油气二次运移研究现状及发展趋势

收稿日期:20100715;改回日期:20100811

基金项目:国家自然科学基金项目/碎屑岩盆地天然气聚集主要机理类型及条件转换0(40472073)

作者简介:徐波(1977-),男,1999年毕业于江汉石油学院地质系,2009年博士毕业于中国地质大学(北京)能源学院矿产普查与勘探专业,现从事油气成

藏相关研究和生产工作。

文章编号:1006-6535(2011)01-0001-06

油气二次运移研究现状及发展趋势

徐 波,杜岳松,杨志博,贵健平,张 娟

(中油冀东油田分公司,河北 唐山 063200)

摘要:油气二次运移是成藏研究的薄弱领域,正确了解二次运移的研究现状对于促进油气成藏研究有着重要的意义。在全面调研的基础上,系统总结了国内外对于油气二次运移的主要研究成果;对目前常用的流体示踪剂法、物理模拟法、数值模拟法等研究方法在我国的运用情况进行了详细介绍。最后,指出了目前研究中存在的问题和今后的发展趋势。

关键词:油气二次运移;运移相态;运移动力;运移通道;运移时间;研究现状;发展趋势中图分类号:TE12211 文献标识码:A

引 言

油气的运移性是油气藏与固体矿藏的显著区别之一。目前对于油气运移一般采用二分法,即将油气的运移划分为初次运移和二次运移。油气二次运移是指油气/进入储集层或运载层以后的一切运移0

[1]

。它包括了油气在储层内部、断裂、不整合面等输导体运移聚集的过程,也包括了已经聚集的油气由于外界条件的变化而引起的再次运移。简而言之,二次运移包括了油气运聚成藏到散失的全过程。同时,由于油气二次运移的复杂性,其一直是石油地质领域研究最为薄弱的环节

[2]

,也是

各国学者重要的研究领域。笔者在进行大量相关资料调研的基础上,对目前国内外油气二次运移研究现状进行分析总结,并指出了今后油气运移研究要解决的主要问题。

1 研究内容

111 运移相态

与初次运移相比,油气二次运移距离更长,在运移过程中地下温度、压力、输导层矿物成分等条件的变化更为复杂,导致了油气的二次运移相态较之初次运移也更为复杂。一般认为游离的油相或气相是油气二次运移的主要相态,但较之石油,天

然气的运移相态更为复杂。

由于石油在水中的溶解度非常低,石油以水溶态大规模运移并形成油藏的可能性很小,石油只能以游离态为二次运移的主要相态。与之不同的是,在不同的条件下油溶态、水溶态、游离态都可以成为天然气二次运移的主要相态

[3]

。在天然气二次

运移过程中,受温度、压力、盐度等因素的影响,天然气在运移过程中还存在着油溶态、水溶态、游离态、扩散态之间的相互转换。实验证明,游离的气相是天然气的二次运移的主要相态[1]

。李明诚则

认为扩散相也是天然气一种重要的二次运移方

式

[1]

。在天然气运移过程中,只要有气体浓度差存在就存在着该种运移相态,特别是在流体渗流停滞或聚集在圈闭中时,扩散相成为天然气散失的主要方式,对油气藏能否保存具有重要意义。112 运移动力

通常认为浮力、水动力、异常压力、构造应力是油气二次运移的主要动力。此外,地震泵作用

[4-5]

、温度差(热)

[6]

等也被一些研究者认为是

油气二次运移的原动力。目前不同的二次运移原动力间的相互关系是各国学者研究的热点。

Do w 等在研究美国墨西哥湾盆地油气二次运移路径的过程中发现,促使油气发生二次运移的浮力可以因压实作用、脱水作用、超压作用、微裂缝、

2特种油气藏第18卷

断层等因素得到加强[7]。

H un t[8]指出,世界上的大量油气形成于深度大于3000m的异常压力流体封存箱中,流体封存箱中异常高压的积聚和释放呈幕式出现。超压流体封存箱中这种幕式脱水作用影响了油气生成、运移和聚集的整个过程。

我国陆相沉积盆地中广泛发育有异常地层压力[9],异常地层压力在储层中影响流体势分布,从而决定油气二次运移的方向。压实作用不平衡和烃类生成作用是异常地层压力的主要原因;后期地壳抬升及黏土矿物转化为次要原因。

Rouchet[10]认为石油运移主要取决于石油的分子结构和毛管压力的性质。构造作用力的应力差(最大压应力减去最小压应力)达到一定值后即可以使石油生成后自源岩中排出,成为油气初次运移的动力。同时,当构造应力变化时,由于岩石骨架压缩和回弹造成岩石中的流体压力升高或降低,从而产生/应力泵0[4]作用,成为油气二次运移的重要动力类型。如我国川东北地区,自晚三叠世起经历了3次较大规模的构造运动,导致了主构造应力方向的变化,进而决定了油气运移方向的变化,造成大多数北西向构造成藏条件不佳的事实[11]。

113运移通道

一般可将油气二次运移通道划分为连通孔隙、裂隙(缝)、不整合面、断层等4种类型。不同学者对于前3种类型的运移作用认识较为统一,而对于断层成为油气运移通道的条件认识出入较大。

依据世界范围内大量已发现油气藏各要素空间展布特征分析,很多地区断层是连接圈闭与烃源岩的唯一桥梁,是油气运移(尤其是垂向运移)的有效通道。H ooper[12]认为流体沿生长断层的流动是周期性的,活动性断层可以使流体沿断层向上运动并聚集起来;而非活动性断层则限制了流体的流动。付广[13]则认为断层不仅在活动期是油气运移的通道,在静止时期其运移能力受沿断裂面碎裂岩颗粒粒度、泥质含量和断裂倾角等因素的控制,在条件适合时,也能成为油气运移的通道。还有学者指出,断裂能否成为油气的运移通道不仅受断层本身性质控制,还受断层两侧岩性并置关系、泥质涂抹作用、矿化作用、地层构造形态等因素的影响[1,14]。罗群等[15]认为,断层对油气的输导能力与其开启与否无关,而决定于/断面优势运移通道0。

目前,各国学者经过大量模拟实验和数值模拟研究证实,油气二次运移只通过局限的优势通道进行。二次运移的优势运移通道可以是岩石中的溶孔、溶洞、断裂、裂隙和不整合面。优势运移通道控制了油气的二次运移。如巴黎盆地81%的油气聚集在占盆地面积13%的优势运移通道上[16];墨西哥湾盆地75%的油气聚集在占盆地面积25%的优势运移通道方向上[1]。

油气通过有限的优势通道进行运移是沉积盆地输导系统的非均质性、能量场的非均一性和流体物性等多种因素共同作用的结果。

郝芳认为油气的优势运移通道或运移路径除受输导层的非均质性影响外,源岩排烃的非均质性和油气在输导层中的运移行为对油气与输导层岩层的接触体积大小起控制作用[17]。向才富等[18]通过松辽盆地西部斜坡带400余口探井的回剥分析,识别出了4种类型的输导脊,其时空组合形成了西部斜坡带油气运移的主输导通道,从实例上验证了油气沿优势通道运移的客观性。罗群[15]等对油气在断层内的运移展开研究,指出断层内也存在着优势运移通道,即断面优势运移通道,并提出了确定断面优势运移通道的方法。

114运移时间

从理论上说,只要有油气的生成就存在着运移,据此可将油气的二次运移划分为3个阶段:一是油气进入圈闭前在输导层中的运移,即狭义的二次运移时间;二是油气进入圈闭后的运移,即油藏的充注期或成藏期;三是油气从圈闭中散失过程,即散失期。目前大多数学者将第一种和第二种情况等同,并认为其就是油气成藏期,并据此形成了一系列的运移时间计算方法。

(1)依据构造运动确定油气运移时间。构造运动活跃时期,不仅为油气运移提供动力,还可以形成断层、裂缝等油气运移通道,有利于油气的运移。此外,在此期间形成一系列与构造相关的圈闭,为运移的油气提供了聚集的场所,保证了油气成藏。故在油气运移时间研究中,经常以构造运动的主要时间作为油气的运移期或成藏期。

(2)依据源岩生排烃时间确定油气运移时间。对成藏有贡献的油气运移应发生在源岩大量生排