一种指示油气运移动力和运移方式的方法

摘要

本发明涉及油气运移方式的识别领域，特别涉及一种指示油气运移动力和运移方式的方法，主要是通过油气运移参数变化的速率来识别油气在地下的运移方式和动力，本发明的方法有效地反应油气在地下的运移速率，结合地质背景可以用于分析油气运移的方式和动力，进而预测油气的聚集效率，有效指导油气勘探。

说明书

技术领域

本发明涉及油气运移方式的识别领域，特别涉及一种指示油气运移动力和运移方式的方 法。

背景技术

油气，指地下岩石孔隙中天然生成的、以液态烃为主要化学成分的可燃有机矿产。流体 运移动力主要包括浮力和超压驱动，浮力作用为主时油气缓慢运移，而超压驱动时，流体为 快速的幕式运移，由于幕式运移难以直接观测也难以用物理模拟表示，因此，目前该动力条 件的判识主要是通过流体包裹体和盆地模拟等手段来定量恢复成藏期流体所处的压力环境， 进而定性的推断流体的运移方式。

超压作用下的流体幕式运移加强了溶解物质的搬运，超压系统排出的水往往具有较低的 矿化度。因而流体的历史非均质性和空间非均质性是识别超压流体的重要证据。同时超压流 体的幕式排放，温度和压力快速降低，会造成流体相态和组分的发生分异，因此反应相态分 异的参数常表现出较强的变化，可作为识别缓慢流体流动和超压驱动的快速流体排放的重要 标志。

层析作用是自然界广泛存在的物理现象，是指流体在运移过程中不同组分的运移速率不 一样，随着流体运移距离的增加，其组分发生相应的变化。油气是一种多组分的混合物，在 地下的运移过程中，由于地层对油气中不同分子的吸附能力不一样，导致石油在运移过程中 发生组分的分异，随着运移距离的增加，其组分组成的比例发生规律性的变化，这一现象称 为地质色层效应。基于地质色层效应，同一油源的油气在运移过程中若以层析作用为主，其 烷烃相对含量、∑C₂₁^-/∑C₂₂⁺等沿着运移方向逐渐增大，而正构烷烃主峰碳的碳数则逐渐减小， 随原油运移距离的增加，含氮化合物受地层吸附、单体分子结构和分子质量等多种因素影响 而发生分馏效应。

基于地质色层效应，前人提出了较多能够反应油气运移方向和路径的运移参数。但是尚 未涉及到如何利用运移参数来表征油气在地层中的运移速率和方式等。此外，根据沸腾包裹 体、温压异常、流体信息异常等信息可以证实流体发生幕式运移，但只是定性表征，无法量 化运移速率的差异，也无法证明油气幕式运移的边界。此外，所提出的信息参数，是通过超 压的流体排放效应进行反推，应用到地下复杂的地质环境中，往往具有多解性，不能真实反 应流体的运移动力和方式。

目前，关于油气运移方式和速率的判识并未建立较合适的参数，如流体性质的突变、沸 腾包裹体的发现均可以作为油气幕式快速充注发生的证据，但是还无法量化速度快慢的差异。

发明内容

本发明针对现有技术中的不足，提出一种指示油气运移动力和运移方式的方法。

本发明的原理为：

油气，指地下岩石孔隙中天然生成的、以液态烃为主要化学成分的可燃有机矿产。本发 明涉及的油气，主要指赋存于地下岩石孔隙中的可流动性天然生成的烃类。油气运移一直是 石油地质学研究的热点和难点，前人针对油气运移路径示踪做了大量研究，提出了大量表示 油气运移的参数。以往的分析中只是针对运移参数的数值变化趋势体现油气运移的路径和方 向，但是对参数在一定距离范围内的变化率没有进行关注。而对于油气运移方式和动力来说， 幕式运移和浮力作用的渐进式运移速率差异较大，地质色层的分异作用差异明显。较快速度 的运移导致物质的残留和成分变化要低，而较慢速度的运移，物质残留和某些成分的减少要 明显的多，因此不同的运移方式和动力作用下，油气运移参数的变化程度存在明显差异。基 于这一思想和上述参数原则，提出了在特定油气运移方向上的“油气运移参数变化速率(R)” 的概念：

式中：R        油气运移参数变化率

      B_运移参数  B点所测运移参数数值

      A_运移参数  A点所测运移参数数值

      L_AB       A、B两点距离

AB之间的油气运移参数变化率(R)＝B点所测的运移参数与A点所测运移参数的差值， 除以AB之间的距离。

通常认为油气在地层中的运移可以分为两种方式：超压作用下的幕式快速运移和浮力作 用下的缓慢运移。油气在快速运移的过程中，运移相同距离所需要的时间短，地质色层作用 较弱，油气组分的相对变化较小；而浮力作用下的运移缓慢，运移相同距离所需要的时间较 长，地质色层作用明显，油气组分的相对变化较大。这一规律体现在油气运移参数上的具体 变化为：超压作用下的幕式快速运移油气运移参数变化率小，浮力作用下的缓慢运移油气运 移参数变化率大。因而可以通过这种油气运移参数变化率(R)的大小，来识别油气在地下 的运移方式和动力。但是基于油气运移路径的吸附能力差异不同，该值的应用不宜采用统一 标准，而是存在地区和路径类型的差异。

本发明所采用的技术方案是：

一种指示油气运移动力和运移方式的方法，具体步骤如下：

步骤1：样本点选取

样本点的选取具有重要的意义。油气作为流体，不同来源的油气，母质类型和成熟度存 在差异，运移参数不具可比性，而同一油源不同期次的油气，其成熟度、原油物性具有显著 差异，因而运移参数也发生相应的改变。因此，需要针对同一油源、同期运移的油气进行样 品点的选择。

油气在地下的运移通道多样，包括断层、砂体、不整合等，在不同路径内的运移，产生 的地质色层分异作用也不相同，因而只有针对相同运移路径之上的油样进行对比分析才具有 可操作性。对于同一油气来源的油气，在不同类型运移路径内的分析要分段进行对比，且公 式所得数据的判定标准不同。

因此，本发明选取同一油源、同期运移的油气且相同运移路径之上的样品点；

步骤2：油气运移参数变化率

式中：R为油气运移参数变化率；B_运移参数为B点所测运移参数数值；A_运移参数为A点所测 运移参数数值；L_AB为A、B两点距离；

步骤3：油气运移参数优选

参照样本点地区的油气运移研究所采用的常用指标来进行计算分析，选取运移效应明显， 外界因素影响小的指标作为油气运移参数；油气运移的参数指标为原油的粘度、密度、甲烷 含量，生物标志化合物、低碳数正烷烃与高碳数正烷烃比量，含氮化合物等，只要是随油气 运移发生规律性变化的参数均可应用到上述公式中。

优选的，所述含氮化合物运移指标为1,8/2,7二甲基咔唑，所述生物标志化合物运移指标 为C29甾烷20S/(20S+20R)。

其中，C22为界，碳原子数量大于22的为高碳数烷烃，碳原子数量小于22的是低碳数 烷烃，所述低碳数正烷烃与高碳数正烷烃比量指的是摩尔比。

但针对不同的地质背景，不同参数的敏感性、适用性和定量判别标准均不相同。如地层 孔隙度低，油气在浮力作用运移速率较小，运移参数变化相对较大，与孔隙度较大的地层有 明显差别；此外，地层中不同矿物对石油中的组分吸附性不同，油气运移速率也不相同。在 实际使用时，需要针对运移路径的介质条件加以甄别，参照样本点地区的油气运移研究所采 用的常用指标来进行计算分析，选取运移效应明显，外界因素影响小的指标作为运移参数；

步骤4：建立判别标准

使用本发明提出的公式判别油气运移方式和动力，关键在于建立运移参数变化率的量化 标准。本公式提出采用已知油气运移方式和动力条件下的运移参数变化率作为标准，用于推 导未知地区油气运移的方式和动力。

首先在压力系统划分的基础上，分别选取超压压力系统和常压系统内的相似运移路径的 油气样品，分别计算运移参数的变化率，采用模糊数学的方法通过对压力系统与超压系统内 运移参数变化率的不断逼近，得到判别油气运移动力和方式的两个量化标准值a、b，分析对 应常压浮力作用下的运移参数变化率的底界值a和超压为主作用下运移参数变化率的上限值 b，作为判别的依据。

步骤5：归类判别

根据上述建立的不同油气运移方式的运移参数变化率的判别标准，与步骤1选取的实测 两点之间的运移参数变化率R做比较，运移参数变化率R值大于a，则为浮力作用下的缓慢 运移；运移参数变化率R值小于b，则为超压为主作用下的幕式运移；R值介于a、b之间， 则为浮力和超压的共同作用。

本发明涉及的压力概念，均为地下地层流体所承受的压力。所谓常压，是指地层流体承 受压力等于静水柱产生的压力。

静水柱产生的压力计算公式为:P_H＝Hρ_wg

式中，P_H为静水柱压力，Pa；H为静水柱高度(对应地层的埋藏深度)，m；ρ_w为地层 水密度，kg/m³；g为重力加速度。

当地下地层流体所承受的压力P_f等于该埋藏深度(H)静水柱产生的压力P_H，即定义为 常压；当P_f大于P_H时，则为定义为超压，通常用P_f除以P_H。得到的数据为压力系数表示， 压力系数0.9-1.05为常压，1.05-1.2为过渡压力，大于1.2为超压。

本发明的有益效果是：

本发明提出的“油气运移参数变化率”主要是通过参数变化的速率能有效地反应油气在地 下的运移速率，结合地质背景可以用于分析油气运移的方式和动力，进而预测油气的聚集效 率，对于指导油气勘探具有重要指导意义。

附图说明

附图1技术流程图；

附图2实施例中油气运移参数变化率R的示意图；

附图3实施例1中渤南洼陷沙三段油气运移参数变化率示意图；

附图4实施例2中潍北地区原油物性变化率示意图。

具体实施方式

本发明的具体实施方式如下：

实施例1：流程图如图1所示

步骤1：样本点选取(适用性分析)

渤南洼陷是渤海湾盆地重要的含油气区，油源对比证实沙三段的油气均来自于洼陷区的 沙三段烃源岩，且以馆陶期成藏为主，油气运移路径分析表明沙三段的油气主要沿着层内砂 体侧向运移，输导路径相对稳定，适于本发明的应用。

步骤2：油气运移参数变化率(如图2)

式中：R为油气运移参数变化率；B_运移参数为B点所测运移参数数值；A_运移参数为A点所测 运移参数数值；L_AB为A、B两点距离；

步骤3：油气运移参数优选

参照样本点地区的油气运移研究所采用的常用指标来进行计算分析，选取运移效应明显， 外界因素影响小的指标作为运移参数；考虑本区实际，选取了受生物降解、地层水影响较弱 的生物标志化合物和含氮化合物作为油气运移的地化指示，具体为C₂₉甾烷20S/(20S+20R) 和1,8/2,7二甲基咔唑。通过对油气运移路径的研究，油气从洼陷深洼带生烃中心向两侧运移， 沿运移方向C₂₉甾烷20S/(20S+20R)及1,8/2,7二甲基咔唑的变化率均呈现明显增加的趋势。

步骤4：判别标准建立

基于实测地层压力的剖面系统划分，对不同压力系统内运移参数的变化率进行了计算。 C₂₉甾烷20S/(20S+20R)及1,8/2,7二甲基咔唑两指标均在深洼带中心变化率最低，该处处于 超压系统内，较大的剩余压力促使油气快速运移，分异效果较差；而在义63-义61井区的常 压带，油气低速长距离运移的过程中各地化指标发生了很大的变化，致使其地化参数的变化 率较大。渤南洼陷提供的实例，是首先基于地质分析划分出常压带和超压带，分别选取这两 个带内的样本计算油气运移参数变化率R，通过对两个带计算得到的R的不断逼近，得到两 种运移方式和动力的界限值。

根据综合统计与分析，基于C₂₉甾烷20S/(20S+R)运移参数变化率的a、b值分别为0.26、 0.35；而1,8/2,7二甲基咔唑运移参数变化率的a、b值分别为0.5和0.6。如图3所示。

步骤5：归类判别

根据上述建议的判别标准，对渤南洼陷沙三段的原油进行C₂₉甾烷20S/(20S+R)运移参数 变化率和1,8/2,7二甲基咔唑变化率分析，C₂₉甾烷20S/(20S+20R)运移参数变化率大于0.35 且1,8/2,7二甲基咔唑变化率大于0.6的地区则为浮力作用下缓慢运移，C₂₉甾烷20S/(20S+20R) 运移参数变化率小于0.26且1,8/2,7二甲基咔唑变化率小于0.5时则为超压作用幕式运移，介 于该值之间的数值则为浮力和超压共同牵制的结果，为混合式运移。

实施例2：

油气运移参数变化率在渤海湾盆地潍北凹陷应用中，也取得了较好的效果(如图4)。泥 岩声波时差和实测压力等数据证实潍北凹陷发育超压和常压两种压力系统，前人研究证实该 区油气主要由西北向东南方向运移(昌1井至昌171井方向)。实测数据证实昌1井所处孔二 段发育异常高压，昌36井及其以南地区所处Ek为正常压力系统。

油气运移的指向为昌1井-昌171井，沿着油气运移方向，油气运移的主要动力由超压逐 渐过渡为浮力，油气运移参数的变化率在理论上会逐渐变大。通过对昌1井-昌67井之间的 运移指标变化率分析发现(见下表1)，原油物性(密度和粘度)的变化率都非常小(4.38,0.58)， 该区域内的油气为典型的超压作用下幕式运移。昌36井-昌171井之间的密度和粘度变化率 则非常高(194.26,34.9)，为典型的浮力作用下渐进式运移。实测压力数据显示，昌45井、 昌48井区Ek为弱超压-常压(考虑系统误差)，该区以北则为明显的超压系统，以南为正常 压力系统。因此可得到如下认识：

超压作用区：昌1井-昌67井；昌67井-昌80井

浮力作用区：昌45井-昌811井；昌811井-昌36井；昌36井-昌171井

混合作用区位于昌67井-昌45井，昌80井-昌811井区。

以超压区的最大变化率为界，得到超压作用的密度和粘度变化率界限值为(4.38,2.87)； 以常压区的最小变化率为界，得到浮力作用的密度和粘度变化率界限值为(6.49,6.98)。由此 得到，密度变化率的混合作用区范围应为(4.38～6.49)，粘度变化率的混合作用区范围应为 (2.87～6.98)。结合判识得到的混合作用区的运移参数变化率，昌67井-昌45井，昌80井- 昌811井的运移参数变化率中，密度变化率和粘度变化率至少应有一个位于混合作用区的运 移参数变化率范围内。昌67井-昌45井的密度变化率3.16不在上述混合作用区判别范围内， 因此其粘度变化率6.04必然位于混合作用区范围；昌80井-昌811井的粘度变化率12.37不 在上述混合作用区的判别范围内，因此其密度变化率5.89必然位于混合作用区范围。由此修 订的混合作用区的密度变化率判别范围(4.38-5.89)，粘度变化率判别范围(2.87-6.04)。

通过对潍北凹陷原油物性(密度、粘度)的变化率计算，密度变化率(4.38-5.89)，粘度 变化率(2.87-6.04)为标准，将该区的油气运移划分为超压作用下幕式运移、浮力作用下渐 进式运移和过渡式运移三种方式，在昌1井附近，洼陷带超压发育，油气主要在超压作用下 快速运移；在昌171井附近，位于浅层，处于正常压力系统，油气主要在浮力作用下缓慢运 移。

表1潍北地区原油物性变化率计算表

距离 密度变化率 粘度变化率 昌1-昌67 4.38 0.58 昌67-昌80 2.83 2.87 昌80-昌45 0.69 17.14 昌45-昌811 6.49 6.98 昌811-昌36 12.78 16.26 昌36-昌171 194.26 34.90 昌1-昌80 3.60 2.82 昌1-昌45 0.56 1.57 昌67-昌45 3.16 6.04 昌80-昌811 5.89 12.37