断陷湖盆超压封存箱形成机理与油气成藏机制——以渤海湾盆地东营凹陷为例

东营凹陷的超压分布于沙河街组三段中-下亚段大套泥岩和沙四段灰色膏盐岩段中,常压—低压系统发育于上部层段,包括沙二段上亚段、东营组、馆陶组、明化镇组和更新统,形成二元结构。这些发育程度不同的超压体系可以构成不同级别的超压封存箱系统,控制着油气的运移和聚集。超压封存箱的形成是一个地球化学自组织过程,与系统内的流体对流运动及成岩作用密切相关。超压体系构成了准封闭的超压封存箱型自源油气成藏动力学系统,同时也可以通过幕式排放为浅层的新近系及古近系的沙三段上亚段至东营组常压开放性它源油气成藏动力学系统提供油源及成藏动力。超压不但是油气运聚的主要动力,而且在其产生与演化的过程中能形成微裂缝型油气运聚隐蔽输导体系,是形成岩性等隐蔽油气藏的重要条件。超压和断裂形成陆相断陷湖盆断—压双控流体流动机制。断裂是超压体系卸压的重要渠道,也是幕式排放的主要途径;与断裂沟通的砂岩体及构造背斜等是有利的勘探目标,超压泥岩体周围的透镜状砂体是隐蔽油气藏的潜在目标。     

透镜体油气成藏机理研究现状与发展趋势

随着石油勘探研究的不断深入,砂岩透镜体油藏日益受到重视。国内外学者提出了多种成藏机制,包括未知重力运动机制作用下,少数流体分子的个别特性控制透镜状砂岩油藏聚集;毛细管力作用下油气替换透镜体中的孔隙水;烃浓度差是油气向砂体运移的主要动力;流体压力差使油气首先沿着裂隙向砂岩透镜体中运移、聚集而成藏;差异突破作用使砂岩透镜体成藏等。成藏动力学、成藏模式及主控因素、定量研究、物理模拟实验、数值模拟及分布预测等将是今后发展的方向。     

沉积盆地超压系统演化、流体流动与成藏机理

压实不均衡和生烃 ,特别是生气作用是可独立产生大规模超压的主要机制。根据超压顶面的几何形态、超压的发育机制、超压系统的内部结构和演化 ,可将超压系统分为封隔型超压系统和动态超压系统 2类。超压流体的排放包含 2个层次 :从超压泥岩向邻近输导层的初次排放和从超压系统向上覆常压系统或相对低超压系统的二次排放。封隔型超压系统的流体排放主要通过周期性顶部封闭层破裂进行 ,动态超压系统的流体排放可能主要通过断裂或其它构造薄弱带、超压顶面隆起点和超压系统内构造高点处的水力破裂集中进行。超压盆地油气倾向于在静水压力系统富集 ,并具有幕式充注特征 ,但超压系统既可发育商业型油藏 ,也可形成大型气藏。     

油气幕式成藏及其驱动机制和识别标志

连续稳态流动和周期性(幕式)瞬态流动是沉积盆地流体的 2种流动方式。幕式流体流动是压力和应力的作用引起地层周期性破裂或断裂、先存裂隙周期性开启的结果。幕式成藏是沉积盆地中油气与地层水组成的混相、不连续流体的多期次充注/聚集过程,超压顶界面附近、底辟和深断裂附近是幕式成藏的有利场所。与油气稳态连续聚集过程相比,幕式成藏更快,大 中型油气田可在较短的时间内形成,根据传统模式难以成藏的年轻圈闭可成为有效的勘探目标。幕式流体流动的主要特征是流体成份和流动过程的不连续性、流体流动过程中温度、压力的快速变化及流体流动的多期性和周期性。流体的时空非均质性、流体流动的瞬态温度响应和运移相态分异及其揭示的多期流体相互作用是幕式成藏的有效识别标志。     

沉积盆地超压系统演化、液体流动与成藏机理

压实不均衡和生烃，特别是生气作用是可独立产生大规模超压的主要机制。根据超压顶面的几何形态、超压的发育机制、超压系统的内部结构和演化，可将超压系统分为封隔型超压系统和动态超压系统2类。超压流体的排放包含2个层次：从超压泥岩向邻近输导层的初次排放和从超压系统向上覆常压系统或相对低超压系统的二次排放。封隔型超压系统的流体排放主要通过周期性顶部封闭层破裂进行，动态超压系统的流体排放可能主要通过断裂或其它构造薄弱带、超压顶面隆起点和超压系统内构造高点处的水力破裂集中进行。超压盆地油气倾向于在静水压力系统富集，并具有幕式充注特征，但超压系统既可发育商业型油藏，也可形成大型气藏。     

东营凹陷流体超压封存箱与油气运聚

东营凹陷古近系由于压实不均衡和生烃作用导致超压的广泛发育,这些发育程度不同的超压体系可以构成不同级别的超压封存箱系统,控制着油气的运移和聚集。东营凹陷超压封存箱中的地质地球化学特征显示封存箱可以划分为三部分:箱缘成岩地带(封隔层),对油气起着封闭作用;烃类的有利释放带,其中超压得到一定程度释放,烃类较大程度上排出,可以称为排烃的高峰带;烃类滞留带,该带中超压未能得到很好释放,烃类也多滞留于其中,为排烃的不利地带。幕式排放是超压封存箱排液的一种重要排液方式,存在“压力幕”和“构造幕”两类方式。“构造幕”的机制是外部构造活动的破坏,其排烃方式主要是沿着断裂面及构造裂缝运移;“压力幕”的机制是超压体系内部“剩余”能量的积累和释放,其排烃方式主要是沿着压裂形成的微裂缝排放。在发生幕式排烃作用的超压体系内,排烃效率、烃指数分别较上下层段明显增大和减小。幕式排烃具有的高能量、快运移的特征,使得其在油气勘探中具有重要的意义。东营凹陷可以划分为浅层的常压开放性流体动力学系统和中部的超压封存箱流体动力学系统两类流体动力学系统(排除深层滞留系统),分别对应常压开放性它源油气成藏动力学及超压封存箱型自源油气成藏动力学两类不同成藏机制。     

辽东湾地区辽中北洼超压的发育演化 及油气幕式成藏

基于地层测试数据,利用声波时差的等效深度法以及数值模拟方法对辽中北洼地区超压的分布和演化进行了研究。结果表明本区超压普遍发育,储层超压主要发育于古近系及潜山,最大压力系数193;东二下亚段及以下地层泥岩段中普遍发育欠压实,计算压力系数可达到19以上。不均衡压实和生烃作用是泥岩层超压发育的主要成因,它源传导型是储层超压发育的主要机制。沙河街组沉积以来,烃源岩中超压开始发育并逐渐增加,东营组沉积末期达到高峰,随后开始泄放降低,明下段沉积期开始,超压再次积累增大直至现今。JZ20 2凝析气田的储层流体包裹体及温压方面的证据、油气成熟度和烃源岩生烃史方面的证据以及原油物性方面的证据表明其油气成藏为晚期幕式快速充注成藏。同时研究区断裂发育少,活动性弱,油气沿断层垂向运移受限,充注期主力烃源岩发育强超压,产生水力破裂微裂缝成为油气幕式排放的通道,同时为油气长距离的侧向运移提供了充足的动力,属于超压主导型油气晚期幕式快速成藏。     

莺歌海盆地超压流体活动与断裂系统的相互关系

莺歌海盆地内超压流体活动十分强烈，主要活动形式有侧向对流型和垂向对流型，将超压流体的演化与区域构造演化结合起来，对断裂与超压流体的成因关系提出了新见解，揭示出断裂对超压流体的输导及超压流体对断裂的开启的相互作用。张裂隙作为超压流体活动的诱导，超压的幕式突破就主要起因于上覆负载层中的断裂、破碎带，发生压力释放；而普遍发生的幕式流体释放又进一步开启垂直裂隙，造成上下地层间的连通，从而作为超压突破的诱因。     

莺歌海—琼东南盆地超压体系特征及油气成藏意义

莺歌海—琼东南盆地的超压体系广泛分布于凹陷中央及古隆起区。根据砂岩储层中异常超压形成特点划分为自源型、垂向传导型和侧向传导型超压体系。自源型超压体系主要是由于快速不均衡压实等原因所致。传导型超压体系是由于垂向或侧向上输导体与更高超压流体囊连通,通过超压流     

准噶尔盆地腹部超压顶面附近深层砂岩碳酸盐胶结作用和次生溶蚀孔隙形成机理

准噶尔盆地腹部深层超压顶面附近(现今埋深4400~6200m, 温度105~145℃) 砂岩中广泛出现的碳酸盐胶结作用和次生溶蚀孔隙与超压流体活动关系密切.由于超压封闭和释放引起其顶面附近砂岩中的孔隙压力和水化学环境的周期性变化可导致碳酸盐沉淀和易溶矿物溶解过程交替出现.根据腹部地区超压顶面附近深埋砂岩成岩作用、碳酸盐胶结物含量、储集物性、碳酸盐胶结物碳、氧同位素和烃源岩热演化模拟等资料的综合研究表明: 含铁碳酸盐胶结物是主要的胶结成分, 长石类成分的次生溶蚀孔隙是主要的储集空间类型, 纵向上深层砂岩碳酸盐胶结物出现15%~30%含量的地层厚度范围约在邻近超压顶面之下100m至之上大于450m, 碳酸盐胶结物出现大于25%含量高值带分布在靠近超压顶面向上的250~300m的地层厚度范围, 超压顶面附近砂岩中碳酸盐胶结物含量高值的深度范围也是次生溶蚀孔隙(孔隙度10%~20%) 发育带的范围; 因晚白垩世以来深部侏罗纪煤系有机质生烃增压作用, 导致在超压顶面附近砂岩晚成岩作用阶段深部富含碳酸盐的超压流体频繁活动, 所形成的碳酸盐胶结物受到了明显的与深部生烃增压有关的超压热流体和有机脱羧作用的影响; 超压流体多次通过超压顶面排放, 使得超压顶面附近砂岩遭受了多期酸性流体溶蚀作用过程, 形成了次生溶蚀孔隙发育带.      

砂岩透镜体成藏动力学过程模拟与含油气性定量预测

砂岩透镜体油藏作为我国东部油气储量增长的重点, 其成藏动力学研究对于搞清这类特殊油气藏的成藏机理及定量评价和预测圈闭的含油气性具有重要意义.本文利用数值模拟结合地质分析的方法, 在对成藏动力与成藏阻力进行系统分析的基础上, 通过建立成藏动力地质模型和数学模型及成藏动力学特征方程, 对砂岩透镜体成藏过程进行模拟.研究结果表明, 成藏主动力包括砂泥岩毛细管压力差、烃浓度差引起的扩散力、烃生成产生的膨胀力, 成藏阻力主要为砂体内毛细管阻力及岩石的粘滞力和吸附力; 东营凹陷岩性油气藏能否成藏主要受泥岩排烃强度、储层孔隙度、渗透率、地层埋藏深度、泥(页岩) 厚度与砂体厚度之比等因素的综合影响; 岩性油气藏的形成具有阶段性, 在晚成岩阶段, 成藏动力大于成藏阻力, 油气开始充注, 岩性油气藏的形成存在门限深度.利用成藏动力学特征模拟, 建立了成藏动力与含油性的定量关系, 还可以很好地对平面上砂体的含油饱和度分布进行预测.      

渤海湾盆地渤中坳陷储层超压特征与成因机制

对储层超压的分析, 有助于理解渤中坳陷油气晚期快速成藏机理.利用RFT实测储层压力资料分析了渤中坳陷储层超压的特征和成因.渤中坳陷存在3套储层超压系统: 浅层明化镇组-馆陶组储层超压系统、中层东营组-沙河街组-孔店组储层超压系统、基底(中生界及以下地层) 储层超压系统.渤中坳陷的储层超压可能主要是由3种机制综合引起的, 即不均衡压实作用、超压传递作用和裂解气的生成作用.少量保存的传递超压是深部超压流体注入的“化石”, 它是超压背景下油气快速充注成藏的结果.      

致密砂岩储层与常规砂岩储层成藏动力学特征的差异性:以松辽盆地北部三肇地区扶余油层砂岩储层为例

为了研究三肇地区扶余油层砂岩储层特征,采用三维CT扫描技术和恒速压汞技术,对储层微观孔喉结构特征进行表征。结果表明,常规砂岩储层的孔喉大量发育,连通性好,为微米级孔喉。致密砂岩储层孔喉非均质性强,孤立零散分布,连通性差,以纳米级孔喉为主。微观孔喉特征的差异决定了油气充注、运移、聚集及渗流机理等成藏动力学特征具有差异性。通过对该区扶余油层砂岩储层的高压压汞实验、浮力与毛细管阻力公式计算及岩芯流动实验进行分析,认为油气在常规砂岩储层中初次运移动力是超压,二次运移及聚集的主要动力是浮力,油气以侧向运移为主,断层和砂体的匹配是主要的运移通道,流体流动状态呈达西渗流规律;油气在致密砂岩储层中运移动力为超压,油气以垂向运移为主,流体呈低速非达西渗流现象,以活塞-推挤的方式聚集。由于常规和致密油藏成藏动力学特征的差异,决定了油藏地质特征及分布的差异。三肇地区常规油藏主要是远距离、构造高部位聚集,上油下水规律明显,受构造控制;致密油藏主要是近距离、源下聚集,"甜点区"富集,圈闭边界不明显。     

准噶尔盆地阜康凹陷侏罗系超压成因、垂向传导及油气成藏

沉积盆地中超压广受关注,但对超压传导规律认识的不足制约了高压领域的油气勘探.以准噶尔盆地阜康凹陷侏罗系为例,通过超压类型地质综合判识、关键超压表征参数的理论计算及流体包裹体压力恢复,首次认识到了垂向传导对于储集层超压的重要贡献,结合压力垂向传导机制及过程,探讨了油气藏的运聚及泄露意义.研究结果表明,侏罗系超压由4类超压环境中7种致压因素引起,经历2期大规模压力跨层垂向传导,储集层段发育以垂向传导为主因的复合超压,形成3类不同动力特征的油气藏.压力垂向传导是储集层超压的主要成因机制,断-盖的力学性质、差应力及流体压力等3类因素控制压力垂向传导,传导背景下,形成3类与传导作用有关的油气藏:受断层垂向传导控制的超压油藏、受连通砂体侧向传导控制的超压油藏以及超压界面上的常压油藏,上述3类油气藏的运聚及泄露特征差异较大.      

东营凹陷砂岩透镜体油气成藏机理及有利区预测

近几年济阳坳陷的勘探实践表明, 对岩性油藏的含油性差异、成藏机理尚认识不清, 这制约了隐蔽油气藏的进一步勘探.在东营凹陷145个砂岩透镜体油藏含油性统计分析的基础上, 结合典型透镜体油藏详细解剖和核磁共振物理模拟实验结果综合研究后发现: 砂岩透镜体圈闭形成时的构造和沉积环境、围岩生排烃条件、砂体储集条件是其成藏的主控因素.只有围岩(源岩) 进入供烃门限后, 其与砂体界面处的毛管压力差、烃浓度梯度产生的扩散力和膨胀力3者之和大于砂体中过剩的水向外渗滤遇到的阻力, 即成藏动力大于成藏阻力时, 砂岩透镜体才能成藏.当砂体沉积环境、围岩生排烃条件、砂体自身储集条件3方面均满足一定条件时, 圈闭才具备形成砂岩透镜体油藏的条件, 并且上述3方面条件越优越, 圈闭含油性就越好.用此方法对东营凹陷下第三系沙三中亚段砂岩透镜体油藏的分布进行了预测.      

原生透镜状砂岩油藏成藏过程一维数值模拟

为了了解原生透镜状砂岩油藏的成藏过程和控制因素,基于变形多孔介质两相流动的基本原理,综合考虑地层在沉降过程中温度和压力的变化、砂岩体和围岩物性的变化、石油的生成以及岩石中孔隙流体物性变化等情况,应用数值方法模拟这类油藏在一维条件下成藏的整个过程.通过成藏过程模拟和分析,认为超压是推动流体整体运移的动力,而对处于生油围岩中的原生透镜状砂岩油藏,围岩和砂体间形成的毛管压力差异才是驱动石油在原生透镜状砂岩油藏中聚集的根本动力.在这类砂岩油藏成藏的过程中,砂体的油相压力要低于与其相邻的围岩中的油相压力,使得砂体成为石油的一个相对的低势区.原生透镜状砂岩油藏的成藏是由力平衡和物质平衡两种基本作用控制的成藏过程,石油生成和供应量以及砂体和围岩的油相势差决定了这类油藏的含油性.     

王家岗断阶带含烃流体的成藏效应分析

王家岗断阶带及其附近地区地层和地层流体所表现出的能量场和物质两方面的成藏效应,反映其局部地区的油气运移具有瞬态流体流动的特点.在以断层活动为主、以烃源岩超压为辅的双重控制作用下,来自牛庄洼陷内深部烃源岩的超压含烃热流体沿断阶带内的断层向王家岗地区方向快速充注.能量场上,快速的大规模流体流动既引起了地温场的局部扰动,也将深层的超压能量传递到浅层.物质上,溶解有大量矿物质的深部热流体以混相涌流的方式运移到浅层.流体活动强的断层附近区域水-岩相互作用强烈,地层岩石中的碳酸盐质量分数和黏土矿物组成变化较大.同时在深部流体进入浅层活动活跃的层段内,地层水矿化度高的地段聚集的油气也较多.     

储层超压流体系统的成因机制述评

储层超压流体系统的基本要素包括压力封闭层、超压流体、岩石骨架和输导通道；由于储层超压系统所处环境的差异，其超压强度可以大于、等于和小于环境的超压强度；超压传递、不均衡压实、裂解气的生成和浮力作用是储层超压形成的重要机制；大多数储层超压是油气聚集的结果；超压释放是超压流体系统内部油气成藏的必要条件，研究储层超压流体系统将更直接地揭示超压盆地中油气运移和聚集的过程。     

临兴地区致密砂岩气藏形成机理与成藏模式

本文以鄂尔多斯盆地临兴地区上古生界致密砂岩气成藏机理与成藏模式为研究目标,通过测井资料解释、流体包裹体测定和古流体压力恢复等方法,总结了气藏类型与分布特征,分析了其成藏期次、运移动力和输导体系,阐明了形成机理与成藏模式。研究表明,临兴地区上古生界主要含气层位为太原组、山西组和下石盒子组,气藏分布受生储盖组合、构造部位和储层物性控制。临兴地区上古生界主要有2期成藏,中侏罗世为第1期,天然气以CO2为主、含少量气态烃,储层中流体剩余压力较低,裂缝多未切穿石英颗粒,天然气运移速率较低,汇聚成藏规模小;早白垩世为第2期成藏,天然气以甲烷为主、含少量重烃和液态烃,储层中剩余压力较高,裂缝普遍发育并切穿石英颗粒,与断层结合形成了三维网状输导空间网络,流体运移速率大,运移距离长,汇聚面积大,形成了一系列大型气藏,是临兴地区上古生界最主要的成藏期。靠近紫金山岩体的地层,在晚侏罗世到早白垩世期间遭受高压流体的侵入,形成一个以岩体为中心向外逐渐减弱的成藏作用带。临兴地区致密砂岩天然气成藏模式可总结为:“两期成藏、晚期为主;早期非烃,晚期甲烷;超压为主、浮力次之;孔缝为主、断裂为辅;岩性占优、构造偏少”。