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高等石油地质学

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地质 储层 沉积 地化 层序地层
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第三章油气藏改造与破坏第一节 盖层封闭性研究第二节 断层封闭性研究第三节 原油破坏作用第四节 油气藏破坏类型第一节盖层封闭性研究盖层类型及封闭机理影响盖层封闭性的主要地质因素盖层封闭性评价指标及研究方法据封盖条件对圈闭进行分类一 、 盖层类型 :1、 依岩性分类 :① 膏盐类盖层 : 最佳盖层 。 世界上天然气储量约35%与膏盐类盖层有关 。 包括石膏 、 硬石膏和岩盐② 泥质岩类盖层 : 最常见盖层 。 几乎分布于各种沉积环境 。 世界上大多数油气田盖层均属此类 。③碳酸盐岩类盖层 : 是由碳酸盐 岩 参半 ,或为主 ,或纯由碳酸盐 岩 组成的一类非渗透性岩层 。包括含泥灰岩、泥质灰岩和致密灰岩等 。2、 依分布范围分类 :① 区域性盖层 :指遍布在含油气盆地或坳陷的大部分地区 , 厚度大 、 面积广且分布较稳定的盖层 。 对盆地或坳陷的油气聚集起重要作用 。 控制油气纵向富集层位 。② 局部性盖层 :指分布在某些局部构造、或局部构造某些部位上的盖层 。 只对一个地区油气的局部聚集起控制作用。二 、 盖层封油气机理( 1)物性封闭;高孔隙排替压力,阻止游离烃渗漏;( 2)超压封闭;具异常高孔隙流体压力的泥质岩盖层,不仅可阻止下伏呈游离相向上运移的油气,而且可以阻止呈水溶相向上运移的油气;( 3)烃浓度封闭:其中含有较高的烃浓度,可以阻滞下伏天然气向上扩散运移。三 、 影响盖层有效性的因素1、岩性不同岩性的塑性及内部空隙结构不同,封闭能力也存在差异; 韧性岩石构成的盖层与脆性岩石相比不易产生断裂和裂缝。韧性的顺序是盐岩 >硬石膏 >富含有机质页岩 >页岩 >粉砂质页岩 >钙质页岩 >燧石岩。蒸发岩的韧性最大 。蒸发岩发育的含油气盆地多形成大型油气田。2、 盖层厚度实际盖层的厚度一般可从几十米到几百米。如科威特布尔干油田,厚 3040国南海崖 13- 1气田顶部直接盖层梅二段在崖 13- 1- 1井的单层厚度仅 4m。理论上讲,盖层厚度对封闭能力没有直接影响。盖层厚度越大 , 其封闭能力越强 。 主要原因:( 1) 盖层厚度大 , 说明沉积环境稳定 , 沉积物的均质性好 。 可减少或堵截较大孔隙在垂向上的连通性 ,增强封闭能力 。( 2) 盖层厚度大 , 可在横向上保持岩性的相对稳定 。即使发生断裂破坏 , 也不易被断裂错开 , 保持其分布的稳定性 。( 3) 泥质岩盖层厚度越大 , 形成欠压实的可能性越大 , 有利于形成超压封闭 。( 4) 盖层厚度越大 , 油气通过盖层散失的速度越慢 ,越有利于油气的聚集与保存 。盖层厚度与烃类含量关系图3、 连续性盖层的大范围连续稳定分布对于油气聚集有十分重要的意义。最有利的含气区至少要有一个区域性盖层。面积只有大于油气藏分布范围才能形成有效封闭。盖层面积越大,越有利于形成大油气田。4、成岩程度成岩早期:泥质岩空隙大、渗透率高,排替压力低,封闭能力弱;随成岩程度增加,封闭能力增强。5、矿物成分及含量有机质含量高,孔渗条件差,封闭能力强;次生黄铁矿、方解石含量高,堵塞微渗漏空间,封闭能力强;粘土矿物蒙脱石含量高,封闭能力强。四 、 盖层封闭性评价标准及研究方法用于盖层评价的主要参数:宏观封闭特征参数:岩性 、 厚度 、 塑性 、异常压力 、 沉积环境 、 成岩阶段 。微观封闭特征参数:排替压力 ( 突破压力 ) 、 孔隙度 、 渗透率 、 半径 、 密度 、 遮挡系数 、 孔喉半径 、 最大连通孔隙半径 、 粘土矿物种类及含量 , 气柱高度 ( 、 突破半径 。评价研究方法:( 1)地质分析方法:等厚图、单层泥岩厚度图( 2)实验室测定排替压力、孔隙结构、矿物成分等利用测井资料研究盖层利用泥岩孔隙度、密度等参数在测井曲线上的响应特征。泥岩排替压力与孔隙度呈负相关。根据泥质岩、粉砂质泥岩和泥质粉砂岩的排替压力与孔隙度关系,建立了 的关系式。如泥岩: t 与 Φ 具有良好的相关性φ=t 求取泥岩的排替压力: 据陈章明等, 1996)封闭机理 物性封闭 压力封闭 浓度封闭等级划分(权值 )好 (4)盖层排替压力与储层剩余压力差>))1)盖层排替压力与储层剩余压力差δ13时随降解程度的增加,乙烷、丙烷和丁烷的含量逐渐减少。三、水洗与生物降解作用2、生物降解油气特征产状特征:生物降解气一般埋藏较浅,位于生油门限之上,地层水矿化度较低(一般小于3000μg/g),地层温度较低,一般在 25。这类天然气藏一般分布在保存条件相对较好的地区,以岩性 — 构造气藏为主。因此这类气藏一般与生物降解重油共生。三、水洗与生物降解作用3、水洗作用不同烃类在水中的溶解度有明显的差异,溶解度大小一般随碳数的增大而减小,碳数大于 10后溶解度急剧降低。模拟实验表明,水洗作用尤其对低沸点烃类起作用,因而引起 烃化合物是溶解度最高的化合物,然后依次是轻烷烃和环烷烃。故经常用原油轻烃组分中甲苯指数 [判别原油水洗作用,因为与甲基环己烷和正庚烷相比,甲苯溶解度最大,甲基环己烷和正庚烷在水中的溶解度相对小得多,因此 [越高,原油遭受水洗作用就越小,反之则遭受水洗作用就越大。含硫化合物水中的溶解度是类似分子量的芳香烃的 2倍。杂环化合物有强烈的生物降解能力,在降解油中富集。三、水洗与生物降解作用3、水洗作用1988)实验表明水洗作用对 类损失大小顺序是芳香烃、正构烷烃、环烷烃。 鲛烷、植烷、甾烷、萜烷等没有损失,某些芳香烃和含硫化合物,特别是二苯并噻吩损失较大。在供水区,细菌和氧气由水向下运移,带入油藏中,水洗作用一般与生物降解共同影响和破坏油气藏。而在排水区主要是生物降解大于水洗作用。在地温大于 80℃ 时,生物降解作用基本停止,水洗作用可以有明显作用。生物降解作用也就是原油的生物氧化作用,它常发生在与流水接触的埋深较浅处,而且水洗作用能去除较溶于水的化合物。这两者均需要有流动的大气水,而且经常同时发生。四、其他次生作用1、重力分异作用在正常情况下,随着深度的增加,成熟度增加,原油的比重逐渐减小。但是在有些油藏中出现相反的情况,比重随着深度的增加而增加。这些现象不能用原油或源岩成熟度差异来解释,这种矛盾现象可能有两种成因:发生了重力分异作用,大分子向油柱底部沉降,使得原油随埋深增加而增加;归因于较低压力和在油藏顶部气体比底部多,俗称逆凝析过程。如果排除了其他原因,那么在一个连续的油柱中 一个埋藏更深的油田为早期生物降解,表明和有细菌的水的相互作用并没有随埋深增加,如果常规石油和重油中的所有分子特征相似,那么这种随埋深比重增大的变化应解释为重力分异作用。五、其他次生作用2、蜡结晶作用当油藏由于抬升上覆地层遭到剥蚀而使得油藏温度降低时 , 固体烃 — 蜡就会从液体中结晶出来 。 开始从液体中分离的温度为始凝点 。 高温气相色谱分析发现 , 蜡是高分子量的烷烃 , 碳数可以达到 五、其他次生作用3、蒸发分馏作用一个好的盖层可以避免油藏发生组分的泄漏 , 但实际上 , 盖层多少存在一定的泄漏 , 在这种情况下 ,轻质组分优先从油气藏中泄漏出来向浅层运移 , 如果没有好的圈闭和盖层 , 这些轻质组分就会散失到地表甚至于到大气中 。 如果浅层有好的盖层和圈闭条件 , 则这些轻质组分重新聚集成藏 , 形成凝析气藏 , 而把重质组分留在深部油藏中 , 形成重油藏 。五、其他次生作用4、脱沥青作用圈闭中的原油和凝析油经常伴随着天然气。这些天然气可能来源岩热演化和在储集层中影响原油的二次蚀变作用。天然气的成分取决于许多参数,例如干酪根类型、在油藏形成时期的烃类的有效性、储层压力、储层温度、圈闭效率和二次蚀变过程。由于气态烃类的进入会降低油藏中混合物的平均分子量,因此在油气聚集形成之后天然气进入油田中会导致化学成分的变化。研究发现在碎屑岩和碳酸盐岩油气藏中都有沥青垫,目前认为其成因有:热蚀变形成干气和固体沥青,原油和固体沥青碳同位素不同;大量湿气注入形成重油沥青,形成的原油和沥青碳同位素没什么变化。五、其他次生作用5、焦油席某些油田在油柱的底部、底水之上有一层重油层,称为沥青垫( 沥青垫有时与晚期的黄铁矿胶结物共生。一般分布在具高水平渗透率和高孔隙度的层段中。沥青垫中沥青含量 20远高于油柱中的沥青含量。一般发育于储集层物性较好的层段。分析表明重力分异、气体注入富含沥青的原油会使得沥青富集在储集层物性好的层段中,同时生物降解、热对流作用和放射性也可以形成沥青垫。五、其他次生作用6、差异运移作用油气聚集中的一些组成变化与盖层的效率有关。在油气聚集之上,具有良好封隔作用的盖层能阻止圈闭中原油由于渗透作用引起的组分变化。然而大多数油气圈闭在一定程度上渗透。这种渗透作用与圈闭形成的地质条件有关, 有时这些条件与引起沿圈闭主要断层的运动构造事件有关。在有大量轻烃散失的地方发生差异分离作用,首先由于断层作用使得压力释放,将单相流体系统转化为两相系统,在油的上部形成气顶;其次气体和轻烃通过渗透作用散失并运移到浅层圈闭中,该处温度和压力的降低导致逆凝析作用,从而形成一个高 与留在原有油藏中低二者成熟度相似。可见两个单独油气聚集的化学组成与物理特征存在巨大差异。§ 4油气藏破坏类型破坏类型 机理 证据 深度范围 实例 与断层有关的油苗 断层泄漏:断层破坏原生盖层,导致油气运移、聚集在较高部位,或逸散地表 良好盖层条件下再圈闭成藏的含油气系统 浅 — 中等 Ir a n /Ir a q Za g r o s( Du n n i n g to n , 1 9 8 5 ;B e y d o u n 等, 1 9 9 2 ) 地表油苗、油渍 出露沥青砂 剥蚀:与蒸发、氧化等作用有关地表剥蚀、地表断裂系统的泄漏 改造过的沥青沉淀物 很浅 a b a sc a 沥青砂出露带( W il so n 等, 1 9 7 3 );Za g r o s 地 区 前 白 垩 系( B e d o u n 等, 1 9 9 2 ) 泥火山及其有关的油苗 压裂压力条件下圈闭内剩余油气显示 盖层内的油气显示 垂 直 泄 漏 超压:物性或水动力封闭失败 年轻油藏、圈闭内再圈闭成藏的含油气系统 一般深度 泥 火 山 : 如 No r S e a /Ha n b a n k e n 的许多油田 再次运移的证据(年轻圈闭中的油气) 输导层出露 圈闭倾斜:原有圈闭因挤压或倾斜,导致油气在溢出点泄漏 遭受破坏圈闭中剩余油 浅或深 s k a ( Ca r m a n 和H a r d w 1 9 8 3 );Pa p u a n 逆冲断层带( Ea r n s h a w 等, 1 9 9 3 ) 有效圈闭内饱含淡水的储层中的残余油 油水界面倾倾斜 水动力冲洗:大气水的作用 水动力圈闭 浅(需大气水) No r t h A m e r n 各种例子( Da h lb e r g , 1 9 8 2 );z a , e r 1 9 9 6 ) 气藏发育的渗漏性油田 侧 向 泄 漏 气洗:气顶的增大或扩大 靠近烃源灶的油田内气体量有增大趋向 深(偶尔浅) e r t a (G a u ss o w , 1 9 5 4 ); T i m a n Pe c h o r a , R u ss (B o g a ta s k y & Pa n k r a to v , 1 9 9 3 ); e r 1 9 9 6 ) 存在重油或沥青砂 油田充注期发生原油降解导致重油遍布油田 圈闭后的变化使 A P I 值向油水接触面方向降低 生物降解、水动力冲洗:细菌分解或溶解重组分,分离出轻组分 轻烃散失的地化证据 浅(需大气水) 与焦沥青共生的气或凝 析气 成 分 变 化 裂解:高压条件下原油转 化为气或凝析油 超过某一温度后原油的 缺失 深 El m w o b o w ,A lb e M a 9 8 4 ) ; De e p P e rm De la w a Ho lm q u 1 9 6 5 ) 油气藏的破坏是指由于构造运动使油气藏抬升到地表,盖层条件或圈闭条件被破坏,油气散失或遭受大气水的氧化和水中微生物的降解,形成沥青或稠油。遭受破坏的含油气带由浅至深呈断续分布,浅层的破坏作用主要与抬升剥蚀、水动力作用、生物降解作用及水洗作用有关;深层油田的原油裂解可以导致相邻较浅层油田遭受气洗。类型 破坏因素 破坏方式 深度 破坏结果 典型实例 沉积不足 沉积盖层埋藏深度不大,成岩程度低,孔隙度大 生物降解、渗漏及微渗漏、分子扩散 浅部 沥青,稠油油藏,储量减少 塔中志留系沥青砂、潭口油田广三段稠油油藏 活跃的水动力条件改变了油气的平衡状态(冲刷结果),初始的含油圈闭全部或部分为水占据;地层水溶解、氧化油气藏内部分烃组分 冲刷、水洗、氧化 浅部(有大量气水) 油质变稠、油砂、沥青、储量减少 英买 1 井油藏、建南气田嘉三段、孤岛油田重质油藏、荆丘油田 流体冲洗 后期形成的气体(裂解、脱气)充占早期的油藏,部分或全部破坏油藏) 气洗 深部(有时浅) 油储量减少,气储量增加,形成凝析气藏 文 13 西断块古挥发油藏、吉拉克三叠系带油环凝析气藏 褶皱变动 强烈的褶皱运动使油气藏的圈闭条件发生改变(如溢出点的抬高),导致油气再次运移,原生油气藏成为空圈闭或残存油气藏 渗漏或微渗漏、分子扩散 浅 — 深部 部分(甚至完全)破坏,储量减少 桑塔木三叠系油田,中梁山气藏 油藏抬升 强烈的构造运动使油气藏抬升而暴露地表,轻类散失,生物降解 渗漏及微渗漏、氧化、分子扩散、生物降解 地表 — 浅部 沥青、沥青封堵稠油藏,储量减少 贵州南部古油藏、黑油山克拉玛依组油藏、老翁场气田 油藏沉降 强烈的构造沉降运动使油气藏深埋于地下,使油气藏由于裂解、碳化而破坏 热裂解 深部 裂解气、储量减少,甚至完全破坏 柯克亚气田,威远震旦气藏 断裂活动 断裂切过原生油藏或因断裂活动造成油气藏的圈闭条件发生改变使油气沿断层发生再运移,油气重新分配 渗漏及微渗漏、分子扩散、氧化 浅 — 深部 次生油藏与原生油藏共存,储量分散,沥青脉 港东、港西油田、轮南油田、凤成城油田、乌尔禾沥青脉 火山岩浆作用 热裂解 泰山古油藏 深部动力 泥火山、泥拱或盐拱作用 渗漏及微渗漏、分子扩散 深 — 浅部 次生油藏与原生油藏共存,储量分散,沥青脉 莺歌海盆地中央泥拱构造带,独山子油田高压天然气藏,江汉盆地王场油田潜 12稠油油藏
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