三肇凹陷青一段油氣向扶楊油層“倒灌”運移的最小超壓及其研究意義

于潤濤

(大慶油田有限責(zé)任公司第一采油廠,黑龍江大慶 166405)

三肇凹陷青一段油氣向扶楊油層“倒灌”運移的最小超壓及其研究意義

于潤濤

(大慶油田有限責(zé)任公司第一采油廠,黑龍江大慶 166405)

分析三肇凹陷青一段源巖生成排出的油氣向扶楊油層“倒灌”運移條件,表明青一段源巖因具超壓和油源斷裂發(fā)育,其生成排出的油氣可以向扶楊油層“倒灌”運移.分析油向下“倒灌”運移所受壓力,表明油向下“倒灌”運移所需的最小壓力應(yīng)為斷裂帶毛細管阻力.統(tǒng)計三肇凹陷扶楊油層目前油底深度與青一段源巖在明水組沉積末期古超壓之間的關(guān)系,表明三肇凹陷斷裂帶毛細管阻力約為5 MPa,即青一段源巖生成排出的油氣向扶楊油層“倒灌”運移最小古超壓約為5 MPa.利用最小古超壓可以預(yù)測青一段源巖生成排出的油氣向扶楊油層“倒灌”運移深度、層位和范圍,以及扶揚油層油成藏與分布的有利區(qū)域.

三肇凹陷;青一段源巖;“倒灌”運移;最小古超壓;斷裂

三肇凹陷是位于松遼盆地北部中央拗陷區(qū)內(nèi)的一個長期繼承性發(fā)育的凹陷.該凹陷內(nèi)自下而上發(fā)育有下白堊統(tǒng)的火石嶺組、沙河子組、營城組、登婁庫組和泉頭組,上白堊統(tǒng)青山口組、姚家組、嫩江組、四方臺組、明水組和古近系、第四系地層位于泉頭組三、四段的扶余和楊大城子油層是該凹陷主要產(chǎn)油層.目前已發(fā)現(xiàn)宋芳屯、榆樹林、肇州、升平、朝陽溝油田,充分展示了該凹陷扶楊油層的含油遠景.然而,扶楊油層油底距上覆青一段源巖底部可達400 m以上,對青一段源巖生成排出的油氣向下如此大深度“倒灌”運移的正確認識是該區(qū)扶楊油層油勘探的關(guān)鍵.前人[1-11]對油氣向下“倒灌”所需的動力條件做過研究和探討,但針對油氣向下“倒灌”運移所需的動力條件主要是定性分析,缺少定量研究.為此,研究三肇凹陷青一段源巖生成排出的油氣向扶楊油層“倒灌”運移所需的最小超壓,對于正確認識該區(qū)扶楊油層油成藏規(guī)律和指導(dǎo)油勘探具有重要意義.

1 “倒灌”運移條件

由文獻[1-4]可知,油氣發(fā)生向下“倒灌”運移,要求源巖具備足夠大的超壓和存在連通源巖和儲層的斷裂輸導(dǎo)通道,源巖生成排出的油氣可在其內(nèi)超壓的作用下,通過斷裂向下伏儲層“倒灌”運移.三肇凹陷青一段源巖目前普遍具有超壓,最大超壓為20 M Pa,主要分布在三肇凹陷中心處,由凹陷中心向其四周青一段源巖超壓逐漸減小,在凹陷邊部超壓減小至8 M Pa以下[4].

三肇凹陷青一段源巖超壓主要在嫩四段沉積時期形成[4],而青一段源巖在明水組沉積末期開始向外大量排烴[4].由此看出,青一段源巖超壓形成時期早于油大量排烴期,可以成為油向下“倒灌”運移的動力.

三肇凹陷青一段底界面上發(fā)育大量 T2斷裂,T2斷裂主要由拗陷期形成的斷裂、斷陷期形成拗陷期活動的斷裂、拗陷期形成反轉(zhuǎn)期活動的斷裂和斷陷期形成拗陷期及反轉(zhuǎn)期活動的斷裂構(gòu)成,它們在剖面上呈壘塹組合,平面上呈密集帶分布.4種斷裂并非均可成為青一段源巖生成排出的油氣向扶楊油層“倒灌”運移的輸導(dǎo)通道,只有連接青一段源巖和扶楊油層,且在青一段源巖大量排烴期(明水組沉積末期)活動的斷裂才能成為青一段源巖生成排出的油氣向扶楊油層“倒灌”運移的油源斷裂.4種斷裂只有拗陷期形成反轉(zhuǎn)期活動的斷裂,以及斷陷期形成拗陷期和反轉(zhuǎn)期活動的斷裂,才能成為青一段源巖生成排出的油氣向扶楊油層“倒灌”運移的油源斷裂.該區(qū)油源斷裂有348條,分布于整個三肇凹陷區(qū)內(nèi),見圖1.因此,三肇凹陷青一段源巖生成排出的油氣具備了向扶楊油層“倒灌”運移的條件.

2 “倒灌”運移最小古超壓

三肇凹陷青一段源巖生成排出的油氣已具備在超壓作用下通過油源斷裂向扶楊油層“倒灌”運移的條件.然而,青一段源巖生成排出的油氣能否向扶楊油層“倒灌”運移及向扶楊油層運移多遠距離,還應(yīng)取決于青一段源巖生成排出的油氣向扶楊油層“倒灌”運移的動力和阻力之間的相對大小.青一段源巖生成排出的油氣向扶楊油層“倒灌”運移的動力,主要是青一段源巖在明水組沉積末期的古超壓,而其生成排出的油氣沿著油源斷裂向扶楊油層“倒灌”運移所遇到的阻力,應(yīng)為斷裂帶的毛細管阻力、油本身的浮力和地層壓力.青一段源巖生成排出的油氣能否發(fā)生向扶楊油層“倒灌”運移和運移距離應(yīng)是這4個力相互作用和平衡的結(jié)果.

圖1 三肇凹陷青一段源巖明水組沉積末期超壓與油源斷裂分布關(guān)系

青一段源巖生成排出的油氣要向扶楊油層“倒灌”運移,其內(nèi)古超壓必須大于斷裂帶的毛細管阻力、油本身浮力和地層壓力增大形成的阻力的和,可發(fā)生向下“倒灌”運移.由于地層壓力形成的阻力是一個隨油向下“倒灌”運移增大而增大的變量,在油剛好要開始向下“倒灌”運移時,地層壓力形成的阻力為0 M Pa.同理,油在未向扶楊油層“倒灌”運移時,其油浮力也可視為0 M Pa.此時,只要青一段源巖古超壓大于斷裂帶毛細管阻力,油便開始向扶楊油層“倒灌”運移.由此看出,斷裂帶毛細管阻力應(yīng)是青一段源巖生成排出的油氣向扶楊油層“倒灌”運移所需的最小壓力.由于受鉆遇斷裂帶井少,不易取心,以及斷裂活動時期因裂縫活動開啟難以獲取毛細管阻力等因素的影響,很難直接獲取斷裂帶的毛細管阻力.為此,首先統(tǒng)計目前三肇凹陷100余口探井扶楊油層油底距青一段源巖底部的深度.因為這一深度通常情況下可以視為油向扶楊油層“倒灌”運移的最大深度,但有2種情況例外,一種是油在向扶楊油層“倒灌”運移過程中尚未達到最大深度時,就發(fā)生側(cè)向運移,這種油底深度較最大深度要小;另一種是油達到最大運移深度后又向高斷塊一側(cè)發(fā)生側(cè)向運移,這種油底深度較最大深度要大.因此,利用現(xiàn)今油底深度代替其最大油“倒灌”運移深度時,不應(yīng)看個別點,應(yīng)看總的趨勢,才能符合實際的油底深度.然后利用文獻[4]中明水組沉積末期青一段源巖的古超壓(見圖1)與青一段源巖生成排出的油氣“倒灌”運移最大深度關(guān)系(見圖2),可以得到二者之間為正相關(guān)關(guān)系,當青一段源巖古超壓大于5 M Pa之后,隨著青一段源巖古超壓增大,其生成排出的油氣向扶楊油層“倒灌”運移的深度迅速增大;當深度達到300 m后,隨著青一段源巖古超壓的增大,油氣“倒灌”運移的深度增大幅度變緩.這是因為油氣向扶楊油層“倒灌”運移的毛細管阻力一旦被突破后,毛細管阻力消失,只剩下地層壓力和油本身浮力作用,阻力變小,動力相對增大,必然造成油氣向扶楊油層“倒灌”運移的距離迅速增大.當達到一定深度后地層壓力和油本身浮力迅速增大,阻力增大,動力相對減小,其生成排出的油氣向扶楊油層“倒灌”運移的深度增大幅度變緩.當青一段泥巖古超壓小于5 M Pa時,由于其超壓不能克服斷裂帶中毛細管阻力,其生成排出的油氣不能向下“倒灌”運移.這表明5 M Pa應(yīng)是三肇凹陷青一段源巖生成排出的油氣沿 T2斷裂輸導(dǎo)通道向扶楊油層“倒灌”運移所需的最小古超壓.只有古超壓大于此值后,才能克服斷裂帶中毛細管阻力,油氣在古超壓的作用下才能向下“倒灌”運移.

圖2 三肇凹陷青一段源巖古超壓與扶楊油層油底深度之間關(guān)系

3 研究意義

確定三肇凹陷青一段源巖生成排出的油氣向扶楊油層“倒灌”運移的最小超壓,對于該區(qū)扶揚油層油成藏與分布研究具有意義.

3.1 預(yù)測“倒灌”運移深度、層位和范圍

由圖2,利用明水組沉積末期青一段源巖古超壓(見圖1)對其生成排出的油氣向扶楊油層“倒灌”運移深度和范圍進行研究,結(jié)果見圖3.由圖3可以看出,三肇凹陷青一段源巖生成排出的油氣向扶楊油層“倒灌”運移范圍主要分布在三肇凹陷中心區(qū)內(nèi),向扶楊油層“倒灌”運移的最大深度為400 m以上.主要分布在凹陷中部和東部,大部分地區(qū)青一段源巖生成排出的油氣向扶楊油層“倒灌”運移深度為150～300 m,在凹陷中部和西部邊部出現(xiàn)青一段源巖生成排出的油氣不能向扶楊油層“倒灌”運移的區(qū)域.

比較三肇凹陷青一段源巖生成排出的油氣向扶楊油層“倒灌”運移深度及與其對應(yīng)點扶楊油層各油層組厚度,青一段源巖生成排出的油氣不僅可以“倒灌”運移至扶Ⅱ油層組和扶Ⅲ油層組,而且還可以“倒灌”運移至楊Ⅰ油層組.從扶Ⅱ油層組—扶Ⅲ油層組—楊Ⅰ油層組,青一段源巖生成排出的油氣“倒灌”運移區(qū)域逐漸減小,凹陷中心3個油層組存在局部青一段源巖生成排出的油氣不能向扶楊油層“倒灌”運移的區(qū)域.

3.2 預(yù)測成藏與分布區(qū)域

圖3 三肇凹陷青一段源巖生成排出的油氣向扶楊油層“倒灌”運移距離與扶楊油層油藏分布關(guān)系

由青一段源巖生成排出的油氣向扶楊油層“倒灌”運移區(qū)域,與目前該區(qū)已找到的扶楊油層油藏分布關(guān)系(見圖3),扶揚油層油藏不是分布在青一段生成排出的油氣“倒灌”運移區(qū)內(nèi)就是分布在其邊部.這是因為扶楊油層只有位于青一段生成排出的油氣向扶楊油層“倒灌”運移區(qū)內(nèi)或附近,才能從上覆青一段源巖獲得油進行運聚成藏;否則,其他成藏條件再好也無法形成油藏.因此,青一段源巖生成排出的油氣向扶楊油層“倒灌”運移的范圍及其附近,應(yīng)是三肇凹陷扶楊油層成藏與分布的有利區(qū)域.

4 結(jié)論

(1)三肇凹陷青一段源巖生成排出的油氣具備向扶楊油層“倒灌”運移的條件,即具有超壓和 T2斷裂輸導(dǎo)通道發(fā)育.

(2)三肇凹陷青一段源巖生成排出的油氣向扶楊油層“倒灌”運移所需的最小古超壓(斷裂帶毛細管阻力)約為5 M Pa.

(3)三肇凹陷青一段源巖生成排出的油氣向扶楊油層“倒灌”運移的最小超壓的確定,有利于預(yù)測青一段源巖生成排出的油氣向扶楊油層“倒灌”運移深度、層位和范圍,以及扶揚油層油成藏與分布的有利區(qū)域.

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Fuyang oil layer in Sanzhao depression m in imum overpressure value required for oil-gas m igration downward/2010,34(3):11-13

YU Run-tao
(Oil Recovery Plant N o.1,Daqing Oilf ield Corp.L td.,Daqing,Heilongjiang 166405,China)

By the analysisof geological conditionsof m igration dow nw ard of oil from K1qn1source rock in Sanzhao dep ression,it w as considered that there w as overp ressure and T2source faults developed.Oil generated from K1qn1 source rock could m igrate dow nw ard.Acco rding to p ressure analysisof oilm igration dow nward,minimum p ressure required in oilmigration dow nward should be capillary force of fault zone.Because the value can not be obtained directly,by the statistical relation between current dep thsof oil bottom in F,Y oil layers and ancient overp ressure value ofsource rock in the end of K2m deposition period in Sanzhao dep ression,capillary force of fault zone in Sanzhao dep ression is about 5 M Pa,or the minimum ancient overp ressure value for migration dow nward of oil formsource rock in Sanzhao dep ression was about 5 M Pa.Obtaining of minimum ancient overp ressure value for migration dow nward of oil fromsource rock has two significances for oil accumulation and distribution of Fuyang oil layer in Sanzhao dep ression:it can fo recast area,dep th and ho rizons of m igration dow nw ard of oil fromsource rock and fo recast favo rable areas fo r oil accum ulation and distribution of Fuyang oil layer in Sanzhao dep ression.

Sanzhao dep ression;K1qn1source rock;m igration dow nw ard;minim um ancient overp ressure value;fault

TE122.1

A

1000-1891(2010)03-0011-03

2009-12-23;審稿人:王朋巖;編輯:陸雅玲

國家“973”重點基礎(chǔ)研究項目(2001CB209104)

于潤濤(1964-),男,高級工程師,主要從事油田開發(fā)與管理方面的研究.