè)要素。稠油—淺層氣輸導(dǎo)體系類型劃分已經(jīng)表明，不同類型的輸導(dǎo)體系側(cè)重的輸導(dǎo)要素不同：側(cè)向型輸導(dǎo)體系重點(diǎn)在于量化表征骨架砂體對(duì)于淺層氣的輸導(dǎo)能力，而垂相型輸導(dǎo)體系則強(qiáng)調(diào)斷裂的垂向活動(dòng)特征對(duì)于淺層氣運(yùn)移的影響。選取了林樊家及三合村兩個(gè)典型地區(qū)分別代表側(cè)向型與垂向型輸導(dǎo)體系，開展了相關(guān)輸導(dǎo)要素量化表征研究。

3.1 側(cè)向型骨架砂體輸導(dǎo)特征

骨架砂體是油氣側(cè)向運(yùn)移的主要通道和載體。目前骨架砂體輸導(dǎo)體系的研究正從定性分析向定量化評(píng)價(jià)發(fā)展，在分析骨架砂體輸導(dǎo)性能主控因素的基礎(chǔ)上，如何定量評(píng)價(jià)骨架砂體的輸導(dǎo)能力成為研究的重點(diǎn)。林樊家地區(qū)位于東營凹陷西部，受林南及林東斷裂的切割形成了林樊家凸起構(gòu)造，凸起頂部自下而上主要發(fā)育孔店組、館陶組及明化鎮(zhèn)組。成藏期油氣從利津凹陷深洼區(qū)長距離運(yùn)移至林樊家凸起頂部，在館陶組底部形成油藏。受微生物降解作用，后期形成稠油油藏并釋放淺層氣，在西部高部位的明化鎮(zhèn)組成藏。

在稠油—淺層氣的氣輸導(dǎo)過程中，側(cè)向型輸導(dǎo)體系缺少斷層的垂向溝通，骨架砂體是主要的輸導(dǎo)體，承擔(dān)了淺層氣垂向和側(cè)向的輸導(dǎo)作用。側(cè)向輸導(dǎo)方面目前常用的骨架砂體輸導(dǎo)能力評(píng)價(jià)方法主要有兩大類：一類是針對(duì)河流相砂體分類方法進(jìn)行砂體連通性的研究，主要應(yīng)用在油藏開發(fā)階段；一類是勘探階段針對(duì)油氣輸導(dǎo)過程中砂體連通性的評(píng)價(jià)方法。宋國奇等[16]提出了骨架砂體輸導(dǎo)能力指數(shù)法，利用傾角和臨界油柱高度的比值來表征骨架砂體輸導(dǎo)能力。該方法考慮了骨架砂體的產(chǎn)狀及非均質(zhì)性；但從實(shí)際操作來看，臨界油柱高度參數(shù)的取值較難，在油氣分布較少的區(qū)域難以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確計(jì)算。羅曉容等[17]在ALLEN等人研究的基礎(chǔ)上提出了概率分布模型法，采用高斯擬合來描述輸導(dǎo)層內(nèi)砂體之間的連通性。該方法在前人模型分析的基礎(chǔ)上，利用概率統(tǒng)計(jì)學(xué)理論進(jìn)行創(chuàng)新，建立了砂地比與砂體連通性之間的關(guān)系，邏輯清晰，各參數(shù)的理論意義較為明確；但是該方法的缺陷是沒有考慮古地形對(duì)油氣在砂體中運(yùn)移的影響。在同樣的砂地比條件下，砂體的傾角不同，對(duì)油氣的輸導(dǎo)能力也有差異。

表1 稠油—淺層氣輸導(dǎo)體系類型劃分參數(shù)

圖3 濟(jì)陽坳陷稠油—淺層氣輸導(dǎo)體系平面分布

筆者綜合考慮砂體分布及古地形特征，開展了林樊家地區(qū)骨架砂體輸導(dǎo)特征研究。輸導(dǎo)砂體整體沿東西向展布，分布范圍廣，局部輸導(dǎo)砂體厚度較大(圖4)。在骨架砂體輸導(dǎo)分類評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，同時(shí)疊合分析了林樊家地區(qū)明化鎮(zhèn)組后期古地貌特征。從分析結(jié)果來看，整體上呈現(xiàn)西高東低的特征，中間部位局部地區(qū)形成構(gòu)造高點(diǎn)。輸導(dǎo)砂體與古地貌的疊合，明確了側(cè)向型稠油—淺層氣輸導(dǎo)體系骨架砂體的分布特征，為側(cè)向型輸導(dǎo)模式的建立奠定了基礎(chǔ)。

圖4 濟(jì)陽坳陷林樊家地區(qū)骨架砂體輸導(dǎo)能力量化表征

圖5 濟(jì)陽坳陷沾化凹陷主要斷層活動(dòng)性與油氣充注期配置

3.2 垂向型稠油—淺層氣斷裂輸導(dǎo)特征

斷裂的垂向溝通是垂向型稠油—淺層氣輸導(dǎo)體系中的關(guān)鍵要素，以三合村地區(qū)為典型代表進(jìn)行研究。稠油油藏作為淺層天然氣藏的“源”，降解生氣期斷裂的活動(dòng)控制了垂向型輸導(dǎo)體系的垂向輸導(dǎo)能力。研究表明稠油為晚期降解，其生氣過程受斷裂的晚期活動(dòng)及斷裂帶的內(nèi)部結(jié)構(gòu)控制。

晚期斷裂的活動(dòng)與稠油的降解過程相互匹配，控制了淺層氣的垂向運(yùn)移(圖5)。沾化凹陷主要斷層活動(dòng)期與稠油降解期匹配關(guān)系表明，沾化凹陷淺層多數(shù)新生斷裂和活化斷裂可以為淺層氣運(yùn)移提供通道，同時(shí)壓力釋放為淺層氣運(yùn)移提供動(dòng)力，利于淺層氣的運(yùn)聚成藏。進(jìn)一步利用斷層活動(dòng)速率法，對(duì)三合村地區(qū)主要的控藏?cái)嗔训耐砥诨顒?dòng)特征進(jìn)行了分析。在稠油晚期降解生氣的同時(shí)，斷層活動(dòng)強(qiáng)度依然可以達(dá)到2～3.5 m/Ma，縱向上具有一定的活動(dòng)性，能夠作為降解氣垂向運(yùn)移的通道(圖6)。

圖6 濟(jì)陽坳陷三合村地區(qū)斷層晚期活動(dòng)性

3.3 淺層泥巖蓋層的垂向輸導(dǎo)能力

蓋層厚度對(duì)油氣封閉能力的影響，國內(nèi)外學(xué)者們已經(jīng)進(jìn)行了大量研究。蓋層的封閉性能主要與自身性質(zhì)相關(guān)，較薄的泥巖蓋層(十?dāng)?shù)厘米)就可以封蓋數(shù)百米的油柱。基于巖心資料開展了淺層蓋層和儲(chǔ)層突破壓力的測試(表2)，結(jié)果表明，泥巖蓋層突破壓力多大于1.0 MPa，而濟(jì)陽淺層氣藏剩余壓力一般小于0.5 MPa[19]，表明淺層的泥巖蓋層具有一定封蓋能力。進(jìn)一步，依據(jù)淺層氣密度及測試實(shí)驗(yàn)得出的突破壓力進(jìn)行封油氣柱高度的計(jì)算，結(jié)果表明，淺層泥巖封氣柱高度為封油柱高度的2/3(圖7)，因此針對(duì)分子較小的甲烷，如果成藏期淺層氣源充足，形成的氣柱高度超過了蓋層的封堵極限，淺層氣仍可穿過泥巖蓋層向上運(yùn)移。

依據(jù)前人研究成果，甲烷通過泥巖的擴(kuò)散系數(shù)為6.32×10-7cm2/s[20]，利用Fick定律開展了甲烷縱向擴(kuò)散速度計(jì)算。計(jì)算結(jié)果表明，每百萬年甲烷縱向運(yùn)移距離達(dá)240 m，而淺層氣成藏期在3～2 Ma，淺層氣聚集成藏之后理論上可以向上穿越480～720 m的泥巖蓋層運(yùn)移。勘探實(shí)際表明，淺層稠油油藏的整體埋深在1 000～1 500 m，整體的泥巖蓋層厚度約500～800 m，因此淺層氣生成或成藏之后通過擴(kuò)散作用依然可以向上長距離運(yùn)移。以上分析表明，雖然擴(kuò)散速度是滲流速度的十萬分之一，但速度及效率同樣可觀，尤其是在淺層泥巖蓋層封蓋能力較弱的條件下。

4 稠油—淺層氣輸導(dǎo)模式

基于稠油—淺層氣輸導(dǎo)體系類型的劃分及輸導(dǎo)要素的分析，建立了側(cè)向型和垂向型2種輸導(dǎo)模式。

4.1 側(cè)向型稠油—淺層氣輸導(dǎo)模式

以林樊家地區(qū)為典型代表，通過對(duì)骨架砂體、泥巖蓋層的評(píng)價(jià)，建立了側(cè)向型稠油—淺層氣輸導(dǎo)模式(圖8)。側(cè)向型輸導(dǎo)模式中稠油油藏作為“起點(diǎn)”位于側(cè)下方館陶組底部，淺層氣藏作為輸導(dǎo)體系的“終點(diǎn)”位于側(cè)上方明化鎮(zhèn)組。從稠油油藏至淺層氣藏的輸導(dǎo)過程可以劃分為3個(gè)階段：①從最下方的稠油油藏稠化、生產(chǎn)淺層氣開始，通過斷層的垂向溝通進(jìn)入凸起帶；②在凸起帶上通過骨架砂體的側(cè)向運(yùn)移，使得淺層氣進(jìn)一步向高部位運(yùn)移。在淺層氣的側(cè)向運(yùn)移過程中逐漸以擴(kuò)散的方式穿越頂部泥巖蓋層垂向運(yùn)移；③淺層氣穿越泥巖蓋層垂向運(yùn)移之后進(jìn)入明化鎮(zhèn)組河道砂中，受高孔滲砂體的控制逐步以滲流的方式沿河道砂向高部位運(yùn)移，進(jìn)入有效圈閉聚集成藏。從構(gòu)造分析來看，在明化鎮(zhèn)組氣藏與館陶組稠油之間沒有明顯的斷裂發(fā)育，垂向上天然氣的運(yùn)移只能通過垂向穿越泥巖隔層的擴(kuò)散來實(shí)現(xiàn)，因此認(rèn)為，淺層氣通過垂向擴(kuò)散后進(jìn)入明化鎮(zhèn)組高孔滲的河道砂中積聚，進(jìn)而以滲流的方式向高部位側(cè)向運(yùn)移，通過這種方式在明化鎮(zhèn)組巖性圈閉中聚集成藏。目前該區(qū)在勘探中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的淺層氣藏大部分位于明化鎮(zhèn)組河道砂體中，也驗(yàn)證了側(cè)向型的輸導(dǎo)模式。

表2 泥巖封閉能力參數(shù)

圖7 泥巖蓋層突破壓力與封堵油氣柱高度

圖8 稠油—淺層氣側(cè)向型輸導(dǎo)模式

圖9 稠油—淺層氣垂向型輸導(dǎo)模式

4.2 垂向型稠油—淺層氣輸導(dǎo)模式

以三合村為典型代表，通過對(duì)斷裂垂向輸導(dǎo)的評(píng)價(jià)，建立了稠油—淺層氣垂向型輸導(dǎo)模式(圖9)[21-22]。垂向型輸導(dǎo)模式中稠油油藏作為“起點(diǎn)”位于正下方館陶組中下部，淺層氣藏作為輸導(dǎo)體系的“終點(diǎn)”位于正上方館陶組頂部和明化鎮(zhèn)組。垂向型輸導(dǎo)過程相對(duì)較為簡單，可劃分為2個(gè)階段：①淺層氣從稠油油藏中進(jìn)入相對(duì)較高滲透性的斷裂帶內(nèi)；②淺層氣沿?cái)嗔褞Т瓜蜻\(yùn)移進(jìn)入頂部的圈閉中聚集成藏。由于高孔滲斷裂帶的存在，使得在垂向型輸導(dǎo)模式中淺層氣穿越蓋層垂向運(yùn)移的概率較低，主要沿?cái)嗔褞Т瓜蜻\(yùn)移。

5 結(jié)論

(1)建立了輸導(dǎo)體系類型劃分參數(shù)，將斷陷盆地盆緣稠油—淺層氣輸導(dǎo)體系劃分為側(cè)向及垂向2種類型。側(cè)向型主要分布在盆緣高凸起帶，淺層氣藏分布于稠油油藏的側(cè)上方；垂向型主要分布在盆內(nèi)洼陷帶和低凸起帶，淺層氣藏分布于稠油油藏的正上方。

(2)明確了稠油—淺層氣的3種輸導(dǎo)要素。明確了側(cè)向型骨架砂體輸導(dǎo)特征；理清了稠油降解生氣與斷層晚期活動(dòng)的匹配關(guān)系，明確了斷裂的晚期活動(dòng)可以為淺層氣的垂向運(yùn)移提供有效通道；泥巖蓋層可以作為淺層氣垂向運(yùn)移的通道，淺層氣在生成或成藏之后通過擴(kuò)散作用依然可以向上長距離運(yùn)移。

(3)基于稠油—淺層氣輸導(dǎo)體系類型的劃分及輸導(dǎo)要素的分析，建立了側(cè)向型和垂向型2種輸導(dǎo)模式。側(cè)向型輸導(dǎo)過程可以劃分為3個(gè)階段；垂向型輸導(dǎo)過程可以劃分為2個(gè)階段。