致密砂巖油運(yùn)移體系特征研究

閆 明

（東北石油大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，黑龍江 大慶 163318）

致密砂巖油運(yùn)移體系特征研究

閆 明

（東北石油大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，黑龍江 大慶 163318）

石油的運(yùn)移是石油地質(zhì)學(xué)當(dāng)中的關(guān)鍵內(nèi)容，是連接生儲(chǔ)聚的關(guān)鍵性紐帶。什么樣的運(yùn)移方式?jīng)Q定油藏的聚集規(guī)模。通過(guò)對(duì)不同類(lèi)型運(yùn)聚特征的總結(jié)，發(fā)現(xiàn)致密油運(yùn)移主要受排驅(qū)壓力，運(yùn)移體系和源儲(chǔ)空間分布，運(yùn)移路徑上成巖影響因素的控制。對(duì)于不同的運(yùn)移方式，最高效的是有關(guān)斷層的運(yùn)移組合方式。

油氣運(yùn)移；致密砂巖；運(yùn)聚特征；源儲(chǔ)分布

石油的運(yùn)移是石油地質(zhì)學(xué)當(dāng)中的關(guān)鍵內(nèi)容，是連接生儲(chǔ)聚的關(guān)鍵性紐帶。什么樣的運(yùn)移方式嚴(yán)重影響油藏的聚集規(guī)模。在全球?qū)κ偷男枨罅吭絹?lái)越大，常規(guī)石油開(kāi)采量越來(lái)越不能滿(mǎn)足人們的要求的趨勢(shì)下，人們的目光已經(jīng)轉(zhuǎn)移到非常規(guī)石油上來(lái)，而致密砂巖油是現(xiàn)階段人們的主要目標(biāo)。致密砂巖油是覆壓滲透率小于0.1毫達(dá)西的砂巖儲(chǔ)層中貯存的石油，致密砂巖油藏因其特殊的成藏過(guò)程及特殊的巖石物性規(guī)律，在石油運(yùn)移方面與常規(guī)油氣藏又有著明顯的區(qū)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(dá)到人們需求的油藏。

1 砂體運(yùn)移體系

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

1.1 夾層互層為高效運(yùn)移聚集模式

即使能夠運(yùn)移，油在致密砂巖中的運(yùn)移也是極難的，其只能夠進(jìn)行短距離的，而不能不通過(guò)其他運(yùn)移方式進(jìn)行長(zhǎng)距離運(yùn)移。致密油在低滲透砂巖中的最好的運(yùn)聚方式是互層或夾層，這兩種都是源儲(chǔ)一體共生的，成藏效率較高，損失量較少。只要源巖處產(chǎn)生的油與其旁邊的砂體儲(chǔ)層間存在足夠的啟動(dòng)壓力，油就可以緩慢的將源儲(chǔ)的壓力系統(tǒng)統(tǒng)一，這樣的統(tǒng)一過(guò)程雖然極為緩慢，但是進(jìn)入到致密儲(chǔ)層中的油就會(huì)很難外溢。這樣緩慢的一體化之后，致密油在其中穩(wěn)定存儲(chǔ)，并且不在外力作用下貯存在儲(chǔ)層中的石油，由于被源巖層包夾住，兩側(cè)超壓控制，不易流動(dòng)。

致密油近距離運(yùn)聚形成鄰源型致密油也是極好的。但是油在致密砂體中運(yùn)移必須要有足夠的流體勢(shì)差驅(qū)動(dòng)，以克服吸附力、毛管力等，油氣超壓運(yùn)移須有足夠的持續(xù)壓力勢(shì)差驅(qū)動(dòng)，即使有了這些條件，大都也不能夠形成足夠持續(xù)的勢(shì)差來(lái)對(duì)致密油實(shí)施長(zhǎng)距離運(yùn)移。因此，在砂巖致密化之后經(jīng)歷的時(shí)間越長(zhǎng)，鄰源致密油的存儲(chǔ)量就應(yīng)該是越大的。并且只要不經(jīng)過(guò)大的構(gòu)造變化，貯存的鄰源致密油也同樣可以較好的保存下來(lái)。

1.2 壓力疏導(dǎo)區(qū)是控制油運(yùn)移的關(guān)鍵因素

在一個(gè)相對(duì)較封閉的體系中，很少的油氣移動(dòng)都會(huì)導(dǎo)致原來(lái)低勢(shì)區(qū)的壓力快速上升，使壓力勢(shì)差得到顯著降低，所以在一個(gè)相對(duì)較封閉的體系中流體不會(huì)出現(xiàn)較大規(guī)模的持續(xù)運(yùn)移。因此，只有低勢(shì)區(qū)以外的壓力疏導(dǎo)區(qū)的存在，低勢(shì)區(qū)的低壓狀態(tài)才可以保存，致密油的流動(dòng)才可持續(xù)，這是實(shí)現(xiàn)地層中致密油進(jìn)行大規(guī)模流動(dòng)的必要條件。含油盆地中好的壓力疏導(dǎo)區(qū)應(yīng)該是和外部開(kāi)放體系相連，并且具有相對(duì)較好的滲透性地層，流體流入泄壓層之后，其地層壓力不會(huì)有明顯的變化。通常在致密型地層中浮力遠(yuǎn)小于巖石毛細(xì)管力，油運(yùn)移方向應(yīng)主要取決于壓力勢(shì)降低的方向。油流既可能向烴源巖層上方運(yùn)移，也可以向下運(yùn)移。當(dāng)一個(gè)方向沒(méi)有好的壓力疏導(dǎo)區(qū)，而另一個(gè)方向有，油會(huì)更多的向有好區(qū)一方流動(dòng)。一個(gè)沉積盆地中沒(méi)有絕對(duì)的封閉體系，一個(gè)烴源巖層上下地層中有沒(méi)有壓力疏導(dǎo)區(qū)都是相對(duì)的（圖1）。烴源巖層周?chē)鑼?dǎo)區(qū)的疏導(dǎo)能力的相對(duì)好壞和距離烴源巖層的相對(duì)遠(yuǎn)近，應(yīng)該是控制油運(yùn)移方向和運(yùn)移量的關(guān)鍵因素。

圖1 壓力疏導(dǎo)區(qū)控油模式圖Fig.1 Containment model of pressure channel

1.3 早期未致密時(shí)期油運(yùn)移通道更為通暢

致密油的運(yùn)移還可以利用在早中期油充注時(shí)儲(chǔ)層尚未致密時(shí)，浮力作用下發(fā)生油運(yùn)移的有利通道，這樣的通道由于長(zhǎng)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(shí)儲(chǔ)層已經(jīng)致密，此時(shí)致密油就會(huì)利用先前與油長(zhǎng)期接觸而具親油性的殘留路徑作為優(yōu)勢(shì)輸導(dǎo)通道運(yùn)移，而不會(huì)選擇其他的親水通道（圖2）。這樣的優(yōu)勢(shì)運(yùn)移通道較其他路徑更容易運(yùn)移，運(yùn)移效率高，但若此運(yùn)移通道或與目的儲(chǔ)層同時(shí)和壓力疏導(dǎo)通道相連，也可導(dǎo)致致密油的快速流失。總體來(lái)講，這樣油先期運(yùn)移通道對(duì)后期致密油的運(yùn)移起正面作用。

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

2 微裂縫運(yùn)移體系

微裂縫在致密油運(yùn)移過(guò)程中起到極為重要的作用，微裂縫在油運(yùn)移當(dāng)中無(wú)論是常規(guī)油藏還是非常規(guī)油藏都會(huì)產(chǎn)生比周?chē)缀砀蟮臐B流空間，不論是構(gòu)造縫還是成巖縫都能夠產(chǎn)生這樣的滲流空間（圖3）。致密油在致密砂巖微裂縫中的運(yùn)移較致密顆粒間孔喉的運(yùn)移路徑要輕松許多，但還是會(huì)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(zhì)對(duì)微裂縫發(fā)育決定性作用

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

2.2 應(yīng)力性質(zhì)可影響裂縫滲流效率

受古今地應(yīng)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(xiàn)今地應(yīng)力方向近平行的裂縫連通性好、張開(kāi)度大、滲透率高、啟動(dòng)壓力小，為主滲流方向，是開(kāi)發(fā)井網(wǎng)部署時(shí)需要重點(diǎn)考慮的裂縫方向，而其他方向的裂縫在滲流方面就相對(duì)差了些。但隨著油藏開(kāi)發(fā)，地層壓力下降，不同方向裂縫的滲流規(guī)律就會(huì)發(fā)生改變，因此后期的開(kāi)發(fā)工作可能會(huì)更加復(fù)雜化。不同方向裂縫滲流變化規(guī)律會(huì)是致密砂巖油藏開(kāi)發(fā)中后期井網(wǎng)調(diào)整的重要依據(jù)。

2.3 成巖作用可影響微裂縫發(fā)育

微裂縫的形成除了與構(gòu)造作用相關(guān)外，還與成巖作用有關(guān)。成巖作用過(guò)程中，由于壓實(shí)作用、礦物膠結(jié)交代、重結(jié)晶等，使巖層發(fā)生收縮、 膨脹以及礦物間的重組、轉(zhuǎn)化等，都可以產(chǎn)生一系列微裂縫。有些微裂縫進(jìn)一步溶蝕形成溶蝕縫，這些微裂縫使儲(chǔ)層孔隙相互連通，滲透性增強(qiáng)，改善了儲(chǔ)集層性質(zhì)。

孔隙水進(jìn)入巖石原有裂縫，部分碳酸鹽礦物溶蝕使得裂縫擴(kuò)大。但在孔隙水進(jìn)入裂縫過(guò)程中，溶蝕和膠結(jié)充填往往是相互同時(shí)的。當(dāng)溶解作用主控時(shí)，微裂縫擴(kuò)大；當(dāng)膠結(jié)作用主控時(shí)，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(jié)充填現(xiàn)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(wú)效縫，儲(chǔ)集層物性變差。

3 斷層運(yùn)移體系

致密油在斷層中的疏導(dǎo)作用較其他運(yùn)移方式都更為高效，不只是因?yàn)閿鄬拥臐B流通道較其他運(yùn)移方式都更為寬闊，且斷層核附近裂縫發(fā)育很好，還由于斷層兩側(cè)的沙泥關(guān)系使得斷層運(yùn)移的油在運(yùn)移后可能會(huì)有良好的儲(chǔ)存空間及遮擋方式，使得致密油在斷層疏導(dǎo)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(yùn)移的先決條件

無(wú)論斷層處于封閉還是開(kāi)啟狀態(tài)，亦或是斷裂附近構(gòu)造情況如何，斷層想要運(yùn)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(guò)斷層運(yùn)移模式進(jìn)行石油運(yùn)移（圖4）?；蛘咴诔跏茧A段，斷層處于封閉狀態(tài)，后期源巖中產(chǎn)生的流體超壓開(kāi)啟斷層，或后期的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)開(kāi)啟斷層，這樣的斷層才能將油運(yùn)出來(lái)。致密油在運(yùn)移路徑上遇到斷層也是很好的選擇，但無(wú)論什么樣的過(guò)程，運(yùn)移距離越遠(yuǎn)，中間過(guò)程可能會(huì)損失的就越多。

圖4 斷層運(yùn)移模式Fig.4 Migration patterns under the control of fault

3.2 斷層兩側(cè)地層發(fā)育控制運(yùn)移路徑

區(qū)域性蓋層斷接厚度越大，油氣越不易穿過(guò)區(qū)域性蓋層向上運(yùn)移，只能在區(qū)域性蓋層之下發(fā)育側(cè)向分流運(yùn)移聚集。相反，油氣則易穿過(guò)區(qū)域性蓋層向上運(yùn)移。除了可以在區(qū)域性蓋層之下側(cè)向分流聚集外，還可以在其上進(jìn)行側(cè)向分流聚集。

沿著油源斷裂向上運(yùn)移的油氣由于受到區(qū)域性蓋層阻擋后，不是在其下進(jìn)行側(cè)向分流，就是在其上下進(jìn)行側(cè)向分流，油氣到底向哪些地層中側(cè)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(fā)育，斷裂錯(cuò)斷過(guò)程中，形成的斷裂帶中泥質(zhì)含量越高，斷層側(cè)向封閉性越好，越不利于油氣向該地層中側(cè)向運(yùn)移；相反，地層砂地比值越高，表明地層中泥巖越不發(fā)育，斷裂錯(cuò)斷過(guò)程中，形成的斷裂帶中泥質(zhì)含量越低，斷層側(cè)向封閉性越差，越有利于油氣向該地層中側(cè)向運(yùn)移。

3.3 斷裂組合方式可有效控制油氣運(yùn)移聚集

單一斷層一般只具備油的運(yùn)移作用，而多邊斷層即斷層組合則有可能形成油的富集點(diǎn)，在致密油當(dāng)中，這樣的富集點(diǎn)極為重要，多邊斷層作為一種非構(gòu)造成因的斷層，其發(fā)育層位都經(jīng)歷了被動(dòng)沉降。不同的地質(zhì)背景下，多邊斷層的成因有多種，比較被認(rèn)可的機(jī)制主要有密度反轉(zhuǎn)、脫水收縮和重力載荷機(jī)制，但目前還沒(méi)有一種統(tǒng)一的機(jī)制，但它們都與壓實(shí)和流體排出有關(guān)。但是比較被認(rèn)可的觀點(diǎn)就是，這樣的斷層組合可以在其周邊某幾點(diǎn)由于多條斷層邊部復(fù)雜控油機(jī)制進(jìn)行油富集點(diǎn)的控制，也就是斷裂交叉點(diǎn)控油，也可以說(shuō)是含高密度斷層的地層為油的優(yōu)勢(shì)通道。

4 結(jié) 論

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

對(duì)于這幾種運(yùn)移方式，最高效的是有關(guān)斷層的運(yùn)移組合方式。不過(guò)斷層的致密油運(yùn)移還是同樣受古沉積相的控制，成巖作用的影響，但只要構(gòu)造作用能夠使其貫穿到源巖，并且沿?cái)鄬觾蓚?cè)存在高沙泥比地層，無(wú)論存在什么樣的區(qū)域性蓋層斷接厚度，在源巖高壓的驅(qū)動(dòng)下都能夠運(yùn)移到儲(chǔ)層中，形成相應(yīng)的油藏。

［1］ 陳中紅，查明，吳孔友，等. 準(zhǔn)噶爾盆地陸梁地區(qū)油氣運(yùn)移方向研究[J]. 石油大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2003(02): 19-22.

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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(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目（863計(jì)劃）（2013AA064903）；國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究計(jì)劃（973計(jì)劃）前期研究專(zhuān)項(xiàng)（2012CB723102）；東北石油大學(xué)研究生創(chuàng)新科研項(xiàng)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(chǔ)層地質(zhì)學(xué)。E-mail：ym06879@sina.com。