從油氣賦存狀態(tài)分析油氣充注能力——以東海西湖凹陷平湖油氣田為例

仝志剛 賀 清 趙志剛 楊樹春 郝建榮

(1.中海油研究總院; 2.中海油新能源研究院)

圈閉油氣充注研究是勘探目標(biāo)評(píng)價(jià)中的必要內(nèi)容,油氣充注量大小是圈閉能否形成油氣藏的重要因素,也是勘探成敗的主要因素之一[1-2]。但是,長(zhǎng)期以來由于受地質(zhì)模型和研究方法的制約,油氣充注定量研究的難度非常大,通常是以烴源條件、油氣運(yùn)移條件和成藏匹配條件的結(jié)合對(duì)油氣充注能力進(jìn)行定性評(píng)價(jià)。近年來,通過尋找圈閉的油氣匯聚單元,在匯聚單元內(nèi)綜合考慮烴源條件、油氣運(yùn)移條件和成藏匹配條件來定量評(píng)價(jià)圈閉的油氣充注風(fēng)險(xiǎn)[3],為鉆前目標(biāo)評(píng)價(jià)提供了一種實(shí)用的油氣充注量分析的方法和手段。通過已鉆井資料能夠分析油氣藏的成藏歷史,但多數(shù)研究主要集中在油氣成藏期次方面[4-9],幾乎沒有涉及油氣充注能力。本文綜合已鉆井資料,以平湖油氣田為例,通過分析現(xiàn)今油氣賦存狀態(tài)來分析油氣充注能力。研究結(jié)果有助于重新認(rèn)識(shí)平湖構(gòu)造區(qū)的烴源條件、油氣運(yùn)移條件和成藏條件,以使對(duì)該區(qū)及其相鄰區(qū)域的鉆前圈閉評(píng)價(jià)更為客觀;同時(shí),這種從鉆井資料出發(fā)的“反演”方法,對(duì)研究油氣成藏歷史,進(jìn)而指導(dǎo)勘探亦不無裨益。

1 油氣充注量與油氣賦存狀態(tài)

油氣運(yùn)移進(jìn)入圈閉的過程稱作油氣充注,油氣向圈閉運(yùn)移的量稱為油氣充注量。在一定的儲(chǔ)蓋條件下,油氣充注量與圈閉體積及溫壓條件決定了圈閉中油氣的賦存狀態(tài)。

如圖1所示,從烴源巖排出具有一定氣油比的油氣,在烴源巖附近的圈閉中可能形成液相油氣藏A;隨著油氣逐漸由深部向淺部運(yùn)移,溫度和壓力降低,先前液相油氣中的氣體從油中析出,進(jìn)入圈閉B中,形成了氣液兩相的油氣藏,此時(shí)的油藏為飽和油藏。如果充注量比較大,圈閉B的體積又比較小,液相油氣溢出,在附近的圈閉中形成了液相油氣藏C,此時(shí)的油藏C可能為飽和油藏;如果在后期的埋藏過程中沒有更多的油氣充注,油藏C最后將成為不飽和油藏。如果后期還有更多的油氣進(jìn)入,且從油藏C溢出的流體繼續(xù)往淺部運(yùn)移,壓力、溫度繼續(xù)降低,液相油氣中的溶解氣繼續(xù)析出,在體積比較大的圈閉D中聚集,形成帶氣頂?shù)挠蜌獠?。如果油氣藏D頂部封蓋不良,那么氣頂氣向上泄漏,在其上部體積較小的圈閉中則形成氣藏 E。另外,從烴源巖排出的油氣直接運(yùn)移到淺部體積比較小的圈閉(相對(duì)于油氣充注量來說)中,析出的氣體可以完全充滿圈閉,液相油氣溢出,圈閉中留下的全部是氣體,形成氣藏 F。

圖1 油氣分布狀態(tài)變化示意圖1)

圈閉的油氣相態(tài)及氣油比不僅受圈閉的溫壓條件、體積和蓋層質(zhì)量的影響,而且還與油氣充注量密切相關(guān)。溫度和壓力決定油氣的溶解和析出,而在一定的溫壓條件和蓋層條件下,油氣充注量和圈閉體積最終決定了圈閉中油氣的賦存狀態(tài)。

2 平湖油氣田油氣賦存狀態(tài)及油氣充注能力分析

2.1 油氣賦存狀態(tài)

平湖油氣田位于東海浙東坳陷西湖凹陷西側(cè)的平湖構(gòu)造帶,油氣主要分布在花港組和平湖組(圖2)。花港組儲(chǔ)層以中砂巖為主,其次為細(xì)砂巖,孔隙度一般為20%左右,滲透率一般為100 mD,最高可達(dá)1000 mD;平湖組儲(chǔ)層以細(xì)砂巖為主,其次為中砂巖和粗粉砂巖,其中、上段孔隙度為14%～19%、滲透率為35～240 mD,下段孔隙度為10%～13%、滲透率為1～10 mD?；ǜ劢M主要含輕質(zhì)油,平湖組主要含凝析氣,總體上為“上油下氣”的分布狀態(tài)[10]。

圖2 平湖油氣田油氣藏剖面示意圖1)

花港組油藏充滿度不高,主油區(qū)放鶴亭構(gòu)造內(nèi)油柱高度僅占儲(chǔ)層厚度的1/3或1/5,為底水油藏;原油飽和壓力低,為2.43～13.24 MPa[10],地飽壓差約為20 MPa[11];溶解氣油比為12～217 m3/m3[10-11],平均為55 m3/m3,且隨著深度的增加而逐漸增大[12]。

平湖組凝析氣藏充滿度相對(duì)較高,形成層狀氣藏,水體位于儲(chǔ)層邊部,為邊水凝析氣藏[11];凝析油含量為106.68～190.29 g/m3,為中低凝析油含量凝析氣藏[13];原始?xì)庥捅葹?100～5500 m3/m3,且隨著深度的增加而逐漸增大。

2.2 油氣充注能力

平湖油氣田放鶴亭構(gòu)造油藏面積充滿度為8%～33%,氣藏面積充滿度為52%～69%;八角亭構(gòu)造區(qū)油藏面積充滿度14%～56%,氣藏面積充滿度22%～81%。分析認(rèn)為,造成這種“大構(gòu)造、小油氣藏”現(xiàn)象的原因可能有2個(gè):一個(gè)是油氣充注量不足,另一個(gè)是蓋層質(zhì)量差造成圈閉范圍小2)。前人研究也認(rèn)為,西湖凹陷平湖組烴源巖厚度大、分布廣、成熟度高、生烴量大,因此造成這種“大構(gòu)造、小油氣藏”現(xiàn)象的原因主要是蓋層質(zhì)量在橫向上的變化引起的[14]。但是,如果是因?yàn)樯w層質(zhì)量在橫向上變差才使得局部構(gòu)造內(nèi)圈閉范圍縮小,那么在含油氣范圍內(nèi)蓋層的條件仍然是好的,圈閉應(yīng)該是存在的。從這個(gè)角度看,平湖油氣田油氣藏的油氣充滿度應(yīng)該比較高。因此,不妨先假定平湖油氣田的油源條件是好的,油氣充注量是充足的,但這一假定與現(xiàn)今平湖油氣田的油氣賦存狀態(tài)卻是矛盾的。

從平湖油氣田供烴區(qū)平湖組煤系烴源巖的排油氣歷史(圖3)來看,排烴氣油比由低到高變化,大約在19 Ma時(shí)排烴氣油比就達(dá)到1000 m3/m3,到龍井組沉積末期(16.2 M a)排烴氣油比可達(dá)到3500 m3/m3;之后迅速增大,最大超過10000 m3/m3;然后又略有減小,但都大于6500 m3/m3。這說明,平湖油氣田供烴區(qū)平湖組煤系烴源巖在晚期是以排氣為主。

如果圈閉的油氣充注量充足,那么平湖油氣田花港組儲(chǔ)層中就不會(huì)形成油藏,而是形成氣藏或帶氣頂?shù)挠蜌獠?即使是油藏,也應(yīng)該是飽和油藏);但是從現(xiàn)今油藏特征來看,其溶解氣油比從上到下為12～217 m3/m3,平均約為55 m3/m3。如果以花港組頂界為油藏的深度參照面,那么花港組上部油藏現(xiàn)今的飽和溶解度應(yīng)該是138 m3/m3,遠(yuǎn)大于12 m3/m3,這說明現(xiàn)今花港組油藏在整體上未達(dá)到飽和狀態(tài)。

圖3 平湖油氣田供烴區(qū)烴源巖排烴史圖

閃蒸模擬分析結(jié)果表明,平均溶解氣油比約為55 m3/m3的花港組油藏于16.2 M a(龍井組沉積末期)時(shí)為飽和油藏(溫度為 64℃,壓力為 10.5 M Pa)1)。由此可以推測(cè),大概自16.2 Ma以來花港組油藏一直沒有發(fā)生油氣充注。否則,花港組應(yīng)該形成氣藏或帶氣頂?shù)挠蜌獠?至少現(xiàn)今的油藏應(yīng)該處于飽和狀態(tài)。

另外,平湖油氣田平湖組凝析氣藏現(xiàn)今為中低飽和凝析氣藏,原始?xì)庥捅葹?100～5500 m3/m3,而15 Ma以后平湖油氣田供烴區(qū)平湖組煤系烴源巖排烴氣油比最大超過10000 m3/m3,后來略有減小,但都大于6500 m3/m3,這說明平湖油氣田形成后期天然氣充注量很少。

因此,從油氣賦存狀態(tài)分析結(jié)果來看,平湖油氣田在龍井組沉積末期以來油氣充注量就很小。筆者不否認(rèn)西湖凹陷平湖組煤系烴源巖排烴量大,但是圈閉的烴源條件不等同于凹陷的烴源條件,凹陷的烴源條件好并不能說明圈閉的烴源條件就沒有問題,在油氣成藏過程中很可能因?yàn)闃?gòu)造運(yùn)動(dòng)或成巖作用等因素的影響造成油氣運(yùn)移通道的改變或阻塞,導(dǎo)致油氣充注能力不足,從而影響到油氣藏的儲(chǔ)量規(guī)模。

2.3 成藏過程

通過上述油氣充注能力分析,平湖油氣田的成藏過程可以總結(jié)為:

(1)大約在20 M a(中新世早期)之前,平湖組烴源巖排烴氣油比較低,以油為主。油氣自下而上運(yùn)移進(jìn)入平湖組和花港組,形成油藏。

(2)其后,由于平湖組烴源巖的排氣量越來越大,排油量相對(duì)減小,排烴氣油比迅速增大。到19 Ma時(shí),排烴氣油比已經(jīng)超過1000 m3/m3,以氣為主的烴類進(jìn)入先前形成的油藏中,致使油藏中的溶解氣達(dá)到飽和,甚至過飽和,出現(xiàn)氣頂。此后,由于成巖作用的加強(qiáng),蓋層的封蓋能力變好,特別是平湖組蓋層的封蓋能力變得更好,以氣為主的烴類運(yùn)移進(jìn)入花港組的量減小,大部分充注到平湖組,形成了花港組油藏與平湖組氣藏。這種先油后氣、垂向運(yùn)移的成藏過程也得到了地球化學(xué)研究結(jié)果的證實(shí)[15]。包裹體的研究結(jié)果也表明,花港組油藏以1期成藏作用為主,為液態(tài)烴充注;而平湖組氣藏具有2期成藏作用,第1期主要充注液態(tài)烴,第2期主要充注氣態(tài)烴[16]。

(3)大概到龍井組沉積末期(16 M a左右),花港組蓋層埋深已達(dá)1000 m以上,具備了比較好的封蓋條件[17],其下伏的平湖組蓋層封蓋能力則更好。此時(shí)的花港組油藏為飽和油藏,之后由于天然氣的注入量很小,現(xiàn)今為未飽和油藏;而平湖組凝析氣藏約在16 M a之后(中中新世之后)則很少有油氣充注,氣油比沒有明顯的變化。

3 結(jié)論及認(rèn)識(shí)

(1)油氣賦存狀態(tài)可為分析油氣充注能力提供直接證據(jù),分析結(jié)果有助于重新認(rèn)識(shí)和評(píng)價(jià)油氣田及其相鄰區(qū)域的烴源條件、運(yùn)移條件和成藏匹配條件。

(2)平湖油氣田的油氣藏為上油下氣的分布狀態(tài),油藏為低飽和,氣藏為中低飽和,但其供烴區(qū)烴源巖16M a以后以排氣為主,推測(cè)早期(中中新世之前)油氣充注量較大,晚期(中中新世之后)油氣充注量較小,油氣充注以垂向?yàn)橹?為早期(中中新世之前)成藏。

(3)圈閉的烴源條件與盆地或凹陷的烴源條件是2個(gè)完全不同的概念。凹陷的烴源條件好并不能說明圈閉的烴源沒有問題。在油氣成藏過程中,很可能因?yàn)闃?gòu)造運(yùn)動(dòng)或成巖作用等的影響造成油氣運(yùn)移通道的改變或阻塞,導(dǎo)致目標(biāo)區(qū)圈閉的油氣充注量不足,從而影響油氣藏的儲(chǔ)量規(guī)模。

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